黄瓜中与黄瓜绿斑驳花叶病毒侵染相关的miRNA表达特征分析

MicroRNA作为一种内源小分子非编码RNA,在植物生长发育、信号转导、转录调控、新陈代谢及各种胁迫条件下发挥重要作用。本研究通过生物信息学技术对黄瓜miR159和miR858的靶基因进行预测和功能分析,结果显示miR159和miR858的靶基因主要为MYB类转录因子家族成员,参与植物生长发育和抗病过程。实时荧光定量PCR分析黄瓜绿斑驳花叶病毒(CGMMV)不同侵染时期在黄瓜不同组织中目的miRNA的表达特征,结果表明黄瓜miR159和miR858的表达具有时空特异性和组织特异性,二者均可对CGMMV侵染做出响应并存在显著差异表达。     

玉米SPXs家族基因的鉴定与表达规律分析

 SPXs(SPX-domain-containing proteins)家族基因在真核生物无机磷酸盐(Pi)的传感、信号转导和转运中发挥着重要作用,但玉米SPXs家族基因的相关研究未见报道。本研究利用生物信息学手段鉴定了15个玉米SPXs家族基因,通过系统进化和保守结构域分析将其分为SPX-EXS、SPX、SPX-Zinc finger和SPX-MFS 4个亚家族。通过表达谱数据分析,发现ZmSPXs家族基因具有明显的组织特异性表达。同时,我们还发现ZmSPXs家族基因在生物胁迫和非生物胁迫过程中表达模式也具有很大差异,说明这些基因可能在不同的生物过程中发挥重要作用。最后,利用荧光实时定量PCR技术,对玉米SPXs家族基因在磷胁迫处理下的表达规律进行分析,结果发现大部分基因在磷胁迫处理下呈现高水平表达。本研究鉴定了玉米SPXs家族基因,明确了该家族基因的系统进化关系、保守结构域、组织表达特性以及在生物和非生物胁迫条件下的表达规律,为阐明玉米SPXs家族基因的功能及其机制奠定了理论基础。     

水稻miR444b.2调控稻瘟病抗性及分蘖

microRNA(miRNA)是一类长度在20~24 bp的保守小RNA分子,广泛存在于真核生物中,参与调控生长发育及抗逆、抗病等反应。在前期研究中,我们对比感病和抗病水稻材料在接种稻瘟病菌前后miRNA的累积量,发现miR444b.2的累积量变化在抗病和感病材料间存在显著差异,但其在水稻对稻瘟病抗性中的作用尚不清楚。本文进一步对水稻感病和抗病材料接种稻瘟病菌,通过检测不同时间点miR444b.2及其靶基因的累积量来分析miR444b.2与水稻稻瘟病抗性的关系;同时,构建过表达miR444b.2的转基因水稻材料,对转基因材料进行了抗性分析及农艺性状分析。结果表明,在稻瘟病菌开始侵染水稻的24 h内,随着侵染时间的增加,miR444b.2在感病材料中的累积量也随之增加,而在抗病材料中的累积量则逐渐降低;相反,miR444b.2的靶基因中,MADS盒家族基因在感病材料中的转录受到抑制或变化不大,在抗病材料中的表达明显增加,与miR444b.2的累积量变化趋势相反,提示miR444b.2可能通过调节MADS盒家族基因的表达量来调控稻瘟病抗性。而且,过表达miR444b.2的转基因植株变得更加感病,主要表现为:与对照相比,叶片发病病斑数量增多、病斑面积增大、防御相关基因转录水平变低;而miR444b.2的靶基因在过表达miR444b.2的转基因植株中的转录水平显著降低。此外,miR444b.2过表达植株的分蘖数较对照减少。这些结果说明,miR444b.2通过调控MADS盒家族基因来负调控稻瘟病抗性及调节水稻分蘖。     

玉米BTB家族基因的鉴定与表达规律分析

 本研究利用生物信息学方法对玉米BTB家族基因进行系统发育、保守结构域、组织特异性以及在玉米抵抗生物和非生物胁迫过程中的表达规律进行分析。发现玉米70个BTB家族蛋白除AC206223.3外均含有保守的BTB结构域,可分为11个亚家族。玉米BTB家族基因具有明显的组织表达特性,在高温、低温、紫外、高盐和干旱胁迫下以及拟轮枝镰孢(Fusarium verticillioide)侵染过程中的表达水平呈现出明显的差异。BTB-TAZ亚家族基因在水杨酸、茉莉酸、乙烯处理后表达水平发生明显的变化。结果表明BTB家族基因在玉米抵抗生物和非生物胁迫中发挥重要的作用,为阐明玉米BTB家族基因的功能及其机制奠定了基础。     

白桦TGA基因家族全基因组鉴定及表达特性分析

TGA转录因子是bZIP转录因子(basic region-leucine zippers)家族成员，是植物中最早鉴定得到的一类转录因子，可以结合基因启动子的TGACG序列，调节靶基因的转录水平，在植物防御反应及花器官发育中发挥重要作用。本研究从白桦的基因组数据库中筛选出6条TGA基因，分别命名为BpTGA1～BpTGA6。生物信息分析结果表明：白桦TGA家族蛋白主要富含酸性氨基酸，亚细胞定位在细胞核，无信号肽结构，二级结构以α-螺旋为主，均属于亲水性蛋白，无跨膜结构。白桦TGA家族基因启动子区存在10～40个不等的增强启动元件(CAAT-box)和核心启动子元件(TATA-box),还具有非生物胁迫和逆境胁迫响应相关元件。系统进化分析结果表明：白桦TGA家族基因与拟南芥TGA家族基因亲缘关系较近。RT-qPCR结果表明，白桦TGA家族基因在根、茎、叶中的表达各有不同，BpTGA3在根中的表达量较高；BpTGA1、BpTGA2、BpTGA4和BpTGA6在茎中的表达量较高；BpTGA5在叶片中表达量较高。该家族成员中BpTGA2、BpTGA4、BpTGA5响应链格孢霉菌和立枯丝核菌侵染...     

小麦-条锈菌互作过程中TaRLK3D.2功能初步研究

小麦条锈病是由小麦条锈菌引起的气传性真菌病害,在全球小麦种植区广泛发生,严重威胁小麦的安全生产。充分利用寄主抗病性是防治条锈病最经济的方法。富含亮氨酸重复类受体蛋白激酶(leucine-rich repeat receptor-like protein kinase, LRR-RLK)作为RLK家族最大分支的模式识别受体,在防御病菌入侵方面发挥重要作用。本研究系统鉴定了小麦LRR-RLKs家族成员,从小麦与条锈菌互作的转录组数据库中筛选出了43个显著差异表达的LRR-RLKs,最后选取了在亲和与非亲和互作过程中都显著上调表达的TaRLK3D.2为对象,利用实时定量PCR、亚细胞定位及大麦条纹花叶病毒介导的基因沉默初步研究了该基因在小麦与条锈菌互作过程中的功能。结果表明TaRLK3D.2定位于植物细胞膜,瞬时沉默TaRLK3.2后,条锈菌侵染严重度显著下降,生长发育变慢。作为典型的LRR-RLKs家族成员,TaRLK3D.2在小麦条锈菌侵染过程中可能行使感病功能。本研究初步明确了该基因的功能,以该基因为靶标通过基因编辑或诱变获取稳定的功能缺失突变体可创制持久抗条锈病材料,为生产服务。     

小RNA介导蜡质芽胞杆菌AR156激活MAPK通路诱导拟南芥系统抗病性研究

 蜡质芽胞杆菌AR156是一种根围促生细菌,可以诱导拟南芥产生对丁香假单胞番茄致病变种(Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000,Pst DC3000)的系统抗性(Induced Systemic Resistance,ISR)。本研究发现,AR156预处理植物后接种病原菌Pst DC3000后的0 min~60 min内,能够迅速激活丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)MPK3和MPK6的表达。同时,AR156可诱导mpk3和mpk6单突变体对Pst DC3000的抗性,而在mpk3mpk6双突变体中则丧失诱导抗病的能力,表明MPK3和MPK6在AR156介导的诱导抗病中具有重要调控功能,且存在功能冗余。进一步研究发现,和对照相比,在接种72 h后,AR156可以诱导野生型拟南芥PR1蛋白的表达,但双突变体中并没有诱导作用。接种48 h后,过氧化氢的积累和胼胝质沉积也表现出相似结果。此外,通过对野生型和mpk3mpk6双突变体进行小RNA高通量测序发现,MAPK能够影响miRNA的表达,并通过qRT-PCR证实了部分小RNA的差异表达水平,表明MPK3/6可以调控植物miRNA的积累。研究表明MAPK在AR156激发ISR中发挥重要作用,并参与调控植物miRNA的表达水平。     

马铃薯丝氨酸羧肽酶类蛋白StSCPL家族的鉴定及干旱胁迫响应分析

在全基因组水平上鉴定了马铃薯SCPL基因家族，并对其成员的基本特征、蛋白质保守结构域、进化关系和干旱胁迫下的表达模式进行了分析。同时，以干旱耐受性不同的马铃薯品种‘陇薯10号’(干旱耐受型)和‘大西洋’(干旱敏感型)为试验材料，利用高通量测序分析了干旱胁迫关键差异表达基因StSCPLs。结果表明，马铃薯中共鉴定到了41个StSCPLs,不对称分布在11条染色体中，多数成员含有多个内含子。其蛋白均含有1个细胞内分泌和转运的信号肽、底物结合位点、N-糖基化位点以及与催化作用相关的进化保守基序。在非生物胁迫下，大多数StSCPLs都具有多胁迫响应性。在干旱耐受性不同的马铃薯品种中，StSCPLs表现出差异表达特性。同时，LncRNA及其靶StSCPL介导的调控网络显示，StSCPL3和StSCPL34分别是lncRNA MSTRG.2301.1和MSTRG.19548.1的靶基因，在干旱耐受性不同的品种中显著差异表达，可能是马铃薯对干旱胁迫响应的潜在靶点。     

马铃薯通用应激蛋白StUSP基因家族的鉴定及逆境表达模式分析

在全基因组和转录组水平系统鉴定马铃薯USP通用应激蛋白基因家族，并对该家族成员的基本特征及其在不同逆境胁迫下的表达模式进行分析。同时以马铃薯干旱耐受型品种‘陇薯10号’（L）和干旱敏感型品种‘大西洋’（D）为试验材料，利用高通量测序全面分析StUSP家族成员在干旱胁迫下的表达特性，筛选干旱胁迫关键差异表达基因。结果表明：马铃薯基因组中共有42个基因编码含有USP结构域的蛋白质，在11条染色体上不对称分布，且主要分布在1~6号染色体上。绝大多数StUSPs含有多个内含子。胁迫表达分析显示StUSPs能够响应多种非生物胁迫，且在干旱耐受性不同的马铃薯品种中差异表达。同时，利用qRT-PCR分析了12个成员干旱胁迫下表达模式，除StUSP12、StUSP22下调表达外，其余10个基因均正响应干旱胁迫。     

UV-B辐射增强对小麦条锈病影响的初步探讨

在温室条件下用铭贤169、吨半麦、咸农4号3个小麦品种,研究了接种条锈菌条中32号小种前后UV-B辐射增强对小麦条锈病的影响。结果表明,接种前对小麦照射UV-B增强了品种铭贤169和吨半麦的病情指数,但对咸农4号的病情指数没有影响。接种后照射UV-B对品种咸农4号、铭贤169和吨半麦的病情指数均无显著影响,但却减少了条锈菌在品种铭贤169和吨半麦上的产孢期与产孢量。     

烟蚜热激蛋白Hsp90基因的克隆及在UV-B胁迫下的表达分析

为探讨UV-B胁迫对烟蚜Myzus persicae热激蛋白Hsp90基因表达量的影响,采用RT-PCR与RACE技术克隆了烟蚜热激蛋白Hsp90基因的全长,并对其进行生物信息学分析,利用实时荧光定量PCR技术研究了烟蚜Hsp90基因在不同时长UV-B胁迫下的表达量变化。结果表明,烟蚜Hsp90基因的cDNA全长为2 670 bp,编码728个氨基酸,编码蛋白质的相对分子量为82.6 kD,等电点为4.95,获得的氨基酸序列具有Hsp90蛋白家族的1个签名序列及C末端MEEVD基序,推测其属于胞质型热激蛋白。系统进化树结果显示,烟蚜Hsp90与其它昆虫Hsp90具有很高的相似性。实时荧光定量PCR结果表明,不同时长UV-B胁迫下烟蚜Hsp90均有表达,随着照射时间延长,Hsp90表达量表现为先上升后下降的趋势;与对照相比,照射时间为15、30、60、90和120 min时,Hsp90表达量均显著升高,且在60 min时Hsp90表达量达最大,是对照组的2.05倍。表明Hsp90基因在不同时长UV-B胁迫下差异表达,在烟蚜适应紫外胁迫的分子机制中具有重要作用。     

Identification and characterization of a serine protease from wheat leaves

A putative serine protease with a potential role in the plant biotic and abiotic stress response was purified from wheat leaf apoplastic fluid and partially characterized. Following two-dimensional electrophoresis a protein of M_r = 75 k and a pI of 4.2 to 4.5 was observed. This protein displayed in-gel protease activity and was specifically inhibited by phenylmethanesulfonyl fluoride and partially inhibited by Ca²⁺ and Zn²⁺, but not by E-64 or leupeptin. An internal tryptic fragment of 13 amino acids was identified by MALDI QqTOF MS/MS, and this peptide showed a high level of homology (85–100 % identity) to a highly conserved region of known plant subtilisin-like proteases. We demonstrated that the protease activity increased until a late stage of wheat leaf development and increased in response to heat shock. In both cases Rubisco large subunit was degraded with time. Protease activity was also increased during biotic stress. Leaves challenged with leaf rust (Puccinia triticina), showed an approximately three fold increase in protease activity during an incompatible interaction, compared to activity in mock-inoculated leaves and to leaves in a compatible leaf rust interaction. These results suggest that the expression of this serine protease could be involved in the defense response against both abiotic and biotic stresses.     

长武旱塬不同麦玉轮作系统产量效应模拟研究

利用EPIC模型对不同麦玉轮作系统进行模拟,通过对其输出结果的分析,综合考虑产量、经济效益、干旱胁迫和氮肥生产率等因素,对不同麦玉轮作系统进行综合评价,从而比较不同麦玉轮作系统的优劣。结果表明:(1)在模拟研究期间,8种麦玉轮作系统的产量均呈波动性下降趋势,其平均值分别为4.61、4.40、4.16、4.48、4.28、4.29、4.714、.55 t/hm2。所有的麦玉轮作系统中,麦玉轮作系统"春玉米→冬小麦"的经济效益最好。(2)在模拟研究期间,麦玉轮作系统"春玉米→冬小麦→冬小麦"的冬小麦和春玉米所遭受的年均干旱胁迫日数最少(29.51d)。在干旱年份麦玉轮作系统中的冬小麦较春玉米更容易遭受干旱威胁。综合产量、经济效益、作物所遭受的干旱胁迫天数和麦玉轮作系统的氮肥生产率等因素,在长武地区适宜采用的麦玉轮作系统为春玉米→冬小麦。     

油菜苗期抗旱性鉴定及抗旱指标评价

为提高油菜苗期抗旱性鉴定效率,筛选抗旱优异种质,以具有代表性的79份油菜为研究材料,通过PEG 6000模拟干旱胁迫和盆栽苗期干旱存活率试验,分析油菜苗期在干旱胁迫下鲜重、干重、叶面积、相对含水量和抗氧化酶活性等12个指标的变化规律,结合抗旱系数和抗旱度量值(D值)为衡量指标,对油菜材料进行了抗旱性综合评价。结果表明,7个抗旱指标表现出显著差异,其中地上鲜重和叶面积平均降幅分别为69.5%和57.9%,过氧化物酶(POD)和脯氨酸(Pro)平均增加67.2%和294%。利用抗旱性度量D值评价不同品种的抗旱性,筛选出39个干旱敏感品种、8个抗旱品种、32个中度抗旱品种。D值与相对含水量(0.221~*)、地上鲜重(0.297~(**))、地上干重(0.253~*)、地下鲜重(0.321~(**))、地下干重(0.324~(**))、过氧化氢酶(CAT)活性(0.276~*)、POD活性(0.496~(**))和Pro含量(0.745~(**))均呈显著正相关,可作为油菜苗期抗旱性鉴定的辅助指标。     

甘肃冬小麦高分子量麦谷蛋白亚基组成及其品质现状分析

对近年来甘肃冬麦区新育成和引进的72份冬小麦新品种(系)的高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)进行了检测和品质评价。结果表明:HMW-GS的组成中,Glu-A1位点的3种亚基类型(Null、1、2~*)均有分布;Glu-B1位点主要存在5种亚基类型/组合,即7+8、7+9、6+8、13+16、20x+20y;Glu-D1位点存在Null、 2+12、5+10三种亚基类型/组合;其中,优质亚基/组合1、2~*、13+16、5+10出现的频率分别为70.83%、2.78%、1.39%和33.33%。近年来甘肃冬小麦品质改良育种工作成效显著,1和7+8优质亚基频率明显提高,49个新品种(系)以1/7+8/2+12亚基组合类型为主,占44.90%;1/7+8/5+10优质亚基组合类型在新品种(系)中较少(12.24%)。因此,进一步将14+15,13+16和5+10等优质亚基导入甘肃冬麦区主栽品种,培育优质小麦新品种(系)对甘肃陇东地区小麦品质改良具有重要意义。     

Genetic Variability and Population Structure of the Wheat Foot Rot Fungus, Fusarium culmorum, in Tunisia

The random amplified polymorphic DNA (RAPD) method was used to investigate the genetic variability and population structure of Fusarium culmorum isolated from wheat stem bases. A total of 108 isolates, representing seven geographically distinct populations, was collected from five climatic regions in Tunisia. Pseudo-allelic frequencies were estimated at each of the 25 putative RAPD loci analyzed by scoring for the presence or absence of amplified fragments; 92 haplotypes were found among the 108 strains. The analysis of the population structure did not reveal any trend with regard to geographic origin. Total gene diversity (H_T ^* = 0.318) was mostly attributable to diversity within populations (H_S ^* = 0.308). Analysis of molecular variance confirmed that most of the genetic variability was within populations. Genetic differentiation among populations was low to moderate (G_ST ^* ranged from 0 to 0.190 and averaged 0.041 over all loci). Cluster analysis with UPGMA using genetic distances did not reveal any spatial clustering of the isolates collected from the different geographic regions. Based on these results, we conclude that the F. culmorum isolates recovered from different regions in Tunisia might be part of a single population pool.     

芹菜APX基因家族鉴定及其表达分析

抗坏血酸过氧化物酶（Ascorbate peroxidase, APX）是植物活性氧代谢中重要的抗氧化酶之一，在植物抵抗氧化胁迫方面发挥重要作用。利用生物信息学方法对芹菜基因组中的APX基因家族成员进行鉴定和分析，并通过实时荧光定量PCR（quantitative real\|time PCR, qRT-PCR）验证分析AgAPXs在高温胁迫下的表达情况，为开展芹菜APX基因参与高温胁迫调控机制提供依据。结果表明：芹菜基因组中共有9个APX基因，随机分布在5个染色体上，并出现了基因片段复制现象；大多数基因被定位在细胞质中。系统发育分析表明，AgAPX基因家族可分为3个亚族，同一亚族中的成员具有相似的基因结构和基序。启动子顺式元件分析表明，大多数AgAPX基因含有多种与生长发育、植物激素和逆境胁迫相关的顺式元件。高温胁迫下，芹菜APX活性提高。qRT-PCR分析表明，AgAPXs在不同时间的高温处理下表达具有显著差异，并与转录组表达丰度相一致，AgAPX2、AgAPX3、AgAPX4、AgAPX5、AgAPX7的表达量和APX活性具有显著相关性，推测AgAPXs可能参与了芹菜抵御高温的调控过程。本研究初步鉴定并提供了芹菜APX基因家族成员信息，为今后进一步探索芹菜APX基因功能提供了重要的研究基础。     

复合保水剂对盐碱地冬小麦旗叶光合、衰老及产量的影响

为探究复合保水剂对盐碱地冬小麦旗叶光合、衰老及产量的影响,以济麦44为试验材料,设置了5个不同处理：不施保水剂(CK)、分别施用15、30、45 kg·hm^-2复合保水剂(T1、T2、T3)和施用30 kg·hm^-2凹凸棒石保水剂(T4)。研究结果表明,施用复合保水剂能够促进盐碱地冬小麦的生长发育,提高小麦旗叶光合作用和抗氧化酶活性。在本试验条件下,T2处理的效果最好。与CK相比,收获期T2的地上部干物质量显著提升了23.08%～24.90%,花后28 d T2的旗叶净光合速率、蒸腾速率、叶绿素含量和SOD活性分别提升了28.14%～29.35%、19.22%～22.71%、22.54%～33.47%和41.81%～49.52。在开花期,T2的POD活性显著高于CK 31.85%～34.38%(P<0.05)。在花后14 d, T2的MDA含量显著低于CK 23.80%～25.39%(P<0.05)。施用等量复合保水剂比凹凸棒石保水剂效果更好。T2在两年内的产量分别达到了7 161 kg·hm^-2和7 210...