不同刈割强度下羊草转录组研究

刈割是一种重要的草地管理措施,刈割留茬高度直接影响草地生产力及群落结构,在牧草生产中具有重要意义。为研究羊草在不同刈割强度下的转录响应,利用Illumina HiSeq-PE150高通量测序技术,对不同刈割留茬高度(0,2,4,8,12 cm)处理下羊草再生叶片进行了转录组测序。共得到139767803条读长(reads),41.94 Gb原始数据。经过过滤、质控与从头组装后,总共得到转录本270207条,总长度为191.6 Mb。通过与多种数据库比对得到48097条单基因簇(Unigene)注释结果。筛选出了所有刈割强度处理与不刈割对照组显著差异基因共2579条,经过生物信息分析,将其定位到碳水化合物代谢、损伤应答、过氧化氢分解、植物激素信号转导等功能与代谢通路。利用聚类方法得到了随着刈割强度增强,表达量规律变化的基因,分别富集到了过氧化物酶体、光合作用等代谢途径。对羊草在不同刈割高度下的转录组进行了研究,为草本植物分子生物学研究提供了宝贵的数据资源,对于解析羊草响应刈割的分子调控机制及相关基因挖掘具有重要指导意义。     

羊草叶绿体非编码区多态性标记筛选及群体遗传多样性

为筛选多态性丰富的羊草叶绿体非编码区片段,本研究以9个不同地理位置的羊草居群为材料,通过对12个叶绿体非编码区DNA片段测序及其序列间变异分析试图从中找出有遗传差异的叶绿体DNA(cpDNA)片段,并利用有多态性的cpDNA片段进行遗传多样性分析。结果表明,序列ndhF-rpl32、trnL-trnF、trnC-ycf6、aptI-aptH具有比较丰富的变异,可作为下一步研究野生羊草群体遗传学和谱系地理学较为理想的分子标记。在37个羊草个体4条非编码区片段的合并序列中,共检测到15种单倍型,单倍型多态性(Hd)为0.928,核苷酸多态性(Pi)为0.00101;遗传分化指数(Fst)为0.58884,基因流(Nm)为0.17,基因流较小;中性检验Tajima’s D(-1.08542)和Fu’s Fs(-5.301)均为负值,且差异不显著(P0.10),推测羊草遵循中性进化理论,可能经历过种群扩张;AMOVA结果显示,65%的分子变异出现在居群间,35%出现在居群内;Mantel检验得到,遗传距离与地理距离具有显著相关性(r=0.449,P0.05);居群分化值Nst 0.386(0.1865)大于Gst 0.234(0.1506),差异显著(P0.05),表明羊草居群存在分子谱系地理结构。通过系统发育树分析得到,羊草15个单倍型分为两大分支,H2和H10聚为一支,它们与别的居群个体亲缘关系较远,其余单倍型聚为另一支;单倍型网络图显示,H2和H12、H10和H12亲缘关系较远,与系统发育树分析结果基本一致。本研究为羊草的种质资源保护、谱系地理学研究等工作奠定了基础。     

羊草叶绿体非编码区多态性标记筛选及群体遗传多样性

为筛选多态性丰富的羊草叶绿体非编码区片段,本研究以9个不同地理位置的羊草居群为材料,通过对12个叶绿体非编码区DNA片段测序及其序列间变异分析试图从中找出有遗传差异的叶绿体DNA(cpDNA)片段,并利用有多态性的cpDNA片段进行遗传多样性分析。结果表明,序列ndhF-rpl32、trnL-trnF、trnC-ycf6、aptI-aptH具有比较丰富的变异,可作为下一步研究野生羊草群体遗传学和谱系地理学较为理想的分子标记。在37个羊草个体4条非编码区片段的合并序列中,共检测到15种单倍型,单倍型多态性(Hd)为0.928,核苷酸多态性(Pi)为0.00101;遗传分化指数(Fst)为0.58884,基因流(Nm)为0.17,基因流较小;中性检验Tajima’s D(-1.08542)和Fu’s Fs(-5.301)均为负值,且差异不显著(P>0.10),推测羊草遵循中性进化理论,可能经历过种群扩张;AMOVA结果显示,65%的分子变异出现在居群间,35%出现在居群内;Mantel检验得到,遗传距离与地理距离具有显著相关性(r=0.449,P<0.05);居群分化值Nst 0.386(0.1865)大于Gst 0.234(0.1506),差异显著(P<0.05),表明羊草居群存在分子谱系地理结构。通过系统发育树分析得到,羊草15个单倍型分为两大分支,H2和H10聚为一支,它们与别的居群个体亲缘关系较远,其余单倍型聚为另一支;单倍型网络图显示,H2和H12、H10和H12亲缘关系较远,与系统发育树分析结果基本一致。本研究为羊草的种质资源保护、谱系地理学研究等工作奠定了基础。     

苜蓿种子空间诱变生物学效应研究初报

[目的]了解苜蓿种子空间诱变的生物学效应。[方法]3个品系的苜蓿种子搭载"实践八号"育种卫星飞行,返地后,对其种子出苗率、株高及生长速度等指标进行测试。[结果]卫星搭载对苜蓿种子有显著的诱变效应,主要表现在子叶畸变、株高变异范围和生长速度等方面。通过初步筛选,在搭载当代获得了高株变异,但该变异是否可遗传还需进一步研究确认。搭载的3个品系在子叶畸变率(10%~18%)、株高变异范围(比对照增加30%~150%)、入选变异高株数(5~7株)等方面不同,说明3个品系的搭载效率存在差异。[结论]通过空间诱变可获得有价值的变异材料,服务于现代农业。     

农杆菌介导的smt1富硒基因转化紫花苜蓿研究

利用遗传转化,将硒富基因转入紫花苜蓿（Medicago sativa）是提高苜蓿富硒能力,解决当前硒不足问题的有效途径之一。本研究以“中苜1号”紫花苜蓿为受体材料,通过农杆菌介导法将来自硒超富集植物二沟黄芪(Astragalus bisulcatus)的硒代半胱氨酸甲基转移酶基因(smt1)转入苜蓿,并以3 mg·L-1潮霉素进行筛选,获得转化植株10株。结果表明,5株均能扩增出与smt1基因大小相符的条带。RT PCR检测结果表明,2株目的基因表达呈阳性,这表明smt1基因已成功转入紫花苜蓿基因组中,且可以在植株中正常表达。     

羊草根茎克隆形态可塑性研究进展

羊草(Leymus chinensis)是典型根茎型禾草,可通过根茎克隆形态可塑性来适应不同逆境。本文分析总结了盐碱胁迫、土壤、水分等环境因子和群落环境、草地利用方式等生态学因子对羊草根茎克隆形态可塑性的影响,并就该领域未来研究进行了展望。分析表明,羊草通过增加间隔子长度,以迅速逃离盐碱胁迫斑块;贫瘠的土壤环境中,羊草节间距缩短,根茎节数增加,以增加须根来获取养分;疏松的土壤和充足的水分有利于羊草生长和克隆繁殖;群落环境对羊草根茎克隆繁殖产生复杂影响;长期过度放牧不利于羊草克隆繁殖,表现为根茎长度指标降低,芽和分株减少;刈割时间和频次也有影响。羊草等草地根茎型植物未来研究中,应简化研究指标;重点研究群落环境和扰动的影响;借助现代科学技术来揭示其通过根茎可塑性来适应逆境的机理。     

羊草种质资源耐盐碱性综合评价

以60份羊草种质资源为对象,采用生长期盐碱溶液灌溉胁迫盆栽试验,盐碱胁迫30d后测定株高、分蘖数、叶长、叶宽、叶片数、地上部干重、地上部鲜重、根干重、根鲜重、SPAD值、光合效率、丙二醛含量、脯氨酸含量等13项指标,运用相关性分析、主成分分析、聚类分析、隶属函数法、灰色关联度分析等方法对羊草种质资源耐盐碱性进行综合评价。结果表明:盐碱胁迫处理下,羊草叶片中SPAD值、脯氨酸和丙二醛含量升高,其余指标平均值均小于对照;除叶片数外,其余指标的变异系数均大于10%;采用主成分分析将盐碱胁迫处理下13个单项指标转换成8个综合指标,累计贡献率达87.56%;根干重、分蘖数、脯氨酸含量与羊草种质资源盐碱胁迫灰色关联度较大,敏感度较高;通过隶属函数分析得到不同地理来源羊草幼苗耐盐碱性综合评价值(D值),采用聚类分析将60份羊草种质划分为5种类型,包括高度耐盐碱型(Ⅰ型)3份、耐盐碱型(Ⅱ型)22份、中等耐盐碱型(Ⅲ型)22份、敏感型(Ⅳ型)12份、高度敏感型(Ⅴ型)1份。     

基于MaxEnt模型的羊草适生区预测及种质资源收集与保护

我国拥有丰富的羊草资源,开展羊草种质资源收集与保护的基础研究,对于我国草地生态建设和草牧业健康发展具有重要意义。研究应用最大熵模型MaxEnt预测了全球羊草的潜在适生区,以预测的适生区为基础,利用网格法开展了羊草种质资源的采集,建立了羊草种质资源圃,同时结合文献报道的羊草分布点和实地采样的分布点对羊草种质资源潜在分布区做了进一步预测。结果表明,全球羊草适生区在欧亚大陆东部,主要适生区从中国东北、华北,蒙古至俄罗斯南部集中连续分布,美国、加拿大、巴基斯坦、印度、尼泊尔和不丹也有部分低适生区分布,所有适生区占全球陆地面积的8.75%。中国羊草适生区主要分布于内蒙古、新疆北部、黑龙江、青海、甘肃、西藏、吉林、河北、陕西、山西、辽宁、山东、河南北部、四川西北部、宁夏、北京、天津等地,零星分布于江苏北部、湖北、云南北部、安徽北部等地,占全球适生区面积的38.34%,占全国陆地面积的54.73%。通过网格法采集了361个样点共483份野生羊草种质资源,建立了羊草种质资源圃。结果对研究羊草的物种起源、草原形成、遗传结构、种质资源育种、栽培区划及生态修复等提供了重要资源。     

TILLING技术研究进展及其在植物空间诱变上的应用前景

在回顾TILLING/ecoTILLING技术的发展及其应用的基础上,阐述了其在植物空间诱变研究领域的应用前景。     

空间诱变对紫花苜蓿过氧化物同工酶影响

为了探索空间谤变环境对紫花苜蓿生理生化活动的影响,本研究分别利用分光光度计和聚丙烯酰胺垂直板电泳法对卫星搭栽紫花苜蓿过氧化物同工酶酶带及酶浓度进行研究.结果表明,经过卫星搭载后,紫花苜蓿过氧化物酶活性提高18％,这可能是由于种子在飞行过程中受到重粒子辐射、微重力、极端温度等特殊环境刺激,使得种子内部活性氧大量累积,从而导致过氧化物酶活性上调.同时电泳结果还发现,搭载后过氧化物酶酶带发生显著变化,表现为新酶带的增加,这表明空间飞行因子不仅可以刺激酶活性的上调,还可以改变酶组成.这一发现初步揭示了卫星搭载对苜蓿酶活动的影响,有助于增加对苜蓿空间诱变效应的认识.