苦荞WOX家族全基因组鉴定及响应愈伤诱导率表达分析

【目的】全基因组鉴定苦荞WOX（WUSCHEL-related homeobox）基因,揭示其基因家族成员序列特征、基因表达模式及与出愈率的相关性,为突破苦荞再生及遗传转化难题提供理论基础。【方法】基于同源性搜索策略,以拟南芥WOX基因蛋白为参考序列,进行苦荞全基因组比对,获得苦荞WOX基因家族成员蛋白及核酸序列。基于蛋白同源性及保守结构域分析,鉴定出苦荞WOX基因家族所有成员。同时使用TBtools软件展示FtWOXs家族成员基因结构、保守结构域及启动子顺式作用元件特征。比较分析WOX基因家族成员在苦荞与拟南芥之间的基因组共线性。基于邻近法,利用MEGA X软件构建苦荞、拟南芥和水稻WOX基因家族成员蛋白序列系统进化树。以MS+2,4-D 3.0 mg·L^-1+6-BA 1.0 mg·L^-1为愈伤诱导培养基,下胚轴为外植体,选取70份苦荞品种诱导愈伤组织,评价不同基因型的出愈率。qRT-PCR比较分析高、低出愈率苦荞品种间FtWOXs基因表达水平。基于Pearson相关系数分析出愈率与FtWOXs基因家族成员表达相关性。【结果】共鉴定出30个苦荞WOX基因成员,在苦荞8条染色体上呈现不均匀分布。系统进化树表明30个苦荞WOX基因可划分为3大类,不同类群中WOX基因包含不同的保守结构域,主要的保守结构域为HD（Homeodomain）、START和MEKHLA结构域。保守基序分析表明,FtWOXs基因家族成员所含保守基序数目的范围为2—10个。基因结构分析表明,FtWOXs基因家族成员所含外显子数目的范围为2—18个。顺式作用元件分析表明FtWOXs基因启动子富含26个不同种类的顺式作用元件。系统进化分析表明,30个苦荞、15个拟南芥和12个水稻WOX基因家族成员可分为3类,其中第3类为苦荞独有。基因组共线性分析表明,6个WOX基因在苦荞和拟南芥之间存在基因组共线性。表达模式及相关性表明,FtWOX1/FtWOX12/FtWOX22/FtWOX23/FtWOX24与苦荞出愈率存在正相关性。【结论】苦荞FtWOXs成员存在丰富的序列变异特征,不同苦荞基因型中WOX基因表达水平及出愈率存在明显差异和一定的相关性,揭示不同苦荞WOX基因具有潜在的功能多样性。     

La(NO_3)_3对马哈利樱桃组培苗快繁的影响

研究了不同浓度的La(NO3)3对马哈利樱桃组培苗快繁的生长发育和生理作用的影响,结果表明:(1)在添加不同浓度的La(NO3)3(5~40 mg.L-1)与不添加La(NO3)3的马哈利樱桃组培苗快繁培养基上相比,平均出芽数、单株鲜重、株高和超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性以及叶绿素含量都有所提高。(2)不同浓度之间的La(NO3)3(5~40 mg.L-1)对马哈利组培苗的平均出芽数、单株鲜重、株高和SOD、POD以及叶绿素含量都有所不同,其中La(NO3)3浓度为20 mg.L-1时,为马哈利樱桃组培苗生长发育的最适浓度。     

渗透调节物质及有机附加物对小麦体细胞胚发生影响的研究

[目的]研究渗透调节物质及有机附加物对小麦体细胞胚发生的影响。[方法]通过在小麦体细胞胚发生体系中添加不同浓度的渗透调节物质甘露醇或山梨醇及谷氨酰胺(Gln)、水解酪蛋白(CH)和水解乳蛋白(LH)等天然有机物,探讨影响小麦体细胞胚发生的最佳附加物配比组合。[结果]添加甘露醇或山梨醇≤40 g/L时,有利于促进体细胞胚的发生;单独添加300~500 mg/L Gln、CH或LH对体细胞胚的诱导无明显差别,但同时添加500 mg/LGln和300 mg/LCH可明显提高体细胞胚的发生。[结论]添加不同浓度的渗透调节物质和有机附加物可在一定程度上促进体细胞胚的发生,为完善小麦体细胞胚发生体系奠定基础。     

苦荞全生育期芦丁积累与其生物合成途径相关基因表达分析

【目的】探究苦荞全生育期芦丁含量变化与其合成途径关键酶基因和调控因子MYB基因表达量之间的相关性,以期进一步明确苦荞植株体内芦丁生物合成的分子机制。【方法】以九江苦荞为试验材料,整个生育期分别在萌发期、子叶期、真叶期、盛叶期、现蕾期、盛花期、灌浆期和籽粒成熟期共8个时期取材(S1—S8)。采用RT-PCR方法,克隆获得与黄酮类代谢相关的MYB类转录因子基因。采用T-coffee软件进行氨基酸同源序列比对及保守结构域分析。与拟南芥黄酮类代谢相关的MYB转录因子及荞麦同源MYB转录因子序列比对,基于邻近法构建系统进化树;实时荧光定量PCR技术分析芦丁合成途径中5个关键酶Ft CHS、Ft F3H、Ft4CL、Ft FLS-like和Ft UFGT及上述克隆到的MYB转录因子在不同组织中的表达模式。基于高效液相色谱法(HPLC)测定全生育期取材组织的芦丁含量。同时采用相关性分析方法分析不同组织中芦丁含量变化与基因表达模式的相关性。转换上述数据为矩阵,采用欧式距离法构建共表达层次聚类图谱。【结果】克隆到2个MYB类转录因子,即Ft MYB7和Ft MYB9,其核酸序列长度分别为876和912 bp,分别编码291和303个氨基酸残基。氨基酸序列同源性比对分析结果表明,二者均具有典型的R2R3保守结构域,为R2R3类型的MYB转录因子。结合Nr数据库中17个苦荞和3个拟南芥黄酮类代谢相关MYB转录因子同源氨基酸序列构建系统进化树,结果表明这22个基因分成6大类群,其中Ft MYB7属于第II类群,Ft MYB9属于第IV类群,二者分属于不同类群,暗示这2个MYB转录因子可能涉及调控植物生长发育过程中不同功能类型。荧光定量结果显示,Ft MYB7在S3(真叶期)和S5(现蕾期)基因相对表达量最高,达到501和867倍;Ft MYB9在S1(萌发期)和S2(子叶期)相对表达量最高,分别为34和72倍。上述基因表达量与芦丁含量变化模式相关性分析表明,8个生长时期中,Ft4CL、Ft CHS、Ft F3H、Ft UFGT和Ft MYB7相对表达模式与芦丁含量变化幅度呈正相关,其相关系数分别为0.748、0.683、0.704、0.890和0.862。而Ft FLS-like和Ft MYB9与芦丁含量的变化幅度呈负相关,其相关系数分别为-0.442和-0.501。【结论】Ft MYB7和Ft MYB9转录因子在整个生育时期中表达模式存在明显差异。其中Ft MYB7可能在苦荞芦丁积累的过程中起到正调控作用,而Ft MYB9则为负调控作用。     

HPLC法测定30个荞麦品种芦丁含量的研究

采用快速高效液相色谱法(HPLC)测定30个荞麦品种不同组织中的芦丁含量,为开发利用荞麦的药用价值提供科学依据。色谱条件为:安捷伦C18柱(150 mm×4.6 mm,5μm),柱温30℃,流动相甲醇∶水(V/V)为46∶54,流速1 mL/min,进样量5μL,检测波长257 nm。结果表明,苦荞花、叶和茎的平均芦丁含量高于甜荞,各器官芦丁含量大小依次为花>叶>茎。该方法灵敏、可靠、重现率好,为进一步选育高芦丁含量的荞麦品种以及将其用于医药工业的提取奠定了基础。     

渗透调节物质及有机附加物对小麦体细胞胚发生影响的研究(英文)

[Objective] The study aimed to reveal the effect of osmosis-regulating substances and organic appendices on somatic embryogenesis in wheat. [Method] The suitable concentration combination of appendices was optimized by adding different concentrations of osmosis-regulating substances including mannitol, sorbitol and organic appendices such as Gln, CH and LH, into the somatic embryogenesis in wheat. [Result] The mannitol or sorbitol lower than 40 g/L was helpful for improving somatic embryogenesis; there was no significant difference in the induction rate of somatic embryogenesis when 300-500 mg/L Gln、CH or LH was respectively added into the induced medium, while somatic embryogenesis could be enhanced dramatically in the presence of 500 mg/L Gln together with 300 mg/L CH. [Conclusion] Somatic embryogenesis could be improved to some extent by different concentrations of osmosis-regulating substances and organic appendices, which laid foundation for establishing a more perfect system of somatic embryogenesis in wheat.     

花青素积累与谷子低温胁迫响应的关系

为探究花青素积累与谷子低温胁迫响应的关系,本研究以绿叶和富含花青素的紫叶谷子品种为材料,通过对不同品种幼苗进行低温和常温(对照)处理,观察叶片中色素分布,测定叶片光合作用以及花青素、相对叶绿素、丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)含量。结果表明,低温诱导后紫叶品种叶片花青素主要分布在叶肉细胞和上下表皮细胞,而绿叶品种叶片中几乎无花青素积累。低温诱导后紫叶品种花青素变化明显,绿叶品种无明显变化;与对照相比,低温诱导12 d紫叶品种B13、B45、B55花青素含量分别增加了234%、226%、126%。低温诱导后,紫叶品种叶片的净光合速率(Pn)和相对叶绿素含量均降低,但SS和Pro含量显著升高,MDA含量无规律性变化。相关性分析结果表明,低温诱导12 d紫叶品种叶片花青素含量与相对叶绿素含量、Pn呈极显著负相关,而与Pro含量、SS含量呈极显著正相关,相对叶绿素含量与Pn呈正相关。由此可知,紫色谷子品种叶片花青素的合成可以被低温诱导,且与Pro、SS共同参与植物对低温胁迫的响应。本研究为探索紫叶谷子的抗寒性以及扩大其种植区域提供了理论依据。     

高效液相色谱测定小米中叶酸含量方法优化

针对目前小米中叶酸提取及测定方法研究较少，尤其是对适用于规模化提取、测定叶酸含量的研究不够深入的问题，采用高效液相色谱法对小米中叶酸含量进行测定。对影响叶酸提取及测定效果的三酶法和高效液相色谱法进行单因素试验和响应面优化。结果表明:小米中叶酸提取的最佳条件为，提取液添加量1 mL，淀粉酶20 μL，蛋白酶150 μL，大鼠血清25 μL；最佳测定条件为，流速1 mL/min，流动相pH=7，检测波长280 nm、色谱柱柱温30 ℃。使用优化后的三酶法和高效液相色谱法对小米中叶酸进行提取并测定，测定过程中重复性的相对标准偏差(RSD)为0.50%。综上，三酶法和高效液相色谱法是一种可用于大规模高效提取并精确定量小米中叶酸含量的方法。     

信息物理系统(cyber-physical system)时空建模方法及在温室控制中的应用

传统农业采用人工方式对温室进行控制,但是随着现代农业的快速发展,这种人工投入大、精度低的控制方式已不能满足现代农业需要。该文基于分层有限状态机和事件晶格的概念,建立3层的信息物理系统模型,并提出一种基于分层有限状态机的信息物理系统时空建模方法,同时利用该建模方法开发了新的温室控制系统。该系统能够将物理层传感器感知到的温室物理环境数据通过物理-信息层汇聚节点融合后上报信息层决策节点得到决策信息,物理-信息层控制节点分析决策信息得到控制信息后下传物理层执行器进行控制。由于该系统模型考虑了各层状态机中事件的时空属性,能够将温室控制的正确率由传统基于物联网的温室控制方法的80.20%提高到87.20%,错误肯定率和错误否定率由7.50%和12.30%下降到3.60%和9.20%,保障温室环境满足作物生长对温度、湿度和光照的要求。     

干旱胁迫对滞绿大豆种子萌发的影响及芽期抗旱性评价

为研究干旱胁迫对滞绿大豆种子萌发性状的影响,以滞绿和非滞绿常规大豆品种(系)为供试材料,通过PEG模拟干旱胁迫,对不同基因型大豆种子萌发性状进行了对比分析,并对其抗旱性进行了综合评价.结果表明:滞绿大豆品种在干旱胁迫中后期能维持较高的吸水率,失水时间较常规品种晋大74延迟6～12 h.PEG胁迫显著降低了大豆种子的发芽率、发芽势、培根长、下胚轴长、胚根干(鲜)重及贮藏物质转运率.滞绿突变体stg在胁迫过程中吸水率最大,但发芽能力较弱.stg诱变后代品系M9种子相对发芽势、相对发芽率和萌发抗旱系数均大于其它品种(系).常规品种晋大74根系的伸长受PEG胁迫的影响最大,相对下胚轴长和相对胚根长显著小于晋大滞绿1号和stg诱变后代品系.晋大滞绿1号相对胚根长和胚根/下胚轴指数分别为0.85和2.38,显著大于其它品种(系),表明其在PEG胁迫下会优先促进胚根的伸长.通过隶属函数值对不同大豆品种(系)进行芽期抗旱性综合评价,结果表明晋大滞绿1号为强抗旱类型,其杂交母本晋大74为中等抗旱品种.