辣椒几丁质酶类基因家族的全基因组鉴定和表达特征分析

几丁质酶（chitinase, EC 3.2.1.14）是一种降解几丁质的糖苷酶,在植物应对非生物和生物胁迫中起重要作用。本研究对辣椒几丁质酶类（Capsicum annuum chitinase-like, CaCTL）基因家族成员进行了全基因组注释、进化分析和基因表达模式分析。从最新的辣椒基因组数据库中鉴定出31个CaCTL成员。根据系统发育进化树将这些成员分为GH18和GH19亚家族,并进一步分为5个亚类（Ⅰ~Ⅴ类）。保守基序分析结果表明,每个亚类中的成员存在功能相关性。对辣椒、矮牵牛以及番茄的CTL基因家族成员同源性分析表明,在矮牵牛和番茄中分别有7个和11个辣椒CaCTL的同源基因。通过qRT-PCR分析发现,在正常环境生长的辣椒植株中,64.2%的GH18亚家族的CaCTL成员表达水平很低,有64.7%的GH19亚家族成员在不同组织中存在差异表达。顺式作用元件分析表明,CaCTL成员启动子区域存在许多激素反应以及生物和非生物应激相关元件。当植物遭受不同的非生物胁迫时,qRT-PCR结果显示,多数CaCTL成员表达上调。当植物遭受高温干旱条件时,多个CaCTL成员的表达上调明显。上述结果丰富了CTL基因家族进化的研究,为探索CaCTL成员的功能提供了数据基础。     

甜菜BvGSTU9基因的生物信息学及在镉胁迫下的表达分析

为了进一步研究甜菜谷胱甘肽转移酶BvGSTU9 (LOC104894060)在重金属胁迫过程中的功能。本研究以‘780016B/12优’为实验材料,对该基因序列特征、结构、功能进行预测分析,并利用qPCR检测该基因在不同浓度镉胁迫下的表达量变化。结果显示甜菜BvGSTU9基因全长925 bp,开放阅读框675 bp,编码了由224个氨基酸组成的不稳定膜外蛋白。BvGSTU9与菠菜、藜麦的氨基酸序列相似性较高,与系统发育进化树分析结果基本相符。二级和三级结构预测表明该基因主要由α-螺旋、β-折叠、延伸链及无规则卷曲组成。qPCR显示BvGSTU9基因在不同浓度的镉胁迫下均受到不同程度的诱导,因此可以推断甜菜BvGSTU9基因无论从结构还是功能上,与镉逆境胁迫存在着一定的应答关系。研究结果也为甜菜耐重金属镉机制研究提供参考依据。     

2000—2015年西南区县域土地利用变化特征及驱动力分析——以重庆市奉节县为例

综合分析重庆市奉节县土地利用格局时空演变及其驱动力,为优化西南区县域尺度的土地利用规划、生态大保护和区域可持续发展提供理论参考和数据支持。基于RS和GIS技术,利用四期（2000、2005、2010和2015年）土地利用基础数据,从土地利用动态模型和地学信息图谱等方面出发,揭示区域2000—2015年的土地利用动态变化特征及时空演变规律。依据主成分分析模型和线性回归分析模型,并基于奉节县社会经济统计数据,探究研究区土地利用驱动机制。研究期内,研究区土地空间格局呈现以林地和耕地为主体,同时交错分布其它土地类型的特点。耕地、草地和未利用地土地面积分别减少 78.84 km²、3.73 km²、2.54 km²,而林地、水域和居民工矿用地面积分别增加23.36 km²、46.67 km²、9.03 km²。受三峡移民影响,区域土地利用分布格局由整体无序向局部有序的方向发展。研究期的前10年间,土地利用类型转移主要发生在林地、草地和耕地之间,林地→耕地和草地的面积总和分别为849.38 km²和425.17 km²;2010—2015年间林地和居民工矿用地新增面积分别为9.93 km²和7.09 km²。从产业结构调整、政策影响和社会发展等方面探究区域城镇化的驱动机制,城镇化因素、政策因素、经济因素、社会发展因素和农业因素是影响奉节县土地利用类型变化的主要驱动力。     

基于多源数据的华北平原夏玉米种植区划研究

精准识别农业生产环境信息和农业生产特征,对气象、土壤和作物等多源数据进行综合分类,是提高农业资源利用效率和优化农业种植结构的基础。本研究基于近20年（1998~2017年）气象数据和华北五省的玉米单产统计数据,首先构建了华北平原气候资源和玉米生产时空分布特征数据库,研究区内的降雨量、活动积温、日照时数、太阳辐射和玉米单产均存在显著的时空变化;利用作物精细种植区划方法,将华北平原夏玉米种植区分为极不适宜区、不适宜区、较适宜区、适宜区、极适宜区五大类,各类面积分别占总体的比例约为10%、11%、25%、30%、24%;进一步通过环境类别归属度分析方法,将每一大类分为5小类,概率大于75%的相对稳定区域约占总面积的63%,小于75%的波动区域约占37%;极不适宜区、不适宜区和较适宜区,三类时空分布比较稳定,隶属度为100%分别占各类面积的87.67%、70.41%和84.28%,波动区主要发生在极适宜区和适宜区,以及适宜区和较适宜区之间。本研究构建的华北平原夏玉米精细区划结果,对提高研究区资源利用效率和优化玉米产业布局具有重要的指导意义。     

基于标准化降水蒸散指数的甘肃省干旱时空特征分析

为明确气候变化条件下甘肃省不同时间尺度的干旱特征，选用1951-2015年甘肃省33个气象站点逐日气象数据，计算了不同时间尺度的标准化降水蒸散指数SPEI，同时结合Mann-Kendall突变检验、复小波分析、经验正交函数分解、旋转经验正交函数分解等方法，对甘肃省65 a来干旱时空格局特征进行了分析。结果表明：在年际变化趋势方面，甘肃省干旱情势为由干变湿再变干，近年干旱趋势逐渐加重；四季均呈现由干变湿然后变干的趋势，近年春季变干趋势显著；干旱强度在全省范围内主要为轻旱和中旱等级，并表现为局域性轻旱和全域性中旱。在周期性变化方面，甘肃省的干旱时间周期性强弱依次为39、13、7、22 a尺度，但不同时间尺度表现出了不同的干湿震荡规律。在空间格局方面，甘肃省整体上呈西北部干旱缓解、东南部干旱加剧的趋势；春季干旱加剧最明显，冬季次之，夏季和秋季干湿状况基本相似。按照干旱区域敏感性强弱可将甘肃省分为东南地区东部（Ⅰ区）、西北地区（Ⅱ区）、中部地区（Ⅲ区）和东南地区西部（Ⅳ区），其中Ⅲ区呈干旱缓解趋势，其他地区基本呈干旱加剧的趋势。     

玉米地方品种沃日黄与其选系重组改良后代表型性状综合分析

为评价玉米地方品种与其选系重组再选系方法的效率，探索优异地方种质资源发掘、利用新途径，采用表型分析、主成分分析、相关性分析与聚类分析，对‘沃30’与8个重组系进行综合评价，研究地方品种选系材料的综合评价指标和方法。结果表明：（1）‘沃30’与重组系间存在丰富的遗传变异，各性状变异系数为1.49%-46.79%，‘A3’和‘A4’的多个性状优于‘沃30’；（2）综合评价分析表明，3个主成分累计贡献率为90.46%，供试材料表型性状综合得分为-1.414-2.550，‘A4’、‘A3’和‘A1’综合得分高于‘沃30’，散粉期等6个性状与综合得分显著或极显著相关；（3）供试材料间遗传距离为0.78-2.045，当阈值为1.414，可分为三大类。通过地方品种‘沃日黄’优株与其选系重组再选系的方法能够改良目标性状，利于进一步发掘与利用地方品种中的优良基因。     

玉米自交系响应花粒期高温胁迫差异表达基因的分析

为了探明玉米重要自交系花粒期高温胁迫下转录组基因的表达差异,发掘玉米响应高温胁迫的关键基因和蛋白质,明确高温胁迫引起玉米减产的机理,从而利用分子生物学技术手段提高玉米耐高温胁迫性。首先,利用Ampha~(TM)Z30花粉活性分析仪检测高温胁迫和正常生长条件下玉米自交系昌7-2、郑58的花粉活性。然后收集花粉提取总RNA,利用Illumina Hiseq2000~(TM)高通量测序技术分别对昌7-2、郑58花粒期高温胁迫材料和正常生长条件下的对照材料进行全转录组测序,序列结果分析后获得差异显著表达基因。通过差异基因维恩图(VENN图)重叠区域分析、GO功能分类和富集统计、KEGG pathway通路分类和富集分析以及转录因子分析,获得玉米花粒期高温胁迫相关的重要差异表达基因和蛋白质。花粉活性检测结果显示,高温胁迫后和正常生长条件下,昌7-2花粉活性分别为24. 37%,42. 89%,郑58花粉活性分别为35. 57%,64. 83%。高温胁迫后在昌7-2花粉转录组中共检测到4 176个显著差异表达基因,郑58花粉转录组中共检测到5 487个显著差异表达基因。KEGG pathway通路分类和富集分析结果显示,高温胁迫后郑58的花粉转录组中有2 062个差异表达基因富集到399个相关通路上,昌7-2的花粉转录组中有1 943个差异表达基因富集到352个相关通路上。转录因子分析结果表明,共获得55个转录因子家族,其中,有45个转录因子包含10个以上差异表达基因。研究表明,通过对玉米自交系花粒期高温胁迫后花粉转录组测序获得了大量的差异显著表达基因信息,昌7-2、郑58对高温胁迫响应机制存在明显差异,热激蛋白(Hsps)、热激转录因子(Hsfs)、生长素(IAA)基因和磷脂酰基醇-4,5-二磷酸基因家族(PIP2)在响应玉米花粒期高温胁迫过程中起着重要作用。     

玉米ZmPP2C6-01基因的克隆及表达分析

为了研究玉米蛋白磷酸酶2C (PP2C)基因对非生物胁迫的响应及生理功能,以耐旱玉米自交系豫882为试验材料,对玉米20%PEG6000胁迫处理转录组进行分析,筛选受干旱诱导强烈表达的PP2C基因,然后对其进行克隆、生物信息学分析及表达模式分析。结果表明,在玉米20%PEG6000胁迫处理转录组中筛选到一个干旱胁迫下显著上调表达的PP2C蛋白基因,命名为ZmPP2C6-01。ZmPP2C6-01基因的开放阅读框为1 242 bp,编码413个氨基酸,编码蛋白质的分子质量为43.8 ku,等电点为6.6,是一种亲水性蛋白。ZmPP2C6-01蛋白与高粱的PP2C蛋白亲缘关系最近,而与冬小麦、粗山羊草等的PP2C蛋白亲缘关系相对较远。ZmPP2C6-01蛋白定位于细胞核中。利用实时荧光定量PCR分析发现,ZmPP2C6-01基因在玉米根中的表达量最高,其次是叶,茎中最低;PEG胁迫下,ZmPP2C6-01基因在根中的表达量大部分时间点均高于对照,同时在叶中呈上调表达模式;在ABA、NaCl、高温胁迫下,ZmPP2C6-01基因在根中大部分时间点的表达量均低于对照,整体呈下降趋势,而在叶中的表达量均高于对照,呈上调表达模式。综上表明,ZmPP2C6-01基因响应干旱等逆境胁迫,但表达模式不一致。     

马铃薯StPR1基因克隆及表达特异性分析

为了探究病程相关蛋白(Pathogenesis related protein,PR蛋白)与马铃薯抗病的相关性,检验其在马铃薯中抗软腐病、青枯病、干腐病的能力。在前期的马铃薯抗病性研究中对PRs的17个家族基因结合转录组数据进行分析及基因的筛选,最终确定PR1为试验的研究对象。选用马铃薯大西洋品种为材料,由黑龙江省农科院提供,主要进行StPR1基因的克隆,并对其进行生物信息学分析;将真菌接骨木镰孢、燕麦镰孢以及导致软腐病和青枯病等细菌为胡萝卜软腐欧文氏菌、菊欧氏菌、胡萝卜软腐欧文氏菌马铃薯黑胫亚种、茄科雷尔氏菌接种到马铃薯块茎后进行StPR1基因表达特异性分析。结果显示,StPR1基因长度为540 bp,编码179个氨基酸,蛋白质疏水性及亲水性预测PR1蛋白序列的GRAVY值在+4～-3之间,含有亲水区及疏水区,蛋白质二级结构预测其属于混合型蛋白,蛋白质三级结构预测发现其为紧密复杂的螺旋结构,具有SCP_PR-1_like保守结构域,其与辣椒PR1基因在一个进化分支上,相似性较高。qRT-PCR结果显示,StPR1基因的表达量表现为抗真菌胁迫高于细菌胁迫,并预测其抗干腐病的能力强于抗软腐病及青枯病的能力。综上所述,当马铃薯受到外界病原菌侵害时,StPR1在马铃薯的抗病过程中发挥着重要的作用。