谷子萌发吸水期关键代谢途径的筛选与分析

【目的】谷子适应性强,抗旱耐瘠,是起源于中国的重要作物。通过转录组测序技术分析谷子萌发不同吸水期的转录组差异,以期获得谷子萌发过程中的差异表达基因,寻找调控谷子萌发的重要代谢途径和代谢物。【方法】以晋谷20为材料,构建谷子萌发过程中开始快速吸水期、滞缓吸水期和重新大量吸水期的cDNA文库,进行转录组分析;采用K-Means开展基因表达聚类分析;利用DESeq筛选差异表达基因;通过COG、GO、KEGG等对差异表达基因进行功能注释;利用KEGG富集挖掘不同吸水期调控种子萌发的关键代谢途径和关键基因;并采用qRT-PCR验证其可靠性;用HPLC分析关键代谢物含量。【结果】转录物测序分析获得谷子萌发开始快速吸水期、滞缓吸水期和重新大量吸水期覆盖整个基因组的基因表达谱,共获得33 643个基因,识别9个具有不同表达模式的共表达基因簇。比较种子萌发的开始快速吸水期与滞缓吸水期、滞缓吸水期与重新大量吸水期、开始快速吸水期与重新大量吸水期,分别筛选出3 893、4 612和8 472个差异表达基因。KEGG富集分析表明,3个比较的差异表达基因都显著富集到phenylpropanoid biosynthesis、phenylalanine metabolism、starch and sucrose metabolism代谢途径;开始快速吸水期与滞缓吸水期、开始快速吸水期与重新大量吸水期的差异表达基因还显著富集到plant hormone signal transduction途径。并且3个比较中富集到phenylpropanoid biosynthesis和phenylalanine metabolism代谢途径的差异表达基因数都最多,其中过氧化物酶基因（peroxidase）比例最高。通过qRT-PCR对4个苯丙烷生物合成途径相关基因的分析表明,其表达趋势与转录组分析结果基本一致,其中,4-香豆酸-CoA连接酶3（4-coumarate-CoA ligase 3）在谷子种子中存在已形成mRNA,萌发吸水过程中呈先下调后上调再下调的表达趋势。苯丙烷类相关代谢物含量分析显示,芥子酸在种子中大量储备,在萌发过程中呈下调趋势;阿魏酸、对香豆酸和咖啡酸呈先上调后下调趋势。【结论】谷子萌发过程中,不同吸水期的差异表达基因显著与苯丙烷生物合成途径和苯丙氨酸代谢途径相关;其上游基因4-香豆酰-辅酶A连接酶和下游基因过氧化物酶家族成员在谷子萌发响应水分过程中发挥调控作用;中间产物芥子酸可能参与种子的休眠与萌发。     

谷子PEPC基因的鉴定及其对非生物逆境的响应特性

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)是C4植物光合作用关键酶,并在植物多种代谢途径及逆境信号应答过程中起重要作用。本研究通过序列比对,从谷子基因组中筛选出6个SiPEPC候选基因。SiPEPC蛋白特征参数相似度很高,序列非常保守,都含有PEPC基因特征功能域PEPcase Motif。SiPEPC成员主要被定位在细胞质、细胞核和线粒体。在SiPEPC成员启动子序列中含大量有光、激素、逆境以及其他生长调控相关的顺式应答元件。苗期逆境qRT-PCR表达谱分析表明,5个SiPEPC基因(SiPEPC1、SiPEPC2、SiPEPC3、SiPEPC5、SiPEPC6)不同程度受ABA、PEG、高盐和低温诱导表达,表明其参与了苗期对非生物逆境的响应。5个SiPEPC基因表达量在正常生长条件下随着谷子的生长呈增强趋势,且在不同生育时期干旱胁迫下明显增加,表明其参与了拔节、抽穗、灌浆期的干旱胁迫应答。拔节期弱光可诱导5个SiPEPC基因的表达,而在拔节期中等强度光照以及抽穗期和灌浆期的中等光照和弱光照下表达量均急剧降低,揭示光照强度严重影响SiPEPC基因的表达。     

谷子PPDK2在非生物逆境胁迫下的表达分析

谷子是具有抗旱、耐瘠、抗逆性强、适应性广等特点的C_4禾本科作物,发掘谷子高光效、逆境相关基因,旨在揭示谷子在光照和逆境胁迫下的基因表达特征。采用生物信息学方法,在谷子中鉴定出一个PPDK基因,命名为SiPPDK2;该基因位于谷子3号染色体,含有18个内含子,有3个转录本,原始转录本编码945个氨基酸。亚细胞定位预测结果显示,该基因位于叶绿体中。功能域分析和多序列比对发现,SiPPDK2蛋白与玉米、高粱和水稻PPDK蛋白的亲缘关系较近。Real-time PCR分析表明,PEG、ABA、盐和低温胁迫对苗期SiPPDK2基因表达有不同程度的诱导。进一步研究表明,SiPPDK2基因在拔节期、抽穗期和灌浆期均参与了对干旱和光照的胁迫响应,其中抽穗期和灌浆期在干旱条件下及拔节期和灌浆期在弱光条件下其表达量显著上调。顺式元件分析结果表明,在SiPPDK2启动子区域主要包括激素类应答、逆境应答、光应答以及其他类生长调控相关的顺式元件。结果推测,SiPPDK2基因可能参与了谷子对非生物逆境胁迫的响应。     

谷子杂交种与常规种各器官干物量特征比较

为探明谷子杂交种与常规种干物质积累及分配等的特点,并为谷子杂交种选育及利用提供理论参考,笔者于2015 年在山西省农科院谷子研究所试验田中对5 个杂交谷子试验种和5 个常规谷子试验种的各器官干物质量特征进行了研究。采用随机区组设计,在谷子不同生长时期分别取样测量各器官干物质重量进行特征比较。结果显示谷子杂交种和常规种不同时期的干物质累积比例及含水率趋势基本相同,且干物质含量随生育期延长呈增加态势;各品种谷子在黄熟期干物质分配比例中,叶鞘的比重都较大;杂交种和常规种的干物质积累的速率呈“慢-快-慢”的模式,两者干物质积累的速率高峰期均在齐穗期;杂交种相对于常规种在经济产量上具有一定的优势。结果说明谷子杂交种和常规种各器官干物质累积特征及含水率基本相同,但杂交优势在谷子中也是存在的,但总体表现不明显。     

谷子不同播期对干物质量分配规律及产量的影响

[目的]研究谷子不同播期对干物质量分配规律及产量的影响。[方法]以长农35号为试验材料,在山西长治设计3个不同的播种时期,研究谷子各器官干物质量及产量的变化规律。[结果]播期对谷子整株干物质量有较大影响;除了谷穗和茎外,其他器官对谷子各器官干物质量分配的影响均不大;在完熟期,5月16日播种处理的谷穗干重比例和产量均最大。[结论]长治地区谷子最佳种植时间为5月16日左右。     

牛脂肪沉积症病例

乐亭县耕畜库一头南阳种公牛,年龄5岁,毛色黄。主诉:几个月以来,该牛吃草逐渐减少,最后废绝,日见消瘦。曾注射过青霉素、链霉素,输液、灌服健胃药无效。临床所见:精神沉郁,营养中等,被毛无光泽,腹围显著缩小,吊肷,四肢无力,     

7个谷子杂交种及其亲本的抗旱性分析

培育抗旱品种是降低干旱导致减产的最重要途径。为评价7个谷子杂交种及其亲本的抗旱性，调查并检测谷子植株在拔节期、抽穗前期、盛花期3个时期离土12 h的相对含水量（relative water content, RWC)、根冠比（root top ratio, R/T）、产量的抗旱指数（desiccation index, DI）等指标。结果表明：干旱胁迫条件下，长杂谷466、长杂谷333和17-400在植株离土12 h后不同时期的RWC均值都较高，分别为5690%、5452%和5427%。在干旱胁迫下，17-400、长杂谷333和长杂谷281的R/T平均值较大，分别为0223、0218和0217。杂交种在3个生育时期根冠比（R/T）在干旱胁迫处理与对照处理的差值(D)幅度最小的为长杂谷466，D值平均为0015，其次是长杂谷281和17-400，D值平均为0031和0032；父本的D值幅度基本与其杂交种的D值幅度一致（相关系数为0818 5）。小区产量抗旱指数最高的杂交种为长杂谷466，DI值为1019，抗旱级别为强，抗旱性级别中等的杂交种有17-400、长杂谷281、长杂谷333。杂交种的抗旱性与父本的抗旱性有一定相关关系。研究结果为抗旱谷子杂交种选育提供一定的理论依据。     

不同谷子品种萌发期对干旱胁迫生理响应的变化及抗旱指标筛选

为了探讨干旱胁迫对谷子萌芽期的影响，筛选抗旱谷子新品种及谷子萌芽期抗旱性相关指标，明确干旱胁迫对不同谷子品种萌发期生理特征变化影响，以20%的聚乙二醇（PEG-6000）模拟干旱胁迫对15个谷子品种进行了萌发期抗旱性鉴定，对相关的六个抗旱性指标进行了筛选和相关性研究，并通过测定15个品种在干旱胁迫条件下SOD、POD和CAT的活性来研究其变化情况。结果表明：以萌发抗旱指数为标准指标，15个品种谷子萌发期抗旱性基本可以分为强、中、弱3类，其中抗旱性强的3个品种分别是陇谷10号、长生07、晋谷21号；抗旱性弱的2个品种是济谷20号、长生13。在干旱胁迫条件下谷子SOD、POD和CAT活性均有所升高，其中SOD活性在抗旱性强的3个品种中值最大，在抗旱性较弱的2个品种中值最小；SOD活性升高值与萌发抗旱指数显著正相关，而POD和CAT活性升高程度与萌发抗旱指数相关性不显著。通过相关性分析表明，活力抗旱指数、相对发芽率、相对发芽势与萌发抗旱指数呈极显著正相关，而相对胚芽长、相对胚根长与萌发抗旱指数之间没有明显的相关性。综上，在相关的六个抗旱性指标中，谷子抗旱的标准指标是萌发抗旱指数，谷子萌发期抗旱性鉴定的首要指标为活力抗旱指数和相对发芽率，次级指标则是相对发芽势，参考指标为相对胚芽长和相对胚根长。     

谷子新品种晋谷32号选育报告

晋谷 3 2号系由“谷子动态基因库育种法”选育出的综合种。该品种生育期 1 2 0 d左右 ,属中晚熟种 ,黄谷黄米。 1 996～ 2 0 0 0年参加各类生产试验 ,表现高产、稳产 ,适应性强 ,抗旱、抗倒性强等性状特点 ,适合在无霜期 1 5 0 d以上的中晚熟区种植。     

谷子高度雄性不育系研究与利用

利用81—16选育出了高117、高146、高229、高236等高度雄性不育系;通过测配鉴定初步选育出高229×k172、高117×k164等优势组合,形成了完整的谷子杂种优势利用技术模式,为谷子品种改良由常规品种向杂交种选育奠定了良好基础。