<Emphasis Type="Italic">OsLAP6/OsPKS1</Emphasis>, an orthologue of <Emphasis Type="Italic">Arabidopsis PKSA/LAP6</Emphasis>, is critical for proper pollen exine formation

Background

Male fertility is crucial for rice yield, and the improvement of rice yield requires hybrid production that depends on male sterile lines. Although recent studies have revealed several important genes in male reproductive development, our understanding of the mechanisms of rice pollen development remains unclear.

Results

We identified a rice mutant oslap6 with complete male sterile phenotype caused by defects in pollen exine formation. By using the MutMap method, we found that a single nucleotide polymorphism (SNP) variation located in the second exon of OsLAP6/OsPKS1 was responsible for the mutant phenotype. OsLAP6/OsPKS1 is an orthologous gene of Arabidopsis PKSA/LAP6, which functions in sporopollenin metabolism. Several other loss-of-function mutants of OsLAP6/OsPKS1 generated by the CRISPR/Cas9 genomic editing tool also exhibited the same phenotype of male sterility. Our cellular analysis suggested that OsLAP6/OsPKS1 might regulate pollen exine formation by affecting bacula elongation. Expression examination indicated that OsLAP6/OsPKS1 is specifically expressed in tapetum, and its product is localized to the endoplasmic reticulum (ER). Protein sequence analysis indicated that OsLAP6/OsPKS1 is conserved in land plants.

Conclusions

OsLAP6/OsPKS1 is a critical molecular switch for rice male fertility by participating in a conserved sporopollenin precursor biosynthetic pathway in land plants. Manipulation of OsLAP6/OsPKS1 has potential for application in hybrid rice breeding.

     

白屈菜CmFAD2基因的克隆及植物转化载体构建

通过对白屈菜低温应答过程的转录组分析发现膜脂不饱和化相关基因的表达在一定过程中发生变化,脂肪酸去饱和酶基因FAD2在随温度的变化趋势为正"V"型,且表达量变化显著。利用NCBI等在线软件对序列进行相关生物学信息分析,并对白屈菜FAD家族成员FAD2基因的完整开放阅读框(ORF)进行克隆,并命名为CmFAD2。选用克隆载体pMD-19-T,转化大肠杆菌DH5α,测序验证序列正确性及完整性。将目的基因与植物表达载体pRI-201-AN连接构建重组DNA pRI-201-AN-Cm FAD2,电击法转化农杆菌LBA4404,利用菌液PCR法验证成功。该基因可作为药用植物抗寒品种创制的候选基因。     

乌苏里瓦韦(Lepisorus ussuriensis(Regel et Maack)Ching)孢子诱导再生植株的研究

乌苏里瓦韦是一种民间常用的药用蕨类植物,本研究首次建立一种以乌苏里瓦韦孢子为外植体形成完整植株的体系,得到了乌苏里瓦韦体外扩增的方法。为了探究最佳的孢子萌发条件,设计使用6种NAA和6-BA激素组合探究孢子的最佳萌发条件,然后取孢子萌发得到的乌苏里瓦韦叶片,分别接种到不同浓度的NAA和活性炭的组合培养基中,探究乌苏里瓦韦生根的最佳条件。结果表明,乌苏里瓦韦孢子的最佳萌发条件是:1/2MS培养基为基本培养基,附加NAA 0.2 mg/L,6-BA 0.5 mg/L蔗糖30 g/L,琼脂7 g/L;生根的最佳条件为:1/2MS培养基为基本培养基,附加NAA 0.4 mg/L,蔗糖30 g/L,琼脂7 g/L,活性炭1.5 g/L。本研究首次报道了乌苏里瓦韦的体外繁殖形成完整再生植株的方法,为乌苏里瓦韦的人工繁殖,同时为乌苏里瓦韦的可持续开发利用打下坚实基础。     

2018年夏季南奥克尼群岛南极磷虾集群特征

基于2018年夏季南奥克尼群岛南极磷虾资源声学调查数据，本研究对该海域南极磷虾集群进行了分析。结果显示，检测到南极磷虾集群3 224个，反映集群特征的5个参数即深度、长度、厚度、面积及密度分别为(96.00±64.33) m、(218.52±455.66) m、(11.19±13.98) m、(1 894.40±9 345.72) m²和(114.11±159.60) 尾/m³；不同时间段之间集群密度无显著性差异，但集群深度、长度、厚度及面积之间均存在显著性差异。不同水层间集群厚度和面积之间无显著性差异，但集群深度，长度和密度均存在显著性差异。南极磷虾集群共分为三类，其中第Ⅰ类集群密度最大，为(325.90±221.30) 尾/m³；集群规模最小，为(379.64±433.73) m²；深度最深，为(158.06±67.54) m。第Ⅱ类集群的长度最长，为(1 089.60±1 189.56) m；集群面积为(15 601.25±30 243.33) m²，远大于其他集群。第Ⅲ类集群深度最浅，为(78.91±52.88) m；密度最小，为(48.87±50.33) 尾/m³，但数量最多。     

木薯(Manihot esculenta)AKT1基因的克隆及生物信息学分析

植物细胞中的K^+通道蛋白AKT1(Arabidopsis K^+transpoter 1)主要负责吸收K^+。本研究基于木薯基因组数据库信息,利用PCR技术从木薯中克隆一个MeAKT1基因,该基因全长2634 bp,编码877个氨基酸,生物信息学分析表明MeAKT1含有10个外显子和9个内含子,编码的氨基酸分子量为99.02 kD,等电点为8.43,属于稳定蛋白。MeAKT1包含有5个跨膜区域,N端含有1个Ion_trans结构域,C端有1个KHA结构域,其二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主,进化树分析发现MeAKT1与蓖麻RcAKT1的亲缘关系最近。通过对MeAKT1蛋白的生物信息学分析有助于下一步深入研究MeAKT1在木薯耐贫瘠过程中的功能。     

浙江省耕地多功能价值时空变化与权衡-协同关系

耕地多功能价值的时空演变与权衡-协同关系测度对于深化耕地可持续利用和管理具有重要意义。该研究以经济快速发展地区浙江省为例,采用价值量化方法对2000、2010和2015年浙江省耕地多功能进行价值评估并分析其时空变化特征。运用Spearman秩相关系数法、双变量空间自相关模型以及可拓展随机性环境影响评估(StochasticImpactsby Regression on Population,Affluence and Technology,STIRPAT)模型探究耕地多功能之间的权衡-协同关系及影响因素。结果表明:1)2000—2015年浙江省耕地多功能总价值下降,地均耕地多功能价值呈现先下降后上升的趋势。其中气体调节、水源涵养和社会保障功能价值下降明显,食物生产和美学景观功能价值增加;耕地多功能总价值在空间上呈现北高南低的分布格局,2000—2015年大部分县市耕地多功能总价值均有不同程度的下降,西南山地丘陵区耕地多功能总价值有所提升。2)浙江省耕地多功能之间主要表现为协同关系,各项功能之间的协同-权衡关系存在空间异质性;2000—2015年,浙江省耕地多功能协同关系总体减弱,在空间上主要表现为高值协同区减少。3)城镇居民可支配收入和地均农业机械总动力对耕地多功能总价值有负面影响,农村居民可支配收入增加有助于耕地多功能总价值的提升。该研究成果可为科学划定耕地利用与保护区,促进耕地多功能的协同利用和提升耕地资源价值提供科学依据。     

利用因子分析综合评价9个西藏农家青稞品种的品质

随着青稞加工产业的发展,筛选西藏优质种质资源将有助于培育适宜加工的青稞品种。选取9个西藏农家青稞品种,以藏青25为对照,通过测定31项化学特性指标,建立品质综合评价体系。结果表明:经因子分析提取出6个特征值大于1的主成分,累积方差贡献率为94.65%,其中第1主成分的贡献率为49.81%,主要包含蛋白质及苏氨酸（THR）、脯氨酸（PRO）、丙氨酸（ALA）、缬氨酸（VAC）、亮氨酸（LEU）、苯丙氨酸（PHE）、组氨酸（HIS）、赖氨酸（LYS）、清蛋白、总氨基酸含量等指标;第2主成分的贡献率为13.85%,其中粗脂肪、直链淀粉、膳食纤维、γ-V_E、磷含量具有较大的载荷值。根据建立的品质综合评价模型,优良度得分排序为:藏青25>青21>隆子黑>拉萨长黑>联嘎木>拉萨短白>彭乃嘎布>江热俄久>直孔嘎夏>联木白稞。     

冀西北地区不同生态系统枯落物的水文效应

[目的]揭示不同植被生态系统枯落物水文效应的差异,为张家口地区生态空间格局优化提供支撑。[方法]基于样地调查和统计分析方法,分别对冀西北地区张家口市森林、农田和草地3种生态系统的枯落物在生长季末期持水能力及其与生物量之间的关系进行分析。[结果]①森林生态系统枯落物的最大持水量(30.7t/hm~2)、有效拦蓄量(22.97t/hm~2)、有效拦蓄率(187.49%)和吸水速率(5.84g/h)4个指标均优于其他两类生态系统。②草地枯落物的各项水文指标均值皆高于农田,最大持水率甚至高于森林生态系统。③枯落物生物量与其最大持水量和有效拦蓄量呈显著正相关关系,而枯落物占生态系统总生物量的比例随总生物量增加呈幂数下降。[结论]如果造林营林方式正确,森林生态系统能够提升区域水源涵养水平,同时草地的水源涵养能力不容忽视,市域内大范围的耕地向草地扩展,将直接影响区域的水源涵养能力。以生物量表征的生态系统固碳能力与枯落物蓄水所反映的水源涵养能力之间的响应关系在生态系统不同尺度下具有不同的表现,在对区域生态空间格局进行优化时,需明确特定环境下不同生态系统类型枯落物的水源涵养能力及其变化对其他生态服务功能的影响,从而实现各生态系统平衡发展。     

鄂尔多斯高原沙地柏液流通量及其影响因子

[目的]分析沙地柏液流通量变化特征及主要影响因子,为沙地植被的保护提供理论依据。[方法]以鄂尔多斯高原沙地植被的优势种沙地柏为研究对象,利用热扩散(TDP)技术监测生长季沙地柏的液流动态,通过相关分析和回归分析等研究其与气象因子的关系。[结果]晴天沙地柏的液流通量为单峰曲线,干旱时为双峰曲线。雨天沙地柏的液流通量为单峰或双峰曲线。晴天沙地柏液流通量的最大值是2.30～23.38 g/(cm~2·h)。沙地柏液流通量对降雨的响应具有1～4 d的时滞。生长季沙地柏液流通量与光合有效辐射、水汽压亏缺、气温和风速均呈显著正相关,而与相对湿度和降雨量呈显著负相关。[结论]鄂尔多斯高原沙地柏的液流通量随天气而变化。太阳辐射和水分是沙地柏液流通量的主要影响因子。建议当地加强对沙地柏灌丛的保护,防止由于过度水分消耗导致的植被退化。