东北地区水稻纹枯病菌致病性及遗传多样性分析

为明确东北地区水稻纹枯病菌致病性及其群体遗传多样性,将2018年采自东北三省13个水稻主产区的病样分离纯化,共获得176个立枯丝核菌菌株。采用离体叶片接种法测定菌株致病力,利用SRAP分子标记技术分析其遗传多样性。致病力测定结果表明,东北三省各地区菌株致病力存在分化现象,供试的176个菌株中,强致病力菌株占全部菌株23.3%;中等致病力菌株占61.9%;弱致病力菌株占14.8%。地理来源与致病力无明显相关性。根据UPGMA聚类分析,当相似系数为0.63时,176个菌株被划分为6个类群。聚类结果与地理来源具有相关性,但与致病力无明显相关性。利用16对SRAP引物分析176个立枯丝核菌菌株遗传多样性,共得到2 237个扩增条带,多态性频率为82.16%;基因多样度(h)、Shannon信息指数(I)分别为0.2827、0.4150。东北各地区立枯丝核菌群体间遗传距离与地理距离呈一定正相关。群体遗传分化系数Gst=0.3319,基因流Nm=1.0063,说明东北地区立枯丝核菌群体遗传分化度较高且群体间存在基因交流。AMOVA分析结果表明,群体内遗传分化为67.84%,遗传变异主要发生在群体内部。     

牦牛CRH基因克隆及其在生殖轴中的表达研究

为了探讨促肾上腺皮质激素释放激素（corticotropin-releasing hormone，CRH）基因在牦牛繁殖中的调控作用，试验分别采集5头成年母牦牛和5头成年母黄牛的下丘脑、脑垂体前叶、输卵管、卵巢和子宫等组织，通过RT-PCR技术及生物信息学软件对牦牛CRH基因编码区进行扩增、克隆及序列分析，并构建系统进化树；采用实时荧光定量PCR法检测CRH基因的组织表达。结果表明，牦牛CRH基因编码区全长573 bp，编码190个氨基酸。牦牛与黄牛、猫、鸡、人、小鼠、大鼠和猪的CRH基因核苷酸同源性分别为99.8%、43.3%、36.1%、46.2%、39.0%、38.5%和56.4%。系统进化树表明，牦牛与黄牛亲缘关系最近，并与其他物种类聚，符合物种进化规律。CRH蛋白分子式为C₉₂₀H₁₅₀₃N₂₇₉O₂₆₃S₃，分子质量为20776.95 u，理论等电点为10.95，其氨基酸组成中亮氨酸（L）、脯氨酸（P）、丙氨酸（A）和精氨酸（R）所占比例较高，分别为15.8%、12.6%、12.1%和10.5%。CRH蛋白为不稳定亲水蛋白，存在信号肽和跨膜结构。CRH蛋白二级结构中α-螺旋、β-转角、延伸链和无规则卷曲分别占41.05%、1.05%、8.42%和49.48%，三级结构分析结果与其相一致。CRH基因mRNA在牦牛下丘脑中表达量最高，显著高于其他组织（P<0.05），在子宫中表达量最低。牦牛脑垂体前叶CRH基因mRNA表达量极显著高于黄牛（P<0.01），在卵巢、输卵管中表达量显著高于黄牛（P<0.05），而两个品种在下丘脑、子宫中的表达量差异不显著（P>0.05）。提示CRH基因在牦牛繁殖调控中具有重要作用。     

甘薯基因组NBS-LRR类抗病家族基因挖掘与分析

NBS-LRR类基因家族是植物抗病R基因(Resistance gene)数量最多的一类,具有NBS (Nucleotide-binding site)和LRR (Leucine-leucine-repeat)结构域。甘薯(Ipomoea batatas)栽培种基因组已完成测序,但尚未注释,本研究对甘薯基因组序列进行外显子预测,得到甘薯染色体组全基因组蛋白序列,在此基础上进一步对NBS-LRR家族基因鉴定和分析表明,甘薯基因组中含有379个NBS-LRR家族基因,占全基因组基因总数的0.212%,其中N型亚家族120个,NL型103个, CNL型133个, TNL型22个, PN型1个。所有染色体上均有NBS-LRR家族基因分布,但数量明显不同,其中有60.9%的NBS-LRR基因序列呈簇状分布。NBS-LRR基因序列有15个保守结构域,在N端较为保守。研究结果为甘薯进一步开展NBS-LRR家族基因的功能研究和抗性育种提供了参考。     

施氮量和采收时期对油蔬两用型油菜菜薹维生素合成的影响

为明确施氮量和采收时期对油蔬两用型油菜薹维生素含量的影响,以富硒1号为材料,采用裂区试验设计,设置3个施氮量(120、180和240 kg·hm^-2)和4个采收时期(以株高20、30、40和50 cm表示),分析了油菜薹维生素C、维生素E、维生素B₁和维生素B₆含量的变化;比较了半乳糖内酯脱氢酶(GalLDH)、抗坏血酸氧化酶(AAO)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)和单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)活性,并分析了维生素家族基因在菜薹中的表达量。结果表明,随着施氮量的增加,油菜薹还原型维生素C(AsA)含量降低;氧化型维生素C(DHA)含量在株高20 cm采收时增加,但在30 cm及以上株高采收时则降低;维生素E和维生素B₆含量先增加后降低;维生素B₁含量增加;维生素C合成关键酶GalLDH活性先略增加后降低;AAO和DHAR活性增加,APX和MDHAR活性则整体表现为先增加后降低。且施氮量增加后,维生素家族各基因在株高30和40 cm采收的菜薹中主要表现为正向调控,而在株高20和50 cm采收的菜薹中主要表现为负向调控。就采收时期而言,菜薹中的维生素含量在株高30~40 cm时高于其他时期;在同一施氮量下,随着菜薹采收株高的增加,维生素家族基因的表达量主要呈上调模式。综合分析可知,GalLDH活性的降低以及AAO/DHAR和APX/MDHAR代谢平衡是增施氮肥导致菜薹维生素C含量降低的重要原因。本研究结果为油蔬两用型油菜薹优质栽培技术提供了理论依据。     

芹菜水孔蛋白基因AgPIP2;1的克隆及其对非生物胁迫的响应

为了研究芹菜质膜内在蛋白基因的序列特征及其在非生物胁迫条件下的表达特性,探讨其抗逆功能,以芹菜品种六合黄心芹为试验材料,通过RT-PCR技术克隆AgPIP2;1基因,通过生物信息学软件分析其核苷酸和氨基酸序列特征,并采用荧光定量PCR技术检测其在不同组织的表达及其对非生物胁迫的响应。结果表明,AgPIP2;1基因含有1个861 bp的开放阅读框,编码286个氨基酸,其编码的蛋白属于PIP2类蛋白。氨基酸序列分析显示,AgPIP2;1含有高度保守的NPA基序以及高等植物PIP蛋白的保守序列,与其他物种PIP2类蛋白具有较高的同源性,与胡萝卜DcPIP2;1的氨基酸序列同源性达到97.90%。在亲缘关系上与大豆GmPIP2;1、胡萝卜DcPIP2;1和绿豆VrPIP2;1较为接近。实时荧光定量PCR技术分析表明,AgPIP2;1基因在芹菜根、叶柄和叶片中均有表达,其中在叶片中的表达量最高,在根中的表达量最低,呈现比较明显的组织特异性。此外,AgPIP2;1基因受到高温、低温、干旱和盐等非生物胁迫的诱导,说明该基因可能参与芹菜抵御非生物胁迫的过程。本研究为进一步了解AgPIP2;1基因的功能及其在非生物胁迫中的作用奠定了基础。     

大白菜抽薹相关基因BrFLC1的KASP标记开发

为了提高大白菜耐抽薹品种的分子育种效率,本研究针对大白菜抽薹相关基因BrFLC1第6个内含子的第一个碱基(Pi6+1)G-A的SNP变异开发进行高通量检测的竞争性等位基因特异性PCR(KASP)标记。结果表明,开发的KASP标记BrFLC1-KASP1可有效将晚抽薹类型材料Y177-12(G)和早抽薹类型材料Y195-93(A)分为2组。利用BrFLC1-KASP1标记可以对57份大白菜材料的基因型进行有效鉴别,且鉴定结果与酶切扩增多态性标记(CAPS)G-MvaI以及直接测序法的鉴定结果完全一致。综上所述, BrFLC1-KASP1标记在大白菜材料中具有通用性,且具有准确率高、成本低、效率高的特点。本研究结果对大白菜耐抽薹性的分子标记辅助选择具有重要的育种实践价值。     

茶树CsSNAT基因的克隆与表达分析

为明确茶树SNAT基因的序列特征和表达特点,在茶树转录组测序的基础上以茶树(Camellia sinensis)品种舒茶早为试验材料,通过SMART^TM RACE技术克隆茶树褪黑素合成途径中关键限速酶5-羟色胺-N-乙酰转移酶CsSNAT基因的cDNA全长序列,并分析其基因结构和表达模式。结果表明,CsSNAT基因序列全长1 014 bp,其中包含742 bp的完整开放阅读框(ORF),编码247个氨基酸,预测等电点7.64,蛋白分子量27.36 kDa。氨基酸序列比对显示,CsSNAT蛋白与其他高等植物的SNAT蛋白具有较高同源性,与葡萄 VvSNAT(CBI31163)同源性最高,为66.19%。诱导蛋白最佳条件为温度28℃,异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)浓度0.5 mg·L^-1,诱导时间6 h,在上清液中可获得大量分子量为66 kDa的可溶性融合蛋白。实时定量 PCR 分析表明,CsSNAT在褪黑素处理6 h后表达量最高,为对照的3倍;茶尺蠖取食6 h后,CsSNAT表达显著上调。不同激素处理结果显示,CsSNAT受脱落酸(ABA)、茉莉酸甲酯(MeJA)和水杨酸(SA)诱导表达。本研究结果为5-羟色胺-N-乙酰转移酶功能研究奠定了一定的基础。     

谷子MDH基因非生物逆境响应特性研究

为揭示谷子MDH基因对逆境胁迫的响应,本研究通过序列比对得到2个谷子苹果酸脱氢酶(malate dehydrogenase, MDH)基因SiMDH1、SiMDH2,并对SiMDH1和SiMDH2的编码蛋白特征、基因结构、功能、进化等性状进行了系统的分析和预测,用荧光实时定量PCR(qPCR)检测了SiMDH1和SiMDH2在苗期不同逆境及关键生育期干旱胁迫和不同光照强度下的表达。蛋白特征参数和序列分析表明,SiMDH1和SiMDH2蛋白特征参数相似度很高,序列非常保守,都含有MDH基因的特征功能域苹果酸酶NAD结合域和苹果酸酶C端功能域。亚细胞定位预测显示,SiMDH1和SiMDH2主要定位于叶绿体、细胞质和线粒体。启动子区域顺式元件分析发现,在SiMDH1和SiMDH2启动子区域含有大量光应答、激素类和其他类应答元件。苗期逆境qPCR表达谱分析发现,SiMDH1和SiMDH2受脱落酸(ABA)、聚乙二醇(PEG)、高盐和低温不同程度诱导,揭示SiMDH1和SiMDH2参与了谷子苗期非生物逆境胁迫应答。进一步分析发现,SiMDH1和SiMDH2参与了谷子在拔节、抽穗、灌浆期的干旱应答,而光照强度会显著影响SiMDH1和SiMDH2基因在不同生育期的表达。本研究为进一步分析MDH逆境应答机制以及利用基因工程方法改善作物抗逆性提供了试验和理论支持。     

Toxicity of cadmium and its competition with mineral nutrients for uptake by plants:A review

Cadmium(Cd)is a toxic heavy metal occurring in the environment naturally and is also generated through various anthropogenic sources and acts as a pollutant.Human health is affected by Cd pollution in farmland soils because food is the main source of Cd intake in the non-smoking population.For crops,Cd toxicity may result from a disturbance in uptake and translocation of mineral nutrients and disturbance in plant metabolism,inhibiting plant growth and development.However,plants have Cd tolerance mechanisms,including restricted Cd uptake,decreased Cd root-to-shoot translocation,enhanced antioxidant enzyme activities,and increased production of phytochelatins.Furthermore,optimal supply of mineral nutrients is one of the strategies to alleviate the damaging effects of Cd on plants and to avoid its entry into the food chain.The emerging molecular knowledge contributes to understanding Cd uptake,translocation,and remobilization in plants.In this review,Cd toxicity and tolerance mechanisms,agricultural practices to minimize Cd accumulation,Cd competition with essential elements(calcium,copper,iron,zinc,and manganese),and genes associated with Cd uptake are discussed in detail,especially regarding how these mineral nutrients and genes play a role in decreasing Cd uptake and accumulation in crop plants.     

东北黑土nirS型反硝化细菌群落和网络结构对长期施用化肥的响应

【目的】探明长期施用氮磷钾化肥对东北黑土农田土壤nirS型反硝化细菌群落和网络结构的影响,为更加合理的肥料配施提供理论依据。【方法】基于农业农村部黑龙江耕地保育与农业环境科学观测实验站平台,选取不施肥(NoF)、氮肥(N)、磷肥(P)、钾肥(K)、氮钾肥(NK)、氮磷肥(NP)、磷钾肥(PK)、氮磷钾肥(NPK)8个施肥处理,借助荧光定量PCR、Illumina MiSeq高通量测序和分子生态网络技术,分析东北黑土nirS型反硝化细菌丰度、群落及网络结构,及影响反硝化细菌群落变异的主要环境因子。【结果】1)长期施用氮肥均在显著增加nirS基因拷贝数的同时,降低了nirS型反硝化细菌的群落多样性,而磷、钾肥对其影响并不显著。2)Proteobacteria是所有处理中的优势反硝化细菌门,相对丰度为16.96%~27.34%,且氮肥的施用促进了隶属于该菌门中Bradyrhizobium的生长。3)PCoA分析结果显示,8个施肥处理nirS型反硝化细菌群落主要分成施氮肥和不施氮肥两组,说明长期氮肥的施用显著改变了东北黑土反硝化细菌的群落结构。结合Mantel test的结果可知,土壤pH是影响nirS型反硝化细菌群落改变的主要因素。4)分别构建施氮肥和不施氮肥的反硝化细菌分子生态网络,发现施氮肥和不施氮肥网络结构存在很大差异,长期施用氮肥明显简化了nirS型反硝化细菌的网络结构,同时使其网络结构稳定性降低,易受外界环境扰动。【结论】尽管施用化学氮肥有利于土壤养分的增加,但其土壤nirS型反硝化细菌群落及网络结构发生了较大改变,而磷、钾肥的施用对反硝化细菌群落无显著影响。本试验结果为进一步研究东北黑土区农田土壤反硝化微生物对不同施肥管理的响应机制提供了重要科学依据。