过表达ZmIBH1-1提高玉米苗期抗旱性

【目的】干旱是严重影响玉米生长发育进程的一个重要因素。挖掘玉米抗旱相关基因,通过转基因功能验证和转录组分析,解析关键基因在响应干旱胁迫过程中的分子调控机制,为抗旱分子育种和遗传改良提供理论依据。【方法】以玉米自交系B104（WT）为背景材料,利用农杆菌介导方法构建过表达ZmIBH1-1转基因株系（ZmIBH1-1-OE）;通过对转基因植株进行草铵膦抗性筛选、标记基因和目的基因PCR检测,以及运用实时荧光定量PCR检测目的基因的表达情况,鉴定阳性植株和株系;以WT和ZmIBH1-1-OE转基因株系为材料,通过干旱处理（20% PEG6000）,进行表型鉴定和耐旱生理生化指标测定,验证ZmIBH1-1的抗旱功能;通过对干旱胁迫下玉米4叶期转录组的比较分析,鉴定出差异表达的基因（differentially expressed genes,DEGs）;结合DAP-seq（DNA affinity purification sequencing）分析,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的下游靶基因,利用基因组可视化软件IGV（integrative genomics viewer）分析ZmIBH1-1蛋白结合候选靶基因的位置,然后通过Dual-Luciferase试验验证ZmIBH1-1蛋白与靶基因的调控关系。【结果】通过玉米遗传转化获得12个转化事件;T₃代中,能同时检测到标记基因Bar和目的基因ZmIBH1-1的植株有458个,实时荧光定量PCR检测结果表明,ZmIBH1-1-OE中ZmIBH1-1的表达量显著高于WT,株系3和株系8表达量最高,将其自交获得T₄代转基因株系用于后续试验。在干旱胁迫条件下,ZmIBH1-1-OE株系存活率、叶片相对含水量、叶绿素含量、可溶性蛋白含量及其生理生化指标（超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性）均显著高于WT,说明玉米中过量表达ZmIBH1-1赋予玉米更高的耐旱性。转录组分析结果表明,WT与ZmIBH1-1-OE株系在干旱胁迫下有1 214个差异表达基因;Gene Ontology（GO）功能富集分析结果表明,差异表达基因主要涉及生物过程、细胞组分和分子功能,如在生物过程中主要涉及到光合作用、应激响应、脱水响应等;KEGG富集分析表明,差异表达基因主要参与植物激素信号传导、新陈代谢等过程。结合转录组显著差异表达基因和DAP-Seq分析所得到ZmIBH1-1蛋白的靶基因,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的11个候选靶基因,包括2个钙信号相关基因、3个半胱氨酸代谢相关基因、1个bHLH转录因子、1个应激响应蛋白、1个谷胱甘肽转移酶、1个氧化还原过程蛋白和2个乙烯响应因子;基因组可视化结果显示ZmIBH1-1蛋白可以结合靶基因启动子区;随后通过Dual-Luciferase试验进一步表明,ZmIBH1-1蛋白可以直接作用于11个候选靶基因,其中,ZmIBH1-1蛋白可以促进ZmCa-M、ZmSYCO、ZmbHLH54、ZmGlu-r1、ZmCLPB3和ZmP450-99A2的表达,抑制ZmAGD12、ZmCYS、ZmCYSB、ZmERF-107和ZmEIN3的表达。此外,在干旱胁迫下NAC、WRKY、MYB等转录因子在ZmIBH1-1-OE和WT株系中也存在差异表达。【结论】ZmIBH1-1的过表达可以增强玉米苗期的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控乙烯信号通路中的ZmERF-107和ZmEIN3的表达提高玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控钙信号相关基因ZmCa-M和ZmAGD12增强玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白可能通过间接调控NAC、WRKY、MYB等转录因子响应干旱胁迫。     

谷子株高及穗部性状主基因+多基因混合遗传模型分析

【目的】株高和穗部性状是影响谷子产量的关键性状。探究谷子株高及穗部性状表型变异的遗传规律,为相关性状的遗传改良与基因定位提供参考依据。【方法】以谷子优质品种豫谷18为共同父本,分别与黄软谷和红酒谷杂交,构建2个分别包含250个家系的重组自交系F₇群体（YYRIL和YRRIL）。采用主基因+多基因混合遗传模型,对YYRIL和YRRIL群体在2个环境下的株高、穗长、穗下节间长、穗码数、穗粒重等5个农艺性状的表型数据进行遗传分析。【结果】5个性状在所有环境中均表现连续变异且存在超亲分离现象,峰度和偏度绝对值小于1,近似正态分布,呈现数量性状的典型遗传特点。性状间相关性分析表明株高与穗长、穗下节间长在所有环境中均呈极显著正相关,穗码数与穗粒重呈极显著正相关。遗传模型分析显示YYRIL和YRRIL群体株高的最适遗传模型分别为PG-AI和PG-A多基因模型,多基因遗传率分别为95.15%和91.27%。2个群体穗码数的最适模型均为PG-AI,多基因遗传率为70.07%—71.58%。穗下节间长在2个群体的最适遗传模型分别为4MG-CEA和3MG-CEA,均为等加性主基因模型。穗下节间长在YYRIL群体的主基因遗传率为9.69%,4对主基因加性效应值相等,均为-0.34,具有负向效应;穗下节间长在YRRIL群体的主基因遗传率为45.78%,3对主基因加性效应值相等,均为1.17,具有正向效应。穗长在YYRIL群体的最适模型为MX2-ED-A,即2对显性上位主基因+加性多基因模型,主基因遗传率为43.56%,多基因遗传率为50.56%。控制穗长的2对主基因加性效应值分别为-1.21、1.68,多基因加性效应较小,为-0.0017;穗长在YRRIL群体的最适模型为MX2-AE-A,即2对累加作用主基因,加性多基因混合遗传模型;穗长的主基因遗传率为46.40%,多基因遗传率为46.91%。控制穗长的第1对主基因加性效应值为1.53,具有正向效应,第1对主基因加性×第2对主基因加性上位性互作效应值是0.60,多基因加性效应值为-0.47,表现为较低的负向遗传效应。穗粒重在YYRIL群体的最适遗传模型为MX2-ED-A;符合2对显性上位主基因+加性多基因模型,主基因遗传率为69.09%,多基因遗传率为12.08%;控制穗粒重的2对主基因加性效应值分别为0.58、5.82,以第2对主基因的加性效应为主,多基因加性效应值为-3.81。穗粒重在YRRIL群体的最适遗传模型为3MG-PEA,即3对部分等加性主基因遗传模型;穗粒重的主基因遗传率为81.10%,3对主基因加性效应值分别为-2.68、-2.68和2.66,前2对主基因的加性效应值相同,且均为负向效应。【结论】谷子株高、穗码数的最适遗传模型相似,均服从多基因遗传,遗传率较高,受环境影响较小;穗下节间长的遗传受主基因控制,主基因遗传率偏低,受环境影响较大,在栽培中应充分考虑环境因素;穗长遗传受主基因和多基因共同控制;穗粒重在2个群体均服从主基因遗传,主基因遗传率较高,可能存在主效QTL。     

小麦Glu-3位点基因拷贝数的变异分析

【目的】基因拷贝数变异是一种常见又重要的基因结构变异,往往影响个体表型。低分子量麦谷蛋白（low-molecular-weight glutenin subunit,LMW-GS）是小麦贮藏蛋白的主要组成部分,位于Glu-3位点。小麦作为异源六倍体,其庞大且复杂的基因组结构导致难以利用传统方法检测目的基因的拷贝数,针对小麦基因组,筛选可靠稳定的内参基因和体系,探索适合复杂基因组的拷贝数变异测定技术,测定Glu-3位点LWM-GS基因拷贝数。【方法】以Acc1为内参基因,根据基因序列设计内参引物和探针,通过定性和定量PCR测定内参基因在12个普通小麦品种中的拷贝数,分析该基因拷贝数在不同品种间的稳定性;又以小麦品种篙优2018的5个稀释浓度的基因组DNA为模板,利用qRT-PCR验证Acc1内参系统的重复性和准确性;根据Glu-A3位点LMW-GS基因序列设计特异性引物及探针,利用qRT-PCR和ddPCR 2种方法检测8个小麦品种Glu-A3位点基因拷贝数,比较后选择更优的高通量基因拷贝数检测方法;再根据Glu-B3和Glu-D3位点LMW-GS基因序列设计相应的特异性引物及探针,并利用ddPCR技术检测和分析了231份小麦品种的Glu-A3、Glu-B3和Glu-D3位点上LMW-GS基因拷贝数。【结果】Acc1在12个普通小麦品种间、同一品种5个DNA稀释浓度间的拷贝数测定结果一致,技术重复间的变异系数仅为0.07%—0.77%,所构建的Acc1内参系统稳定;比较qRT-PCR和ddPCR 2种拷贝数检测方法,8个品种所测的Glu-A3位点拷贝数结果一致,分别为3、5、3、4、3、3、3和3;且ddPCR检测重复间的变异系数为0.30%—1.67%,远低于qRT-PCR的3.14%—12.72%,更加可靠;利用ddPCR对231份普通小麦品种的Glu-A3、Glu-B3和Glu-D3位点上LMW-GS基因拷贝检测后分析发现,大多数小麦品种在3个位点上的拷贝数为4,所占频率分别为51.95%、32.03%和28.57%,Glu-3位点总拷贝数变异范围为10—21,变异系数为16.12%。【结论】Acc1内参系统具有良好的稳定性和重复性,可以用作小麦Glu-3位点和其他目的基因拷贝数检测的内参;qRT-PCR和ddPCR均可用于小麦基因拷贝数的检测,但后者更稳定、可靠,且操作简单、检测通量高。     

水稻赖氨酸含量测定方法改进及其最优动态分类研究

赖氨酸是水稻营养成分中第一限制性氨基酸。为优化赖氨酸的测定方法,设置了本试验,通过超声振荡器取代普通振荡器,进行300W超声功率下酰化用时及染料结合反应用时的研究。结果表明,最佳酰化用时为15 min,染料结合用时为90 min。与国标法相比,优化后的方法酰化用时变长、染料结合用时变短,测定总用时明显缩短,但测定结果和试验精度更高。可见,采用超声波振荡代替传统振荡器振荡能改进赖氨酸的测定方法。另外,采用最优动态聚类法对赖氨酸含量进行分类,能防止人为分类的不确定性,做到分类方案的最优化。     

施氮时期对葡萄叶片光合生理及内源激素水平的影响

以10 a生酿酒葡萄‘蛇龙珠’为试验材料，运用水肥一体化滴灌的方式分别在萌芽期（S1）、新梢旺长期（S2）、开花期（S3）、果实第一次膨大期（S4）和副梢生长旺期（S5）一次性施入300 kg·hm^-2尿素，对照为整个生育期均不施氮肥（CK），分别于花后50 d（DAF50）、花后85 d（DAF85）和花后120 d（DAF120）进行光合特性指标的测定，并采样分析氮肥施用时期对葡萄叶片光合生理及内源激素水平的影响。结果表明：各生育期施氮均能增加叶片净光合速率（Pn）及PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm），在花前施氮肥叶片Pn和Fv/Fm增加最为显著，最高分别达到18.22 μmol·m^-2·s^-1和0.854。S1、S2和S3处理显著增大了不同生育期叶片气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr），且S2处理在DAF85时最显著，Gs和Tr分别比CK高18.5%和10.8%；S3、S4和S5处理显著降低了叶片的胞间CO₂浓度（Ci）和非光化学淬灭系数（NPQ），S1处理叶片Ci与CK之间无显著差异。果实第一次膨大期之前施入氮肥能够显著增大各生育期叶片的PSⅡ电子传递量子效率（ФPSⅡ）和光化学淬灭系数（qP），最高分别达到0.889和0.959。可见，不同时期施氮肥，通过改变光合荧光相关参数影响叶片光能的吸收、传递、耗散和分配，从而改善叶片光能利用效率。氮肥的施用时期影响各生育期叶片内源激素的含量，施氮肥均显著提高了DAF85后叶片玉米素（ZT）含量，与CK相比至少提高21.9%；花后施入氮肥叶片中IAA含量在果实采收时保持在34.9 μg·g^-1以上，S4和S2处理GA₃含量最高，分别为7.11 μg·g^-1和6.49 μg·g^-1。因此，氮肥施用时期影响葡萄各生育期不同内源激素的积累。     

玉米农杆菌转化方法

玉米是世界上三大粮食作物之一,目前,玉米产量和品质的提高较大程度依靠基因工程技术。而玉米的农杆菌转化是对玉米基因组进行遗传修饰的有效手段。综述了玉米农杆菌转化的受体、影响农杆菌转化效率的因素,以有效地提高转化效率。     

室内循环水可控软壳青蟹养殖技术初探

拟穴青蟹俗称青蟹,属甲壳纲、十足目、梭子蟹科、青蟹属,广泛分布于我国长江口以及南海沿海海域,是我国具有重要经济价值的海洋渔业资源和海水养殖品种之一。在东南沿海地区青蟹养殖已形成较为庞大的产业,成为当地重要的经济支柱,推动农民生活水平提高。     

IBA诱导楸树嫩枝扦插不定根发育的转录组分析

【目的】利用RNA-seq技术对楸树易生根品种‘豫楸1号’的嫩枝扦插生根的4个发育阶段进行转录组测序和分析,为阐明楸树不定根发育的分子机制奠定理论基础。【方法】首先利用浓度为2 g·L-1IBA处理‘豫楸1号’嫩枝,然后分别提取处理后0天(对照)、1天(激活期)、15天(愈伤形成期)的插穗基部的RNA及25天(不定根形成期)和35天(不定根伸长期)的根部的RNA进行转录组测序;接着测序得到raw reads,通过去除接头、重复序列、低质量的序列,得到高质量的clean reads,使用Trinity软件进行拼接获得contigs;随后,利用BLASTx、RSEM、Cytoscape及Me V4.9.0分子生物学软件对测序结果进行注释和差异基因鉴定;最后随机选取15个差异表达的RNA-Seq数据利用q PCR验证基因的表达。【结果】在62 955个unigenes中,31 646(50.26%)个unigenenes获得了注释;差异基因分析发现了11 100个差异基因,其中包括10 200个特异的和900个共同的差异基因;GO富集分析发现‘细胞骨架’仅在激活期显著富集,而‘DNA代谢过程’仅在愈伤组织形成期显著富集;KEGG富集分析显示参与丙烷合成、糖酵解和植物激素代谢等途径的基因对楸树不定根的形成具有重要的作用,并且随着楸树不定根发育进程的发展,参与糖酵解途径的基因数目逐渐减少而参与苯丙素合成的基因数量却在持续增加,表明在IBA刺激后,代谢通路的动态变化响应了不定根的发育进程。【结论】通过对楸树‘豫楸1号’不定根发育的4个阶段的转录组分析,发现细胞分裂素和乙烯间的互作促进楸树愈伤形成而生长素和油菜素内酯间的互作则促进了楸树不定根的伸长。虽然本研究不能完全解释‘豫楸1号’不定根形成的分子机制,但它可以作为进一步探索与这一复杂过程相关的候选途径和基因的有力工具,可为解析楸树不定根发育的分子机制和其他近缘物种的研究提供帮助。     

黄花菜农艺节水灌溉研究综述

本文分析黄花菜的生理特性,生长习性及在不同生长期的需水要求,运用合理的灌溉模式,进行适时、适量地科学灌溉,提高黄花菜的产量,以达到合理高效的节水效应及高产量的目的。并对黄花菜的节水灌溉研究进展作了总结,对发展前景提出构想与展望。     

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。