稻曲病菌交配型基因MAT1-2-1和MAT1-2-8的特性分析

 有性生殖在真菌的生活史和进化过程中具有重要作用,而交配型基因是控制有性生殖的关键因子。前期研究发现稻曲病菌(Villosiclava virens)MAT1-2型菌株中包含MAT1-2-1和MAT1-2-8两个交配型基因,但是它们如何调控稻曲病菌有性生殖依然不清楚。本文研究了它们在不同侵染和生长发育时期的表达模式和编码的蛋白结构特性。研究表明MAT1-2-1在侵染不同阶段一直下调表达;而MAT1-2-8在侵染早期(5 dpi)上调表达,在侵染后期下调表达。与营养菌丝阶段比较,MAT1-2-1和MAT1-2-8在有性发育过程菌核形成、菌核萌发、子座原基形成和子座成熟4个阶段的表达量都是下降的,在菌核形成阶段表达量最低。生物信息学分析显示MAT1-2-1和MAT1-2-8具有磷酸化位点,为非分泌蛋白,无明显的跨膜结构域。蛋白同源比对分析表明MAT1-2-1与香柱菌(Epichloë typhina)的MAT1-2-1同源性最高,而MAT1-2-8与绿僵菌(Metarhizium)的MBR_08192蛋白同源性最高。进一步研究发现MAT1-2-1和MAT1-2-8能够互作,并分别主要定位在细胞核和细胞基质中。通过质谱技术鉴定到MAT1-2-1的一些候选互作蛋白,如假定Ran交换因子Prp20/Pim1(KDB12229.1)、假定rRNA处理蛋白Ebp2(KDB12923.1)及组蛋白H1(KDB12711.1)等。因此,以上结果为研究稻曲病菌交配型基因MAT1-2-1和MAT1-2-8调控有性生殖的生物学功能奠定了基础。     

甜瓜种皮颜色控制基因CmSC1的精细定位及候选基因分析

【目的】通过对甜瓜种皮颜色进行遗传分析及基因精细定位,并推测其候选基因和开发特异分子标记,为下一步该基因的功能研究及合理利用奠定基础。【方法】利用白色种皮材料HP22和黄色种皮材料B8、B150分别配制杂交组合,获得后代遗传分离群体并进行种皮颜色的表型调查及遗传分析,通过基因图位克隆方法完成基因的精细定位。通过对定位区间内注释基因进行编码区序列和功能分析确定关键候选目的基因。【结果】甜瓜白色种皮对黄色种皮为显性,由单显性基因CmSC1控制并表现延迟遗传效应。利用368个黄色种皮F₂单株最终将CmSC1精细定位于第5号染色体分子标记S27和S28之间物理距离约95 kb区间内,共包含12个注释基因。其中一个为拟南芥AtTT8同源的编码bHLH转录因子蛋白的MELO3C014406,经序列变异位点分析,黄色种皮材料B8和B150分别在该基因ATG下游第47位碱基处插入碱基A以及在第260位碱基处缺失14 bp导致翻译蛋白提前终止,致使后面功能结构域完全缺失,进而通过开发特异分子标记YS及序列分析,发现65份黄色种皮材料均发生这两种突变形式中的一种,推测MELO3C014406即为控制种皮颜色CmSC1的目的基因。【结论】本研究将控制种皮颜色的CmSC1精细定位于第5染色体95 kb区间内,推测MELO3C014406为最终目的基因,并开发了特异分子标记YS。     

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。     

发根农杆菌介导的白花草木樨毛状根转化体系的建立

白花草木樨（Melilotus albus Medic.ex Desr.）是草木樨最常见的栽培用种之一，具有较强的抗逆性和固氮能力。为了开发一套高效的草木樨转化体系，本研究以白花草木樨为材料，以结瘤基因MaROP6为目的基因，建立了发根农杆菌（Agrobacterium rhizogenes）介导的高效白花草木樨毛状根转化体系。结果表明：利用该方法可以在两周左右获得毛状根，其发生率可达78%，MaROP6基因的毛状根转化率可达70.8%。qRT-PCR鉴定结果表明，MaROP6转基因毛状根的平均相对表达量为对照的36.87倍。毛状根转化体系的建立为白花草木樨基因功能的验证奠定了基础。     

根系修剪对枳生长及相关基因表达的影响

以枳实生苗为试验材料,通过两年重复试验分析了不切除主根、切除1/3主根、切除1/2主根、切除2/3主根等4个不同水平根系修剪处理下枳实生苗生长发育、根系构型和营养吸收的情况,并检测了不同水平根系修剪处理对侧根发育关键基因表达量的影响。结果表明,切除1/2主根处理增加了枳实生苗的株高、茎粗、地上部鲜重和根系鲜重,改善了根系构型参数(侧根数、总根长、根表面积和平均长度),增加了根系P、K、Ca、B、Fe、Na和Zn等营养元素含量。另外,实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测发现,根系修剪处理诱导了侧根发育关键基因HOX1和CYP2的积累,并抑制了IAA11和IAA13的表达。综上所述,适度根系修剪可能通过诱导HOX1、CYP2基因的上调和IAA11、IAA13基因的下调来调控枳实生苗侧根的生长发育,改善根系构型,从而提高枳实生苗对营养元素的吸收能力及植株的生长发育。     

西南弱光地区机插杂交籼稻“减穴稳苗”栽培的群体冠层质量特征

【目的】探明机插条件下减穴稳苗配置对杂交籼稻群体冠层质量的影响,为西南弱光稻区杂交籼稻机插栽培技术的推广应用提供理论支撑。【方法】2016—2017年采用两因素随机区组田间试验,因素1,2年均为不同田间配置,设常规配置（30 cm×12 cm）和减穴稳苗（30 cm×23 cm）;因素2,2016年为不同株型水稻品种（F优498,中后期株叶型松散;宜香优2115,中后期株叶型上紧下披）,2017年为不同基本苗（42×10⁴/hm²和63×10⁴/hm²）;研究了不同田间配置对机插杂交籼稻群体冠层结构、光合特性和微环境（冠层温度、湿度和透光率）的影响。【结果】（1）减穴稳苗齐穗期能维持与常规配置相当的单茎绿叶面积、粒叶比和上三叶比叶重,其中2017年倒二叶与倒三叶比叶重显著增大;齐穗期剑叶光合速率、气孔导度、蒸腾速率分别较常规配置显著提高23.84%、23.53%和13.79%。（2）较常规配置,减穴稳苗显著增大各时期冠层幅度,提高冠层透光率,降低收敛指数,群体通透性更好;减穴稳苗处理提高了2016年F优498孕穗期和齐穗期的一次分蘖角度,而宜香优2115的一次分蘖角度2年均表现为减穴稳苗小于常规配置。（3）相关分析表明,孕穗期冠层日均温、昼夜温差和昼夜湿差与齐穗期剑叶和倒二叶比叶重呈显著或极显著正相关,与齐穗期收敛指数呈显著负相关;此外,孕穗期冠层日均温和昼夜湿差还与齐穗期冠层幅度呈显著正相关;齐穗期冠层日均温和昼夜温差与分蘖盛期、拔节期及齐穗后20 d的一次分蘖角度呈显著或极显著负相关,日均相对湿度则相反。减穴稳苗有效地改善了植株冠层结构,从而显著提高孕穗期和齐穗期的冠层温度和昼夜温差,提高孕穗期、齐穗期和齐穗后20 d的昼夜湿差,并显著降低日均相对湿度。【结论】减穴稳苗田间配置优化了机插杂交稻的群体冠层结构和光分布,增大了群体内部昼夜温差和湿差,降低了相对湿度,提高了群体质量和光合速率,为高产稳产奠定了基础,是西南弱光稻区进一步推进机插秧发展的重要技术途径。     

滞绿突变对大豆叶片蔗糖代谢相关基因表达的影响

为研究大豆滞绿突变对叶片衰老过程中蔗糖代谢相关基因表达产生的影响，以晋大滞绿1号及其亲本晋大74号为试验材料，测定了大豆开花后至成熟期间叶片可溶性糖含量的变化趋势，并对比了不同基因型大豆品种叶片衰老过程中蔗糖代谢相关基因的表达差异。结果表明:1)花后至成熟期间，2个供试大豆品种可溶性总糖含量均呈波动升高然后降低的变化趋势。花后14至42天，晋大滞绿1号可溶性总糖含量高于晋大74号；2)花后29至42天，晋大滞绿1号蔗糖磷酸合成酶基因SPS4，转化酶基因CInv、CWInv2以及蔗糖合酶基因SS1、SS2-2表达水平显著高于非滞绿品种晋大74号；己糖激酶和果糖激酶基因Hxk和Frk表达量也高于非滞绿品种晋大74号；3)除 SUT4-1外，其余6个蔗糖转运体基因SUTs的表达模式具有明显的品种特异性。花后29至42天，晋大滞绿1号叶片SUTs表达水平较高。综上，滞绿突变对于大豆蔗糖代谢相关基因的表达产生了明显的影响，特别是在鼓粒初期和中期等大豆籽粒形成的关键时期，滞绿品种晋大滞绿1号蔗糖代谢相关基因的表达更加活跃。     

2003—2018年中国森林火灾时空分布格局研究

基于2003—2018年的中国森林火灾统计数据,全面分析了森林火灾发生的时空分布格局,定量分析了其统计学规律,旨在为森林火灾预测、管理和风险决策提供基础支撑。分析结果表明,森林火灾的发生具有极强的随机性和离散性,通过森林火灾总次数、火场面积和受害森林面积的平均数来反映森林火灾发生风险将会导致评估结果偏高。森林火灾发生次数较多的为湖南、贵州、广西等省,而森林火场面积和受害森林面积较多的为黑龙江、内蒙古、云南、湖南、广西等省。按照森林火灾发生的格局,运用K均值聚类分析将31省分为4类。     

CnAβ基因对大鼠RBL-2H3细胞脱颗粒的影响

过敏是人和养殖动物常见的疾病，而且发生的频率呈现逐渐增加的趋势。为了深入了解过敏反应的机制，本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，构建钙调磷酸酶A beta （calcineurin A beta，CnAβ）基因敲除的大鼠RBL-2H3细胞株，并探讨CnAβ基因对RBL-2H3细胞生长及脱颗粒的影响。选取大鼠CnAβ基因第一外显子为敲除靶点，设计并合成3个单导向RNA （single guide RNA，sgRNA），构建pX459-CnAβ-sgRNA质粒，并用脂质体3000将构建好的质粒转染到RBL-2H3细胞内；利用嘌呤霉素对转染细胞进行筛选，通过DNA测序验证获得CnAβ基因敲除的RBL-2H3细胞株；并检测CnAβ基因缺失对细胞增殖和脱颗粒的影响。结果表明，成功构建了CnAβ单基因敲除的大鼠RBL-2H3细胞株；CnAβ基因缺失对RBL-2H3细胞增殖、细胞的颗粒形成以及颗粒含量无显著影响，但显著抑制由细胞表面受体介导的RBL-2H3细胞脱颗粒作用。该研究结果有助于深入了解动物过敏性疾病的发生机制，为动物过敏性疾病的预防提供了理论基础。