转录组和iTRAQ技术联合揭示玉米根系的耐旱机制

采用RNA-Seq技术和iTRAQ技术对耐旱性不同的两玉米自交系(昌7-2和TS141)的幼苗根系差异基因(DEGs)和差异蛋白(DEPs)进行关联分析.定量关联分析结果表明,Chang 7-2 D1 vs CK1、Chang 7-2 D2 vs CK2、TS141 D1 vs CK1和TS141 D2 vs CK2等...     

外源赤霉素对不同耐深播性玉米自交系的深播缓解效应

为探讨不同浓度的外源赤霉素(GA)对深播胁迫下玉米种子萌发、幼苗生长的影响,综合评价GA对深播的缓解效果,以2份深播敏感自交系(‘吉853’和‘自330’)和2份耐深播自交系(‘N192’和‘Mo17’)为试材,于其苗期在2种不同深播(15、20 cm)胁迫下施加4种不同浓度外源GA。结果表明:(1)深播胁迫下出苗率、苗长、根长显著降低,中胚轴长、胚芽鞘长、中胚轴和胚芽鞘长之和,胚芽鞘中的SOD酶活性,中胚轴、胚芽鞘中POD、CAT酶活性及木质素含量显著升高,其变化率(RC)介于-75.86%～100.19%。施加外源GA后幼苗各性状增辐达4.25%～389.06%。(2)用2份深播敏感自交系对外源GA的最佳浓度进行筛选,15 cm和20 cm深播胁迫下分别施加4.0 mg·L~(-1)和6.0 mg·L~(-1)外源GA的缓解效果最佳,隶属函数值分别为0.602和0.598。(3)最佳浓度下比较分析2种耐深播性不同玉米自交系的生长参数和生理特性,表明外源GA可缓解深播对玉米幼苗的胁迫,外源GA对耐深播性不同玉米自交系的敏感程度不同,表现为吉853自330Mo17N192。(4)利用主成分与热图分析玉米萌发期深播性鉴定的三级评价指标,出苗率、中胚轴长、中胚轴和胚芽鞘长之和是主要的评价指标,中胚轴中SOD、POD、CAT活性及中胚轴、胚芽鞘中木质素含量可作为二级评价指标,根数和苗长可作为三级评价指标。     

玉米自交系SSR多样性与穗部性状的关联分析

玉米穗部性状直接影响其单株产量。为深入剖析玉米自交系穗部性状的遗传多样性,寻找与目标性状关联的分子标记,采用145对SSR引物对186份玉米自交系进行遗传多样性分析,共检测到652个等位基因,平均等位基因数为4.5个,平均多态信息量为0.478;利用Structure软件,将186份自交系分为5个亚群(旅大红股、塘四平头、兰卡斯特、P群、瑞德);并通过GLM关联分析模型分析,共找到14个与穗行数、穗粗、轴粗、穗长、秃顶长、行粒数、单穗重、百粒重、穗轴重9个穗部性状相关的标记,各标记对表型变异的解释率为0.0211~0.2159;通过MLM关联分析模型,共检测到8个与穗部性状相关的标记,各标记对表型变异的解释率为0.0174~0.1243;这些标记分布在1、2、3、4、5、7、8、9、10号染色体上。通过研究玉米遗传多样性与穗部性状的关联分析,可以为发掘优异的等位变异基因,复杂性状的遗传学研究和分子标记辅助育种奠定基础。     

8种水旱环境下2个玉米群体穗部性状QTL间的上位性及环境互作效应分析

深入剖析干旱胁迫条件下玉米穗部性状的遗传机制可为玉米抗旱高产分子育种提供参考依据。以大穗型旱敏感自交系TS141为共同亲本,分别与小穗型强抗旱自交系廊黄和昌7-2杂交,构建了含有202个(LTPOP)和218个(CTPOP)家系的F2:3群体,在8种水旱环境下进行单穗重、穗轴重、穗粒重、百粒重、出籽率及穗长等6个穗部性状的表型鉴定,并采用复合区间作图法(CIM)和基于混合线性模型的复合区间作图法(MCIM)对其进行单环境和多环境联合数量性状位点(QTL)分析。结果表明,采用CIM法,单环境下在2套F2:3群体间检测到62个穗部性状QTL,其中干旱胁迫环境下检测到38个QTL,进一步在2套F2:3群体多个干旱胁迫环境下检测到10个稳定表达的QTL (sQTL),分别位于Bin 1.01–1.03、Bin 1.03–1.04、Bin 1.05、Bin 1.07、Bin 1.07–1.08、Bin 2.04、Bin 4.08、Bin 5.06–5.07、Bin6.05和Bin 9.04–9.06。采用MCIM法,联合分析定位到54个穗部性状联合QTL,其中24个表现显著的QTL与环境互作(QTL×E), 17对参与了显著的加性与加性/显性(AA/AD)上位性互作,其表型贡献率较低。这些研究结果可为系统地剖析玉米穗部性状的分子遗传机制提供理论依据;且这2套F2:3群体多个环境下检测到的sQTL可作为穗部性状改良的重要候选染色体区段,用于图位克隆或抗旱高产分子育种,但要注重环境及上位性互作效应的影响。     

外源脯氨酸缓解玉米幼苗盐胁迫的效应

为探讨施用外源脯氨酸(Pro)对不同耐性玉米(Zea mays)幼苗盐胁迫的缓解效应,以耐盐自交系8723和盐敏感自交系P138为试材,在苗期以180?mmol·L?1?NaCl为胁迫条件,施加浓度为250?μmol·L?1的外源Pro,研究了盐胁迫下外源Pro对玉米幼苗生长以及相关生理指标的影响.结果表明,外源Pro...     

PEG模拟干旱胁迫下玉米胚芽鞘长与其抗旱性的关系分析

以6份抗旱性不同的玉米自交系为试材,用不同浓度的PEG-6000(polyethylene glycol,PEG)渗透溶液进行模拟干旱胁迫处理,分析玉米萌芽期中胚轴长、胚芽鞘长及苗长的变化,并将其与田间干旱胁迫处理下相应玉米自交系产量及产量相关性状的抗旱指数进行相关分析,以期揭示萌芽期玉米幼苗相关性状与其抗旱性的关系。结果表明:(1)萌芽期随着PEG浓度增加,玉米自交系胚芽鞘长、中胚轴长及苗长都呈下降趋势,其中苗长降低幅度最大,平均降幅为14%,中胚轴长次之,平均降幅为11%;(2)方差分析表明,不同玉米自交系幼苗的中胚轴长、胚芽鞘长在自交系间及PEG浓度间差异极显著,苗长在PEG浓度间差异极显著;(3)花期田间干旱胁迫下,各玉米自交系的千粒重、穗粒数及产量较正常灌溉明显下降,且其平均降幅分别为8%、14%、13%;(4)通过玉米田间产量及产量相关性状抗旱指数与萌芽期各性状相关性分析表明,中胚轴长与千粒重、穗粒数及产量的抗旱指数呈显著或极显著正相关。胚芽鞘长与千粒重、穗粒数及产量的抗旱指数呈极显著正相关,而在5%的PEG-6000渗透溶液模拟干旱胁迫下,胚芽鞘长与千粒重抗旱指数相关系数最高为0.832。因此,胚芽鞘较长的自交系其抗旱性较强,胚芽鞘长度可作为玉米早期抗旱性筛选的重要指标。     

不同外源调节物质对不同耐旱性玉米自交系的干旱缓解效应分析

以旱敏感玉米自交系TS141为试材,在苗期以20%PEG模拟干旱胁迫处理,添加5种不同浓度外源甜菜碱(GB)或脯氨酸(Pro),以蒸馏水和干旱胁迫分别作为正向(CK+)、负向(CK-)对照处理,筛选得到对玉米苗期干旱胁迫缓解效果最佳的处理浓度:30μmol·L~(-1) GB或400μmol·L~(-1) Pro。以最佳浓度外源GB或Pro对干旱胁迫下的耐旱玉米自交系昌7-2和旱敏感玉米自交系TS141幼苗进行处理,比较分析两种耐旱性不同玉米自交系的生长参数、生理特性、气孔特性及叶片解剖结构。结果表明:外源GB或Pro可有效缓解玉米幼苗干旱胁迫损伤,恢复生理生化代谢稳态,外源GB对干旱胁迫的缓解效应强于外源Pro;TS141在添加外源GB后各生长参数均显著升高且叶片细胞结构明显恢复并排列整齐,而添加外源Pro后苗长并未出现显著变化且叶片细胞结构未发现明显差异;昌7-2在添加外源GB后脯氨酸含量、SOD、POD、CAT活性分别下降47.01%、26.33%、15.00%、66.08%,但添加外源Pro后只分别下降27.74%、17.65%、11.45%、44.32%。此外,外源GB或Pro对旱敏感玉米自交系缓解效果更明显:在添加外源GB或Pro后TS141各生长参数均显著升高,而昌7-2只有根长出现显著性差异;添加外源GB后TS141的脯氨酸含量、SOD、POD、CAT活性分别降低46.22%、16.58%、35.24%、60.52%,而昌7-2其值分别降低47.01%、26.33%、15.00%、66.08%,均低于TS141。干旱胁迫下玉米自交系叶片通过减小木质部导管直径,降低导管系统水势,诱导气孔开度降低,减少水分丧失;干旱胁迫下花环型结构变形,维管束鞘细胞和韧皮部细胞的散乱排列,导致了玉米自交系对干旱胁迫的耐受性降低。     

不同株型玉米基因型对干旱胁迫的响应分析

改良株型结构是挖掘玉米产区光、热、水潜力的重要途径,是玉米理想株型育种的基础。为了深入揭示玉米株型相关耐旱响应机理,研究在花期干旱胁迫下对株型差异较大的3份玉米基因型(廊黄、昌7-2和TS141)穗位叶的株型结构、气孔形态、生理代谢、光合特性及产量进行了研究。结果表明:1)干旱胁迫下,3份不同株型基因型的叶长、叶宽、叶面积及叶夹角均显著减少,叶形系数和叶向值均显著增大,平展株型基因型TS141的6个株型性状较紧凑株型基因型廊黄和昌7-2变化更大;2)干旱导致3份不同株型基因型的上/下表皮气孔个数趋于增多,上/下表皮气孔长度和宽度趋于缩短,TS141的上/下表皮气孔个数均有较大的增多,上/下表皮气孔长度和宽度均有较小的降低;3)干旱胁迫后,TS141的叶绿素a、b、(a+b)含量及叶绿素a/b均明显下降,廊黄和昌7-2的叶绿素a/b均有较小地上升,其余3个性状均有较小地下降;4)干旱条件下,3份不同株型基因型的气孔导度、净光合速率、叶片温度、蒸腾速率和RuBPCase活性均有不同程度地减少,胞间CO₂浓度均有不同程度地升高,与TS141相比,廊黄和昌7-2变化的幅度更小;5)干旱处理后,3份不同株型基因型的单株产量、单穗重、穗粒重、百粒重、穗长及出籽率均显著下降,对TS141的影响程度远大于廊黄和昌7-2;6)主成分PCA分析和热图Hierarchical clustering分析表明,干旱胁迫下玉米这些性状间的关系较为复杂,彼此相互关联,这些性状能完全概括不同株型基因型的耐旱性差异。因此,推测玉米株型结构作为重要的干旱调节者,其可与气孔形态、生理代谢及光合特性相互调节共同构成玉米株型相关耐旱响应机制,且由于紧凑株型玉米对干旱胁迫的调节能力更强,其在今后育种中具有更好的抗旱潜能。