青稞类钙调素蛋白基因CML19的克隆、序列分析及原核表达

根据鉴定得到青稞类钙调素蛋白基因CML19的序列设计引物,以青稞叶片的cDNA为模板,扩增得到目的片段,对目的基因序列进行鉴定和分析,进一步构建该基因的原核表达载体pET28a-CML19,转入大肠杆菌BL21(DE3),利用IPTG诱导外源蛋白质表达并检测。结果表明,扩增得到CML19的CDS序列全长为447bp,编码的蛋白质含有148个氨基酸,分子质量为16.46ku,理论等电点(pI)为4.40,总平均亲水性(GRAVY)为-0.176,不稳定系数为49.59,存在典型的EF手结构域;系统进化分析表明,青稞CML19与山羊草具有较近的亲缘关系;原核表达蛋白结果显示,重组蛋白主要以包涵体形式存在于沉淀中。初步阐明青稞CML19基因的序列特征,为进一步制备抗体、探讨CML19基因的功能奠定基础。     

青稞骨干亲本昆仑1号及其衍生品种(系)重要性状的演变研究

为阐明昆仑1号及其3个不同时期衍生品种(系)重要农艺性状的演变规律,对重要农艺性状和产量性状进行了研究。结果表明,昆仑1号衍生品种(系)的株高呈增加趋势,子代株高相对于昆仑1号平均株高分别增加8.17%、18.77%和14.74%;子代叶片类型由长而宽逐渐演变为短而窄,旗叶长宽比逐渐增加,叶面积逐渐减少,该类型变化使株型更加紧凑,有助于增加单位面积的植株数,提高光合总产量,促进青稞的增产;穗长、单株有效穗数、穗粒重和小区产量均显著增加;小穗数和穗粒数变化不明显,千粒重小幅度减少。相关性分析表明,穗粒重、千粒重与产量呈显著正相关,单株有效穗数、穗长、株高对产量呈显著负相关,小穗数和穗粒数与产量间的相关性不显著。因此,昆仑1号的穗大、千粒重高等丰产特性在品种演替中得到了很好的传递。建议西藏青稞育种中,应结合农区畜牧业的发展,保持株高、减少穗长、增加有效小穗数、提高结实率,千粒重和穗粒重并重、主攻小穗数和穗粒数是提高青稞产量的有效途径。     

青稞HbTsi1的克隆及其序列特征与表达特性分析

为了探究DREB类基因在青稞干旱胁迫下的表达模式,通过RT-PCR技术从抗旱品种‘喜马拉雅10号’中克隆其中的一个基因全长cDNA,并利用Real Time PCR方法研究其在干旱胁迫、复水条件下的表达情况。结果表明:从抗旱材料中克隆一个1 237bp全长cDNA序列,命名为HbTsi1(登录号:KJ699390)。生物信息学分析表明,该序列开放阅读框长为837bp,编码278个氨基酸序列,由HbTsi1的ORF推测所编码的蛋白,预测分子质量为30.33ku,等电点(pI)为6.11。Prosite Scan分析结果表明,该基因含有AP2/ERF domain profile家族特征基序、1个Bipartite nuclear localization signal profile、6个蛋白激酶C磷酸化位点、6个酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点、5个N-豆蔻酰化位点、2个cAMP和cGMP依赖性的蛋白激酶磷酸化位点、2个氮糖基化位点。TMHMM预测该蛋白不含跨膜转移功能区。Signal IP3.0预测该蛋白没有信号肽,不属于分泌蛋白。PSORT亚细胞定位预测该基因所编码蛋白位于细胞质。推导的氨基酸序列同源比对分析结果表明,HbTsi1蛋白与短芒大麦的DREB蛋白具有较高的相似性。利用实时定量PCR方法研究HbTsi1在干旱胁迫条件下及复水后不同时间点的表达情况,发现HbTsi1在土壤绝对含水量为33.4%时表达量最高,随着土壤绝对含水量的下降而下调表达;当达到作物正常生长所需的土壤绝对含水量时又开始上调表达;进行干旱胁迫后(15.5%)基因表达量下降;复水后8h时恢复至最高表达水平。说明,HbTsi1基因可能是青稞抗旱节水的关键基因。     

利用全基因组重测序技术研究182份大麦和青稞的基因组结构变异

为探明大麦(Hordeum vulgare L.)和青稞(Hordeum vulgare var.nudum)基因组结构变异与表型和环境适应差异的遗传机制，以大麦基因组为参考，基于182份大麦和青稞样品的全基因组重测序数据，进行了基因组结构变异分析。结果表明：182份大麦和青稞样品的平均测序深度约为12 X，共获得74 262个结构变异，包含48 078个缺失(65%)、13 461个插入(18%)、7 012个倒位(9%)和5 711个染色体内易位(8%)。大麦参考基因组18.72%(7 440/39 734) 的基因位于结构变异区内。许多与基因组结构变异相关的基因参与了光系统和防御反应过程。研究认为，基于182份大麦和青稞的基因组结构变异分析结果将为大麦和青稞建立一个比较完善的结构变异数据集，并将加深对大麦和青稞物种进化和表型差异分子机制的认识。     

青稞法尼基转移酶β亚基编码基因HbERA1的克隆及表达分析

ERA1(Enhanced response to ABA)基因编码法尼基转移酶(Farnesyl transferase)β亚基,该酶在干旱胁迫下对ABA信号负向调控因子的修饰起着关键作用。本研究以青稞(Hordeum vulgare subsp.vulgare)抗旱品种喜马拉雅10号为材料,利用RT-PCR技术克隆获得了ERA1基因全长cDNA序列,命名为HbERA1(登录号:KJ699392)。生物信息学分析表明,该基因全长1 401bp,可编码466个氨基酸序列,蛋白分子量为51.14kD,等电点为5.00。Prosite Scan分析结果表明,HbERA1含有多个干旱胁迫响应蛋白的作用位点,如酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点、N-糖基化位点、蛋白激酶C磷酸化位点及N-豆蔻酰化位点。利用实时定量PCR方法研究了HbERA1在干旱胁迫条件下及复水后不同时间点的表达情况,发现在水分过剩处理下(土壤绝对含水量15.5%),HbERA1在土壤绝对含水量为33.4%时表达量最高,并随着土壤绝对含水量的下降而下调表达;进行干旱胁迫后(15.5%)基因表达量也明显下调表达;复水后表达逐渐恢复,复水8h时超过正常表达水平,表明HbERA1基因可能参与调控水涝和干旱胁迫双重信号传导。     

组织培养技术在西藏青稞育种中的作用

青稞是青藏高原的特色作物,也是藏区农牧民的主粮.西藏青稞育种主要是通过传统的人工杂交的方法,劳动量大,效率较低.提高青稞育种效率至关重要.本研究对青稞组织培养技术——成熟胚培养、花药培养和小孢子培养三种技术进行了试验,进行体系优化可缩短育种年限,因此利用组织培养技术提高青稞育种效率至关重要.     

缺氮处理对青稞幼苗生长和生理特性的影响

青稞是禾本科大麦属的一种禾谷类作物,主要产自中国西藏、青海、四川、云南等地。为选育出适应我国西部高原地区种植的耐贫瘠并高产的青稞品种,本研究以370份青稞品种为材料,以Hoagland营养液为介质,对2叶期的青稞幼苗进行缺氮和对照2组处理试验,通过对不同处理下青稞幼苗的株高变化量和地上生物量(鲜质量、干质量)对缺氮的响应进行分析,并通过对丙二醛含量和氧化物酶活性测定对初选品种进行鉴定。结果表明:1)缺氮胁迫对不同青稞品种的生长影响存在显著性差异,筛选出耐贫瘠品种13份(北青3号、藏0814、ZYM0963、ZYM1099、藏0284、喜拉19号、藏0225、ZYM0762、藏0861、ZDM07610、藏1312、藏1265、WDM03955),不耐贫瘠品种14份(ZYM0303、WDM00496、WDM03703、ZDM04162、藏0234、ZYM0977、北青2号、拉萨紫青稞、甘农大7号、康青6号、ZDM08841、藏1405、ZDM08193、ZDM09826)。2)青稞通过改变POD、CAT、APX活性适应逆境以减少缺氮胁迫的伤害。对缺氮胁迫不敏感的品种,其应答主要依靠POD和APX活性增加,对缺氮胁迫敏感的品种,其应答主要依靠APX和CAT活性的增加,二者共同起主导作用使青稞适应缺氮逆境。     

干旱胁迫下青稞全基因组可变剪切分析

为阐明青稞在旱胁迫下基因发生可变剪切的规律,本研究以抗旱的"喜拉16号"和旱敏感的"迪庆黑元桂"为试验材料,分别对对照和21%PEG浓度下处理的样本进行多时间点的全转录组测序。结果表明,利用Leaf Cutter软件在所有的样品中共检测到了22 181个可变剪切事件;通过PCA分析发现,可变剪切具有明显的品种间特异性;另外,通过与抗旱基因数据库比对分析发现,在干旱胁迫处理下2个类型品种间有多个抗旱相关的基因发生了显著的差异可变剪切,分别是HVUL1H16429 (AtrbohF)、HVUL1H12808 (HAB1)、HVUL4H58649 (ABF4)、HVUL4H35985 (AtrbohD)、HVUL7H07799 (LOS5)、HVUL3H43774 (CLCc)、HVUL3H23631(ABCG40)、HVUL1H16840(MYB60)和HVUL6H08236(AREB1);对2个品种各自在对照与旱胁迫条件下的差异可变剪切基因进行pathway分析,发现了抗旱品种的差异可变剪切基因参与了更多的pathway,并且鉴别出Fatty acid degradation、Inositol phosphate metabolism、alpha-Linolenic acid metabolism和Fatty acid metabolism这4条通路显著富集。为解析青稞抗旱分子机理与培育青稞抗旱新品种奠定了理论基础。     

陕西棉花黄萎菌落叶型及非落叶型的鉴定

应用落叶型和非落叶型大丽轮枝菌特异性引物D-1/D-2和ND-1/ND-2,对从陕西采集的67株菌株、矿物油室温保藏的24株菌株和中国农业科学院棉花所提供的5个大丽轮枝菌进行落叶型与非落叶型分子鉴定,以明确陕西是否存在落叶型菌株,掌握不同致病类型菌株的出现频率。结果表明,67株陕西菌株中有21株落叶型菌株,46株非落叶型菌株,落叶型菌株的比率为31.3%;其余29株菌株中14株为非落叶型菌株,5株为落叶型菌株,9株未产生特异性条带,1株用两对引物均可扩增出特异性条带。采用无底塑钵菌液浇根法接种冀棉11进行致病性测定,以了解落叶型菌株和非落叶型菌株致病力的差异。结果显示,21株落叶型菌株的平均病情指数为40.5,是19株非落叶型菌株病情指数(17.9)的2.3倍。