青稞叶绿体基因RNA编辑位点的预测、鉴定与比较分析

为了阐明青稞叶绿体基因组RNA编辑位点的组成与特性,首先利用生物信息工具对青稞叶绿体基因的RNA编辑位点进行了预测,结果发现了35个分布于15个基因的编辑位点,所有编辑均为C到U的转换,其中基因ndhB包含的编辑位点数量最多,达9个,这与其他麦类作物相似;进一步利用RT-PCR结合克隆测序,对预测的35个位点进行了实验验证,发现18个编辑位点被证实发生了C到U的编辑;对编辑前后编码蛋白质的结构进行了比较分析,发现RNA编辑引起了编码蛋白的结构变化,暗示RNA编辑可以造成编码蛋白功能的改变。最后,将青稞叶绿体基因RNA编辑位点与栽培大麦、野生大麦的叶绿体RNA编辑位点进行了比较,发现青稞与栽培大麦的RNA编辑组成完全一样,而野生大麦缺失了 ndhA-563位点,初步印证了大麦的起源进化关系。     

二穗短柄草叶绿体RNA编辑位点的预测及其鉴定

RNA编辑是陆生植物叶绿体转录后基因表达调控的一种重要方式。为进一步探讨单子叶植物RNA编辑功能及其发生机制,本研究通过生物信息学方法,对二穗短柄草叶绿体的81个蛋白编码基因的RNA编辑位点进行了预测和鉴定分析,结果发现78个基因存在编辑位点,共检测到176个编辑位点,都是C到U的转换。其中ndhB最多,为14个编辑位点。为验证预测结果,利用blast工具比对了NCBI的二穗短柄草EST数据库,最终确定存在于17个基因中的34个编辑位点是真实存在的,其中19个为沉默编辑,15个为有效编辑。与5个不同单子叶禾本科物种18个蛋白编码基因的RNA编辑位点的比较发现,在rpoB-206位点,只有二穗短柄草发生了编辑,且只有ndhD-295(293)为部分编辑位点。     

基于RNA-seq技术分析野生大麦穗部发育基因的表达谱及其转录动态

为明确野生大麦穗部发育过程中基因表达的动态变化,以来自以色列的野生大麦Mehula 1-2为材料,对其在穗部发育的4个关键时期（开花后3、8、13和18 d)进行RNA-seq分析,并与栽培大麦穗部的基因表达谱进行了比较。结果表明,在野生大麦穗发育的4个时间点共鉴定到17 163个基因,其中11 273个为差异表达基因,包括635个转录因子相关基因;功能富集分析表明,这些差异基因主要富集到物质合成、代谢过程、物质运输、抗逆等相关过程或通路上;野生大麦和栽培大麦穗部基因的表达谱比较分析发现,两者共同表达的基因显著富集到细胞器、催化、代谢、调节及抗逆等相关通路上,而在特异表达基因方面,栽培大麦主要集中于甲基转移酶、次生壁生物合成、核糖体蛋白等相关基因,野生大麦主要集中于逆境抗性、花青素合成、钙调蛋白等相关基因。本研究发掘的与穗部发育相关的关键基因,丰富了大麦穗部遗传改良基因资源,为进一步解析野生大麦穗部发育关键基因的表达特性和调控机制奠定了基础。     

中东大麦群体农艺性状多样性与生态地理因素的关联分析

将216份大麦材料(引自中东5个不同生态地区的5个野生大麦自然群体和其相应地区的5个农家种大麦群体)分2a种植在陕西关中地区,对其9个主要农艺性状进行分析。结果表明,大麦群体间分别在株高、穗长、芒长、穗下节长、旗叶宽、旗叶长、穗粒数、分蘖数等农艺性状上存在显著差异,大麦群体间总体表现出丰富的遗传多样性,野生大麦群体间多样性高于农家种。3个地区的大麦农艺性状差异更加显著;野生大麦群体间多样性高于其群体内,而农家种大麦群体间多样性低于其群体内。试验材料的农艺性状和来源地生态地理环境关联分析表明,部分性状可以和生态地理环境相关联,主要是和作物产量相关的农艺性状与温度、降水量及海拔等因素相关联;与农家种大麦相比,野生大麦与生态地理环境的关联更为密切。     

ICARDA小麦种质抗条锈资源筛选和抗病基因分析

为给中国小麦抗条锈病育种筛选有效抗源,对203份来自ICARDA的小麦种质,利用杨凌人工病圃和天水、江油自然诱发病圃进行成株期条锈病抗性鉴定,利用条锈菌当前流行小种条中32(CYR32)和条中34(CYR34)在温室进行苗期分小种鉴定,利用 Yr5、 Yr9、 Yr10、 Yr15、 Yr17、 Yr18、 Yr26等抗条锈病基因已开发的分子标记进行基因检测。结果表明,203份材料中107份具有稳定的成株期抗性,31份苗期表现为专化抗性。从这些具有稳定抗病性的材料中,检测到抗条锈病基因 Yr9(51份)、 Yr10(2份)、 Yr17(30份)和 Yr18(56份),未检测到 Yr5、 Yr15、 Yr26;有12份抗条锈表现良好的材料未检测到任何基因,推测其可能携带未开发分子标记的已知基因或新基因。因此,这107份具有稳定抗性的材料可用于中国小麦抗条锈病育种,其中12份可能含有未知基因的材料有待进一步的遗传研究。     

紫茎泽兰叶绿体基因RNA编辑位点的鉴定及分析

RNA编辑是陆生植物叶绿体转录后基因表达调控的一种重要方式。本试验以紫茎泽兰为材料,利用生物信息学预测结合分子克隆及测序方法对其叶绿体的RNA编辑位点进行预测和分析。结果共预测到分布于19个基因的42个编辑位点,所有位点均为C到U的转换。编辑位点的发生位置分析发现,8个位于密码子第1位,34个位于密码子第2位,而密码子第3位未发现RNA编辑事件。同时,利用RT-PCR方法对其中4个基因的编辑位点进行验证,鉴定发现10个真实发生的编辑位点。进一步分析这10个位点发生编辑后对其编码蛋白质跨膜结构域和二级结构的影响,结果表明,ndhB-467的编辑会引起蛋白质跨膜结构的增加,ndhB-149的编辑会引起蛋白质二级结构的改变。     

野生二粒小麦叶绿体基因RNA编辑位点的预测、鉴定与分析

RNA编辑是高等植物叶绿体基因转录后表达调控的一种重要方式。为了解野生二粒小麦叶绿体基因RNA编辑的组成及其与其他麦类作物的异同,通过生物信息学预测结合RT-PCR的方法,对野生二粒小麦叶绿体基因的RNA编辑位点进行了预测和鉴定。生物信息学预测共发现了分布于15个基因上的35个编辑位点,均为C到U的转换,其中ndhB基因包含的编辑位点数量最多,达9个;在此基础上,随机选取5个基因对其编辑位点进行了测序验证,结果共鉴定了18个C→U的编辑位点;进一步对编辑后编码蛋白的二级结构和跨膜结构域进行了预测,发现编辑后所有基因均发生了二级结构的改变,但只有ndhB基因的跨膜结构域发生了改变;最后,将确定的野生二粒小麦叶绿体基因RNA编辑位点与7个禾本科物种的RNA编辑位点进行比较,共发现17个编辑位点在这些种间具有保守性,相比于其他物种,野生二粒小麦与普通小麦和粗山羊草具有更相似的编辑位点组成。     

耕作侵蚀对农田坡地景观影响的研究进展

耕作侵蚀是农田坡地景观一种重要的土壤侵蚀过程.随着农业生产实践的强化,耕作侵蚀对农业环境的不利影响已经引起了全球关注.该文综述了近年来耕作侵蚀对坡地景观地形、土壤质量、土壤碳库及作物产量影响的研究成果,结合中国土壤侵蚀严重的西部地区探讨了耕作侵蚀引起的坡地景观格局、能流、物流变化及其对水体的危害,分析了耕作侵蚀对坡地景观影响的研究中存在的问题并提出了相应的展望.     

小麦粒重基因等位变异的高通量分子检测及组合分析

TaCwi-A1、TaGW2-6A及TaSus2-2B基因是调控小麦粒重的基因,目前已发现TaCwi-A1基因存在TaCwi-A1a和TaCwi-A1b两种等位变异,TaGW2-6A存在启动子区Hap-6A-A和Hap-6A-G及编码区一个T碱基插入等位变异,TaSus2-2B存在SUS2-2B-H和SUS2-2B-L两种等位变异。为了探究小麦粒重基因的综合效应,为粒重基因的分子辅助聚合育种提供方法依据与优异材料,本研究利用高分辨率熔解曲线分析(high-resolution melting curve analysis,HRM)技术分别检测了上述4个位点在262份小麦微核心种质材料中的变异类型,分析了不同变异及变异组合与粒长、粒宽和千粒重的相关性,并对变异组合在我国十个麦区的分布情况进行了分析。结果表明,TaCwi-A1a单倍型品种的千粒重显著高于TaCwi-A1b(P0.05);Hap-6A-A单倍型与Hap-6A-G单倍型品种的粒长、粒宽及千粒重均无显著差异,T碱基插入等位变异(命名为TT单倍型)材料的粒宽和千粒重显著高于无T碱基插入等位变异(tt)材料(P0.05);SUS2-2B-H单倍型品种的粒长和粒宽显著(P0.05)高于SUS2-2B-L单倍型品种,千粒重极显著(P0.01)高于SUS2-2B-L单倍型品种。对变异组合的分析表明,262份材料中仅出现了8种组合类型,变异组合与粒长及千粒重呈极显著相关(P0.01),与粒宽相关不显著,其中Ⅳ型组合(TaCwi-A1a/Hap-6A-G/tt/SUS2-2B-H)为最优组合,Ⅲ型组合(TaCwi-A1a/Hap-6A-G/TT/SUS2-2B-L)为最差组合。我国十个麦区中七个麦区Ⅲ型组合分布频率最高,仅青藏麦区Ⅳ型组合分布频率较高。     

小麦属植物叶绿体基因组结构的比较分析

为了从叶绿体角度解析小麦属植物的起源进化关系,以14个小麦属植物叶绿体基因组为对象,利用比较基因组分析方法,比较了小麦属植物的叶绿体基因组基因含量、序列变异、结构特性、进化关系和RNA编辑的异同。结果发现,14个小麦属植物叶绿体基因组大小相近,结构特征比较保守,但基因数量存在一定的差异,主要是由于tRNA的数目不一致引起的;IR区的伸缩分析发现硬粒小麦和乌拉尔图小麦在IRb-SSC边界基因存在明显的差异,其他麦类作物间差异很小;基于叶绿体全基因组的系统进化分析发现,有AABB基因型的物种聚在一起,而AAGG型的单独为一支,基本反映了其系统进化关系;对这14个叶绿体基因组的RNA编辑位点进行了预测和比较分析,发现有35个编辑位点在所有小麦属物种中均发生,同时还鉴定到多个物种特异的编辑位点,为从RNA编辑角度解析小麦属植物的系统进化关系提供了重要数据。