三种栽培棉籽油脂组成及相关基因表达分析

[目的]棉籽油脂是植物油脂的重要来源,对其组成和含量的研究对提高棉籽油利用率以及棉花综合利用有重要作用。棉籽油脂肪酸合成途径受到多种相关酶的调节,明确棉花油脂代谢过程的一些相关酶基因的表达水平,不仅能够阐明棉籽油脂组成的分子基础,而且还对定向改造棉籽油组成、专用型棉花品种育种提供理论依据和指导。[方法]本文以3种栽培棉为材料,提取棉籽油进行粗脂肪定量,利用气相色谱分析(GC)脂肪酸组成和含量,利用qRT-PCR技术分析4个相关酶基因在胚珠中的表达水平。[结果]棉籽油主要脂肪酸成分为亚油酸(18∶2)、棕榈酸(16∶0)、油酸(18∶1)和硬脂酸(18∶0),含量最高的是亚油酸(18∶2),含量最低的是硬脂酸(18∶0)。表达分析表明,Δ12脂肪酸脱氢酶(FAD2)基因的表达量最高,其它3个酶基因的表达有一定的差异。[结论]本研究不仅比较了3种栽培棉籽脂肪酸组成和含量,而且还明确了其脂肪酸组成的分子遗传基础。     

绿豆WRKY基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析

【目的】对绿豆WRKY转录因子在全基因组上进行鉴定及生物信息学分析,为绿豆WRKY基因功能的研究以及高抗绿豆品种培育奠定理论基础。【方法】利用Hmmer软件同源搜索,并通过在线工具SMART、NCBI-CDD和Pfam数据库进行结构域再确认获得79个绿豆WRKY基因,然后通过在线软件ProtParam、ProtScale、SWISS-MODEL分析绿豆WRKY家族蛋白的理化性质、亲疏水性并构建3D立体模型,使用MEGA X、McScanX软件构建进化树和绘制共线性图,利用MEME、PlantCARE在线工具分析WRKY转录因子的保守基序并预测基因上游的顺式作用元件。【结果】鉴定得到的79个VrWRKY蛋白的氨基酸数量为64~746,分子量为7.42~80.93 ku,等电点为4.49~10.41,大多数成员为亲水性不稳定蛋白。系统进化树分析表明,绿豆WRKY基因家族的79个成员可分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ 3组,其成员数量分别为16,51和12,Ⅱ组进一步划分为Ⅱ-a、Ⅱ-b、Ⅱ-c、Ⅱ-d和Ⅱ-e 5个亚组,其成员数量依次为2,17,17,7和8,其中Ⅱ-a、Ⅱ-b、Ⅱ-d和Ⅱ-e亲缘关系更近,而Ⅱ-c在进化树上的分布整体更靠近Ⅲ组。基因结构及保守基序分析显示,该家族基因均为间隔基因,且都含有保守基序WRKYGQK。基因染色体定位分析表明,所有成员在11条染色体上均有分布。顺式作用元件分析表明,绿豆WRKY基因启动子区存在丰富的激素及胁迫响应相关的元件。基因组间共线性分析结果表明,绿豆WRKY基因与拟南芥WRKY基因之间存在同源关系。基因复制结果表明,绿豆基因组有1对串联重复基因,15对大片段复制基因,片段复制在绿豆WRKY基因家族扩张中起主要作用。绿豆WRKY蛋白3D结构模拟表明,所有成员具有相似的两种蛋白结构,其中一种立体结构中心含有1个Zn²⁺。【结论】鉴定得到79个含典型WRKY保守结构域的绿豆WRKY蛋白,其生物信息学分析丰富了绿豆WRKY转录因子的分子生物学理论。     

不同种植密度及覆膜对绿豆产量的影响

以绿豆品系1111-34为试验材料,采用二因素完全随机区组设计,研究覆膜以及不同种植密度对旱地绿豆产量及其相关构成因素的影响。结果表明,覆膜处理明显提高了耕层的地温,具有良好的增温保墒作用;随着种植密度的增加,土壤含水率也随之提高,均有利于旱地绿豆产量的提高。覆膜种植相比于露地种植产量提高了26.50%;随着种植密度的增大,产量也随之增加,当种植密度为22.5万株/hm~2时,产量达到最大。覆膜+种植密度22.5万株/hm~2的种植模式更有利于发挥绿豆的高产潜力。     

脂肪酸环氧化酶SlEPX转基因大豆的表型分析

【目的】 植物源环氧化脂肪酸（epoxy fatty acids,EFAs）是生产高值化工产品的优异可再生原材料。EFAs仅在一些野生植物种子中高水平合成和积累,难以规模化利用。通过在普通油料作物大豆（Glycine max (L.) Merr.）发育种子中组装环氧化脂肪酸合成途径,以期实现这类珍稀脂肪酸（unusual fatty acids,UFAs）的商业化绿色生产。【方法】 通过构建琉璃菊（Stokesia laevis）脂肪酸环氧化酶（epoxygenase,SlEPX）基因种子特异表达载体,基于体细胞胚发生的粒子轰击法对大豆（cv. Jack）进行遗传转化,经连续选择和鉴定,获得表型稳定的高代转基因大豆株系。分别运用PCR和实时荧光定量PCR检测外源基因SlEPX的整合及在大豆发育种子中的表达谱。统计分析SlEPX转基因大豆籽粒形态和大小、百粒重以及种子萌发率等表型,应用气相色谱和凯氏定氮法测试种子油脂和蛋白等相关生理生化特性。【结果】 外源基因SlEPX稳定整合于大豆基因组,且能在高代转基因大豆发育种子中正确有效表达。SlEPX转基因大豆种子新合成积累了2.9%的EFAs,相应的亚油酸（18﹕2Δ9,12）含量减低8%。与对照相比,SlEPX转基因大豆种子变长,表皮多皱褶。种子大小测量显示,转基因大豆小粒种子（粒径<4 mm）占比明显增加。转基因与对照大豆的种子发芽率无明显差异,然而转基因植株生长缓慢。转基因大豆种子油脂含量、蛋白质含量和百粒重分别减少5%、6%和8.28%。进一步生化分析发现,转基因大豆新合成的EFAs,绝大部分结合于卵磷脂（phosphatidylcholine,PC,占12.6%）分子,仅少量结合于甘油三酯（triacylglycerol,TAG,占2.3%）。这些数据表明在转基因大豆种子中,外源SlEPX酶能正确催化亚油酸（18﹕2Δ9,12）生成环氧化脂肪酸即斑鸠菊酸（vernolic acid,Va）(12-epoxy-18﹕1Δ9）。但是,绝大多数斑鸠菊酸积累于构成细胞膜的主要成分PC分子中,而没有转移整合进入贮藏的TAG分子。大量新合成的斑鸠菊酸结合于PC分子可能损伤宿主细胞膜稳态和生理反应,导致转基因大豆产生不利表型。【结论】 在大豆发育种子中单独表达外源脂肪酸环氧化酶,能催化合成少量EFAs,但同时产生一些不利表型。在SlEPX转基因大豆种子中共表达DGAT或PDAT,既可实现环氧化脂肪酸在TAG中富集,同时还能消除环氧化脂肪酸在细胞膜中的积累及其所导致的负效应。     

谷子MLO家族的全基因组鉴定和表达谱分析

MLO是高等植物特有的一类抗病家族,在响应非生物胁迫中发挥重要作用。为全面解析MLO基因在谷子基因组中的特征,本研究利用生物信息学的方法,从谷子基因组中共鉴定出12个MLO基因,并对其编码蛋白的结构特征、亚细胞定位、系统进化关系、保守氨基酸残基位点进行预测,分析MLO基因在不同组织中的表达特征。结果表明,谷子MLO基因编码的蛋白质均包含有一个MLO结构域和多个跨膜区,且大多定位于细胞膜上,并存在一些保守的氨基酸残基位点和基序;与其他物种MLO成员的聚类结果表明,谷子MLO可分为7个类群(Ⅰ~Ⅶ),其中第Ⅶ类全部由禾本科作物的MLO成员组成,这些可能是禾本科作物单独进化出的一类特有的MLO成员;Si MLO10与单子叶植物中已知的抗白粉病MLO基因聚在第Ⅳ类,是谷子中一个候选的抗白粉病基因,而单子叶和双子叶植物中已知功能的MLO成员分别聚在第Ⅳ、第Ⅴ类群,表明MLO功能的形成可能发生在单、双子叶植物分化之后。大多数MLO基因在谷子的根、茎、叶、穗中均有表达,且不同的基因表达量存在较大差异,说明谷子MLO家族成员可能具有不同的生物学功能。本研究结果为揭示谷子MLO基因的功能及其在谷子抗白粉病育种中的应用奠定了一定的理论基础。     

酿酒酵母ScCoA-Δ9脱氢酶种子特异表达载体构建及在棉花中的功能验证

[目的]提高棉籽油中的有益单不饱和ω-7脂肪酸(如棕榈油酸),减少易氧化、加工产物对人体健康不利的亚油酸(约54%)等有害脂肪酸。[方法]本文亚克隆了酿酒酵母ScCoA-Δ9D基因并构建了种子特异性表达载体,并利用农杆菌浸染棉花下胚轴。[结果]经过一系列组培实验诱导分化出转基因棉花幼苗,并且通过草铵膦抗生素筛选后,PCR鉴定两个表达盒基因成功整合进入棉花基因组中,并获得阳性转基因幼苗;叶片表达分析表明,该基因在大豆种子特异性启动子驱动下表达较低,明显低于CaMV35S启动子驱动下Bar(草铵膦)基因的表达量。[结论]本试验为高棕榈油酸棉花后续育种研究提供了坚实的理论和实验技术基础。     

施氮磷肥对小豆产量、根系形态及光合特性的影响

为优化晋小豆5号品种的高产施肥策略，设置不同田间氮磷肥处理试验(0.00、500.00、1000.00kg/hm²磷肥，300.00、600.00kg/hm²氮磷复合肥，分别以CK、T1、T2、T3和T4表示)，研究施肥对小豆产量及光合特性的影响。结果表明，与CK处理相比，T1处理能获得较高的地下部生物量，并促进根系生长；T3处理可以提高百粒重、生物产量和作物产量。与其他处理相比，T3处理的叶绿素含量最高，光合电子传递速率最快，茎秆强度最高。因此，本研究的结果可作为小豆增产的适宜推荐施肥量。