玉米株型相关基因ZmDwarf4的克隆及表达分析

以松散型玉米自交系沈137为材料,利用同源克隆法成功克隆与水稻Dwarf4基因同源的玉米Dwarf4基因。序列分析发现,该基因cDNA序列全长1 626 bp,开放阅读框1 521 bp,编码506个氨基酸,与高粱、水稻、拟南芥的氨基酸同源性分别为95%、89%和71%。Real-Time PCR分析表明,ZmDwarf4基因的表达量为3～11叶期表达量逐渐增加,9～11叶期达到最大量,12～19叶期表达量逐渐降低,推测ZmDwarf4基因正向调控玉米叶夹角的大小。ZmDwarf4基因的表达量在叶片中最高,在叶枕中最低。不同激素处理的结果表明,用植物激素（IAA）处理的样品ZmDwarf4基因的表达量始终高于对照;用Brassinolide（BR）处理的样品6叶期ZmDwarf4基因的表达量高于对照,7～10叶期该基因的表达趋势与对照基本一致,但始终低于对照;用IAA+BR处理的样品,该基因的表达趋势与对照基本一致,但高于对照。ZmDwarf4参与玉米BR生物合成途径,进而调控其相关株型建成。     

玉米抗逆基因ZmqLTG3-1的克隆及功能分析

以玉米自交系豫82为材料,同源克隆了与水稻q LTG3-1基因同源的玉米Zmq LTG3-1基因。序列分析发现,该基因c DNA序列全长606bp,开放阅读框441bp,编码包含147个氨基酸的蛋白。该蛋白含有AAI_LTSS超蛋白家族的LTP(含8个半胱氨酸)保守结构,分子量为14.16k Da,等电点是8.3,与高粱、水稻的相似度分别为92%和88%。荧光定量RT-PCR分析结果表明,Zmq LTG3-1在玉米胚中的表达量最高,其次是茎尖,在叶、根等器官中的表达量较低;随着胚萌发时间的延长,其表达量逐渐增加,在萌发24h时呈现最高丰度表达,之后表达丰度与萌发时间呈现规律性下降。亚细胞定位结果表明,该基因所编码的产物被定位在细胞膜上,是一跨膜蛋白。通过农杆菌介导的花序侵染法将过表达载体OE-Zmq LTG3-1和空载体p CAMBIA1304转入拟南芥,在诸如干旱、高温和盐等非生物胁迫下,与对照相比,T3转基因植株的成活率显著提高,说明Zmq LTG3-1基因对于抵抗非生物胁迫发挥了重要作用。     

豫综5号玉米综合种淀粉含量轮回选择效果分析

【目的】评价豫综5号玉米群体淀粉含量的改良效果,为创制高淀粉玉米种质资源、选育高淀粉玉米杂交种和继续改良豫综5号的淀粉含量提供依据。【方法】以提高玉米群体淀粉含量为目标,利用近红外技术对豫综5号群体完成了4轮的群体改良。以改良群体为父本,以黄早4、丹340、齐319、掖478和Mo17为测验种,采用NC-II遗传交配设计组配成20个测交组合。通过对不同轮次改良群体和20个测交组合在2个环境中的评价试验,对豫综5号群体淀粉含量轮回选择的改良效果进行了比较研究。【结果】豫综5号群体的淀粉含量随着改良轮次的增加呈逐渐提高的趋势,由C0的69.39%增加到C4的72.31%,4轮选择后淀粉含量实际增益为2.92%。同时蛋白质和赖氨酸含量呈逐轮下降趋势。随着改良轮次的增加,各测验种与各轮改良群体测交组合的淀粉含量逐轮提高,说明非破坏性单粒淀粉含量的轮回选择对豫综5号淀粉含量的改良是有效的;就一般配合力而言,随着改良轮次的增加,淀粉含量的一般配合力呈逐轮提高的趋势;从特殊配合力分析结果表明,黄早4与各轮群体间特殊配合力效应值逐轮提高,其它4个测验种与群体特殊配合力效应值呈现一定的波动。【结论】利用非破坏性单粒淀粉含量的轮回选择改良豫综5号淀粉含量是有效的,随着改良轮次的增加,豫综5号的淀粉含量逐渐提高。     

12份外引玉米种质主要农艺性状的配合力及杂种优势分析

采用NCII遗传交配设计，以昌7-2、郑58、PH4CV、PH6WC为测验种，与12份阿根廷抗粗缩病自交系和群体配制48个组合，2015、2016年分别在河南洛阳、新乡、山东聊城进行产量及相关性状测定。结果表明，根据产量等性状的一般配合力，遴选出3份较为优秀的自交系CA1109、CA1107、CA1108，其中，CA1109的产量、出籽率、百粒重、穗粗等性状一般配合力较高，但株高、穗位偏高；CA1107的百粒重、穗粗以及降低株高和穗位高等性状一般配合力较高，但延长了生育期，且行粒数、出籽率减少；CA1108增加百粒重、穗行数、穗粗一般配合力较高，但延长了生育期，增加了株高和穗位高和收获时子粒含水量。根据产量SCA效应值，初步判定属SS类的有CA1303、CA1109、CA1106、CA1104，属NS类的CA1301、CA1101、CA1102。被测系CA1109、CA1107、CA1108直接利用选育出高产组合的可能性较大。     

利用RNA-Seq发掘玉米叶片形态建成相关的调控基因

【目的】叶片宽度和长度等叶形特性是决定植株形态,进而影响种植密度的重要农艺性状,通过转录组测序技术筛选并挖掘玉米叶片形态建成相关的代谢路径及调控基因,为深入认识叶片发育的分子机理和鉴定叶宽、叶长候选基因奠定基础。【方法】以极端窄叶自交系NL409和宽叶自交系WB665为材料,利用RNA-Seq技术鉴定7叶期第七片叶近基部的差异表达基因（DEGs）,通过生物信息学分析,筛选与叶片发育密切相关的代谢通路,利用qRT-PCR验证不同激素路径叶形相关基因的表达结果,并结合启动子区域的序列差异挖掘叶形功能基因。【结果】分析对照（WB665）和样品（NL409）高通量测序结果,在叶宽形成关键部位共筛选出5 199个DEGs,其中,2 264（43.55%）个基因表达上调,2 935（56.45%）个基因下调表达,下调基因明显多于上调基因;GO功能富集分析表明,差异基因主要富集在细胞膜相关的细胞组分中,涉及代谢过程和细胞响应刺激;KEGG富集分析表明,差异基因主要参与到核糖体、植物激素信号转导、苯丙烷类代谢、乙醛酸和二羧酸代谢等过程,其中核糖体、植物激素信号转导、鞘脂类代谢下调表达基因较多的路径与叶片发育密切相关。核糖体路径富集到多个PRS（PRESSED FLOWER）基因,分析发现PRS13（PFL2）可能在调控窄叶发育过程中发挥重要作用。鞘脂代谢路径富集的基因几乎全部下调表达,引起抑制叶片发育的AP1（APETALA1）类和MAPK（Mitogen-Activated Protein Kinase）类基因上调,以及促进叶片发育的LFY（LEAFY）下调,与窄叶发育受抑制的表型一致。植物激素信号转导路径富集到的油菜素内酯（BR）响应基因和赤霉素（GA）代谢基因下调,细胞分裂素（CTK）和大部分生长素（Auxin）响应基因上调,与窄叶中DELLA蛋白基因上调表达,抑制GA并促进CTK基因表达的作用模式一致。通过qRT-PCR对18个叶片发育相关基因进行分析,结果表明,其表达趋势与转录组结果一致,分析发现BR相关的ROT3、Auxin相关的NAL7-like、AGO7-like以及TCP类转录因子CYC/TB1等基因与窄叶的形成密切相关。【结论】明确了一些与玉米叶片发育密切相关的代谢路径,还发现植物激素间的动态平衡对叶片发育有着重要影响,尤其是生长素与油菜素内酯、细胞分裂素与赤霉素之间的相互作用对调控叶片形态可能发挥重要作用。     

玉米收割机机械化作业对后茬小麦生长的影响

为了明确玉米收割机机械化作业对后茬小麦生长的影响,通过3年对比试验,研究了玉米收割机机械化作业对后茬小麦生长发育和产量的影响以及小麦病虫害的发生情况。结果表明,与传统作业方式相比,玉米收割机机械化作业后第一年,试验区小麦出苗率和产量显著低于对照区;小麦病虫害发生情况与对照区无显著差异。第二年,小麦生长发育情况及产量与对照区相当,无显著差异;小麦地上害虫虫口密度与对照区相当;蛴螬、蝼蛄、金针虫等地下害虫上升,其中金针虫虫口密度显著高于对照区;小麦纹枯病发病率显著高于对照区。第三年,小麦生长情况及产量与对照区无显著差异;金针虫虫口密度显著高于对照区;小麦纹枯病发病率显著高于对照区。总之,玉米收割机机械化作业后3年内对后茬小麦生长发育和病虫害发生有一定影响,需要配套的生产管理措施。     

o2与淀粉合成突变基因互作对子粒赖氨酸含量的影响

以o2、sh2、su1、wx 4个基因的郑58近等基因系品质基因聚合材料为研究对象,对聚合材料子粒中赖氨酸含量进行定量测定,分析o2与淀粉合成突变基因互作对子粒赖氨酸含量的影响。结果表明,聚合材料赖氨酸含量介于0.35%~1.05%,郑58子粒赖氨酸含量为0.28%,存在显著差异。o2与淀粉合成缺陷型突变基因(sh2、su1)互作可以显著增加赖氨酸含量,3个基因聚合的基因型o2sh2su1赖氨酸含量最高,为1.05%;其次为sh2o2和su1o2基因型,聚合材料粒重均不同程度下降。o2与淀粉修饰型突变基因(wx)互作赖氨酸含量未发生明显变化。su1o2以及su1o2wx既具有相对较高的赖氨酸含量,又保持一定的粒重。     

玉米品质相关的opaque基因研究进展

玉米中的opaque突变体改变了胚乳的蛋白特性,导致胚乳表现柔软且不透明的粉质状。粉质胚乳的高赖氨酸营养特性引起人们的极大关注,研究人员先后发现了13个opaque胚乳突变体,只有o2的分子机理研究较为清楚,对提高赖氨酸含量的作用最大。为了研究胚乳中储藏物质合成、装配、转运的调控机理,从而将这些有益突变基因应用于农业生产,研究人员继而发现了多个胚乳修饰的主效位点及基因(Opm)。本文综述玉米opaque突变体及相关基因的研究进展,对当前育种中利用该类基因培育优质蛋白玉米(QPM)的研究状况进行分析,为高赖氨酸玉米的分子标记辅助选择(MAS)和基因聚合育种提供参考。     

玉米品质基因聚合对子粒氨基酸组分及醇溶蛋白的影响

以玉米o2、sh2、su1、wx这4个品质基因聚合的单基因、双基因、三基因近等基因系为研究对象,对子粒氨基酸组分与醇溶蛋白SDS-PAGE带谱进行检测分析。结果表明,与郑58相比较,su1、wx、su1wx氨基酸组分变化较小,o2、sh2单基因以及含有o2、sh2的双基因、三基因近等基因系中氨基酸组分变化较大,o2sh2、o2su1、o2sh2su1赖氨酸含量较高。SDS-PAGE显示,o2与sh2、su1聚合导致19 kD和22 kDα-醇溶蛋白合成受到显著抑制。     

利用重组自交系群体定位不同温度条件下玉米种子发芽性状的QTL

以基于豫82×沈137和豫537A×沈137构建的2个重组自交系群体的420个家系为材料,借助SNP分子标记遗传连锁图谱,利用复合区间作图法定位了发芽率(GP)、发芽势(GE)、发芽指数(GI)、活力指数(VI)、苗长(SL)、幼苗干质量(SDW)、根干质量(RDW)7个种子发芽相关性状的QTL。结果表明,基于豫82×沈137的重组自交系群体检测到24个QTLs,分布在1、2、3、5、6、7、10染色体上,单个QTL解释性状遗传变异的5.61%~11.01%;基于豫537A×沈137的重组自交系群体检测到40个QTLs,分布在除第2染色体外的其余9条染色体上,单个QTL解释性状遗传变异的5.39%~11.92%。通过元分析方法将64个原初QTLs中的25个(39.1%)整合进6个mQTLs,分别分布于第3、5、7、10染色体上,每个mQTL平均包含4.17个QTLs,分别参与2~4个性状的调控,其中,mQTL3-2包含了7个QTLs,参与对VI、SDW、RDW、GE等4个性状的调控。确定了位于6个mQTLs对应标记区间的35个候选基因,主要参与种子萌发、氧化还原代谢途径、信号传导、逆境抵御等生物学过程。