机械损伤及MeJA对紫粒小麦籽粒花青素积累的影响研究

为探索茉莉酸甲酯(methyl jasmonate, MeJA)和机械损伤对紫粒小麦籽粒花青素积累的影响,本研究通过对贵紫麦1号植株分别进行机械损伤(4种损伤方式)、机械损伤并喷施MeJA、单独喷施MeJA等处理,并以未处理作为对照,分析5个处理时期成熟籽粒花青素含量变化。结果显示：机械损伤会改变籽粒花青素含量,进一步喷施MeJA会在机械损伤影响效果的基础上出现增效或抵消的效应,而具体效应根据处理时期和损伤方式而改变,说明MeJA对不同机械损伤处理的调控具有时期特异性。本研究为进一步研究机械损伤及MeJA调控紫粒小麦花青素合成及积累的分子机制奠定了前期基础,也为紫粒小麦抗性育种提供了参考依据。     

小麦水通道蛋白基因家族的全基因组鉴定及其在盐和干旱胁迫响应中的作用

水通道蛋白(AQPs)的功能是选择性地控制水和其他小分子通过细胞膜的流动,它们在植物的许多生理过程中都是至关重要的,包括非生物胁迫反应.小麦(Triticum aestivum L.)是全球重要的粮食作物,但干旱和盐胁迫是小麦生长和产量形成的重要影响因素.共鉴定得到了 127个非冗余的小麦水通道蛋白基因和4个可变剪接体.对TaAQP基因进行了 RNA-seq分析,揭示了小麦AQP基因的特异性表达模式.其中,TaTIPs和TaPIPs的表达高于TaNIPs和TaSIPs.qRT-PCR分析表明,小麦在干旱和盐胁迫条件下,TaNIP4;03_3D,TaTIP2;02b_7B,TaSIP2;02_4A,TaNIP3;03_6D 和 TaNIP2;04a_7D 等 AQPs 受到显著诱导并且有高表达量,表明它们参与了胁迫响应.这些结果为进一步探索TaAQPs基因在植物应对干旱胁迫和盐胁迫中的作用提供了新的思路.     

小麦逆境胁迫相关基因Ta14S的克隆及表达分析

【目的】克隆与逆境胁迫相关的基因,通过对目的基因的表达分析进一步解析植物的抗逆机制,为小麦抗逆育种提供候选基因和理论依据。【方法】基于cDNA芯片数据获得的水分胁迫诱导上调表达基因EST序列,运用RACE技术进行cDNA全长克隆,采用生物信息学软件分析克隆基因的编码蛋白特性,并利用实时荧光定量PCR分析该基因在不同组织及不同胁迫处理条件下的表达模式。【结果】通过RACE扩增获得小麦cDNA全长序列（GenBank登录号：JN650603）,命名为Ta14S。该基因序列全长为1 056 bp,其中,5′端非编码区11 bp,3′端非编码区253 bp,开放阅读框为792 bp,编码263个氨基酸。序列比对发现其蛋白质序列包含1个蛋白激酶C的底物结构域、1个类膜蛋白结合域、1个转录因子结合域和1个核输出信号结合域,具有植物14-3-3蛋白的结构特征;运用实时荧光定量PCR进行Ta14S表达分析,该基因在小麦苗期根中表达量最高,在PEG和低温胁迫的任何时间点均稳定上调表达,在ABA和高温胁迫的6 h内其相对表达量均显著高于对照,推测Ta14S可能参与小麦ABA信号通路中对逆境胁迫的抗性反应。【结论】获得小麦Ta14S的全长cDNA序列,其编码蛋白包含与蛋白质互作的典型功能域;通过对Ta14S在干旱、高温、低温、ABA胁迫过程中的表达特性分析表明,Ta14S在小麦逆境胁迫中发挥着重要的调控功能。     

利用RNA-Seq鉴定甘蓝型油菜叶片干旱胁迫应答基因

【目的】利用RNA Sequencing（RNA-Seq）技术比较2种不同生长条件下甘蓝型油菜苗期叶片转录组,鉴定油菜叶片干旱胁迫应答相关基因,从转录组水平揭示油菜适应干旱胁迫环境的分子机制。【方法】提取正常生长（ZY）和自然失水处理（ZY8D）的六叶期甘蓝型油菜中油821的叶片总RNA,以Illumina Hiseq 2000平台进行RNA-Seq分析。利用NGSQCTookit v2.3.3去除低质量和包含模糊碱基的reads。以甘蓝型油菜亲本物种白菜染色体v1.5和甘蓝Scaffold v1.0为参考序列,采用TopHat2-Cufflinks-Cuffmerge-Cuffdiff标准流程进行差异表达基因（differential expressed genes,DEGs）筛选。对上调和下调DEGs分别采用Cytoscape v3.1.0中的BiNGO和KOBAS2.0进行基因本体（gene ontology,GO）和京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG）代谢途径富集分析。选择上调和下调DEGs各3个,以实时荧光定量PCR（quantitative real-time PCR,qRT-PCR）验证RNA-Seq结果的可靠性。【结果】过滤低质量reads后,ZY和ZY8D分别保留了26 192 312和28 378 899对高质量reads用于DEGs筛选,其中86.6%和85.8%的reads能准确比对到参考序列上,说明RNA-Seq结果和参考序列可靠。DEGs鉴定结果表明3 657个基因受干旱胁迫诱导差异表达,其中上调表达基因1 431个,下调表达基因2 226个。GO富集分析发现上调表达基因主要与非生物胁迫响应和化学刺激响应相关,其中,参与水分胁迫响应和脱落酸（abscisic acid,ABA）刺激响应的基因分别有127和141个,而下调表达基因与植物病原菌防御、蛋白激酶活性和水杨酸（salicylic acid,SA）刺激相关。KEGG富集分析表明上调表达基因主要富集于苯丙烷和类胡萝卜素的生物合成及淀粉与蔗糖代谢途径,而下调表达基因主要富集于植物-病原菌互作和植物激素ABA、SA和茉莉酸（jasmonic acid,JA）信号转导途径。qRT-PCR检测6个DEGs的表达模式与RNA-Seq分析结果一致,证实了RNA-Seq结果的可靠性。【结论】RNA-Seq分析鉴定出3 657个甘蓝型油菜叶片干旱胁迫应答基因。GO和KEGG代谢途径分析明确了差异表达基因富集的分子功能与代谢途径。     

小麦响应干旱胁迫环状RNA的鉴定

【目的】干旱是限制全球小麦生产的主要非生物胁迫之一,探索小麦应对干旱的分子调控机制对小麦分子育种具有重要意义。环状RNA(circRNA)已被证实在植物抵御外界环境胁迫的过程中扮演着重要角色。鉴定小麦响应干旱胁迫的circRNA,有助于构建小麦干旱胁迫响应的调控网络,为解析小麦的抗旱性机制奠定基础。【方法】以2个抗旱性差异显著的小麦品种（周麦13和冀麦38）为试验材料,对其在干旱及对照条件下的根部样本进行circRNA测序。鉴定小麦circRNA并对其进行特征分析,筛选与干旱胁迫响应相关的差异表达circRNA,并对其靶向microRNA(miRNA)进行预测。进一步根据miRNA及其靶基因在干旱胁迫下的表达模式,构建小麦响应干旱胁迫的潜在circRNA-miRNA-mRNA调控模块。【结果】共鉴定获得1 409个小麦circRNA,其中,多数（68.91%）为外显子circRNA,且仅有133个circRNA在2个品种中被同时鉴定获得。在干旱胁迫下共鉴定获得239个差异表达circRNA,其中138个circRNA在抗旱型品种周麦13(ZM13)中特异性差异表达,19个circRNA...     

‘凤丹’牡丹花色变化过程中花瓣色素及相关基因表达

针对‘凤丹’牡丹在开放过程中花色由紫红色变白的现象,以‘凤丹’5个不同开放时期的花瓣为试验材料,分别运用色差仪、高效液相色谱仪和荧光定量PCR测定花色表型、花色素成分及质量分数和花青苷合成途径中相关基因的表达,进而分析花瓣色素与花青苷合成相关基因表达之间的关系。结果表明:随着花的开放,红色大幅减退,明度变大,彩度降低;‘凤丹’花中检测出2种花青苷(芍药花素-3,5-二葡糖苷和矢车菊素-3,5-二葡糖苷)和8种单体酚。花开放过程中,总花青苷和总黄酮质量分数逐渐减少,总花青苷质量分数降低幅度更大。花青苷合成相关结构基因PAL、DFR、ANS和转录因子MYB22、bHLH1的表达模式与总花青苷质量分数的变化趋势一致,而且这些基因的表达量与总花青苷质量分数均具有极显著正相关性。研究发现,‘凤丹’花色变化的主要原因是总花青苷质量分数大量减少。PAL、DFR、ANS是参与‘凤丹’花青苷合成的关键结构基因,转录因子MYB22及bHLH1可能对结构基因DFR和ANS的表达起着重要的调控作用。     

蓝·紫粒小麦新品种(系)籽粒色素研究初报

[目的]为蓝、紫粒小麦资源用于提取植物天然色素提供理论依据。[方法]以白粒小麦晋太170为对照,研究7个蓝、紫粒小麦品种(系)灌浆期籽粒色素的形成情况及遮光对其的影响,测定籽粒中花青苷、黑色素的含量,并用岛津120紫外分光光度计分别测定其530 nm和400~550 nm波长处的吸收值。[结果]不同色系小麦籽粒色素的形成过程不相同,遮光明显地影响了紫色、蓝紫色小麦籽粒中花青苷的产生。蓝紫色黑粒小麦756的花青苷含量最高,紫色黑粒小麦3019的最低,分别是对照的12.62和4.83倍。蓝、紫粒小麦的黑色素含量不同,但均高于对照。[结论]蓝、紫粒小麦籽粒色素的形成过程和花青苷含量不同,与籽粒颜色有较密切的关系。     

小麦苗期抗氧化酶活性及丙二醛含量QTL定位

本研究以小麦DH群体(花培3号×豫麦57)为材料,在水分胁迫及非胁迫条件下测定SOD、POD、CAT活性及MDA含量并进行QTL分析。结果表明:20%PEG-6000浓度下亲本间抗旱系数差异最大,为最适胁迫浓度;在两种水分条件下,检测到10个QTL,分布在1A、1B、2D、3B、6A、6B和6D染色体,单个QTL贡献率为7.41%~15.57%;其中正常水分条件下检测到6个QTL,渗透胁迫下检测到4个QTL;其中5个主效QTL:QSOD-6D.OS、QPOD-2D.NW、QPOD-1B.OS、QPOD-2D.OS和QCAT-6B.NW,贡献率超过10%,可为小麦抗旱分子标记辅助育种提供理论依据。     

种植方式对冬小麦光合特性及理化性质的影响

[目的]通过盆栽实验,探讨不同种植方式下冬小麦在水分胁迫期间光合特性和理化性质的变化及它们之间的相关性,以期为旱地节水农业的持续发展提供理论及实践上的依据.[方法]在冬小麦花期水分胁迫自然加重条件下,选择5个时间点,每点按3次重复随机选取各处理小麦旗叶,测定其叶绿素荧光诱导动力学参数与叶片丙二醛和脯氨酸含量.[结果]水分胁迫下各处理冬小麦Fv/ Fm与Fv/F0值均降低,且两者呈显著正相关关系.单播时,耐旱性强的A品种Fv/ Fm、Fv/F0下降幅度与丙二醛、脯氨酸增加幅度均明显小于耐旱性弱的B品种;混播时,两品种间各指标变化幅度差异减小.同一品种不同种植方式相比较,单播时的A品种Fv/ Fm、Fv/F0下降幅度与丙二醛增加幅度小于混播状态,脯氨酸增加幅度大于混播状态;单播时的B品种Fv/Fm、Fv/F0下降幅度与丙二醛、脯氨酸增加幅度均大于混播状态.单播方式下叶片脯氨酸含量与Fv Fm之间的显著相关关系存在于耐旱性弱的B品种,而不存在于耐旱性强的A品种,混播方式下这种相关关系被打破.丙二醛含量与Fv/ Fm之间无论品种和种植方式的改变其相关均不显著.[结论]单一种植时耐旱性越强的品种对水分胁迫（干旱）的反应越不敏感,对干旱的防御机制也越健全,混合种植时耐旱性强的品种反而由于其个体水分竞争力较弱,使其受水分胁迫程度加剧,抑制了耐旱力的发挥.耐旱力较弱的品种则在这种竞争中由于其较强的水分竞争力而受益,减弱了水分胁迫对其生理的抑制,也使得品种间的耐旱性差别有所减小.另外,不能单独将脯氨酸含量作为植物抗旱性的评价指标.     

紫色辣椒叶片花青素的纯化及其生物活性分析

通过正交实验,研究紫色辣椒叶片花青素纯化的影响因素及其精制品的生物活性。结果表明：影响大孔树脂HPD 100吸附紫色辣椒叶片花青素的因素大小顺序为A(pH)＞C(固液比)＞B(温度)＞D(转速)。树脂HPD 100吸附紫色辣椒叶片花青素的最优组合为A4B3C2D4,而对上述树脂解吸附的乙醇浓度为40%。在抗氧化方面,紫色辣椒叶片花青素精制品清除羟自由基(·OH)的效果要优于Vc,而清除超氧阴离子(O-2·)和DPPH自由基的能力要低于Vc;在抑菌性能方面,紫色辣椒叶片花青素精制品对真菌(根霉、黑曲霉)无抑制效果,对细菌(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、地衣芽孢杆菌等)有一定的抑菌效果,且抑菌效果具有浓度效应。     

Genome-wide identification and transcriptome profiling reveal great expansion of SWEET gene family and their wide-spread responses to abiotic stress in wheat(Triticum aestivum L.)

The Sugars Will Eventually be Exported Transporter(SWEET) gene family, identified as sugar transporters, has been demonstrated to play key roles in phloem loading, grain filling, pollen nutrition, and plant-pathogen interactions. To date, the study of SWEET genes in response to abiotic stress is very limited. In this study, we performed a genome-wide identification of the SWEET gene family in wheat and examined their expression profiles under mutiple abiotic stresses. We identified a total of 105 wheat SWEET genes, and phylogenic analysis revealed that they fall into five clades, with clade V specific to wheat and its closely related species. Of the 105 wheat SWEET genes, 59% exhibited significant expression changes after stress treatments, including drought, heat, heat combined with drought, and salt stresses, and more up-regulated genes were found in response to drought and salt stresses. Further hierarchical clustering analysis revealed that SWEET genes exhibited differential expression patterns in response to different stress treatments or in different wheat cultivars. Moreover, different phylogenetic clades also showed distinct response to abiotic stress treatments. Finally, we found that homoeologous SWEET genes from different wheat subgenomes exhibited differential expression patterns in response to different abiotic stress treatments. The genome-wide analysis revealed the great expansion of SWEET gene family in wheat and their wide participation in abiotic stress response. The expression partitioning of SWEET homoeologs under abiotic stress conditions may confer greater flexibility for hexaploid wheat to adapt to ever changing environments.     

TaSnRK2.4 is a vital regulator in control of thousand-kernel weight and response to abiotic stress in wheat

Sucrose non-fermenting 1-related protein kinase 2(Sn RK2) is a plant-specific serine/threonine kinase involved in response to adverse environmental stimuli. Previous studies showed that Ta Sn RK2.4 was involved in response to abiotic stresses and conferred enhanced tolerance to multiple stresses in Arabidopsis. Further experiments were performed to decipher the underlying mechanisms and discover new functions. The genomic sequences of Ta Sn RK2.4 s locating on chromosome 3 A, 3 B and 3 D were obtained. Sequencing identified one and 13 variations of Ta Sn RK2.4-3 A and Ta Sn RK2.4-3 B, respectively, but no variation was detected in Ta Sn RK2.4-3 D. The markers 2.4 AM1, 2.4 BM1 and 2.4 BM2 were developed based on three variations. Association analysis showed that both Ta Sn RK2.4-3 A and Ta Sn RK2.4-3 B were significantly associated with thousand-kernel weight(TKW), and that SNP3 A-T and SNP3 B-C were favorable alleles for higher TKW. Yeast two-hybrid and split luciferase assays showed that Ta Sn RK2.4 physically interacted with abiotic stress responsive protein Ta LTP3, suggesting that Ta Sn RK2.4 enhanced abiotic stress tolerance by activating Ta LTP3. Our studies suggested that Ta Sn RK2.4 have potential in improving TKW and response to abiotic stress.     

茄萼花色苷合成相关基因DFR和MYB克隆及表达分析

【目的】花色苷是一类通过类黄酮途径合成的水溶性次生代谢产物,既能使植物的不同器官呈现红、紫、蓝等颜色,还有利于人体健康。紫茄富含花色苷,但是有关茄萼花色苷生物合成的分子机制还不是很清楚。本研究旨在通过克隆茄萼花色苷合成相关基因DFR和MYB,测定其在不同发育时期不同颜色茄萼中的表达量,探究DFR和MYB在茄萼花色苷合成中的作用。【方法】选用绿萼和紫萼长茄(Solanum melongena L.)果萼为试材,测定不同p H条件下茄萼花色苷含量;通过RACE方法分离克隆DFR和MYB cDNA全长序列,分析DFR和MYB的保守结构域及序列特征;分别对DFR和MYB及其同源蛋白序列进行系统进化分析,构建系统进化树来进一步分析鉴定基因;使用Ex PASy网站提供的在线分析软件SOPMA预测蛋白质二级结构;利用实时荧光定量PCR方法检测目的基因在不同发育阶段果萼中的表达情况。【结果】从绿萼和紫萼长茄果萼中克隆了DFR和MYB片段,分别命名为ouSmDFR、dongSmDFR和ouSmMYB、dongSmMYB,Gen Bank登录号分别为:KX224250、KX224251和KX224253、KX224254。ouSmDFR和dongSmDFR全长分别为1 285 bp和1 249 bp,开放阅读框为858 bp和864 bp,分别编码285个和287个氨基酸;ouSmMYB和dongSmMYB全长分别为969 bp和959 bp,开放阅读框均为462 bp,编码153个氨基酸。蛋白质二级结构分析表明α-螺旋和无规则卷曲均为两个DFR蛋白和两个MYB蛋白的主要二级结构元件。序列比对表明DFR蛋白具有NADPH结构域(NADPH binding domain)和底物特异性结合结构域(Substrate specific binding domain),属于NADB-Rossmann超基因家族;MYB蛋白属于R2R3-MYB转录因子,具有R2、R3两个MYB结构域和b HLH结合域。ouSmDFR和dongSmDFR与St DFR和Sl DFR具有相对较高的同源性;ouSmMYB和dongSmMYB与Es MYB同源性较高。花色苷含量测定显示,紫萼果茄萼花色苷含量较高且随着果实的发育成熟而逐渐增加;而绿萼茄萼几乎检测不到花色苷。荧光实时定量PCR分析表明,DFR和MYB在紫萼长茄果萼中表达量均远高于绿萼长茄;从初蕾期到盛花期,紫萼长茄果萼中DFR和MYB表达量逐渐升高,而绿萼长茄则几乎没有变化,与两个品种茄萼颜色变化相一致。【结论】ouSmDFR和dongSmDFR属于NADB-Rossmann超基因家族,ouSmMYB和dongSmMYB为典型R2R3-MYB转录因子,DFR和MYB在紫萼长茄果萼中表达明显高于绿萼长茄。推测DFR和MYB在茄萼呈色中发挥作用,并且参与花色苷生物合成。     

The TaFIM1 gene mediates wheat resistance against Puccinia striiformis f. sp. tritici and responds to abiotic stress

Fimbrin, a regulator of actin cytoskeletal dynamics that participates in numerous physiological and biochemical processes, controls multiple developmental processes in a variety of tissues and cell types. However, the role of fimbrin in pathogen defense of wheat and the mechanisms have not been well studied. Here, we investigated that the expression of TaFIM1 gene of wheat was significantly induced in response to avirulent race of Puccinia striiformis f. sp. tritici(Pst) and silencing of TaFIM1 by virus-induced gene silencing method. The results show that silencing of TaFIM1 resulted in a reduction of resistance against the stripe rust indicated by both phenotypes and a histological examination of Pst growth. Additionally, the expression level of Ta FIM1 gene was up-regulated under abiotic stresses. These findings suggest that Ta FIM1 functions as a positive regulator of pathogen resistance of wheat plants and response to abiotic stress. Our work may show new light on understanding the roles of fimbrin in wheat.