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。     

玉米转录因子ABP7响应植物激素的表达分析

ABP7是玉米中的一种bHLH类转录因子,生物信息学分析发现,该基因可能与植物激素信号传导相关。为探究玉米中ABP7介导的激素信号转导途径,采用qPCR方法对V1期(第1片真叶完全展开)玉米自交系齐319的根、茎、叶中的ABP7的表达量进行分析,同时采用qPCR方法对IAA、ABA、BR这3种植物激素处理后的V1期玉米自交系齐319中ABP7的表达量进行定量分析。结果表明,在V1期玉米中,内源ABP7主要在叶片中表达,且其表达受IAA和BR诱导,受ABA抑制。结果表明,ABP7能够响应IAA、ABA及BR这3种植物激素。     

OsMAX1a,OsMAX1e通过参与独角金内酯的合成调控水稻分蘖

独角金内酯是调控水稻分蘖的重要激素,在拟南芥中AtMAX1编码细胞色素P450蛋白,是独角金内酯合成途径的重要基因。通过同源序列比对,发现在水稻中有5个MAX1同源基因,包括OsMAX1a、OsMAX1b、OsMAX1c、OsMAX1d和OsMAX1e。分析5个OsMAX1基因的转录水平,发现OsMAX1a和OsMAX1e基因能够在水稻组织中稳定高效表达。对OsMAX1a和OsMAX1e的基因功能进行了验证,在拟南芥中过量表达OsMAX1a和OsMAX1e基因能够使max1突变体多分支表型恢复正常;在水稻中干涉OsMAX1a和OsMAX1e基因的表达能够增加水稻分蘖数。进一步的研究表明,外施GR24能够抑制OsMAX1a和OsMAX1e基因的表达,磷饥饿条件能够提高两个基因的表达水平从而促进独角金内酯的合成。另外,外施生长素和激动素能够显著影响OsMAX1a和OsMAX1e的表达。因此,OsMAX1a和OsMAX1e基因参与了独角金内酯的合成,并且在水稻生长发育中响应植物激素信号的诱导,是调控水稻分蘖的重要基因。     

小麦TaNIP4-1基因的克隆及生物信息学分析

水通道蛋白不仅控制着水分和一些小分子溶质的跨膜运输,也是植物体应对非生物胁迫的重要组成部分。为了进一步研究小麦水通道蛋白的功能,本研究以NCBI和Ensemble Plant数据库中查找出的已报道的小麦水通道蛋白基因序列为模板,针对其保守区设计了19对引物,应用PCR的方法从5个小麦品种中克隆出19个基因片段。通过比对鉴定到一个此前未曾报道的新基因,并对其进行生物信息学分析,将其命名为TaNIP4-1。理化特性分析表明,该基因位于3A染色体短臂,基因全长1 315bp,CDS序列长度864bp,含有3个外显子和2个内含子,编码含有288个氨基酸的多肽,含有保守的沙漏模型,有6个跨膜区和2个保守的NPA基序。亚细胞定位预测结果表明该基因位于质膜上。该基因启动子序列含有与逆境响应相关的顺式调控元件,而对7日龄的麦苗进行干旱和盐胁迫处理后,其qRT-PCR结果显示,干旱和盐处理5h后,TaNIP4-1基因在小麦叶片中的表达量明显上调;盐处理7d后,TaNIP4-1基因在小麦根部的表达量显著上调。由此可见,TaNIP4-1基因参与了小麦应对逆境的过程。     

小麦钾离子通道蛋白基因TaAKT1的功能分析

小麦AKT1具有钾离子转运功能。为了给小麦钾离子吸收转运机制的研究提供参考,本研究从普通小麦品种石4185中扩增得到TaAKT1基因,其编码区序列全长2 694bp,生物信息学分析表明,TaAKT1蛋白包含897个氨基酸,相对分子质量为100.92kDa,具有钾离子通道蛋白的特征序列TxxTxGYGD。多序列比对发现,TaAKT1蛋白与大麦HvAKT1蛋白的进化关系最近,相似性达97.22%。利用qRT-PCR分析发现,在正常条件下TaAKT1基因在小麦根部表达量约为叶片中表达量的5倍,低钾环境下TaAKT1的表达量在小麦根部明显上调,叶部的表达量无明显变化。利用酵母功能互补实验发现,转TaAKT1基因的酵母在含有5mmol·L~(-1) KCl的AP培养基上正常生长,而转空载体的酵母长势受到抑制,说明TaAKT1具有钾离子转运功能。同时转TaAKT1基因与TaCIPK23基因的酵母能在含60μmol·L~(-1) KCl的AP培养基上生长,而转空载体与转TaAKT1基因的酵母菌株均不能生长,说明TaCIPK23可以增强TaAKT1的钾离子吸收能力。     

小麦TaKLU基因调控植物株型的研究

为了解小麦TaKLU基因对植物株型的影响,对拟南芥功能缺失突变体klu和过表达TaKLU转基因拟南芥进行了表型观察,并对相关性状进行了统计。结果表明,过表达TaKLU基因导致拟南芥分枝数目减少,顶端优势增强,但不影响产量;相反,拟南芥klu突变体分枝数目增加,顶端优势减弱,单株产量减少。进一步对拟南芥klu突变体进行回补试验,发现用拟南芥klu基因自身启动子驱动TaKLU基因在拟南芥klu突变体中表达后,能恢复突变体的顶端优势,而且其株高、分枝数目与野生型没有明显差异;用强启动子35S和特异启动子pINO驱动TaKLU基因在拟南芥klu突变体中表达后,突变体的顶端优势增强,株高升高,而且其分枝数目明显多于野生型,表明小麦TaKLU基因具有调控植株株型的功能,为小麦株型育种提供了新的研究思路。     

不同植物激素诱导拟南芥SDG8的表达模式

与植物激素在植物整个生命周期中起着多重作用类似,基因SDG8对植物生长、发育、代谢、抗性等多个方面也具多效性。对拟南芥Col-0和转p SDG8::GUS植株分别进行KT、ABA、GA3、IAA、Me JA和Me SA喷洒处理24h后,用GUS试剂和RT-q PCR研究SDG8基因的表达模式。结果显示,在植物营养生长阶段和使用的激素浓度范围内,这6种激素对SDG8基因的表达调控有4种模式:KT高低浓度都抑制表达;ABA低浓度促进表达,高浓度表达量下降;GA3低浓度与高浓度促进表达的水平相同;随IAA、Me JA和Me SA浓度增加表达水平提高。这些结果从总体上揭示了植物激素对SDG8的表达趋势的影响,对进一步研究植物激素与SDG8基因相互作用有一定的参考价值。     

小麦丙氨酸-乙醛酸转氨酶基因（ TaAGT2）的克隆、生物信息学预测及表达分析

光呼吸是植物细胞H_2O_2的重要来源,也是维持细胞氧化还原的重要成分,影响植物对生物和非生物逆境的应答,因此,挖掘与光呼吸有关的基因对提高植物的抗逆性具有重要意义。本研究以耐旱小麦品种青麦6号转录组数据为基础,通过RACE技术克隆得到小麦 AGT2基因的全长cDNA,将其命名为 TaAGT2,并对其进行了生物信息学预测及表达模式分析。结果表明, TaAGT2开放阅读框长1 434bp,编码477个氨基酸。该蛋白属于亲水性稳定蛋白,定位于线粒体中,二级结构以α-螺旋(42.14%)和无规则卷曲(32.91%)为主。 TaAGT2基因包含AAT-I基因族保守区域,与二穗短柄草 AGT2的相似性高达97%。通过qRT-PCR对基因 TaAGT2在不同组织中(根、茎和叶)及4种非生物胁迫(低温、ABA、干旱、高盐)下的表达特性进行分析,结果表明, TaAGT2在根、茎和叶中均有表达,茎中的表达显著高于根和叶,在不同胁迫条件下上调表达,表明该基因可能参与调控植物的抗逆反应。     

小麦TaHTAS-5A基因的克隆、表达分析及亚细胞定位

非生物胁迫对小麦的生长发育具有不良影响,克隆与非生物胁迫相关的基因,并对其结构及表达特性进行分析,可以为进一步探索小麦的抗逆机制和抗逆育种奠定基础。本研究利用同源克隆技术从普通小麦品种中国春中克隆了水稻E3泛素连接酶基因OsHTAS的同源基因TaHTAS-5A(GeneBank登录号:MF967573),并利用生物信息学方法对其基因序列特征进行分析;利用qRT-PCR技术对该基因在小麦不同组织及不同逆境胁迫下的表达模式进行分析;同时,对该基因的表达产物进行了亚细胞定位。结果表明,小麦TaHTAS-5A基因含有220bp的5′UTR、1 242bp的ORF以及126bp的3′UTR,共编码413个氨基酸;基因组分析表明,该基因全长3 819bp,共包含4个外显子和3个内含子;缺体-四体定位表明该基因位于小麦5A染色体上;蛋白结构分析显示,TaHTAS-5A蛋白的N端包含四个跨膜结构域,C端包含一个E3泛素连接酶特有的RING finger保守结构域,具有植物E3泛素连接酶的结构特征;qRT-PCR结果显示,TaHTAS-5A对高温、低温和ABA都有响应,对干旱和盐响应不敏感;TaHTAS-5A在小麦的根、茎、叶和幼穗等不同组织中均有表达,但表达量有差异,在叶和穗中的表达量明显高于根部和茎部;亚细胞定位结果表明,TaHTAS-5A位于细胞膜上。本研究为进一步探究小麦TaHTAS-5A基因的功能奠定了基础,也为小麦非生物胁迫抗性改良提供了一定的理论依据。     

小偃6号TaWRKY45基因在高温抗条锈病中的功能研究

小偃6号是一个具有全生育期高温抗条锈性的小麦品种。在小麦抗病研究中发现TaWRKY45转录因子参与了对多种病害的调控。为了研究TaWRKY45在小偃6号高温抗条锈过程中的功能,以小偃6号为试验材料,通过实时荧光定量PCR技术(Real-time quantitative PCR,qRT-PCR)研究TaWRKY45的表达模式,并利用病毒诱导的基因沉默(VIGS)技术,研究了TaWRKY45沉默后对小偃6号高温抗条锈病的影响。结果表明,TaWRKY45在小麦根、茎、叶中均有表达,根中的表达量最高。当小麦受到水杨酸(SA)、条锈菌、高温(20℃)胁迫时,TaWRKY45表达量均上调。对小麦TaWRKY45基因进行沉默处理后,沉默叶片(BSMV:TaWRKY45-as)的条锈菌菌落增长,坏死细胞数目减少。TaWRKY45正向参与了小偃6号的高温抗条锈病过程。     

小麦品种东农冬麦2号根中TaEXPA7部分同源基因的克隆及表达特性分析

膨胀素(expansin)是植物生长发育过程中诱导细胞壁松弛和伸展的蛋白,包括EXPA、EXPB、EXLA、EXLB四个基因家族,对植物根系的形成及快速发育具有重要作用。本试验以寒地冬小麦品种东农冬麦2号两叶一心期的根为材料,克隆了TaEXPA7基因的3个CDS全长,其氨基酸序列同源性较高,仅信号肽处有两个氨基酸不同,其核酸序列长度均为777bp,编码258个氨基酸,分别命名为TaEXPA7-A、TaEXPA7-B、TaEXPA7-D,且分别定位于2AL、2BL、2DL染色体。蛋白均含有DPBB-1和Pollen-allerg-1两个保守结构域,分子量为27 670.74Da,等电点为8.09,均为疏水性蛋白;与节节麦、二穗短柄草的相似性分别为99%和92%。采用两叶一心期的根进行qRT-PCR分析发现,TaEXPA7-A/B/D三个基因在根尖中的表达量均较高,伸长区和成熟区次之;对冬小麦根进行低温、干旱和激素处理后,这三个基因均下调表达,并且TaEXPA7-B基因的相对表达量较高,TaEXPA7-D的相对表达量较低。由此可见,多倍体小麦不同染色体上的基因在应对不同环境胁迫时,表达以及应答模式存在差异,并且在不同的环境胁迫下,发挥主导作用的染色体也存在差异;此外,该基因在根中的表达可能与低温、干旱以及外源激素的胁迫有一定的关系,可能是促进根系生长的重要基因。     

低温胁迫对稻茬小麦根系抗氧化酶活性及内源激素含量的影响

为探索低温对小麦根系的伤害机理,在分蘖期和拔节期模拟低温,研究低温胁迫对稻茬不同小麦品种(烟农19,抗寒性较强;郑麦9023,抗寒性较差)根系抗氧化酶活性及内源激素含量的影响。结果表明,低温胁迫对小麦根系中抗氧化酶活性和内源激素含量的影响均达到显著水平(P0.05)。2个小麦品种受到低温胁迫后,根系中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性均显著增强,丙二醛含量(MDA)显著下降,且拔节期低温处理小麦的抗氧化酶活性增强幅度更大,MDA含量下降幅度更小。抗寒性较强的小麦品种(烟农19)根系中脱落酸(ABA)、赤霉素(GA3)和生长素(IAA)含量在低温胁迫后均表现为上升趋势。抗寒性较差的品种(郑麦9023)根系中GA3含量在低温胁迫后增加;ABA含量在低温胁迫后下降;IAA含量在分蘖期低温胁迫后表现为增加,拔节期表现为下降。以上结果表明,分蘖期和拔节期遭受低温后,不同品种稻茬小麦根系中抗氧化酶活性及激素含量受影响的程度不同,抗寒性差的品种根系受低温影响较大,且以拔节期影响更为严重。     

小麦PHO基因家族全基因组鉴定及表达分析

PHO基因家族主要参与磷酸盐的转运,在植物生长发育中起重要作用。为研究小麦PHO基因家族成员的潜在功能,本研究从小麦全基因组中鉴定PHO基因家族成员,并利用生物信息学手段对其基因结构特征、蛋白结构域、系统进化、顺式作用元件及表达特性进行分析。结果在小麦全基因组中共鉴定到12个PHO基因家族成员,所有成员均含有SPX和EXS结构域。系统进化、保守结构域和基因结构分析发现,小麦PHO蛋白与拟南芥PHO1-H1蛋白以及水稻PHO1蛋白亲缘关系较近;除TaPHO7、TaPHO10、TaPHO11和TaPHO12蛋白缺少部分基序外,其余小麦PHO蛋白均具有完整基序,且同一亚组内的成员具有相似的蛋白保守结构域和基因结构,说明PHO亚家族成员间高度保守。顺式作用元件分析发现,小麦PHO基因启动子区域含有与磷调控相关的激素诱导、光响应、低温响应等元件。基于RNA＿seq数据的组织特异性分析发现,大部分PHO基因在根中的表达量较高。qRT-PCR分析发现,低磷胁迫处理下磷高效小麦品种小偃54地下部分(根) TaPHO7和 TaPHO8基因的表达量显著高于对照。     

假禾谷镰孢菌的分离及其对小麦茎基部和穗部的致病力分析

假禾谷镰孢菌(Fusarium pseudograminearum)是黄淮麦区小麦茎基腐病的优势病原菌。为比较假禾谷镰孢菌对小麦茎基部和穗部的致病力,选取实验室前期分离并保存的272个假禾谷镰孢菌菌株,通过室内小麦苗期茎基部接种法和田间扬花期穗部单花滴注接种法对其进行致病力检测。室内苗期茎基部接种结果显示,强、中等和弱致病力的菌株分别有109、137和26个。选择在小麦苗期茎基部表现为强、中等和弱致病力的菌株各17个,通过田间穗部单花滴注接种法检测其对小麦穗部的致病力,结果表明,51个菌株在小麦穗部均可致病,并引起不同程度的枯白穗症状,其中强、中等和弱致病力菌株分别有18、21和12个。进一步对小麦茎基部和穗部的致病力进行比较,发现同一菌株对小麦茎基部和穗部的致病力没有明显相关性。     

小麦G6PDH基因家族的鉴定与表达分析

葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)是磷酸戊糖途径中的关键限速酶,在植物生长发育及非生物胁迫响应中发挥重要作用。本研究利用生物信息学对小麦 G6PDH基因家族成员进行鉴定,并对该家族基因编码蛋白的理化性质、进化关系、亚细胞定位、基因复制事件以及在不同组织和不同胁迫下的表达模式进行分析。结果表明,在小麦基因组中共鉴定到14个 G6PDH基因家族成员,分布在小麦2A、2B、2D、4A、4B、4D、6A、6B和6D染色体上,其中5个基因编码的蛋白为胞质型,9个为质体型。亚细胞定位预测表明,胞质型G6PDH蛋白主要定位于细胞质上,而质体型G6PDH蛋白主要定位于叶绿体上。根据系统进化和保守结构域特征,可将14个小麦G6PDH蛋白分为Cy、P0、P1和P2四个亚组。共线性分析表明,小麦 G6PDH基因家族成员存在17对片段重复基因。RNA-seq分析结果表明,小麦 G6PDH基因家族成员在不同组织中存在明显的表达差异,其中 TaG6PDH1-2A/2B/2D基因在根中的表达量最高; TaG6PDH2-2A和 TaG6PDH2-2B基因在干旱胁迫后1 h以及热胁迫后6 h均上调表达。进一步利用qRT-PCR检测6个小麦 G6PDH基因在干旱和盐胁迫下的表达模式,发现分别有5个基因在小麦根中均上调表达,推测小麦 G6PDH基因在非生物胁迫响应过程中发挥着重要功能。     

Roles of Auxin and Cytokinin in Soybean Pod Setting

Abstract

Soybean plants differentiate abundant floral buds, but most of them fail to grow pods and abort during development. Many studies indicated promotive effects of exogenously applied cytokinin on pod setting, but the effects of auxin application on pod set are ambiguous. In this study, we examined the changes in the concentrations of endogenous auxin and cytokinin in racemes and the effects of application of the two hormones on pod setting to clarify the role of auxin and cytokinin in soybean pod setting. The long-raceme soybean genotype IX93-100 was grown in pots and in the field. The auxin (IAA, indoleacetic acid) concentration in racemes was high for a long period from pre-anthesis to 9 days after anthesis (DAA) of the first flower on a raceme, but the cytokinin concentration was high for a short period, with a peak at 9 DAA. The IAA concentration was higher in distal portions of racemes, but the cytokinin concentration was higher in basal portions of racemes. In pot-grown plants, IAA applied to racemes tended to reduce the number of flowers and pods. In contrast, 6-benzylaminopurine (BA) applied to racemes before anthesis tended to reduce the number of flowers and pods, and that applied around 7 DAA significantly increased the pod-set percentage. However, these effects of IAA and BA application were slight in field-grown plants. These results indicate that the concentration of endogenous auxin and cytokinin in racemes changes in a different manner, and that cytokinins have a positive, and auxin a negative effect on pod setting when respective hormones are applied to racemes after the anthesis stage.     

六倍体小黑麦株高形成中内源激素含量的变化

为了解六倍体小黑麦株高形成与内源激素的关系,以六个不同株高的六倍体小黑麦品种（系）为材料,对小黑麦在株高形成时期叶片中内源激素含量的动态变化进行了分析。结果表明,矮秆小黑麦品种的ABA、ZR和GA含量在所调查时期均显著高于高秆品种,而IAA含量在生长后期则显著低于高秆品种。同时高秆小黑麦中IAA/ABA、GA/ABA与（IAA＋GA）/ABA的比值均高于矮秆小黑麦,但ZR/IAA、ZR/ABA比值的变化趋势则与IAA、GA含量的变化趋势相反。可见不同株高类型的小黑麦在株高形成过程中内源激素具有显著差异。     

春小麦品种抗秆锈病基因Sr33的分子检测

为了给小麦抗秆锈病品种的选育提供理论依据,利用与Sr33紧密连锁的SSR引物BARC152对国内外引进的58份抗Ug99的春小麦品种以及黑龙江省主栽小麦品种18份进行SSR检测.结果表明,国内外引进的58份抗Ug99春小麦材料中仅有1份材料含有Sr33,占检测材料的1.7％;黑龙江省18份主栽春小麦品种中有3份材料中含有Sr33,占检测材料的16.7％.表明Sr33在引进的抗Ug99材料和黑龙江省主栽小麦品种中占有的比例均很少,今后要加强Sr33在小麦抗病育种中的应用.     

黄顶菊水浸提液对小麦幼苗的生理效应

为了解黄顶菊对小麦的化感效应,研究了黄顶菊茎叶、根水浸提液对小麦根系活力、叶片细胞膜透性和抗氧化特性的影响。结果表明,随提取液质量分数的提高,小麦根系活力、SOD、POD及CAT活性逐渐降低,而叶片细胞膜透性、MDA的含量逐渐上升。从化感效应指数RI和化感综合效应指数SE比较来看,黄顶菊茎叶对小麦的化感抑制效应大于根浸提液。