烟草品种‘K326’花粉不同发育时期内含物和花粉活力变化

为探究烟草花粉不同发育时期内含物和花粉活力的变化规律,本研究以烟草品种‘K326’新鲜花药为材料,检测花粉不同发育时期可溶性糖、可溶性淀粉、可溶性蛋白质等内含物以及鲜干重、ATP酶活性和花粉活力变化。结果表明:烟草品种‘K326’花粉的干物质积累主要在时期5及其之前完成,时期5以后主要进行花粉内部的物质转化过程,且在此过程中花药会部分脱水,使得花粉耐干燥,提高对外部环境的抗性;利用离体萌发法检测花粉活力,发现花冠变白膨大,顶端显红色时花粉开始有活力,并在花药刚刚开裂即将散粉时达到最大;花粉内含物变化比较复杂,可溶性糖和可溶性淀粉含量呈现"N"型增长变化,总氨基酸含量呈现"S"型增长变化,可溶性蛋白质含量先下降后上升,脯氨酸含量先上升后下降,ATP酶活性总体处于较高水平,花粉成熟时显著上升。由此可见,可溶性糖、可溶性淀粉、可溶性蛋白质、总氨基酸含量和ATP酶活性对花粉活力有正向作用。     

蓖麻RcWRI1基因表达分析及生物信息学分析

WRINKLED1(WRI1)是成熟拟南芥种子中油脂积累的重要调节蛋白,是植物特异转录因子家族(AP2/EREBP)的一个成员,其靶基因主要参与脂肪酸合成和糖酵解,因而在植物脂肪酸合成和积累中起着重要的作用。通过半定量分析了蓖麻中与拟南芥WRI1同源的RcWRI1、RcWRI3和RcAIL5基因在叶片及种子不同发育时期的表达量。结果显示在叶片中RcWRI1和RcAIL5基因有少量表达,RcWRI3无表达;在种子发育过程中,RcWRI3基因仅在种子发育前期表达,RcWRI1和RcAIL5基因在发育过程中表达量先增大后减小,其中RcWRI1的表达量较高。并进一步对RcWRI1、RcWRI3、RcAIL5进行生物信息学分析。     

ATP合成相关基因在小麦BNS不育系育性转换中的差异表达

为了探讨ATP合酶α亚基和腺嘌呤磷酸核糖基转移酶(APRT)与温敏雄性不育系BNS育性的联系,利用荧光实时定量PCR方法,在花药发育的4个重要时期(四分体期、单核期、二核期和三核期),定量检测ATP合酶α亚基和APRT相关基因在不育及可育条件下花药中的mRNA表达水平。不育条件下,ATP合酶α亚基基因从四分体到二核期表达量持续下降,与可育株相比在单核期表达量显著下降;APRT1在4个时期的表达量低于其在相应可育条件下的表达量,而APRT2基因在BNS不育和可育条件下维持较低的表达水平。APRT相关基因表达量在三核期均有较显著提高,且可育条件下比不育条件下提高更明显。因此认为,ATP合酶α亚基基因与BNS育性转换密切正相关,APRT基因在三核期转录水平的变化与BNS育性转换有一定关系。     

紫斑牡丹种子高积累碳十八不饱和脂肪酸的多基因调控

为研究紫斑牡丹种子C18不饱和脂肪酸的高积累与相关基因SAD、FAD2、FAD3、FAD7和FAD8表达间的关系,以四个不同发育时期(6月20日, 7月7日, 7月17日和7月27日)的种子为材料,利用气相色谱飞行时间质谱测定种子油脂的脂肪酸组成,采用实时荧光定量PCR方法分析相关基因的表达模式,分析相关基因在不同发育期种子中的表达差异对种子油脂中碳十八不饱和脂肪酸积累的影响。结果表明:(1)紫斑牡丹种子油脂的不饱和脂肪酸占总脂肪酸的94.09%,其中碳十八不饱和脂肪酸占93.84%;不同种子发育期的油酸和亚麻酸呈一直上升趋势,而亚油酸则呈一直下降趋势;(2)种子发育过程中,KAR基因的持续上调表达合成了更多的C16:0-ACP;FATB和Δ9D基因下调表达,分别减弱了C16:0-ACP向棕榈酸和棕榈油酸的转化,KASⅡ基因的高表达促进了C16:0-ACP向C18:0-ACP的转化,为C18脂肪酸合成提供了充足原料;(3)种子发育过程中,SAD基因持续上调表达加快了种子中油酸的合成积累;FAD2基因表达量一直维持在相对较高水平,保证了种子油脂亚油酸占比一直在20%以上;发育初期FAD3基因表达量和发育末期FAD8基因表达量的迅速上升,加快了亚麻酸的合成。紫斑牡丹种子C18不饱和脂肪酸的高积累主要来源于SAD、FAD2、FAD3和FAD8基因的协同高表达。这为理解种子油富集碳18不饱脂肪酸的基因调控机制提供了理论依据,对木本油料油脂脂肪酸组份的遗传改良具有重要意义。     

沙棘非种子组织和种子油脂合成积累的源汇基因协同表达

为探讨沙棘非种子组织(果肉)和种子油脂合成积累与源汇基因表达间的关系,以2016年不同发育时期(7月10日,7月26日,8月11日,8月26日)的品系"TF-23"果实为材料,利用氯仿甲醇法测定果肉和种子含油量,采用q RT-PCR方法分析油脂合成源基因(GPD1)和汇基因(DGAT1,DGAT2)在果肉和种子间的表达差异及其对油脂合成积累的影响。结果表明:(1)沙棘果实发育过程中,果肉和种子含油率均呈逐渐上升趋势,但果肉的油脂合成积累速度快于种子,且果肉含油率20.62%明显高于种子6.16%。(2)源基因GPD1在果肉发育过程中一直维持在较高水平,明显促进了果肉TAG合成前体G3P的高效合成,而同期汇基因DGAT1和DGAT2的高表达则促进了TAG的高效积累;相反,种子发育过程中,源基因GPD1表达量非常低,而同期的DGAT1基因表达维持在较低水平且呈略微下降趋势,限制了种子油脂的合成积累。(3)沙棘非种子组织(果肉)和种子油脂合成积累的显著差异源于源基因GPD1和汇基因DGAT1协同表达的差异。本研究可为进一步培育果肉和种子含油量均高的沙棘良种提供科学参考。     

白菜PHD-finger转录因子家族的鉴定及进化分析

PHD-finger是一类广泛存在于真核生物中,在种子发芽、育性调节、逆境胁迫等过程中发挥重要调控作用的锌指蛋白。本研究从白菜(Brassica rapa L.)全基因组中鉴定出33个PHD-finger基因,分布于9条染色体上,但不同PHD-finger基因序列结构差异较大。6个物种72个PHD-finger转录因子的系统进化分析显示有5个亚家族分枝。基于RNA-seq数据的表达分析表明,白菜PHD-finger基因在花蕾中表达量最高,但其在不育、可育花蕾中表达有差异。白菜BrPHD08、BrPHD25、BrPHD30分别与拟南芥花粉发育相关的MMD1、SHL、MS1基因直系同源,且3个基因在不育、可育花蕾中表达差异极大,推测这3个基因可能与白菜花粉发育相关。本研究为白菜PHD-finger转录因子相关基因功能研究提供生物信息学方向,为白菜花粉发育相关基因的克隆和功能研究提供理论依据。     

海岛棉GbMFT1基因的克隆及表达分析

通过RT-PCR和RACE技术,从新疆海岛棉品种新海14中克隆得到了一个MFT (MOTHER OF FT AND TFL1)类似基因,命名为GbMFT1基因(GenBank登录号为KC513744)。GbMFT1基因的开放阅读框(ORF)为528 bp,编码175个氨基酸的蛋白,含一个磷脂酰乙醇胺结合蛋白(PEBP)结构域。GbMFT1蛋白的羧基端含有MFT蛋白都含有的脯氨酸。系统进化树分析表明GbMFT1编码产物与葡萄、番茄亲缘关系较近,属于同一进化分枝。实时荧光定量PCR分析表明,GbMFT1基因在棉花的不同组织中均有表达,在花瓣中的表达量较高;在纤维发育的不同时期中均有表达,在开花后2 d的胚珠、9 d的纤维中表达量最高。半定量RT-PCR结果表明,GbMFT1基因在刚萌发的种子中表达量高,用不同浓度的ABA处理种子后其表达变化不明显,表明GbMFT1基因的表达不受ABA的调节。     

MADS-box基因GmAGL15在大豆种子发育过程中的表达

以同源序列法克隆了大豆MADS-box基因GmAGL15, 序列分析表明, 该基因编码的氨基酸与拟南芥AGL15蛋白的同源性为61%, 其中在MADS区的同源性为84.3%, K区的同源性为63.2%。半定量RT-PCR分析表明, GmAGL15在幼胚中高度表达, 而没有检测到在根、茎、叶和花中的表达。荧光定量RT-PCR分析发现, GmAGL15在大豆种子发育的不同时期均有不同程度的表达, 其中在开花后15 d的幼胚中表达量较高, 而在开花后30 d的幼胚中表达量最高。以上结果显示, 基因GmAGL15对于大豆种子发育的调控可能有重要作用。     

不同关键酶基因在油菜种子发育进程中的表达

不同关键酶基因在甘蓝型油菜种子发育过程中对油脂积累的影响重大。为此,本实验选取3个不同含油量的甘蓝型油菜作为模型。研究BnACC1、BnDGAT1和BnPDAT1基因在甘蓝型油菜种子发育时期的表达模式。结果表明:BnACC1在这三种甘蓝型油菜种子中的基因表达模式基本一致,在低含油量油菜的种子发育前期和高含油量油菜的种子成熟期相对表达量高,说明在油脂积累旺盛期该基因的高表达可提高含油量;而BnDGAT1和BnPDAT1在这三种甘蓝型油菜表达模式存在差异。其中,BnDGAT1基因在高含油量油菜中的相对表达量高于低含油量油菜。这说明BnDGAT1基因对油脂积累有一定的促进作用。BnPDAT1基因的相对表达量与甘蓝型油菜含油量密切相关。本研究可以为提高油菜含油量的相关分子机制提供了科学依据。     

海岛棉新海35花药发育及花粉受精的研究

【目的】为建立海岛棉发育过程中花蕾长度与花药发育时期的关系。【方法】以海岛棉新海35为研究对象,采用改良的半薄切片和甲苯胺蓝染色技术,对不同生长时期花蕾的花药进行切片观察,明确花蕾长度与花药发育时期的对应关系。【结果】通过形态观察发现,在海岛棉的花发育过程不同时期花蕾的萼片、花瓣和花药的形态、颜色、大小以及花丝和柱头的长度出现明显变化。切片观察发现,从花芽出现到花药开裂,经历花原基的形成、花药原基的出现、花粉母细胞形成、四分体时期、绒毡层降解、减数分裂、花药开裂等14个发育时期。新海35花蕾长度5～6 mm、7～8 mm、8～9 mm和11～14 mm分别对应花药发育中的花粉母细胞形成期、四分体时期、小孢子释放期和绒毡层降解时期,也是成花过程中尤为关键的4个时期。通过对花粉萌发、花粉管伸长、受精过程、胚乳的发育等进行观察,明晰了海岛棉花粉成熟到完成受精再到纤维发育所需的具体时间和详细过程。【结论】海岛棉各个时期花蕾的表型与陆地棉不同,且花蕾大小及花药颜色随着花药细胞发育而变化,并伴随着细胞内部的代谢过程及正常发育所需物质的转换;通过花蕾大小及表型可以判定海岛棉花药发育时期。花粉成熟后,花粉的萌发、花粉管的伸长、双受精及胚乳发育分别发生在授粉后的0.5～1 h、8 h、24 h和50 h。     

甘蓝型油菜与青花菜种间杂种子房离体培养研究

利用子房离体培养的方法克服了甘蓝型油菜与青花菜杂种后代杂种胚的衰亡,并通过组织培养技术获得了杂交后代。试验结果表明：授粉后15d的子房离体培养效果最好,获得7粒饱满种籽,其中2粒发芽,发芽率为0.29;1/2MS+B5有机+IAA1.5mg/L+蔗糖50g/L为最佳的子房离体培养基,平均每个角果可得到杂种0.17粒,杂种发芽率可达66.7%;通过比较父母本和杂交后代性状,发现杂交后代的生物学性状偏向父本。     

化学杂交剂EXP对油菜的杀雄效果

化学杂交剂EXP的主要成分是一种磺酰脲类化合物,作用靶标是植物的乙酰乳酸合成酶（acetolactate synthase,ALS）,通过抑制酶活性,阻止支链氨基酸缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的合成。在甘蓝型油菜自交系82089抽薹15～20 cm高,最大花蕾长度1～2 mm时期,单株用药量12～15 mL,用0.05 μg/mL、0.25 μg/mL EXP溶液处理可分别诱发92%和97%不育率。而0.25 μg/mL浓度处理不育株的育性较为稳定,自交结实率为6.6%,可以作为最佳用药浓度的参考值。EXP透导的不育株叶色变浅、株高降低、花蕾密集、花期推迟、花瓣褪色、花药干瘪无花粉。检测结果表明,不育株花蕾叶绿素和类胡萝卜素含量有所减少,处理雄蕊的过氧化物酶和酯酶活性降低,而水溶性蛋白质含量显著减少。同一时期用EXP处理芥菜型油菜和白菜型油菜也可诱导雄性不育,但芥菜型油菜不育持续时段较短,白菜型油菜结实性不好,不宜用于生产杂交种。本研究结果的意义在于,磺酰脲类ALS抑制剂种类非常多,有可能从中筛选到更高效、更持久的化学杂交剂。     

甘蓝型油菜角果内种子发芽对其产量和品质的影响

以田间自然条件下角果内种子发芽的甘蓝型油菜品系780、943、890、11-5、20-1为材料,将种子分为全发芽种子、自然混合种子、和无发芽种子三种类型,通过近红外测定仪测定了油菜种子的主要品质;将780、890、11-5角果内发芽种子根据芽长与种子长的比例大小分为：＞1、0.5~1、＜0.5和没有发芽四类,分析了种子发芽对千粒重的影响。结果表明：角果内种子发芽导致种子的含油量和芥酸含量下降,蛋白质含量略有提高,硫甙含量变化规律不明显;千粒重降低5.52%~22.17%。     

春油菜干物质积累与硒的吸收、累积及分配特性研究

了探讨春油菜干物质积累与硒的吸收、累积及分配特性,采用田间小区实验,测定不同生育期春油菜不同器官的干物质量和硒含量。结果表明,春油菜干物质量在收获期急剧增长并达最大值,为48765.20 kg/hm2。不同器官干物质量和干物质比重变化不同,根、茎干物质量呈上升趋势,在收获期达最大值分别为3082.20 kg/hm2、15138.93 kg/hm2,但其比重呈下降趋势;叶干物质量及比重变化均呈下降趋势;籽粒和角果壳干物质量及比重变化均呈上升趋势,在收获期达最大值,分别为14922.60 kg/hm2、15621.47 kg/hm2。春油菜根、茎、叶、籽粒、角果壳硒含量均在角果期达到峰值,分别为0.16 mg/kg、0.26 mg/kg、0.60 mg/kg、0.21 mg/kg、0.34 mg/kg。春油菜硒累积量在收获期达最大值,为6.94 g/hm2,根、茎、叶、籽粒、角果壳硒累积量达最大值的时期分别为角果期、角果期、苗期、收获期、收获期,大小分别为0.24 g/hm2、1.45 g/hm2、0.32 g/hm2、1.66 g/hm2、3.84 g/hm2。收获期,春油菜不同器官硒含量及累积量大小为：角果壳>籽粒>茎>根。硒在不同生育期分配中心也不同,生长前期以营养器官为中心,生长后期以角果壳为中心。研究表明,春油菜干物质量、硒含量及累积量均在生长后期急剧上升。因此,在春油菜生长后期应注意硒素的合理施用。     

甘蓝型油菜防御素基因的克隆与生物信息学分析

为了研究甘蓝型油菜防御素基因的结构和功能,根据白菜防御素基因序列设计引物,采用RT-PCR方法从甘蓝型油菜中克隆到4个防御素基因,并对其序列进行了生物信息学分析。结果表明,甘蓝型油菜防御素基因cDNA全长325~335 bp,包含231~243 bp的开放阅读框,编码76~80个氨基酸;防御素基因在长期进化过程中产生了显著的差异,但防御素含有的8个保守半胱氨酸残基均稳定存在;Bndef1、Bndef2、Bndef3与萝卜Rs-AFP1、诸葛菜Omdef亲缘关系较近,Bndef4与豇豆Vudef亲缘关系较近;4个防御素蛋白均为稳定蛋白,具有信号肽结构,可能为分泌蛋白。     

甘蓝型油菜种皮色泽相关基因的cDNA-SRAP差异显示

为探寻甘蓝型油菜黄黑籽之间的种皮色泽表达差异的分子基础,探索cDNA-SRAP差异显示的可行性,选用培育7年的重组自交系群体（RILs）,根据群体分离分析法（bulked segregant analysis,BSA）构建了种子的RNA混合池,利用cDNA-SRAP法进行了差异显示研究。996对SRAP引物组合扩增出2 100条带,2次扩增重复率为65.2%,其中在黄黑籽材料之间重复稳定出现的差异片段有12条,长度在100~300 bp之间。选择其中7条差异片段,进行回收、克隆和测序,发现2个片段分别与拟南芥的NAD+ADP核糖转移酶及小肽转移蛋白3具有很高的同源性。结果表明,利用SRAP方法可以对甘蓝型油菜cDNA混合池进行差异显示研究,2条差异片段可能与甘蓝型油菜的种皮色泽基因表达相关。     

Seed germination in weedy Brassica campestris and its hybrids with B. napus: Implications for risk assessment of transgenic oilseed rape

We studied the germination behaviour of the following types of seeds: weedy Brassica campestris, oilseed rape (Brassica napus), B. campestris (♀) × B. napus (♂), B. napus (♀) × B. campestris (♂) and, finally, seeds harvested on B. napus (♀) × B. campestris (♂) hybrids in open pollination with B. campestris and B. napus. The seeds were germinated in Petri dishes, using three different consecutive treatments and assaying the viability of non-germinated seeds with tetrazolium staining. B. campestris seeds varied in the treatment they required in order to germinate and many seeds were dormant, in contrast to B. napus seeds, which lacked dormancy. B. campestris (♀) × B. napus (♂) and B. napus (♀) × B. campestris (♂) seeds both resembled B. napus being non-dormant whereas seeds harvested on B. napus (♀) × B. campestris (♂) hybrids were more B. campestris-like in germination behaviour. We discuss implications for risk of transgene spread from oilseed rape to weedy B. campestris. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

甘蓝型油菜SnRK基因家族生物信息学分析及其与种子含油量的关系

蔗糖非发酵相关蛋白激酶(sucrose non-fermenting-1-related protein kinase,SnRK)是植物中广泛存在的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,它们参与调控植物的信号传导、逆境响应和种子生长等生物学过程。为了解析甘蓝型油菜(Brassica napus L.)中SnRK基因家族的性质及其对种子含油量的影响,本研究对BnSnRK基因家族的系统进化、基因结构、蛋白质理化性质、保守基序、蛋白质二级结构、顺式作用元件和亚细胞定位预测等进行分析,并通过候选基因关联分析、单倍型分析和qRT-PCR筛选影响种子含油量的BnSnRK基因。结果显示,鉴定得到92个BnSnRK成员,分为3个亚族,分布于甘蓝型油菜19条染色体上,亚族之间蛋白质理化性质差异显著。多数基因拥有7~14个外显子;同一亚族的motif分布情况更相似。BnSnRK家族主要在细胞质中表达,蛋白质二级结构主要以α-螺旋和不规则卷曲为主。关联分析筛选出与油菜种子含油量相关的12个家族成员,基因BnaC02g10730D可能负向调控甘蓝型油菜种子含油量,基因BnaA07g12290D、BnaA10g22850D、BnaA08g18050D、BnaC04g44390D可能正向调控甘蓝型油菜种子含油量。不同环境之间种子含油量差异显著,且与含油量相关的12个成员均含有MYB、MYC和ABA响应元件,环境特异的含油量关联基因可能与植物非生物胁迫响应相关。本研究为BnSnRK基因功能验证及育种工作提供了理论参考。     

甘蓝型油菜热激蛋白HSP70基因家族的鉴定和分析

热休克蛋白也称热激蛋白(heat shock protein, HSP),是植物在受到生长环境中不利的生长因子胁迫时产生的一种用于抗逆的防御蛋白,其中在生物体中分布最普遍的一种热激蛋白是热休克蛋白70 (heat shock protein 70, HSP70)。为全面、深入地了解芸薹属HSP70基因家族的信息,本研究对芸薹属的3个物种(白菜,甘蓝和甘蓝型油菜)进行了生物信息学分析,首先在BRAD数据库中对芸薹属的3个物种进行HSP70基因数目的鉴定,分别在白菜和甘蓝中鉴定出了2个HSP70,在甘蓝型油菜中鉴定出了4个HSP70。将鉴定出来的这8个HSP70基因进行生物信息学分析(系统发生关系,基因结构,保守基序,染色体定位和同源性等),结果显示,芸薹属HSP70基因结构相似,在核酸和蛋白水平均具有高度保守性,进化过程中基本种之间以及天然杂交种与基本种之间均保持着极高的同源性,进化树以及其他生物信息学分析结果还表明甘蓝型油菜的HSP70位点与白菜、甘蓝的HSP70位点符合"禹氏三角"理论,但是根据3个物种的HSP70基因数量及对应关系等分析结果可推测白菜、甘蓝、甘蓝型油菜3个物种的HSP70位点与三倍化理论不完全一致,此结果可反映芸薹属的这3个物种在进化过程中其HSP70基因在数量或结构上发生过变化,致使其不满足三倍化学说。     

氨基酸合成抑制剂类除草剂诱导油菜雄性不育效果评价

甘蓝型油菜对以乙酰乳酸合酶为靶标的磺酰脲类等除草剂很敏感, 其中部分除草剂具有很强的化学杀雄作用。本文通过油菜抽薹期叶面喷施试验, 比较26种能够抑制氨基酸生物合成的除草剂及复配剂对甘蓝型油菜雄蕊育性的影响。结果显示除过双草醚、麦喜、胺苯磺隆外, 其余23种除草剂均对油菜具有不同程度杀雄作用。其中600 mg hm^–2的咪唑乙烟酸、150mg hm^–2的吡嘧磺隆、240 mg hm^–2的烟嘧磺隆、200 mg hm^–2的单嘧磺隆和120 mg hm^–2的氯磺隆具有较高杀雄率, 但容易产生药害。而60~90 mg hm^–2的酰嘧磺隆、苯磺隆及其复配剂对油菜杀雄率大于95%, 持续时间长, 对雌蕊结实性能影响较小, 且在20个甘蓝型油菜品种(系)上杀雄效果稳定, 可以作为油菜等植物的最佳化学杀雄剂活性成分。本试验证明可以从氨基酸合成抑制型除草剂中筛选化学杂交剂, 为进一步开发化学杀雄剂提供了参考。