白叶枯病抗性基因Xa21、Xa4和Xa23的聚合及其效应分析

水稻白叶枯病（Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo）是由水稻黄单胞杆菌引起的细菌性病害，是世界水稻三大病害之一，常年给水稻生产造成不同程度的损失。水稻受害后，叶片枯萎，影响光合作用，千粒重降低，一般减产20%~30%^[1], 严重的可减产80%^[2], 甚至绝收^[3]。培育和种植抗病品种是从根本上控制白叶枯病的有效措施^[4~6]。但长期以来，我国利用的白叶枯病抗性具有专化性，抗性基因单一，加强了病菌的选择压，必然加速新的或原来处于劣势的病原菌小种变迁，使品种失去原有的抗性^[7]。Huang等（1997）曾将多个抗性基因聚合于同一个品种（系），提高了抗性，拓宽了抗谱，这是改良和延长品种抗性的一个有效措施^[8]。     

芒果MiCO基因逆境胁迫下表达模式分析及转基因株系的获得

CONSTANS(CO)基因是调控植物开花光周期途径的关键基因,近来有研究发现其与植物的逆境胁迫也有关。目前CO参与植物逆境胁迫的作用尚不清楚。为了探究CO在芒果逆境胁迫中的功能,我们利用实时荧光定量技术对MiCO基因在芒果2℃低温胁迫、盐胁迫和PEG-6000模拟干旱胁迫后0 h、6 h、12 h、24 h、48 h和72 h的表达模式进行分析。结果显示,这三种逆境处理均诱导芒果MiCO基因的表达,其中盐胁迫处理条件下MiCO基因的表达水平上调,2℃低温和PEG胁迫条件下MiCO基因的表达水平下调。说明该基因参与了芒果逆境胁迫的调控。为了验证MiCO基因在芒果逆境胁迫中的功能,本研究构建了MiCO超量表达载体,将MiCO基因转化到拟南芥中,获得阳性植株,经过三代筛选得到了纯合株系,为进一步验证MiCO基因在逆境胁迫中的作用提供实验材料。     

水稻SOD基因家族的全基因组分析及逆境胁迫下表达研究

超氧化物歧化酶(SOD)是植物体内活性氧清除系统中的关键酶。为进一步研究水稻SOD基因家族的特点,利用生物信息学的方法,在水稻全基因组水平上对SOD基因家族进行了基因结构、染色体定位及进化树等方面的分析。结果表明,水稻基因组中共有9个OsSOD基因,包括6个Cu/Zn-SOD、2个Fe-SOD和1个Mn-SOD,可分为2个亚家族。9个OsSOD基因含有5~9个内含子不等,分布在6条染色体上。荧光定量qRTPCR分析表明,在NaCl、干旱、ABA和低温等4种逆境条件下,8个OsSOD基因的表达量会受其中三种胁迫而发生变化。     

甘蓝型油菜CBF基因家族的鉴定和表达分析

低温是影响植物生长发育的重要环境胁迫因子,ICE1(inducer of CBF expression1)-CBF(C-repeat(CRT)-binding factors)-COR(cold responsive)在植物响应低温胁迫的信号途径中具有重要作用。为探究CBF(C-repeat-binding factors)基因在甘蓝型油菜(Brassica napus L.)中的进化以及在低温胁迫应答反应中的功能,本研究以4个拟南芥CBF基因为基础序列,鉴定出11个甘蓝型油菜、6个白菜和5个甘蓝CBF基因,并对它们的分子特性、蛋白保守结构域和系统进化树、基因结构及基因染色体分布、甘蓝型油菜CBF基因组织表达模式以及不同逆境和激素处理下的表达模式进行系统的比较分析。结果表明,在11个甘蓝型油菜CBF基因中,可分为亚组Ⅰ(CBF1/2/3)和亚组Ⅱ (CBF4) 2个亚组。转录组测序结果表明,所有甘蓝型油菜CBF基因受低温诱导表达,其中亚组Ib的4个基因对冷胁迫响应迅速且持续时间长,亚组Ⅱ中2个基因对冷胁迫响应表达较弱,但它们在根中表达量明显高于叶片,并且参与盐胁迫和渗透胁迫响应;甘蓝型...     

盐胁迫下耐盐甜菜生理及其蛋白差异表达分析

为了探究甜菜在盐胁迫条件下生长及蛋白差异表达的变化,本研究以耐盐甜菜‘T510’为试验材料,采用室内营养液培养的方式,分析了0、140、280 mmol/L NaCl胁迫条件下甜菜生理和蛋白组变化。结果表明:随着盐分浓度的升高,甜菜的干物质、胁迫指数、叶绿素含量明显降低。相反,丙二醛和可溶性蛋白含量明显升高。利用双向电泳分别在对照组、低盐组(140 mmol/L NaCl)、高盐组(280 mmol/L NaCl)中检测到514、579、562个蛋白点。在低盐-对照、高盐-对照和低盐-高盐中分别有17、40、21个差异表达蛋白（变化倍数>2,P<0.05）。通过质谱分析最终分别鉴定出12、23、11个差异表达蛋白。这些差异蛋白主要参与光合作用和物质代谢。同时,发现磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶家族蛋白PEPC,Zn结合脱氢酶家族蛋白亚型1和ATP合酶的γ链在响应盐胁迫过程中表达量变化较大。因此,对于耐盐甜菜来说,盐胁迫主要影响与光合作用和物质代谢相关的蛋白表达,其中磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶家族蛋白PEPC、Zn结合脱氢酶家族蛋白亚型1和ATP合酶的γ链的作用明显。以上这些发现为甜菜及其他作物的耐盐育种提供有价值的理论依据。     

扁桃AcCBF2基因的克隆及其在逆境胁迫下的表达分析

本研究根据扁桃生物信息学数据库,采用PCR的方法从扁桃(Amygdalus communis L.)中克隆了一个CBF转录因子基因,命名AcCBF2,基因开放阅读框(open reading frame,ORF)为717 bp,编码238个氨基酸,预测其分子量26.59 kD,等电点为5.29。氨基酸多重序列比对显示,AcCBF2基因编码的氨基酸与其它植物冷胁迫相关的CBF氨基酸序列具有高度同源性,含有一个AP2功能结构域和2个特征基序;系统发育树分析显示,AcCBF2基因属于DREB家族中的A-1亚族,荧光定量显示,AcCBF2基因只对低温和干旱胁迫有响应,对盐胁迫和ABA(脱落酸)没有明显响应。在低温胁迫下,表达量上调;而在干旱胁迫下,表达量先上调后下调。初步预测AcCBF2基因可能对扁桃非生物胁迫有重要的调控作用。     

马铃薯全基因组StbZIP基因家族的鉴定及在不同逆境中的表达分析

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper, bZIP)是一种广泛存在于植物中的保守转录因子，其家族成员数目是植物中最丰富的转录因子家族之一。为了解马铃薯StbZIP基因家族的相关信息，本研究通过生物信息学的方法，在二倍体马铃薯‘DM’全基因组中鉴定64个马铃薯StbZIP家族成员，命名为StbZIP1～StbZIP64。通过分析发现，马铃薯StbZIP家族成员不均匀地分布在12条染色体上。生物信息学分析表明，家族成员蛋白长度为132～822 aa，分子量介于15.40～88.18 kD之间，等电点4.74～10.30。系统发育树分析显示，该基因家族可分为11个亚群，其基因主要分布在第1、4和10号染色体上。基因结构和保守基序分析发现，各亚族成员间具有相似的保守基序和进化的保守性。表达模式分析发现，11个亚族内部呈现出响应不同非生物胁迫的表达模式，其中有8个亚族基因都在ABA胁迫24 h时表达量发生显著升高。这些结果为阐明StbZIP基因家族的进化和进一步研究StbZIP基因的功能提供了理论指导。     

芒果MDS家族基因的鉴定、进化及表达分析

2-C-甲基-D-赤藓糖醇-2,4-环焦磷酸合成酶(MDS)是MEP代谢途径中的关键酶.为了鉴定芒果中的MDS家族基因,探索MDS家族基因的进化、表达模式.本研究采用同源搜索的方法,从13个植物基因组中下载了16个MDS家族基因,对其进行了蛋白结构域、系统发育及在芒果中的表达分析.蛋白结构域分析结果显示,芒果MDS家族...     

两个谷子CIPK基因在非生物逆境胁迫下的表达分析

CIPK是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,该蛋白在植物响应逆境胁迫过程中发挥重要作用。本文利用生物信息学方法从谷子基因组中鉴定出2个CIPK基因, 命名为SiCIPK6和SiCIPK16。序列分析表明SiCIPK6基因组序列长1994 bp,编码451个氨基酸;SiCIPK16基因组序列长1885 bp,编码473个氨基酸,2个基因均无内含子和可变剪切。生物信息学分析显示这2个基因在蛋白质序列和结构上与其他物种CIPK基因一样非常保守。实时定量PCR分析表明SiCIPK6和SiCIPK16在ABA、低温、高温、干旱、高盐诱导下表达量均有所上调, SiCIPK6基因在ABA、干旱和盐处理时表达量上调幅度较大,而SiCIPK16基因在低温、干旱和高温处理时表达量上调幅度较大。半定量PCR检测结果表明SiCIPK6和SiCIPK16两个基因在拔节、孕穗、灌浆期时均有表达,在相应生育时期受到干旱胁迫时它们表达量均有所提高。推测SiCIPK6和SiCIPK16基因在谷子的干旱或其他逆境胁迫中起一定作用。     

在不同干旱胁迫下,Burkholderia sp.LD-11菌株对玉米荧光参数的影响

本研究旨在分析不同土壤干旱胁迫下接种Burkholderia sp.LD-11菌株对玉米荧光参数的影响。在温室中培养2种玉米骨干品系,接种Burkholderia sp.LD-11菌株,干旱处理后测定相关生理指标。结果表明,随干旱胁迫程度的增加,Fv/Fm值变小,且实验组大于对照组;而Fv’/Fm’、产量、ETR三者,在实验组中的变化幅度小于对照组的;在q N值方面,实验组均小于对照组。因此,本研究说明土壤接种Burkholderia sp.LD-11菌株能在一定程度上缓解干旱胁迫对玉米光合系统的损伤。     

玉米ZmCIPK42克隆及逆境胁迫后表达特异性分析

根据MaizeDGB数据库提供的CIPK序列（GRMZM2G011919）,克隆得到一个全长为1908bp的ZmCIPK42基因,其开放阅读框（ORF）为1323bp,编码一个440氨基酸残基的多肽。ZmCIPK42具有CIPK基因家族典型的激酶结构域和NAF调控结构域,其氨基酸序列与玉米CIPK15（NP₀01108478）、水稻CIP-K14（Q2QYM3.1）、小麦CIPK14（AFR90220.1）和大麦CIPK14（AEZ51505）等高等植物的CIPK氨基酸序列的同源性分别为74%、73%、73%和70%。与拟南芥CIPK家族系统进化分析表明ZmCIPK42与拟南芥CIPK2和CIPK10同源关系较近。荧光定量PCR分析发现ZmCIPK42基因在盐胁迫和热处理后表达量显著升高,脱水处理后表达水平也有所提高,ABA和冷处理后表达量变化不明显。     

盐胁迫下玉米离子变化及转录组分析

为了研究玉米在盐胁迫下体内离子变化以及功能基因的响应,为今后培育耐盐玉米品种奠定基础。本研究以4份玉米自交系为研究对象,在200 mmol/L的NaCl溶液胁迫14天后,对玉米地下、地上部分中的Na⁺、K⁺、Ca²⁺含量进行测定并分析;同时,进行了转录组分析,研究玉米在盐胁迫下功能基因的表达情况。结果显示,4个自交系中叶片和根中Na⁺含量和Na⁺累积量最低的是S388,同时发现S388的Ca²⁺:Na⁺比在4个材料中表现出最高;转录组分析显示,S388参与了离子转运途径、逆境信号以及离子跨膜运输等代谢途径。研究表明,4份玉米自交系中S388对盐的耐受性最高,表型出叶片和根中积累了较少的Na⁺含量,这为今后耐盐品种培育提供了材料基础。     

玉米bZIP基因应答逆境胁迫的表达模式分析

为了探讨玉米bZIP基因家族成员在玉米抗逆中的作用,以玉米骨干自交系郑58为试验材料,设置200 mmol/L的NaCl溶液、20％PEG6000(Polyethylene Glycol 6000)、4℃低温和硝态氮或铵态氮缺乏胁迫试验,利用qPCR技术,对9个ZmbZIP基因应答各类逆境胁迫的响应表达模式进行了分析....     

非生物胁迫诱导的GmMYB的克隆与表达分析

本研究室根据一段抗逆的EST序列, 从栽培大豆东农42中克隆到4个开放阅读框均是外显子和内含子间隔构成的R2R3-MYB基因, 其中Gm02g01300、Gm03g38040和Gm10g01340与已公布的Willams 82基因组序列完全一致, Gm19g40650第375位的单核苷酸突变导致多肽链第125位的氨基酸发生置换(GAG³⁷⁵→GAC³⁷⁵, E¹²⁵→D¹²⁵)。以人工气候箱内模拟非生物胁迫(盐、碱、干旱和低温)处理栽培大豆东农42芽期, 选择适宜时间点, 采用荧光定量PCR技术, 检测R2R3-MYB基因的表达。结果表明, 4个基因的表达水平都存在明显波动, 呈诱导后短暂上调或下调两种表达模式, 但表达时间、强度和趋势存在明显差异; Gm02g01300受干旱诱导明显, Gm03g38040受多种胁迫条件诱导表达强烈, 推测这些基因在大豆非生物胁迫的调控中起到重要作用; 另外, 在子叶与胚间, 单个基因的表达也存在差异; 多种非生物胁迫条件下, 基因的表达不仅存在时空差异, 可能也具有调控模式的差异。     

涝渍胁迫下玉米不定根产生候选基因的发掘

不定根产生是玉米对涝渍胁迫适应的形态之一,本研究拟发掘调控玉米不定根产生的候选基因。本研究对400份玉米自交系进行涝渍处理,发现自交系T1162W在涝渍胁迫下产生大量的不定根,而自交系RO421W不定根数量很少。以T1162W、RO421W为亲本构建F2分离群体。从F2群体中,选择不定根大量产生和无不定根的单株,分别组成不定根产生池和不定根不产生池,并对2个混合池进行BSR-seq分析。结果发现,在第7染色体39 Mb区段,发现1个与玉米不定根产生关联的SNP。该QTL位点的发现,将为揭示玉米不定根的形成积累了生物学知识,同时为玉米耐渍性遗传改良提供新的基因资源。     

外源褪黑素对干旱胁迫下玉米幼苗的影响

为了研究外源褪黑素在增强干旱胁迫下玉米幼苗生长适应性中的作用,降低干旱胁迫对玉米幼苗的伤害。以’郑单958’玉米种子为试验材料,采用人工控水法,设置6组处理(CK、干旱、M1、M2、M3、M4)研究了干旱胁迫下,外源褪黑素对玉米幼苗生长指标、叶绿素含量、脯氨酸以及过氧化物酶活性的影响。试验结果表明,褪黑素有利于缓解干旱胁迫对玉米幼苗的影响,如株高、叶片含水量、根长,提高了干旱胁迫下玉米幼苗叶绿素合成能力,SPAD值升高;褪黑素可以缓解干旱对玉米幼苗的氧化胁迫,通过提高抗氧化酶活性,随着干旱胁迫天数的增加,各处理组过氧化物酶活性明显高于干旱组;脯氨酸含量随干旱胁迫天数增加而增高,干旱胁迫7天后,干旱组和其他处理组间脯氨酸含量存在显著差异。综合来看,外源褪黑素能提高干旱胁迫下玉米幼苗生长能力,主要通过提高抗氧化酶活性和叶绿素合成,降低膜脂过氧化水平。外源褪黑素能提高玉米抗旱性,可以作为植物生长调节剂应用到实际生产中。     

穗期干旱胁迫下春玉米产量与抗旱性分析研究

干旱是造成中国北方玉米产量低而不稳的重要原因,为保证玉米既丰产又稳产,研究和筛选适宜的春玉米栽培品种至关重要;本试验在大田干旱条件下,选用生产上推广应用的春玉米代表品种,在穗期采用干旱胁迫和正常供水方法处理,对不同类型品种的产量及产量构成因素和抗旱性进行分析,结果表明,穗期受旱后密植型品种小区产量平均为12.14 kg,高于稀植型品种小区产量平均值10.4 kg;耐旱指数分析表明,以密植型品种‘大丰26’最高为0.89,而以稀植型品种‘农大108’最低为0.39,整体上密植型优于稀植型品种;同时结合产量构成因素分析表明,密度是影响产量的首要因子,其次才是穗粒数,而百粒重影响最小;试验中以‘大丰26’、‘先玉335’丰产及稳产性最好;因此,在干旱区选用适宜的密植型品种并推广玉米增密技术,是支撑未来玉米产业发展乃至粮食安全生产的重要途径。     

常用玉米自交系抗旱性及抗旱性鉴定指标研究

采用人工水分胁迫处理,通过植物生理学方法,对10个常用玉米自交系进行了抗旱性研究。结果表明,不同玉米自交系存在明显差异,沈136、齐319、丹598和沈137耐旱性较好,可以作为玉米耐旱育种的基础材料。干旱胁迫下,玉米植株叶片相对含水量、丙二醛含量、电导率和ASI与玉米子粒产量极显著相关,能够比较准确地评价玉米自交系抗旱性的强弱,和抗旱系数、抗旱指数一样可以作为玉米育种耐旱自交系筛选的鉴定指标。     

外源硅对低温胁迫下玉米和大刍草幼苗的影响

为了研究外源硅增强低温胁迫下玉米和大刍草幼苗的适应性,以普通玉米品种及野生种大刍草为材料,设置CK、LT、S1、S2、S3共5个处理,3次重复。分别测定玉米和大刍草的形态指标、叶绿素含量、丙二醛含量和SOD活性。结果表明,施加外源硅有效缓解了低温胁迫对玉米和大刍草的损害。（1）玉米和大刍草S1、S2、S3的形态指标与LT对比,均有不同程度地增加。（2）玉米和大刍草叶绿素含量分别在S2和S3增加最显著,比LT分别增加了42.08%,84.38%。（3）玉米和大刍草S1、S2、S3的丙二醛含量均低于LT,且玉米和大刍草都在S2达到最低,分别低于LT 31.44%,34.72%。（4）经S1、S2、S3处理后,玉米和大刍草的SOD活性均高于LT,玉米叶片中SOD活性在S2时最高,高于LT 14.24%;大刍草叶片中SOD活性在S3时最高,高于LT 14.96%。综上,施加外源硅可提高低温胁迫下玉米和大刍草的生物量积累和抗氧化酶活性,促进光合色素合成,减少活性氧积累,增强幼苗的耐寒性。