AP2/ERF转录因子响应植物涝渍胁迫的研究进展

AP2/ERF (APETALA2/ethylene-responsive factor)是植物中广泛存在的一类超大家族转录因子,含有1～2个由60～70个氨基酸组成AP2/ERF结构域,根据AP2/ERF结构域的数量及结合序列可以将其分为5个亚家族：AP2 (APETALA2)、ERF (Ethylene responsive element binding factor)、DREB/CBF (Dehydration responsive element/C-repeat)、RAV (Related to AB13/VP)和Soloist。该家族转录因子在调控植物响应涝渍胁迫过程中发挥重要作用,本研究综述了AP2/ERF转录因子的发现、结构特征和分类,重点介绍了近年来该类转录因子参与调控植物对涝渍胁迫的响应过程等方面的研究进展,可为今后挖掘和利用该类转录因子基因进行分子遗传改良和种质创新提供参考。     

矮牵牛涝渍胁迫相关ERF转录因子筛选与鉴定

ERF转录因子是植物特有的一类转录因子，属于AP2/ERF转录因子家族，调控多种生物学功能，在植物响应生物与非生物胁迫过程中起到重要作用。本研究选取矮牵牛PhERF2过表达株系(I)、RNA干扰株系(4B)为实验材料，以野生型(WT)为对照，基于涝渍处理0、3 h的转录组测序技术(RNA-Seq)获得差异表达基因数据，利用生物信息学方法分析保守基序及蛋白理化性质、构建系统进化树、进行蛋白高级结构建模、磷酸化修饰位点预测和亚细胞定位分析。结果显示，共筛选出35个涝渍胁迫相关ERF转录因子，均属于AP2亚族，通过与拟南芥及水稻相关基因进行系统进化分析，发现矮牵牛与拟南芥同源性较高。生物信息学分析表明，矮牵牛涝渍胁迫相关ERF转录因子富含酸性氨基酸，热稳定性较高且均属于亲水性蛋白，蛋白二级结构以无规则卷曲为主要组成部分，蛋白质三级结构差异不明显，含有3个保守基序，大多数NAC蛋白定位于细胞核，均含有潜在的丝氨酸(Ser)、苏氨酸(Thr)和酪氨酸(Tyr)磷酸化位点。本研究为后续探究矮牵牛涝渍胁迫相关ERF基因功能提供一定基础。     

基于定量蛋白质组学的棉花耐涝渍基因初步鉴定

应用iTRAQ标记结合LC-MS/MS分析的定量蛋白质组学技术,比较漂浮育苗及旱土育苗条件下棉花根系蛋白质表达差异,鉴定到169个差异表达蛋白,包括116个上调蛋白和53个下调蛋白。通过对差异表达蛋白的GO分析、COG功能注释分析以及Pathway代谢通路富集分析,发现12%的差异蛋白与棉花水分胁迫反应有关。研究还初步推测漂浮育苗棉花根系有氧呼吸受到抑制,无氧呼吸作用增强,Phosphoglucomutase、Dihydrolipoamide dehydrogenase和Alcohol dehydrogenase可能与棉花耐涝渍密切相关,其对应编码基因是棉花耐涝渍关键候选基因,值得进一步研究。     

涝渍胁迫下辣椒叶绿素含量与SPAD值相关性模型建立及应用

为研究涝渍胁迫下辣椒叶片叶绿素含量与SPAD值(single-photon avalanche diode)相关性,使用叶绿素荧光仪和分光光度计法测量辣椒叶片叶绿素含量,探讨正常管理及涝渍胁迫下辣椒叶片叶绿素含量与SPAD值的相关性。结果表明,正常管理条件下所有品种SPAD值与辣椒叶片叶绿素含量呈正相关,能真实评价辣椒叶片叶绿素含量,其中‘汇丰二号’的4个拟合模型相关系数达显著,最优拟合模型为线性方程。涝渍胁迫严重干扰了使用SPAD值评价辣椒叶片叶绿素含量的准确性,短期胁迫与长期胁迫对不同品种的干扰程度存在显著差异。本研究建立了正常管理及涝渍胁迫下辣椒SPAD值与叶绿素含量最优相关性函数,经检验相关系数达显著水平的相关性模型可直接应用到相关研究中,测量SPAD值代入方程即可快速获取叶绿素含量,实现了对辣椒叶绿素含量的无损检测。     

施氮对涝渍胁迫下作物生长和产量影响的研究进展

随着气候变化的加剧,涝渍灾害发生的频率和强度不断增加,严重制约着作物的可持续生产。充分挖掘作物自身潜力,提高其对水分胁迫等非生物逆境的抵抗力是适应气候变化的内在要求。随着作物抗逆生理生化机制研究的深入,人们越来越重视施氮在作物抗逆中所发挥的重要作用。为了进一步了解氮肥对涝渍条件下作物生长和产量的调控效应及调控机制,本文总结了涝渍胁迫对作物地上部光合作用、抗氧化酶活性、膜质氧化作用、内源激素含量、根系生长及产量形成的影响及其氮素调控效果,明确了氮肥施用调控作物生长和产量形成的生理机制,指出了氮肥调控涝渍胁迫下作物生长和产量研究中存在的问题,在此基础上笔者指明了未来的一些研究方向,如应用新型氮肥、现代高科技技术、培育氮高效且抗逆的品种等提高作物的抗逆性。     

棉花磷胁迫响应基因GhWRKY6克隆及功能分析

【目的】提高棉花在低磷胁迫下的抗性,挖掘棉花磷胁迫相关功能基因。【方法】用生物信息学方法分析Gh WRKY6基因的结构特征和进化关系;构建基因超表达载体转化拟南芥,分析转基因拟南芥在低磷胁迫下的抗性;利用荧光定量PCR(Real-time quantitative polymerase chain reaction, qRT-PCR)分析拟南芥中磷信号途径Marker基因表达量的变化。【结果】以陆地棉cDNA为模板克隆得到Gh WRKY6基因,生物信息学分析表明该基因序列含有一个WRKY保守结构域,是WRKY家族转录因子。在低磷胁迫下,转基因拟南芥与野生型相比,种子萌发速度、主根长度、侧根数目、生物量均低于野生型,而在正常生长条件下两者并无差别。qRT-PCR分析表明GhWRKY6能够影响关键的磷转运蛋白基因的表达。【结论】GhWRKY6作为一个负调控因子参与到植物低磷胁迫响应信号途径中。     

盐渍和涝渍对棉苗生长和叶片某些生理性状的复合效应

 以陆地棉鲁棉研17和鲁棉研28为材料,以无盐正常供水为对照,研究了在盐渍、涝渍和盐涝复合胁迫14 d后棉苗干物质积累、叶片光合速率、叶绿素荧光参数和叶绿素含量等的变化。结果表明,盐渍、涝渍和盐涝复合胁迫都显著影响两个品种的光合速率和干物质积累。盐渍对棉苗的影响程度小于涝渍,而涝渍又小于盐涝复合胁迫,盐涝双重胁迫对棉苗生长和干物质积累的抑制表现出累加效应。盐渍胁迫下叶绿素含量的下降是光合作用受抑制的重要原因,而涝渍和盐涝胁迫下光合速率下降可能是叶绿体结构和PSⅡ稳定性的下降引起的。     

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。     

涝渍改良稻田优化模式的生态经济效益比较研究

通过对涝渍改良稻田上主要优化种植模式的投入，产出及对土壤有效养分影响的研究。从经济效益和生态效益两方面对主要优化种植模式进行了比较，结果表明，“油-瓜-稻”的产投比较高，“菜-椒//棉”的生态效益较好。发展潜力较大。“麦//瓜//棉”的经济效益和生态效益都不理想。     

芝麻遭受涝渍灾害后的补救措施

<正> 芝麻怕渍怕涝,尤其是开花结蒴期遭受雨涝渍害,轻则秕粒增多,使产量和含油量降低,重则大批死棵,甚至绝收,因此,要采取补救措施,加强田间管理,以减灾保产。其具体措施是:1.及时排除涝渍,清理淤沟及时排除积水,降低地下水位,做到芝麻田间沟、腰沟和地头沟沟沟相通,严防积存明水、暗水,这不仅对预防芝麻茎点枯病、青枯病、立枯病、     

棉花涝害胁迫研究综述

涝害是棉花生产中面临的重要自然灾害之一,严重制约了棉花种植面积和产量。为了研究涝渍灾害对棉花生长发育状况的影响,本研究从棉花的形态生长、生理特性及植物激素变化等方面概述了涝害胁迫的研究现状及进展,分析了涝害对棉花生理机制造成的影响,以及涝害胁迫下棉花通气组织的形成及酶代谢适应性变化,并就棉花耐涝性鉴定方法、评价指标及其品种选育等提出了需要进一步研究和探讨的建议。     

植物响应淹水胁迫的研究进展

淹水胁迫是影响植物分布与生长发育的重要因素,植物耐涝性研究是提高作物耐涝性以应对日益严峻的极端气候及规模化生产管理的关键.为了合理开展植物耐涝性研究,深入挖掘不同植物响应淹水胁迫的调控机理,本文归纳了淹水胁迫对植物生长发育的影响,总结了植物响应淹水胁迫的调节机制,并详细分析了淹水胁迫对植物表型性状、生物量、光合作用、活...     

棉花中ERF亚族转录因子抗逆育种潜力的研究进展

棉花的生长和产量的提高很大程度上受到黄萎病菌侵染和干旱、盐碱、低温等非生物逆境的影响。利用生物技术的方法选育棉花抗逆品种被认为是一种行之有效的途径之一。乙烯应答因子(Ethylene Responsive Factor)ERF家族ERF亚族成员在不同植物野生型或者转基因植株中均表现出抗逆能力增强。研究综述了ERF的结构、分类、功能及其参与的主要信号转导途径,着重介绍了棉花及其他植物中ERF抗逆的研究,并对今后利用ERF亚族成员进行棉花抗逆育种研究提供了几点建议。     

Effects of Ethylene on Cotton Adaption to Waterlogging Stress and the Underlying Mechanism

[Objective] Waterlogging adversely affects cotton growth and development, and continuous waterlogging may further result in considerable yield loss or crop failure. Enhancing the ability of cotton to adapt to waterlogging stress to preserve yield and quality is therefore critical. Ethylene is an important signal molecule, which plays a vital role in the process of plant stress resistance. However, the mechanism of ethylene in mitigating cotton waterlogging damage is still unclear. [Method] In this study, we setup an experiment with a cotton (Gossypium hirsutum L.) variety K638 in an electric rain shelter at the experimental station of the Shandong Cotton Research Center at Linqing, Shandong. We treated the cotton plants by waterlogging for 10 d during the flowering stage and used a non-waterlogged treatment as the control. During the waterlogging stress treatment, cotton plants were treated with an ethylene signal transduction inhibitor (1-MCP) or ethylene synthesis precursor (ACC) to detect the effects of ethylene content on cotton waterlogging injury and its physiological mechanism. [Result] The results revealed that a foliar spray of 1-MCP significantly inhibited ethylene synthesis in the stressed cotton plants, the content of ethylene and malondialdehyde (MDA) decreased by 5.3% and 39.2%, and the activities of alcohol dehydrogenase (ADH), pyruvate decarboxylase (PDC), and lactate dehydrogenase (LDH) decreased by 37.8%, 20.5%, and 8.2%, respectively. The photosynthetic rate, dry weight of the whole plant, and seed cotton yield increased by 13.5%, 3.3%, and 4.6%, respectively. The effect of ACC on the plants was the opposite because spraying ACC promoted ethylene accumulation in the waterlogged cotton. The ethylene and MDA content increased by 8.0% and 19.5%, respectively. The activities of ADH, PDC, and LDH increased by 17.5%, 11.2%, and 8.0%, respectively, while the photosynthetic rate, dry weight of the whole plant, and seed cotton yield decreased by 6.0%, 7.7%, and 8.0%, respectively. [Conclusion] In summary, reducing ethylene content in waterlogged cotton plants can significantly alleviate hypoxia damage caused by waterlogging stress and subsequently promote cotton growth and development by restoring physiological metabolism.     

Hyperspectral Models for Estimating SPAD Value of Cotton Leaves under Waterlogging Stress

[Object] To setup the hyperspectral sensing models for estimating SPAD value of cotton leaves under waterlogging stress. [Method] Irrigation and drainage controllable plots were introduced to simulate the waterlogging stress treatment in the flowering and boll forming stage, during which the change characteristics of the cotton leaf spectral reflectance and SPAD value were observed after 1 d, 3 d, 6 d, 9 d waterlogging, respectively. To find out the hyperspectral sensing models for estimating SPAD value of cotton leaves under waterlogging stress, the correlation and regression relationships between SPAD value and spectrum parameters were analyzed. [Result] (1) The SPAD value of the fourth cotton leaf from the top was significantly lower than control when suffers from waterlogging for 3 d, when waterlogged 9 d the SPAD value decreased by around 15% compared with the control. (2) The cotton suffering from waterlogged damage in the flowering and boll forming stage caused the reflection peak in green light wave band became steep, while the near infrared spectral reflectance increased, and caused the reduction of red absorption and red edge position blue shifts, the red edge position drifts towards short wave with 4～5 nm when suffers from waterlogging for 9 d. With increase of the waterlogged days, the red edge slope and red edge area increased with a maximum value at 6 d of waterlogging, meanwhile, the skewness and kurtosis of red edge increased. (3) After waterlogging, the SPAD value of the fourth cotton leaf from the top (chlorophyll content) had a remarkable correlation with red edge slope(Dr), red edge position(λr), green peak reflection(Rg), green peak position(λg), red well position(λo), blue edge area(SDb), yellow edge skewness(Sy), yellow edge kurtosis(Ky), red edge skewness(Sr), red edge kurtosis(Kr), etc. An experience linear, polynomial and exponential models for estimating SPAD value had been built through using the Sy, Sr, Kr as independent variables, respectively, their determination coefficient (R²) were greater than 0.9, and the root mean square error (RMSE) were less than 1; and an experience binary linear regression equation for estimating SPAD value had been built through multivariate regression using the λg, SDr/SDb(VI3), Sb, Sy, Ky as independent variables, the R² was as high as 0.973, and the RMSE was 0.393. [Conclusion] The model can be remote sensing model used as estimating leaf SPAD of cotton value under waterlogging stress.     

淹水胁迫下辣椒种子生理生化响应研究

为了促进辣椒抗涝品种的选育,解决辣椒生产上的涝害问题,通过研究淹水胁迫对辣椒种子生理生化的影响,为辣椒抗涝品种选育提供理论基础。以生产上对水涝敏感度低、中、高的3个辣椒品种‘S15’、‘A46’和‘A77’的种子为材料,研究淹水胁迫0 h、10 h、5天、10天、15天、20天后的种子发芽率和发芽势的变化,以及不同淹水时间对SOD、POD、CAT、GR、AMS和LPS等酶活力,PRO和可溶性糖含量,超氧阴离子、羟自由基含量的影响。研究发现,不同水涝敏感度种子对水涝的响应不一。淹水20天后,‘S15’的超氧阴离子、羟自由基含量最低,Pro和可溶性糖含量最高,谷胱甘肽还原酶活性最高;‘A77’的可溶性糖含量最低,SOD、CAT活性最低,超氧阴离子、羟自由基含量最高。隶属函数分析结果表明,不同种子对淹水胁迫的响应差异随着淹水时间的延长不再产生较大差异,5天可作为辣椒抗涝鉴定淹水胁迫的最佳时间。研究认为,不同辣椒种子表现出的耐涝性与生产实际一致;各项生理生化指标相关性不显著,均可作为辣椒品种抗涝性的鉴定指标。     

淹涝胁迫条件对水稻形态的试验研究初报

为分析不同品种早稻对水淹胁迫的响应,于2012年3—7月分别对不同品种水稻的分蘖期、抽穗扬花期耐淹能力及不同淹涝强度对一些农艺性状的影响进行了研究。结果表明：分蘖期不同品种籼稻在不同的淹涝强度处理间的株高变化结果不一。不同淹水处理小区出现主茎穗和分蘖穗发育进程不一致,生育期延长天数与淹水天数之间呈现极显著的正相关关系。因为‘湘早籼24’植株相对比较矮,受钻心虫危害比较严重。钻心虫发生面积和淹水强度之间呈现极显著的正相关关系。淹水处理造成水稻产量降低,试验结果表明同一品种,产量降幅随淹水时间延长而加大。     

棉花对淹水胁迫的适应机制

淹涝是造成棉花减产的重要灾害因素。在淹水胁迫下,棉花的生长发育会受到不利影响,中、重度持续淹水还会引起棉花减产甚至绝产。但是,棉株自身具有完整的适应保护机制,遭受淹水胁迫后通过启动逃避机制、静止适应机制和再生调节补偿机制,适应淹水胁迫、减少涝害损失。本文重点就棉花对淹水胁迫的3个适应机制进行了详细论述,就淹水胁迫对棉花生长发育、生理特性和产量性状的影响以及缓解棉花淹水伤害的主要措施与方法也作了简要评述。     

棉花抗逆遗传改良技术与应用

病害、干旱、盐碱等逆境胁迫是棉花生产实现高产稳产的主要影响因素,利用传统育种和现代生物技术对现有棉花育种资源的抗逆性状进行遗传改良是实现高产、优质、多抗育种目标,培育突破性棉花新品种的有效途径。综述了中国农业科学院棉花研究所棉花抗逆遗传改良团队近年来在棉花抗逆育种新材料创制、抗逆育种关键技术研发与新品种培育方面的最新进展,并且提出了未来我国棉花抗逆遗传改良的研究方向。     

渍涝与干旱对不同转Bt基因抗虫棉的影响

对 3个转 Bt基因棉花品种的研究表明 ,花铃期田间渍涝显著降低皮棉产量和棉株内的 Bt蛋白含量。积水后棉花主茎功能叶和幼蕾的 Bt蛋白含量平均分别比对照降低 2 7.7%和 2 9.9% ,主茎下部老叶的 Bt蛋白含量仅降低 6 .6 % ,说明渍涝对生长旺盛器官 Bt蛋白合成的影响远远大于衰老器官。干旱对棉株内 Bt蛋白合成的抑制更强 ,当花铃期干旱使棉叶致萎时 ,主茎下部老叶、幼蕾和主茎功能叶的 Bt蛋白含量分别降低了52 .9%、3 7.0 %和 3 0 .0 %。为充分发挥和利用转Bt基因棉花品种的产量与抗虫潜力 ,棉花生长发育的关键时期应尽量避免缺水干旱 ,及时排除田间积水 ,防止渍涝危害