大豆生长节间响应温度和外源GA诱导的赤霉素途径关键基因分析

为了解大豆节间在不同温度和外源赤霉素(gibberellicacid,GA)诱导条件下的表型变化规律,分析GA合成重要途径和挖掘调控节间的关键候选基因,本研究将大豆品种Charleston在培养箱条件和室外盆栽条件种植,进行不同温度处理和外源GA涂抹处理,利用徒手切片配合显微照相方法,分析大豆节间长度和细胞形态变化;利用液相色谱-质谱联机结合转录组测序方法分析大豆节间GA合成主要通路并挖掘调控节间生长的关键候选基因。结果表明在25℃和30℃条件下,外源涂抹不同浓度GA可以诱导大豆生长节间伸长,随着伸长量的增加,大豆节间都变得纤细。外源GA对细胞作用效果主要为促进伸长,对宽度影响不明显。高温处理对节间的伸长效果高于低温处理。本研究鉴定到GA2氧化酶基因在大豆生长节间表达和较高含量的GA19和GA53,及这2种GA下游的GA20 (活性GA前体),以及这条合成途径的活性GA产物GA3也被检测到都存在于细胞伸长区组织,说明从GA前体物质到GA53,再到GA19,通过GA20最终合成GA3是大豆节间生长的一条重要GA合成通路,进一步说明GA2氧化酶在大豆节间生长过程中有重要作用。挖掘到某些DE...     

OsGA200x2不同长度RNAi片段对水稻株高等农艺性状的遗传效应

利用OsGA20ox2基因序列构建不同长度的RNAi片段并导入水稻,获得不同高度的矮化植株.将这些矮化植株与野生型植株回交获得B1F2群体,卡方检测表明B1F2群体矮秆植株数和高秆植株数符合3∶1比例,表现为矮秆显性的遗传规律.对矮化植株的F5和B1F2群体株高、各茎节间长度和一些主要农艺性状方差分析显示,OsGA20ox2基因的RNAi能显著缩短株高和各节间长度(P＜0.05),RNAi干扰片段越长,使植株株高和节间长度缩短程度越大,可使株高降低24～42 cm,矮化22％～39％.在同一长度的RNAi干扰片段下,倒一节节间长度平均缩短与倒二节节间长度平均缩短非常相近,倒三节和倒四节节间长度平均缩短非常相近,总的缩短程度是倒四节＞倒三节＞倒二节＞倒一节.这种近基部节间长度缩短幅度和比例较大的特点,利于提高水稻的抗倒伏能力,同时上部节间缩短幅度和比例较小,有效地保持合理株高,不使生物产量明显降低,有利于水稻的稳产和高产.OsGA20ox2基因的RNAi不影响千粒重、结实率、穗长等主要农艺性状或影响很小.     

陆地棉中赤霉素合成途径关键酶基因的时空表达变化

为揭示赤霉素合成途径关键酶基因在棉花生长发育过程中的调控作用,利用实时荧光定量PCR方法中的相对定量方法,对中棉所49材料植株体内的赤霉素合成途径相关基因表达量进行了检测分析。结果显示,幼苗期茎组织内除GA2ox1基因外,其余各基因表达量相对较高。开花期根中GA2ox1、GA3ox1、GID1B,茎中CPS1、GA20ox1、GA3ox1、GID1B和叶中GA3ox1基因表达量上调;吐絮期根中GA2ox1和GA3ox1基因表达量上调,其余基因下调,茎中KS、GID1B基因表达量下调,其余基因上调,其中以GA2ox1上调幅度最大,叶中GA2ox1基因表达量下调,其余基因上调。结果表明,开花期,茎中GA20ox1基因的高表达为植株茎的伸长及果枝发育提供必要的活性赤霉素水平,GA3ox1基因可能与开花成铃有关;吐絮期,随着根茎组织的木质化,根茎中GA2ox1基因表达量逐渐升高以降低活性GAs合成,而叶组织中GA3ox1和GA20ox1基因表达量上调,则为棉桃生长发育与脱水成熟提供必要的激素水平。棉花通过改变植株体内赤霉素合成代谢途径关键酶基因的表达量来调控植株的生长发育,且随着生长发育的进行,各目的基因的表达量变化趋势存在一定差异。为深入研究赤霉素对陆地棉的调控机理提供了理论基础,有助于加快利用赤霉素进行品种改良与种质创新。     

OsGA20ox2不同长度RNAi片段对水稻株高等农艺性状的遗传效应

利用OsGA20ox2基因序列构建不同长度的RNAi片段并导入水稻，获得不同高度的矮化植株。将这些矮化植株与野生型植株回交获得B₁F₂群体，卡方检测表明B₁F₂群体矮秆植株数和高秆植株数符合3∶1比例，表现为矮秆显性的遗传规律。对矮化植株的F₅和B₁F₂群体株高、各茎节间长度和一些主要农艺性状方差分析显示, OsGA20ox2基因的RNAi能显著缩短株高和各节间长度(P<0.05)，RNAi干扰片段越长，使植株株高和节间长度缩短程度越大，可使株高降低24~42 cm，矮化22%~39%。在同一长度的RNAi干扰片段下，倒一节节间长度平均缩短与倒二节节间长度平均缩短非常相近，倒三节和倒四节节间长度平均缩短非常相近，总的缩短程度是倒四节>倒三节>倒二节>倒一节。这种近基部节间长度缩短幅度和比例较大的特点，利于提高水稻的抗倒伏能力，同时上部节间缩短幅度和比例较小，有效地保持合理株高，不使生物产量明显降低，有利于水稻的稳产和高产。OsGA20ox2基因的RNAi不影响如千粒重、结实率、穗长等其他主要农艺性状或影响很小。     

插秧密度对寒地粳稻抗倒伏能力的影响

以穗重型水稻品种东农425和穗数型水稻品种东农427为试验材料,通过密度处理构建不同稻作群体,研究寒地粳稻不同稻作群体条件下水稻茎秆各节间长度、株高、穗长、重心高度、各节间茎粗、茎壁厚度、节间基部到穗顶的长度和鲜重的变化及对茎秆基部第1,2,3(N1, N2,N3)节间的杭折力、弯曲力矩和倒伏指数的影响。结果表明:随着插秧密度的增加,水稻的株高增加,重心高度上移,穗长变短,茎粗变细,茎壁厚度变薄;倒伏指数与茎秆第1,2伸长节间长度呈极显著正相关,与基部茎杆粗度、茎壁厚度呈极显著负相关。通过减少第1和第2伸长节间长度,适当增加茎秆粗度、厚度,降低重心高度,增加穗长,可以提高水稻植株的杭倒性。杭倒伏能力品种间存在差异,穗数型水稻品种东农427的杭倒伏能力强于穗重型水稻品种东农425。     

作物矮化基因与GA信号转导途径

矮化性状的利用,显著提高了小麦和水稻等作物的产量,从而引发了上世纪发生的响誉全球的“绿色革命”。一些控制矮化性状的基因已相继克隆,这些矮化基因的功能在于干扰植物激素—赤霉素（GA）的作用和合成,从而使植株表现为矮化。小麦Rht基因编码生长阻遏物,其功能可被GA所抑制。水稻sd1基因编码GA生物合成途径中的缺陷型酶,即GA20-氧化酶（GA20ox）。GA 亦可使sd1隐性突变体植株高度恢复正常。     

水稻茎秆抗倒伏相关QTL定位与分析

水稻的倒伏问题一直是制约其产量的重要因素之一。不断发掘、利用水稻抗倒伏性状相关QTL,选育出抗倒伏品种,从而提高水稻收获指数,是新时期水稻理想株型和高产育种相结合的重要育种方向。本研究利用Vary Lava 1312和华恢1 462构建的F2:3群体,基于全基因组构建遗传连锁图谱,对水稻基部茎秆直径(BCM)、伸长第一节茎秆直径(FCM)、伸长第二节茎秆直径(SCM)和株高(PH)进行QTL(quantitative trait locus)分析。2013年和2014年两年表型数据共检测到19个控制茎宽的QTLs和4个控制株高的QTLs。其中,位于第1染色体和第9染色体上的5个茎宽QTLs(q BCM1,q BCM9,q FCM1,q FCM9.1和q SCM1)和2个株高QTLs(q PH1.1和q PH9)在两年中均被检测到。位于第1染色体上RM4011-RMYP41231区间内的QTL在两年重复中均具有较好的稳定性。此区间的QTLs对各节茎秆直径的表型变异解释率为2.69%~16.22%,这些稳定检测到的QTLs对于利用分子标记辅助选择改良水稻抗倒伏提供了重要的基因资源。     

转基因枳橙中GA20ox1与rol基因互作关系的研究

为分析转rol ABC基因枳橙GA20ox1基因与rol基因表达的互作关系,进一步阐释其矮化性状形成的分子机制。以转rol基因枳橙实生苗为试验材料,研究其对赤霉素的敏感反应,用荧光定量RT-PCR分析GA20ox1基因和rol基因的表达,并检测幼芽中POD酶活性和植物内源激素含量的变化。结果表明转rol基因枳橙既不属于GA缺陷型,也不属于GA不敏感型,喷施GA3能促进其茎伸长生长,但恢复不到野生型水平,幼芽中IAA（P<0.01）、GA1和GA4（P<0.05）显著降低,POD酶活性显著提高（P<0.01）。转rol基因枳橙幼芽中GA20ox1基因mRNA水平相比对照显著下调（P<0.01）。B、D系与野生型嫩茎中无明显差异,B、D系老叶中明显降低,E系中嫩茎和老叶中均明显增加。B、D和E系嫩叶中GA20ox1基因转录表达均较野生型高。在幼芽、嫩茎中,rol C基因与GA20ox1表达负相关。rol基因通过在幼芽中的高表达下调了GA20ox1基因转录表达,进而抑制了活性GAs在幼芽中的合成,顶端分生组织较低量的活性GAs限制植物茎伸长,在转rol ABC基因枳橙矮化性状建成中发挥重要作用。     

不同浓度赤霉素对地被菊‘紫重楼’开花特性的影响

笔者探讨不同浓度赤霉素(GA3)对地被菊‘紫重楼’ 株高、冠幅、开花特性（花期、开花量、花朵重瓣性、花径）和花粉生活力的影响,旨在为地被菊杂交育种、花期调控提供参考依据。试验结果表明,喷施100~500 mg/L GA3后,‘紫重楼’露色期、始花期及盛花期分别提前6~10天、7~12天和2~7天;GA3有利于节间伸长和株高增加,但植株开花量和花瓣重瓣性降低,冠幅、花径减小。其中,500 mg/L GA3处理下的地被菊节间长度与株高显著高于其他水平;100~300 mg/L GA3处理可促进花粉生活力,500 mg/L对花粉生活力有抑制作用。     

渐密种植条件下玉米植株形态特征及其相关性分析

在大田条件下,以郑单958、先玉335、登海661和益农103为试验材料,采用行距固定(80 cm×40 cm大小行)、株距从1 m开始由大至小的“渐密”种植方式,形成1.67~16.67株 m^-2共13个种植密度,在拔节期、大喇叭口期和生理成熟期分别测定株高、茎粗、穗位高、产量等指标,研究密度对玉米植株形态特征的影响及其相互作用效应。结果表明,随着密度的增加,株高呈先增加后降低的抛物线变化,穗位高和穗株比不断增高,当穗株比大于0.4时植株易倒伏,降低穗位高可明显减少植株倒伏率;穗下各节间呈伸长趋势,而穗上各节间呈缩短趋势,整株自下而上各节间粗均呈减小趋势,而各节间宽窄比无显著变化。植株株高、穗位高、茎粗等形态指标间对密度协调反应,共同对密度变化作出响应。茎部的伸长主要表现在穗位以下各节间,穗位高、穗株比与各时期的茎粗均成极显著负相关(r = –0.7701^**以上)。     

硬粒小麦赤霉素氧化酶基因GA2ox-A9的克隆及表达分析

赤霉素2-氧化酶(GA2-oxidase, GA2ox)是赤霉素降解途径的关键酶,在茎的伸长中起着重要的作用。为探讨GA2ox-A9基因与小麦矮化之间的关系,本研究从硬粒小麦ANW16G(携带Reduced height gene18,Rht18)和其株高近等基因系LD222两个材料中克隆得到GA2ox-A9基因,分别命名为GA2ox-A9-1和GA2oxA9-2,并对其在不同发育时期的各个茎节进行了表达模式分析。序列分析显示,两个材料的GA2ox-A9基因均含有3个外显子和2个内含子,开放阅读框全长1 044 bp,编码347个氨基酸,GA2ox-A9-1蛋白在第89位、275位、279位的氨基酸存在差异,GA2ox-A9-2蛋白在第182位、186位、251位、336位的氨基酸存在差异,编码的蛋白均具有2-酮戊二酸依赖性的双加氧酶典型的保守结构域。系统发育分析表明,硬粒小麦GA2ox-A9与其他物种具有较高的进化保守性,且与乌拉尔图最为接近。Real-time PCR结果显示,GA2ox-A9基因在矮秆小麦ANW16G中表达量最高,尤其是在拔节期茎中的表达量远远高于高秆对照LD222,表明与矮化性状有关。本研究结果为进一步研究GA2ox-A9基因的功能和小麦矮化的分子机制提供了理论依据。     

大豆主茎木质素积累规律分析

为明确大豆节间木质素积累规律,深入理解木质素积累与大豆植株抗倒伏间的关系,进而为调控大豆植株表型和抗倒伏大豆新品种选育提供参考依据,选取具有代表性的有限生长习性品种Charleston,按照20,35株/m² 的2种密度种植桶栽大豆,在2种不同密度下测定主茎的木质素含量,分析Charleston主茎第3节间的细胞伸长区（EZ）和次生细胞壁成熟区（MZ）木质素含量、在木质素合成过程中的4-香豆酸：辅酶A连接酶（4CL）、苯丙氨酸转氨酶（PAL）、肉桂酸脱氢酶（CAD）等关键酶活性以及对应基因的表达量。手工切片及分光光度计测定的结果表明,大豆主茎木质素含量由形态学上端向下端逐渐增加。低密度处理主茎中的木质素含量高于高密度。无论是高密度还是低密度处理,单一节间（茎3）木质素含量均为MZ>EZ;低密度处理茎中4CL、PAL、CAD的活性高于高密度处理。2个密度处理下茎中4CL、PAL、CAD活性变化规律较为一致,与基因表达结果相符合。大豆植株主茎中木质素含量受到木质素合成途径中的多种酶调控。木质素合成的关键酶基因多以基因家族形式存在,同一基因家族中的酶基因在同一物种...     

不同节间伸长期水稻长穗颈基因对内源激素含量的调节

为探索长穗颈基因促进水稻上部节间伸长的生理机制,以分别携有长穗颈基因euil、eui2和野生型基因E以的水稻协青早不育系和保持系为材料,测定了在不同节间伸长期不同器官内源GA、ABA和IAA的含量变化。结果表明：在最上节间剧烈伸长前,携有eui基因的水稻内源GA含量在不同的器官里都剧烈增加。内源ABA含量在节间里也表现相同的趋势,携有eui基因水稻的GA与ABA含量的比值显著高于E以基因的水稻．携有eui2基因水稻的内源激素含量及GA与ABA含量的比值介于euil和Eui基因之间。可见eui基因主要是通过在不同器官里产生大量的GA来促进上部节间的显著伸长,其中euil基因在促进上部节间伸长方面强于eui2。而IAA促进上部节间伸长方面作用不显著。     

陆地棉矮化突变体Ari1327的矮化机理研究

 Ari1327是从美国引进的陆地棉种质Ari971经⁶⁰Coγ射线照射后得到的一个新型矮化突变体。Ari1327在萌发期和子叶期就表现出矮化性状。在现蕾期,突变体的株高、节间数和节间平均长度均小于野生型,差异达到极显著水平,节间平均长度的缩短导致了突变体株高的降低。突变体主茎节间纵向细胞的长度要显著小于野生型,横向细胞的直径与野生型差异不显著,节间细胞伸长受抑制导致了突变体节间平均长度的缩短。突变体中IAA、GA₃和ABA 含量高于野生型,外施GA₃能使其株高恢复至野生型水平,外施BR和IAA不能使其株高恢复到正常水平,较低浓度的IAA对突变体的株高和节间长度就开始产生抑制作用。突变可能导致了IAA合成相关基因的过量表达,突变体内源IAA含量急剧升高而抑制了植株生长,使株高降低。     

四倍体矮秆小麦拔节期赤霉素合成途径中关键酶基因表达分析

为研究四倍体矮秆小麦拔节期赤霉素(GA)合成途径中涉及的关键酶基因及其与植株矮化的关系,选择拔节期的矮杆番麦和四倍体矮杆小麦近等基因系ANW 16 D、ANW 16 F、ANW 16 G(分别含有Rht 14、Rht 16、Rht 18基因)以及作为对照的高秆小麦Langdon(LD)进行试验.取拔节期小麦穗下第一茎节节间(约0.5 cm),提取总RNA并反转录,对影响GA合成过程中的GA 20 ox、CPS、GA 2 ox、KAO、KO、KS、GA 3 ox、GID 1、GA-MYB、XET、GIP、GAI、RSG和14-3-3等关键酶基因进行实时荧光定量分析.结果显示,GA 20 ox、GA 2 ox、KAO、KO、KS、GA 3 ox、GID1、GA-MYB、XET、GIP、GAI、RSG在4个矮杆品系和高杆对照中均有表达.GA 20 ox在高秆小麦中的表达量高于矮秆小麦,GA-MYB与之具有相似的表达模式,说明GA 20 ox和GA-MYB基因的低表达影响了矮秆小麦拔节期赤霉素的合成,从而导致矮化性状.     

玉米矮化突变体gad39的遗传分析与分子鉴定

株高决定了玉米的种植密度和抗倒伏性,进而影响产量和品质,是玉米育种中重要的选择性状之一,因此对控制玉米株高相关基因的遗传和分子机制的研究具有重要意义。本文对源自玉米自交系Mo17的矮化自然突变体gad39进行了表型鉴定、细胞学观察、遗传分析、基因定位和赤霉素(GA3)处理等研究。田间种植条件下,整个生育期gad39的株高都明显矮于野生型Mo17,吐丝期仅100.00 cm,与野生型的192.60 cm相比,下降了48.08%,差异达到极显著水平;进一步分析发现gad39的雄穗长度显著变短,节间数目显著减少。扫描电镜观察发现,茎秆纵向细胞的宽度和长度显著变小。雄穗变短、节间数目减少和纵向细胞变小是导致gad39植株矮化的主要原因。除植株矮化外, gad39分蘖数增加,穗位降低,茎秆变细,叶片变短和雌穗变短。遗传分析表明, gad39的突变表型由1对隐性核基因控制,将控制矮化性状的基因定位在3号染色体长臂td4和td6标记之间。这2个标记之间的物理距离为15.34 kb,其间包含一个控制植株矮化的基因D1/ZmGA3ox2。测序发现, gad39中的D1基因具有10个InDels和21个S...     

水稻极矮突变体s2-47对赤霉素的响应及基因定位研究

通过EMS诱变日本晴获得1个极端矮化突变体s2-47,其表型为极度矮化、叶色深绿、不能抽穗结实。对水稻胚乳的α-淀粉酶诱导实验表明s2-47突变体与GA的信号传导途径无关,外源活性GA₃对水稻幼苗株高的促进实验显示s2-47应与赤霉素的生物合成有关。利用s2-47和Dular构建F₂群体并精细定位表明,s2-47的表型与水稻OsCPS1基因紧密连锁,其编码的柯巴焦磷酸合成酶是赤霉素生物合成途径的第一个关键酶。序列分析发现,s2-47突变体的OsCPS1基因编码区发生了单个碱基缺失导致移码突变。OsCPS1基因在植株地上部都有表达,在节中表达最高。OsCPS1基因的表达受外源GA₃抑制,但在s2-47突变体中表达上调。     

植物矮生性状的分子遗传研究进展

近年来,随着分子生物学和基因组学的飞速发展,对作物高产性状,高产机理及其相关基因的研究愈加深入,应用基因工程技术对作物进行遗传改良已成为提高作物产量的有效途径,培育理想株型已成为作物育种的重要目标。株高是高等作物的重要农艺性状之一,植株过高容易引起倒伏而减产,而矮生植株抗倒能力强,高产,因而矮化育种对培育理想株型十分重要,矮生基因的发掘研究和利用也越来越受到重视。本文综述了目前高等作物矮生性的分子遗传研究进展,特别是对水稻、小麦、玉米、黄瓜、西瓜和番茄等主要作物矮生性状的遗传特点、分子标记、矮生基因的克隆等方面的研究进展做了较为详细的总结和评价,分析了激素对高等植物矮生突变体的调控,提出了高等植物矮生资源的利用和矮化育种中存在的问题,并探讨了高等植物矮生性状分子遗传学研究和分子育种的发展趋势。     

一种水稻全包穗突变体的发现及初步分析

从恢复系T893群体中得到一全包穗突变体,通过鉴定与分析,探讨水稻全包穗性状的遗传基础与生理机制,发掘水稻新的功能基因;对全包穗突变体的农艺特性、遗传基础、幼穗分化Ⅳ-Ⅷ期茎秆激素含量及对赤霉素敏感性进行了初步分析;突变体具有全包穗特性,并表现茎秆节间缩短,植株矮化,每穗颖花数减少,花粉育性部分降低;遗传分析表明突变体包穗性状受1对隐性基因控制;突变体与T893茎秆内源激素含量比较：突变体幼穗分化Ⅵ期、Ⅷ期时的GA4含量较野生型低,ABA含量高,IAA和Z的含量无显著差异;幼穗分化末期突变体对赤霉素反应钝感;初步研究表明,突变体的产生与水稻茎秆内源激素合成及代谢途径变化有关。     

水稻矮化大粒突变体sdb1的鉴定与基因定位

适度矮化有利于提高水稻的抗倒伏性, 进而影响产量和品质, 是水稻育种中重要的选择性状之一, 因此研究矮秆形成的分子机制具有重要的意义。为鉴定新的矮秆资源, 探讨株高形成的分子调控机制, 我们对籼型恢复系缙恢10号的EMS (甲基磺酸乙酯)诱变体库进行了鉴定, 从中筛选到1个植株半矮化且籽粒变大的突变体sdb1。本文对其进行了形态鉴定、细胞学观察、遗传分析和基因定位等研究。田间种植条件下, 全生育期sdb1的株高都明显矮于野生型, 成熟期仅76.66 cm, 与野生型的117.43 cm相比, 下降了34.72%, 差异达极显著水平, 进一步分析发现sdb1的穗和各节间长均显著变短。在茎秆石蜡切片中发现, 纵向细胞的长度与野生型相比无显著变化, 横向细胞面积极显著变小、数量则极显著增加, 纵向细胞变少是导致sdb1植株半矮化的主要原因。除植株变矮外, sdb1的另一典型特征是籽粒变大, 千粒重由野生型的24.83 g变为突变体的29.00 g, 差异达极显著水平; 颖壳中薄壁细胞数量增加了22.05%, 致使籽粒的长、宽、厚均极显著变大, 从而提高了sdb1的粒重。此外, sdb1叶肉细胞层数增多, 导致其光合色素含量极显著高于野生型, 叶片呈现深绿色。遗传分析发现, sdb1的突变表型受单隐性核基因调控, 利用中花11/sdb1杂交组合的F₂隐性植株, 最终将调控基因定位在第4染色体SSR标记RM16632和Indel标记J50-7之间约406 kb的物理范围内。这为SDB1的克隆和功能研究奠定了基础, 也有助于水稻株高发育分子机制的进一步阐释。