玉米ZmCPB1基因的克隆、表达及生物信息学分析

从玉米中克隆ZmCPB1基因的cDNA序列,全长1 446 bp,编码481个氨基酸,蛋白质理论分子量为54.05 KD,等电点为8.59。生物信息学分析表明,ZmCPB1蛋白N端有跨膜结构,是跨膜蛋白。蛋白质二级结构含有48.44%的α-螺旋、4.99%的β-转角、10.60%的延伸链以及35.97%的无规则卷曲,该蛋白定位于内质网中。序列比对结果显示,ZmCPB1蛋白含有与子粒发育相关的保守区VKFVHRKALK。系统进化树分析表明,该蛋白与高粱、谷子、水稻和大麦的同源蛋白亲缘关系最近,同属一个亚支。实时荧光定量PCR分析ZmCPB1基因的表达模式,结果表明,ZmCPB1基因在3叶期的根、茎、叶以及雄穗和苞叶中表达量较低,在雌穗中的表达量较高。在玉米子粒发育的不同时期,ZmCPB1基因的表达量呈现一定的规律变化,在授粉后0～10 d,表达量逐渐达到最高峰,之后开始下降,在授粉15 d后降到较低水平。初步判断ZmCPB1基因与玉米子粒早中期发育有关。     

不同发育时期玉米种子蛋白质组分分析

利用蛋白质电泳对两个玉米自交系和两个杂交种不同发育时期的子粒蛋白质组分进行了分析.结果表明:子粒发育10～35 d过程中干物质积累与发育天数成正比.随子粒发育各蛋白质组分开始合成,授粉15 d的种子中具备了成熟种子中的所有蛋白质组分.子粒发育后期蛋白质量随子粒干重的积累而增加,但百分含量无明显变化。     

玉米子粒败育过程的早期特征及物质动态

通过对不同类型玉米子粒发育动态比较研究发现,败育粒在授粉前期其子房长度及重量就明显低于正常子粒。随授粉后天数的增加,其差距日渐扩大,约在授粉后8～12d(8－12DAA)停止发育转向衰退。子粒败育过程可区分为两个阶段：0－8DAA为败育诱导期,8－16DAA为表观衰败期。在子粒败育诱导期,糖分及蛋白质浓度并不低。研究认为,顶端子粒的败育可能与其库活性较低有关。     

玉米最佳收获期的主要相关性状研究初探

通过对玉米收获期的主要指标分析,论述了玉米子粒尖冠基部黑色层、子粒颜色及乳线消失时间的变化规律。试验证明,玉米黑色层是随子粒干物质积累和脱水逐渐由浅灰变褐至黑的过程。授粉后25 d子粒出现浅灰色覆盖层,授粉后40 d转为浅黑色。玉米乳线消失期在果穗苞叶枯白后的6～15 d。     

西北春玉米子粒乳线和水分变化与灌浆特性的关系

选择7个不同类型的春玉米品种,通过对灌浆期子粒乳线和含水量、子粒重量的连续测定,明确乳线与子粒水分、子粒水分与授粉后积温的关系,为适宜机械粒收品种筛选提供依据。结果表明,7个参试品种授粉至生理成熟天数、积温需求和百粒重差异明显,灌浆后45 d乳线下移到子粒62.4%～76.2%处,62～70 d乳线先后消失。随着乳线下移子粒含水率呈明显的直线下降趋势,乳线比例可以预测子粒水分和灌浆天数变化,生理成熟后达到低水分粒收要求所需天数在品种间均可相差1倍。参试品种子粒含水率与授粉后积温均符合Logistic Power非线性增长模型。授粉后,7个品种子粒含水率降低到机械收获子粒含水率25%时,各品种所需授粉后积温1 298.6～1 463.2℃·d,平均1 375.7℃·d;达到18%～22%子粒含水率时,所需授粉后积温为1 414.8～1 827.9℃·d。因此,选择生理成熟后脱水快和收获期子粒水分低的品种,延期收获降低水分含量是提高西北春玉米粒收质量的关键。     

玉米opaque2近等基因系中相关基因的表达量分析

Opaque2(O2)基因编码产生OPAQUE2蛋白,该蛋白为碱性亮氨酸拉链家族的一种转录因子,可作用于基因的启动区,调控基因的转录。辽2345/o2为本实验室构建的辽2345的opaque2(o2)基因回交导入系,蛋白组学分析表明,辽2345与辽2345/o2在授粉后18 d的胚乳细胞中表达蛋白的种类和数量存在很大差异,从中筛选出差异较明显的9种蛋白质。为了进一步验证O2与9种蛋白间的作用关系,应用相对荧光定量PCR的方法对9种蛋白进行了RNA水平表达量的检测。结果表明,在胚乳发育过程中Chfi很可能受到O2的抑制作用,O2很可能对Ubc、Lgl、Sdh、LOC541920、Shmt、Ppdk等基因存在某种促进或激活作用。     

玉米胚乳突变基因ae1和du1的遗传效应

利用玉米ae1和du1隐性纯和突变自交系与普通玉米自交系48-2的杂交F₁、F₂代子粒为研究材料,通过单粒法测定子粒的直链淀粉含量和重量,用于分析玉米胚乳突变基因ae1和du1的遗传效应。结果表明：F₂代中具有ae1或者du1纯和突变的子粒表皮皱缩,重量明显下降,直链淀粉含量显著提高。在ae1与du1的杂交后代中,子粒的单粒重和直链淀粉含量没有显著变化,表明ae1与du1双突变并不能导致直链淀粉含量增加。单突变的ae1和du1群体内各子粒间的直链淀粉含量和重量差异较大,说明遗传背景中存在影响直链淀粉含量的修饰基因,表明在选育高直链淀粉玉米品系时,应当重视遗传背景的选择和修饰基因的累加。采用单粒法技术对分离后代进行直链淀粉含量和重量选择,有利于积累高直链淀粉修饰基因,是选育子粒饱满、高粒重的高直链淀粉玉米自交系的有效方法。     

玉米体细胞胚胎功能基因转化研究

22A基因属于TCB1家族,编码GTPase激活因子,与体细胞胚胎的发生密切相关,且只在发育的胚中特异性表达。本研究从玉米体胚中克隆Zm22A基因,并对玉米自交系Y423进行遗传转化。结果表明,以玉米自交系Y423体细胞胚胎为受体,利用Zm22A基因的干扰载体侵染,获得阳性苗。     

酸碱度对StRALF基因表达量的影响及初步分析

快速碱化因子(RALF)是一种能够参与植物发育调控的植物肽激素,在真菌中也广泛存在并且影响真菌对寄主的侵染状况。通过外源添加酸碱来明确pH值对玉米大斑菌生长的影响,使用实时荧光定量PCR技术分析玉米大斑病菌中StRALF基因在外源添加酸、碱时表达量的变化。运用预测网站对克隆得到的StRALF基因编码区蛋白序列的基本性质进行分析。结果表明,玉米大斑瓋菌在碱性环境下生长状态较好。碱性条件下,StRALF基因比酸性条件下基因表达量高。在侵染寄主过程中,96 h及以后表达量达到最大。经预测分析,初步确定其为分泌蛋白或膜蛋白。在弱碱性条件下,StRALF基因表达量较高并参与侵染过程及侵染后的生长阶段。     

玉米ZmSAMS1基因在盐、干旱等逆境胁迫下的表达分析

采用Northern杂交对玉米S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因ZmSAMS1在玉米幼苗期根、茎、叶中的表达及盐胁迫下外施不同甲基供体试剂处理下的表达进行分析。结果表明,ZmSAMS1在根、茎中均有表达,叶中信号较弱;盐胁迫外施甜菜碱、氯化胆碱、叶酸条件下该基因表达量不同,推测ZmSAMS1可能参与盐胁迫下玉米根茎木质化和栓质化过程。荧光实时定量PCR分析表明,ZmSAMS1在干旱和高温胁迫下表达量上调幅度较大,在盐、低温和ABA胁迫下表达量上调或下调幅度较小,揭示ZmSAMS1可能参与干旱、高温等逆境胁迫应答。     

玉米Ⅰ型二酰基转移酶基因(DGAT1)的生物信息学分析及其在非生物胁迫下的表达研究

对玉米中的两个I型DGAT基因ZmDGAT1.1和ZmDGAT1.2进行生物信息学分析。结果表明,两个玉米DGAT1基因编码的蛋白均属于膜结合的酰基转移酶类MBOAT家族,均含有多个跨膜结构域以及保守的底物结合和催化功能区。两个玉米DGAT1基因的不同组织和发育阶段表达分析显示,两者在胚乳发育期表现出高水平表达;在种子发育期表达模式完全不同,ZmDGAT1.2在种子发育既油脂合成的早期表达水平较高,ZmDGAT1.1在种子发育和油脂合成的后期表达水平更高。多种非生物胁迫处理条件下的qRT-PCR检测结果表明,两个DGAT1基因对多种非生物胁迫的响应模式也有明显差异,说明其在参与逆境胁迫响应方面发挥着不同的作用。     

Comparative effects of salt and alkali stresses on organic acid accumulation and ionic balance of seabuckthorn (Hippophae rhamnoides L.)

Seabuckthorn (Hippophae rhamnoides L.) is uniquely capable of growing well under various extreme environmental conditions, such as water deficit, salt stress, low temperature, and high altitude. It is of economic value and its berries are used in cosmetics and pharmaceutical products. In this study, we compared the effects of salt stresses (9:1 molar ratio of NaCl to Na₂SO₄, pH 6.48–6.65) and alkali stresses (9:1 molar ratio of NaHCO₃ to Na₂CO₃, pH 8.70–8.88) on the levels of inorganic ions and organic acids in H. rhamnoides L. to elucidate the physiological mechanism by which it tolerates salt or alkali stress (high pH). The results showed that, in leaves and stems under alkali stress, the Na⁺ content increased to a much greater extent than under salt stress. Neither salt nor alkali stress decreased the K⁺ content in leaves and stems; however, in roots, the K⁺ content decreased sharply with increasing alkali stress, whereas it remained relatively unchanged with increasing salt stress. This revealed a specific mechanism of absorption or transport for Na⁺ and K⁺ that was affected strongly by alkali stress. The results indicated that accumulation of organic acid (OA) was a central adaptive mechanism by which H. rhamnoides maintained intracellular ionic balance under alkali stress. OA may play different roles in different organs during adaptation to alkali stress, and its percentage contribution to total negative charge was higher in leaf than in stem. H. rhamnoides accumulated mainly malate, oxalate, and citrate in leaves and stems; however, in roots, less malate and citrate was accumulated, and acetate accumulation was enhanced significantly, which indicated that roots and shoots use different mechanisms to modulate OA metabolism.     

小麦脱水素基因WDHN1-2的克隆及其表达分析

为进一步明确小麦脱水素基因WDHN1-2在逆境条件下的功能,以伞穗山羊草DHN1基因为探针,通过电子克隆及RT-PCR技术获得WDHN1-2基因后对其序列特征进行分析,同时利用基因表达综合数据库及半定量RT-PCR技术对该基因的表达模式进行解析。结果表明,WDHN1-2基因编码区(CDS)长为548bp,编码的氨基酸具有脱水素保守序列K、Y和S片段,与山羊草脱水素EMT25371亲缘关系最近。WDHN1-2蛋白属于稳定且高度亲水蛋白,二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主;该蛋白在亚细胞中定位的可能性:过氧化物酶体细胞核线粒体基质,可能行使转录调控的功能。表达模式分析发现,WDHN1-2基因在小麦开花后22d的胚乳中表达量最高,在ABA、PEG、NaCl及4℃低温胁迫下表达量均先上升后下降。     

转精氨酸酶基因ZmARG玉米后代株系的遗传稳定性分析和功能验证

以T4、T5代转ZmARG基因玉米株系AKF65和受体自交系KF513为试材,对目标基因的整合表达、酶活性及产量相关农艺性状进行检测。结果表明,PCR、Southern和RT-PCR检测证明,ZmARG基因以单拷贝的形式插入基因组,在转录水平上能够稳定表达,且两个世代中稳定遗传。转基因株系灌浆期叶片中的精氨酸酶活力显著高于对照,萌发种子和苗期根中极显著高于对照,种子萌发时酶活力最高。转基因株系百粒重、穗重和小区产量显著高于对照,穗长极显著高于对照,其他各产量相关农艺性状差异不显著。     

玉米ZmNRT关键基因挖掘以及氮响应基因共表达网络构建

以玉米自交系B73（V4版本）作为参考基因组,利用生物信息学方法鉴定玉米ZmNRT基因家族成员,从系统发育关系、GO（Gene Ontology）富集、基因结构和玉米不同时期及组织下的表达谱等方面全面解析玉米ZmNRT基因家族。基于qPCR实验和共表达网络分析,对玉米ZmNRT家族基因在氮响应中的作用进行系统的研究。结果表明,在玉米全基因组水平上共鉴定到 162 个 ZmNRT 基因,主要分为 ZmNRT1（62 个）和 ZmNRT2（100 个） 两大类群。GO富集发现,仅46个基因参与硝态氮转运过程,这些基因被不均等分成7个亚家族,每个家族1～15个基因。基因表达模式分析结果显示,不同生育期和组织下ZmNRT基因表达是差异的。在氮诱导下,qPCR鉴定结果显示,12个ZmNRT基因是氮响应基因,9个基因表达上调,3个基因表达下调。共表达网络结果发现,其中10个ZmNRT基因与已知的氮代谢基因存在显著共表达关系（|r|>0.8 p-value<0.05）,推测这10个基因可能是调控玉米氮代谢的关键基因。     

Needs for and effectiveness of slow release herbicide seed treatment Striga control formulations for protection against early season crop phytotoxicity

Imidazolinone resistant maize seed dressed with imazapyr has been successfully used to control the parasitic weed Striga in many locations, and has begun to be commercially successful in Africa. Despite this, occasionally poor effectiveness of control had been documented in some sites that required explanation. Analysis of the data against rainfall patterns suggested that: 1. poor maize emergence occurred when there was limited rainfall at germination, possibly due to inhibition by a very high herbicide concentration too near the maize seed; 2. there was poor Striga control in seasons of very high rainfall, possibly due to herbicide washout away from the maize root zone where Striga germinates and attaches. These field assessments were matched by experiments suggesting that slow release formulations might alleviate the problems. A series of slow release formulations were synthesized based on binding imazapyr to high capacity anion exchangers and using them to coat maize seed. The best seems to be a polyethyleneimine gel. Epidemiological field data from a multitude of sites support the conclusion that the slow release formulations increased stand establishment across sites and seasons compared to the control where there was low rainfall.     

玉米杂交种种子活力与成熟度关系

以早熟杂交玉米品种新玉29号、新玉35号以及晚熟品种郑单958和先玉335种子为材料,测定授粉后不同时期种子发芽指数、活力指数、田间出苗率,分析种子活力与成熟度的关系。结果表明,在新疆地区早熟玉米品种在授粉后45~48 d(黑层出现前3~6 d)、含水量29.1%~34.3%时收获可获较得高活力种子;晚熟品种在授粉后54~57 d(黑层出现前3~6 d)、含水量34.7%~38.1%时收获可获得高活力种子。     

玉米耐盐基因ZmHKT1;5在烟草中的功能验证

HKT类基因是与植物耐盐性密切相关的一类基因。在作物中HKT蛋白可通过排出Na+来维持植物体内的Na~+/K~+平衡,从而影响植物耐盐性。通过在烟草中过表达玉米ZmHKT1;5基因,验证该基因具有提高植物耐盐性的作用。结果表明,过表达ZmHKT1;5基因的T0代材料即显示出叶片耐盐能力的明显提高;T2代转基因株系种子在含盐培养基上的发芽能力明显强于野生型材料,T2代转基因株系幼苗阶段的耐盐能力也得到了明显的提高。通过比较在盐胁迫后2月龄的转基因材料和野生型材料的生理指标,发现野生型材料中MDA和H_2O_2的含量相较转基因材料发生了更为明显的上升,说明转基因材料中过表达ZmHKT1;5基因有效降低了盐胁迫引起的过氧化物积累。综合转基因验证的结果,证明ZmHKT1;5基因具有提高植物耐盐性的作用。