低氮胁迫对不同谷子品种生长及产量的影响

为研究不同品种谷子对氮肥的反应,试验以陇谷6号、陇谷11号、晋谷33号、晋谷39号、晋谷40号、晋谷41号、赤11-3429和黄金苗8个谷子品种为材料,进行不施氮(低氮胁迫)和正常施氮处理,探究低氮胁迫对不同品种谷子的地上干物质、根体积、叶片叶绿素含量、气孔导度、产量等性状的影响。结果表明,低氮胁迫对不同品种谷子地上干物质、根体积、叶片叶绿素含量和产量等性状有不利影响,不同品种间氮肥利用率不同。晋谷40号的耐低氮胁迫指数(NSI)较小,氮肥贡献率较大,即对于低氮胁迫最为敏感,对氮素的依赖性较大;而黄金苗的NSI较大,氮肥贡献率较小,即耐低氮性较强,对氮素的依赖较小,更为耐贫瘠。     

谷子耐低氮品种的筛选

随着谷子新品种及杂交种的培育和推广以及栽培技术的提高,谷子产量有了大幅度上升,但氮肥用量也随之增加。氮肥的过量使用不仅会造成环境污染、增加农民投入,而且不利于谷子产品的"绿色"与"有机"。由于谷子耐贫瘠的特性,挖掘和利用谷子自身的潜力是提高养分利用率的理想途径。试验选取来自山西、陕西、甘肃等多个北方干旱、半干旱地区的70个谷子品种,在低氮胁迫下,对其苗期进行形态指标与生理指标记录、测试并比较。结果筛选出8个耐低氮品种,这可为谷子耐低氮胁迫的机制研究提供基础材料,为氮高效利用新品种的培育提供理论基础。     

基于转录组测序和生化分析揭示盐碱胁迫对玉米木质素生物合成的影响

【目的】探究盐碱胁迫对玉米中木质素、叶绿素含量的变化，以及其生物合成途径上关键酶基因表达水平的变化，为揭示玉米响应盐碱胁迫的分子机制、培育抗盐碱玉米新品种提供理论基础。【方法】对玉米苗期进行盐碱胁迫处理，并进行高通量转录组测序、叶绿素和木质素含量测定。【结果】转录组测序共获得39 722个基因，其中差异表达基因12 432个。KEGG注释分析表明，差异基因主要富集在碳代谢、苯丙烷生物合成通路、淀粉和蔗糖代谢通路。生化分析表明，盐碱胁迫下玉米叶绿素含量和总木质素含量分别降低30.45%和31.26%,其中H和S型木质素单体含量降低，而G型木质素单体含量升高。对基因表达水平和成分含量之间的关系分析表明，叶绿素合成酶基因的下调和叶绿素b还原酶基因的上调导致了叶绿素含量的降低，苯丙素生物合成途径中的161个差异表达基因导致木质素和木质素单体含量的变化。【结论】盐碱胁迫抑制玉米木质素的生成，且主要抑制H和S型木质素单体的生成；盐碱胁迫通过调控叶绿素合成酶基因的下调和叶绿素b还原酶基因的上调，致使叶绿素的生成量减少。本研究为采用基因工程进行分子育种提高玉米耐盐碱性和调控玉米木质素含量提供了理论依据...     

马铃薯氮代谢对低氮胁迫的响应及转录组分析

【目的】探究不同氮效率马铃薯品种氮代谢对低氮胁迫的响应及分子机制,为马铃薯氮高效育种及高产栽培提供理论依据。【方法】以氮高效马铃薯品种冀张薯12号和氮低效马铃薯品种尤佳70为材料,采用盆栽试验方式,设置低氮（3 mmol/L纯氮）和正常施氮（15 mmol/L纯氮）处理,在出苗后30 d测定植株的干质量、氮积累量及氮代谢相关酶(硝酸还原酶（NR）、亚硝酸还原酶（NiR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合成酶（GOGAT）)活性,并依托Illumina HiSeq 2000平台进行转录组测序分析。利用DESeq进行差异基因分析,通过GO富集和KEGG Pathway数据库注释参与马铃薯氮胁迫响应的差异表达基因。【结果】2种施氮量下冀张薯12号茎叶和根系的干质量、氮积累量以及NR、NiR、GS、GOGAT活性均高于尤佳70。与正常施氮相比,低氮胁迫下2个马铃薯品种茎叶和根系的干质量、氮积累量及叶片的NR和NiR活性均显著降低,根系的GS活性显著提高;尤佳70叶片的GS活性、GOGAT活性和根系的GOGAT活性均显著降低,冀张薯12号根系的NiR活性显著降低。转录组分析结果表明,在2个施氮量对比组中,尤佳70叶片和根系中的差异表达基因分别有6 173个和249个,冀张薯12号叶片和根系中的差异表达基因分别有3 455个和1 990个。GO和KEGG结果显示,冀张薯12号的差异基因主要涉及氮代谢、氨基酸代谢等生物过程,尤佳70的差异基因主要涉及光合作用等生物过程。尤佳70和冀张薯12号根系中富集到氮代谢通路的差异基因分别有1个和8个,叶片中分别有11个和8个。尤佳70和冀张薯12号叶片的氨基酸相关代谢途径中涉及上调差异表达基因最多的均是苯丙氨酸代谢,其中编码苯丙氨酸解氨酶、肉桂酸-4-羟化酶、4-香豆酸-CoA连接酶的基因表达显著上调。【结论】在低氮条件下,氮高效品种冀张薯12号氮代谢相关酶活性较高,能减缓低氮胁迫对氮代谢的影响,进而保证较高的氮效率。     

木质素生物合成及其基因调控研究进展

介绍了木质素的组成、生物合成途径、涉及的酶类,综述了近年来基因工程技术调控木质素生物合成的研究进展,并对今后的研究进行了展望。     

低氮胁迫下香蕉硝酸盐转运蛋白MaNRT2基因的克隆与表达分析

氮素是植物生长发育所必需的大量元素,也是限制植物产量的首要因素,硝酸盐转运蛋白NRT是植物吸收和利用氮素的重要蛋白。笔者以香蕉为实验材料,通过RNA-Seq测序,筛选得到一个显著差异表达的高亲和硝酸盐转运蛋白基因NRT2;通过PCR克隆获得1 509 bp的c DNA序列,生物信息学预测其编码502氨基酸,含有MFS结构域,属于NRT2基因家族,命名为MaNRT2;RNA-Seq和qRT-PCR的结果显示,MaNRT2基因的表达具有显著的组织特异性,在根中远高于叶片;低氮胁迫处理后,MaNRT2在叶片中表达量上升,在根中表达量反而下降,表明MaNRT2与香蕉氮元素的吸收转运密切相关。     

转录因子对木质素生物合成调控的研究进展

木质素是维管植物次生细胞壁的重要组分之一,具有重要的生物学功能。木质素分子与细胞壁中的纤维素、半纤维素等多糖分子相互交联,增加了植物细胞和组织的机械强度,其疏水性使植物细胞不易透水,利于水分及营养物质在植物体内的长距离运输。木质素与纤维素共同形成的天然物理屏障能有效阻止各种病原菌的入侵,增强了植物对各种生物及非生物胁迫的防御能力。然而木质素的存在也给人类的生产实践带来诸多负面影响,如造纸业中,由于必须使用大量化学药品去除木质素,加大了造纸成本,严重污染了环境;饲草中的高木质素含量则影响牲畜的消化吸收,降低了饲草的营养价值;过高的木质素含量也影响了人类对生物质能源的发酵利用。因此,利用基因工程改造植物木质素的可降解性意义重大。在高等植物中,木质素通过苯丙烷途径和木质素特异途径合成。在拟南芥中,NAC、MYB以及WRKY类转录因子都参与了对木质素生物合成的调控。在拟南芥中,MYB26可激活NST1/NST2的转录;WRKY12可与NST2的启动子区结合并对其表达进行负调控;SND1（NST3）和NST1主要在纤维次生壁的形成中发挥作用,两者功能有冗余;NST1和NST2在调控花药壁的次生壁的增厚中功能有冗余;VND6和VND7则主要在木质部导管的分化中起重要作用,这些NAC类转录因子通过与下游的MYB类转录因子如MYB83、MYB46及（或）MYB58、MYB63、MYB85和MYB103的结合对木质素合成基因的表达进行正调控,而MYB75对木质素生物合成进行负调控。多数MYB转录因子通过与下游木质素生物合成途径基因启动子区的AC元件（I、II和III）结合从而对其表达进行调控。研究表明,bHLH类转录因子也参与了对木质素生物合成的调控。文章综述了各类转录因子对木质素生物合成调控的最近进展,绘制了拟南芥中木质素生物合成的主要调控网络,同时也总结了其他物种（如水稻、小麦、玉米、桉树、松树和杨树等）中已发现的对木质素生物合成进行调控的转录因子。随着高通量测序技术的发展,研究者有望在更多的物种中发现参与木质素生物合成调控的关键转录因子,这些研究将对通过基因工程改造木质素的组成具有重要的借鉴意义。     

甘蔗低氮胁迫评价

通过对103份甘蔗种质氮胁迫新植与宿根的性状变化、植期与性状低氮胁迫效应是否一致及低氮胁迫指数,决定评价入选性状。利用性状的重要性程度、低氮胁迫指数与性状表现,建立了甘蔗低氮胁迫选择指数计算方法。种质低氮胁迫选择指数计算结果表明,在参试的103份种质中,位于前20位的种质在新植与宿根间较为一致。     

谷子氮高效基因型筛选及相关特性分析

在低氮(0.5 mmol/L)和高氮(5.0 mmol/L)2个氮素水平下,研究不同氮效率谷子基因型的光合特性、农艺性状、氮含量、吸氮量、氮利用率、氮代谢相关酶活性及其相关性,以期为氮高效谷子新品种的选育提供基础材料。结果表明,低氮和高氮水平下,不同谷子基因型光合特性、主要农艺性状、氮含量及吸收利用指标变异系数分别为16.2%～34.4%和15.2%～22.5%、15.2%～55.4%和17.9%～49.3%、13.7%～28.4%和15.8%～23.7%。2个氮素水平下,谷子产量与光合速率、穗长、单穗质量、地上部生物量、吸氮量和氮利用率均呈显著或极显著正相关,与茎秆和根氮含量均呈显著负相关。根据2个氮素水平下的谷子产量差异将其分为双高效型、高氮高效型、低氮高效型和双低效型4种类型。豫谷17、豫谷23、冀谷33等在低氮和高氮水平下产量、吸氮量、氮利用率、氮代谢相关酶活性均表现突出,受氮肥影响较小,为典型双高效型基因型,适宜贫瘠地区种植;冀谷41、七叶黄、郑11-2等在低氮和高氮水平下均表现出氮低效利用特性,受氮肥影响较大,为典型双低效型基因型。     

杨树miRNA的靶基因预测及低氮胁迫表达分析

目的鉴定杨树受低氮胁迫后miRNA的靶基因,分析靶基因在氮胁迫后的差异表达并探讨其功能,为揭示杨树低氮胁迫下miRNA的调控功能提供参考,并为树木低氮营养高效利用育种提供重要的候选基因。方法根据miRNA的保守性及与靶基因的严谨互补配对关系,以杨树miRNA为探针利用靶基因预测软件psRNATarget,通过与毛白杨转录组的基因序列进行比对鉴定靶基因,进一步开展毛白杨受低氮胁迫后靶基因的差异表达分析及功能注释。结果获得了131个miRNA家族的242个miRNA成员对应的3 024个靶基因,分别参与了植物激素信号转导、次生代谢产物的生物合成、氨基酸合成代谢、碳代谢和RNA运输等通路。57个靶基因在低氮胁迫处理后发生显著变化,其中受到诱导（29个）和抑制（28个）的基因数目相当。14个低氮胁迫响应的miRNA,其对应的11个靶基因也发生了显著的差异表达变化,其中miRNA和靶基因表达量发生相反变化的有8个miRNA。本研究发现参与植物激素信号转导的靶基因（2个）及参与代谢途径的靶基因（6个）发生了差异表达。miR162的靶基因编码ABC转运蛋白,miR393运用于靶基因KAT2调节Na+和K+动态平衡,miR399的靶基因PIF3编码光敏色素互作因子PIFs蛋白,这些miRNA及靶基因可能在杨树响应低氮胁迫中发挥重要作用。结论本文鉴定到了毛白杨中一批低氮胁迫响应miRNA的靶基因,可调控杨树对氮逆境胁迫信号的反应。这些miRNA及靶基因为进一步揭示miRNA及靶基因在低氮胁迫下的调控功能提供了研究线索,为树木氮营养的高效利用改良提供了重要候选基因。      

缺氮胁迫对谷子幼苗生长发育的影响

为明确缺氮胁迫对谷子幼苗生长发育的影响,以'冀谷45,为试验材料,采用苗期水培法,以全氮营养液培养(15 mol/L N)为对照(CK),测定缺氮(0 mol/L N,N0)胁迫下幼苗生物量、根系性状、叶片光合色素含量等生理指标,并进行Pearson相关性分析.结果表明:1)缺氮胁迫下,幼苗已展开的真叶出现叶尖干枯症状...     

木质素的生物合成及降解研究现状

木质素是农作物秸秆和树木的主要的成分之一,是自然界仅次于纤维素的第2大宗可再生的生物资源。综述近几年来国内外木质素生物合成,化学降解和木质素的生物降解这3个方面研究进展,分析开发木质素研究领域的重要性,并对木质素的研究方向、发展趋势提出建议。     

糯玉米耐低氮胁迫的苗期生理效应

[目的]为耐低氮糯玉米种质的遗传改良提供理论依据。[方法]以30个糯玉米品种为材料,设置低氮和正常施氮两个处理,通过盆栽试验,研究低氮胁迫对糯玉米苗期主要生理特性的影响。[结果]低氮胁迫下,各糯玉米品种的生物量、植株吸氮量、硝酸还原酶活性、叶绿素和可溶性蛋白质含量和明显下降,而过氧化氢酶活性和过氧化物歧化酶活性明显提高。糯玉米出苗前期对低氮胁迫的反应大于后期。不同品种的耐低氮性存在明显的生理差异,以糯玉米品种Wx-235表现出较强的耐低氮生理特性,而以Wx-092对低氮胁迫表现出较敏感的生理特性。[结论]糯玉米出苗前期对低氮胁迫反应敏感。     

氮胁迫下小麦叶片转录组分析

氮素是小麦生长发育过程中重要的营养元素,利用转录组技术鉴定参与小麦低氮胁迫分子调控网络的基因,对揭示小麦耐低氮分子机理、开展耐低氮育种具有重要参考意义。采用Illumina HiseqTM 2500高通量测序技术,对小麦品种晋麦47正常生长和低氮胁迫下的叶片进行转录组测序,筛选差异表达基因并在GO、KEGG 数据库中进行比对注释,分析小麦低氮胁迫响应相关基因。结果显示,对照组与低氮组分别获得高质量序列52 383 726和52 192 061条,检测到差异表达基因1 267个,其中上调表达基因179个,下调表达基因1 088个。差异基因GO功能注释到3个大类的44个功能组。差异表达基因被注释到178个途径上,主要富集于氨基酸代谢、碳水化合物代谢、脂类代谢和信号传导等途径。转录因子分析发现,在低氮条件下变化明显的转录因子家族包括WRKY、MYB和NAC等。     

氮胁迫下小麦叶片转录组分析

氮素是小麦生长发育过程中重要的营养元素,利用转录组技术鉴定参与小麦低氮胁迫分子调控网络的基因,对揭示小麦耐低氮分子机理、开展耐低氮育种具有重要参考意义。采用Illumina HiseqTM 2500高通量测序技术,对小麦品种晋麦47正常生长和低氮胁迫下的叶片进行转录组测序,筛选差异表达基因并在GO、KEGG 数据库中进行比对注释,分析小麦低氮胁迫响应相关基因。结果显示,对照组与低氮组分别获得高质量序列52 383 726和52 192 061条,检测到差异表达基因1 267个,其中上调表达基因179个,下调表达基因1 088个。差异基因GO功能注释到3个大类的44个功能组。差异表达基因被注释到178个途径上,主要富集于氨基酸代谢、碳水化合物代谢、脂类代谢和信号传导等途径。转录因子分析发现,在低氮条件下变化明显的转录因子家族包括WRKY、MYB和NAC等。     

美洲黑杨木质素生物合成转录因子PdLim1基因的克隆、表达及植物表达载体构建

在植物体内,Lim1基因与木质素生物合成酶基因启动子区域富含AC的Pal盒结合,转录调控木质素的生物合成过程。该研究组合利用生物信息学和realtime PCR方法,首次从美洲黑杨形成层cDNA中分离出PdLim1cDNA全长,并进行了测序和序列分析。结果表明,克隆的美洲黑杨PdLim1cDNA片段总长为952 bp,基因内部含有完整的开放阅读框架,大小为594 bp,可编码长度为197个氨基酸残基的蛋白质,所推导的蛋白质氨基酸序列与拟南芥AtLim1和水稻OsLim1蛋白的同源性分别为82.1％和78.2％。组织特异realtime PCR结果显示, PdLim1基因在杨树根、茎、叶片和顶端分生组织中均有表达,但其表达模式却不同:PdLim1在成熟叶片和成熟木质部中表达丰度最高,在树皮、根部、韧皮部和形成层表达丰度较高,在未成熟木质部有少量表达,在顶端分生组织中表达丰度最低。 在此基础上,以pBI121为表达载体,构建了在CaMV35S启动子驱动下,PdLim1基因的正义（pBI121-CaMV35S-sense PdLim1）和反义（pBI121-CaMV35S-antisense PdLim1）类型的双元植物表达载体。该研究为杨树PdLim1的基因工程改良木材纤维品质性状提供了重要的理论依据,具有潜在的应用价值。      

低氮胁迫下MdCYS基因的表达分析

为了初步探究cystatins(CYS)基因参与苹果氮胁迫的调控机制,以苹果矮化砧木M.26盆栽苗为试材,分析低氮胁迫下M.26的生长量、总叶绿素质量分数、净光合速率的变化,并利用qRT-PCR技术分析苹果CYS基因表达的变化。结果表明,低氮胁迫处理与正常对照组相比,低氮处理组的株高、茎粗、总叶绿素质量分数和净光合速率均显著降低;实时荧光定量PCR分析显示,MdCYS1、MdCYS8、MdCYS15、MdCYS20、MdCYS21和MdCYS26迅速响应低氮胁迫,表达量被显著上调。生理指标与MdCYS基因关联分析结果显示:苹果CYS基因参与低氮胁迫应答,可能影响苹果对低氮胁迫的耐受性。     

水稻响应热胁迫核心基因的筛选与鉴定

基于热胁迫条件下的水稻转录组数据,通过HTSeq和DESeq软件筛选差异表达基因;对其进行功能富集和构建蛋白质互作网络,鉴定最重要模块中的核心基因.结果显示:水稻热胁迫0h、1h、6h和12h条件下,共有278个差异表达基因,生物学过程主要富集在刺激反应和蛋白质折叠上;鉴定出含有12个基因的重要模块.基因表达模式显示重...