小麦种子萌发基因TaJAZ1的克隆和功能研究

小麦品种铭贤169是我国黄淮麦区育种研究广泛应用的条锈病诱发材料,但其种子休眠时间过长,不仅影响播种后均匀发芽和生长发育,其收获掉落籽粒也容易导致秋季育种田的生物学混杂。本研究通过筛选其休眠种子与萌发种子的转录组学数据,克隆获得差异表达基因TaJAZ1,并对其生物信息学特性、亚细胞定位、表达模式进行分析,结合解析拟南芥jaz3（与TaJAZ1同源性最高）突变体、TaJAZ1过表达拟南芥和水稻的表型反应。结果表明,TaJAZ1基因编码区全长1 230 bp,可编码409个氨基酸,在不同物种间保守性较强,与野生二粒小麦JAZ1基因的亲缘关系最近;启动子区含有脱落酸响应元件ABRE 和茉莉酸甲酯响应元件CGTCA-motif和TGACG-motif;该基因定位于细胞核和细胞膜,TaJAZ1基因在种子发育中穗发芽时期表达量达到最高,进入成熟时期表达量显著降低;ABA能诱导TaJAZ1基因的表达,ABA处理下过表达拟南芥的萌发率比野生型和jaz3突变体高,ABA信号通路基因AtABI5的诱导量变低;TaJAZ1过表达水稻的萌发率高于受体水稻, ABA处理后,OsABI5的诱导量也降低。以上结果证明,TaJAZ1基因能促进种子萌发,进一步验证其在ABA信号通路中起负调控作用,为改良铭贤169等强休眠性小麦品种提供参考。     

细胞膜质子泵基因超表达促进水稻种子萌发

 构建了质子泵基因OsA8（AJ440219）超表达的水稻株系（OE1）,以其T2代种子为材料,研究细胞膜质子泵基因超表达对种子萌发的影响。结果表明,质子泵超表达的种子不仅发芽速度快,而且初生根生长也比野生型快。鉴定了OsA8及其他质子泵基因在转录水平上的表达差异,并通过两相分离法纯化了初生根系质膜的H+ ATPase,检测其活性。通过蛋白质免疫杂交技术分析比较超表达的水稻株系与野生型水稻根系H+ ATPase酶蛋白浓度的差异。结果显示,超表达材料根系OsA8基因的表达量高于野生型,其单位膜蛋白中质膜H+ ATPase蛋白的浓度也显著高于野生型,因而其根系质膜H+ ATPase活性高于野生型。超表达材料OE1的种子萌发速率和初生根的生长速率均快于野生型的主要原因很可能就是质子泵基因OsA8在OE1水稻种子中超量表达所引起的下游生理效应。     

过表达一个疣粒野生稻的Ricin_B凝集素基因OmR40c1增强水稻耐盐性

盐胁迫是影响盐/碱稻区水稻产量的主要逆境因素。研究耐盐相关基因,对于培育水稻抗逆品种具有重要意义。OmR40c1是从疣粒野生稻(Oryza meyeriana)中分离获得cDNA序列,与已报道的受脱落酸与盐诱导的OsR40c1的CDS序列完全相同,但在5′端UTR和3′端UTR区域有差别。有关OmR40c1基因功能的研究还未见报道。本研究的主要目的是初步分析OmR40c1在水稻耐盐性中的作用。对栽培稻日本晴(Oryza sativa L.var.Nipponbare)进行脱落酸(abscisic acid,ABA)和盐胁迫处理,OsR40c1基因均上调表达。构建基因定位载体并注射烟草表皮细胞,其结果表明OmR40c1定位于细胞质膜和细胞核上。构建超表达载体并转染日本晴,PCR及qRT-PCR结果均显示OmR40c1在转基因材料中成功表达。OmR40c1可能参与种子萌发。174mmol/L盐胁迫下,野生型种子的发芽率下调一半左右,转OmR40c1基因水稻种子发芽未受影响;转OmR40c1水稻苗期的株高是未经盐处理转基因水稻株高的一半左右;而野生型的株高是未经盐处理野生型水稻株高的1/6左右。盐胁迫下,水稻叶片、根长等都受到不同程度的影响。盐胁迫下,转OmR40c1基因水稻植株内的Na~+浓度是野生型的1.38倍;K~+浓度是野生型的1.25倍。综上,OmR40c1一定程度提高了水稻的耐盐性,且苗期的耐盐性高于成株期。     

母体对小麦胚的ABA敏感性和种子休眠性的影响

种子休眠是品种穗发芽抗性的主导因素,休眠特性与母体效应和胚对ABA的敏感性均有密切关系。为了了解母体对小麦胚的ABA敏感性和种子休眠的影响,为抗穗发芽育种提供科学依据,对穗发芽抗性不同的小麦品种及它们正反交F1后代授粉后不同发育阶段的胚进行了ABA敏感性鉴定,并对收获前的籽粒发芽能力进行了测定。结果表明,在种子发育过程中,不同基因型的离体胚萌发能力存在差异,抗穗发芽品种的胚对ABA敏感性明显高于易穗发芽品种,胚对ABA的敏感性与其萌发能力关系密切,随着萌发能力的升高,胚对ABA的敏感性降低。在成熟种子中,F1的休眠性偏向于抗性亲本。尽管成熟种子和胚的休眠表现出一定的母体效应,但母体对发育至成熟过程中胚的ABA敏感性并没有影响。因而,母体对种子休眠的影响可能与胚的ABA敏感性无关。     

水稻转录因子基因OsSHR2的表达特征及其在营养生长中的调控作用

【目的】水稻OsSHR2(LOC_Os03g31880)基因为拟南芥AtSHR的同源基因,与OsSHR1、OsSCR1和OsSCR2 同属于水稻GRAS转录因子家族。已有研究报道,转录因子基因SHR和SCR共同调控植物根系、叶片的发育,并参与各项生命活动。本研究旨在阐明OsSHR2在水稻中的时空表达特征及其在营养生长中的调控作用。【方法】通过生物信息学分析、表达模式分析、萌发动力学分析和水培实验验证该基因的功能。【结果】生物信息学分析发现OsSHR2、OsSHR1、OsSCR1和OsSCR2与拟南芥和其他物种的SHR亚家族和SCR亚家族成员具有很高的序列一致性;表达模式和pOsSHR2::GUS材料染色分析发现,OsSHR2在整个生长发育过程中的根系、叶片、维管组织和生殖器官中表达强烈,并集中在根尖的中柱、侧根原基和叶片及茎维管组织的中心表达,在野生型的地上部和根系中,OsSHR2受缺磷影响下调表达;对获得的OsSHR2的CRISPR-Cas9突变体osshr2进行种子萌发实验和水培实验,发现与野生型相比,osshr2的萌发时间延后,萌发率降低,在正常供磷和缺磷处理下,osshr2的地上部和根系长度显著小于野生型。【结论】OsSHR2在地上部和根系的发育、维管组织形成以及营养与生殖生长中具有重要作用,这为今后OsSHR2在分子育种等领域的应用奠定理论基础。     

不同药剂处理对月季种子脱落酸含量的影响

以月季(Rosa chinensis)种子为研究对象,研究了不同药剂处理对月季种子脱落酸含量的影响。试验结果表明:纤维素酶处理后种子脱落酸含量低于浓硫酸和赤霉素处理后的种子脱落酸含量,利用纤维素酶处理可以有效降低种子的脱落酸含量。     

脱落酸对水稻种子萌发的影响

以3种水稻种子培两优288、R402、LP04为材料,用不同浓度外源脱落酸(ABA)作浸种处理,研究其对水稻种子萌发的影响.结果表明:低浓度ABA(10mg/L)对水稻种子LP04的萌发具有促进作用,20～90mg/L的高浓度ABA对水稻种子的萌发具有明显的抑制作用.结合水稻种子萌发过程中可溶性糖含量、α-淀粉酶活性和内源植物激素等生理指标的检测结果表明,20～50mg/L的ABA能有效抑制水稻种子的萌发,可作为外源ABA在水稻种子储藏中使用的参考浓度.     

赤霉素（GA3）和脱落酸（ABA）对不同水稻品种生长和生理特性及GA20ox2、GA3ox2基因表达的影响

 以5个水稻品种4叶1心期的幼苗为材料,比较研究了1 μmol/L GA₃和10 mg/L ABA处理对不同水稻品种生长发育、生理特性及基因表达的影响。结果表明,GA3处理能够促进水稻地上部分伸长生长,抑制根伸长生长;同时,5个品种叶片的叶绿素含量、可溶性蛋白质含量和细胞膜透性呈上升趋势。10 mg/L ABA处理则严重抑制种子萌发和地上部伸长生长;5个品种叶片的叶绿素含量、可溶性蛋白质含量和细胞膜透性则呈现下降趋势。 用RT PCR方法对GA20ox2和GA3ox2基因表达水平的变化进行检测,结果表明GA₃处理后,日本晴GA20ox2基因表达略微下调,其余4个品种的GA20ox2基因表达上调。ABA处理抑制GA20ox2基因表达。GA3ox2基因表达也受GA3和ABA调控。在南粳44、关东194和日本晴中,GA3诱导GA3ox2表达,ABA显著抑制GA3ox2表达。性     

脱落酸(ABA)对白粒小麦种子萌发及幼苗生长的影响

为了研究微生物源ABA对小麦种子萌发和幼苗生长发育的影响,以白粒小麦宁麦11号为材料,通过不同浓度的ABA浸种处理研究了微生物源ABA对小麦籽粒萌发及幼苗生长的调控作用.结果表明,1.0～100 mg/L的ABA溶液浸种对白粒小麦种子萌发均具有明显的抑制作用,且ABA浓度愈高籽粒萌发受到的抑制作用愈强.当ABA浓度为80～100 mg/L时,能延缓白粒小麦萌发2 d以上;ABA浸种处理后5 d龄的幼苗,其叶片叶绿素含量上升,SOD酶活性增高,MDA含量下降,同时抗坏血酸(AsA)、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白质含量明显高于对照,这对提高小麦幼苗的抗逆性有重要作用.     

甘蓝型油菜CO同源基因功能初步研究

CONSTANS(CO)基因是植物光周期途径中重要的转录调控因子.为了探究甘蓝型油菜CO同源基因的功能,以拟南芥CO基因的CDS序列为参考序列,从甘蓝型油菜品种Westar的cDNA中分离得到CO的两个同源基因(基因编号:BnaC09g41990D和BnaA10g18430D),命名为BnaC09CO和BnaA10CO...     

不同穗发芽抗性的小麦胚对ABA敏感性及抗性机制研究

以20个小麦品种为材料,测定了不同穗发芽抗性的小麦品种处于种子发育过程中的胚对ABA敏感性和后熟过程中种子的萌发能力,以揭示小麦对穗发芽的抗性机制。结果表明,在种子发育过程中,不同抗性品种的胚萌发能力和胚对ABA敏感性存在差异。胚萌发能力随胚龄的增加,呈"低～高～低"的变化趋势。扬花后25d到35d的胚萌发势的降幅值在抗穗发芽基因型中所占的比重明显较易穗发芽基因型大。易穗发芽基因型对ABA的敏感性随胚萌发能力的提高而下降,而抗穗发芽的基因型对ABA的敏感性随胚萌发能力的提高则有升有降。因此,胚休眠主要在发育后期获得。红皮易穗发芽品种的成熟胚因脱离母体而提高的萌发势明显较白皮易穗发芽品种的高。品种的成熟胚离体萌发能力越高,则种子休眠期越短。     

甘蓝型油菜BnNAC转录因子鉴定与非生物胁迫响应分析

为了明确油菜NAC家族转录因子在非生物胁迫响应中的功能,通过油菜全基因组鉴定获得了379个Bn⁃ NAC转录因子家族成员,系统进化分析将其分为17个亚族。启动子作用元件分析显示BnNAC家族成员广泛参与 光响应、干旱胁迫响应、低温胁迫响应、生物钟调控等进程,同时参与ABA、茉莉酸甲酯、赤霉素、生长素、水杨酸等 激素信号途径。不同胁迫条件下基因表达分析发现,BnNAC家族基因受温度、盐、渗透等胁迫及ABA诱导调控。过 表达BnNAC253 基因使拟南芥对盐胁迫、渗透胁迫和ABA处理更为敏感。     

种子包衣对微胚乳玉米种子发芽过程中生理生化变化的影响

研究了种子包衣对微胚乳玉米种子萌发时生理生化变化的影响。结果表明：微胚乳玉米种衣剂(MESC)包衣可提高种子萌动时赤霉素(GA₃)与脱落酸(ABA)含量的比例,提高种子生长素(IAA)和可溶性总糖的含量,促进蛋白质的形成和油脂的降解,加速氨基酸的利用。适乐时种衣剂(FDXN)包衣提高了ABA的含量,降低可溶性总糖含量,减缓油脂的降解和氨基酸的利用,最终抑制种子的发芽。微胚乳玉米种衣剂包衣可促进微胚乳玉米种子发芽过程中的生化变化过程,从而促进种子发芽。     

野生二粒小麦PYL基因家族的鉴定及其在逆境胁迫下的表达特性分析

脱落酸(ABA)是一类重要的植物内源激素,在调控植物生长发育和胁迫响应等方面发挥着关键作用。基因作为ABA的受体,在ABA信号转导过程中发挥着重要作用。为深入发掘野生二粒小麦PYL基因,本研究利用生物信息学对野生二粒小麦的PYL家族进行全基因组鉴定与分析。结果在野生二粒小麦基因组中共鉴定到24个PYL基因(TdPYLs),分布在1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B、7A和7B染色体上,且所有成员均含有PYR-PYL-RCAR-like功能域;系统进化分析发现,24个TdPYL基因可分为3个亚家族,同一亚家族成员间具有相似的基因结构和保守结构域;对这些PYL基因的启动子顺式元件进行预测,发现它们含有大量与逆境胁迫、光调节和ABA响应相关的元件;基于RNA-seq数据的表达特性分析发现,它们在不同组织中以及逆境胁迫下表达差异明显,并鉴定到多个与组织特异性以及胁迫响应相关的PYL基因;进一步对PYL基因的单倍型组成进行分析,发现在野生二粒小麦、栽培二粒小麦和硬粒小麦中PYL基因的遗传变异和单倍型组成具有明显的差异,发生了显著的遗传分化。本研究为深入揭示野生二粒小麦PYL基因的调控功能及其进化机制研究提供了有益信息。