黄淮麦区小麦主推品种（系）干热风抗性鉴定

为了确立黄淮麦区小麦干热风抗性评价指标,并筛选出抗干热风的品种(系),以黄淮麦区推广的91个小麦品种(系)为供试材料,于灌浆期对其设置温室模拟干热风处理,探讨干热风对小麦植株冠层形态特征、旗叶功能期、产量性状及籽粒主要营养成分积累的影响。结果显示,经干热风处理后,不同抗性小麦品种(系)冠层黄化程度不尽相同,而所有小麦品种(系)冠层的绿光标准化值下降,旗叶功能期缩短,千粒重下降,蛋白质相对含量显著增加,淀粉含量显著降低。同时,确定了旗叶功能期和千粒重抗逆指数共同作为小麦干热风抗性的评价指标,并鉴定出山农19等高抗干热风的小麦品种及济南17等敏感品种。利用旗叶功能期和千粒重抗逆指数能够鉴定出小麦干热风相对抗性,可为小麦品种布局以及抗干热风相关性状的遗传改良提供参考。     

小麦灌浆期热胁迫下热激蛋白70和面团品质的变化

为了进一步阐明与小麦生长期热胁迫有关的面团强度损失的分子机理,研究了热激蛋白（ＨＳＰ）的作用和麦谷蛋白基因上游的热激因子。不同的基因型在热胁迫过程中高分子量麦谷蛋白亚基（ＨＭＷ—ＧＳ）和ＨＳＰ的合成情况不同。小麦植株经过几天的热胁迫,致使其成熟种子中存留的ＨＳＰ７０的浓度增加。４５个基因型的热胁迫植株样品的成熟种子ＨＳＰ７０的含量与面团强度损失不相关。这种机理的证据远不如其它分子假说,特别是麦谷蛋白／醇溶蛋白比例的变化,将从受热胁迫的种子中提纯得到的ＨＳＰ７０加到面团中,２ｇ面粉中加入２ｍｇ时,ＨＳＰ特性类似于其它水合蛋白,即使ＨＳＰ加入量已超过成熟种子在田间所能达到的最大水平,对面团特性也没有很大影响。此外,甚至在对热胁迫反应变化很大的基因型中,对ＨＭＷ—ＧＳ基因（编码区上游）测序也没有发现热激启动子。这些结果排除了面团强度损失与热有关的可能性,将注意力集中在麦谷蛋白链聚合程度和种子发育过程中ＨＳＰ及其伴随物的作用上。     

小麦灌浆期热胁迫下热激蛋白70和面团品质的变化

为了进一步阐明与小麦生长期热胁迫有关的面团强度损失的分子机理,了热激蛋白的作用和麦谷蛋基因上游的热激因子,不同的基因型在热胁迫过程中高分子量麦谷蛋白亚基（ＨＭＷ－ＧＳ）和ＨＳＰ的合成情况不同的 小麦植株经过几天的热胁迫,致使其成熟种子中存留的ＳＨＰ７０的浓度增加。４５个基因型的热胁迫植株样品的成熟种子ＨＳＰ７０的含量团强度损失不相关。这种机理的语气远不如其它分子假说,特别是麦谷蛋白／醇溶蛋白比例的     

小麦热激蛋白转录因子C家族基因的结构及其在干旱胁迫中的表达

小麦热激蛋白转录因子在热胁迫和耐热性产生的过程中发挥重要作用。为进一步了解小麦热激蛋白转录因子C亚家族,本研究采用全基因组信息保守结构域比对和进化聚类分析,共鉴定了24个小麦TaHsfC基因,并对TaHsfC亚家族成员染色体定位、基因结构、亚细胞定位、对应蛋白质的氨基酸特点、基因表达进行了分析。结果表明,24个TaHsfCs主要分布在5条染色体上,其中A基因组中有7个,B基因组中9个,D基因组中有6个,另外两个所在染色体位置不清楚。TaHsfCs含有0～2个内含子,其中 TaHsfC1亚族基因含有1～2个内含子, TaHsfC2亚族基因则含有0～1个内含子。聚类分析表明,小麦TaHsfC成员共分为 TaHsfC1和 TaHsfC2两个亚族。24个TaHsfCs成员全部定位于细胞核。在15%PEG模拟干旱条件下,干旱敏感品种矮抗58和耐旱品种晋麦47中有10个TaHsfC基因显著上调表达,其中 TaHsfC2亚族基因的表达量上调倍数均高于 TaHsfC1亚族基因(其中 TaHsfC2j和 TaHsfC2k未在晋麦47中检测到表达量)。本研究可为探索小麦热激蛋白转录因子C家族基因在小麦抗旱中的分子机制提供一定的理论支撑。     

一个水稻小热休克蛋白基因的克隆和鉴定

小分子热休克蛋白(SHSP)广泛存在于各类生物体中且在生物发育和逆境响应过程中发挥重要作用。我们克隆了一个水稻小热休克蛋白基因(OsSHSP17.6),序列分析表明该基因编码区为477bp,可编码一个含158个氨基酸的多肽,分子量约17.6kD。序列分析显示该类SHSP在不同的植物中是保守的,在分类上隶属于CI类。实时定量RT-PCR分析显示热激处理可显著增强该基因的转录;Western blotting分析显示该蛋白大小与预期一致,且其含量在热激处理时大幅度增加。这些结果一致表明OsSHSP17.6可能参与了水稻热应激反应,这为进一步鉴定OsSHSP17.6的功能提供了基础。     

小麦新品系赤霉病抗性鉴定及基因效应分析

为创制黄淮麦区小麦新品系、提高小麦抗赤霉病育种效率,2022年在小麦扬花期利用喷洒孢子液的方法对81份抗赤霉病高代品系和4份对照品种在濉溪柳湖试验基地开展了赤霉病抗性鉴定,并利用与4个抗赤霉病主效基因Fhb1、Fhb2、Fhb4和Fhb5紧密连锁的6个标记对供试小麦材料进行了基因型检测。结果表明,供试81份材料的赤霉病抗性整体较好,平均病小穗率为27.95%,其中13份自育品系平均病小穗率低于扬麦20;携带单个或多个赤霉病抗性基因的品系共有60份,Fhb1、Fhb2、Fhb4、Fhb5检出频率分别为64.20%、12.35%、20.99%、34.57%;携带单个抗病基因Fhb1、Fhb4、Fhb5的小麦品系分别为18份、3份、2份;有45.68%品系同时携带2～3个赤霉病抗性基因。携带抗性基因的品系平均病小穗率低于不含抗性基因的品系;聚合多个抗赤霉病基因可以有效提高小麦品种的抗赤霉病水平。     

普通小麦DREB基因家族的全基因组鉴定及热胁迫下的表达模式分析

DREB基因家族在调控植物生长发育和响应多种逆境胁迫中起着至关重要的作用。为了全面分析小麦中DREB基因家族成员的特性,为小麦DREB家族基因的发掘和利用提供参考,本研究采用生物信息学方法进行了全面的全基因组范围搜索,共获得了204个TaDREB基因。利用系统发育分析将其分为6个亚组,并进一步进行了染色体定位、基因结构和保守蛋白基序以及基因复制事件分析,系统研究了这些TaDREB基因的进化特征。此外,基于同源性分析的方法,构建了小麦DREB基因与其他基因之间的调控网络,鉴定到13个参与网络调控的TaDREB基因,并确定了179对互作关系。通过分析现有的RNA-seq数据,研究了TaDREB在不同组织和不同逆境胁迫下的表达情况,并鉴定到11个组织特异表达和多个响应逆境的基因。最后选取5个TaDREB基因,通过qRT-PCR技术验证了它们在热胁迫条件下的表达,结果证实这些基因均能对热胁迫产生响应。     

小麦HD2基因家族的全基因组鉴定及热胁迫下的表达模式分析

组蛋白去乙酰化酶(histonedeacetylase,HDAC)负责去除组蛋白上的乙酰基团,在生物体的生长发育和非生物胁迫响应方面具有重要作用。本研究根据其他植物中HD2基因家族序列,利用生物信息学方法对小麦中的HD2基因进行鉴定,并对其基本生物学特性和调控网络等进行分析。结果表明,有12个小麦HD2基因被鉴定,并根据蛋白质序列C端是否含有锌指结构将其分为Group1和Group2两个亚家族;这些基因的编码蛋白均定位于细胞核内。利用WheatExp数据和RNA-seq数据对小麦HD2基因在不同组织和不同逆境胁迫下的表达模式进行分析,结果表明,小麦HD2基因在不同组织和不同逆境下均存在差异表达。同时,利用qRT-PCR技术对其在小麦12个生长发育时期的叶片中响应热胁迫的表达模式进行分析,结果表明,其在小麦挑旗期和抽穗期表达量明显上升。     

小麦TCP基因家族的全基因组鉴定和对热胁迫的响应

TCP是植物发育调控的重要转录因子。为了挖掘小麦TCP基因的功能,本研究利用生物信息学方法和qRT-PCR技术,对小麦TCP基因家族进行全基因组鉴定和在热胁迫下的表达分析。全基因组鉴定结果表明,普通小麦品种中国春中存在58个非冗余的TaTCP基因。根据与AtTCPs和OsTCPs的系统发育分析,在小麦中分别有26个PCF、20个CIN和12个CYC/TB1聚类。进一步预测TaTCP基因在达尔文进化下的压力选择,发现除了TaTCP16-A相对于乌拉尔图小麦中直系同源基因是正向选择,其他基因都是纯化选择的过程。利用在线RNA-seq数据分析TaTCPs基因在5种组织器官中与冷、热和干旱胁迫下的表达图谱,结果显示,小麦TCP基因在不同的组织和胁迫中存在差异表达。最后,通过qRT-PCR技术检测12个不同发育阶段的小麦叶片在短期热胁迫下TaTCP5部分同源基因的表达水平,结果表明,在35℃下处理1h,TaTCP5-D的相对表达量在拔节期、拔节后期、孕穗前期和抽穗期都有明显的上调,这些结果为进一步研究TaTCP基因的功能奠定了良好的基础。     

宁夏小麦种质资源穗发芽抗性鉴定及相关分子标记的有效性评价

为鉴定宁夏小麦种质资源的穗发芽抗性,挖掘抗穗发芽种质资源,筛选在宁夏引黄灌区生态条件下能有效鉴定小麦穗发芽抗性的分子标记,测定了185份小麦种质资源的发芽指数(GI)、整穗发芽率(SGR),并利用5个穗发芽相关基因的KASP标记Phs646、Phs666、TaMFT、TaDAR和Vp1B1-83对参试材料进行基因型检测,分析基因型与GI、SGR的相关性。结果表明,185份小麦种质资源GI的平均值为16.74%,变化范围为0~77.35%;SGR的平均值为40.84%,变化范围为0.38%~99.69%;有22份种质资源的GI和SGR均小于5.0%。5个分子标记中,Phs646、Phs666与GI和SGR显著相关(P<0.01);标记Vp1B1-83与SGR显著相关(P<0.01),与GI相关不显著;TaMFT和TaDAR与GI和SGR都不相关。表明分子标记Phs646、Phs666可用于宁夏引黄灌区小麦穗发芽抗性的分子鉴定,Vp1B1-83可作为该地区穗发芽抗性分子鉴定的参考标记。结合穗发芽抗性鉴定和分子标记检测结果,筛选出冬育5号、宁春22号、Bastian、毛火麦、山麦、白秃子、白毛火麦共7份具有低GI和SGR值及较高穗发芽抗性基因频率的种质资源。     

新疆春小麦品种耐热性评价

为筛选出丰产性好的耐热性春小麦品种,在花后15d至成熟期以自然生长为对照,分析了塑料棚高温处理下19份新疆主推春小麦品种产量性状的变化,并采用产量指数、千粒重热感指数及容重热感指数相结合的方法对供试材料的耐热性进行评价。结果表明,灌浆期高温胁迫下小麦千粒重降低,进而导致减产。新春6号、新春9号、新春11号、新春17号、新春22号、新春27号、新春31号、新春33号和新春37号在高温及常温条件下的丰产性均较好,其中新春6号及新春37号丰产性突出。千粒重热感指数小于1的品种有10个,分别为新春6号、新春17号、新春22号、新春26号、新春29号、新春32号、新春34号、新春36号、新春40号和新春41号。容重热感指数小于1的品种有10个,分别为新春6号、新春11号、新春17号、新春22号、新春27号、新春32号、新春33号、新春34号、新春39号和新春40号。综合热感指数及产量指数,新春6号、新春17号、新春22号及新春37号的耐热性较好,可作为耐热高产品种在生产中推广应用。新春40号丰产性较好,千粒重及容重热感指数小于1,千粒重高,可作为小麦耐热育种的亲本。新春41号在两种温度条件下千粒重高,可作为耐热性种质资源。     

磷糖类制剂对冬小麦抗干热风特性和产量的影响

为探明不同有效成分的磷糖类制剂对冬小麦抗干热风能力的调控作用,并筛选出高效实用的干热风化学防控技术,采用田间试验,以自来水(CK)和磷酸二氢钾(CKP)为对照,通过拌种、叶面喷施及拌种和叶面喷施组合方式,比较自主研发的磷糖类制剂[激发元素制剂(JB)、微量元素制剂(WB)和磷胺制剂(BP)]对干热风胁迫下冬小麦抗氧化特性和产量的影响。结果表明,干热风胁迫下,与CK相比,各处理下小麦灌浆中后期旗叶可溶性蛋白和可溶性糖含量均显著增加(增幅分别为7.43%～167.87%和8.88%～77.59%),超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性提高了10.42%～62.99%和6.94%～76.29%,丙二醛含量显著降低(降幅6.58%～22.29%)。各制剂均能显著提高小麦穗粒数和千粒重,增幅分别为4.22%～10.36%和1.05%～5.16%;只有拌种和叶面喷施(BP)组合处理显著增加小麦成穗数,增幅分别为4.54%和4.79%。各制剂处理较CK增产6.95%～14.68%。BP叶面喷施处理较JB和WB拌种处理更有利于干热风胁迫下小麦抗氧特性保持稳定,对穗粒数和千粒重的促进效应表现突出。拌种和叶面喷...     

小麦OXS3基因家族的鉴定及表达模式分析

氧化应激3蛋白(OXS3)是一种植物特异性蛋白,在植物逆境耐受性中发挥重要作用。本研究利用生物信息学方法,在全基因组水平对小麦中的OXS3基因家族成员进行了鉴定,并对所有成员进行了高温胁迫下的表达模式分析以及4个小麦OXS3基因的酵母转化验证试验。结果表明,小麦具有9个OXS3基因,分布于8条染色体上,聚类为三个亚家族,主要定位于细胞核;小麦OXS3基因家族成员的启动子区具有多个激素响应和逆境响应顺式作用元件,暗示该家族成员在植物逆境响应中可能承担重要角色。共线性分析表明OXS3基因家族在单/双子叶植物间存在较大差异。qRT-PCR分析表明,小麦OXS3家族基因在高温胁迫下均上调表达。转化酵母的耐热功能验证表明,小麦基因TaOXS3-1D、TaOXS3-2A可以提高酵母的耐热性。本研究结果为系统研究OXS3的耐热功能奠定了基础。     

小麦DEAD-box基因家族鉴定及其低温下的表达模式分析

DEAD-box RNA解旋酶是RNA代谢途径中的关键酶,在RNA代谢过程中调控植株的生长发育和抗逆性。目前,尚未见有人对小麦DEAD-box基因家族进行系统鉴定与分析。为探究小麦DEAD-box基因的功能,本研究以水稻DEAD-box基因家族基因为参照,从小麦全基因组数据库中共鉴定到134个小麦DEAD-box家族基因,并利用生物信息学对其家族成员的理化性质、基因结构、进化树和共线性进行分析。结果表明,小麦DEAD-box蛋白多数为弱碱性蛋白,亚细胞定位分布广泛,核分布最多;小麦与水稻DEAD-box家族基因亲缘性较高,小麦DEAD-box蛋白结构域与核心基序排列有序稳定,高度保守;小麦DEAD-box家族基因在进化过程中可能发生了节段性复制事件,水稻与小麦DEAD-box基因无序共线性连线,说明DEAD-box基因在进化过程中可能存在染色体异位突变。进一步以强抗寒冬小麦品种东农冬麦1号(Dn1)和东农冬麦2号(Dn2)为材料,对其转录组库中低温差异表达的7个DEAD-box基因进行qRT-PCR分析,结果表明,这7个基因在不同品种和不同组织中表达量均有差异。Dn1中DEAD-box基因的表达量在 -10 ℃达到峰值,而Dn2中DEAD-box基因的表达量在-25 ℃达到峰值。     

小麦多蛋白桥梁因子基因 TaMBF1c的克隆与表达分析

多蛋白桥梁因子(multiprotein bridging factor 1,MBF1)是一类广泛存在于植物中的转录共激活因子,在植物生长发育和逆境响应过程中发挥重要作用。为进一步了解该蛋白的功能,利用同源克隆法从小麦中获得 MBF1基因,根据其染色体位置分别命名为 TaMBF1c-A、 TaMBF1c-B和 TaMBF1c-D,通过生物信息学方法分析其蛋白序列特征、蛋白三级结构及顺式作用元件,并利用RT-qPCR技术分析其组织表达特异性以及干旱、热胁迫响应模式。序列分析表明,TaMBF1c-A、TaMBF1c-B和TaMBF1c-D分别含有456、471和465 bp的开放阅读框;三维结构预测发现,TaMBF1c-A、TaMBF1c-B和TaMBF1c-D在N端和C端分别含有MBF1结构域和4个α螺旋组成的helix-turn-helix结构域;系统进化分析结果表明, TaMBF1c基因与二粒小麦(Triticum dicoccum)的亲缘关系最近。顺式作用元件分析发现, TaMBF1c-A、 TaMBF1c-B和 TaMBF1c-D启动子区都含有干旱响应元件(MBS element/MYB element)和热响应元件(HSE element)。RT-qPCR分析显示, TaMBF1c-A和 TaMBF1c-B基因在叶片中特异性表达, TaMBF1c-D只在根部特异性表达;在干旱胁迫条件下, TaMBF1c在干旱敏感小麦品种中表达量较高,其表达量是 TaMBF1c在耐旱小麦品种中表达量的280倍, TaMBF1c在干旱信号途径中起负调控作用。在热胁迫条件下, TaMBF1c-A和 TaMBF1c-B在热敏感与耐热小麦品种中上调表达,而 TaMBF1c-D仅在热敏感小麦品种中上调表达,明显高于耐热小麦品种。     

春小麦抗旱耐热性QTL分析

为发掘控制小麦抗旱耐热基因位点,以小麦重组自交系(RILs)群体为材料,于2015-2017年小麦灌浆期进行干旱胁迫、热胁迫、旱热胁迫处理,并对抗旱耐热相关性状QTL进行分析。结果表明,在干旱胁迫、热胁迫、旱热胁迫下分别检测到22、36和30个QTL,其中控制旗叶叶绿素含量、旗叶含水量、穗粒重、千粒重的QTL数分别为26、21、22和19个。抗旱相关性状QTL位于2A、3B、4B、7B、3D、4D和7D染色体上,表型贡献率为9.38%～30.81%;耐热相关性状QTL位于2A、2B、3A、3B、4B、4D、5D、6D、7A和7B染色体上,表型贡献率为9.03%～34.97%。抗旱性共定位区间2个,分别位于2A(gwm294-wmc644)和7B(barc140-gwm297)染色体上;耐热性共定位区间2个,分别位于5D(cfd67-cfd40)和6D(barc196-barc54)染色体上;抗旱耐热性共定位区间3个,分别位于2A(gwm294-wmc644)、2B(wmc441-wmc317)和7B(wmc83-wmc276)染色体上,其中共定位区间gwm294-wmc644( Qcc-2A.2、 Qgw-2A.1)的贡献率超过10%,遗传距离较小(6.49 cM)。     

小麦品种(系)的白粉病抗性鉴定及分子标记的实用性评价

为评价抗白粉病基因分子标记在标记辅助育种中的实用性,以含已知抗白粉病基因的材料为对照,对来源于我国11个小麦主产省份的145个小麦品种(系)进行了苗期白粉病抗性鉴定,并检测了9个小麦抗白粉病基因的分子标记Xcfd81-5D(Pm2)、Pm4a/b(Pm4)、Xwg996(Pm6)、LAG95(Pm8Pm17)、CAU196(Pm12)、UTV14(Pm13)、Xgwm159-5B(Pm16)、Pm21D/E(Pm21)和Xgwm337(Pm24)在上述材料中的扩增情况。结果表明,在供试材料中,Pm8基因的分布频率达52.4%,但该基因已丧失抗性;Pm2、Pm4、Pm6、Pm12、Pm13、Pm16、Pm17、Pm21和Pm24基因抗性好,但在供试材料中的分布频率仅介于0~9.7%。抗性达高抗以上水平的品种含有的抗病基因主要为Pm2、Pm21和Pm24;有些抗病品种的遗传基础尚不清楚。根据抗性和分子鉴定的一致性差异可将供试小麦品种(系)分为4种类型:(Ⅰ)分子标记检测和表型鉴定均为阳性;(Ⅱ)表型鉴定呈阳性,但分子标记检测为阴性;(Ⅲ)分子标记检测呈阳性,但表型鉴定为阴性;(Ⅳ)分子标记检测和抗性鉴定均为阴性。分子标记可用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ型材料中目标基因的选择,而无法用于Ⅲ型材料。表型和分子标记检测符合度高的分子标记UTV14(Pm13)、Pm21D/E(Pm21)实用性好。上述结果为开展抗白粉病分子育种提供了重要的参考。     

“金太龙”叶面肥对冬小麦产量及干热风抗性的影响

为探究"金太龙"叶面肥对冬小麦产量及干热风抗性的调节作用,通过两因素随机区组试验,对不同水、肥喷施量下冬小麦产量及干热风抗逆指数进行了分析。结果表明,干热风胁迫下,冬小麦的产量、干热风抗性与叶面肥用量和喷施水量均密切相关。孕穗期喷施"金太龙"叶面肥的增产作用主要归因于穗粒数、千粒重增加,尤其是千粒重。喷施水量较低时,提高叶面肥用量不利于增加粒重,低叶面肥用量则可保证冬小麦高产和提高抗干热风的能力;喷施水量较高时,提高叶面肥用量有助于延长旗叶功能期,有利于增加粒重。综合来看,孕穗期"金太龙"叶面肥用量为3kg·hm~(-2)、喷施水量225kg·hm~(-2)时,冬小麦产量最高,对干热风的抗性最好。