人工劣变处理对玉米种胚差异基因表达的影响

【目的】利用数字基因表达谱技术（digital gene expression tag profiling,DGE）探索人工控制劣变（controlled deterioration treatment,CDT）条件下玉米种胚差异基因的表达变化,为揭示种子劣变的分子机理提供依据。【方法】以玉米杂交种郑单958种子为材料,采用高温（45℃）高湿（相对湿度100%）方法处理72 h,以未处理材料为对照,利用DGE分别进行高通量测序,测序结果与参考基因组和参考基因数据库比对获得表达基因,利用RPKM（Reads Per Kb per Million reads）方法计算基因的表达量,根据FDR（false discovery rate)<0.001和|log2 ratio(T/CK)|≥1的标准筛选差异表达的基因,对获得的差异表达基因（digital expression genes,DEGs）进行GO（gene ontology）和KEGG（kyoto encyclopedia of genes and genomes）数据库功能注释,并对注释结果进行富集分析处理。【结果】对照玉米种胚中检测到32 000多种mRNAs。CDT处理后差异表达基因有4 713个。其中上调表达2 874个,下调表达1 839个。GO富集分析表明,这些基因涉及细胞组分、分子功能和生物学过程方面,其编码的蛋白主要分布在细胞器和细胞膜上,参与能量代谢、信号转导、刺激响应和衰老死亡等过程,具有结合、催化和抗氧化等功能。这些基因中,能被KEGG数据库注释的有2 470个,参与了288条代谢通路,其中有16条通路存在着显著性富集。这些通路中,参与能量代谢的基因共有113个,分别参与糖酵解/糖异生过程（59个）、磷酸戊糖途径（31个）和丙酮酸代谢过程（50个）;其中,调节糖酵解/糖异生过程的烯醇化酶基因、3-磷酸甘油醛脱氢酶基因等、丙酮酸代谢中的丙酮酸激酶基因等和磷酸戊糖途径中的α-L-岩藻糖苷酶基因等上调幅度最大。还发现,调节NADH代谢相关的基因有25个（9个上调,16个下调）;NADPH代谢的有10个（4个上调,6个下调）。这些基因的表达变化能够调节活性氧的产生和积累。【结论】DGE可以作为研究种子劣变和活力丧失的有效手段。CDT能够影响玉米种胚差异基因的表达,进而影响细胞能量代谢相关过程,主要表现在糖酵解途径受到抑制,导致ROS产生和积累,从而加速玉米种胚细胞的衰老及死亡,最终造成种子的劣变和活力丧失。在这个过程中,差异表达基因可能扮演重要角色。     

人工老化处理对小麦种胚及幼苗生长的影响

实验结果表明小麦种子经人工老化处理后，种胚过氧化氢酶活性明显降低，但种子重量、α－粉酶活性、相对电导值、ＭＤＡ含量、ＳＯＤ活性及ＴＴＣ还原量在经人工老化处理和未经老化处理种子间的差异均不显著。小麦种子老化的一个重要原因是过氧化氢酶活性降低，Ｈ_２Ｏ_２积累，对细胞造成毒害。种子经人工老化处理后，能萌发生长的幼苗在长势上劣于未处理种子的幼苗，较明显的表现为根系发育不好，根冠比下降，根系活力降低。但ＳＯＤ、ＣＡＴ活性在老化处理未与老化处理种子幼苗之间变化不大。ＳＯＤ同功酶谱带数目不受人工老化处理影响。     

玉米自交系响应高温、干旱胁迫的关键基因及通路

以4个不同的玉米自交系为材料,对高温、干旱处理后的苗期植株进行转录组测序.玉米自交系响应高温和干旱胁迫的差异表达基因(DEGs)分别为6966和6272个,在高温和干旱胁迫下4个玉米自交系相同的DEGs分别是705和871个.同时响应高温和干旱的DEGs有100个.在耐旱、耐热性强的玉米自交系中鉴定出18个特异的DEG...     

玉米花粉高温胁迫相关miRNA的筛选及其靶基因分析

以高耐热玉米品种郑单958、低耐热玉米品种先玉335为材料,以正常生长条件为对照,在花期进行高温胁迫,通过miRNA高通量测序筛选玉米花粉中的差异表达miRNA,然后预测其靶基因,并对靶基因的本体特征和代谢通路进行富集分析。结果表明,共筛选到818个miRNA前体序列。在郑单958高温胁迫花粉与对照花粉对比组（HT958 vs CK958）中共筛选到19个显著差异表达miRNA序列,其中15个miRNA序列上调表达,4个下调表达,3个miRNA序列达到极显著水平（P<0.01）。对这19个显著差异表达miRNA的靶基因进行预测,共获得了503个基因转录本,其富集较多的GO生物学过程条目分别为转录调控DNA-模板、微管生物学过程、磷酸化作用、RNA聚合酶Ⅱ正向调控转录过程、甲基化作用等,KEGG富集较显著的代谢通路分别是谷胱甘肽代谢、碳代谢、花生四烯酸代谢、糖酵解/糖异生、叶酸生物合成等。在先玉335高温胁迫花粉与对照花粉对比组（HT335 vs CK335）中共筛选到15个显著差异表达miRNA序列,其中7个miRNA序列上调表达,8个下调表达,1个miRNA序列达到了极显著水平...     

植物响应非生物胁迫相关基因的研究进展

随着全球气候变化,非生物胁迫对植物生长的影响已经成为人类面临的重大挑战之一.对植物响应非生物胁迫的研究有助于了解植物对环境的耐受机制,以应对环境的变化.本文综述了植物响应非生物胁迫过程中相关基因的最新研究进展,这些基因包括:抗氧化基因、渗透压保护大分子、LEA蛋白、膜转运蛋白、转录因子、热激蛋白、蛋白激酶以及miRNA...     

波纹龙虾对亚硝酸盐胁迫响应的转录组学分析

为了探究波纹龙虾Panulirus homarus对亚硝酸盐的胁迫响应机理,采用转录组学测序分析方法,进行了正常养殖条件下波纹龙虾(体质量为39.00 g±5.31 g)肝胰腺和质量浓度为80 mg/L亚硝酸盐胁迫7 d的肝胰腺转录组比较研究。结果表明：转录组共筛选得到264个差异表达基因,其中,86个基因上调表达,178个基因下调表达;GO功能注释显示,被注释的差异表达基因主要与结合、催化和代谢等功能有关;KEGG通路富集分析显示,差异表达基因在黏着斑、白细胞跨内皮层迁移、胰岛素抵抗、紧密连接、淀粉与蔗糖代谢等通路中显著富集;随机挑选9个差异表达基因进行qRT-PCR验证,发现荧光定量结果与测序结果基本一致。研究表明,在亚硝酸盐胁迫下,通过GO和KEGG分析发现差异表达基因主要富集在能量代谢、生长和免疫等通路中,挖掘出的数据可为后续研究提供科学参考。     

葡萄响应非生物性胁迫相关基因的研究进展

植物对非生物性胁迫相关基因的响应是当前科学研究的热点之一,关于葡萄响应非生物性胁迫相关基因的研究颇多。综述了葡萄响应盐害、干旱、低温、热害、渗透等非生物性胁迫相关基因的克隆、转录、表达的调控方式和功能鉴定方面的研究进展,并对葡萄响应非生物性胁迫相关基因研究存在的问题和未来的研究方向进行了分析和讨论。     

基于转录组学的植物响应盐胁迫调控机制研究进展

盐胁迫是限制植物生长和产量的重要环境因子之一.经过长期的进化,植物已形成了一套响应盐胁迫的调控机制.转录组学可以从植物mRNA整体转录水平揭示植物响应盐胁迫的调控机制,对研究植物抗盐、耐盐具有重要意义.本文针对转录组学在植物响应盐胁迫调控机制中的研究,简述了植物体内的信号传导、渗透调节、内源激素合成、光合作用、活性氧清...     

人工老化和低温胁迫对陆地棉种子活力的影响和评价

[目的]研究人工老化处理和低温胁迫对陆地棉种子萌发的影响,为陆地棉种子耐低温和耐贮藏性研究提供支持和种质资源.[方法]以12份陆地棉种子为材料,通过标准发芽条件、低温胁迫发芽和人工老化处理后发芽,统计并分析发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、苗长、根长、苗鲜重和根鲜重等8个指标.[结果]各逆境对种子活力不同指标影响不同...     

小麦、玉米种子萌发对酸雨胁迫的响应

[目的]研究酸雨对小麦、玉米种子萌发的影响,揭示不同植物抗酸性程度,为评价酸雨对农作物造成的损失,指导农业生产提供理论依据。[方法]以pH值2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、5.0的模拟酸雨溶液,研究小麦、玉米种子的萌发状况。[结果]pH值2.0时,小麦发芽率为0,玉米发芽率为47.62%。在pH值2.5～5.0范围内,二者的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数均随pH值的上升而增大,但与各自对照比较,在pH值3.0～4.0范围内,小麦的发芽势分别比对照降低了13.00%、6.98%、2.85%,降低程度大于玉米的9.91%、4.00%、1.97%;芽长和根长的抑制指数均随pH值的增大而降低,在pH值3.0～5.0范围内,小麦芽、根最大抑制指数分别是34.84%,87.36%,抑制程度大于玉米的抑制指数28.15%、80.26%。[结论]酸雨胁迫条件下,玉米各项指标的变幅均低于小麦,表明玉米种子的萌发抗酸雨胁迫的能力强于小麦。     

人工老化对玉米种子活力指标、内含物质含量及生理指标的影响

以2个玉米杂交种"郑单958"和"先玉335"为试验材料,采用人工加速种子老化的方法,对玉米种子活力指标、种子内含物质含量及生理指标进行了分析。结果表明:随着种子老化程度的加深,"郑单958"和"先玉335"种子的发芽率、发芽指数、活力指数逐渐降低,老化至8 d时降至0。"郑单958"和"先玉335"种子过氧化物酶、过氧化氢酶、脱氢酶的活力逐渐降低,电导率、丙二醛含量逐渐升高,粗脂肪、可溶性蛋白含量先升高后降低,有机酸含量总体上呈升高的趋势,脯氨酸含量呈现上升的趋势,但老化至8 d时,种子脯氨酸的含量明显下降,可溶性糖含量的变化不规则。相关分析表明:"先玉335"种子活力指标与有机酸含量呈极显著负相关,2个玉米种子的活力指标与生理指标相关达到显著或极显著水平。     

人工老化处理对糯玉米种子生理生化特性的影响

以糯玉米品种‘中糯1号’种子为材料,研究在高温(42℃)、高湿(相对湿度100%)条件下,人工老化处理过程中种子的活力、抗氧化酶活性、种子浸出液相对电导率、丙二醛(MDA)质量摩尔浓度、可溶性蛋白质以及浸出液可溶性糖质量分数的变化,以揭示其劣变机制。结果表明:人工老化处理糯玉米种子的芽长、根长、发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数均随人工老化时间的延长逐渐降低;在糯玉米种子老化进程中,种子SOD、POD、CAT活性变化趋势相似,均随老化程度的加深而逐渐降低;随着人工老化时间的延长,糯玉米种子的浸出液相对电导率显著上升,浸出液可溶性糖质量分数逐渐升高,可溶性蛋白质质量分数表现显著下降趋势,而种子MDA质量摩尔浓度呈先升高后逐渐平稳的趋势。研究发现,在糯玉米种子人工老化进程中,种子劣变机制与膜损伤、氧化损伤和营养物质过度消耗有关。     

Isolation and Analysis of Drought-Induced Genes in Maize Roots

Maize roots are important component for plant adaptation to soil water deficits because they are supposed to take up water and necessary solutes from the soil. In the present study, the drought-induced genes were isolated in maize roots. A suppression subtractive hybridization protocol was applied to construct a forward subtractive cDNA library from CN165 for drought-stressed maize roots and a number of drought-induced genes were isolated. Totally, 126 uniESTs （containing 82 singlets and 44 contigs） were obtained from 503 available ESTs sequences after macroarray hybridization. UniESTs were analyzed using BLASTN and BLASTX and the results showed that 92% of the uniESTs had homolgous sequences in maize nr database by BLASTN. About 89% of uniESTs appeared the homlogous amino acid sequences in rice protein database but not in maize protein database by BLASTX, implying that those genes are likely new functional genes in maize. Function analysis showed that those genes were involved in a broad spectrum of biological pathways, mainly in signaling and regulatory pathways related to stress tolerance.     

玉米种子人工老化过程中超弱发光与生理代谢的关系

以玉米品种“郑单958”种子为材料,研究了种子人工老化过程中超弱发光(ultraweak luminescence,UWL)的变化及其与种子活力、相对电导率、ATP含量的关系.结果表明,随着老化时间的延长,种子的发芽率、发芽势和发芽指数、UWL强度、ATP含量均逐渐下降,相对电导率逐渐升高;UWL强度与发芽率、发芽势、发芽指数和ATP含量显著正相关,与相对电导率显著负相关.表明,UWL与以ATP含量为标志的能量水平密切相关;UWL作为一种无损、灵敏、快速的物理检测指标,可应用于种子活力无损检测研究.     

干旱胁迫下两个玉米自交系雄穗花器官分化期的转录组分析

【目的】 运用现代分子生物学及高通量测序技术,在全基因组水平鉴定耐旱相关的基因,研究玉米雄穗花器官分化期对干旱胁迫的响应机理, 为抗旱育种将提供新的理论基础。【方法】 以干旱胁迫15 d和正常浇水的耐旱自交系“PHBA6”和干旱敏感自交系“吉63” 花器官分化期的雄穗进行Illumina HiSeq 2000高通量测序分析,将测序得到的Unigene与玉米参考基因组进行比对,利用 RPKM 来衡量样本间的基因表达丰度, 以|log₂foldchange|≥1,P<0.05,FDR≤0.001筛选出样本间的差异表达基因, 并通过 Gene Onto 1ogy (GO ) 数据库、 KEGG pathway 数据库对筛选出的差异表达基因的功能和参与的调控路径进行分析。【结果】 与正常水分处理相比,耐旱自交“PHBA6”和干旱敏感自交系“吉63”在干旱胁迫下分别有1 394个和1 300个显著差异表达基因,其中共有差异表达基因831个,包括上下调表达趋势是一致的822个基因和9个具有相反的表达模式基因。除这些基因外,各自分别还有563个和469个基因型特异的干旱响应基因,这些特异的干旱响应基因的G0 富集分析的条目并不完全相同,除共同富集在刺激响应,细胞壁改变外,耐旱自交“PHBA6”还富集在激素合成调控,机氮化合物代谢、蛋白结合上,特异的干旱响应基因的KEGG 显著性富集分析在2个自交系中也不完全相同,耐旱自交“PHBA6”还有部分差异基因富集在生物素代谢通路上,另外,筛选出耐旱自交“PHBA6”中在干旱胁迫下差异表达的3个脱水素基因和3个特有差异表达的bZIP、MYB和ERF转录因子。【结论】 胁迫相关基因的特异性响应可能是材料间耐旱性存在差异的主要原因,耐旱自交“PHBA6”中的3个脱水素基因和3个特有差异表达的bZIP、MYB和ERF转录因子基因在玉米耐旱育种中可能有重要的利用价值。     

玉米窄基因群体的构建与利用

种质创新是玉米育种工作的主题。在长期的玉米育种研究工作中探索出一种新的种质创新方法,即构建窄基因群体创造新种质。并对玉米窄基因群体的基本概念、构建的依据、方法以及在玉米育种中的应用作了简要阐述。     

玉米种子老化过程中抗氧化酶活性的变化

以玉米自交系Mo17和478种子为试材,通过(58±1)℃人工热水老化处理,进行玉米种子超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸专一性过氧化物酶(APX)活性变化的分析研究。结果显示,玉米种子老化过程中SOD活性随老化时间的延长呈现缓慢上升的趋势;CAT,POD和APX活性随着老化程度的加深而下降;2个玉米种子的SOD和POD活性数值相近,但478种子的CAT活性高于Mo17,而APX活性却低于Mo17;玉米种子老化过程中抗氧化酶活性变化达到显著差异水平。     

PEG模拟干旱胁迫处理辽宁省主栽玉米品种的萌发特性

为了筛选抗旱玉米品种应用于生产,以沈玉35、辽单33等9个辽宁省主栽玉米品种为试验材料,研究不同程度干旱胁迫对玉米种子萌发特性的影响。结果表明:在高浓度PEG(20%)模拟干旱胁迫条件下,相对发芽率抚玉20最高,达95.92%,发芽势相对值富友99和长玉1最高,均为79.59%;萌发抗旱指数长玉1最高,达0.742;贮藏物质转运伤害率富友99最低,为43.34%;对沈玉35胚芽生长的伤害率最低,为78.81%;对抚玉20胚根的伤害率最低,仅3.53%。在干旱胁迫条件下,丹玉39的相对发芽势和萌发抗旱指数均为最低,分别为8.51%和0.103,其次是郑单958,分别为31.25%和0.463;丹玉39胚根生长伤害率最高,为76.32%;其次是郑单958,为49.89%。各品种的发芽率、发芽势、萌发指数、贮藏物质转运率、胚芽长及胚根长在干旱胁迫条件下均明显降低,不同品种间存在差异。抗旱性较强的品种为抚玉20和富友99,干旱敏感品种为丹玉39和郑单958。