小麦TaPYL8基因的克隆与抗旱功能分析

脱落酸(ABA)信号通路在植物对干旱胁迫的响应中扮演着至关重要的角色;作为ABA受体,PYL家族蛋白在ABA信号转导中发挥核心作用。小麦TaPYL8是PYL家族的成员。为了明确TaPYL8是否参与小麦干旱胁迫响应,本研究分析了TaPYL8的表达模式,创建过表达TaPYL8拟南芥,并探讨了干旱对拟南芥生理生化及胁迫相关基因表达的影响。结果表明,TaPYL8表达量在干旱胁迫、外源ABA及PEG6000处理后上调。干旱胁迫下,过表达TaPYL8增强了拟南芥的存活率,降低了叶片失水率和MDA含量,提高了SOD、POD和CAT等抗氧化酶活性及AtSOD、AtP5CS1、AtABF3等胁迫相关基因的表达量。推测TaPYL8通过促进胁迫相关基因表达增强植物抗旱能力。     

干旱胁迫下过表达TaER小麦的转录组及光合特性分析

为探究小麦TaER基因调控蒸腾效率及抗旱性的分子机制,以2个T_3代转TaER基因株系及其野生型为材料,对其正常灌溉和干旱胁迫处理下的灌浆期旗叶进行转录组(RNA-seq)测序,分析其差异表达基因并进行GO和KEGG富集分析,探究其功能及可能参与的调控通路,同时测定光合及蒸腾参数。结果表明,与野生型相比,TaER过表达株系在正常灌溉和干旱胁迫下分别获得1 439和607个共同的差异表达基因;GO富集分析发现,光合作用、脂质和膜脂代谢基因响应干旱胁迫;KEGG富集分析表明,亚油酸和α-亚麻酸代谢中的酯氧合酶、甘油脂代谢中的糖基转移酶基因均上调表达,光合作用相关基因响应干旱胁迫;干旱胁迫下,TaER过表达株系的净光合速率和水分利用效率较高,蒸腾速率较低。综上所述,TaER过表达株系可能是通过调控脂类代谢及光合作用等生物过程,提高光合速率及水分利用效率,从而适应干旱胁迫的。     

干旱胁迫对木薯K+、Ca2+和ABA的影响

为了研究干旱胁迫木薯K+、Ca2+和ABA对干旱胁迫的响应及其变化规律,对2个品种的木薯SC124（高抗）和KU50（低抗）进行对照、驯化、非驯化旱害和驯化旱害等不同方式的干旱处理。研究发现2个木薯品种中,干旱胁迫对叶片K+和ABA的含量影响较大,而Ca2+含量变化较小;SC124在驯化和非驯化处理下的K+含量发生显著变化;ABA的含量在2个品种中的驯化干旱和非驯化干旱中变化显著,且变化趋势不同;干旱胁迫下,ABA、K+和Ca2+之间存在显著相关性。     

外源ABA、SA及JA对干旱胁迫及复水下大豆生长的影响

以干旱敏感型品种黑农65和抗旱品种抗线9号为供试材料,采用沙培方式结合15%PEG-6000模拟干旱胁迫,研究了叶面喷施ABA、SA、JA对干旱及复水下的大豆生长的影响。结果表明:3种外源激素均可以显著降低干旱胁迫及复水下大豆叶片有害物质MDA和过氧化氢含量,同时还能提高干旱胁迫过程中保护性物质可溶性糖和可溶性蛋白含量,大体上表现为ABA的作用效果高于SA和JA,从而降低干旱胁迫对大豆机体的损害程度。3种外源激素均减轻了干旱胁迫对大豆株高、叶、茎、根鲜重和干重的抑制作用,其中JA对干旱敏感型品种黑农65株高、器官鲜、干重的促进效果较好,而SA对抗旱品种抗线9号的促进效果好于ABA和JA。3种外源激素均可降低干旱胁迫导致的大豆落花率,其中SA的作用效果好于ABA和SA。总体来看,外源ABA、SA、JA对干旱胁迫下干旱敏感型品种的促进效果较抗旱品种更明显。     

青稞 HVA1和 blt4.9基因对模拟水分胁迫的响应差异及其在抗旱育种中的应用

为了解青稞 HVA1和 blt4.9基因在抗旱方面的作用及其差异,以青稞品种昆仑12号为材料,利用RT-PCR从8个候选内参基因( DHN1、 GAPDH、 Actin-1、 Actin-2、 18SrRNA-1、 18SrRNA-2、 TC139057和 PKABA)中筛选出在15%PEG模拟水分胁迫下表达稳定的基因,同时以筛选到的稳定表达的基因为参照,采用qRT-PCR技术研究青稞 HVA1基因和 blt4.9基因在模拟水分胁迫条件下的表达差异及在不同抗旱性青稞品种鉴定中的应用。结果表明:(1)筛选到1个在干旱胁迫下青稞叶片中能稳定表达的内参基因 TC139057;(2)在1%～30%PEG模拟干旱胁迫下,随着胁迫时间的延长,青稞 HVA1和 blt4.9基因表达量呈先增后降趋势,25%PEG处理下表达量最高,且在较低浓度PEG处理下基因表达量为 HVA1 blt4.9,而在较高浓度PEG处理下反之;(3)15%PEG处理1～144h,两基因表达量也呈先增后降趋势,胁迫48h后 HVA1基因表达量最高,胁迫96h后 blt4.9基因表达量最高,且处理前期基因表达量为 HVA1 blt4.9,后期反之;(4) 1～500μmol·L~(-1) ABA处理下,两基因表达量仍呈先增后降趋势, HVA1基因比 blt4.9基因敏感,且在较低ABA浓度下基因表达量为 HVA1 blt4.9,在较高浓度下反之;(5)获得转青稞 HVA1和 blt4.9基因拟南芥植株,其主要抗旱性生理指标优于野生型;且在较轻胁迫下,转 HVA1植株的生理指标优于转 blt4.9植株,而在较重胁迫处理下情况相反;(6)在模拟水分胁迫下,青稞叶片中两基因的表达量,抗旱性强的显著高于抗旱性弱的材料(P0.01),且较轻胁迫下 HVA1基因较敏感,反之 blt4.9基因敏感。本研究结果为 HVA1和 blt4.9基因在青稞抗旱育种中的应用奠定了基础。     

水分胁迫条件下不同抗旱类型小麦灌浆初期内源激素的变化

为了阐明不同抗旱类型小麦在水分胁迫条件下内源激素的变化规律,在防雨棚内的盆栽条件下,以两个不同抗旱类型的冬小麦品种为材料,采用干旱(V1,田间持水量SRWC=40%～45%)、干湿交替(V2,SRWC=40%～45%或80%～85%)和湿润(V3,SRWC=80%～85%)三种不同的水分处理,用ELISA方法测定了小麦在灌浆初期不同部位ABA、IAA、GA1 3、ZR等内源激素的含量.结果表明,在干旱条件下,旱地品种A115叶片ABA含量明显较高,但水地品种石4185根系和穗部ABA含量明显较高,水地和旱地品种对ABA反应部位明显不同;两品种IAA、ZR含量在根部和穗部有显著增加,且IAA和ZR含量增加的比例显著高于ABA.在干湿交替条件下,IAA、GA1 3和ZR含量增加,ABA含量降低.高秆旱地品种在茎秆和叶片中GA1 3的超补偿效应使株高和生物学产量明显增加.而矮秆水地品种石4185在各部位较高的GA1 3含量和积累,尤其是穗部较高的ZR含量显著提高了经济学产量.无论旱地品种A115还是水地品种石4185,在干旱条件下穗部的IAA含量都极显著高于干湿交替处理和湿润处理,说明水分胁迫使两种不同类型的品种穗部IAA含量都增加,而并非降低.在不同的水分条件下,旱地品种对IAA和GA1 3的反应要大于水地品种,而水地品种对ABA和ZR的响应要显著大于旱地品种.由此可见,在干旱条件下,促进细胞延长生长的IAA和促进细胞分裂的ZR和GA1 3对小麦生长发育起主要作用,根部产生大量的1AA促进根系下扎,吸收深层水分而缓解缺水压力.特别是穗部IAA、ZR和GA1 3的积累,有利于光合产物向籽粒的运转.说明促进生长的生长素类激素对抗旱和水分高效利用起着重要作用.     

小麦microRNA167e的特征及表达模式分析

MicroRNAs(miRNAs)是一类在植物发育调控和逆境胁迫响应过程中发挥重要功能的小RNA,为了探讨miR167e在小麦中的生物学功能,以小麦品种中国春、豫麦18和矮抗58为材料,利用RT-PCR技术克隆了小麦miR167家族基因新成员 MIR167e,并采用qRT-PCR技术分析了其时空表达特性及其对渗透胁迫的响应模式。结果将小麦 MIR167e基因定位在第5同源群染色体的短臂上,将该基因A、B和D基因组的三个部分同源基因分别命名为 TaMIR167e-5AS、 TaMIR167e-5BS和 TaMIR167e-5DS。序列分析显示,该miRNA前体区域在所检测品种间高度保守,3个部分同源基因间仅存在SNP差异,在成熟tae-miR167e对应区域完全一致。时空表达特性分析显示,tae-miR167e在籽粒发育过程中表达呈上调趋势,在不同组织间的表达差异较大,其中在3叶期,叶片和根系中表达量较高,种子中次之,穗下节中表达量最低;在干旱胁迫条件下,该miRNA受胁迫诱导而上调表达,与中国春相比,矮抗58根系中该miRNA的诱导表达启动更快,在叶片中的表达水平更高;在盐胁迫条件下,该miRNA在根系中呈下调表达趋势,而在叶片中上调表达。推测tae-miR167e在小麦发育调控和渗透胁迫响应过程中发挥重要功能。     

小麦 TaPLC1基因与耐热的相关性研究

小麦磷酸肌醇特异性磷脂酶C（phosphoinositide-specific PLC,简称PI-PLC）在小麦抗逆过程中具有重要作用。为研究 TaPLC1基因与小麦耐热性的关系,选用热敏感型品种中国春(CS)和耐热型品种TAM107,在一叶一心期用PI-PLC抑制剂U73122处理,在两叶一心期进行40 ℃热胁迫处理,对小麦植株的部分生理指标（MDA、SOD、叶绿素和可溶性糖含量）及 TaPLC1基因的表达模式进行测定。结果表明,在两个品种中,抑制剂处理较未处理的幼苗叶片MDA、SOD及可溶性糖含量均升高,叶绿素含量下降,中国春的变化幅度大于TAM107。 TaPLC1基因在两个品种中呈现不同的表达模式,但表达量均在热胁迫30 min达到最大值。随着热处理时间的延长,未经抑制剂处理的TAM107叶片中 TaPLC1的表达量变化幅度明显大于处理叶片,抑制剂处理的TAM107对热胁迫响应不显著;而未经抑制剂处理的中国春叶片中 TaPLC1的表达量变化幅度与抑制剂处理的叶片差异不显著,均在一定程度上响应热胁迫;未经抑制剂处理的叶片,TAM107中 TaPLC1表达量的变化幅度明显大于中国春。热胁迫后,中国春幼苗出现明显萎蔫现象,TAM107轻微萎蔫,停止热胁迫后,全部幼苗萎蔫逐渐恢复,而抑制剂处理的幼苗叶尖开始枯萎变黄,热胁迫处理4 h后第5天表型较为明显,品种之间枯萎变黄程度无明显差异。以上结果说明,抑制 TaPLC1基因的表达后,幼苗对热胁迫的敏感性增强,TAM107和中国春的耐热性可能与 TaPLC1的表达有关。     

青稞法尼基转移酶β亚基编码基因HbERA1的克隆及表达分析

ERA1(Enhanced response to ABA)基因编码法尼基转移酶(Farnesyl transferase)β亚基,该酶在干旱胁迫下对ABA信号负向调控因子的修饰起着关键作用。本研究以青稞(Hordeum vulgare subsp.vulgare)抗旱品种喜马拉雅10号为材料,利用RT-PCR技术克隆获得了ERA1基因全长cDNA序列,命名为HbERA1(登录号:KJ699392)。生物信息学分析表明,该基因全长1 401bp,可编码466个氨基酸序列,蛋白分子量为51.14kD,等电点为5.00。Prosite Scan分析结果表明,HbERA1含有多个干旱胁迫响应蛋白的作用位点,如酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点、N-糖基化位点、蛋白激酶C磷酸化位点及N-豆蔻酰化位点。利用实时定量PCR方法研究了HbERA1在干旱胁迫条件下及复水后不同时间点的表达情况,发现在水分过剩处理下(土壤绝对含水量15.5%),HbERA1在土壤绝对含水量为33.4%时表达量最高,并随着土壤绝对含水量的下降而下调表达;进行干旱胁迫后(15.5%)基因表达量也明显下调表达;复水后表达逐渐恢复,复水8h时超过正常表达水平,表明HbERA1基因可能参与调控水涝和干旱胁迫双重信号传导。     

小麦 TaCP3基因的克隆及其参与非生物胁迫的表达分析

半胱氨酸蛋白酶(cysteine protease,CP)是植物中重要的蛋白酶家族之一,广泛参与植物的各种生理过程;TaCP3属于papain-like(木瓜蛋白酶)家族的半胱氨酸蛋白酶,在小麦的生长发育及抗逆中起到重要作用。为研究 TaCP3基因的结构特征,以及在干旱、高盐、低温和高温胁迫下的表达情况,从小麦抗旱品种西农538中克隆了 TaCP3基因,该基因仅含1个1125 bp的开放阅读框,编码374个氨基酸,在蛋白氨基端有一个28个氨基酸残基组成的信号肽,羧基端具有木瓜蛋白酶亚家族的保守结构域。生物信息学分析表明, TaCP3与大麦和山羊草半胱氨酸蛋白酶基因相似性最高。同时,本研究构建了pcold-TF/TaCP3原核表达载体,通过转化大肠杆菌BL21(DE3),成功表达了TaCP3重组蛋白,分子量约为40 kD。qRT-PCR结果表明, TaCP3的表达对干旱、高盐、低温和高温胁迫均有响应,初始都呈先降后升的趋势;且对干旱胁迫有强烈的正向响应。     

小麦株高QTL的定位及对重要农艺性状的多效性分析

株高作为小麦育种的重要指标,对产量具有较大的影响。为进一步挖掘小麦株高的数量性状位点（quantitative trait loci,QTL）,本研究以扬麦12和偃展1号杂交得到的包含205个家系的重组自交系（recombinant inbred lines,RIL）群体为材料,利用小麦55K SNP芯片构建高密度遗传图谱,结合 3年共6个环境的表型数据对株高性状进行QTL定位分析。结果表明,在染色体2B（1）、4B（1）、4D（1）、5A（1）、5B（1）和7D（2）上共检测到7个与株高相关的QTL。QPh.yaas-4B、QPh.yaas-5A和QPh.yaas-7D.1的矮秆效应来源于扬麦12,其余4个QTL的矮秆效应来源于偃展1号。在6个环境下都能检测到的位点是QPh.yaas-4B和QPh.yaas-4D,对株高的贡献率分别14.50%~24.09%和19.01%~29.80%,经过比对发现,这2个QTL分别是Rht1和Rht2。QPh.yaas-5A在5个环境下被检测到,对株高的贡献率为3.29%~5.36%;QPh.yaas-2D和QPh.yaas-7D.2在4个环境中均被检测到,对株高的贡献率分别为3.45%~6.14%和3.16%~4.10%;QPh.yaas-5B和QPh.yaas-7D.1分别在2个和3个环境中被检测到,对株高的贡献率分别是2.27%~5.09%和2.72%~4.82%。QTL比较分析后发现,QPh.yaas-7D.1和QPh.yaas-7D.2可能是新的株高位点。研究Rht-B1和Rht-D1对千粒重、穗长和穗粒数的效应,发现Rht-B1位点对这些农艺性状无显著效应,Rht-D1位点仅对千粒重有显著效应,其株高增效等位变异可显著增加千粒重。在自然群体中验证Rht-B1和Rht-D1的效应结果与RIL群体结果一致。     

红粒春小麦穗发芽抗性鉴定及相关分子标记的有效性验证

为了筛选出能鉴定红粒小麦穗发芽抗性的分子标记及抗穗发芽的种质材料,检测了67份红粒春小麦品种(系)的发芽指数,并利用4个与穗发芽抗性相关的标记(Vp1B3、Xgwm155、Xwmc468和Xgwm397)对这67份品种(系)进行了PCR扩增,分析了扩增片段与发芽指数的关系.结果表明,在67个红粒春小麦品种(系)中,12...     

玉米突变体库创制及雄性不育突变体鉴定

通过钴60辐射诱变京科糯2000获得了一个糯玉米突变体库。从该突变体库中鉴定出71个不同类型的雄性完全不育的突变体。通过候选基因分析和表型-突变基因共分离鉴定,从无花粉突变体中鉴定到一个ms8突变体,一个花药缺失突变体鉴定为silky1突变体。两个突变体均表现出雄性完全不育,而营养生长和雌穗结实正常,适用于雄性核不育杂交制种技术的研究和应用。     

先玉335、郑单958和京科968抗虫能力的比较研究

以先玉335、郑单958、京科968为材料,以玉米螟(Ostrinia furnacalis)、黏虫(Mythimna separata)和禾谷缢管蚜(Rhopalosiphum padi)为供试昆虫,探究玉米品系大喇叭口期对玉米螟和黏虫及抽雄期对禾谷缢管蚜抗性差异,测定其主要抗虫化合物丁布类物质的含量。结果发现,京科968对玉米螟及禾谷缢管蚜抗性均高于另外两个品系;对黏虫的抗性,郑单958和京科968高于先玉335。大喇叭口期京科968中丁布类物质含量最高,抽雄期郑单958和京科968中主要丁布成分含量均高于先玉335,上述组织中丁布合成相关基因在郑单958及京科968中的表达量也均高于先玉335。本研究揭示杂交玉米抗虫性与抗性相关化合物含量及其相关基因表达间存在正向相关关系,为抗虫玉米分子育种提供理论参考。     

B9601-Y2溶磷解钾固氮能力及促玉米生长效果研究

为了明确淀粉芽孢杆菌B9601-Y2(Y2)的促生长机制,通过摇瓶培养,检测其溶磷解钾固氮活性;通过盆栽试验,探索Y2对玉米生长量和溶磷解钾量的影响。结果表明,在第7天时,Y2固氮量为2.9 mg/L,解钾量为13.5μg/mL;在第4天时,溶磷量达732μg/mL。与空白对照相比,Y2发酵液能增加玉米株高28.29%,根长27.21%,叶宽18.56%,鲜重80.93%,干重66.67%;提高土壤中速效氮、速效磷和速效钾含量分别为20.42%、111.01%和17.24%,提高植株氮、磷、钾含量45.46%、120.17%、68.45%。研究结果表明,Y2活化土壤中难溶性磷、钾和具有固氮能力,并能促进植株对氮、磷、钾营养的吸收利用。     

分子标记辅助小麦抗白粉病基因Pm21和Pm13聚合育种

为了获得同时具有抗白粉病基因Pm21和Pm13的材料,利用与抗白粉病基因Pm21和Pm13共分离或紧密连锁的分子标记SCAR1400、CINAU161650和SCAR564、BE398268,对分别含Pm21和Pm13的小麦品系杂交F2代进行检测。结果表明,在764个F2代单株中,能同时检测到显性标记SCAR1400和SCAR564的有404株,阳性率为52.9%,经标记CINAU161650和BE398268检测,同时携带纯合Pm21和Pm13的单株有47株,阳性率为6.15%,两个显性抗病基因在F2代群体中的分离比例符合孟德尔独立分配定律。获得的聚合单株可作为小麦抗白粉病育种的亲本资源。     

华山新麦草穗发芽抗性相关基因AIP2的克隆及其序列分析

为了挖掘和利用华山新麦草(Psathyrostachys huashanica,2n=14,NsNs)的优良基因,拓宽小麦穗发芽抗性基因资源,以华山新麦草为材料,采用同源克隆的方法克隆AIP2基因,利用生物信息学软件分析其基因结构及功能。结果表明,从华山新麦草中成功克隆AIP2基因,该基因的开放阅读框为840bp,编码279个氨基酸残基,结构域预测结果显示AIP2蛋白含有完整的Ring保守域,属于锌指环家族成员。AIP2的gDNA含5个外显子,4个内含子,华山新麦草AIP2氨基酸序列与感穗发芽小麦品种中优9507的AIP2氨基酸序列的相似性为84%,与中优9507相比缺失了44个氨基酸,与抗穗发芽的乌拉尔图小麦的AIP2氨基酸序列的相似性为80%,华山新麦草和乌拉尔图小麦都有氨基酸缺失,推测这些缺失的氨基酸可能与华山新麦草穗发芽抗性强有很大关系。本研究为小麦穗发芽抗性改良提供了新的候选基因。     

小麦TaDHN2基因及其启动子的克隆与功能研究

为给深入研究Ta DHN2基因在小麦抗旱机制中的作用机理奠定基础,并为进一步丰富小麦DHN基因研究内容提供参考,本研究通过筛选石麦15基因组BAC文库和BAC克隆测序方法克隆了Ta DHN2基因及其启动子,并对Ta DHN2基因序列特征、表达模式和启动子功能等进行了分析和探讨。结果表明,Ta DHN2基因含有1个88 bp的内含子,开放读码框长为696 bp,编码1个含有231个氨基酸的脱水素蛋白。Ta DHN2蛋白具有Y-segment、S-segment和K-segment结构域,属于YSK2类型脱水素蛋白。此外,该蛋白含有明显的核定位信号序列S-segment和基序RRKK。Ta DHN2基因受渗透胁迫诱导表达,在根和叶中表达模式类似,叶中表达量显著高于根中。Ta DHN2基因启动子序列长为2 025 bp,预测含有9个脱水响应顺式元件。在转基因拟南芥中,Ta DHN2基因启动子能够启动GUS基因表达,并在渗透胁迫下诱导GUS基因上调表达。以上结果说明,Ta DHN2基因为脱水响应基因,其启动子为渗透胁迫强诱导启动子。     

冷驯化和冷冻条件下不同抗寒性冬小麦品种三个COR基因表达差异的实时荧光定量分析

COR基因是含有CRT/DRE调控元件的一类冷响应基因,在植物抗寒耐寒过程中发挥着重要作用.为了分析不同抗寒性的冬小麦品种中COR基因表达的差异,明确在抗寒中起关键作用的COR基因,本实验以抗寒品种东农冬麦1号和不抗寒品种济麦22为材料,设定一系列低温处理,用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析低温下Wrab17、Wcor80和Wcs120三个基因的表达差异.结果表明,在所有冷处理中,这三个基因在抗寒品种东农冬麦1号的相对表达量均比不抗寒品种济麦22高,上调表达时间更长,响应时间更短.处理组和对照组中也出现较大差异,在某些处理组中的相对表达量明显更高.其中冷驯化处理8～12 h和冷冻处理4h时Wrab17在东农冬麦1号中分别上调表达11.2、14.7和26倍,同时期同处理的济麦22中此数值分别为2.7、6.2和4.3倍;冷冻处理6h时Wcor80在东农冬麦1号中上调表达6.5倍,在济麦22中则出现小幅下调;冷驯化处理1h后Wcs120在东农冬麦1号中上调8.7倍,在济麦22中未发现上调表达.     

Effect of planting date and inoculum level on incidence and severity of powdery scab on potato

Summary Powdery scab incidence and severity was examined on six potato cultivars planted at two different dates in a naturally infested field. There were two sub-plots; one where seed was exposed prior to planting to spores ofSpongospora subterranea from scabby peels, which were then added to the furrow at planting, and another where seed was exposed only to natural inoculum within the field. The later planting data reduced incidence and severity, but there were no differences between sub-plots. All cultivars became infected, but ‘Rosa’ was the most susceptible and ‘Katahdin’ the most resistant. Contribution No. 1720, Department of Plant Pathology, The Pennsylvania Agricultural Experiment Station. Authorized for publication September 22, 1988 as Journal Series Paper No. 8007.