不同磷效率小麦品种的光合特性及其生理机制

以典型的不同磷效率小麦品种为材料,对磷低效（L）、吸收高效（Ha）和利用高效（Hu）品种的光合特性及其生理机制进行了研究。随着叶片生长进程,供试品种旗叶CO₂传导参数气孔导度（G_s）、叶肉导度（G_m）和碳酸酐酶（CA）活性,春4叶和旗叶叶绿素含量（Chl）、可溶蛋白含量（SP）、叶绿体无机磷（P_i）浓度和Mg²⁺-ATPase活性以及光合速率（P_n）均不断降低。光合暗反应关键酶RuBPCase活性则以叶片全展后15 d较高,叶片全展时次之,全展后30 d最低。在缺磷条件下,春4叶和旗叶各测定时期上述参数均以L较低,Ha和Hu较高。表明磷高效小麦品种（Ha和Hu）叶片光合碳同化作用的相对提高,是其光合器官捕光能力较强、光合作用的气孔限制和非气孔限制程度较低和暗反应速率较高综合作用的结果。叶片全展后15 d的RuBPCase活性及单位RuBPCase蛋白的比活性较叶片全展时有所增加,暗示着在叶片老化过程中或在磷营养逆境胁迫条件下,植物体内部分代谢酶类,如RuBPCase,存在着一定的自我调节和保护机制以维持自身功能。     

小麦种质N9134抗白粉病基因的SSR标记和染色体初步定位

普通小麦种质N9134含有野生二粒小麦AS846的抗白粉病基因,该种质对陕西省关中地区白粉病流行小种关中四号表现高抗。用高感小麦白粉病的普通小麦品种陕160和陕优225与N9134杂交,F1代对白粉病表现高抗,F2代抗病和感病植株的比例符合3∶1, 表明N9134苗期白粉病抗性由1对完全显性基因控制,暂定名为PmAS846。采用66个小麦SSR     

小麦大粒突变体的SSH文库构建及分析

为了获得控制小麦籽粒大小的相关基因,本研究以小麦大粒突变体8008和烟农15为材料,利用抑制消减杂交技术,构建抑制消减cDNA文库。在双向库中随机挑取20个阳性克隆进行测序,共获得24条EST序列。在GenBank数据库中进行Blast比对和功能分析,12条EST与已知功能基因高度同源,主要包括光合作用相关基因、物质代谢相关基因、RNA功能相关基因等;5条EST序列与未知功能的禾本科作物cDNA片段高度同源,7条EST未能找到同源性匹配。     

富集小麦磷胁迫响应基因的cDNA差减文库构建和部分ESTs的功能鉴定

植物在形态学和生化代谢水平上对低磷胁迫逆境的响应,是特异表达基因在时空上精细协同作用的结果.以前期工作中鉴定的磷高效小麦品种石新828为材料.构建了富集不同低磷处理时间点特异表达基因的根系cDNA差减抑制杂交文库.获得的克隆总数为2 682个.对随机选取的文库克隆研究发现,克隆中插入的片段长度为250～750 bp.测序结果和功能比对发现,具有功能比对结果的克隆比例为70%,其中部分分别与小麦、大麦、水稻、玉米和拟南芥等植物种属高度同源,参与转录调控、蛋白质合成和代谢等多个生物学过程.该富集低磷胁迫响应基因文库为进一步鉴定小麦响应磷胁迫逆境的基因调控网络和克隆重要的磷高效相关基因奠定了坚实的基础.     

小麦幼苗水分胁迫应答基因表达谱分析

利用抑制差减杂交技术,分别构建小麦幼苗在水分胁迫1 h、6 h、12 h、24 h和48 h条件下的cDNA文库,得到6 733条EST序列。通过对这些序列的组装、比对、注释和分类,初步构建了小麦不同水分胁迫条件下的应答基因表达谱,发现水分胁迫应答基因表达的时间特性及4种表达模式。在648个已知功能注释的uni-gene中,6.17%属转录因子类基因,2.16%为蛋白磷酸酶类基因,4.01%是蛋白激酶类基因,19.90%为避免损伤和修复蛋白类基因,2.0%为大分子保护因子类基因,9.11%为膜蛋白类基因,这些基因可能是抗旱相关的重要基因。     

小麦高效吸收和利用磷素的生理机制

以典型的不同小麦磷效率品种为材料,对磷高效小麦品种高效吸收和高效利用磷素的生理机制进行了研究。结果表明,在缺磷条件下,与低效型品种（L）相比,吸收高效型品种（Ha）和利用高效型品种（Hu）较高的籽粒产量,分别与各自较强的磷吸收能力和磷利用效率密切相关。在缺磷条件下,单株次生根数以Ha最多,次生根系粗度（根系半径）和单位土体根系干重均以Ha最大,Hu次之,L最小。在拔节期、抽穗期和灌浆中期的根系TTC还原力、可溶蛋白含量和根系分泌的酸性磷酸化酶（APase）活性均以Ha最高,Hu次之,L最低。随着生长进程,叶片的APase活性不断增加,在缺磷条件下,各测定时期均以Hu最高。可见Ha在磷胁迫下对磷素吸收量的增加,是根系形态和根体构型改变、土壤中难溶性磷活化效率增加的结果;Hu磷利用效率的提高,一定程度上是其叶片较高APase活性相对改善植株磷的代谢周转和再利用能力所致。     

铝胁迫对小麦的影响及小麦的抗铝机理

简要概述了铝胁迫对小麦的影响及小麦的抗铝机理。小麦根主要吸收单核铝且主要积累于0～5mm根尖处。在铝胁迫下，小麦细胞对Ca^2＋和Mg^2＋等元素的净吸收量减少，细胞中游离脯氨酸含量增加，液泡膜中Ca^2＋-ATP酶、H^＋-ATP酶活性和磷脂的含量下降。线粒体中Ca^2＋-ATP酶、H^＋-ATP酶和焦磷酸酶活性也下降。小麦通过增加有机酸、磷酸、蛋白质、已糖、糖醛酸的分泌，增加钙、磷的含量，提高根际pH覆保持低水平的渗透势来抵抗铝毒。     

利用cDNA-AFLP技术分析小麦应答低磷胁迫的特异表达基因

以磷高效小麦品种石新828为材料,采用cDNA-AFLP技术,鉴定了短期(1~6 h)、中期(12~48 h)和长期(72~144 h)低磷胁迫根系特异上、下调表达基因的表达序列标签(EST)。共有非重复的上调ESTs 142个,下调ESTs 94个。胁迫下的前者分别含短、中和长期23、53和66个;后者分别含短、中和长期17、39和38个。对其功能比对发现,上调ESTs在功能上归属于信号转导、转录调控、代谢、逆境响应、发育、物质运输、脂类代谢和功能未知等类别,下调EST除上述类别外,还含有蛋白质合成和降解等类别。部分转录因子基因(如水稻OsPTF1和拟南芥ZAT10高度同源的转录因子基因)、促分裂原激酶基因MAPK1a、钙依赖蛋白激酶基因CPK1A和蛋白激酶基因(如serine/threonine kinase)、高亲和磷转运蛋白基因(PHT3和PT2)、过氧化物酶基因(如peroxidase 73)和谷胱甘肽-S-转移酶基因(glutathione S-transferase),受到低磷胁迫的特异增强诱导,在改善小麦植株对低磷胁迫的适应能力中可能具有重要作用。研究表明,小麦对低磷胁迫的响应,在分子水平上存在着植株感受低磷胁迫信号和信号转导、进一步在生理生化方面对胁迫信号产生应答等复杂的过程。     

杉木木质化过程特异表达基因文库的构建与分析

研究木质部木质化过程及其生物学特性对于了解木本植物水分和矿物质的吸收及运输机制、木材形成的遗传控制、改良材性及提高木材生长量具有十分重要的意义。为了获得杉木木质化过程中特异表达的基因,本研究利用抑制差减杂交技术,以杉木突变体独干杉无性系为测试方(Tester),正常的句容0号无性系为驱动方(Driver),构建了正向和反向两个差减文库,分别获得了618和409个克隆。利用通用引物T7和SP6进行PCR及EcoRⅠ酶切鉴定文库重组子,结果证明所构建的文库符合要求,具有代表性。该文库的成功构建为获得杉木木质化过程中特异表达的基因及深入了解木本植物木质化的机理奠定了基础。     

莫迦小麦(Triticum macha L.) T型恢复基因Rf3和K型不育基因rfv1的连锁关系

为进一步明确莫迦小麦(Triticum macha) T型恢复基因Rf3与K型不育基因rfv1的连锁关系, 利用T型细胞质背景(T504A/Tm3314 F₂代和T504A//KTm3314A/90(13)21杂交分离群体)的可育株在K型细胞质下的育性测交分析, 明确了来自莫迦小麦的这2个基因连锁并不紧密, 交换值约为16.54%。可利用T型主效恢复基因Rf3提高含有T型主效恢复基因和K型主效不育基因的基础材料的选择效率。     

干旱胁迫下棉花SSH文库构建及其抗旱相关基因分析

以耐旱自交系邯郸177为材料,利用抑制性差减杂交技术(SSH),构建棉花苗期叶片的正向差减文库。挑取300个阳性克隆进行PCR验证,并对验证后的单克隆进行测序和分析,共获得284个有效序列。聚类后得到202条uniESTs序列,其中174条singlets,28条contigs。经过BlastN分析,156个unigene可以在GenBank中找到同源序列,46个unigene未能找到同源匹配。经BlastX分析,40个unigene与未知功能蛋白或假定蛋白有较高相似性,116条unigene与已知功能蛋白有较高同源性。用KOBAS系统将33个unigene定位到55个Pathways中,其中P值小于0.5的Pathway有23条。初步分析发现, 丙酮酸盐代谢(pyruvate metabolism)途径、乙醛酸和二羧酸代谢(glyoxylate and dicarboxylate metabolism)途径与棉花抗旱相关性较大。这些unigene基因涉及信号传导、能量代谢、蛋白质代谢、核酸代谢、光合作用及膜运输等代谢过程。发现了苹果酸合成酶基因(Ms1, 001_B03; Ms2, 003_E04)、苹果酸脱氢酶基因(Md1, 001_C12; Md2, 002_F01);NAC(001_C08)、锌指蛋白(zfp, 003_C06)、BZR1/BES1(003_G04)等转录调节因子,以及翻译控制肿瘤蛋白基因(TCTP,002_C04)等耐旱相关基因。     

干旱胁迫下油菜消减文库的构建及分析

以抗旱能力强的油菜Holiday为材料,以干旱处理的样品为Tester,正常水分管理(对照)为Driver构建干旱诱导的甘蓝型油菜叶片正向抑制性消减杂交 (SSH)文库。随机挑选24个阳性克隆进行PCR验证,结果表明,其中23个含有插入片段,平均大小在750 bp左右。将96个阳性克隆测序,并拼接和去除冗余,获得重叠群4条,单拷贝序列82条,平均长度为542 bp。经BlastX程序比对蛋白数据库发现,11条EST没有找到同源性序列,75条有同源序列。KOBAS分析发现,28条EST被定位到67条代谢途径中,根据P值推测,光合中的碳固定、有氧呼吸的电子供体、氮代谢、乙醛酸和二羧酸代谢在植物干旱胁迫中发挥着极为重要的作用。这些EST涉及到的功能中所占比例最大的分别是细胞器(58.82%)、结合(30.77%)和新陈代谢过程(43.72%),表明甘蓝型油菜面对干旱胁迫时,细胞器组件上的功能发挥了重要的作用,结合基因和蛋白被激活,加强了新陈代谢。     

抑制性差减杂交(SSH)技术在分离植物差异表达基因中的应用

抑制性差减杂交技术（SSH）是基于抑制PCR作用的cDNA差减杂交，是在转录水平上研究差异基因表达的技术。该技术在一个循环过程中完成差异表达基因丰度的均等化及目标群体和对照群体中相同基因的去除，从而实现差异表达基因的高度富集。一个典型的SSH过程，可在一个差减杂交过程中将稀有基因序列富集上千倍。本文通过详细分析该技术在植物差异表达基因分离中的应用发现：SSH技术主要用于分离组织特异性表达和诱导型表达的基因。首先，SSH技术广泛应用在分离植物发育过程中不同发育阶段和不同组织器官中的组织特异性表达的基因，为揭示植物生长发育过程的分子机理提供了有效手段；另外，在不同植物中，该技术被大量应用于分离各种生物及非生物胁迫条件下诱导表达的抗性相关基因，可以揭示植物抗逆的分子机理。目前，SSH技术己开始应用于分离与次生代谢产物合成相关的基因。SSH技术是分离植物差异表达基因，揭示植物复杂生命现象分子机理的有效方法，将在植物差异表达基因研究中得到更广泛的应用。     

光周期基因在我国小麦品种中的多态性分布

为了明确光周期基因显隐性组成在我国小麦品种中的分布情况,利用小麦光周期基因Ppd-A1、Ppd-B1和Ppd-D1的STS分子标记,对我国180份小麦品种进行分子标记检测。结果显示,所有供试材料在B1位点均检测为隐性Ppd-B1b。在A1位点,仅有扬麦11品种检测为显性Ppd-A1a(0.6%),其余检测材料均为隐性Ppd-A1b;在D1位点,有5份材料检测为隐性,其余175份材料检测均为显性Ppd-D1a(97.2%)。对所有材料进行基因型统计分析,发现我国品种主要存在Ppd-A1b/Ppd-B1b/Ppd-D1b、Ppd-A1b/Ppd-B1b/Ppd-D1a和Ppd-A1a/Ppd-B1b/Ppd-D1a几种基因型。研究结果表明,我国小麦品种的光周期不敏感特性主要是Ppd-D1位点的变异,在Ppd-A1、Ppd-B1位点的变异较少。     

辣椒育性恢复相关基因消减文库的质量分析

本试验对构建的辣椒育性恢复相关基因的消减cDNA文库进行质量分析.通过对文库构建过程中的各个环节,包括总RNA的提取,mRNA的分离纯化,RasⅠ酶切,接头连接,消减效率检测以及菌落PCR等,进行分析和评估,证明利用抑制消减杂交技术(SSH)所构建的消减文库是准确可靠的,富集了大量与辣椒育性恢复相关的基因,为进一步精确筛选、克隆、分析辣椒育性恢复相关基因奠定了基础.     

小麦抗白粉病基因的分子标记检测及其抗性评价

为了解小麦抗白粉病基因的组成类型以及分布状况,以加快小麦育种进程.本研究收集260份小麦作为亲本材料,根据已开发的小麦白粉病抗性基因Pm2、Pm4、Pm13和Pm21J的分子标记对其进行辅助标记鉴定.统计结果显示,260份亲本材料中,有124份材料含有Pm2单基因(占47.690/01;1份材料含有Pm13单基因(占0.38%);10份材料含有Pm2+Pm4聚合基因(占3.84%);7份材料含有Pm2+Pm13聚合基因(占2.69%);4份材料含有Pm2+Pm21聚合基因(占1.54%1;其余114份材料经上述4种标记检测没有发现相应的带型.结合田间自然诱发鉴定的结果表明:含有Pm2单基因的材料抗性不稳定,含有Pm2、Pm4、Pm13和Pm21聚合基因的材料抗性稳定,其余没有检测出上述相应标记带型的材料中也存在抗性优异的材料,但其抗病机理还需进一步研究,以期为小麦抗病育种提供新的抗源.     

黏类小麦育性相关基因SSH文库的构建

为了深入研究黏类小麦雄性不育的分子遗传机制, 利用抑制差减杂交技术构建了黏类小麦育性相关基因的cDNA文库。文库质量检测表明, 差减杂交效率较高, 质量较好。在不育和可育cDNA文库中随机挑选120个阳性克隆进行测序, 获得100余条高质量的表达序列标签(EST)。对序列进行BLAST比对及功能注释, 比较了不育和可育cDNA文库的基因表达谱, 发现在可育cDNA文库中参与能量代谢的基因出现频率较高, 在不育cDNA文库中检测到了与花发育调控相关的MADS-box转录因子、细胞凋亡相关的泛素结合酶及阻遏淀粉合成的腺苷二磷酸葡萄糖磷酸化酶等相关基因。这些基因很可能与育性相关。     

120份小麦品种(系)重要性状功能基因的KASP检测

为了解120份小麦品种(系)重要性状功能基因的组成,本研究利用高通量的KASP标记技术对株高、抗叶锈病、抗条锈病、抗赤霉病、抗穗发芽和加工品质等性状相关的基因进行了检测。结果表明,供试材料的株高基因组成包含5种类型,分别是Rht-B1a/Rht-D1a (1份)、Rht-B1a/Rht-D1b (58份)、Rht-B1a+160/Rht-D1a (2份)、Rht-B1a+160/Rht-D1b (30份)和Rht-D1a/Rht-B1b (29份)。在抗病性方面,有69份材料含抗叶锈病基因Lr14a,3份材料含Lr68基因;抗叶锈病基因Lr21和Lr34、抗赤霉病基因Fhb1、抗条锈病基因Yr15在供试材料中均未发现。在抗穗发芽方面,68份材料为TaMFT-A1基因的Jagger-type抗穗发芽单倍型,21份材料为TaMoc-A1基因的Hap-H抗穗发芽单倍型,22份材料为TaSdr-D1基因的TaSdr-D1a抗穗发芽单倍型,84份材料为TaPHS1基因的Rio Blanco type抗穗发芽单倍型。在品质方面,83份材料为非1B/1R易位系,20份材料含高分子量麦谷蛋白亚基5+10,供试材料均不含Bx7OE。上述结果表明,对常规育种手段育成的高代品系进行KASP标记辅助选择可作为一种重要的分子育种策略,能显著地提高小麦育种效率。     

不同基因型小麦对低氮胁迫的生物学响应

采用溶液培养法,研究了不同基因型春小麦（加春1、2、4号）根系对低氮胁迫的生物学响应、苗期氮素吸收、分配的基因型差异以及与根系形态之间的相关关系。结果表明,在低氮胁迫下,小麦的根重、根长、根条数、根系总吸收面积与活性吸收面积、根系活力均明显降低,但不同基因型间差异明显,加春2号根系具有较好的形态学与生理