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。     

小麦 TaGF14m基因的克隆及其盐胁迫响应分析

14-3-3蛋白家族在真核生物中广泛存在且高度保守,可结合多种靶蛋白参与植物代谢、发育以及胁迫响应等多种生理过程和信号途径。 TaGF14m基因是14-3-3基因家族成员之一。本研究以中国春为材料,对其进行了克隆和分析,并通过在拟南芥中过表达,分析该基因在盐胁迫下的功能。结果表明, TaGF14m基因含有5个外显子和4个内含子,开放阅读框为789 bp,编码262个氨基酸;小麦幼苗叶片中 TaGF14m基因在盐胁迫下上调表达;与野生型拟南芥相比,过表达 TaGF14m的转基因拟南芥在盐胁迫下生长受到明显抑制,根长也显著变短;SOS途径相关基因表达分析显示, TaGF14m基因可能通过SOS途径负调控盐胁迫耐受性。     

小麦G6PDH基因家族的鉴定与表达分析

葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)是磷酸戊糖途径中的关键限速酶,在植物生长发育及非生物胁迫响应中发挥重要作用。本研究利用生物信息学对小麦 G6PDH基因家族成员进行鉴定,并对该家族基因编码蛋白的理化性质、进化关系、亚细胞定位、基因复制事件以及在不同组织和不同胁迫下的表达模式进行分析。结果表明,在小麦基因组中共鉴定到14个 G6PDH基因家族成员,分布在小麦2A、2B、2D、4A、4B、4D、6A、6B和6D染色体上,其中5个基因编码的蛋白为胞质型,9个为质体型。亚细胞定位预测表明,胞质型G6PDH蛋白主要定位于细胞质上,而质体型G6PDH蛋白主要定位于叶绿体上。根据系统进化和保守结构域特征,可将14个小麦G6PDH蛋白分为Cy、P0、P1和P2四个亚组。共线性分析表明,小麦 G6PDH基因家族成员存在17对片段重复基因。RNA-seq分析结果表明,小麦 G6PDH基因家族成员在不同组织中存在明显的表达差异,其中 TaG6PDH1-2A/2B/2D基因在根中的表达量最高; TaG6PDH2-2A和 TaG6PDH2-2B基因在干旱胁迫后1 h以及热胁迫后6 h均上调表达。进一步利用qRT-PCR检测6个小麦 G6PDH基因在干旱和盐胁迫下的表达模式,发现分别有5个基因在小麦根中均上调表达,推测小麦 G6PDH基因在非生物胁迫响应过程中发挥着重要功能。     

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。     

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。     

转RD29A:DREB1A融合基因小麦的获得及其抗旱性研究

为了提高小麦的抗旱能力,通过转基因将拟南芥 RD29A:DREB1A转入到小麦品种陇春30中,成功获得三个单拷贝本底DREB1A蛋白低表达水平的纯合转基因家系,并在干旱胁迫下测定了其生理指标及产量相关农艺性状。结果表明,与陇春30相比,转基因小麦的脯氨酸和可溶性糖含量以及SOD、CAT和POD活性都显著提高,H₂O₂含量、MDA含量和相对导电率均显著降低,株高、穗长、穗粒数、千粒重、地上生物量显著增加,说明 RD29A:DREB1A外源基因的导入能够显著增强陇春30的抗旱性。     

小麦木瓜类半胱氨酸蛋白酶基因TaRD21的克隆及赤霉病菌诱导下的表达分析

木瓜类半胱氨酸蛋白酶（PLCPs）作为一类重要的蛋白水解酶,在植物生长发育以及胁迫应答过程中都发挥着重要作用。本研究从抗、感赤霉病小麦品种差异表达基因谱中获得1个注释为RD21 Cysteine proteases的EST（表达序列标签）,以此序列检索小麦最新基因组数据库并设计引物,从小麦中克隆到3个基因,分别命名为TaRD21-2A、TaRD21-2B和TaRD21-2D,属于PLCPs RD21家族。序列分析表明,3个基因的开放阅读框长度分别为1 410、1 428和1 419 bp,分别编码469、475和472个氨基酸。序列比对发现,3个基因的序列相似性为89.3％,所编码蛋白的氨基酸序列相似性为95.6％。系统进化分析表明,TaRD21-2A、TaRD21-2B和TaRD21-2D蛋白的同源性较高,且与乌拉尔图小麦TuRD21A蛋白聚为一类。qRT-PCR分析表明,3个TaRD21基因均受水杨酸(SA)、乙烯利(ETH)以及赤霉病菌诱导表达;感病品种中,TaRD21-2A对SA和赤霉病菌的响应更迅速,且表达量较高;抗病品种中,TaRD21-2B和TaRD21-2D基因对ETH的响应更迅速。     

玉米自交系X178、掖478授粉前后miRNA表达差异分析

基于HiSeq高通量测序技术并结合生物信息学方法对X178、掖478两种材料授粉前后两个时期穗已知miRNA及靶基因进行分析。结果发现,X178授粉前后差异表达miRNA有100个,分别属于21个miRNA家族;掖478授粉前后共筛选出98个有差异的miRNA,分别属于22个miRNA家族。利用miRNA与靶基因mRNA负调控关系初步确定授粉前后miRNA可能调控的mRNA靶点,建立miRNA-靶mRNA一一对应关系。结果表明,X178中上调表达的13个miRNA对应11个下调表达靶基因,下调表达的33个miRNA对应41个上调表达靶基因;掖478中上调表达的5个miRNA对应7个下调表达靶基因,下调表达的28个miRNA对应33个上调表达靶基因,其中,6个miRNA家族共靶向11种mRNA。研究结果表明,在授粉前后玉米穗中已知miRNA在不同玉米自交系中种类具有差异。     

冬小麦东农冬麦1号miR5049-3p和miR1120a前体与靶基因的克隆及低温和ABA作用下的表达调控

为研究外源ABA对miRNA响应低温胁迫的影响,利用实验室已有的冬小麦品种东农冬麦1号miRNA库,通过生物信息学手段筛选出了与糖代谢相关差异表达的miR5049-3p和miR1120a,预测出其靶基因分别为 6PGL（6-磷酸葡糖酸内酯酶基因）和FBA（果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因）。生物信息学分析表明,两种miRNA的前体序列均能形成稳定的茎环结构,但其成熟体的碱基保守性较差,它们的启动子序列包含多种响应环境因子的顺式作用元件。经qRT-PCR分析,随着温度的降低,miR5049-3p和miR1120a分别与其靶基因呈负相关调控;外源ABA处理后,随着温度的降低,miR5049-3p和miR1120a的表达量皆呈“升-降-升”的趋势,其靶基因表达则相应明显降低,表明mi5049-3p和miR1120a可能分别负向调控靶基因 6PGL和FBA,进而介导糖代谢途径来响应低温胁迫。     

铜麦6号苗期耐高铵与耐盐特性的鉴定及TaGS基因的表达模式分析

为鉴定小麦品种铜麦6号的耐高铵及耐盐特性,对铜麦6号、中国春及抗逆性较强的烟农19、三抗10号、矮优王、烟农21、山农25的发芽势和发芽率进行测定,发现铜麦6号的耐铵指数位列第一,耐盐指数位列第二。以中国春为对照品种,在高铵、高盐及其双重胁迫处理下,测定其苗期的叶片鲜重、根鲜重、主根和第一叶叶片长度以及根冠比,发现高铵、高盐及其双重胁迫处理7 d后,铜麦6号的上述指标均不同程度高于中国春(除铜麦6号的根冠比在高盐处理1 d后低于中国春外),说明铜麦6号具有较强的耐高铵和耐高盐特性。进一步采用qRT-PCR检测小麦苗期谷氨酰胺合成酶TaGS基因家族成员(根中TaGS1;1、TaGS1;2和TaGS1;3基因以及叶片中TaGS2基因)的表达模式,发现高铵、高盐及其双重处理均可诱导铜麦6号苗期TaGS基因上调表达,且高盐处理下上调表达更明显,其中除高铵与高盐双重处理7 d后的TaGS1;2基因以及高铵和高盐处理1 d后的TaGS2基因在铜麦6号中的表达量低于中国春外,其他三种处理不同时间点铜麦6号中这两个基因的相对表达量均不同程度高于中国春。这些结果说明,铜麦6号苗期TaGS基因家族与其耐高...     

小麦品种郑麦7698耐强光高温的生理机制

为了阐明小麦品种郑麦7698耐强光高温的生理机制,以黄淮南片麦区区域试验对照品种周麦18和大面积推广品种矮抗58为对照,研究了该试验材料在强光、高温、强光高温交叉胁迫下的生理特性。结果表明,3种逆境对小麦叶片光合功能的影响程度依次为强光高温强光高温,且3个品种的耐强光高温特性存在显著差异。3种逆境胁迫处理下,郑麦7698的光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、光化学猝灭(qP)的下降幅度均显著低于周麦18和矮抗58,相对电导率、丙二醛(MDA)含量、超氧阴离子生成速率、过氧化氢含量的上升幅度显著小于周麦18和矮抗58,超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性在逆境下的上升幅度显著高于周麦18和矮抗58,表现出较好的耐强光高温特性。综合分析表明,郑麦7698之所以较周麦18和矮抗58具有更好的耐强光高温特性,是因为其在逆境下具有较高水平的抗氧化酶活性,可有效清除活性氧类物质,降低其光合机构受损程度,从而维持较高水平的光合效率。     

小麦逆境胁迫基因TaSKIP的克隆、定位及初步表达分析

非生物逆境是小麦生长、发育及产量形成的主要限制因子之一。为揭示小麦抗逆胁迫响应机制,并为培育转基因抗逆种质奠定基础,本研究利用同源克隆的方法从普通六倍体小麦中国春中克隆出TaSKIP基因并进行序列分析及基因定位,同时对TaSKIP基因在PEG6000胁迫下的表达模式进行分析。结果表明,共克隆得到3个TaSKIP基因,其中2个基因被定位于6A和6D染色体上。序列分析表明,TaSKIP-6A编码区长为1 827bp,编码608个氨基酸,TaSKIP-B和TaSKIP-6D编码区长均为1 824bp,编码607个氨基酸。氨基酸序列比对分析表明,小麦TaSKIP蛋白与水稻、玉米和大麦等禾本科植物SKIP蛋白的同源性均大于88%,而且含有相同的SKIP/SNW结构域。实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,qRTPCR)检测结果表明,TaSKIP在模拟干旱胁迫条件下表达量上调,暗示该基因在小麦非生物逆境胁迫响应中起重要作用。     

盐胁迫下钾吸收途径的抑制对小麦叶片K~+、Na~+含量的影响

为研究盐胁迫下小麦维持钾、钠平衡的生理机制,以耐盐小麦沧麦6005和盐敏感小麦矮抗58为材料,利用TEA、NEM、Ba(NO_3)_2三种药物分别抑制钾离子通道、钾载体及非选择性阳离子通道,测定正常及盐胁迫下小麦叶片K~+、Na~+含量,比较耐盐性不同的小麦品种在K~+、Na~+吸收中的差异。结果显示,盐胁迫下,沧麦6005和矮抗58叶片K~+含量下降,Na~+含量增加;沧麦6005叶片Na~+含量低于矮抗58,K~+/Na~+比值高于矮抗58。正常条件下,NEM、TEA处理均可降低沧麦6005和矮抗58叶片K~+含量,NEM处理较TEA处理效果更为明显;TEA处理显著降低了盐胁迫下矮抗58叶片K~+含量,而NEM处理则明显降低了盐胁迫下沧麦6005的叶片K~+含量;TEA、NEM、Ba(NO_3)_2处理降低了盐胁迫下矮抗58叶片Na~+含量,仅NEM处理降低了沧麦6005叶片Na~+含量。综上所述,正常条件下,钾载体是小麦K~+吸收的主要方式;盐胁迫下,耐盐品种和盐敏感品种K~+吸收途径不同,耐盐品种的NSCCs和钾离子通道具有更强的"拒钠"能力。     

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。     

冬小麦miR398前体的克隆及其在低温条件下对靶基因CSD1表达的调控

miR398是受逆境胁迫负调控的miRNA,其靶基因CSD编码超氧化物歧化酶(SOD),使植物抵御活性氧(ROS)的毒害。为进一步了解低温胁迫下miR398的调控机制,从东农冬麦1号中克隆小麦miR398前体,构建过表达载体并转化拟南芥,用Real-time PCR检测T0代植株中小麦miR398及其靶基因CSD1在低温胁迫下的表达量。结果表明,随着低温胁迫时间的延长,miR398表达下调、CSD1基因表达上调,认为小麦miR398能响应低温胁迫、负调控CSD1基因表达,间接提高了拟南芥的抗寒性。     

小麦冷休克蛋白基因TaCSP的克隆及表达分析

为深入研究小麦冷休克蛋白(cold shock proteins,CSPs)基因,根据大肠杆菌(E.coli)CSPs蛋白保守氨基酸序列,借助生物信息学技术检索小麦EST序列,采用同源序列法拼接了小麦3个冷休克蛋白基因,并以小麦叶片总RNA为模板,采用RT-PCR对其进行扩增;同时,采用荧光定量PCR对3个基因的组织表达特性以及ABA、低温、高温、干旱和盐胁迫条件下的表达模式进行了研究。结果表明,小麦3个冷休克蛋白基因TaCSP1、TaCSP2和TaCSP3全长分别为290、374和377bp,各编码69、69、80个氨基酸残基。序列分析表明,TaCSP1、TaCSP2和TaCSP3之间氨基酸相似性为72.9%~84.3%,与大肠杆菌来源CSPs的相似性为40.0%~79.7%。荧光定量PCR表达谱分析显示,TaCSPs在抽穗期小麦的根、茎、叶和幼穗中均能表达。胁迫分析表明,3个冷休克蛋白基因在小麦幼根中的表达,在低温和ABA处理下,表现为早期诱导、后期抑制,在高温、干旱和盐胁迫下,则表现为早期抑制、后期有所恢复。克隆获得的小麦3个冷休克蛋白基因在根组织中强烈表达,并受ABA和冷胁迫诱导,推测其在小麦抵御逆境胁迫过程中发挥重要作用。     

砂质潮土区不同小麦品种的施钾效应

为给砂质潮土小麦生产中合理施钾提供理论依据,在河南省新郑砂质潮土上设置0kg·hm-2(K0)、60kg·hm-2(K1)、120kg·hm-2(K2)、180kg·hm-2(K3)和300kg·hm-2(K4)5个施钾(K2O)水平,以小麦品种矮抗58和豫农035为材料,研究了钾肥对不同小麦品种籽粒产量、蛋白质含量、氮钾养分累积、钾肥利用率等指标的影响。结果表明,随着施钾量的增加,冬小麦籽粒产量和蛋白质含量均呈先增加后降低的趋势,其中矮抗58和豫农035籽粒产量分别在K2、K3时达到最高;钾肥农学效率随着施钾量的增加而降低,在施钾量低于K3时,矮抗58的钾肥农学效率显著高于豫农035;施钾可促进两个品种对氮和钾的吸收,其中矮抗58、豫农035氮素积累量分别于K2、K3下达到最大,钾素积累量均在K3下最大,同一施钾处理下矮抗58的吸氮量、吸钾量明显高于豫农035;两个品种的钾肥利用率均以K1处理最高,在施钾量低于K3时,矮抗58的钾肥利用率显著高于豫农035。在本试验条件下,矮抗58对钾肥反应优于豫农035,适宜在砂质潮土条件下推广应用,推荐施钾量为120kg·hm-2。