氮胁迫下小麦叶片转录组分析

氮素是小麦生长发育过程中重要的营养元素,利用转录组技术鉴定参与小麦低氮胁迫分子调控网络的基因,对揭示小麦耐低氮分子机理、开展耐低氮育种具有重要参考意义。采用Illumina HiseqTM 2500高通量测序技术,对小麦品种晋麦47正常生长和低氮胁迫下的叶片进行转录组测序,筛选差异表达基因并在GO、KEGG 数据库中进行比对注释,分析小麦低氮胁迫响应相关基因。结果显示,对照组与低氮组分别获得高质量序列52 383 726和52 192 061条,检测到差异表达基因1 267个,其中上调表达基因179个,下调表达基因1 088个。差异基因GO功能注释到3个大类的44个功能组。差异表达基因被注释到178个途径上,主要富集于氨基酸代谢、碳水化合物代谢、脂类代谢和信号传导等途径。转录因子分析发现,在低氮条件下变化明显的转录因子家族包括WRKY、MYB和NAC等。     

高温胁迫下半夏叶片的转录组分析

【目的】通过分析高温（38℃）胁迫下半夏（Pinellia ternate）叶片转录组数据,挖掘其响应高温胁迫相关的基因,探究高温胁迫影响半夏的分子机制。【方法】通过Illumina HiSeq测序对高温胁迫处理后的半夏叶片进行转录组分析,并用qRT-PCR技术对DEGs进行验证。【结果】转录组测序共获得38.48 Gb Clean data,与对照组（25℃）相比,高温处理后1 138个DEGS上调表达,578个DEGs下调表达。GO富集分析表明,DEGs主要集中在转录因子复合体、内肽酶活性和血红素结合;KEGG富集分析表明,内质网蛋白质加工代谢通路的DEGs最多。基因表达水平分析表明,植物激素信号转导相关基因（PtARP1、PtGRP1、PtABF）、7个谷胱甘肽S转移酶基因PtGST和23个热激蛋白基因PtHSP在高温胁迫下表达量上调。qRT-PCR分析结果表明,9个DEGs在高温胁迫下的差异表达与转录组分析结果一致。【结论】通过对高温胁迫下半夏叶片进行转录组分析,挖掘高温胁迫相关基因,为进一步研究半夏高温胁迫响应机制提供理论参考。     

甘蓝型油菜响应干旱胁迫的转录组分析

甘蓝型油菜(Brassica napus L.)是我国主要油料作物之一,为国家粮油安全提供了重要保障。干旱严重限制了油菜种植规模扩大、产量与品质提升。为挖掘甘蓝型油菜抗旱的关键基因,阐明油菜耐旱机制,本研究以甘蓝型油菜湘油15为对象,通过实验室模拟干旱处理后的叶片为材料进行转录组测序(RNA-Seq)、生物信息分析并qRT-PCR验证。发现转录组样本平均Clean baseas约为9.6 G,且各样品碱基百分比(Q30)大于93.21%,比对到参考基因组上的Reads在89%以上。干旱处理4 h后,湘油15出现了440个差异表达基因(DEGs),其中148个基因上调,292个基因下调。随机选取10个基因(上调与下调各5个)进行qRT-PCR验证,其中9个基因的qRT-PCR结果与RNA-Seq结果相符,仅1个基因表达趋势相反,相似度可达90%,证实转录组测序结果的可靠性。结果表明甘蓝型油菜湘油15主要通过光合作用、碳代谢和渗透调节等途径调节抗旱能力,为进一步阐明油菜耐旱机制奠定了基础。     

马铃薯氮代谢对低氮胁迫的响应及转录组分析

【目的】探究不同氮效率马铃薯品种氮代谢对低氮胁迫的响应及分子机制,为马铃薯氮高效育种及高产栽培提供理论依据。【方法】以氮高效马铃薯品种冀张薯12号和氮低效马铃薯品种尤佳70为材料,采用盆栽试验方式,设置低氮（3 mmol/L纯氮）和正常施氮（15 mmol/L纯氮）处理,在出苗后30 d测定植株的干质量、氮积累量及氮代谢相关酶(硝酸还原酶（NR）、亚硝酸还原酶（NiR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合成酶（GOGAT）)活性,并依托Illumina HiSeq 2000平台进行转录组测序分析。利用DESeq进行差异基因分析,通过GO富集和KEGG Pathway数据库注释参与马铃薯氮胁迫响应的差异表达基因。【结果】2种施氮量下冀张薯12号茎叶和根系的干质量、氮积累量以及NR、NiR、GS、GOGAT活性均高于尤佳70。与正常施氮相比,低氮胁迫下2个马铃薯品种茎叶和根系的干质量、氮积累量及叶片的NR和NiR活性均显著降低,根系的GS活性显著提高;尤佳70叶片的GS活性、GOGAT活性和根系的GOGAT活性均显著降低,冀张薯12号根系的NiR活性显著降低。转录组分析结果表明,在2个施氮量对比组中,尤佳70叶片和根系中的差异表达基因分别有6 173个和249个,冀张薯12号叶片和根系中的差异表达基因分别有3 455个和1 990个。GO和KEGG结果显示,冀张薯12号的差异基因主要涉及氮代谢、氨基酸代谢等生物过程,尤佳70的差异基因主要涉及光合作用等生物过程。尤佳70和冀张薯12号根系中富集到氮代谢通路的差异基因分别有1个和8个,叶片中分别有11个和8个。尤佳70和冀张薯12号叶片的氨基酸相关代谢途径中涉及上调差异表达基因最多的均是苯丙氨酸代谢,其中编码苯丙氨酸解氨酶、肉桂酸-4-羟化酶、4-香豆酸-CoA连接酶的基因表达显著上调。【结论】在低氮条件下,氮高效品种冀张薯12号氮代谢相关酶活性较高,能减缓低氮胁迫对氮代谢的影响,进而保证较高的氮效率。     

低氮胁迫下不同小麦品种苗期性状差异分类研究

筛选耐低氮能力强的小麦基因型并应用于大田生产是提高小麦氮素利用效率的有效途径之一。选用来自不同省份的57个小麦品种,研究水培低氮胁迫条件下苗期不同性状的变化特征,分类比较不同性状的耐低氮指数差异。结果表明：茎叶和根系的硝态氮与铵态氮含量及积累量、地上部干重、根冠比变异系数均大于20%,地上部干重耐低氮指数变异范围为0.56～1.45,变异系数为22.99%,品种间差异极显著。根据植株地上部干重耐低氮指数差异,将品种分为3种类型,分别为耐低氮品种、中度耐低氮品种和低氮敏感品种,其中地上部干重、地上部与根系的氮含量与积累量均表现为耐低氮型品种依次高于中度耐低氮型品种、低氮敏感型品种;地上部与根系的含氮量耐低氮指数、根系干重及其耐低氮指数类型间差异不显著。该研究还讨论了植株地上部干重耐低氮指数分类指标界值(0.7和0.9)应用于品种耐低氮特性早期分类研究的价值。     

铜胁迫下小麦幼根转录组学及蛋白质组学研究

为探讨外源铜胁迫对小麦幼根的影响,采用水培方法,测定0~60 mg/L不同质量浓度铜处理下小麦幼苗生长发育、转录组表达和蛋白质组表达的差异,探索其抵御重金属毒害的分子机制。结果表明:高质量浓度的铜影响小麦生长,随胁迫时间的延长,小麦幼苗萎蔫发黄,幼根生长受抑。小麦幼根转录组测序检测,共得到2 283个差异表达基因(DEGs),其中826个DEGs表达上调,1 457个DEGs表达下调;将DEGs进行KEGG pathway注释,被注释到31个代谢途径中。双向电泳试验检测,小麦幼根中有2 049个蛋白质点,30 mg/L铜处理96 h后,与对照(0 mg/L处理)相比,约130个蛋白质点表达出现显著差异,其中56个丰度增加,74个丰度降低;质谱鉴定部分差异表达蛋白,抗性蛋白如谷胱甘肽转移酶、27K蛋白等在胁迫下表达上升,而生理代谢相关蛋白表达降低。     

灌浆期小麦旗叶在高温胁迫下的转录组分析

高温胁迫是生长发育后期影响小麦产量和品质的关键因素,挖掘耐热基因、解析耐热分子机制对耐热育种具有重要意义。本研究选用耐热品种菏麦13和热敏感品种临麦2号为材料,于花后14 d进行42℃高温胁迫处理1 h,提取旗叶RNA进行RNA-seq分析,获取差异表达基因,利用qRT-PCR技术验证转录组测序结果的准确性,并对差异基因进行GO和KEGG分析。共筛选出4 715个差异表达基因,多数基因在高温胁迫下上调表达;qRT-PCR结果证明了RNA-seq测序结果的可靠性和可重复性。GO分析表明差异表达基因主要富集在代谢过程、细胞、催化活性上;KEGG分析表明差异表达基因主要富集在内质网蛋白质加工和光合作用通路上;转录因子共有86个,主要包含AP2-EREBP、MYB、NAC、WRKY、HSF等转录因子家族。该研究可为后续进一步研究高温胁迫调控网络、选育耐热新品种奠定基础。     

旱柳转录组测序及生物学分析

对盐敏感旱柳沿江柳和耐盐旱柳9901的杂交F_1代根部进行了RNA-Seq测序和分析,共获取了107 950条Unigene,平均长度为1 076.96 bp。通过与COG、GO等8个数据库比对,60 848个基因获得注释信息,其中38 182条Unigene在GO数据库中获得注释,24 101条Unigene在KEGG数据库中获得注释。GO和KEGG富集分析结果表明,差异表达基因主要调节核糖体代谢、植物激素信号转导等生物学功能。     

盐胁迫下栽培大豆与野生大豆根系离子流及转录组分析

为揭示栽培大豆和野生大豆盐胁迫下根系离子流变化及内在分子响应机制,挖掘大豆耐盐基因,以普通栽培大豆(Glycine max, Gm)和滩涂野生大豆(Glycine soja, Gs)为试验材料,通过设置100 mmol·L^-1NaCl盐胁迫处理,用非损伤微测技术(NMT)检测大豆根系离子流对盐胁迫的响应,并用高通量测序技术对栽培大豆及野生大豆盐胁迫24 h后根系的转录组进行分析,以寻找离子转运体相关的耐盐基因。结果表明：与对照相比,100 mmol·L^-1NaCl胁迫10 d后栽培大豆鲜重下降41.5%,而野生大豆鲜重下降29.2%。根系离子流测定结果显示,盐胁迫24 h后野生大豆比栽培大豆Na⁺外排量高46.3%, K⁺损失量少33.0%,且H⁺吸收量高93.9%。转录组分析结果显示,野生大豆阳离子/H⁺反向转运体CHX20和钠钾根缺陷NaKR2显著下调,K⁺/H⁺逆向转运体KEA2、KEA3和K^+<...     

小麦幼苗根系应答重金属Pb胁迫的转录组分析

为了探究小麦对重金属铅(Pb)胁迫应答的分子机制,采用水培法对小麦品种矮抗58进行不同质量浓度[0(对照)、40、80、160 mg/L]Pb胁迫处理,并对幼苗根系进行转录组测序,筛选分析差异表达基因,进行GO分类及KEGG富集分析。结果表明,不同质量浓度Pb处理下,小麦幼苗的根长和根数均受到抑制,且随着Pb质量浓度升高抑制作用增强。在Pb胁迫处理与CK间共获得了38 904个差异表达基因。其中,40、80、160 mg/L Pb条件下分别有6 072、16 581、16 251个差异表达基因。选取80 mg/L Pb处理的差异表达基因作为研究重点分别进行GO分类和KEGG通路富集分析。GO分类发现,上调差异表达基因主要富集在免疫系统过程、运动过程、代谢过程、节律性过程及催化活性和电子载体活性等方面,下调差异表达基因主要富集在发育过程、生长过程、定位过程、复制过程、生殖过程及转运活性和抗氧化活性等方面;KEGG富集分析发现,上调差异表达基因主要涉及植物激素信号转导途径、植物-病原互作途径、药物代谢途径、MAPK信号通路等方面,下调差异表达基因主要涉及次生代谢物的生物合成途径、苯丙烷类生物合成途径、抗生素生物合成途径、碳代谢和蔗糖代谢等方面。选取6个响应Pb胁迫的差异表达基因进行RT-PCR验证,结果表明6个差异表达基因的表达模式与RNA-Seq分析结果一致,进一步验证了RNA-Seq结果的准确性。     

高低氮处理下小麦旗叶性状的遗传分析

[目的]旗叶是小麦光合碳固定的重要场所,对小麦产量起十分重要的作用.研究小麦旗叶在高、低氮环境下的遗传特性,分析其遗传机制,为优异株型育种、高产育种提供参考依据.[方法]以科农9204和京411为亲本所构建的188个RIL群体为材料,分别种植在6个不同的高、低氮环境下,通过对群体旗叶性状调查并进行遗传分析,从而确定控制...     

延薯4号马铃薯对氮素的生理生化响应及转录组分析

[目的]研究不同氮浓度处理对马铃薯的生理生化响应以及对氮代谢相关基因的挖掘,明确马铃薯受氮素影响的关键时期以及此时期氮代谢基因的表达差异.[方法]以"延薯4号"马铃薯为试材,设置施氮与未施氮处理,采用盆栽种植的方式研究马铃薯氮效率、生理生化差异以及生长发育关键时期,并且对马铃薯现蕾期的叶和根进行转录组测序分析,获得氮代...     

不同玉米自交系穗部性状对氮胁迫的反应及其聚类

在低氮和正常施肥条件下,对50个玉米自交系的穗长、穗粗、穗粒重等8个性状进行了对比分析.结果表明,各自交系的穗部性状分别存在极显著差异;在缺氮条件下,自交系的穗重、穗粒重等产量性状,对氮缺乏的反应较敏感,变异范围大;以氮胁迫情况下穗粒重的变化率为指标,把自交系分为氮素高效利用型、氮素利用迟钝型、氮素敏感型和氮素高度敏感型4类,其中Q 3、许178等13个自交系为氮素高效利用基因型;沈137、济533等32个自交系为氮素利用迟钝基因型;凤可1、沈99-718等4个自交系为氮素利用敏感基因型;而综3自交系为氮素高度敏感基因型.     

Response of Wheat to Tillage Plus Rice Residue and Nitrogen Management in Rice-Wheat System

Zero tillage with residues retention and optimizing nitrogen fertilization are important strategies to improve soil quality and wheat （Triticum aestivum L.） yield in rice （Oryza sativa L.）-wheat system. Field experiments were conducted on silty clay soil （Hyperthermic, and Typic Torrilfuvents） in D. I. Khan, Pakistan, to explore the impact of six tillage methods （zero tillage straw retained （ZTsr）, ZT straw burnt （ZTsb）, reduced tillage straw incorporated （RTsi, including tiller and rotavator）, RT straw burnt （RTsb）, conventional tillage straw incorporated （CTsi, including disc plow, tiller, rotavator, and leveling operations）, CT straw burnt （CTsb）） and ifve nitrogen rates, i.e., 0, 100, 150, 200, and 250 kg ha-1 on wheat yield. Mean values for N revealed that spikes m-2, grains/spike, 1 000-grain weight （g）, and grain yield （kg ha-1） were signiifcantly higher at 200 kg N ha-1 in both the years as well as mean over years than all other treatments. Mean values for tillage revealed that ZTsr produced highest number of spikes m-2 among tillage methods. However, grains/spike, 1 000-grain weight, and grain yield were higher in tillage methods with either straw retained/incorporated than tillage methods with straw burnt. Interaction effects were signiifcant in year 1 and in mean over years regarding spikes m-2, 1 000-grain weight, total soil organic matter （SOM）, and total soil N （TSN）. ZTsr produced the most spikes m-2 and 1 000-grain weight at 200 kg N ha-1. ZTsr also produced higher SOM and TSN at 200-250 kg N ha-1 at the end of 2 yr cropping. Thus ZTsr with 200 kg N ha-1 may be an optimum and sustainable approach to enhance wheat yield and soil quality in rice-wheat system.     

沙壤土不同强筋小麦品种对氮素利用的效应

在沙壤土高肥水平条件下,设置了不施氮肥和施氮肥270 kg/hm2 2个处理,研究了生产上常用的5个强筋小麦品种的产量、品质和氮素利用率的差异.结果表明,在施氮条件下,郑麦9023和豫麦68两个品种均表现为高产和较高的氮素利用率,有利于进一步改善郑麦9023和豫麦68的品质,提高小麦子粒的蛋白质含量.两种处理条件下,西农979均表现为产量较高,但该品种氮素利用率低,施氮后氮素利用率进一步下降;皖38的氮素利用率较低,但施氮后氮素收获指数和氮素利用率略有降低,子粒品质得到明显改善;施氮后豫麦34的产量显著提高,但品质未得到明显改善.     

Revising Nitrogen Recommendations for Wheat in Response to the Need for Support of Variable-Rate Nitrogen Application

Sampling studies in North Dakota conducted from 1994 to 2003 showed that variable-rate N application could be practically directed with zone soil sampling. Results from variable-rate N studies using zone soil sampling were often less than rewarding due in part to the use of a whole-field predicted yield-based formula for developing the N recommendation in each zone. Nitrogen rate studies on spring wheat and durum were established in 2005 through 2009 with the objective to reexamine N recommendations and construct a new system if necessary. The results of the study and archived wheat N response data showed that the state should be divided into three separate N response regions. Within each region historic yields from low to high productivity were defined. The gross N rate was determined using the return-to-N concept developed in the US corn-belt states but with additional consideration for wheat protein value The gross N rate is then modified by credits for previous crop, soil test N from zone soil sampling, tillage systems, excessive straw from the previous year, relative susceptibility to nitrate leaching or denitrification. Finally, the user is encouraged to use common sense and consider whether particular fields have characteristics that require more or less N fertilizer than suggested by the recommendation formulas.     

冬小麦叶片氮含量遥感估算方法对比研究

精确、快速估算冬小麦叶片氮含量,对冬小麦长势监测及田间管理指导具有重要的研究意义。为精确反演冬小麦叶片氮含量（leaf nitrogen content , LNC）,该文利用遥感方法,依托不同氮处理水平冬小麦试验,基于获取的高光谱遥感数据和LNC地面实测数据,对比分析光谱指数与随机森林算法（random forest , RF）反演冬小麦叶片氮含量的精度和稳健性。结果表明,以敏感波段496 nm、604 nm为自变量,利用随机森林算法构建的LNC回归模型精度较光谱指数法有了大幅提高,模型的建模精度为R2=0.922,RMSE=0.290,验证精度为R2=0.873,RMSE=0.397,并且相对分析误差RPD值为2.22,表明将敏感波段与随机森林算法组合构建的反演模型能较好反演对冬小麦LNC。     

基于不同土壤质地的小麦叶片氮含量高光谱 差异及监测模型构建

【目的】叶片氮素状况是小麦生产中精确施氮管理与调控的前提,实时无损监测叶片氮素状况对小麦生产管理具有重要意义。本文旨在综合分析不同环境下小麦冠层光谱响应差异,进而构建其估测模型,为小麦氮肥合理运筹提供技术支持。【方法】本研究基于3种不同土壤质地（砂土、壤土和黏土）、5种不同施氮水平（0、120、225、330和435 kg•hm-2）及3种河南省主栽小麦品种（矮抗58、周麦22和郑麦366）连续2年的大田试验,于小麦主要生育时期同步测定冠层光谱反射率和叶片氮含量,对3种不同土壤质地条件下小麦冠层叶片氮含量的高光谱响应差异进行比较,系统分析350—1 050 nm 波段范围内任意两波段组合而成的差值（DSI）、比值（RSI）及归一化差值（NDSI）光谱指数与叶片氮含量的量化关系,并建立估算模型。【结果】冠层光谱反射率在不同施氮水平和不同生育时期下存在明显差异,但趋势基本一致;比较3种土壤质地小麦冠层光谱反射率大小表现为：黏土＞壤土＞砂土,可以反映小麦实时田间长势。通过系统分析3种土壤质地小麦冠层反射光谱与对应叶片氮含量间的定量关系,表明在可见光和近红外区域均有较好的相关性,但敏感波段区域有所不同。对3种质地获取的样本进行系统分析表明,砂土、壤土和黏土质地小麦叶片氮含量分别以光谱指数NDSI（FD710,FD690）、DSI（R515,R460）和RSI（R535,R715）建模结果表现最好,决定系数分别达到0.88、0.87和0.87。经不同年份独立资料检验结果显示,基于上述光谱指数估测小麦叶片氮含量的预测决定系数分别为0.87、0.85和0.77,预测均方根误差分别为0.31、0.32和0.26。【结论】利用光谱参数NDSI（FD710,FD690）、DSI（R515,R460）和RSI（R535,R715）为自变量建立的估测模型分别可以较好地预测砂土、壤土和黏土3种质地小麦叶片氮含量。