谷子C2H2型锌指蛋白基因SiZFP182的克隆及表达分析

以‘晋谷45’和‘晋谷42’2个品种作为试验材料,采用聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫处理谷子幼苗,检测不同处理时间下丙二醛(MDA)的含量,评价其抗旱性。此外,在2个品种中克隆获得SiZFP182基因的cDNA全长,分析比较它们之间的序列差异;通过定量RT-PCR的方法分析SiZFP182基因在受到干旱胁迫的谷子幼苗中的表达特性。结果表明,‘晋谷45’的抗旱性强于‘晋谷42’,2个品种中SiZFP182基因的序列存在5处单碱基差异,使得编码的氨基酸序列不同。此外,PEG胁迫处理后24h内,SiZFP182基因在2个品种中的表达水平均表现出先升高后降低的趋势,处理后6~12h,该基因在‘晋谷45’中表达水平高于‘晋谷42’。初步认为‘晋谷45’的抗旱特性与‘晋谷42’对干旱敏感的特性,可能与干旱胁迫下处于幼苗期的2个品种中SiZFP182基因序列差异及表达差异相关。     

干旱胁迫对不同谷子品种幼苗生长的影响

培养谷子幼苗至3叶期,采用不同浓度PEG-6000(0、5%、10%、15%、20%)模拟干旱胁迫幼苗15d后,测定幼苗根长、苗高、鲜重等指标,综合评价谷子的抗旱能力。结果显示:不同浓度的PEG-6000对不同品种谷子的根长、苗高及幼苗鲜重均有一定程度的抑制作用,并且随着浓度的增加抑制作用逐渐显著。20%处理浓度下,200152、200131和大同2抗旱性最强,适合在干旱半干旱的黑龙港地区推广种植。     

谷子BAS1基因生物信息学分析及其在干旱胁迫下的表达分析

BAS1是一种过氧化物酶,广泛存在于植物中,具有清除生物体内ROS、调节细胞内信号传导和分子伴侣的功能,在盐胁迫、光氧化、干旱及低温胁迫等方面起着重要的作用。通过生物信息学分析了谷子中的8个SiBAS1基因,并与近缘种高粱中SiBAS1基因进行亲缘关系比对。结果发现,高粱和谷子的SiBAS1基因家族同源性极高;对谷子SiBAS1基因进行启动子分析,结果发现,很多与干旱胁迫相关的响应元件包括干旱响应MYB结合位点MBS、低温响应元件LTR、热响应元件HSE、真菌诱导响应元件Box-W1、乙烯响应元件ER E、赤霉素响应元件P-box、水杨酸响应元件TCA-element和脱落酸响应元件ABRE等;通过对勾勾母鸡咀(GG,耐干旱品种)和晋汾16(JF16,干旱敏感品种)的SiBAS1基因转录组表达情况的分析发现,干旱胁迫下不同品种中同一SiBAS1基因的表达水平不同,且差异较大。其结果可为深入研究SiBAS1基因与谷子抗旱性的关系提供依据,且有助于SiBAS1基因对干旱的响应机制及作用机制的后续研究。     

不同小麦品种对干旱胁迫的形态生理响应及抗旱性分析

为了探讨不同冬小麦品种对干旱胁迫的生理响应,以矮抗58、郑麦366、开麦21、衡观35、周麦26、西农979,6个河南省主推的小麦品种为试验材料,研究了在返青期充分灌水(1 050 m~3·hm~(-2))、非充分灌水(450m~3·hm~(-2))以及不灌水处理对不同小麦品种形态指标、生理指标、产量以及产量构成要素的影响。结果表明,返青期非充分灌水和不灌水处理都使小麦的叶片相对含水量、株高、叶面积以及干物质积累量显著降低。衡观35、开麦21、西农979和矮抗58在受到干旱胁迫时过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性的降幅小于郑麦366和周麦26,丙二醛(MDA)含量的增幅也表现出相同趋势。同时,干旱胁迫使小麦的有效穗数、穗粒数、千粒重及产量显著下降。在轻度干旱胁迫下,有效穗数和产量降幅较大;在严重干旱胁迫下,穗粒数、千粒重和产量下降的幅度均更明显。干旱胁迫引起的小麦叶片相对含水量、株高、叶面积、干物质积累量、POD活性的降幅和MDA含量的增幅与抗旱系数和抗旱指数呈显著或极显著负相关。6个小麦品种中,衡观35和开麦21抗旱性较强,西农979和矮抗58抗旱性中等,郑麦366和周麦26抗旱性较弱。     

谷子淀粉结合域蛋白基因家族序列特征及干旱胁迫响应表达分析

[目的]谷子属于耐旱杂粮作物,但谷子响应干旱胁迫的相关基因分子机制仍不清楚。为了明确谷子干旱胁迫是否与淀粉代谢关键酶基因相关,探索谷子抗旱的分子机制。[方法]运用生物信息学初步分析了谷子该家族基因的基本序列特征、启动子元件预测。构建该基因家族直系同源系统进化树,分析与其他物种同源蛋白的亲缘关系。基于数字基因表达谱数据分析了PEG模拟干旱条件下,该基因家族在谷子抗旱品种‘勾勾母鸡咀’和敏感性品种‘晋汾16’的表达特征。[结果]谷子全基因组调查表明该基因家族有五个成员,暂且命名为SiSBD1、SiSBD2、SiSBD3、SiSBD4和SiSBD5。序列分析表明,该基因家族成员编码的蛋白序列长度范围为360~949个氨基酸残基;蛋白分子量范围为39~108kD,蛋白质等电点为4.18~6.72。启动子元件分析鉴定出与抗旱相关的顺式作用元件,主要包含:与MYB抗旱基因调控相关,与MeJA、ETH、SA、ABA等在抗旱中起重要作用的植物激素相关,与植物防御和非生物胁迫响应相关。系统进化树表明,谷子SiSBD1基因与高粱和玉米同源蛋白SBD聚为一类,谷子SiSBD2基因与玉米SBD2、SBD3基因的聚为一类,其他3个基因归为一类。进一步分析PEG胁迫下谷子淀粉结合域蛋白基因家族表达,结果表明:SiSBD1在抗旱品种‘勾勾母鸡咀’中表达增加,在敏感性品种‘晋汾16’中表达降低,而其他4个基因的表达在这两个品种中均降低。[结论]该研究结果暗示了淀粉代谢关键酶SDB基因家族与干旱胁迫相关,可为谷子抗旱育种提供一定的理论基础。     

不同年代谷子品种响应干旱胁迫的生理机制

通过盆栽连续干旱法研究各谷子品种[榆谷1号(1960s)、豫谷1号(1970s)、长生07号(2000s)]苗期在不同干旱胁迫下抗旱指标含量的变化,分析得出长生07号抗旱性较强,豫谷1号次之,榆谷1号较小,为我国干旱半干旱地区重要的抗旱性作物谷子选种提供参考。     

不同谷子品种萌发期对干旱胁迫生理响应的变化及抗旱指标筛选

为了探讨干旱胁迫对谷子萌芽期的影响,筛选抗旱谷子新品种及谷子萌芽期抗旱性相关指标,明确干旱胁迫对不同谷子品种萌发期生理特征变化影响,以20%的聚乙二醇（PEG-6000）模拟干旱胁迫对15个谷子品种进行了萌发期抗旱性鉴定,对相关的六个抗旱性指标进行了筛选和相关性研究,并通过测定15个品种在干旱胁迫条件下SOD、POD和CAT的活性来研究其变化情况。结果表明：以萌发抗旱指数为标准指标,15个品种谷子萌发期抗旱性基本可以分为强、中、弱3类,其中抗旱性强的3个品种分别是陇谷10号、长生07、晋谷21号;抗旱性弱的2个品种是济谷20号、长生13。在干旱胁迫条件下谷子SOD、POD和CAT活性均有所升高,其中SOD活性在抗旱性强的3个品种中值最大,在抗旱性较弱的2个品种中值最小;SOD活性升高值与萌发抗旱指数显著正相关,而POD和CAT活性升高程度与萌发抗旱指数相关性不显著。通过相关性分析表明,活力抗旱指数、相对发芽率、相对发芽势与萌发抗旱指数呈极显著正相关,而相对胚芽长、相对胚根长与萌发抗旱指数之间没有明显的相关性。综上,在相关的六个抗旱性指标中,谷子抗旱的标准指标是萌发抗旱指数,谷子萌发期抗旱性鉴定的首要指标为活力抗旱指数和相对发芽率,次级指标则是相对发芽势,参考指标为相对胚芽长和相对胚根长。     

不同谷子品种萌发期对干旱胁迫生理响应的变化及抗旱指标筛选

为了探讨干旱胁迫对谷子萌芽期的影响,筛选抗旱谷子新品种及谷子萌芽期抗旱性相关指标,明确干旱胁迫对不同谷子品种萌发期生理特征变化影响,以20%的聚乙二醇（PEG-6000）模拟干旱胁迫对15个谷子品种进行了萌发期抗旱性鉴定,对相关的六个抗旱性指标进行了筛选和相关性研究,并通过测定15个品种在干旱胁迫条件下SOD、POD和CAT的活性来研究其变化情况。结果表明：以萌发抗旱指数为标准指标,15个品种谷子萌发期抗旱性基本可以分为强、中、弱3类,其中抗旱性强的3个品种分别是陇谷10号、长生07、晋谷21号;抗旱性弱的2个品种是济谷20号、长生13。在干旱胁迫条件下谷子SOD、POD和CAT活性均有所升高,其中SOD活性在抗旱性强的3个品种中值最大,在抗旱性较弱的2个品种中值最小;SOD活性升高值与萌发抗旱指数显著正相关,而POD和CAT活性升高程度与萌发抗旱指数相关性不显著。通过相关性分析表明,活力抗旱指数、相对发芽率、相对发芽势与萌发抗旱指数呈极显著正相关,而相对胚芽长、相对胚根长与萌发抗旱指数之间没有明显的相关性。综上,在相关的六个抗旱性指标中,谷子抗旱的标准指标是萌发抗旱指数,谷子萌发期抗旱性鉴定的首要指标为活力抗旱指数和相对发芽率,次级指标则是相对发芽势,参考指标为相对胚芽长和相对胚根长。     

水分胁迫对不同品种谷子萌发期的影响

用质量分数为5％、10％、15％、20％的聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱,处理8个品种的谷子,对其萌发期的发芽率、平均发芽速度、活力指数、鲜重、根长、苗高进行统计.结果显示:除5％处理外,随着处理质量分数的增大,各指标均呈现不同程度的降低.采用隶属函数值对各指标进行综合评价,结果显示200152为强抗旱品种;较抗旱品种依次为冀19、200131、冀31和沧555;弱抗旱品种为济0515和长生08;安06为不抗旱品种.     

不同小豆品种幼苗对干旱胁迫的生理响应

为了解小豆(Vigna angularis)的抗旱能力及抗旱机制,于2016年在安徽凤阳以4个小豆品种为材料进行盆栽试验,调查了干旱处理前后不同小豆品种幼苗的植株形态变化,测定了植株样品中的可溶性糖含量、游离脯氨酸含量、丙二醛含量和过氧化氢酶活性等生理指标,比较了不同小豆品种的抗旱指数。结果表明,干旱处理后植株株高和鲜质量显著降低7%~26%,生理指标则显著增加12%~95%。通过比较不同品种的抗旱指数,认为绿小豆抗旱能力较强而另3个品种抗旱能力较弱。抗旱力强的品种在干旱处理后可溶性糖含量、游离脯氨酸含量、过氧化氢酶活性增加更多,而抗旱力弱的品种丙二醛含量更高。     

谷子XTH基因家族与抗旱相关基因的分析

[目的]木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶(XTH)属于糖苷水解酶GH16家族,其家族成员可能在植物响应逆境胁迫的过程中发挥重要作用,为深入挖掘谷子抗旱基因,进而选育谷子抗逆新品种,[方法]本研究利用生物信息学手段,对谷子XTH基因家族进行了分析。[结果]从谷子基因组数据库中鉴定出16个XTH基因。结构分析表明:SiXTH家族成员在基因结构及编码区序列上较为保守,含1~3个内含子;谷子XTH蛋白含有XTH家族典型的保守基序DEIDFEFLG;预测SiXTH基因家族成员在启动子区域含有响应逆境胁迫的顺式作用元件。在干旱胁迫下,通过比较两个谷子品种勾勾母鸡咀及晋汾16在干旱胁迫下基因的相对表达水平,我们发现了3个上调表达和1个下调表达的SiXTH基因。[结论]因此推测,同一类基因其基因结构及蛋白结构域相似,且XTH基因家族在谷子应答干旱胁迫的过程中起一定的作用,同时本研究也为深入探究XTH基因家族成员的功能奠定了一定的基础。     

不同品种谷子叶片衰老与活性氧代谢研究

【目的】揭示不同品种谷子叶片衰老及活性氧代谢的变化规律。【方法】以谷子品种‘05-61’和‘金谷3号’为材料,研究开花后至成熟期谷子叶片净光合速率(Pn)、叶绿素含量、酶促防御系统保护酶(SOD、CAT、POD)活性及MDA、H2O2和O2.-积累量的动态变化规律。【结果】2个参试品种各功能叶片的净光合速率(Pn)、叶绿素含量及SOD、CAT、POD活性均在开花14 d后逐渐下降,MDA、H2O2和O2.-含量随着叶片的衰老而升高;参试品种叶片衰老的总体变化趋势一致,但衰老进程存在显著差异;与‘金谷3号’相比,‘05-61’各功能叶片衰老过程中SOD、CAT、POD活性下降较慢,叶片功能期持续时间长,这在籽粒灌浆中后期表现尤为明显;‘05-61’籽粒产量显著高于‘金谷3号’。【结论】在谷子开花灌浆期间,有效控制或延缓开花叶片的衰老进程,维持叶片的生理功能,对籽粒产量的形成具有重要作用。     

谷子Aux/IAA家族基因干旱胁迫响应表达模式分析

[目的]Aux/IAA是重要的蛋白质转录因子,广泛参与植物生长素介导的应答作用,同时参与植物的胁迫和防御响应。本文通过分析Aux/IAA家族基因在干旱胁迫中的表达情况,探索谷子抗旱与Aux/IAA家族基因的关系。[方法]本文对谷子Aux/IAA家族基因理化性质、蛋白亲疏水性、启动子功能元件等进行生物信息学分析,并对抗旱(GG)和干旱敏感(JF16)谷子品种在浇水和干旱胁迫下基因的表达谱数据进行分析。[结果]谷子Aux/IAA家族基因均含有多个与胁迫相关的功能元件,且5个基因编码的蛋白均为亲水性蛋白;干旱胁迫处理后,GG和JF16中5个基因的表达变化趋势有所不同,Seita.5G126200、Seita.1G028400、Seita.3G109400表达量均下调,Seita.1G356800基因的表达量明显上调。[结论]谷子Aux/IAA家族基因参与调控谷子干旱胁迫,其调控过程比较复杂,可作为参与谷子抗旱的候选基因。本研究结果为进一步探究谷子中Aux/IAA与抗旱机制提供一定理论依据。     

谷子扩展蛋白与品种抗旱性关系的研究

[目的]扩展蛋白是植物细胞壁的重要组成部分,普遍存在于植物中,除了具有增加细胞壁柔韧性的作用外,在植物的生长发育及抵御生物和非生物胁迫等方面都起着重要的作用。为发掘谷子抗旱基因。[方法]本文采用生物信息学手段结合表达验证,分析了谷子扩展蛋白基因家族中的16个成员。[结果]发现它们分属于EXPA、EXPB、EXPLA和EXPLB 4个亚家族;对谷子扩展蛋白基因进行启动子分析,发现了与干旱胁迫相关的响应元件,包括干旱响应MYB结合位点MBS、脱落酸响应元件ABRE等;通过对两个谷子品种勾勾母鸡咀(GG,耐干旱品种)和晋汾16(JF16,干旱敏感品种)扩展蛋白基因表达的分析比较,发现干旱胁迫下不同谷子品种中同一基因的表达水平存在显著差异。[结论]结合亲缘关系图及启动子顺式调控元件的预测结果,并未发现基因亲缘关系与扩展蛋白基因表达间的规律;也未发现胁迫相关的调控元件与扩展蛋白表达之间的关联,初步了解了扩展蛋白基因与谷子抗旱的关系,为发掘谷子抗旱基因提供基础。     

缺氮胁迫对谷子幼苗生长发育的影响

为明确缺氮胁迫对谷子幼苗生长发育的影响,以'冀谷45,为试验材料,采用苗期水培法,以全氮营养液培养(15 mol/L N)为对照(CK),测定缺氮(0 mol/L N,N0)胁迫下幼苗生物量、根系性状、叶片光合色素含量等生理指标,并进行Pearson相关性分析.结果表明:1)缺氮胁迫下,幼苗已展开的真叶出现叶尖干枯症状...     

不同谷子品种在榆林干旱地区域内的生态适应性试验

引进不同类型地区谷子品种10个,将本地区谷子品种汾选3号作为对照,在榆林干旱地区域内开展生态适应性比较试验,从生育期、农艺性状和产量方面进行对比分析,筛选出可供榆林干旱地区大田推广种植的优良品种。     

硫化氢调节谷子幼苗P-ATPase响应镉胁迫

为了研究H_2S对谷子幼苗中ATPases活性的影响及其与金属转运蛋白HMAs基因表达调控的关系,以及H_2S对谷子幼苗细胞内Cd离子的解毒作用。在Cd胁迫条件下,对可溶性糖和可溶性蛋白以及ATPase活性进行测定,对谷子HMA家族转运蛋白进行系统进化分析并对H_2S对转运蛋白HMAs转录水平的影响进行分析。结果表明,在Cd胁迫条件下,谷子幼苗的可溶性糖和可溶性蛋白含量降低,ATPase活性被抑制,同时HMA家族基因表达量升高;H_2S处理可使可溶性糖含量提高的同时增强ATPase的活性,此外HMA的基因表达量也有相应变化。研究表明,硫化氢可以调节谷子幼苗P-ATPase的表达和活性,进而缓解Cd胁迫对谷子幼苗的毒害作用。     

谷子Oleosin基因家族及其对干旱响应的分析

[目的]了解Oleosin基因功能,初步探索Oleosin基因家族与谷子耐旱性的关系,挖掘谷子抗旱基因。[方法]以抗旱品种勾勾母鸡咀(GG)和干旱敏感品种晋汾16(JF16)为试验材料,在苗期进行PEG模拟干旱胁迫处理后,对其表达谱进行分析。进而对谷子Oleosin基因家族进行生物信息学分析。[结果]在干旱胁迫下,Oleosin基因Seita.9G579700在GG和JF16两个品种中均显著上调表达;谷子Oleosin基因家族较小,只有6个成员,分子量在15~18kDa;系统发育树分析结果为,谷子Oleosin基因家族与单子叶植物玉米、高粱、水稻聚为一类,而与双子叶拟南芥则亲缘关系较远;启动子元件分析表明,谷子6个Oleosin基因均含有光响应、ABA响应、MeJA响应以及MYB结合位点等与抗旱相关的顺式作用元件。[结论]初步确定Oleosin基因是调控谷子干旱胁迫的候选基因,可能受干旱或ABA、MeJA诱导表达,这为进一步深入研究Oleosin基因功能及其与谷子耐旱性的关系提供理论参考。     

谷子抗旱机制研究进展

谷子是起源于我国的重要杂粮作物,尽管其抗旱性强,但干旱仍是制约其产量和品质的主要因素之一。为了更好的了解谷子抗旱机制,本文对谷子的抗旱生理、分子机制的研究进展进行了概述。文中总结了谷子不同时期不同生理指标对干旱胁迫的响应;概述了从单基因和转录组水平对抗旱分子机制的探索结果;鉴于在其他植物上已有证据表明根际微生物与抗旱有关,还介绍了谷子根际微生物的最新进展。最后展望了谷子抗旱研究前景。     

谷子萌发及苗期生理生化指标对铅胁迫的响应

【目的】探究重金属元素铅（Pb）对谷子萌发及幼苗生理生化特性的影响,为Pb污染背景下谷子的安全生产和品质保障提供理论依据。【方法】以谷子品种晋谷21号为试验材料,采用土培盆栽试验,以自然土壤加水为对照（CK,0 mg/kg）,设5个外源Pb浓度处理（50、100、250、500和1000 mg/kg）,分析不同Pb浓度处理对谷子萌发及苗期叶片生理生化指标的影响。【结果】随着Pb浓度的增加,谷子的发芽势、发芽率及发芽指数等萌发指标均受到不同程度的抑制,1000 mg/kg处理的相对发芽率仅有52.5%。叶绿素含量随着Pb浓度的增加呈先升高后降低的变化趋势,各Pb胁迫处理均显著高于CK（P<0.05,下同）,Pb浓度为500 mg/kg时,叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b含量均达最大值,较CK分别增加58.3%、69.5%和64.3%。随着Pb浓度的增加,过氧化物酶（POD）活性、质膜透性、丙二醛（MDA）含量及脯氨酸含量均显著增加,其中POD活性对1000 mg/kg高浓度Pb胁迫尤为敏感。可溶性蛋白质含量随着Pb浓度的增加呈先升高后降低的变化趋势,Pb浓度为500 mg/kg时可溶性蛋白质含量达最大值,较CK显著增加54.1%;Pb浓度为1000 mg/kg时,可溶性蛋白质含量急剧下降,与CK相比显著降低14.9%。相关分析结果表明,谷子的发芽势、发芽率和发芽指数均与Pb浓度呈显著负相关,POD活性、质膜透性、MDA含量和脯氨酸含量均与Pb浓度呈极显著正相关（P<0.01）。不同Pb浓度下抗性指标相对值的平均值（敏感性）排序为:POD活性>质膜透性>脯氨酸含量>MDA含量>可溶性蛋白质含量。【结论】谷子在萌发阶段和幼苗时期均会受到Pb胁迫的影响,同时在响应Pb胁迫时,谷子能通过自身生理生化特性的改变提高其适应Pb胁迫的能力,但这种适应性有一定限度。