野生一粒小麦根干旱响应蛋白的筛选与鉴定

为解析野生一粒小麦根响应干旱胁迫的调控网络,用20%(w/v)PEG6000处理两叶一心期野生一粒小麦,通过对小麦根蛋白质的分离和鉴定,分析了干旱胁迫下野生一粒小麦根中的蛋白质变化。结果共分离、鉴定得到85个表达差异倍数在1.5以上的蛋白质。这些差异蛋白主要涉及碳代谢(27%)、氨基酸代谢(15%)、解毒与防御(11%)、分子伴侣(8%)、能量代谢(8%)、信号传导(6%)、蛋白质代谢(5%)、脂代谢(4%)、转录与翻译(4%)、核苷酸代谢(2%)以及骨架蛋白(1%)。对这些表达差异蛋白进行进一步的功能分析,发现大部分信号传导相关蛋白上调表达;碳代谢途径中的糖酵解相关蛋白下调表达,而磷酸戊糖途径相关蛋白上调表达。同时下调表达的还包括蛋白质代谢相关蛋白。大部分氨基酸代谢相关蛋白质下调表达,但是谷氨酸脱羧酶及甲硫氨酸合酶含量上升。结果表明,干旱胁迫增强了野生一粒小麦根中信号传导与磷酸戊糖途径代谢,促进了谷氨酸与甲硫氨酸的生物合成,降低了糖酵解与蛋白质代谢等过程。研究结果丰富了野生一粒小麦根响应干旱胁迫机制信息。     

野生二粒小麦PYL基因家族的鉴定及其在逆境胁迫下的表达特性分析

脱落酸(ABA)是一类重要的植物内源激素,在调控植物生长发育和胁迫响应等方面发挥着关键作用。基因作为ABA的受体,在ABA信号转导过程中发挥着重要作用。为深入发掘野生二粒小麦PYL基因,本研究利用生物信息学对野生二粒小麦的PYL家族进行全基因组鉴定与分析。结果在野生二粒小麦基因组中共鉴定到24个PYL基因(TdPYLs),分布在1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B、7A和7B染色体上,且所有成员均含有PYR-PYL-RCAR-like功能域;系统进化分析发现,24个TdPYL基因可分为3个亚家族,同一亚家族成员间具有相似的基因结构和保守结构域;对这些PYL基因的启动子顺式元件进行预测,发现它们含有大量与逆境胁迫、光调节和ABA响应相关的元件;基于RNA-seq数据的表达特性分析发现,它们在不同组织中以及逆境胁迫下表达差异明显,并鉴定到多个与组织特异性以及胁迫响应相关的PYL基因;进一步对PYL基因的单倍型组成进行分析,发现在野生二粒小麦、栽培二粒小麦和硬粒小麦中PYL基因的遗传变异和单倍型组成具有明显的差异,发生了显著的遗传分化。本研究为深入揭示野生二粒小麦PYL基因的调控功能及其进化机制研究提供了有益信息。     

野生二粒小麦种子休眠特性分析

为给野生二粒小麦资源利用提供依据,对分别来自以色列北部湿润山区的Mt.Hermon、北部加利利(Galilee)附近地区的Gamla、Ammiad和Tabigha、中部山地区的Mt.Gerizim以及南部内盖夫沙漠北缘的J'aba地区的6个自然群体野生二粒小麦种子的休眠与萌发特征进行了研究.结果表明,以色列野生二粒小麦成熟的种子均具有明显的休眠习性;高温(40℃)储藏可加快野生二粒小麦种子的后熟过程,从而可以迅速地打破种子的休眠;不同群体野生二粒小麦休眠的程度不相同,由深至浅其休眠顺序为:Mt.Gerizim＜Mt.Hermon＜J'aba＜Ammiad＜Tabigha＜Gamla.进一步的方差分析结果显示,同一小穗上,上、下部两粒种子的休眠和萌发特性也存在着极显著的差异.     

野生二粒小麦叶绿体基因RNA编辑位点的预测、鉴定与分析

RNA编辑是高等植物叶绿体基因转录后表达调控的一种重要方式。为了解野生二粒小麦叶绿体基因RNA编辑的组成及其与其他麦类作物的异同,通过生物信息学预测结合RT-PCR的方法,对野生二粒小麦叶绿体基因的RNA编辑位点进行了预测和鉴定。生物信息学预测共发现了分布于15个基因上的35个编辑位点,均为C到U的转换,其中ndhB基因包含的编辑位点数量最多,达9个;在此基础上,随机选取5个基因对其编辑位点进行了测序验证,结果共鉴定了18个C→U的编辑位点;进一步对编辑后编码蛋白的二级结构和跨膜结构域进行了预测,发现编辑后所有基因均发生了二级结构的改变,但只有ndhB基因的跨膜结构域发生了改变;最后,将确定的野生二粒小麦叶绿体基因RNA编辑位点与7个禾本科物种的RNA编辑位点进行比较,共发现17个编辑位点在这些种间具有保守性,相比于其他物种,野生二粒小麦与普通小麦和粗山羊草具有更相似的编辑位点组成。     

硬粒小麦和野生二粒小麦高分子量谷蛋白亚基的遗传多样性

为了解硬粒小麦和野生二粒小麦的高分子量谷蛋白亚基（HMWGS）组成及优质亚基的分布特点,并对其多样性进行分析,利用SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDSPAGE）对32份硬粒小麦和75份野生二粒小麦共107份材料的HMWGS组成进行了分析。结果表明,Glu1位点共有27种等位基因,其中GluA1位点4种,GluB1位点23种;亚基null和6+8在各自的位点上出现频率最高,分别达到38.84％和16.82％;其亚基组成类型共有47种,主要为1/6+8,频率达7.48％;同时筛选出33份含有1、2*、13+16、14+15、17+18等优质亚基的材料,可作为优质基因源。多样性分析结果表明,在GluA1和GluB1位点以及HMWGS组成上,野生二粒小麦的多样性都大于硬粒小麦。另外,在材料GW2、GW4中发现未命名的新亚基。     

野生二粒小麦醇溶蛋白遗传多样性分析

为了进一步开发野生二粒小麦遗传资源，丰富我国小麦改良的遗传基础，对来自以色列16个地区的133份野生二拉小麦醇溶蛋白位点的遗传多样性进行了分析，并对其与务锈病抗性和播种～抽穗天数的关系进行了分析。结果发现，供试的133份野生二粒小麦共有122种谱带类型，电泳共分离出77务不同的带纹；谱带在α、β、γ、ω四个区差异较大，分别为38、83、72和87种，表明野生二粒小麦的醇溶蛋白具有较丰富的遗传多样性。比较分析发现，野生二粒小麦醇溶蛋白的遗传多样性与材料的来源地有关；来源于同地区的材料间务锈病抗性及播种～抽穗天数均较为接近，而且条锈病抗性和播种～抽穗天数与醇溶蛋白的遗传距离均有一定关系。     

以色列地中海沿岸野生二粒小麦苗期抗条锈性的鉴定与分析

为进一步挖掘新的小麦抗条锈病种质资源基因,利用流行于中国和以色列的4个小麦条锈病生理小种对以色列地中海沿岸相对较湿润的Beit-Oren、Bat-Shelomo以及Givat-Koach地区的野生二粒小麦30个基因型,分别进行了苗期抗条锈性鉴定,并分析其抗锈性差异.结果表明,来源于地中海沿岸3个地区的野生二粒小麦中有7个基因型对不同条锈病生理小种表现出了抗性水平,其中来自于Bat-Shelomo群体的基因型6-22,对国内流行生理小种条中32和以色列流行生理小种5006均表现出了较强的抗性,可作为新抗病基因材料加以研究和利用.     

野生二粒小麦和普通小麦及其渐渗系全麦与脱麸面粉蛋白分析

为了解野生二粒小麦籽粒蛋白特性对普通小麦全麦面粉和脱麸面粉的改良价值,以高产弱筋小麦品种川农16(CN16)为母本,分别与籽粒蛋白含量存在显著差异的四倍体野生二粒小麦D1和D97进行远缘杂交,按高产性状定向选择并连续自交获得稳定高世代渐渗系共61份,本研究对61份渐渗系、7份野生二粒小麦和6份普通小麦进行了全麦和脱麸面粉粗蛋白质含量及其各蛋白组分含量分析、比较。结果显示,野生二粒小麦的籽粒粗蛋白(GPC)及其清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白含量均较普通小麦具有更丰富的遗传多样性,各蛋白组分含量均显著高于普通小麦。61份渐渗系中,分别有54.10%和52.46%的材料全麦面粉和脱麸面粉的粗蛋白含量显著高于母本CN16,全麦和脱麸面粉蛋白质含量最高达17.77%和17.62%,较CN16分别提高了5.05和5.33个百分点;全麦和脱麸面粉的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白分别有18.03%和32.79%、50.82%和62.30%、67.21%和77.05%、37.70%和81.97%的株系高于母本CN16。全麦和脱麸面粉的粗蛋白含量与醇溶蛋白和谷蛋白含量间、贮藏蛋白的各组分间、可溶性与不...     

以色列野生二粒小麦苗期抗病性鉴定

野生二粒小麦是小麦抗病育种的重要资源库之一。为了了解野生二粒小麦对我国小麦白粉病和锈病的抗性表现,通过接种试验对采自以色列16个不同地区的152份野生二粒小麦材料进行了白粉病和条锈、叶锈病的苗期抗性鉴定。结果表明,其中有86．8％的材料对小麦白粉菌15号小种表现高抗,对小麦条锈菌小种条中29、31、32的抗性主要集中在来自Mt．Hermon地区的材料上。所有鉴定材料均不抗小麦叶锈菌小种THT和PHT。由于野生二粒小麦与普通小麦杂交比较容易,因而其抗病性可通过杂交和回交向普通小麦转移,可进一步丰富我国小麦抗病育种的抗源。     

野生二粒小麦NBS-LRR类抗病基因家族的鉴定及其表达分析

野生二粒小麦(Triticum dicoccoides L,2n = 4x =28,AABB)是普通小麦遗传改良的重要种质和基因库.抗病基因(resistance gene,R基因)是植物体内广泛存在的抗性基因,通常具有NBS(nucleotide-binding site)和LRR(leucine-rich-repe...     

小麦 华山新麦草衍生后代抗旱性分析

为了解小麦-华山新麦草衍生后代的抗旱性,采用籽粒萌发期聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫和幼苗期盆栽控水方法,研究了干旱胁迫对普通小麦7182与华山新麦草的8个衍生后代(B1、B16、B18、B19、B23、B28、B32、A31)籽粒萌发及幼苗保护酶活性等生理指标的影响.结果表明,PEG胁迫对8个衍生材料种子发芽势、发芽率、胚芽和胚根生长均有一定的影响.与无胁迫处理相比,在低PEG浓度下,种子萌发和胚芽及胚根生长变化不明显,高PEG浓度下受到明显抑制,其中B1和B19在种子萌发期抗旱性较强.幼苗盆栽控水后,各材料的SOD、CAT和POD活性均随干旱胁迫程度的增加而增加,其中材料B32的三个指标值最大.各材料的脯氨酸和可溶性蛋白含量对干旱胁迫的反应不一致.通过综合隶属函数法对两个试(实)验的所有指标进行综合评价,不同材料的抗旱性强弱顺序分别为华山新麦草＞B32＞B19＞小偃6号(CK)＞A31＞B23＞B16、B1＞7182＞B18＞B28,说明小麦-华山新麦草衍生后代的抗旱性多数介于两亲本之间,其中B32、B19在籽粒萌发期和幼苗期综合抗旱性较强.     

普通小麦-欧山羊草异附加系对干旱胁迫的生理生化响应

为探究异源染色体对小麦抗旱能力的影响,选取3个普通小麦-欧山羊草异附加系和3个普通小麦为试验材料,以聚乙二醇(PEG6000)模拟干旱胁迫,在苗期测定干旱胁迫下叶片丙二醛(MDA)积累量、可溶性蛋白含量和酶促防御系统(SOD、POD和CAT)活性变化。结果表明,随着干旱胁迫程度的加重和时间的延长,供试基因型所测定的五个生理指标的变化趋势较为一致。MDA含量都不断升高,三个普通小麦-欧山羊草异附加系(Ae9013、Ae9041和Ae9061)的MDA积累幅度较抗旱性最好的小麦对照晋麦47小,积累量也较少。三个异附加系的可溶性蛋白含量受干旱胁迫影响较小,虽有小幅度的下降,但保持着较高的含量。干旱胁迫下,各基因型的SOD、POD和CAT活力增加,在一定时间内,随着干旱胁迫的持续,晋麦47表现出先上升后下降的趋势,而Ae9013、Ae9041和Ae9061的SOD和POD活力随着胁迫程度的加重和时间的延长呈现不断上升趋势;Ae9013、Ae9041的CAT活力在15%PEG6000胁迫下不断增加,在25%PEG6000胁迫下先增加后下降,而Ae9061的CAT活力在高浓度PEG6000胁迫下仍持续增加。由此可见,普通小麦-欧山羊草异附加系具备更有效的酶促防御系统和渗透调节能力,说明U组染色体附加提高了小麦的抗旱能力。     

乌拉尔图小麦WOX基因的克隆与表达分析

WOX基因家族是一类植物特有的转录因子基因家族,在植物的生长发育过程发挥重要作用。本研究通过同源克隆的方法,得到乌拉尔图小麦(Triticum urartu)WOX基因家族的6个成员: TuWOX1、 TuWOX2、 TuWOX3、 TuWOX4、 TuWOX5和 TuWOX3a。生物信息学分析表明, TuWOX2、 TuWOX3和 TuWOX3a属于WUS支/进化支, TuWOX4属于古老支, TuWOX5属于中间支。除这三个分支外, TuWOX1自成一支,说明在乌拉尔图小麦中可能出现了不同功能的WOX家族基因。利用qRT-PCR技术对得到的WOX基因在乌拉尔图小麦不同组织的表达模式以及幼苗在不同非生物胁迫处理下的表达情况进行了分析,结果表明,WOX基因在乌拉尔图小麦各组织中均有表达,但在不同组织中的表达量差异较大,说明WOX基因在不同的组织中发挥作用;非生物胁迫条件下WOX基因表达水平发生了变化,表明其可以响应外界的胁迫。     

普通小麦D染色体组上psy基因位点的分子证据

为检测普通小麦D染色体组是否存在psy基因,以扩增普通小麦(2X=AABBDD=42)psy基因的相同引物psy02和psy06在节节麦(2X=DD=14)中进行PCR反应。结果表明,引物psy02在节节麦基因组DNA中的扩增产物长206 bp,与普通小麦中扩增的196 bp序列同源率为93.0%,对应的第2外显子区域内仅有1 SNP;引物psy06在节节麦基因组DNA中的PCR产物长305 bp,与普通小麦中扩增的302 bp序列同源率达95.77%,对应的第6外显子区域内无SNP,说明在小麦D染色体组中存在psy基因,且psy基因部分外显子序列在D染色体组的进化过程中相对保守。     

硬粒小麦抗倒性研究

为给硬粒小麦抗倒育种和栽培提供参考,以9份高产型硬粒小麦品种为材料,研究了节间形态及其与抗倒性的关系。结果表明,节间壁厚、髓腔直径及实心度与硬粒小麦的倒伏率密切相关,实际倒伏率与节间壁厚及实心度呈极显著负相关,与髓腔直径呈极显著正相关。基部第2节间的健壮程度与倒伏的关系最为密切。在硬粒小麦抗倒伏育种中应着重提高基部第2节间的质量,选择茎粗适中、实心度较高的类型,提高抗折力,改良抗倒伏能力。品种倒伏指数可作为硬粒小麦抗倒伏性能的评价指标。     

基于生物信息学的小麦ALAD基因的鉴定和分析

5-氨基乙酰丙酸脱水酶(δ-aminoaevulinic acid dehydratase,ALAD)是生物体所有四吡咯化合物生物合成所必需的酶。为了给ALAD基因功能研究奠定基础,本研究根据模式植物拟南芥和水稻的ALAD基因序列,利用生物信息学手段对普通小麦ALAD基因进行鉴定和分析。结果表明,普通小麦有6个ALAD基因,其中TaALAD-A1、TaALAD-B1和TaALAD-D1基因位于第七同源群染色体长臂,而TaALAD-A2、TaALAD-B2和TaALAD-D2基因位于第六同源群染色体短臂。6个ALAD基因均含有保守的ALAD结构域,但系统发育分析中可分为2组。转录组数据表达分析结果显示,TaALAD-1基因在各个组织中的表达量均高于TaALAD-2,但两者在叶片中的表达量均最高。干旱胁迫对小麦TaALAD-1和TaALAD-2的表达几乎无影响;TaALAD-1的表达量在热胁迫1h下调,而在热胁迫6h时上调;热胁迫1h和6h对TaALAD-2的表达几乎无影响。通过小麦TILLING数据库分析,6个TaALAD基因都找到了数量不同的突变位点,其中一些突变位点为起始位点突变、无义突变、转录终止位点突变和剪切位点突变,可能影响该基因的功能。     

玉米GA2ox类基因的发掘及其在苗期干旱胁迫后的表达分析

GA2ox类基因是玉米赤霉素合成途径中的一类负调控基因,其表达产物(GA 2-oxidases)可通过降解赤霉素及其前体物质,调控植物中赤霉素的含量,进而影响植株的诸多表型。研究中发掘到玉米ZmGA2ox类基因13个,进一步分析各基因的基因结构以及在不同组织中的表达状况。通过对各基因干旱胁迫下转录变化的分析发现,只有ZmGA2ox3;1、ZmGA2ox3;2、ZmGA2ox6、ZmGA2ox7;3和ZmGA2ox9共5个ZmGA2ox类基因在干旱胁迫后发生了显著的转录变化。初步鉴定出ZmGA2ox类基因中与玉米耐旱响应相关的候选基因。     

砂生槐根瘤内抗小麦纹枯病生防菌株的筛选及其鉴定

为了筛选对小麦纹枯病菌具有生防作用的菌株,从西藏米林县采集的砂生槐根瘤中分离到45株内生细菌,采用平板对峙法、菌丝生长速率法进行拮抗菌株筛选,用显微观察法研究受抑制病原菌菌丝变化;通过摇瓶培养法测定所筛选拮抗菌株的溶磷、固氮及分泌IAA功能,并对其进行盆栽接种防效试验;依据形态观察、生理生化反应及16S rDNA序列同源性分析确定所筛选菌株系统发育地位。结果表明,经过初筛和复筛,45株内生菌中,菌株R4对小麦纹枯病菌的拮抗效果较明显,对其抑菌圈直径达20.5 mm,抑菌率达98.2%,显著推迟菌核的萌发。受R4作用的小麦纹枯病菌菌丝末端分枝增多、部分原生质浓缩、形成瘤状结。菌株R4抗菌谱广,具有溶磷、固氮和分泌IAA活性。盆栽防效试验中,经菌株R4发酵液处理后,小麦纹枯病发病率和病情指数均显著降低,防治效果最高达73.82%。通过形态、生理生化特性及16S rDNA基因序列同源性比对分析,该菌株被鉴定为土地类芽孢杆菌Paenibacillus terrae。