棉花GhIQM1基因克隆及抗黄萎病功能分析

棉花是我国重要的经济作物,而黄萎病(Verticillium wilt)是棉花生产上的主要病害,严重危害棉花产量和纤维品质。本研究通过转录组数据分析筛选出1个与棉花抗病相关、不依赖Ca²⁺的钙调素结合蛋白基因GhIQM1。该基因受黄萎病菌和水杨酸(SA)诱导表达。利用病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing, VIGS)技术研究其在棉花抗黄萎病中的功能发现,抑制GhIQM1基因表达增强了植株对黄萎病的抗性, TRV:GhIQM1植株病情指数、维管束褐化程度、体内病原菌积累量都显著低于TRV:00。qRT-PCR分析表明,抑制GhIQM1表达的植株接种黄萎病后,作为参与水杨酸途径中的3个重要基因NPR1、NPR3和PR5的表达量显著高于对照。以上结果初步表明,GhIQM1基因可能通过抑制SA途径负调控了棉花的黄萎病抗性。     

棉花黄萎病相关基因GhAAT的克隆与功能鉴定

棉花黄萎病(Verticillium dahliae)是一种土传性真菌维管束病害,严重影响棉花的生产。本研究通过转录组数据分析筛选出一个与棉花黄萎病相关的氨基酸转运蛋白GhAAT基因,该基因在棉花根部响应黄萎病菌诱导表达。利用病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing, VIGS)技术研究其在棉花抗黄萎病中的功能。结果显示将该基因在棉花TM-1的叶片和根部沉默后,棉花对黄萎病抗性减弱,证明GhAAT基因参与调控了棉花抗黄萎病功能。发掘棉花抗黄萎病菌重要调控基因并揭示其分子机制对培育棉花抗病品种具有重要意义。     

棉花抗黄萎病机制研究进展

棉花黄萎病是一种土传真菌维管束病害,严重影响棉花产量和纤维品质。常规的防治手段可以局部控制但不能有效防治,采用传统的抗病育种策略培育抗病品种成效缓慢,因此对其防治一直是棉花生产上的难题。目前越来越多的研究集中在棉花对黄萎病的抗病机制方面。本文结合其他植物抗病研究进展从抗病基因介导的信号路径、乙烯在棉花与黄萎病菌互作中的作用、棉花对黄萎病菌的生理生化抗性以及棉花组织结构与黄萎病菌的抗性等4个方面总结棉花抗黄萎病的机制,以望对棉花抗病分子育种提供借鉴。     

小麦类受体蛋白激酶基因TaPK3A的克隆与抗纹枯病功能初步分析

小麦纹枯病已成为我国小麦生产的重要限制因素。研究小麦防御反应分子基础,发掘有效的抗病基因是小麦抗纹枯病育种突破的前提。本研究从抗纹枯病小麦品系CI12633中克隆出一个类受体蛋白激酶(receptor-like protein kinase, RLK)基因TaPK3A,并对其表达特性及抗纹枯病功能进行了分析和验证。TaPK3A基因的开放阅读框长度为1983 bp,编码660个氨基酸组成的类受体蛋白激酶。TaPK3A在抗纹枯病小麦品系 CI12633中的表达受禾谷丝核菌的诱导而显著上调;TaPK3A在根、茎、叶、穗中都有表达,以叶中的表达量最高;TaPK3A的表达受植物激素水杨酸诱导最为显著。利用大麦条形花叶病毒(barley stripe mosaic virus, BSMV)诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)技术,降低抗纹枯病小麦CI12633中TaPK3A的转录水平,再接种禾谷丝核菌 WK207 进行纹枯病抗性鉴定。结果显示,与对照植株相比, TaPK3A转录量下降的CI12633植株对纹枯病的抗性显著降低,说明TaPK3A是小麦防御纹枯病反应所需的。     

棉花抗黄萎病相关基因的序列和表达分析

黄萎病是棉花生产的主要病害,克隆抗病基因是培育棉花抗黄萎病品种的关键。本文根据前期的定位结果,结合棉花基因组测序信息,提取定位区段内基因组序列,预测获得63个基因。Gene Ontology分析表明63个基因参加多种生物进程,其中6个基因参与植物抗逆进程。根据Gene Ontology分析和前人研究结果,选择15个基因进行序列分析。启动子序列分析表明启动子区域包含各种抗逆的调控元件,其中6个基因包含了W-box元件。对海7124和苏棉8号棉花幼苗进行黄萎病菌处理,取病菌处理后不同时期的根,选择14个基因进行表达分析,结果表明在黄萎病菌处理后,有8个基因表达出现变化,其中在海7124和苏棉8号之间表达差异最大的基因是跨膜蛋白(Transmembrane protein 214-a isoform 1)、细胞色素P450(Cytochrome p450)和Udp-糖基转移酶UGT89A2(Udp-glycosyl transferase 89a2-like)基因。本研究为抗病基因克隆提供了候选基因。     

陆地棉GhBZR1基因的克隆及功能研究

[目的]BZR1是油菜素内酯(Brassinosteroid,BR)信号通路中关键的转录因子,去磷酸化后可直接调控BR信号通路下游基因的表达,影响植物的生长发育和免疫反应.明确其功能对了解棉花的抗/感病分子机制具有重要意义.[方法]分析未接种和接种黄萎病菌(大丽轮枝菌,Verticilium dahliae)的中植棉K...     

黄萎病菌诱导下陆地棉抗病品种SSH文库的构建

 采用抑制差减杂交技术,构建了陆地棉抗病品种冀棉20经黄萎病菌诱导8 h、12 h、24 h、48 h后的混合SSH文库,文库共包含800个阳性克隆。对质粒的酶切和巢式PCR结果表明,插入片段大小平均为400 bp。随机挑选20个阳性克隆进行测序,利用BLASTn和BLASTx进行序列相似性分析,发现20条EST都可以找到功能已知的同源序列,其中在BLASTn比较结果中,功能已知的有12条,占全部EST的60%;BLASTx的比较结果中有14条功能已知,占全部EST的70%。这些同源序列涉及到10种与抗病防御相关的基因,包括丝氨酸/苏氨酸激酶、谷胱甘肽-S-转移酶、乙醇脱氢酶、细胞色素P450、ACC氧化酶等。将这些序列与GenBank dbEST库进行比对,发现75%的EST都可以找到同源性较高的序列,它们都来自于植物在生物与非生物胁迫条件下特异表达的cDNA文库,这些胁迫包括病原菌诱导、低温处理、紫外线照射、热激处理、盐处理、氧胁迫、水杨酸诱导等。     

利用染色体片段代换系定位棉花抗黄萎病QTL

通过陆地棉与海岛棉杂交并与陆地棉回交,获得1个染色体片段代换系苏VR043,抗江苏非落叶型黄萎病菌系BP2。分子检测表明,苏VR043兼有陆地棉苏棉8号的遗传背景和海7124的D4染色体片段。以苏VR043和苏棉8号为亲本构建包含176个单株的F2群体,通过标记分析和F2:3家系抗病鉴定,发现抗病性状与标记NAU3392连锁,p值为2.3×10-12。根据棉花D组染色体测序结果,参照置换区段的基因组序列,合成92对SSR引物;PCR扩增分析发现,有5对引物在苏棉8号和苏VR043之间表现多态性,并将抗病主效QTL定位在标记ZHX32和NAU3392之间,标记间遗传距离为3.2 c M,QTL解释表型变异64.8%。同时参照棉花D组测序结果,提取对应的置换区段序列,预测包含63个基因,基因聚类分析表明7个基因参与抗逆反应,其中1个基因与抗病相关。     

陆地棉离层基因GhBOP1的克隆及其功能的初步分析

为防止棉铃脱落提高结铃性,进而提高棉花产量,从陆地棉中分离出一个参与离层分化调控的相关基因GhBOP1。通过生物信息学分析,表明GhBOP1蛋白序列含有保守性强的BTB和ANK结构域;进化树分析显示该蛋白氨基酸序列与许多植物的同源蛋白相似程度很高,说明该类蛋白进化较慢。利用qRT-PCR进行组织特异性表达分析的结果表明,GhBOP1基因在根、茎、叶和花等组织器官中均有少量表达,但在离层中为优势表达,表达量为叶片表达水平的20倍。利用病毒诱导基因沉默(VIGS)技术干涉棉花GhBOP1基因的表达,同时进行低盐胁迫处理分析,对照植株叶片出现大量地脱落,而GhBOP1基因沉默植株叶片生长正常。总之GhBOP1基因在离层中优势表达,并对离层的形成可能具有调控功能。     

陆地棉抗黄萎病性状的遗传及分子标记研究

 以陆地棉抗黄萎病品系常96和感病品种军棉1号为研究材料,构建了一个含有138个F₂单株的作图群体。利用强致病力菌株VD8对P₁、P₂、F₁、F_2：3群体进行营养钵接种,估算各世代的相对病指。应用主基因 多基因混合遗传模型分析得出该组合的最适遗传模型为C-0模型,即加性-显性-上位性多基因模型。对1998对SSR引物和230对SRAP引物进行筛选,获得148个SSR和6个SRAP多态性标记位点,进一步利用MAPMAKER作图软件,构建了一张含122个标记位点的陆陆杂种遗传连锁图。利用复合区间作图法在第9染色体NAU462-JESPR114区间内,检测到1个抗黄萎病QTL,可解释的表型变异为13.8%。     

我国棉花品种抗黄萎病鉴定存在的问题及对策

对１９９０～１９９６年通过省级审定的８４个棉花品种的黄萎病病指分析表明,大多数品种的病指与其实际抗病性不符。分析其原因认为,抗性鉴定的病圃及鉴定方法不规范,品种审定时对抗黄萎病性能无明确要求等所造成,为此提出解决问题的对策。     

陆地棉抗黄萎病、纤维品质和产量等农艺性状的QTL定位

用一个高抗黄萎病的陆地棉品系5026和一个高感黄萎病的陆地棉品种李8为材料,构建一个RIL群体.用5 300对SSR引物筛选亲本多态,获得115个多态位点并进行标记间连锁分析,构建了一张包括20个连锁群全长560.1 cM的陆地棉品种间分子标记遗传图谱.RIL家系分两份:一份种于病圃,在苗期和成株期分别考查各家系的发病情况;一份种于大田,调查各家系的产量和纤维品质相关性状.用复合区间作图法对抗病、产量和纤维品质等性状进行QTL定位:在苗期检测到了3个抗病QTL,成株期检测到了1个抗病QTL,解释的变异系数范围是7.4%～11.8%;检测到2个纤维长度、2个纤维强度、1个纤维细度、1个整齐度、1个短纤维指数和2个纤维伸长率等9个与纤维品质相关性状的QTL,解释的变异范围是6.7%～15.7%;检测到了2个皮棉产量、1个籽棉产量、2个单株果枝数、1个单株铃数、2个铃重、1个籽指、1个衣分和1个衣指等11个产量构成因素的QTL,解释的变异方差范围是4.1%～10.6%,这些结果为棉花抗病育种同时兼顾产量和品质育种提供了非常有用的信息.     

棉花CML基因家族成员鉴定与功能分析

【目的】类钙调素(Calmodulin-like,CML)蛋白是1种重要的Ca2+传感器,在调节植物应激反应机制中起重要作用。对CML基因家族进行全基因组学分析,以便深入研究CML基因在棉花逆境胁迫下的作用。【方法】利用生物信息学的方法进行了棉花CML家族成员的鉴定。利用转录组数据和反转录聚合酶链式反应分析陆地棉(Gossypium hirsutum L.)CML基因在盐胁迫下的表达模式。利用病毒诱导基因沉默技术对GhCML44-2基因进行沉默并进行功能验证。【结果】在陆地棉(Gossypium hirsutum L.)、雷蒙德氏棉(G. raimondii Ulbrich)、亚洲棉(G. arboreum L.)中分别获得了154个、74个、78个CML蛋白。进化树和保守基序分析表明,GhCML蛋白分为8个亚类,都含有保守的EF-hand结构域;在盐胁迫下,107个GhCML基因在叶和根中有显著的差异表达,且在根和叶中的差异表达模式不同。启动子分析表明,这些基因启动子中存在多种不同的胁迫响应元件;利用病毒诱导基因沉默技术成功沉默GhCML44-2的棉株相较于对照更加不耐盐。【结论】该研究结果有助于了解棉花CML基因家族的进化与功能,为后续研究其功能提供了一定的理论依据。     

基于主成分分析法的国家农业科技园区综合效益的实证研究

为了准确地反映国家农业科技园区的综合效益,并对其实行实时监督与动态管理,指引其健康、科学地发展。笔者运用主成分分析的方法,将8大指标分为4个主成分进行分析。结果表明：安徽宿州、厦门同安、辽宁阜新、湖北武汉的国家农业科技园区的综合收益较高。而综合收益最差的是重庆璧山农业科技园区,其经济资源利用效率、生产能力、固定资产的利用效率和园区的盈利能力都不高,陕西榆林国家农业科技园区的综合得分也较低,其资金利用效果不是很好。本研究总结了国家农业科技园区的综合效益,并分析展望了国家农业科技园区研究的未来发展趋势。     

陆地棉NF-YA基因家族的全基因组鉴定与功能分析

【目的】通过对陆地棉NF-YA基因家族进行全基因组鉴定,分析其表达特性,鉴定其中与棉花开花相关的基因。【方法】利用生物信息学方法系统分析了其理化性质、基因结构、共线性、Ka/Ks、顺式作用元件和表达模式,实时荧光定量聚合酶链反应(Polymerase chain reaction,PCR)分析表达特征,采用病毒诱导基因沉默技术验证基因功能。【结果】陆地棉中鉴定到29个NF-YA基因家族成员,分为5个亚组,定位在18条染色体上;全基因组复制和片段复制是GhNF-YA基因家族扩张的主要动力;启动子区含有大量光反应的顺式作用元件。GhNF-YA基因家族基因在茎、叶中高表达;12个GhNF-YA基因在早熟品种鲁棉研19号和晚熟品种鲁棉研37号中均在第三至六叶时期表达量较高,并且大部分基因在品种间表达差异显著。沉默GhNF-YA18基因的鲁棉研37号植株比对照提前11 d现蕾,并且该基因在白化期和现蕾期的表达量均低于未沉默对照棉株。【结论】本研究对陆地棉NF-YA基因家族进行了鉴定和表达分析,为进一步研究棉花开花调控的分子机制奠定了基础。     

植物钙依赖蛋白激酶的结构、表达特性及其生物学功能

钙离子(Ca²⁺)是植物信号转导途径的主要信号组分之一,钙依赖蛋白激酶(calcium-dependent protein kinase,CDPK)是Ca²+的信号传感器。当植物感受到自身或外界信号刺激后,细胞中的钙信号经CDPK传递到下游,导致基因表达变化并引发级联反应和一系列生理响应过程。本研究综述了CDPK的结构特征和表达特性,重点介绍了其在植物发育、逆境胁迫应答、气孔运动和激素信号转导等方面的生物学功能,指出CDPK在植物信号转导和应答环境变化过程中的重要作用,并对未来CDPK的研究前景进行了展望,旨在为深入研究CDPK的功能和调控机制提供参考。     

GhCPS基因沉默对棉花幼苗生长和内源激素含量的影响

利用RT-PCR从棉花中获得493 bp的GhCPS(赤霉素(GA)合成酶基因)片段,经EcoRⅠ/KpnI双酶切后连入pTRV-RNA2质粒,获得了重组载体pTRV-GhCPS;用该载体转化农杆菌后,室内盆栽条件下侵染棉花品种欣抗4的子叶苗。结果表明,病毒诱导沉默GhCPS基因的棉花幼苗中GhCPS的表达量仅为空载体对照的52%。与空载体对照相比,沉默GhCPS的棉花幼苗第1叶和第2叶的内源GA4含量分别降低33%和60%;第2叶ABA含量降低48%,IAA、ZR和iPA含量均无显著变化;株高降低64%。第1叶和第2叶的叶面积分别减小26%和47%,总叶绿素含量分别增加29%和63%,类胡萝卜素含量分别增加27%和46%。第1叶的净光合速率、气孔导度、胞间CO2和蒸腾速率分别增加23%、40%、9%和31%。可见,利用病毒诱导基因沉默技术技术沉默GhCPS后可调控棉花幼苗叶片内源激素平衡,控制棉花幼苗的生长,并提高单位叶面积的光合能力。     

小麦抗病基因类似序列BRG1的分离与功能分析

利用cDNA-AFLP技术筛选到1个在抗黄矮病的小麦-中间偃麦草易位系YW642中特异表达的小麦抗病基因类似序列(BYDV resistance-related gene1, BRG1)的基因片段。利用cDNA末端快速扩增技术(RACE)和RT-PCR技术,从YW642中分离出BRG1基因全长cDNA序列,获得了一个通读的抗病同源基因cDNA序列,编码由645个氨基酸组成的蛋白质,包含1个NB-ARC保守结构域和3个LRR结构域,该蛋白属于nucleotide-site binding, leucine-rich repeats (NBS-LRR)家族。荧光定量或半定量RT-PCR表达分析表明,BRG1在抗病小麦易位系YW642叶片中优势表达,受BYDV的诱导,BYDV接种后48 h表达量最高,BRG1在感病小麦亲本中8601中表达量始终较低,随BYDV接种时间延长呈轻微的下调趋势;而且外源激素水杨酸(SA)与茉莉酸(JA)处理可上调该基因在YW642中的表达。利用病毒介导的基因沉默技术分析了BRG1基因的功能,结果表明该基因沉默的抗病小麦易位系YW642中BYDV相对含量增加,但未造成抗病性表型显著改变,说明该基因参与抗黄矮病反应,但不是小麦抗黄矮病重要基因。     

小麦应答低磷的钙依赖蛋白激酶基因TaCPK1A和TaCPK10的克隆和表达

采用构建富集磷胁迫特异表达基因cDNA差减文库、序列分析和cDNA-AFLP技术,鉴定了2个应答低磷胁迫的钙依赖蛋白激酶(CDPK)基因的表达序列标签。克隆、测序和比对结果表明,上述基因分别为TaCPK1A和TaCPK10。其cDNA长度分别为2 129 bp和1 696 bp,开放阅读框分别为1 599 bp和1 281 bp,分别编码532和426个氨基酸;具有CDPK的典型结构特征。系统进化分析表明,上述基因的核苷酸序列同源性低,分别来自不同的祖先。在对低磷胁迫的响应上,TaCPK1A在磷胁迫1~24 h范围内根系内的表达水平不断增强,叶内表达水平在1 h内明显被诱导,以后保持稳定;TaCPK10在相应磷胁迫时间范围根叶内的表达水平均呈低—高—低变化,在磷胁迫1 h的表达被诱导,以后又逐渐降至胁迫前水平。TaCPK1A和TaCPK10对氮、钾胁迫没有应答响应。结果表明,CDPK在介导小麦低磷胁迫的信号转导中具有重要作用,小麦中存在两种或多种CDPK介导的磷酸化过程参与低磷信号的转导。