播种深度对花生生育进程和叶片衰老的影响及其生理机制

在春播、土壤水分适宜以及起垄覆膜种植模式条件下,选用大花生品种山花108,设置3、5、7、9、11、13和15 cm (SD3、SD5、SD7、SD9、SD11、SD13和SD15) 7种播种深度,研究播种深度对花生生育进程、叶绿素含量、光合性能、干物质积累量、抗氧化酶活性及产量形成的影响。2年结果表明,播种深度明显影响花生出苗时间,与SD5处理相比, SD15处理的出苗期推迟5 d,产量形成期缩短2.5 d。播深过浅(3 cm)或过深(7 cm)显著降低了植株主茎高和侧枝长,导致叶面积指数(LAI)显著降低;且降低了产量形成期叶片叶绿素含量和光合速率,导致植株干物质积累量显著降低。播种过深(7cm)显著降低了产量形成期叶片可溶性蛋白含量和超氧化物歧化酶(SOD)及过氧化物酶(POD)活性,丙二醛(MDA)含量显著提高,导致叶片膜脂过氧化加剧。各播深处理相比,SD5处理的荚果和籽仁产量较高,主要是由于其单株结果数、单果重及出仁率的提高,播种深度超过7 cm后,减产显著。因而,春花生适宜的播种深度应控制在5 cm。     

'Fresno Seedless'葡萄幼胚和胚乳发育及败育的组织学观察

以种子败育型无核葡萄品种‘Fresno Seedless’为试材,采用石蜡切片技术和铁矾媒苏木精染色法,对‘Fresno Seedless’葡萄的幼胚和胚乳的发育及败育过程进行了系统的细胞学观察,以期确定其幼胚和胚乳开始败育的时期。结果表明:‘Fresno Seedless’葡萄合子于花后16d开始分裂,经过二细胞原胚、多细胞原胚,发育至球形胚时期,开始退化败育,时间为花后38d;‘Fresno Seedless’葡萄初生胚乳核于花后6d开始分裂,待胚乳细胞基本充满胚囊后开始退化败育,时间为花后32d。胚囊内胚乳首先从胚囊珠孔端开始败育,随后合点端胚乳开始败育。因此,‘Fresno Seedless’葡萄的胚挽救最佳取样时期是花后32～36d。该研究结果为利用‘Fresno Seedless’葡萄做母本进行胚挽救育种的大田取样时期提供了较为科学的参考依据。     

花前施用6-BA对抗寒无核葡萄胚挽救效果的影响

在花前14 d,分别对4个抗寒无核葡萄杂交组合‘火焰无核’×00-1-5、‘秦红10号’×00-1-5、‘秦红2号’ב木星’和‘红宝石无核’×00-1-5的母本花序施用不同浓度6-BA,以MM3固液双相培养基作为胚发育培养基,WPM固体培养基作为胚萌发培养基进行胚挽救,研究花前施用6-BA对胚挽救效果的影响。结果表明:花前施用6-BA对胚的发育起促进作用,但不同浓度6-BA对不同杂交组合的胚挽救效果不同,其中‘秦红10号’×00-1-5、‘秦红2号’ב木星’和‘红宝石无核’×00-1-5在6-BA浓度为50mg/L时,胚发育率、萌发率和成苗率最高;而‘火焰无核’×00-1-5在6-BA浓度为30 mg/L时,胚发育率、萌发率和成苗率最高。无核品种‘秦红2号’‘红宝石无核’最适宜作母本,‘火焰无核’胚挽救效果较差。     

利用CRISPR/Cas9敲除葡萄VviPDS1基因的研究

选择葡萄八氢番茄红素脱氢酶(Phytoene desaturase)基因VviPDS1为靶标,利用CRISPR/Cas9系统构建基因敲除载体,瞬时转化葡萄叶片原生质体,检测到不同类型的突变。通过农杆菌介导转化‘无核白’葡萄胚性愈伤组织,筛选获得卡那霉素抗性植株71株。经PCR鉴定,其中53株为阳性植株,阳性率为74.64%。测序结果表明,共有20株在靶点发生不同类型的突变,编辑效率为37.74%;其中9株产生了双等位基因突变。对其进行氨基酸序列预测,在第202位氨基酸之后发生了不同程度的变异。利用CRISPR/Cas9系统敲除VviPDS1获得的突变体植株呈现整体矮化,其叶片出现不同程度白化。表明CRISPR/Cas9系统可以通过细胞中的瞬时或稳定表达进行基因编辑,可以实现在葡萄编辑植株中产生纯合敲除。     

红富士苹果芽变系DNA甲基化研究

以35份富士苹果(Malus×domestica Borkh.‘Fuji’)芽变材料为试材,利用甲基化敏感扩增多态性(Methylation Sensitive Amplified Polymorphism,MSAP)分析和UPGMA聚类方法,对其基因组甲基化修饰水平、变异模式以及表观遗传变异关系进行研究。结果表明:(1)不同富士系得到不同的MSAP扩增,总DNA甲基化水平27.90%～36.16%,平均32.87%,双链全甲基化为主要甲基化方式;(2)富士芽变材料绝大多数位点保持了原有甲基化模式;(3)绝大多数芽变(68.57%)检测到全部的甲基化变异模式(12种),去甲基化频率极显著高于甲基化频率(P <0.01),且CG去甲基化极显著高于CHG;(4)36份种质遗传相似系数平均值0.89(0.79～0.92),在聚类图上,富士原种分布在芽变系集中区外,新近发生的芽变系更倾向于聚在一起,着色系片红型和条红型芽变呈分散排布状态。总的来看,富士芽变的甲基化变异模式丰富,超甲基化和去甲基化相伴发生,但以去甲基化为主;‘富士’着色芽变与其最原始品种富士,以及芽变之间发生了较大表观遗传变异;片红和条红型芽变聚类未表现明显偏好性。本研究将为进一步开展富士着色系芽变机理研究提供指导,可以CG去甲基化为切入点展开深入研究。     

基于蛋白质组学研究光质对番茄果实挥发性物质的影响机理

以‘Micro-Tom’番茄(Solanum lycopersicum L.)为试材,种子发芽后30d移入人工气候室,分别进行红/蓝光组合(1:1、3:1、5:1、7:1)处理,以白光处理为对照。在番茄果实绿熟期、转色期、成熟期取样,测定果实挥发性物质含量及蛋白组数据。结果表明,在转色期和成熟期,对番茄风味有积极作用的己醛、反式–2–己烯醛、β–紫罗兰酮、牻牛儿丙酮、6–甲基–5–庚烯–2–酮、2–苯乙醇、愈伤木酚的含量在红/蓝光3︰1组合处理中最高,而对风味有消极作用的水杨酸甲酯的含量较低,并且在成熟期为0。进一步分析了红/蓝光3︰1组合处理与对照相比的差异蛋白,在成熟过程中番茄果实共鉴定到12个与挥发性物质产生有关的差异蛋白,其中8个上调表达,4个下调表达。通过对12个差异蛋白进行mRNA水平的验证发现,只有转色期的苯丙酮酸互变异构酶(MIF)在蛋白质和mRNA水平表达不一致,其他11个蛋白在两个水平表达均一致。     

苹果细胞分裂素氧化酶基因MdCKX7.2的克隆及抗性鉴定

采用同源克隆和PCR技术从‘嘎拉’苹果(Malus×domestica Borkh.)中克隆细胞分裂素氧化酶基因MdCKX7.2(基因序列号:MDP0000279125)。该基因含有1 542 bp的完整开放阅读框,编码513个氨基酸。利用Plant CARE数据库对MdCKX7.2启动子顺式作用元件进行预测分析,发现MdCKX7.2启动子序列中存在光、干旱、脱落酸、水杨酸、茉莉酸甲酯等响应元件。基因表达分析发现,‘嘎拉’幼苗中MdCKX7.2的表达明显受干旱和ABA的诱导。通过农杆菌介导的遗传转化获得MdCKX7.2转基因拟南芥植株。抗性试验表明,异位表达MdCKX7.2基因明显提高了拟南芥对干旱胁迫的抗性。拟南芥种子萌发试验表明,在拟南芥中异位表达MdCKX7.2提高了植株对ABA的敏感性,种子萌发率和幼苗鲜质量明显下降,与种子萌发相关基因的表达量明显上调。以上试验结果表明,MdCKX7.2在植物非生物胁迫响应中发挥重要作用。     

甘蓝型油菜桔黄花色基因的QTL-seq遗传分析及InDel分子标记开发

本研究以甘蓝型油菜黄色花株系16G097和桔黄色花株系J为亲本,回交获得BC1F1世代花色分离群体。对该分离群体的花色差异单株,通过混池分离分析法(BSA)与全基因组重测序(QTL-seq)技术,对桔黄色花性状调控基因进行初步的遗传分析。结果表明,一个主要的候选区域位于甘蓝型油菜的C09染色体区域(C09:4.64~8.28 Mb)。根据该区域的插入/缺失(InDel)变异位点,开发InDel分子标记,经过筛选获得与桔黄色花性状连锁的共显性分子标记2个(BnaC0919, BnaC0934),这个结果也验证了桔黄花色调控基因的候选区域。这些研究结果有利于进一步分离桔黄花色调控基因的候选区段,并为甘蓝型油菜遗传学研究和分子育种提供有价值的资源。     

马铃薯晚疫病菌应答WRKY基因的结构功能预测与植物表达载体构建

WRKY是一类广泛参与高等植物各种抗逆调控活动的转录因子,可以通过激活下游相关信号转导途径调节自身的应激反应,进而增强植物抗逆性。本研究通过RNA-Seq从马铃薯(Solanum tuberosum)中筛选出一个晚疫病菌诱导WRKY转录因子基因StWRKY。采用RT-PCR技术获得该基因CDS全长,并对其进行序列分析及结构功能预测。根据StWRKY蛋白序列进行同源性搜索,得到与其蛋白序列相似度较高的其他物种的蛋白序列,使用MEGA7软件对St WRKY蛋白序列及其同源序列进行多序列比对分析并构建了系统进化树。利用在线工具ProtParam对StWRKY进行氨基酸理化性质分析;利用SMART在线工具进行蛋白序列分析;利用SWISS-MODEL在线工具和PredictProtein在线平台分别对StWRKY蛋白二级结构和三级结构进行分析。结果表明,StWRKY核苷酸序列CDS全长为957 bp,编码含318个氨基酸的蛋白质,预测蛋白分子量为36.17 k D,等电点为6.49。既不是分泌蛋白也不是膜蛋白,未发现跨膜区、信号肽和复合螺旋区。StWRKY三维空间结构主要由无规卷曲以及β-折叠组成。通过XcmⅠ酶切、连接将StWRKY装载到pCXSN载体上,构建了该基因的超表达载体pCXSN-StWRKY。StWRKY基因的克隆,为进一步从分子水平上验证其抗晚疫病的生物学功能以及揭示马铃薯生物胁迫抗逆机制奠定基础,并为马铃薯抗病育种提供新的基因资源。     

大豆质核互作雄性不育系NJCMS1A与其保持系NJCMS1B的生理生化特性比较分析

以大豆质核互作雄性不育系NJCMS1A及其保持系NJCMS1B的花芽为试验材料,利用试剂盒法和紫外分光光度计测定分析了糖分含量(可溶性糖和淀粉)和总ATPase、蔗糖磷酸合成酶(SPS)、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)、抗坏血酸氧化酶(AO)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)以及过氧化物酶(POD)等酶活性的变化情况。结果表明:相较于保持系NJCMS1B,总ATPase、PEPCK、AO和CAT活性在不育系NJCMS1A中显著下降;糖分含量、SPS和SOD活性在不育系NJCMS1A中下降水平不显著;POD活性在不育系NJCMS1A中显著上升。根据结果分析推测,与能量代谢或胁迫响应等相关的物质或酶活性在不育系NJCMS1A中的亏损现象可能是NJCMS1A花粉败育的主要原因。