薏苡丙酮酸脱羧酶1(PDC1)基因片段cDNA克隆与分析

参考水稻、玉米的PDC1蛋白保守序列以及甘蔗的PDC基因片段,设计1对简并引物,从薏苡中克隆了PDC基因片段.经测序和在NCBI数据库进行序列相似性搜索,结果表明,该序列与甘蔗PDC基因同源性为96%,与玉米PDC3和水稻PDC2同源性分别为94%和90%,推测该序列为薏苡PDC1基因片段.     

玉米磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因高效表达载体构建及其导入小麦的研究

为获得具有C4光合特征的高光效转基因小麦材料,利用从玉米中克隆的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)基因(pepc,GenBank接受号为FJ415327)构建高效双元表达载体,通过基因枪介导法将其导入小麦品种(系)中,利用Real-time PCR方法分析外源基因在转基因植株中的拷贝数.PCR和双酶切鉴定表明,玉米PEPC cDNA序列已插入双元表达载体pCAMBIA3301中,命名为p3301-pepc;对获得的抗性再生植株进行PCR扩增,其中有342株扩增出目的条带;在选取的15株转基因植株中7株拷贝数为1,3株拷贝数为2,2株拷贝数为3,拷贝数为5、8和17的分别为1株.初步证明玉米pepc基因已整合到小麦基因组中,且外源基因在转基因植株中既有单拷贝插入,也有多拷贝插入,这为进一步研究该基因在小麦基因组中的功能表达提供了试验材料.     

家稗丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)基因的克隆及序列分析

为揭示C4植物家稗[Echinochloa crusgalli var frumentacea(Roxb.)W.F.Wight] PPDK结构和功能特点,探索改善作物高光效途径,采用RT-PCR技术,克隆了家稗[Echinochloa crusgalli var frumentacea (Roxb.) W. F. Wight]丙酮酸磷酸双激酶（PPDK）基因的cDNA全长。核苷酸序列分析表明, 该片段全长3 085 bp, 包含一个2 844 bp的ORF,编码948个氨基酸(GenBank登录号：AY 792619)。编码区核苷酸序列与高粱（Sorghum bicolor）、甘蔗（Saccharum officinarum）、玉米（Zea mays）等C₄型pdk基因同源率分别为85.1%、84.0%和82.0%;与水稻[Oryza sativa (japonica cultivar-group)] pdk基因同源性也高达82.6%。氨基酸序列进化树分析表明其与玉米、水稻等禾本科植物最为接近;半定量RT-PCR研究表明,pdk基因仅在绿色叶片中表达。     

谷子PEPC基因的鉴定及其对非生物逆境的响应特性

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)是C4植物光合作用关键酶,并在植物多种代谢途径及逆境信号应答过程中起重要作用。本研究通过序列比对,从谷子基因组中筛选出6个SiPEPC候选基因。SiPEPC蛋白特征参数相似度很高,序列非常保守,都含有PEPC基因特征功能域PEPcase Motif。SiPEPC成员主要被定位在细胞质、细胞核和线粒体。在SiPEPC成员启动子序列中含大量有光、激素、逆境以及其他生长调控相关的顺式应答元件。苗期逆境qRT-PCR表达谱分析表明,5个SiPEPC基因(SiPEPC1、SiPEPC2、SiPEPC3、SiPEPC5、SiPEPC6)不同程度受ABA、PEG、高盐和低温诱导表达,表明其参与了苗期对非生物逆境的响应。5个SiPEPC基因表达量在正常生长条件下随着谷子的生长呈增强趋势,且在不同生育时期干旱胁迫下明显增加,表明其参与了拔节、抽穗、灌浆期的干旱胁迫应答。拔节期弱光可诱导5个SiPEPC基因的表达,而在拔节期中等强度光照以及抽穗期和灌浆期的中等光照和弱光照下表达量均急剧降低,揭示光照强度严重影响SiPEPC基因的表达。     

有效防除麦田抗性杂草荠菜的新型除草剂——双唑草酮

双唑草酮为中国创制的新型对羟基苯基丙酮酸双氧化酶(HPPD)抑制剂类除草剂,已于2018年取得中国农药登记。为了测定其对麦田抗性杂草荠菜的除草效果,共采集了36个荠菜种群,其中1个敏感种群采自未施用过除草剂的路边,其他35个疑似抗性种群均采自于中国苯磺隆使用历史超过20年的冬小麦田。在温室中采用整株盆栽法测定了荠菜种群对双唑草酮、苯磺隆、双氟磺草胺、甲基二磺隆、唑草酮和2甲4氯的抗性水平。结果表明,有28个种群对苯磺隆产生了抗性,其中种群K16009、K17005、15053和17003表现出高水平抗性。这4个种群对其他除草剂的交互抗性检测试验表明:种群K16009、K17005和15053对双氟磺草胺和甲基二磺隆表现出高水平交互抗性,其抗性指数范围为25-321,其GR₅₀值远高于供试药剂登记的田间推荐剂量;而上述4个抗性种群对双唑草酮、唑草酮和2甲4氯均较为敏感,其GR₅₀值均低于供试药剂登记的田间推荐剂量。唑草酮和2甲4氯也可用于小麦田抗性荠菜种群的防治,但该类药剂对施药时间要求较为严格。本研究结果表明,双唑草酮可有效防除对乙酰羟基酸合成酶（AHAS）类除草剂已经产生抗性的荠菜。     

牦牛MPC1和MPC2基因克隆及其组织表达特征分析

【目的】明确牦牛线粒体丙酮酸载体编码基因（MPC1和MPC2）的分子生物学特性及其组织表达特征,为揭示MPC基因在牦牛适应高原环境和能量代谢中的作用机制提供理论依据。【方法】选取麦洼牦牛为研究对象,PCR扩增牦牛MPC1和MPC2基因编码区（CDS）序列,利用在线生物信息学分析软件预测其蛋白结构及理化性质,并以实时荧光定量PCR检测MPC1和MPC2基因在不同年龄（0.5、1.5和2.5岁）牦牛各组织中的表达情况。【结果】牦牛MPC1基因CDS序列长330 bp,共编码109个氨基酸残基;MPC2基因CDS序列长384 bp,共编码127个氨基酸残基。基于MPC1和MPC2基因CDS序列相似性构建的系统发育进化树显示,牦牛分别与黄牛和水牛的亲缘关系最近,与绵羊的亲缘关系最远。牦牛MPC1和MPC2蛋白均为稳定的亲水性蛋白,丙氨酸和亮氨酸含量较高,有跨膜结构但无信号肽,均存在1个MPC结构域;其二级结构以α-螺旋为主（分别占57.80%和55.12%）,三级结构模型为5xpd.1.A。MPC1和MPC2基因在2.5、1.5和0.5岁牦牛心脏中的相对表达量均最高,其次是肾脏和肝脏,而在脾脏...     

NH4+-N部分代替NO3--N对番茄生育中后期氮代谢相关酶活性的影响

采用砂培实验研究NH4 -N部分代替NO3--N对番茄的影响,结果表明:与全硝处理(100%NO3-)相比较,增铵处理(NH4 ∶NO3-=25%∶75%)下番茄鲜果重显著提高;同时叶片内NO3--N含量随增铵而显著降低,叶片与果实内NH4 -N含量及果实的可溶性蛋白含量随增铵而升高;增铵条件抑制了叶片和果实的硝酸还原酶(NR)活性,提高了叶片和果实的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPcase)活性及叶片谷氨酰胺合成酶(GS)活性,但对果实的谷氨酰胺合成酶(GS)活性影响不大。上述结果表明,NH4 -N部分代替NO3--N可增加番茄产量,提高集约化基地的生产量。     

Nn4^＋-N部分代替NO3^——N对番茄生育中后期氮代谢相关酶活性的影响

采用砂培实验研究NH4^＋-N部分代替NO3^1-N对番茄的影响，结果表明：与全硝处理（100％NO3）相比较，增铵处理（NH4^＋：NO3^-=25％：75％）下番茄鲜果重显著提高；同时叶片内NO3^--N含量随增铵而显著降低，叶片与果实内NH4^＋-N含量及果实的可溶性蛋白含量随增铵而升高；增铵条件抑制了叶片和果实的硝酸还原酶（NR）活性，提高了叶片和果实的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPcase）活性及叶片谷氨酰胺合成酶（GS）活性，但对果实的谷氨酰胺合成酶（GS）活性影响不大。上述结果表明，NH4^＋-N部分代替NO3^--N可增加番茄产量，提高集约化基地的生产量。     

基因后代的耐光氧化特性

分别以转PEPC Kitaake和Kitaake作父本,以4份不同来源的保持系珍汕97B、K17B、Ⅱ32B和G2480B为母本构建F1,考查PEPC 的表达及其对光合性状和农艺性状的影响。导入PEPC 后,水稻净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和PEPC酶活性均表现为增加,最突出的是其PEPC酶活性均成倍增加。蒸腾速率方面,只有K17B/PEPC 表现为下降。珍汕97B的净光合速率、气孔导度和PEPC酶活性一般配合力相对效应值均最大。在农艺性状上,G2480B/PEPC 的有效穗数、结实率和单株产量均大幅度提高,分别增加了31.46%、1.39倍和1.83倍,千粒重也增加了7.84%。珍汕97B/PEPC 由于穗变短,即使结实率和千粒重大幅度增加,减产仍达9.84%。G2480B的穗长、每穗粒数、结实率和单株产量一般配合力相对效应值均最大,而珍汕97B最小。在耐光氧化方面,转PEPC 基因Kitaake明显优于Kitaake。说明PEPC 单个基因对改善籼型三系保持系的光合性能和增加产量有较重要的作用。在供试的4份保持系中选用保持系宜考虑G2480B,PEPC 在此遗传背景下的表达丰度较高,提高结实率和单株产量等农艺性状的正效应最好。     

转ppc基因水稻苗期抗旱特性研究

通过C₄转基因技术改善C₃作物光合作用, 以期提高作物产量是国内外研究的热点之一。然而, 目前关于转磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)基因对水稻的光合作用、产量和抗旱性的影响及其调节机理仍不很清楚。本研究以T₄代转ppc基因水稻为材料, 进行产量和苗期抗旱性研究。结果表明, 在旱作栽培条件下, 两个转ppc基因株系(T1, T2)单株产量分别比未转基因的对照(WT)增产28%和42%, 分蘖增加27%和40%; T1和T2可维持较高的光合速率、气孔导度和水分利用效率; 干旱胁迫使超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量增加, T1和T2 SOD活性增幅(+25%)都显著高于WT(+9%), 而MDA含量增幅显著低于WT, 表明转ppc基因水稻具有较强的抗氧化能力; T1和T2比WT具有较高的脯氨酸含量和渗透势下降幅度, 说明转PEPC基因水稻的渗透调节能力高于对照。PEG-6000处理下, 得到的结果相似。