前期通过矮秆高粱和本地玉米远缘杂交成功选育出矮秆dwarf-12,经过前人研究该矮秆基因可能由br2控制,由于无不良性状,为了利用、发掘优良的矮秆自交系,又将dwarf-12和本地白玉米杂交,选育出优良矮秆自交系d8227,前人将得到的矮秆玉米材料d8227经过与不同高度的玉米组合,鉴定出具有较好的配合力,为增加矮秆玉米种质资源,提高玉米产量,对其进行深入的研究。以d8227和dwarf-12为研究材料,比较矮秆亲本和子代之间的主要农艺性状差异,观察茎秆细胞学差异;用d8227和4个不同背景自交系进行遗传交配设计,分析矮秆基因的遗传模式;构建定位群体,用BSA方法,进行高通量测序,对矮秆基因进行初步定位,并对定位区间已知的矮秆材料进行等位性鉴定,明确目标基因与已知基因的关系。结果表明,d8227株高比亲本株高增加9.35%,穗位增加31.50%,d8227叶片减少,茎节长度增加,d8227的穗质量、行粒数、百粒质量、穗长、粒深比dwarf-12增加52.21%,5.26%,23.76%,6.93%,12.02%;利用石蜡切片方法,用显微镜观察d8227和dwarf-12穗上、穗位、穗下的横切、纵切细胞特征,d8227纵切细胞排列松散,细胞明显伸长;dwarf-12细胞排列有规则、紧凑,经过测量细胞面积,d8227穗位、穗下细胞面积显著高于dwarf-12,这主要是由于d8227细胞伸长导致。通过遗传分析,矮秆基因为隐性单基因,基因初步定位,将矮秆基因定位于1号染色体190~215 Mb,选取区间已经定位的矮秆玉米进行等位性鉴定,2 a种植结果表明,d8227与123d、Na360不是等位基因,可能与125d、123d为等位基因,需要后续精细定位和深入研究。综合来看,d8227是一个性状优良的中等矮秆材料,具有育种潜力,但还需进行精细定位等深入研究来判断其利用价值。

为将雄性不育基因应用于甜玉米杂交制种中,达到降低劳动成本且保证种子纯度的目的。以来源于甜玉米自交系K78的雄性不育自发突变体male sterility 2020 (ms2020)为材料,构建ms2020与甜玉米自交系M08的F₁及相应的F₂遗传群体,通过表型鉴定、遗传分析和基因定位研究ms2020甜玉米雄性不育突变体。表型鉴定结果表明:F₁群体均表现为雄性可育,F₂群体出现了育性分离。不育植株能够正常抽雄,但花药不开裂、散粉异常,花药变小且颜色淡黄;1% I₂-KI染色发现不育植株的花药内包含不能正常着色的败育花粉粒。遗传分析结果表明:育性正常植株与不育植株的比例符合3∶1,表明ms2020雄性不育突变体是由单基因控制的隐性突变体。利用BSA技术,初步将目的基因定位在7号染色体短臂上;随后利用初定位区间内的20对SSR标记对不育基因进行定位,将不育基因精细定位在标记S1和W10之间,物理距离为11.30 kb。该区间内包含Zm00001d018802和Zm00001d018803 2个注释基因;通过候选基因功能分析,推测已报道为玉米雄性不育基因的编码谷氧还蛋白的Zm00001d018802 (ZmMs22/ZmMSCA1)基因可能是导致ms2020雄性不育的关键候选基因。本研究鉴定了ms2020甜玉米雄性不育突变体的败育特征和遗传特性,为甜玉米雄性不育化杂交制种提供了材料;同时,本研究定位到突变体的关键候选基因,为进一步解析其雄性不育的分子机制奠定了基础。

高转录活性籽粒特异性启动子可调控目的基因在植物籽粒中特异性、高水平表达。为发掘玉米籽粒特异性启动子,以公开发表的玉米表达谱芯片数据为切入点,筛选出籽粒优势表达基因GRMZM2G006585,克隆其编码区上游约2 000 bp的DNA序列,命名为PZm2G006585。利用在线网站New PLACE和PlantCARE对其进行启动子顺式作用元件分析,发现其含有E-box、P-box等多个籽粒特异性相关元件,初步认为所克隆编码区上游序列为玉米来源的籽粒特异性启动子。为验证其功能,构建该启动子驱动β-葡萄糖苷酸酶基因(GUS)的表达载体并进行植物遗传转化。转基因水稻的GUS组织化学染色结果表明,该启动子驱动外源基因表达模式为籽粒特异、胚优势表达;转基因拟南芥单拷贝株系T₃种子中GUS活性检测结果显示,PZm2G006585驱动的GUS活性为909.52 nmol/(min·mg)。籽粒特异性启动子PZm2G006585的发掘和功能验证为驱动目标基因在玉米、水稻等单子叶植物籽粒中特异性表达提供了候选启动子资源。

为深入探究甜玉米果皮厚度发育的分子机制,利用华南农业大学甜玉米课题组选育的果皮厚度差异较大的甜玉米自交系M03和M08为试验材料,对其授粉后15,19,23 d的果皮进行转录组测序。联合差异表达基因分析与加权基因共表达网络(WGCNA)分析,鉴定甜玉米乳熟期果皮厚度相关的共表达基因模块,根据模块内基因的连接度鉴定核心基因,利用qRT-PCR验证核心基因表达量的可靠性。比较M03和M08不同时期果皮转录组数据共筛选出4 748个差异表达基因(DEGs),DEGs主要富集到碳水化合物代谢过程、植物-病原体相互作用、植物MAPK信号通路。WGCNA分析共构建了18个共表达模块,通过筛选得到4个具有生物学意义且与果皮厚度显著相关(相关系数的绝对值>0.60)的特异性共表达模块,分别是Turquoise、Yellow、Magenta和Pink模块。GO和KEGG功能富集分析结果均表明,特异性模块富集到的天冬氨酸、丙氨酸和谷氨酸代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢以及植物MAPK信号通路在甜玉米果皮厚度发育中具有重要的作用。选取连接度最高的前20个基因进行核心基因筛选,通过基因功能注释最终筛选到包括MYB转录因子、细胞周期蛋白(CYC15)、β-淀粉酶、细胞凋亡调节基因(BCL-2)在内的13个核心基因。以核心基因为节点构建的共表达网络中还包括生长素转录因子(ARF、AUX/IAA)、乙烯反应元件结合因子(ERF)、亮氨酸拉链(bZIP)等转录因子,功能预测表明,这些基因可能在甜玉米果皮厚度调控中发挥重要作用。

分蘖高于主茎是困扰高粱品种整齐度和机械化生产的重要原因之一,为了阐明高粱调控分蘖高度基因的作用机制,提高高粱品种整齐度、选育适宜机械化生产高粱品种,依据前期的定位结果,利用15份分蘖与主茎整齐一致和17份分蘖高于主茎的高粱品种组成自然群体对候选基因进行验证,发现SNP3位点影响分蘖高度,所属基因为Sobic.009G213300.1.v3.2,命名为SbTH,位于水解酶_4保守区域。以分蘖高度与主茎一致的K35-Y5和分蘖高于主茎的1383为材料,通过实时荧光定量PCR分析SbTH基因在高粱不同组织中的表达模式。结果表明,2个材料SbTH基因在根和叶中均有表达,虽然表达量有差异,但趋势基本一致;1383主茎和分蘖茎基因表达量和趋势也基本一致,而K35-Y5在主茎开花期时呈反向表达,主茎表达量达到最高,同期的分蘖茎表达量降到最低。分析认为,SbTH在K35-Y5分蘖中表达量低,控制了分蘖节间的过度生长,形成主茎与分蘖高度一致的株型,而在1383分蘖中表达量高,促进分蘖节间的生长,使得分蘖比主茎高,SbTH基因在主茎开花期的差异表达是影响分蘖株高的关键。

SEPALLATA1(SEP1)基因是重要的MADS-box家族基因,在植物开花时间调控中发挥重要作用。为明确牡丹中PlSEP1基因在牡丹开花过程中的生物学功能及表达特性,进一步了解其参与开花时间调控的机制,基于前期得到的牡丹二次开花品种海黄花芽发育过程转录组数据中筛选到的一个MADS-box家族基因PlSEP1,应用实时荧光定量PCR检测PlSEP1基因在牡丹花芽发育过程中的相对表达量,通过在拟南芥中过量表达PlSEP1基因探究其发挥的功能。结果显示,获得的PlSEP1基因具有735 bp的CDS序列,共编码244个氨基酸。经生物信息学分析得知,PlSEP1编码的蛋白具有稳定的亲水性,并且不含信号肽。进化分析显示,PlSEP1与拟南芥、大豆亲缘关系较近;亚细胞定位发现,PlSEP1蛋白在细胞核中表达;实时荧光定量PCR结果表明,PlSEP1在花芽中表达量最高,且在分化期达到最高。拟南芥中过量表达PlSEP1会导致开花时间提前,表明PlSEP1参与调控开花过程。

为了探讨柑橘MYB96基因在柑橘抗逆过程中的作用,以甜橙、柠檬、金柑、芦柑为试验材料,克隆得到4个柑橘MYB转录因子家族基因,分别命名为CsMYB96、ClMYB96、FmMYB96、CrMYB96,并对其生物信息学以及不同非生物胁迫处理下的表达模式进行分析。结果表明,CsMYB96、ClMYB96、FmMYB96和CrMYB96的开放阅读框长度分别为1 032,1 035,1 035和1 032 bp,其编码的蛋白分别由343,344,344,343个氨基酸组成,分子量分别约为38.16,38.27,38.22,38.13 ku,等电点分别为6.31,6.35,6.35,6.31,均为不稳定亲水性蛋白;亚细胞定位预测结果均定位于细胞核。这4个基因编码的蛋白二级结构相似,主要由α螺旋和无规卷曲构成;具有高度保守的R2和R3结构域;在进化关系上,与克莱门氏小柑橘CcMYB96亲缘关系最近。CsMYB96基因的启动子中含有脱落酸响应元件(ABRE)、低温响应元件(LTR)、厌氧响应元件(ARE)、参与干旱诱导的MYB结合位点(MBS)等非生物胁迫响应相关顺式作用元件。qRT-PCR结果分析表明,甜橙CsMYB96能被低温和干旱胁迫诱导表达;柠檬ClMYB96和金柑FmMYB96在高盐胁迫下被诱导表达;而芦柑CrMYB96的表达量在低温、干旱和高盐胁迫下都有不同程度的下调表达。

了解与刺槐不同根系分隔方式下的花魔芋生物学过程及代谢通路,为间作花魔芋根系中相关基因的表达调控及响应机制提供分子基础。采用高通量测序平台Illumina NovaSeq 6000,对不同盆栽根系分隔(塑料膜分隔FS、尼龙网分隔MS和不分隔NS)方式下的花魔芋根系进行转录组测序分析。测序共获得59.82 Gb数据,组装后得到92 358条Transcript和40 122条Unigene序列,其中Nr数据库注释的信息最多(23 960条Unigene),占总Unigene的59.72%。将各样本获得的转录组数据进行两两比较,FS_vs_MS、FS_vs_NS和MS_vs_NS的差异表达基因数分别为1 776,733,896个,其中上调表达基因数量占差异表达基因比例分别为33.1%,22.8%和50.8%。GO功能富集分析显示,差异表达基因主要涉及细胞质膜、细胞膜、细胞外围、细胞壁、外部囊状结构、细胞膜内在成分及质膜内在成分等。KEGG富集分析表明,尼龙网分隔和未分隔间作花魔芋根系相对于塑料膜分隔单作花魔芋较显著的差异代谢通路在于核糖体、氧化磷酸化和植物激素信号转导。本研究通过花魔芋根系转录组分析,为研究间作花魔芋根系基因的表达调控机制提供 基础数据资料。

钙调蛋白是植物体内一种重要的Ca²⁺受体蛋白,在钙信号途径及抗逆反应中发挥着重要作用。为研究番茄CaM蛋白在低温胁迫下的作用机制,以番茄品种Heinz1706、LA3969、冀粉2号、冀粉3号和农博粉霸15为材料,克隆得到了番茄钙调蛋白基因SlCaM3、SlCaM4和SlCaM5,并进行序列分析和启动子区顺式作用元件分析;利用qRT-PCR技术分析SlCaM3、SlCaM4和SlCaM5在不同番茄品种中15,5 ℃低温胁迫下的表达模式,并结合RNA-seq数据分析组织特异性表达情况。结果显示,SlCaM3、SlCaM4和SlCaM5的CDS序列均为450 bp,三者相似度为93.63%;所编码的氨基酸序列完全相同,属酸性稳定亲水蛋白,具有典型的CaM蛋白保守结构域。启动子顺式作用元件分析表明,3个基因的启动子区除含有必需的核心元件外,还含有多种生物及非生物胁迫响应元件,并呈现互补模式分布。不同程度低温胁迫表达模式分析表明,15 ℃胁迫下,SlCaM3、SlCaM4和SlCaM5基因在5种番茄材料中的表达模式均呈现出先降低后升高的趋势,其中SlCaM5基因的表达量升高更为显著;5 ℃胁迫下,SlCaM3、SlCaM4基因的表达水平变化不明显,而SlCaM5基因在处理后期表达量显著升高;表明SlCaM5在低温下维持着CaM蛋白的翻译水平。SlCaM3、SlCaM4和SlCaM5基因在Heinz1706不同组织中的特异性表达情况显示,SlCaM3和SlCaM4在分生组织中具有较高的表达,而SlCaM5基因在不同组织中表达水平差异不明显。

为探讨蓖麻钙依赖蛋白激酶29基因(RcCDPK29)在蓖麻耐盐中的作用,以蓖麻叶片为材料,设计特异性引物,克隆蓖麻钙依赖蛋白激酶29基因(RcCDPK29),并对所得序列进行生物信息学分析。结果表明,蓖麻钙依赖蛋白激酶29基因(RcCDPK29)序列全长1 590 bp;编码528个氨基酸;蛋白分子量为59.74 ku;等电点(pI)值6.21;是典型的非跨膜蛋白;亲水性数值为负值,属于亲水性蛋白;RcCDPK29蛋白α-螺旋占比最高有228个;RcCDPK29与拟南芥CDPK(SMTL ID: 3q5i.1)相似度为40.41%,具有较高可信度(>30%)。将木薯、麻枫树、巴西橡胶树、柑橘、石榴、毛果杨与蓖麻RcCDPK29氨基酸序列进行同源性比对。其中,与麻枫树的同源性最高,为82.29%。RcCDPK29蛋白包含1个Ser/Thr蛋白激酶催化结构域和4个与Ca²⁺结合的EF-hand型结构域。通过qRT-PCR技术,分析RcCDPK29在不同水平盐胁迫下蓖麻不同组织中的表达,结果表明,RcCDPK29基因主要在茎中表达,盐处理12 h表达量最高。随着盐处理时间的延长,RcCDPK29基因根的表达量逐渐下降,分别在2,8,24 h达到最低,与0 h差异显著;叶的表达量在2 h的表达量最低且与0 h相比差异显著。根据RcCDPK29全长设计带有Sma Ⅰ和Xba Ⅰ酶切位点的引物扩增出序列全长,用Sma Ⅰ和Xba Ⅰ进行双酶切后与表达载体 pCG-3300连接。成功构建了CRcCDPK29的表达载体。因此,RcCDPK29在蓖麻受到盐胁迫时起重要作用。

NPF转运蛋白家族在植物转运硝态氮过程中起重要作用。为明确茶树中NPF基因的序列特征,用PCR扩增的方法在茶树中分别扩增出一个茶树氮转蛋白基因CsNPF5的DNA和cDNA全长,为2 096,1 440 bp。序列分析指出,该基因含有3个外显子和2个内含子,开放阅读框(ORF)为1 440 bp。序列分析结果显示,该基因编码479个氨基酸,相对分子质量约为53.12 ku,等电点为7.13,其编码蛋白的N端含有一个PTR2 Pfam结构域;亚细胞定位分析指出该基因编码蛋白定位于细胞质内;CsNPF5蛋白与中华猕猴桃NPF蛋白具有较高的同源性,相似度为79.54%;聚类分析指出,CsNPF5及其同源蛋白分别聚类成3个进化分支,且与来自中华猕猴桃NPF18同源蛋白聚到同一进化支上。同时qRT-PCR分析结果表明,在0~48 h氮素处理下CsNPF5在叶中的表达存在不同程度的上调表达,且基因上调表达丰度随N {\mathrm{O}}_3^{-}浓度升高,响应时间更快,且在2 mmol/L N {{\mathrm{O}}_3}^{-}处理24 h后,CsNPF5在茶树叶片中表达量出现峰值,这表明该基因表达受氮素诱导。

为明确小麦茎秆基部第2节形态及结构特征与抗倒伏关系,发掘抗倒伏关键茎秆形态指标及数量性状基因座位点(QTL)。以120份RILs家系为研究材料,分别测定2020,2021年茎秆强度及基部第2节间长度、茎粗、壁厚、纤维素含量和木质素含量等指标,开展多元回归分析,并结合55K SNP芯片进行QTL定位分析。结果表明,茎秆强度与基部第2节间茎粗和壁厚呈显著或极显著(P<0.01)正相关(P<0.05),与基部第2节间纤维素含量和木质素含量呈极显著正相关(P<0.01)。多元回归分析表明,基部第2节间纤维素含量是影响小麦茎秆强度的关键指标。基于55K芯片关联分析结果,在1A、1D、2B、2D、4D、5A、5B、5D和7B等染色体上共检测到19个与茎秆性状相关的QTLs,解释了7.67%~65.33%的表型变异。在1D染色体上,与标记AX-110771095和AX-109431570连锁的QTL位点同时控制基部第2节间长、壁厚及纤维素含量3个性状,解释了7.96%~10.76%的表型贡献率。