传统的分子标记辅助育种技术只对含有大效应基因的性状有效,很难对受微效多基因控制的数量性状进行遗传改良。后来于2001年出现的全基因组选择技术利用高密度分子标记对个体的育种值进行估算,能获得很高的预测准确性,有效解决了微效多基因控制下的复杂性状改良的难题。该技术现已被美国、加拿大、澳大利亚、德国和法国等成功应用于奶牛、猪、羊、玉米、小麦等动植物数量性状的遗传改良,是对传统育种技术的重大革新,也是目前研究与应用的热点。综述了影响全基因组选择准确性的因素和该技术在国内外玉米、小麦、水稻和油菜育种研究中的进展,最后讨论了该技术在应用中存在的问题,以期为未来的作物全基因组选择育种提供参考。

为了进一步明确结球甘蓝抗黑腐病性状的遗传基础,选育优质抗病品种,以结球甘蓝高抗黑腐病1号生理小种材料4674为父本,高感材料4673为母本,杂交获得F₁,F₁自交获得152个单株的F₂群体。采用苗期喷雾法对F₂群体进行接病,12~14 d后,按照甘蓝苗期鉴定方法对F₂群体进行表型鉴定。从404个分子标记中筛选得到175个多态性好且条带清晰的标记。随后,使用这175个分子标记对F₂群体进行基因型检测和遗传连锁图谱的构建。最后,结合抗病性表型鉴定数据和遗传图谱对甘蓝抗黑腐病性状的QTL进行标记定位。结果表明:有154对分子标记连锁到9条染色体上,其中包括110对InDel标记和44对SSR标记,覆盖长度714.29 cM,标记间平均图距4.64 cM。共定位到7个QTL位点,其中有3个为主效位点,分别是qBR-7-2、qBR-7-3和qBR-4-3,位于7号染色体的CG842110~CG842482及M29~M39标记间和4号染色体上的CD838151~BOE417,LOD值分别为5.75,3.20,3.47,可解释的表型贡献率分别为16.0%,9.2%,10.0%。

为了研究本氏烟草NbEHD1基因的生物学功能,采用生物信息学方法对其基因结构、蛋白保守结构域、磷酸化位点、亚细胞定位及进化关系等多个方面进行预测。结果表明,本氏烟草NbEHD1编码序列全长1 638 bp,其基因组序列包含16个外显子和15个内含子。NbEHD1蛋白大概率定位于细胞质中,无信号肽,无跨膜区,蛋白序列有42个磷酸化位点。NbEHD1属于P-loop_NTPase超家族,具有EHD家族特有保守结构域。系统进化关系结果表明,本氏烟草NbEHD1与马铃薯、番茄的EHD序列亲缘关系较近。经与SGN数据库中本氏烟草测序数据比对,获得NbEHD1预测的全序列并设计基因特异性引物,扩增得到其序列全长。在获得NbEHD1 CRISPR/Cas9基因编辑载体后,采用农杆菌介导的方法,将此载体成功转化到本氏烟草叶片,经鉴定成功获得T₀阳性植株16株,为进一步确定NbEHD1基因的生物学功能提供了研究材料。

生长素响应因子(ARF)是一类具有B3结构域的转录因子,是调节生长素应答反应、控制基因表达的直接分子。前期通过分析转录组数据,在玉米中筛选到1个编码ARF蛋白并积极参与干旱-复水胁迫响应的基因ZmARF10。为进一步研究该基因调控玉米抗旱性的分子机制及抗旱分子育种提供新的思路,首先通过系列生物信息学分析软件对该基因进行生物信息学分析,之后利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测ZmARF10在玉米不同组织中的表达模式,分析在高温、干旱、高盐、ABA胁迫和解除胁迫处理下的表达情况,以及在不同玉米自交系间的表达差异,最后利用CRISPR/Cas9技术分析ZmARF10的功能。结果表明,ZmARF10位于玉米的第3号染色体,编码区全长2 127 bp,编码708个氨基酸,具有典型的B3结构域;该基因ATG上游2 kb区域内含有茉莉酸甲酯、生长素、脱落酸、低温响应等应答元件;系统发育树显示,ZmARF10基因编码的蛋白质与高粱同源蛋白的亲缘关系最近。qRT-PCR结果表明,ZmARF10是组成型表达基因,在玉米成熟根中的表达量最高;在高温、干旱、高盐以及ABA 等4种胁迫处理下,ZmARF10基因的表达量均显著上调,干旱胁迫后上调倍数最高达8.2倍;干旱胁迫后,ZmARF10基因在抗旱自交系郑36中的表达量上升幅度显著高于干旱敏感自交系B73。观察拟南芥野生型与ARF10缺失型突变体发现,与野生型相比,干旱条件下突变体植株出现叶片萎蔫甚至干死的现象,根系发生卷曲,根系分支数减少,侧根生长发育受阻;测定生理生化指标发现,干旱胁迫后缺失型突变体的相对含水量、叶绿素含量、净光合速率显著低于野生型植株,说明敲除ARF10基因后拟南芥抗旱能力下降。

为了明晰球茎甘蓝MYB62转录因子的序列特征及其在逆境胁迫后的表达特征,进一步探索球茎甘蓝MYB62转录因子的生物学功能,为后续MYB62转录因子功能鉴定提供理论依据,以球茎甘蓝为研究对象,采用同源克隆的方法获得球茎甘蓝MYB62转录因子基因,并对其进行生物信息学分析,通过实时荧光定量PCR的方法分析MYB62在球茎甘蓝不同组织间以及逆境胁迫后的表达特征。基因克隆结果表明,BocMYB62基因gDNA全长1 353 bp,CDS为837 bp,包括4个外显子和3个内含子,编码278个氨基酸。序列结构分析结果显示,BocMYB62为亲水性蛋白,具有2个SANT-MYB结构域,属于R2R3-MYB型MYB转录因子;空间结构预测显示其具有典型的α-螺旋结构;系统发育分析表明,BocMYB62与甘蓝型油菜MYB62亲缘关系最近。时空表达结果显示,BocMYB62在绿色球茎甘蓝中的表达量始终高于在紫色球茎甘蓝中,且存在明显的组织特异性,在干旱胁迫后BocMYB62表达量显著升高,胁迫12 h表达量最高,低温胁迫后BocMYB62表达量显著低于对照,在4 ℃低温胁迫时表达量最低,推断BocMYB62可能参与花青素生物合成调控,并可能参与逆境胁迫的调控作用。

JAZ蛋白在植物生长发育和胁迫信号通路中具有关键作用。为探究JAZ蛋白在小麦倒春寒中的调控机制,从小麦幼穗中克隆了 TaJAZ6基因,并对其分子特征、表达特性与亚细胞定位进行分析。结果表明,该基因CDS 序列全长为549 bp,编码178个氨基酸,预测编码蛋白质的分子质量为 18.376 ku,理论等电点为 9.37,不稳定系数为62.44,属于不稳定蛋白。该基因编码蛋白质具有1个 TIFY 结构域和1个CCT_2结构域。系统进化树分析发现,该蛋白质与野生二粒小麦和乌拉尔图小麦TIFY 11b蛋白亲缘关系最近。TaJAZ6基因启动子区除含有CAAT-box、TATA-box等基础作用元件外,还含有激素类响应元件、光响应元件、低温响应元件、防御和应激反应元件等。实时荧光定量PCR分析发现,TaJAZ6 基因在根、茎、叶和幼穗中均有表达,根系中表达量最高。TaJAZ6 基因还受低温和茉莉酸甲酯( MeJA) 的诱导表达,低温胁迫下,TaJAZ6在矮抗58(耐倒春寒)和郑麦366(倒春寒敏感)根、茎和叶中表达趋势相同,均显著升高;喷施300,350 μmol/L的MeJA之后再低温处理TaJAZ6在2个小麦品种中表达量均显著下降。TaJAZ6在低温胁迫后的幼穗中表达量出现相反的趋势,在矮抗58幼穗中表达量显著下降,在郑麦366幼穗中则显著上升,推测该基因可能负调控了小麦倒春寒胁迫防御反应。通过喷施MeJA显著降低了低温胁迫下2个小麦品种幼穗中TaJAZ6基因的相对表达量,同时提高了小麦的结实粒数。亚细胞定位试验显示,TaJAZ6 蛋白定位于细胞核中。以上研究结果表明,TaJAZ6 可能在小麦响应倒春寒胁迫过程中发挥重要作用。

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。

通过探索河北山前平原区有机肥替代氮肥的配比,以期为该区小麦氮肥减量增效技术提供依据。在河北永年博远农场连续2 a进行大田试验,设置5个有机肥和无机肥组配处理。结果表明,有机肥替代20%和40%的化肥,可显著提高穗粒数和产量,较高氮处理和节氮处理产量提高4.0%以上,穗粒数增加3.6~5.6粒。籽粒品质指标大多为替代率20%和40%的处理和节氮处理较优,主要为稳定时间增加2.2~2.7 min,拉伸面积增大10.5~17.5 cm²,最大拉伸阻力增大28.0~75.5 EU。氮效率各项指标大多为替代率20%的处理较优,其中氮肥效率、氮素利用效率和氮收获指数较高氮处理分别提高109.3%,9.3%,11.3%,较节氮处理分别提高6.9%,8.5%,8.3%。有机肥不同比例替代化肥,0~20 cm土壤硝态氮均出现“表聚现象”,含量增加,较节氮处理高38.5%以上;20~40 cm土壤硝态氮则表现为节氮处理和高氮处理显著较高。20%有机肥替代氮肥小麦产量和品质俱佳,显著改善0~40 cm土壤硝态氮含量,提高小麦对氮素吸收利用,环境效益显著。

为了揭示南方根结线虫MiPDCD6蛋白抑制番茄PTI免疫的分子机理,以番茄品种新金丰1号 MiPDCD6超表达苗为试验材料,以番茄品种新金丰1号组培苗为对照,通过转录组测序技术分别对番茄MiPDCD6超表达苗和对照苗进行转录组测序。 以番茄栽培品种Heinz 1706基因组作为参考基因组进行对比,利用FPKM法计算基因表达量,设定参数(|log₂ FC|>1且P<0.05)筛选差异表达基因。利用Gene Ontology(GO)数据库进行差异表达基因GO功能富集分析,统计每个GO term中的差异表达基因数目,计算出基因富集的显著性,找出富集显著的功能条目。利用KEGG数据库对差异表达基因进行Pathway富集分析,超几何分布检验方法计算每个Pathway中差异表达基因富集的显著性。以FDR和基因数量来衡量KEGG的富集程度。结合基因差异表达分析和功能富集分析,研究MiPDCD6蛋白对番茄PTI免疫相关通路基因的影响。结果发现:在超表达MiPDCD6番茄植株中,与野生型番茄相比,MiPDCD6过表达番茄植株中有2 366个差异表达基因(DEGs),其中1 354个上调基因,1 012个下调基因。 这些DEGs中,通过GO和KEGG注释,植物激素信号转导(sly04075)、植物-病原互作(sly04626)、植物MAPK信号通路(sly04016)和丙环素生物合成(sly00940)等KEGG通路中富集到大量的差异表达基因。SA生物合成途径包括ICS和PAL,MiPDCD6过表达番茄植株中SA合成通路PAL1和PAL-like基因以及SA信号转导途径TGA9、TGA10-like和PR1a2基因均显著下调,表明MiPDCD6基因可能抑制SA合成,从而抑制植物PTI免疫。

鉴定陆地棉 SKS 基因家族成员,解析其演化规律,为棉花抗性育种提供新的候选基因。基于已公布的陆地棉遗传标准系TM-1基因组数据,以陆地棉品种中棉-14为试验材料。通过生物信息学对陆地棉SKS家族成员进行全基因组鉴定,并对其家族成员的染色体分布、进化关系、基因结构、共线性关系等进行预测分析。通过实时荧光定量聚合酶链式反应分析GhSKS13的表达模式,并利用病毒诱导的基因沉默技术初步探究陆地棉SKS13在棉花抵御大丽轮枝菌过程中的功能。共鉴定到48个陆地棉SKS基因,不均匀分布于陆地棉19条染色体上,聚类分析分为5个亚组,基因序列具有较高保守性,共线性关系分析显示,陆地棉SKS基因家族受到纯化选择。组织模式表达分析显示,GhSKS13在陆地棉根组织中优势表达,并且受大丽轮枝菌诱导显著上调表达。 GhSKS13沉默植株对大丽轮枝菌抗性减弱,同时抑制病程相关基因GhPR1、GhPR2、GhPR3和GhPR5表达。大丽轮枝菌入侵GhSKS13沉默植株,其过氧化氢(H₂O₂)沉积明显低于对照,暗示GhSKS13促进活性氧(ROS)的形成。总之,明确了陆地棉SKS家族成员的系统进化关系、染色体分布特征和基因结构特征;并阐明了GhSKS13参与棉花对大丽轮枝菌抗性反应。

有机肥部分替代氮肥是实现作物可持续发展的途径之一,探索了小麦有机氮部分替代化肥氮的适宜配比,以及替代后氮素累积、运转以及利用的特征,以期为河北地区冬小麦氮肥减量增效技术提供依据。2021—2023年在河北宁晋进行小麦大田试验,设置9个处理。T1,无氮,单施化肥磷钾肥;T2,高效施肥,单施化学氮磷钾肥;T3~T7,有机肥分别替代T2的20%,40%,60%,80%,100%的氮肥;T8,传统施肥,单施化学氮磷钾肥;T9,有机肥替代T2 100%的氮肥+液态氮肥。2 a试验结果表明,100%替代率+液态氮处理可获得较高的小麦产量;其次是40%替代率处理,其产量与高效施肥处理相当,且试验第2年远高于传统施肥处理。100%替代率+液态氮处理通过起身期补充速效氮,提高了茎叶中氮素含量,植株氮素累积量与高效施肥和传统施肥处理相当;40%,80%替代率处理同样获得与高效施肥处理相当的氮素累积量。20%~100%替代率处理(包括液态氮处理)可以实现较高的茎叶氮素运转率和对籽粒氮的贡献率,其中100%替代率+液态氮处理肥料氮吸收利用效果好,获得了较高的肥料氮累积量、氮肥利用率和氮收获指数,其效果与高效施肥处理相当或略高;其次是40%替代率处理,其效果与高效施肥处理相当或略低。综上,100%替代率+液态氮处理小麦产量、植株氮素累积量、氮素运转率、籽粒氮素累积量及氮效率俱佳,其次是40%替代率处理。

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。

探究苜蓿种质资源亲缘关系,为苜蓿品种鉴定和新品种选育提供理论依据。采用ISSR和SSR分子标记方法对30份苜蓿材料进行遗传多样性分析。12条ISSR标记引物共扩增出125条带,多态性条带117条,多态性条带比率(PPB)为93.01%。有效等位基因数(Ne)、Nei's基因多样性指数(H)和香农多样性指数(I)均值分别为1.465 9,0.281 3,0.431 4;12条SSR标记引物共扩增出152条带,多态性条带144条,多态性条带比率(PPB)为94.05%。有效等位基因数(Ne)、Nei's基因多样性指数(H)和香农多样性指数(I)均值分别为1.542 7,0.313 9,0.470 1。2种标记遗传相似系数及聚类分析表明,材料Zxy2010p-7900、Zxy2010p-7740可单独分为一类,与其他材料亲缘关系较远;清水紫花苜蓿、陇东紫花苜蓿、甘农4号杂花苜蓿可分为一类,其品种间遗传相似系数较大,亲缘关系较近。2种标记方法客观真实地检测出供试苜蓿种质的亲缘关系。

为研究辣椒CaWRKY30转录因子与番茄斑萎病毒互作的响应机制,以辣椒湘研11为试验材料,通过RNA提取、RT-PCR、切胶纯化及克隆等试验获得CaWRKY30编码序列。生物信息学分析结果表明,CaWRKY30全长1 122 bp,编码373个氨基酸,该基因编码的蛋白含有1个WRKY保守结构域和1个C₂H₂结构域,属于典型的Ⅱ(e)亚家族成员。系统发育分析表明,与马铃薯StWRKY22氨基酸序列的亲缘关系最近。本氏烟叶片亚细胞定位试验发现,CaWRKY30在本氏烟幼苗中定位于细胞核和细胞膜,并且导致细胞膜加厚。实时荧光定量PCR分析结果表明,观察番茄斑萎病毒机械摩擦接种辣椒后的病毒积累量,发现病毒积累量在接种1~14 d逐渐上升,在接种后14 d处于最大值,接种14 d后病毒积累量逐渐下降;同时,CaWRKY30受番茄斑萎病毒接种后诱导,在接种病毒1~14 d CaWRKY30表达量上调,14 d达到峰值,14 d以后表达量逐渐下降。综上,获得了CaWKRY30转录因子基因序列,该转录因子定位于细胞核和细胞膜,并初步阐述了辣椒CaWRKY30转录因子在番茄斑萎病毒胁迫下的表达趋势。

SAUR基因的生物信息学分析旨在揭示其结构、功能和进化关系,同时通过亚细胞定位,了解其在细胞中的位置,从而推断其生物学功能。这样分析有助于深入理解该基因在生物体内的作用机制和潜在应用,为调控防风种子萌发,缩短种子休眠时间和防风绿色栽培种植及育种提供重要理论和实践意义。研究进行了生物信息学分析,从防风克隆到2个基因SdSAUR32和SdSAUR23,分析这2个基因在防风种子不同休眠阶段的表现和亚细胞定位,以探究其生物学特征和功能。结果表明,SdSAUR32蛋白分子质量约为14.48 ku(pI为6.45),SdSAUR23蛋白分子质量约为10.29 ku(pI为8.00),均为亲水性蛋白;分析保守结构域的SdSAURs基因编码蛋白发现,SdSAUR32 和 SdSAUR23 的保守结构域相同,都属于由生长素诱导的超家族成员;进化分析表明,SdSAUR32和SdSAUR23基因编码蛋白均与胡萝卜的亲缘关系最近。亚细胞定位结果表明,防风SdSAUR32和SdSAUR23均定位于细胞核;防风种子的不同时期都有SdSAUR32和SdSAUR23的表达,但芽期的表达量显著高于休眠期和解除眠期,因此,推测SdSAUR32和SdSAUR23 可能在萌发和生长过程中起着重要作用。

为明确灌浆期高温胁迫对不同耐热型夏玉米品种叶片衰老及产量的影响,以高温敏感型品种先玉335和耐高温型品种郑单958为供试材料,于2019-2020年进行田间试验,在玉米吐丝后12~25 d搭设简易塑料增温棚进行高温胁迫处理,对照为田间自然温度处理,研究灌浆期高温对玉米叶片衰老与产量的影响。2 a结果表明,吐丝后12~25 d高温胁迫显著降低了夏玉米千粒质量和产量,其中高温处理下郑单958产量较对照降低18.8%,19.3%,千粒质量较对照降低23.4%,9.1%;高温处理下先玉335产量较对照降低29.4%,26.3%,千粒质量较对照降低20.1%,14.2%。灌浆期高温促进叶片衰老,2 a结果表明,郑单958叶片衰老速率在高温处理下显著增加76.4%,140.6%,先玉335增加135.1%,139.6%。高温处理下两品种的花后光合势较对照降低17.7%~36.5%,穗位叶光合速率降低20.0%~42.9%。相关分析结果表明,高温处理显著增加了夏玉米的叶片衰老速率,与产量呈负相关但不显著(P= 0.064 7);花后光合势、光合速率、SPAD值显著降低,与产量呈显著正相关(P< 0.05)。灌浆期高温胁迫显著加速玉米叶片衰老,导致玉米粒质量降低并减产,而耐高温型玉米品种比高温敏感型玉米品种具有更高的调节能力,能减轻高温胁迫导致的玉米减产。

WRKY转录因子是植物中特有的转录因子家族之一,研究证实WRKY转录因子在植物的生长发育及对生物与非生物胁迫响应中具有重要的调控作用。为揭示番茄WRKY基因的功能,基于前期转录组数据,以番茄高抗青枯病Hm 2-2(R)与高感青枯病BY 1-2(S)2个自交系株系为试验材料,克隆得到1个番茄WRKY转录因子SlWRKY75基因(Solyc05g015850.3)。通过生物信息学分析、氨基酸序列多重比对、系统发育树构建、实时荧光定量PCR(qRT-PCR)和病毒诱导的基因沉默(VIGS)等技术方法对其基因及编码蛋白的结构、表达模式与功能进行分析。结果表明,该基因的cDNA全长为653 bp,其最大开放阅读框为519 bp,编码172个氨基酸,其蛋白相对分子量为19.878 51 ku,理论等电点为9.32,属于亲水性非分泌蛋白,且不存在跨膜结构,同时,该蛋白具有1个高度保守的WRKY结构域和一个CX₄CX₂₃HXH锌指基序,且同属于第Ⅱ类家族。系统发育树分析表明,SlWRKY75与潘那利番茄SpWRKY75亲缘关系最近,并与其他茄科聚为1组,而与橡胶树HbWRKY75、陆地棉GhWRKY75等的亲缘关系较远,在系统发育树上处于不同的分支。qRT-PCR结果表明,SlWRKY75基因的表达具有组织特异性,并可被青枯菌、水杨酸和茉莉酸所诱导。利用VIGS技术得出,沉默SlWRKY75降低了植株对青枯病的抗性,表明SlWRKY75正调控番茄对青枯病的抗性。通过以上研究结果得出,SlWRKY75基因在番茄调控青枯病抗性响应过程中扮演着重要的角色。

大麦黄矮病毒引起的小麦黄矮病是我国小麦生产上重要的病毒病。BYDV GAV株系是我国小麦黄矮病的主要病原,目前有关BYDV GAV编码蛋白质P1、P2和CP的功能研究鲜有报道,因此,研究P1、P2和CP的功能,可为深入研究BYDV GAV的致病机制奠定基础。通过Mega 7.0构建系统进化树,对BYDV GAV株系编码蛋白质P1、P2和CP的核苷酸序列进行同源进化分析;通过构建P1、P2和CP的YFP表达载体,转化GV3101农杆菌后浸润本氏烟,激光共聚焦显微镜观察确定3个蛋白质的亚细胞定位;构建BYDV GAV 5个编码蛋白质的双分子荧光互补载体,转化GV3101农杆菌后分别与P1、P2和CP共浸润本氏烟叶片,通过激光共聚焦显微镜观察确定这3个蛋白质与其他病毒蛋白质的体内互作情况;通过构建P1、P2和CP的马铃薯X病毒(PVX)异源表达载体,转化GV3101农杆菌后接种本氏烟,接种后5 d观察症状形成,并采集系统叶进行病毒积累量检测,研究3个蛋白质对该病毒致病性的影响。结果表明,BYDVs的4种分离物中,PAV与GAV在核苷酸水平上的亲缘关系最近。BYDV GAV编码的P1、P2和CP蛋白亚细胞定位均为核质;在植物体内P1存在自身互作;PVXCP接种后5 d即可观察到系统叶褪绿并能够检测到病毒的积累,而PVX、PVXP1、PVXP2处理未能观察到症状且不能检测到病毒的积累;接种后10 dPVX、PVXP1和PVXP2处理能够检测到病毒的积累,表明CP促进了PVX症状的形成和致病进程。综上,P1可能通过自身互作参与病毒的侵染过程,CP可以促进病毒的侵染。

选育抗性品种是小麦叶锈病防治举措中最经济、可行的方法。为进一步挖掘抗病基因,选取河南、河北、山东等8个省小麦产区50个小麦品种。首先在苗期将16个叶锈菌生理小种(THFS、TGTS、THJS、FHKT、FGJN、KHKS、FCJQ、RFKS、THFM、MHGT、KHGS、KBGT、FHGT、PHHT、FHJT、FCJT)接种在36份小麦抗叶锈病近等基因系材料以及50个供试小麦品种上。因各菌种带有不同毒力,可根据表现型的差异,再将已知抗病基因紧密连锁的特异性分子标记与之结合分析,进而推测50份小麦材料中可能含有的抗叶锈病基因。通过基因推导、分子标记以及系谱分析综合鉴定抗锈性基因,结果表明,在50个品种中共检测出9个(Lr1、Lr2c、Lr10、Lr16、Lr26、Lr34、Lr37、Lr45和Lr46)已知抗叶锈性基因和少量未知基因。含有Lr1基因的有淄麦12等22个品种;含有Lr2c基因的有鲁麦14等10个品种;含有Lr10基因的只有莱州9361一个品种;含有Lr16基因的有科农199等25个品种;含有Lr26基因的有徐州24等15个品种;含有Lr34基因的有宝麦3号和京冬8号;含有Lr37基因的有淄麦12、鹤0927和荷9946;含有Lr45基因的有连麦2号等11个品种;含有Lr46基因的有山农19等38个品种。

绿豆叶形突变体和叶形调控基因的鉴定,可为品种叶形的遗传改良提供种质资源,也有利于解析叶片发育的遗传调控机理。从皖科绿3号EMS诱变突变体库中筛选到窄叶突变体vrnl11,利用vrnl11/皖科绿3号和vrnl11/中绿1号的杂交后代进行遗传分析,用χ²检验确定F₂群体中不同表型植株的分离模式。以vrnl11和中绿1号及中绿5号构建的2个F₂群体为定位群体,利用BSA测序技术和图位克隆的方法完成vrnl11的精细定位。表型鉴定结果表明,vrnl11叶片宽和叶面积较野生型皖科绿3号分别减少25.7%和21.7%。遗传分析表明,vrnl11的窄叶表型受单隐性核基因调控。BSA测序分析将突变位点定位在第11染色体上15.0 Mb至末端4.7 Mb的区间内。利用新开发的多态性分子标记将vrnl11定位在标记nl-61和nl-46之间186.5 kb的区间内,包含9个预测基因。这些研究结果为克隆vrnl11和解析绿豆叶片生长发育的分子调控机理提供理论依据。

果实发育是决定葡萄产量和质量的关键时期,WRKY家族转录因子在调节植物生长发育和环境适应过程中发挥重要作用。乙烯是调控果实发育的重要植物激素,ACC合成酶是调节乙烯合成的关键酶。为研究葡萄WRKY家族转录因子VvWRKY13在果实发育过程中的作用及其与乙烯之间的作用关系,以葡萄品种左优红、VvWRKY13过表达葡萄愈伤组织以及转VvWRKY13番茄株系为材料,利用植物生理生化方法及分子生物学技术进行研究。结果表明,在葡萄果实发育早期VvWRKY13、ACC合成酶基因VvACS2和VvACS7表达量均显著上调;VvWRKY13过表达葡萄愈伤组织中VvACS7表达量显著高于对照,VvACS2与对照差异不显著;酵母单杂交试验证明,VvWRKY13可与VvACS7启动子直接结合,与VvACS2无直接作用。同时,异源过表达VvWRKY13番茄中乙烯含量与合成酶基因ACS家族一些成员,如 SlACS1b、SlACS4和SlACS6,表达量显著高于野生型,番茄开花—果实转色的时间比野生型缩短3~6 d。以上结果表明,VvWRKY13能够通过促进ACC合成酶基因表达调控乙烯合成,进而促进果实发育。

为研究结缕草抗逆分子机制,报道了沟叶结缕草一个低温响应基因ZmCOR410的抗逆功能。基于转录组数据克隆获得了ZmCOR410 基因,采用实时定量PCR技术检测了其表达的低温响应模式,将其转化拟南芥中和酵母中鉴定了其抗逆功能。结果表明,ZmCOR410 基因编码区序列长927 bp,编码308个氨基酸,为酸性脱水素。在同源基因的系统进化树中ZmCOR410蛋白与耐旱性强的无芒隐子草和弯叶画眉草的同源基因亲缘关系最近。在基因组中,ZmCOR410基因编码区上游1 700 bp范围内有4个DRE顺式元件核心序列,其mRNA在低温胁迫下显著积累。转化了ZmCOR410基因的拟南芥,叶片抗冻能力增强,植株在干旱和高温胁迫下的存活率提高。转化了ZmCOR410基因的酵母细胞抗高温能力增强。结果说明,ZmCOR410 基因的表达产物在冷冻、高温和干旱胁迫下对细胞起保护作用,将有利于沟叶结缕草度过不良环境。

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。

为探讨茉莉花TCP基因家族在其生长发育过程中的作用,基于茉莉花的基因组数据,利用生物信息学方法对茉莉花TCP(JsTCP)基因进行了全基因组鉴定及分析,并分析了TCP基因家族在花发育不同时期和花粉-柱头互作中的表达水平。结果显示,茉莉花全基因组中共鉴定出27个TCP基因家族成员,命名为JsTCP1~JsTCP25,其蛋白包含208~539个氨基酸残基,分子量为22.95~56.96 ku,等电点为5.70~9.97,均为不稳定的亲水性蛋白。亚细胞定位预测结果显示,JsTCPs均位于细胞核内。染色体定位结果显示,JsTCPs不均匀分布在10条染色体上。基因结构分析结果显示,JsTCPs具有1~5个外显子以及0~4个内含子。蛋白保守基序和系统进化分析结果显示,JsTCPs均含保守的TCP结构域,可分为Class Ⅰ和Class Ⅱ 2个亚类。启动子顺式作用元件的分析结果显示,JsTCPs启动子上含有多个植物激素响应、胁迫响应和生长发育相关等元件。表达模式分析结果显示,24个JsTCPs基因在茉莉花花发育不同时期表达,22个基因在花粉-柱头互作中表达。总之,本研究鉴定了27个茉莉花TCP基因家族成员,并发现家族成员在花发育不同时期和授粉后不同时期特异表达。

在葡萄生长发育过程中,常常面临干旱、盐、热及冷胁迫等非生物胁迫影响。其中,干旱胁迫是抑制葡萄营养生长与生殖生长最重要的非生物胁迫之一。尽管葡萄属于较为耐旱的果树作物,但我国主要葡萄栽培区域约一半地区属于干旱及半干旱气候,在这些地区干旱胁迫往往威胁到葡萄的正常生长,是制约葡萄产业发展的主要因素之一。为了保障我国葡萄的健康发展,目前,针对干旱胁迫对葡萄影响的研究、合理灌溉制度的制定、抗旱品种的选育已成为近年来的研究热点。介于干旱胁迫对葡萄较为广泛的影响,为了应对干旱胁迫,葡萄进化出了一系列调控机制来平衡干旱胁迫带来的影响,本研究首先从葡萄耗水规律分析了葡萄不同生育期对水分的需求程度,其次,分析干旱胁迫对光合作用、渗透调节、活性氧调节的影响,从生理角度探讨了干旱胁迫对葡萄主要理化指标的影响,且通过对干旱胁迫下对葡萄果实的品质与产量进行分析,综述了干旱胁迫对葡萄果实品质的影响,并对如何合理利用干旱胁迫提升葡萄品质等问题,以及进一步研究葡萄响应干旱胁迫的分子机制进行了展望。

为了探究水稻油菜素内酯不敏感1相关受体激酶1前体物质OsBAK1P对水稻相关农艺性状的影响。通过以中花11粳稻品种为材料,根据基因所设计的特异性引物从水稻穗部cDNA中扩增得到CDS片段大小为651 bp的目的序列片段;通过酶切酶连的方法成功构建了PTCK303-OsBAK1P过表达载体和PTCK303-OsBAK1P RNA干扰载体;用农杆菌EHA105菌株转化表达正确的载体质粒并利用基因CDS扩增引物检测菌落筛选出阳性农杆菌克隆;再利用农杆菌遗传转化法侵染中花11粳稻品种的愈伤组织从而获得转基因植株;最后,相比较于中花11挑选2个表型相似的过表达、RNA干扰的T₁转基因植株测定并分析株高、穗长、叶夹角等农艺性状的变化和萌发初期的根长、胚芽鞘长度的变化以及对芸苔甾内酯(BL)的响应程度。结果表明,OE-OsBAK1P转基因水稻植株株高矮化,穗长变短,叶片夹角下降,种子萌发后根长增长而幼苗长度缩短,叶片对BL的响应不敏感;而RNAi-OsBAK1P转基因水稻植株株高增加,穗长变长,叶片夹角增加,种子萌发后根长缩短而幼苗长度增长,叶片对BL的响应敏感。综上,这些结果为改变水稻植株结构进而增加籽粒产量提供理论支持并可能为后续研究OsBAK1和前体物质OsBAK1P的其他功能提供参考。

研究不同有机肥施用量下土壤真菌群落构成、多样性及功能特性,旨在为合理增施有机肥和保障玉米田土壤生态健康发展提供理论依据。采用大田施肥试验,共设置4个处理,使用高通量测序和FUNGuild对不同施肥量下土壤真菌多样性、结构及功能群进行分析。结果表明:增施有机肥能够提高土壤有机质、速效磷、速效钾、脲酶、过氧化氢酶等的含量,且与有机肥的施用量呈正相关;施用有机肥能够提高土壤真菌群落的多样性,降低真菌群落丰富度;从真菌门水平看,不同施肥量下土壤中真菌群落占主导地位的为子囊菌门、毛霉菌门、担子菌门和卵菌门,与不施有机肥的对照相比增施中量牛粪处理下子囊菌门和担子菌门的相对丰度明显较高;从真菌属水平看,优势属包括镰刀菌属、腐质霉属、油壶菌属和小粉孢属。增施有机肥提高了共生营养型和腐生营养型的相对丰度,且随着增施有机肥量的增加,病理营养型的丰度呈现递减的趋势;增施有机肥的处理木质腐生真菌数量明显高于不施有机肥的处理,而植物病原菌和动物病原菌的数量均低于对照,因此,认为增施一定量的有机肥能够优化土壤微生物环境,利于玉米植株产量的提高。

为进一步探究小麦的TaGAMyb-B不同等位变异基因对茎秆伸长的作用,利用水稻的农杆菌转化体系、RT-qPCR、组织切片和细胞组织特异性分析等方法系统研究TaGAMyb-B基因不同等位变异中84 bp InDel 的功能。结果发现:在TaGAMyb-B超表达的水稻转基因株系中,该基因在种子、根、茎以及叶中均有表达; 转TaGAMyb-Ba-GFP和TaGAMyb-Bb-GFP基因型水稻T₂种子在应对外界NaCl、GA和甘露醇胁迫处理时,其表现的敏感性为TaGAMyb-Bb-GFP大于TaGAMyb-Ba-GFP;转TaGAMyb-Bb-GFP基因型水稻的第一、二和三茎粗,穗长和分蘖数均显著小于转TaGAMyb-Ba-GFP基因型;转基因水稻后代第二茎间的细胞组织切片分析表明:转TaGAMyb-Ba-GFP基因型水稻横切面厚壁组织细胞的平均厚度显著大于转TaGAMyb-Bb-GFP基因型水稻,并且其厚壁细胞的平均长度极显著小于转TaGAMyb-Bb-GFP基因型水稻。以上结果表明,TaGAMyb-B不同等位变异中84 bp序列缺失在转基因水稻中除了增加非生物胁迫抗性和抗倒伏性功能外,还显著增加了穗长和分蘖数。

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。

为了明确大豆中4个参与豆科植物由根瘤菌侵染到根瘤形成和固氮的所有生物过程,并整合结瘤和结瘤自调控信号动态控制根瘤数目的核心转录因子(NIN)基因异同及其在植物生长过程中的作用,利用生物信息学的方法,对大豆4个GmNINs基因进行了系统进化、蛋白序列分析及基因序列和启动子分析,并利用Real-time PCR进行了组织表达模式验证。结果表明,大豆中4个GmNINs蛋白均属于豆类植物中特异的NIN蛋白家族,定位在细胞核,序列相似,且均具有多个磷酸化位点,蛋白核心三级结构类似而在转角处有较大区别。以上结果说明,大豆4个GmNINs蛋白可能在核心功能上是冗余的,而又在具体的表达模式上具有差异性。对GmNINs基因ATG上游-3 kb启动子序列分析表明,GmNINs启动子序列中除NBS、CYC元件外,还含有如ABRE、DRE1等多种与逆境和激素响应相关的元件。转录组分析及Real-time PCR结果显示,4个GmNINs基因均在根瘤中高表达,并受到高氮环境抑制;均可不同程度的响应高盐与干旱胁迫,其中GmNIN2a与GmNIN2b在响应非生物胁迫上较GmNIN1a与GmNIN1b更加敏感与显著,可能在植物响应非生物胁迫的过程中发挥着重要作用。综上所述,结果揭示了GmNINs除了调控大豆结瘤及根瘤数目外,还参与了大豆根系响应非生物胁迫的过程,这一调节机制的发现为选育优质高产大豆新品种提供关键线索。

为了探究高温胁迫诱导水稻活性氧(ROS)产生的基因表达调控机制,在幼苗期、抽穗期和灌浆期设置高温胁迫,分析水稻ROS积累的动态变化,并采用实时荧光定量PCR技术分析不同生育期高温胁迫下水稻中9个NADPH氧化酶(Rboh)编码基因成员(OsRboh1~OsRboh9)的基因表达模式。结果表明:随着高温胁迫时间的延长,水稻叶片和籽粒内ROS积累呈显著增加趋势。幼苗期高温胁迫7 d后水稻叶片ROS含量增加缓慢;抽穗期间和灌浆初期(1~10 d)高温胁迫导致水稻籽粒ROS含量持续增加。幼苗期和抽穗期高温胁迫下,9个Rboh家族基因的表达量随高温胁迫的持续逐渐升高,基因表达量较高的是OsRboh7和OsRboh5。灌浆期高温胁迫下,OsRboh1、OsRboh5和OsRboh9的基因表达量持续增加,其他基因呈先增加后下降的变化趋势。水稻OsRboh基因家族成员中以OsRboh7和OsRboh5在幼苗期、抽穗期和灌浆初期高温胁迫下的表达量较高。此外,OsRboh7和OsRboh5在水稻幼苗叶片、剑叶、小花、外稃、内稃、雄蕊、雌蕊和籽粒等组织器官中具有较高的表达量。高温胁迫对幼苗叶片、小花、雄蕊、雌蕊和籽粒中OsRboh7和OsRboh5的基因表达量诱导幅度较大。综上所述,水稻OsRboh基因家族成员以OsRboh7和OsRboh5对不同生育期高温胁迫的响应最为明显,在高温胁迫诱导水稻ROS生成的代谢通路中发挥关键作用。

通过分析不同的紫花苜蓿和黄花苜蓿材料,以期对干旱胁迫下的苜蓿叶片形态和组织解剖结构进行观察,旨在探究自然干旱胁迫下苜蓿幼苗叶片形态及解剖结构的适应性变化。以3个紫花苜蓿和2个黄花苜蓿为研究材料,分别设定4个不同的土壤相对含水量(土壤最大持水量的70%,55%,40%,25%)进行试验,处理30 d后测定叶片的形态结构和解剖结构。通过电镜观察紫花苜蓿和黄花苜蓿幼苗叶片形态和解剖结构,来探究苜蓿实生苗叶片对自然干旱胁迫的响应。结果表明,干旱胁迫会抑制苜蓿叶片的生长,随着干旱胁迫增强土壤水分降低,紫花苜蓿和黄花苜蓿的叶长、叶宽、叶面积降低,叶片厚度、叶肉厚度、下表皮厚度降低,栅栏组织厚度、海绵组织厚度下降,中脉中心厚度下降,栅海比呈现逐渐下降的趋势,叶片组织结构紧密度增加,疏松度减少,叶脉突起度增加。干旱胁迫强度与叶长、叶宽、叶面积、叶片厚度、叶肉厚度、下表皮厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、中脉中心厚度、栅海比、叶片组织结构疏松度呈负相关;与叶片组织结构紧密度、叶脉突起度呈正相关。

为明确河套灌区麦后复种油菜绿肥适宜播种时期,分别于2019年在内蒙古自治区巴彦淖尔市杭锦后旗和2022年在鄂尔多斯市达拉特旗开展田间试验。杭锦后旗试验点从2019年7月26日-8月15日共设置5个播期,每隔5 d设置1个播期处理,分别于7月26日、7月31日、8月5日、8月10日和8月15日播种;同样达拉特旗试验点从2022年7月22日-8月11日共设置5个播期,每隔5 d设置1个播期处理,以此研究不同播期对油菜绿肥生物量、养分含量及养分积累量的影响。结果表明,两试验点虽然生物量水平和气候条件有所差异,但整体趋势均表现为随着播期的推迟而下降;与第Ⅰ期播种相比,第Ⅴ期播种油菜生物量分别下降90.3%和75.4%,两点生育期内油菜平均活动积温、有效积温和日照时数分别下降469.9 ℃、409.9 ℃和179.1 h。同时于第Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ期播种时,与施肥投入养分量(N 27.3 kg/hm²、P₂O₅ 34.5 kg/hm²)相比,油菜翻压还田养分量均高于投入量,且碳和钾还田量至少达到1 800,200 kg/hm²。因此,综合考虑油菜绿肥生物量以及还田养分量,河套灌区小麦收获后油菜可以适时早播,充分利用光温资源,促进油菜生长和养分积累。为达到5 t/hm²以上油菜还田量及获得更高的养分还田量,油菜生育期内应至少接受活动积温1 300 ℃、有效积温1 100 ℃以及有效日照时数640 h。

为了研究芍药ACS基因的功能,应用RACE技术从芍药切花品种桃花飞雪中克隆了PlACS基因cDNA序列,利用生物信息学方法对其编码的蛋白质进行了综合分析;以pET32a为骨架,构建了PlACS基因的原核表达载体,建立了PlACS蛋白高效的原核表达体系。结果表明,PlACS cDNA全长1 752 bp(GenBank登录号JX512359),共编码492个氨基酸,具有7个保守结构域及活性位点K₂₇₈;分子进化分析表明,PlACS和牡丹ACS亲缘关系最近;二级结构预测发现,PlACS蛋白由α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲组成,四者比例分别为40.04%,16.26%,6.91%和36.79%;同源建模显示,PlACS蛋白以同源二聚体形式存在。PlACS蛋白最佳诱导表达条件为基因工程菌菌体密度A₆₀₀达0.2时,在菌液中加入终浓度为0.1 mmol/L的IPTG,在37 ℃诱导2 h。PlACS重组蛋白高效原核表达体系为后续通过变复性获得有生物学活性的PlACS蛋白及其酶学功能鉴定奠定基础。

为探究氨基酸转运蛋白(AAT)的功能和可能的分子机制,首先,通过建立隐马尔可夫新模型对水稻AAT家族成员进行鉴定,构建系统进化树分析水稻与拟南芥AAT成员之间的进化关系;其次,利用生物信息学手段对水稻多胺转运蛋白基因1(OsPUT1)的启动子、蛋白结构和功能结构域进行了分析;再次,构建了OsPUT1-GFP载体在水稻原生质体中表达以确定其亚细胞定位,利用荧光定量PCR检测OsPUT1基因在不同组织以及不同逆境胁迫下的表达模式;最后,采用水稻OsPUT1基因过表达(OE)、日本晴(Nip)和RNA干扰(RNAi)株系初步研究了基因的功能。结果显示:在水稻中含有96个OsAAT蛋白家族成员,分为13个亚家族;PUT亚家族含有6个OsPUT成员,其中OsPUT1和AtPUT3遗传距离最近且分布在同一个分支;OsPUT1基因启动子中含有涉及生长发育、光调节、植物激素和胁迫响应的顺式作用元件;OsPUT1蛋白含有多胺转运蛋白结构域PotE,亚细胞定位试验表明其位于细胞膜上;在叶片中OsPUT1基因表达量相对较高,在花中表达量相对较低;基因表达受JA、甘露醇和ABA抑制;低温胁迫下,基因表达先下降后恢复正常;在SA、亚精胺和百草枯处理下,基因表达先上升后降低;在氯化钠处理下,基因表达量先上升,在1 h达到最高,之后下降,在12 h达到最低,在24 h恢复到正常水平;OE株系显著降低了对0.2 μmol/L百草枯的抗性,而RNAi株系则显著增强了对0.2 μmol/L百草枯的抗性。综上说明,OsPUT1蛋白可能具有运输多胺和参与胁迫响应的功能。

NRL(NPH3/RPT2-Like)是植物所特有的一类光响应蛋白,在向光素信号途径中发挥重要作用。利用生物信息学手段结合qRT-PCR技术,在玉米基因组水平对该家族基因进行鉴定并对其编码蛋白的性质、结构、进化、生育期组织表达和逆境表达进行分析。结果鉴定了31个ZmNRL基因,不均匀地分布于玉米9条染色体上,编码的氨基酸序列长度在464~749个,预测具有叶绿体、细胞核和细胞质等亚细胞定位。依据蛋白保守性将ZmNRL家族划分为四大类,基因结构也具有一定的保守性,多数基因含有4个外显子。基因启动子存在大量脱落酸、茉莉酸、光响应和抗氧化等顺式元件分析,其中G-box和Sp1等两类光相关元件数量较多。ZmNRL家族基因在生育期组织部位表达具有一定的时空特异性,总体表达量不高,仅有ZmNRL2、ZmNRL4、ZmNRL24和ZmNRL29相对高表达。通过生育期组织表达数据共表达及其模块GO富集分析发现,6个ZmNRL基因可通过叶绿体等生物发生及组装生物过程,参与对叶片生长发育的调控。qRT-PCR结果表明,高温处理玉米幼苗ZmNRL12上调表达显著,干旱、盐和病原物接种处理ZmNRL5、ZmNRL7和ZmNRL19基因下调表达。综上,在玉米基因组鉴定出31个ZmNRL基因,该家族基因不仅具有明显的组织表达特异性,而且可参与玉米幼苗对生物和非生物逆境应答。

为缓解谷子连作障碍,为优化谷子种植模式提供参考,以谷子连作(Si)为对照(CK),设置了谷子-玉米(Si-Zm)、谷子-马铃薯-玉米(Si-St-Zm)、谷子-玉米-大豆(Si-Zm-Gm)和谷子-大豆-马铃薯(Si-Gm-St)4种轮作模式,分析不同轮作模式对谷子关键生育期生理指标、光合特性、农艺性状、产量和白发病发病率的影响。结果表明,与CK相比,Si-St-Zm、Si-Zm-Gm和Si-Gm-St这3种轮作模式下谷子旗叶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)的活性均显著增加,最大增幅分别为45.55 %,41.55 %和109.09 %;Si-Zm-Gm和Si-Gm-St轮作模式下谷子株高、茎粗、根长和根分枝数均显著增加,最大增幅分别为30.48%,30.50%,31.76%和13.79%;Si-Gm-St轮作模式下谷子旗叶H₂O₂和MDA含量均显著减少,最大减少幅度分别为18.78%和47.29%;气孔导度、净光合速率、蒸腾速率和叶绿素相对含量分别显著增加31.94%~101.43%,35.74%~234.00%,16.44%~46.97%和24.15%~66.16%,谷子穗长、千粒质量和产量分别显著增加14.90%,17.09%和10.58%,谷子白发病发病率显著降低12.33%。综上所述,与CK相比,Si-Gm-St模式下谷子旗叶SOD、POD和PPO活性显著增加,光合效率显著提高;谷子产量和抗病能力最高。因此,与Si-Zm、Si-St-Zm和Si-Zm-Gm轮作模式相比,Si-Gm-St轮作模式对缓解谷子连作障碍的效果最好。

LMI1基因是叶片锯齿状结构发育调控的关键基因。为了研究棉花鸡脚叶发育的机理,通过PCR扩增技术从A基因组棉花亚洲棉石溪亚1号中克隆出GaLMI1-like基因及其启动子序列,大小分别为681,1 439 bp。结构域分析发现,GaLMI1-like蛋白含有与陆地棉中同源基因一样的homeobox结构域,进一步构建了GaLMI1-like基因过表达载体p6MYC-GaLMI1-like,转化拟南芥后验证了GaLMI1-like基因具有调控叶片缺刻表型发育的功能。对启动子序列进行顺式作用元件分析,发现其除了具有CACA-box和TATA-box等基本作用元件外,还具有光响应及根、茎和叶肉特异性表达相关元件。构建了GaLMI1-like启动子的GUS融合表达载体并转化拟南芥,GUS染色结果显示,该启动子能够驱动GUS基因在根中柱、茎和叶片中表达,其中在叶片中染色较深。上述结果表明,GaLMI1-like基因具有调控缺刻叶形成的功能,且此调控棉花叶形发育的功能是通过GaLMI1-like启动子调控其在叶片中强表达实现的。

为研究长期不同施肥方式对黄泥田土壤团聚体组成、总有机碳及其组分的影响,进而明确黄泥田土壤肥力提升的最佳施肥方式,以金衢盆地黄泥田长期定位施肥试验为基础,设置无肥、单施化肥、化肥配施牛粪和化肥配施秸秆4个处理。结果表明,化肥与牛粪配施处理>0.250 mm团聚体百分含量最高,在0~15 cm和15~30 cm较不施肥对照分别提高了7.1,11.0百分点;而化肥配施秸秆与单施化肥处理之间在水稳性团聚体组成上没有显著差异。此外,化肥与牛粪配施处理较单施化肥处理显著提高了表层土壤总有机碳、颗粒态有机碳含量,增幅分别为18.7%,98.7%。表层土壤中POC/SOC由大到小为:化肥配施牛粪>化肥配施秸秆>单施化肥≈无肥。与单施化肥处理相比,化肥配施牛粪或秸秆处理提高了1 030 cm^-1相对吸收峰强度,说明有机无机配施处理下土壤碳以多糖类相对含量更高。综合考虑,化肥配施牛粪在改善土壤结构和提升土壤碳库方面效果最佳。

为实现西辽河平原春玉米持续稳产和养分资源高效利用,探索春玉米减氮增效新途径。以常规追施尿素(CK1,570 kg/hm²)为对照,设置不同比例减施尿素梯度和相应配施尿素硝酸铵溶液(UAN)处理分别为N1U处理(225 kg/hm²尿素+75 kg/hm²UAN)、N2U处理(375 kg/hm²尿素+75 kg/hm²UAN),研究浅埋滴灌减施尿素配施UAN对春玉米物质积累、氮效率和产量的影响。结果表明:与CK处理相比,N2U处理在总氮投入量减少25.12%的条件下春玉米产量不减少;N1U处理总氮投入量减少51.42%,产量显著下降。N2U处理总干物质积累量亦显著高于CK处理,吐丝期、完熟期分别增加12.84%~16.40%和6.05%~9.76%;完熟期总氮积累量相比CK增加20.55%~42.29%。N2U处理适量减少总氮投入量25.12%的条件下春玉米产量不降低,具有较好的高产高效优势,是西辽河平原同等地力条件下春玉米浅埋滴灌模式较合理的施肥方式。