玉米副突变及其分子机制

副突变是一种表观遗传现象,通过同源基因间染色质状态信息的转移建立新的基因表达状态,这种表达状态能够通过减数分裂而传递到后代。玉米是研究副突变及其机制的模式植物,目前已经发现有5个基因位点能够发生副突变。对玉米b1副突变系统的广泛研究发现DNA重复序列、siRNA途径、DNA结合蛋白等在副突变状态的建立和维持过程中可能起着重要的作用。     

副突变及其发生机制和演化意义

上世纪50年代科学家首次在玉米中发现副突变（paramutation）,后来陆续在其他生物体中也发现了这种现象。副突变是一种不符合孟德尔遗传法则的遗传模式。近来运用现代分子生物学技术研究表明,RNA是副突变发生的基础机制,涉及表观遗传（epigenetic inheritance）调控及染色体结构的动态变化。副突变的演化有着重要的生物学意义,了解副突变将有助于农作物的改良及人类遗传疾病的治疗。本文综述了副突变的研究进展,以期为相关的教学和研究整理资料。     

副突变及其表观遗传机制的研究进展

经典遗传学的研究方法为许多遗传性疾病和遗传相关性疾病的预防、诊断和治疗提供了在分子水平上的直接线索,然而人类疾病的遗传表现始终存在着经典遗传学法则所不能解释的现象。副突变(paramutation)是上世纪50年代首次在玉米中发现的一种非孟氏遗传模式,其传递的等位基因不存在核苷酸序列的差异,提示了表观遗传机制可能参与了基因表达和表型的可遗传变化。近期的研究发现关于副突变现象的解释可能涉及一种新的表观遗传学调控机制,即由RNA(特别是非编码RNA)引发的基因组改变参与了副突变的发生和维持。其中DNA甲基转移酶II所介导的RNA甲基化发挥了极其重要的作用。对副突变及其机制的研究不仅能够深化人类对遗传和生命本质的认识,还有助于开拓在生物工程和疾病诊疗等应用领域的新思路。本文综述了副突变的分子机制和研究进展,并且探讨了副突变在疾病研究和基因治疗中的应用前景。     

副突变——一种打破常规的遗传模式

副突变(paramutation)是上世纪50年代首次在玉米中发现的,而后在其他生物体中也发现过,它是一种不符合孟德尔遗传法则的遗传模式。大多数情况下,孟德尔的遗传法则是得到遵守的,即基因对的独立遗传,互不干扰。副突变是一种相互作用,在这个过程中,一种基因的一个沉默的等位基因将另一个“积极表达”的等位基因变异,所以它也被沉默。副突变是RNA引导的,mop1(mediator of paramutation1)基因是副突变的重要调节因子,它编码一个依赖于RNA的RNA聚合酶。     

植物转基因沉默研究与对策

转基因沉默已成为植物基因工程实用化的严重障碍。最近的转基因沉默研究表明,植物转基因沉默可能由多种机理造成,包括DNA甲基化、转基因发生副突变、染色体高级结构影响、染色体组型的影响以及RNA降解等。其可发生在转录水平和转录后水平。随着转基因沉默机理的深入研究和新的转基因方法的建立将有可能克服转基因的沉默问题。     

硅对干旱胁迫下玉米水分代谢的影响

利用盆栽试验研究了施硅(K2SiO3)对玉米植株水分代谢的影响.结果表明:施硅降低了干旱胁迫下玉米植株的气孔导度,降低了干旱胁迫早期到中期的蒸腾速率,保持了干旱胁迫后期较高的蒸腾速率,从而导致施硅玉米植株的叶片含水量和水势高于对照.由于植株的水分状况改善,施硅玉米植株生物量高于对照.硅增强玉米植株的抗旱性,而提高植株保水能力是硅提高抗旱性的重要原因.     

许多公司研究可育的杂交玉米

一年前,只有一、二家公司成功地培育了遗传工程玉米;但目前,各主要种子公司都有了自己的杂交玉米.最新获得成功是Ciba-Geigy Corp.和Pioneer Hi-Bred International公司.用遗传工程法培育杂交玉米的尝试曾一度受到阻碍,因为玉米是单子叶植物,不易感染根癌土壤杆菌.而人们正是用该菌的Ti质粒将新基因插入植物的.为解决这一问题,     

玉米和羽扇豆、鹰嘴豆间作对作物吸收积累Pb、Cd的影响

采用土壤盆栽试验研究玉米、羽扇豆和鹰嘴豆在不同分隔/间作方式下对Pb、Cd吸收积累的影响.试验结果表明,不同分隔/间作方式对玉米、羽扇豆和鹰嘴豆生物量变化有不同的影响.不同分隔/间作方式均显著影响玉米地下部对Pb的吸收,但是不同间作方式对玉米地上部Pb含量影响不大.塑料分隔以及玉米-鹰嘴豆间作可显著减少玉米地下部对Pb的吸收.在玉米单作中,塑料分隔和尼龙网分隔处理的玉米地下部Pb含量分别比不分隔处理时降低41.1%和33.3%.在不分隔处理时,玉米-鹰嘴豆间作的玉米地下部Pb含量仅分别为玉米单作和玉米-羽扇豆间作时的53.9%和63.8%.不同分隔方式对玉米地下部Cd含量影响较大,但是不管是间作还是分隔方式均对玉米地上部Cd含量影响不大.同时,还讨论了不同分隔/间作方式对羽扇豆和鹰嘴豆Pb、Cd含量的影响.作物根际土壤溶液Pb含量随着作物的生长而不断降低,但Cd含量却不断提高.不同分隔/间作方式对作物根际土壤溶液Pb、Cd含量也有一定影响.     

干旱胁迫对不同耐旱性玉米杂交种产量和根系生理特性的影响

通过盆栽人工模拟干旱试验,研究了全生育期中度干旱胁迫对不同耐旱性玉米杂交种（耐旱：京科628;不耐旱：农大95）产量及根系生理特性的影响.结果表明：干旱胁迫下,耐旱玉米产量比对照减少33.7%,不耐旱玉米则比对照减少62.3%.干旱胁迫下,玉米根系生物量降低且最大值出现时间提前,与对照相比,不耐旱玉米根冠比升高,耐旱玉米根冠比前期升高后期降低;根系活力降低,不耐旱玉米根系活力降低幅度大于耐旱玉米;根系超氧化物歧化酶（SOD）活性前期高于对照后期低于对照,耐旱玉米根系SOD活性开始低于对照的时间比不耐旱玉米晚;根系丙二醛（MDA）含量升高,随干旱胁迫处理时间的延长,不耐旱玉米MDA含量比对照升高的幅度大于耐旱玉米;根系可溶性蛋白含量降低,不耐旱玉米的降低幅度大于耐旱玉米.干旱胁迫下耐旱玉米杂交种根系活力﹑根系SOD活性及可溶性蛋白含量较高,减缓了根系的衰老进程,延长了根系功能期,这可能是耐旱玉米杂交种在干旱胁迫下仍能获得较高产量的重要原因之一.     

转植酸酶基因玉米的研究与安全评价

植酸酶是应用最广泛的饲料添加剂之一,它在自然界中广泛存在,能提高饲料中磷的利用率,对减轻动物高磷粪便导致的环境水域污染有着重要意义.玉米是动物饲料的主要原料,在玉米饲料中添加植酸酶易造成饲料成本升高和生产效率降低等问题.近年来随着基因工程技术的发展,已克隆出多个真菌植酸酶基因,并成功在微生物、植物系统中表达.本文主要介绍了植酸酶基因的微生物来源与相关研究成果,阐述了转基因技术的常用方法和转植酸酶基因玉米的研究进展,并详细评价了转植酸酶基因玉米的安全性.通过对转植酸酶基因玉米的深入探讨,对改善玉米的品质,降低成本及推广植酸酶在饲料工业中的应用具有重要意义.     

不同种植密度下玉米与豌豆间作对群体总产量的影响

于2014和2015年在黄土高原半干旱区全膜覆盖种植技术下,研究了不同种植密度下玉米行内间作豌豆对作物群体总产量的影响.结果表明: 2014年,当玉米株距为40和50 cm时,与不插播相比,在玉米株间插播2株豌豆显著提高了作物群体籽粒总产量;而在株距60 cm情况下,插播豌豆对作物群体总产量无显著影响.2015年,玉米株距40和50 cm情况下,与对应株距的单作玉米相比,在玉米株间插播2株豌豆对群体籽粒总产量无显著影响;但是在玉米株距60 cm的情况下,株间插播2株豌豆使作物群体籽粒总产量显著增加.导致两个试验年份之间玉米行内间作豌豆的产量效应差异的主要原因是生长季降水量在2014年较2015年充沛.综合比较,玉米株距40 cm、株间插播2株豌豆间作形式的籽粒总产量最高.此外,在玉米单作和行内间作中,籽粒总产量均随玉米株距的增大而减小.     

春玉米最大叶面积指数的确定方法及其应用

玉米叶面积指数达到最大时光合产物基本停止向营养器官分配,是玉米进入生殖生长阶段的标志.对锦州农田生态系统野外观测站2005-2011年多品种的春玉米大田试验资料分析发现春玉米最大叶面积指数出现于吐丝后2周左右,提出了春玉米叶面积指数达到最大时的积温指标,即播种至叶面积指数最大时的≥10℃有效积温为1085.3℃·d和(或)出苗至叶面积指数最大时的≥10℃有效积温为1010.4℃·d.在此基础上,采用修正的Logistic方程构建了春玉米相对叶面积指数动态普适模型.研究结果为准确模拟春玉米叶片生长及光合产物分配提供了依据.     

东北地区高温对玉米生产的影响及对策

极端高温是制约东北农作区玉米生产的主要气象灾害之一.本文通过研究气候变暖背景下玉米不同生育时期内日最高温度大于30℃的积温(AT)和日最高温度大于30℃的天数(AD)的时空变化特征,分析了极端高温对东北农作区不同地区玉米生产的影响,并探讨了应对高温的对策.结果表明:1961—2010年,东北农作区玉米生育期内温度显著升高,开花期(花前花后20 d)最高温度明显大于其他生育时期,玉米全生育期、营养生长期(播种到开花前11 d)、花期和生育后期(开花后11 d到收获)4个时期日最高温度的气候趋向率分别为0.16、0.14、0.06和0.23℃·10 a-1.近50年东北农作区玉米全生育期AT明显增加,西南部地区的AT明显高于其他区域,营养生长期AT的增加趋势明显大于其他两个时期.玉米全生育期AD明显增加,高值区也主要集中在西南部地区,生育后期的AD的增加趋势大于其他两个生育时期.东北农作区玉米生育期内极端高温显著影响玉米生产,其中营养生长期的极端高温对玉米产量的不利影响十分显著,松辽平原地区玉米生产的高温风险明显大于其他地区.优化作物布局,培育耐高温品种,调整玉米生产管理措施,构建防灾减灾玉米生产体系是东北农作区玉米生产应对高温风险的有效措施.     

四川间作地区作物高度、覆盖度和叶面积指数的动态变化

为研究间作系统的作物参数,于2005年在四川间作地区进行了作物高度、覆盖度和叶面积指数的时间变化研究.结果表明:作物的高度、覆盖度和叶面积指数随时间变化很大;玉米的最大高度是177 cm,最大覆盖度(86%)出现在花期,最大叶面积指数是1.96;红苕的最大和最小株高分别为22和12 cm,最大覆盖度(73%)出现在薯块膨大期,最大叶面积指数为1.79.与玉米间作时,红苕所有作物参数均受玉米影响.在玉米-红苕间作系统中,最危险的侵蚀期是玉米收获后至红苕覆盖度最大期.     

玉米耐盐分子机制研究进展

玉米是我国总产量最大的农作物,它对盐胁迫耐受性较差.玉米主产区日益加剧的土壤盐渍化已成为导致玉米产量和品质下降的主要环境胁迫之一.因此,研究玉米的耐盐机制,改良玉米的耐盐性对保障我国乃至世界玉米生产的可持续发展有重要意义.土壤中盐浓度过高会导致玉米根系外围土壤溶液的水势降低,引起渗透胁迫,而盐离子(Na+、Cl-等)的...     

转植酸酶基因玉米种植对土壤线虫群落的影响

土壤是生态系统中物质循环和能量转化的重要场所,转基因作物外源基因对土壤非靶标生物的影响已经引起人们的广泛关注.我国转植酸酶基因玉米(即自交系BVLA430101)于2009年9月27日获得了生物安全证书,该转植酸酶基因玉米可提高饲料利用效率,减少动物粪便造成的环境污染.本文以转植酸酶基因玉米(简称转基因玉米)和常规对照亲本玉米(简称对照玉米)为试验材料,通过大田试验研究了转基因玉米和对照玉米种植对土壤线虫群落组成与生态指标的影响.结果表明： 转基因玉米和对照玉米大田土壤分别分离出29个属和26个属的线虫.与对照玉米相比,转基因玉米种植田食细菌线虫相对多度与数量、捕/杂食线虫数量和土壤线虫总数,以及群落多样性指数等都有升高的趋势,而植食线虫相对多度与线虫总成熟度指数呈降低趋势.重复测量方差分析表明,整个生长季节内转基因玉米与对照玉米田间不同营养类群土壤线虫相对多度与数量及生态指标均无显著差异;而T检验分析表明,玉米乳熟期转基因玉米田食细菌线虫、捕/杂食线虫数量和土壤线虫总数显著高于对照玉米田,这可能与乳熟期转基因玉米田土壤总氮含量显著升高有关.     

玉米高效吸收氮素的理想根构型

氮肥投入是保证世界粮食总产量不断增加的重要因素. 如何在高投入集约化生产条件下, 提高氮肥利用效率、减少氮肥损失及其带来的环境问题, 是当前作物生产中面临的重要课题. 高产高投入玉米生产体系中, 硝酸盐淋失是氮肥损失的重要途径之一. 本文论述了土壤硝态氮运移特点、玉米吸氮规律及土壤氮素有效性对根系生长的调节作用, 提出了玉米氮高效理想根系构型. 通过改良根系构型、增加深层土壤中根系分布, 有可能减少氮素向深层的淋失, 从而提高氮肥利用率, 同步实现玉米高产与氮高效利用.     

基于光合产物动态分配的玉米生物量模拟

光合产物分配是作物生长发育及生物量形成的关键环节,也是作物生长模拟的重要内容.本研究依据光合产物分配机理,结合玉米不同生长阶段的光合产物分配特点,构建了玉米光合产物分配模型.与WOFOST模型的CO₂同化模块相结合,实现了对玉米各器官生物量动态的逐日模拟.利用锦州农田生态系统野外观测站5年的春玉米大田试验资料对模拟效果进行了验证.结果表明: 模型能解释总生物量变化的95.4%;对营养器官生物量变化的解释率达87.0%;对叶、根、茎生物量变化的解释率分别达85.3%,67.9%和76.5%;对穗生物量变化的解释率达87.5%.模型可实现玉米各器官的生物量动态的准确模拟.     

优质高产多抗玉米新品种高技术产业化

一、项目的市场背景和重要意义 1.经济、技术与市场需求背景 我国是世界上仅次于美国的玉米生产和消费大国,我国玉米常年种植面积为2467万公顷,总产1.42亿吨.虽然近年来.我国玉米单产和总产都有所提高,但仍然满足不了需要,据分析,今后5～10年我国将从一个玉米出口国变为进口国,年进口量为700万吨.每年需玉米良种9亿千克左右.同时,我国是玉米种植面积扩大和单产提高最多最快的国家.玉米种植面积从2004年的2325万公顷增长到2006年的2705万公顷,全国玉米亩产(1亩=1/15hm2)提高到目前的350～400 kg.科学技术的应用是玉米生产发展的重要因素,其中,选用优良品种的遗传增益约占35%～40%.     

叶片物理性状对玉米杂交种京科968防御二斑叶螨危害的影响

叶螨(Acari:Tetranychidae)危害是造成玉米减产的重要原因之一,其中二斑叶螨Tetranychus urticae Koch是我国玉米Zea mays L.生产中的主要害螨之一.抗螨玉米品种的选育是有效防治叶螨的途径之一.本研究以我国广泛种植的玉米杂交种京科968及其母本京724、父本京92,先玉335...