谷子Si-SP1小穗突变基因的遗传分析和定位

通过EMS(Ethyl methylsulfonate,甲基磺酸乙酯)诱变豫谷1号获得一个遗传稳定的谷子小穗突变体si-sp1,该突变体突出表现为穗部变小,同时伴随有株高降低、单码小花数减少和根系变小等表现型变异。与野生型豫谷1号相比,突变体的穗长和株高分别降低了37.8%和9.0%,单穗粒重和单码小花数分别降低了40.3%和31.7%,但千粒重增加了20.2%。遗传分析表明,si-sp1突变性状由1对隐性基因控制。以si-sp1为母本、辽谷1号为父本构建的F2定位群体的隐性单株,将突变基因定位在8号染色体上CAAS8003与SSR1038间约11.02 M的距离内,为下一步精细定位并分离该基因奠定了基础。     

谷子孕穗期抗旱指标筛选

为研究谷子孕穗期在干旱环境的形态、生理、生化性状变化趋势,筛选谷子孕穗期抗旱性鉴定指标,以20个谷子品种为试验材料,在模拟干旱棚中分析了谷子孕穗期干旱胁迫条件下形态和生理、生化指标的变化。试验表明:单穗重、单穗粒重、株高、穗下茎长、千粒重与抗旱指数的相关性显著,可作为孕穗期抗旱性的形态指标;叶绿素含量、可溶性糖、丙二醛含量和超氧化岐化酶活性(SOD)4个指标与抗旱指数的相关性显著,可作为孕穗期的生理、生化指标。通过主成分分析确立了千粒重、单穗重、叶绿素和SOD等4个指标的相对值为谷子孕穗期抗旱性综合指标,以抗旱指数为因变量,4个综合指数为自变量建立的回归方程对供试品种的抗旱性进行预测具有高的准确性。     

谷子MYB类转录因子SiMYB42提高转基因拟南芥低氮胁迫耐性

Myeloblastosis(MYB)类转录因子是高等植物中最大的转录因子家族之一,在植物发育及防御反应过程中发挥重要作用,还参与植物对干旱等非生物胁迫的响应。谷子(Setaria italica L.)起源于中国,具有抗旱、耐瘠薄的特性,是研究单子叶作物非生物胁迫抗性的理想材料。本研究对耐低氮胁迫谷子品种郑204经低氮处理后进行转录组分析,鉴定出一个在低氮胁迫条件下明显上调的MYB类转录因子SiMYB42。系统发育树结果表明,SiMYB42属于R2R3-MYB亚族,具有2个MYB保守域;表达模式分析显示,SiMYB42在低氮、高盐、干旱和ABA胁迫条件下表达量显著上调;亚细胞定位、quantitative real-time PCR及转录激活活性分析结果表明,SiMYB42蛋白定位于植物的细胞核和细胞膜中,主要在谷子的叶部或根部表达,具有转录激活活性;基因功能分析结果表明,在正常条件下,转SiMYB42基因拟南芥与野生型Columbia-0拟南芥(WT)无明显差异,但在低氮条件下,转SiMYB42基因拟南芥的主根长、根系表面积及鲜重均显著高于WT,结果证明SiMYB42基因可以提高转基因植物对低氮胁迫的耐性;下游基因表达分析结果显示,在转SiMYB42基因拟南芥中,参与植物氮素转运的硝酸盐转运基因NRT2.1、NRT2.4和NRT2.5的表达水平均高于WT,启动子分析结果显示NRT2.1、NRT2.4和NRT2.5基因启动子序列中均具有MYB结合位点。以上结果证明,SiMYB42可以通过调控下游硝酸盐转运体基因的表达提高植物在低氮条件下的耐性。本研究揭示了SiMYB42基因在低氮胁迫反应途径中的作用,为进一步了解谷子低氮胁迫响应的调控网络奠定了基础。     

利用低CO_2浓度培养箱筛选谷子(Setaria italica)C_4光合作用相关突变体

C_4光合作用和光呼吸研究是植物学界的研究热点,缺乏低CO_2浓度培养条件和相关突变体限制了相关工作的深入开展。本研究设计了一个低CO_2浓度培养箱,CO_2浓度、光照和温度等培养条件可稳定控制,试验数据可通过网络实时查看记录。以该培养箱为平台,本研究对54份谷子甲基磺酸乙酯(EMS)突变体进行了耐40 mg/L(正常空气中CO_2浓度范围是380~400 mg/L)CO_2浓度培养鉴定,根据死苗量将这些材料分为4类,其中敏感的Ⅲ级突变体19个和Ⅳ级突变体13个,对低CO_2浓度极度敏感的5个谷子突变体均为叶脉变异系,证实了低CO_2浓度培养箱筛选鉴定的实用性。对这些材料开展包括花环解剖结构观察和相关突变基因克隆的深入研究,将奠定谷子C_4光合作用的研究基础,所构建的低CO_2浓度培养箱也适用于其他作物光合作用和光呼吸的生理学研究。     

谷子窄颖花突变体sins1的表型分析和突变基因定位

利用甲基磺酸乙酯(EMS,ethyl methyl sulfonate)诱变剂处理野生型Yugu1(豫谷1号),在后代中发现了一个可以稳定遗传的颖花明显变窄的突变体,将其命名为sins1。与Yugu1相比,突变体sins1的株高显著降低了3.89%,穗长和穗粗分别显著降低了17.42%和21.62%,旗叶叶长和叶宽分别显著降低了15.09%和25.78%,千粒重显著降低了40.96%,谷码数显著降低了25%,均达到显著水平(P0.05)。利用突变体sins1为母本、SSR41为父本构建F_2定位群体,F_2正常颖花与窄颖花植株数目的分离比例为3∶1,表明该突变性状由隐性单基因控制。利用F_2群体隐性单株,最终将突变基因定位在3号染色体上SSR标记3-2658与CAAS3031间约7.709 Mb的距离内,为下一步精细定位提供了基础,同时也为促进禾本科作物颖花的研究提供了方向。     

谷子β-胡萝卜素异构酶家族基因的表达与变异分析

株型是影响谷类作物产量的重要性状, 株型改良对提高作物产量具有重要意义。独脚金内酯(strigolactones, SLs)作为一种最新被鉴定的植物激素, 其通过抑制腋芽的伸长调控分枝/分蘖的形成。β-胡萝卜素异构酶(D27s)是SLs合成途径的关键酶, 通过对谷子(Setaria italica) β-胡萝卜素异构酶典型结构域Pfam:DUF4033进行分析, 鉴定到3个谷子D27s基因家族成员(Seita.8G168400、Seita.6G088800和Seita.3G050900)。蛋白质特性分析显示, 谷子D27s蛋白由271-277个氨基酸残基组成, 分子量为30.1-30.4 kDa, 等电点为5.85-9.31, 不稳定系数介于38.48-74.47之间, 且均定位于叶绿体; 系统进化分析发现, 谷子D27s家族成员位于3个不同进化分支; 顺式作用元件预测显示, SiD27-1 (Seita.8G168400)可能参与调控生物节律、生长素介导的生长发育以及干旱和低温等胁迫应答过程。基因表达分析显示, SiD27-1在谷子多分蘖材料中表达下调, 在低磷胁迫处理下, D27s基因均能产生不同程度的响应, 并且SiD27-1的响应较其它成员更快速。单倍型分析结果表明, SiD27-1的H001单倍型为优异单倍型, 对谷子的株高、抽穗期和产量改良具有重要应用价值。综上, 推测SiD27-1极可能在SLs合成中发挥关键作用并对谷子株型产生影响。研究结果为深入揭示D27s对谷子分蘖形成的调控机制奠定了基础, 也为谷子株型分子设计育种提供了优异的等位变异位点。