白菜PLD基因家族全基因组鉴定及对高温胁迫的响应

膜磷脂是产生胞内信号信使的重要来源,磷脂酶Ds(phospholipase D,PLDs)可以催化磷脂产生信号分子磷脂酸(phosphatidic acid, PA),从而响应不同胁迫信号。该研究利用生物信息学方法对白菜PLD基因家族的基因成员进行鉴定及结构域分析,并采用qRT PCR方法对不结球白菜的18个BrPLD基因的表达进行分析,以探讨不结球白菜的BrPLD基因家族对高温胁迫的响应机制。结果表明：(1)共鉴定到18个白菜PLD基因家族成员,其中有2个成员(BrPLD03和BrPLD09)的C2结构域被替换为PH/PX结构域,另有1个基因(BrPLD12)缺少了其N末端保守结构域,由信号肽代替。(2)根据编码蛋白结构域的不同,18个BrPLD基因分为3个亚类,分别为15个C2 BrPLD、2个PH/PX BrPLD和1个SP BrPLD;氨基酸理化性质分析发现,该基因家族编码蛋白多半为酸性蛋白;18个基因分布在除4号和7号之外的8条染色体,且呈现不均匀分布,并发现了BrPLDs蛋白Ca²⁺配位碱基的缺失。(3)qRT PCR检测发现,高温处理下不结球白菜的BrPLD基因的表达量发生明显变化,各基因在耐热和热敏品种中的表达具有差异。(4)对BrPLD基因家族不同功能顺式响应元件的预测发现,所有家族基因含有光应答有关的作用元件,9个基因含有与低温有关的顺式元件,10个基因含有调控干旱相关元件,18个基因均未预测到热胁迫相关顺式响应元件。     

茶树中2个NAC转录因子基因的克隆及温度胁迫的响应

利用茶树转录组数据库,检索得到2个NAC家族转录因子基因CsNAC1和CsNAC2。通过RT-PCR方法,将其从茶树‘迎霜’中分离克隆,利用荧光定量PCR方法,对CsNAC1和CsNAC2基因在‘迎霜’和‘安吉白茶’2个茶树品种不同组织以及温度胁迫处理下的表达进行分析,以探讨NAC家族转录因子在温度胁迫下的响应特征。结果表明:(1)CsNAC1和CsNAC2基因开放阅读框长度分别为1 044和1 047bp,分别编码347个和348个氨基酸;蛋白功能域预测和多重对比显示,CsNAC1和CsNAC2蛋白N端均含有典型NAC家族成员所具有的NAM保守结构域。(2)进化分析表明,CsNAC1和CsNAC2分别属于NAC家族的NAP和AtNAC3亚家族。(3)三维分子模型建模显示,CsNAC1和CsNAC2蛋白分别含有3个和2个α-螺旋,6个和7个β-折叠。(4)荧光定量PCR结果显示,CsNAC1在2个茶树品种中具有较相似的组织特异性,均在茶树成熟叶中表达量最高;CsNAC2则分别在‘安吉白茶’的幼叶中,‘迎霜’的根中表达量最高;高温(38℃)和低温(4℃)处理下,CsNAC1和CsNAC2基因的表达均受不同温度胁迫影响,不同茶树品种、不同时间段的表达存在差异。     

鸭儿芹羟基肉桂酸转移酶基因的克隆及其对不同温度的响应

以贵州省野生鸭儿芹为研究对象,用RT-PCR克隆获得与木质素合成有关的羟基肉桂酸转移酶基因(CjHCT),并分析CjHCT基因对不同温度的响应,探索人工栽培鸭儿芹的适宜温度。结果表明:(1)CjHCT基因开放阅读框长度为1 290bp,编码429个氨基酸;蛋白质分子质量为47.58kD,等电点为6.67;进化树分析表明,CjHCT与茄科植物的HCT亲缘关系最近。(2)荧光定量PCR分析显示,CjHCT基因在贵州鸭儿芹根、叶柄、叶及花不同组织中的表达具有组织特异性,且在根中CjHCT基因的表达量最高,而在叶中表达量最低,花与叶中该基因表达量相近。(3)对鸭儿芹生长过程中主要面临的4种不同温度(10℃、18℃、30℃和38℃)分别处理0、0.5、1、2、4、8、12、24h,荧光定量PCR检测显示,CjHCT基因的表达量(以0h处理作为对照,表达量为1)在高温(30℃和38℃)处理下于0.5h时最高,其中30℃处理的CjHCT基因表达量高于38℃处理;在低温(10℃和18℃)下鸭儿芹CjHCT基因表达量于12h时最高,其中10℃处理0.5h时CjHCT基因较对照表现为下调;高温(30℃和38℃)下CjHCT基因表达量峰值比低温(10℃和18℃)下表达量峰值高,而且峰值出现的时间也较早。该实验意义在于初步研究发现低温栽培鸭儿芹能抑制CjHCT基因的表达,为人工栽培鸭儿芹温度调控提供了参考。     

籼型常规早稻穗分化期低温对颖花形成和籽粒充实的影响

以籼型常规早稻中嘉早17为材料,于盆栽条件下采用人工气候箱控温,在水稻穗分化一次枝梗原基分化期(Ⅱ)与花粉母细胞减数分裂期(Ⅵ)进行17和20 ℃的低温胁迫处理,研究不同低温对水稻枝梗、颖花分化与退化及籽粒充实的影响.结果表明： 与对照相比,不同低温处理均显著降低每穗枝梗及颖花分化数和现存数,颖花现存数降幅为7.2%～12.4%,同时增加了枝梗和颖花的退化数,影响了花粉活性、花药开裂等花器官发育,导致籽粒充实不良,以17 ℃低温胁迫效应更明显.穗分化Ⅵ期低温处理总枝梗和颖花分化数与现存数低于穗分化Ⅱ期,但二次枝梗和颖花退化数较多,颖花退化数较穗分化Ⅱ期高11.6%;穗分化Ⅱ期低温处理穗部籽粒结实率显著低于穗分化Ⅵ期,降幅达3.7%,主要与花粉粒活性、柱头花粉散落数、花药开裂系数和籽粒充实度受低温影响较大有关.另外,穗分化Ⅱ、Ⅵ两时期受17 ℃低温胁迫效应大于20 ℃.综合穗分化两时期低温胁迫效应的差异,生产中需加强相应栽培措施的调控.     

应用近红外光谱法估测小麦叶片糖氮比

糖氮比能够反映作物碳氮代谢的协调程度,及时、准确地监测糖氮比对于作物氮素营养诊断和调控具有重要意义.本研究以不同年份、品种、施氮水平的小麦大田试验为基础,获取鲜叶和粉末状干叶近红外(NIR)光谱及糖氮比信息,分别运用偏最小二乘法(partial least squares, PLS)、BP神经网络(back propagation neural network, BPNN)和小波神经网络(wavelet neural network, WNN)3种方法建立了小麦叶片糖氮比预测模型,并利用随机选择的样品集对所建模型进行测试和检验.结果表明： 小麦鲜叶光谱模型预测性能不佳;而干叶片预测模型表现了较好的准确性,在1655~2378 nm谱区范围内基于3种方法构建的干叶粉末糖氮比估算模型,其预测均方根误差均低于0.3%,决定系数均高于0.9.比较而言,WNN法表现最佳.总体显示,近红外光谱法可以准确预测小麦叶片糖氮比状况,为科学诊断糖氮比提供了理论基础和技术途径.     

江苏省不同农业区土壤线虫群落分布特征

调查了江苏省不同农业区农田土壤线虫群落多样性,分析了土壤线虫数量和群落结构与土壤环境因子的关系,并探讨了土壤线虫对土壤健康的生物指示作用.结果表明： 农田土壤线虫共鉴定出2纲7目19科41属.6个农业区的土壤线虫的密度、群落组成均具有一定的差异性.沿海农业区的线虫数量最多(每100 g干土400条),显著高于徐淮、宁镇扬和沿江农业区(P＜0.05),而沿江农业区的土壤线虫数量最少(每100 g干土232条),这可能是由于土壤质地、年均降雨量和年均气温等因素的差异造成的.地理位置相近的农业区线虫优势属相似.相关性分析结果显示,土壤线虫数量与土壤有机质、全氮、速效氮、速效钾和速效磷均呈显著正相关关系;RDA分析表明,土壤全氮含量、速效磷及pH对线虫群落种属组成影响较大.分析江苏省农田土壤线虫群落空间分布特征,可为农田土壤生态系统健康状况评价提供数据支撑.     

嫁接对盐胁迫下西瓜幼苗体内离子和内源激素含量与分布的影响

以小型西瓜‘秀丽’为接穗、耐盐砧木瓠瓜‘超丰抗生王’为砧木,以自根嫁接苗为参照,分析了砧木嫁接对NaCl胁迫下西瓜幼苗根、茎、叶中离子和内源激素含量的影响。结果表明:(1)盐胁迫下,自根嫁接苗Na+主要积累在地上部,K+含量和K+/Na+比下降幅度大;砧木嫁接苗大部分Na+积累在根系中,K+含量和K+/Na+比下降幅度小且在不同部位皆高于自根嫁接苗。(2)盐胁迫下,自根嫁接苗吲哚-3-乙酸(IAA)以及玉米素和玉米核苷的总量(Z+ZR)在根系和接穗茎中显著增加,在叶片中明显下降,赤霉素(GA3)含量在不同部位保持不变或明显增加;而砧木嫁接苗不同部位IAA和(Z+ZR)的含量均显著增加,GA3含量在不同部位保持不变或明显下降。(3)盐胁迫下,两种嫁接组合根系和茎中脱落酸(ABA)含量均明显下降,叶片中ABA含量则显著增加。(4)盐胁迫下,自根嫁接苗和砧木嫁接苗根系和接穗茎中IAA/(Z+ZR)的比值均明显上升,叶片中明显下降,但砧木嫁接苗上升和下降幅度均远大于自根嫁接苗。研究表明,瓠瓜根系对进入根系的Na+具有截留作用;采用瓠瓜砧木嫁接可有效防止Na+在西瓜接穗地上部尤其是在叶片中的大量累积,从而防止离子毒害的发生;瓠瓜砧木嫁接植株体内具有较高的K+含量和K+/Na+比,可有效维持盐胁迫下西瓜嫁接植株体内的离子稳态;瓠瓜砧木嫁接植株体内具有较高的IAA和(Z+ZR)含量,IAA/(Z+ZR)比值较高,对提高西瓜嫁接植株盐胁迫耐性起到了积极的作用。     

葡萄半不育花粉粒形态和细胞学观察及相关基因表达分析

以葡萄品种‘魏可’(可育)及其自交后代单株‘魏可实生-3’和‘魏可实生-12’以及品种‘钟山红’(雄性不育)为材料,对花器官特征、花粉萌发率、花粉粒形态以及小孢子发育过程的细胞学特征进行观察,并对绒毡层发育相关基因(DYT1、TDF1和MYB4)的表达进行分析,以初步鉴定葡萄半不育单株的不育特征,揭示花粉败育与基因调控的关系。结果显示:(1)‘魏可实生-3’和‘魏可实生-12’的花粉萌发率均在10%左右,属于半不育花粉;其雄蕊主要特征为花丝卷曲,花丝短于花柱,花药内花粉量少,花药中既有正常长球形花粉粒也有异常近球形花粉粒。(2)‘魏可实生-3’、‘魏可实生-12’没有明显的药室壁结构,小孢子母细胞稀少、疏松;‘魏可实生-3’双核期绒毡层未完全降解,绒毡层细胞中的营养物质滞留没有及时供应小孢子的发育,致后期部分小孢子败育;‘魏可实生-12’绒毡层细胞在单核早期就大部分降解而导致营养供应异常,使部分小孢子败育。(3)在减数分裂期,‘魏可’的绒毡层发育相关基因DYT1和TDF1的表达均最高,MYB4最低,‘钟山红’的3个基因的表达与‘魏可’相反,‘魏可实生-3’和‘魏可实生-12’的表达水平均在‘魏可’与‘钟山红’之间;单核早期以后,3个基因在‘魏可’的表达一直均较低,钟山红’的DYT1基因表达一直最高,其余2个基因均在最低水平,而‘魏可实生-3’的TDF1、MYB4基因在单核早期表达量最高,‘魏可实生-12’的TDF1在双核期表达量最高。研究表明,‘魏可实生-3’的花粉败育发生在单核晚期至双核期,‘魏可实生-12’的花粉败育发生在单核早期;部分药室绒毡层的异常降解,小孢子发育营养供应不均衡可能是导致其花粉半不育发生的原因;‘魏可实生-3’的绒毡层延迟降解与减数分裂期DYT1基因的表达量不足、单核期TDF1基因的过量表达以及MYB4基因在单核期的异常表达有关,而‘魏可实生-12’的绒毡层提前降解与减数分裂期DYT1基因的表达量不足而MYB4基因过量表达,以及双核期TDF1基因过量表达有关。     

piggyBac转座子AgoPLE1.1在黑腹果蝇种系 转化中的应用

【目的】通过检测黑腹果蝇Drosophila melanogaster中piggyBac (PB)转座子AgoPLE1.1的转化活性,明确AgoPLE1.1开发为昆虫转基因载体的潜力。【方法】构建AgoPLE1.1转座酶辅助质粒pAgoHsp和带有红色荧光标记的供体质粒pXLAgo-PUbDsRed,辅助质粒和供体质粒以170 ng/μL∶400 ng/μL, 90 ng/μL∶200 ng/μL和90 ng/μL∶100 ng/μL 3种不同的比例混合后分别注射新鲜的W¹¹¹⁸ 黑腹果蝇胚胎,筛选注射后代中的转基因黑腹果蝇个体;利用Southern杂交验证转基因黑腹果蝇中AgoPLE1.1转座子的插入拷贝数;利用染色体步移技术克隆AgoPLE1.1插入位点旁侧序列,明确AgoPLE1.1转座子的转座特征。【结果】AgoPLE1.1转座子在黑腹果蝇中具有转化活性,转基因频率为1.32%~1.94%。Southern杂交结果显示,AgoPLE1.1转座子在黑腹果蝇中至少有6个插入位点。染色体步移法克隆了其中4个位点,分别位于黑腹果蝇的3R, 3L, 2L和X染色体,并且AgoPLE1.1转座子在黑腹果蝇染色体中的整合带有供体质粒的骨架。【结论】PB转座子AgoPLE1.1仅可以在黑腹果蝇中以较低的频率进行非精确的剪切和转座,不具有开发为新型昆虫转基因载体的潜力。     

大蒜体细胞胚发生过程中内源激素含量及相关基因表达的变化特征

该研究以大蒜品种‘二水早’为材料,采用高效液相色谱串联质谱法(LC-MS/MS),检测了大蒜体细胞胚发生过程中花序轴(EX)、愈伤组织(CA)、早期胚性愈伤组织(PC)、后期胚性愈伤组织(LC)和球形胚(GE)阶段的5种生长素及其类似物、4种细胞分裂素(CTK)和脱落酸(ABA)含量,结合激素合成和信号转导相关基因表达量的动态变化,探讨3类激素在大蒜体细胞胚发生中的调控作用,为大蒜体细胞胚发生的激素调控提供理论依据,也为进一步研究植物体细胞胚发生的分子机理奠定基础。结果表明:(1)在大蒜体细胞胚发生过程中,生长素及其类似物含量均呈现先升高后降低的变化趋势,且在PC阶段最高而在GE阶段最低;异戊烯基腺嘌呤(IP)、反式玉米素(tZ)和ABA在EX阶段含量最高,其余4个阶段的含量均显著低于EX阶段,而顺式玉米素(cZ)在CA和PC阶段含量较高,在GE阶段含量最低。(2)在PC阶段,IAA合成基因AsYUCCA1和AsTA1以及生长素外运载体基因AsABCB1的表达量升高;在LC阶段,生长素内运载体基因AsAUX1表达量升高,生长素应答基因AsARF1和AsARF2表达量降低,cZ合成基因AsLOG1在CA阶段表达量最高,细胞分裂素运输相关基因AsENT2和信号转导相关基因AsORR-A1、AsORR-A2在PC阶段表达量最高。(3)ABA合成限速酶基因AsNCED1和AsNCED2的表达量在大蒜体细胞胚发生的后4个阶段显著低于EX阶段,ABA信号转导相关基因AsPP2C表达量在PC阶段升高,AsABI1表达量在LC阶段升高,AsPYL1表达量在GE阶段升高。研究认为,在大蒜体细胞胚发生过程中,吲哚-3-甲醛(ICAld)、吲哚-3-丁酸(IBA)和cZ的积累有助于促进大蒜愈伤组织的形成,高水平的生长素及其类似物和低水平的IP、tZ有利于大蒜早期胚性愈伤组织的形成,而低水平的生长素及其类似物、CTK和ABA更利于大蒜球形胚的形成,表明激素合成相关基因可调控内源激素含量的变化,激素信号转导相关基因参与了大蒜体细胞胚的发生。