氮肥对杂交小麦组织氮转运及其杂种优势的影响

研究了施氮和不施氮条件下6个杂交小麦及其7个亲本不同器官的氮转运,结果表明:施氮时叶中的氮转运受到极显著的促进,其氮转运量为不施氮的4倍,总麦草90%以上的氮转运来自叶片;无论施氮与否,叶中氮的转运率和贡献率最大,穗壳次之,施氮与否的同一器官并无显著差异;不施氮的各器官氮的转运量、转运率和贡献率多表现正的杂种优势,施氮的多呈负向优势.     

小麦转录因子基因TaERF7的克隆及其表达分析

温光敏核不育小麦(Triticum aestivum)百农不育系(Bainong sterility,BNS)是一种良好的小麦杂种优势利用材料,利用其低温不育、高温可育的特性可以实现“两系法”杂交小麦育种。该研究为找到BNS育性转换的关键基因,从已有BNS不育和可育花药的基因芯片数据中,鉴定得到表达存在差异的TaERF7基因,并通过设计引物克隆了TaERF7的cDNA和启动子序列,采用qRT-PCR分析TaERF7对不同温度和光照的响应。结果显示:(1)生物信息学分析表明,TaERF7基因的CDS区有660 bp,编码219个氨基酸;TaERF7蛋白含有AP2结构域和2个EAR基序,属于第二类乙烯响应因子(Ethylene response factor,ERF);TaERF7的氨基酸序列与拟南芥(Arabidopsis thaliana)AtERF4同源,可能是一种转录抑制因子;TaERF7启动子区含有多个光响应和低温响应的顺式作用元件。(2)qRT-PCR结果表明,TaERF7在BNS的不同组织与器官中均有表达;在长日照(14 h)下,TaERF7在BNS中的表达量下调约0.47倍,而在短日照(10 h)处理下,TaERF7在BNS中的表达量上调约1.14倍;4℃的低温处理使TaERF7表达量在2 h内上调了约25.7倍,并且在48 h内一直保持较高的水平,而在37℃下虽然可以使TaERF7表达量在1 h内上调约0.71倍,但2 h后便急剧下调,到12 h时其表达量与对照相比已下调了约0.85倍。该研究结果初步证明,TaERF7基因可能特异性结合下游基因启动子的GCC box、DRE和CRT元件,调控下游基因的表达,从而影响了BNS的育性。     

基因芯片分析杀雄剂SQ-1诱导小麦生理型雄性不育的基因差异表达

为揭示小麦生理型雄性不育的分子机理,更好地为小麦杂种优势利用提供理论依据和技术支撑,本研究以SQ-1诱导的西农558生理型雄性不育的花药为试验材料,以未经SQ-1处理的西农558的花药为对照,利用基因芯片技术对两者的基因表达差异进行了分析,并对部分基因运用半定量PCR技术进行了验证.结果表明,在55 052个转录本中, 两材料间差异表达的转录本有2 052条, 其中1 294个基因表达上调,758个基因表达下调.功能分类表明这些基因主要参与了毒性物质响应、逆境响应、多糖代谢及信号转导等重要生命过程.为验证芯片数据的可信性, 利用cDNA半定量 PCR 法对11个差异表达显著的基因(Ta.116, Ta.5629, TaAffx.122333, Ta.30726, Ta.13682, Ta.4057, Ta.4101, Ta.4139, Ta.11957, Ta.25934, Ta.27552) 进行验证.结果证明,无论是上调表达的还是下调表达的基因,其表达模式都与基因芯片的检测结果的一致.这些基因可作为育性相关候选基因开展下一步研究.     

小麦高分子量谷蛋白亚基效应的比较研究

采用SDS-PAGE方法,通过对5个亲本间杂交获得的F2群体每一单株的F3籽粒样本及其亲本进行小麦高分子量谷蛋白亚基（HMW-GS）组成分析,并对每一F2单株上F3籽粒群体的高分子量谷蛋白亚基组成与其籽粒蛋白质含量、SDS-沉降值的关系进行研究,分析比较黄淮麦区出现频率较高的7个亚基或亚基对的品质效应。结果表明：小麦高分子量谷蛋白亚基组成不同群体间籽粒的蛋白质含量和SDS-沉降值基本达到显著或极显著水平。优质亚基表现为：1、7＋8、14＋15和5＋10亚基。因此,黄淮麦区小麦育种应加强对这些优质亚基的引入和利用,特别是对14＋15和5＋10亚基的引入和利用。     

蓝标型核不育小麦花药转录物组学及花色素苷合成相关基因的表达分析

为了揭示蓝标型小麦核雄性不育的分子机制,更好地利用隐性核不育小麦杂种优势,本研究以蓝标型白粒小麦WS（不育）和浅蓝粒小麦WF（育性正常）植株花药为试验材料,利用转录物组学技术对两者差异表达基因进行了分析,并对其中涉及花色素苷合成相关基因进行了验证。结果表明： WF与WS相比,共检测到2 352个差异表达基因,这些基因经GO功能注释分为3大类43个小类,主要涉及生物合成、苯丙烷代谢、L-苯丙氨酸分解代谢、膜组成部分、质膜、细胞质、ATP结合和蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶活性等。 KEGG通路分析结果显示,苯丙烷类生物合成通路富集基因最多,有159个,其次是苯丙氨酸代谢通路,包含136个显著差异表达基因,其他还涉及多种氨基酸代谢、嘌呤代谢、嘧啶代谢及糖代谢通路;与花青素代谢直接相关的通路中,多个控制关键酶结构基因存在差异表达,且大多数在WF中上调表达,只有黄烷酮3-羟化酶基因（flavanone 3-hydroxylase,F3H）和无色花青素双加氧酶基因（anthocyanin dioxygenase,ANS）下调表达;实时荧光定量分析显示,10个与花青素代谢相关基因实际表达情况和转录物组测序数据中基因表达情况具有相同的上下调趋势;差异基因序列同源性分析显示,筛选出的2个转录因子（DN48762c2g1、DN25944c0g1）与玉米、水稻及拟南芥花色素苷合成调控转录因子聚为同一簇,可能是蓝标型小麦浅蓝粒植株蓝色糊粉层性状的候选基因。并且荧光定量分析表明,DN48762c2g1和DN25944c0g1在WF中的表达量要明显高于WS。综上认为,花青素的生物合成途径相关基因不仅与籽粒蓝色性状有关,而且可能参与了蓝标型核不育系的花药败育。     

小麦农艺性状与品质特性的多元分析与评价

估算96个小麦品种(系)的11个农艺性状和10个品质特性参数的主成分,并以主成分和欧氏距离为基础,分别作二维排序分析和聚类分析。农艺性状的前4个主成分反映了85.3450%的原始数据信息量;品质特性的前4个主成分代表了89.1483%的原始数据信息量。以96个材料的主成分得分绘制二维排序图,27个小麦品种(系)表现为矮秆、子粒和旗叶较大,丰产性较好、综合农艺性状优良;32个小麦品种(系)表现为铁、锌含量较高,加工品质较好、综合品质特性优良。在系统聚类图中,农艺性状和品质特性分别被聚成5类。综合农艺性状较好的材料主要集中在第Ⅲ类和第Ⅳ类;综合品质特性较好的材料主要集中在第Ⅰ类和第Ⅱ类。综合分析发现,同时兼顾丰产性较好且子粒铁、锌含量较高,品质特性较好的小麦品种(系)有:泰山9818、西农822、轮选719、杨-31、西安837和中育9383。将聚类分析和二维排序分析结合起来,能较好的对小麦的性状组成做出综合评价,鉴定和评价出优质、高产、综合性状优良的小麦品种(系),为小麦遗传育种提供优良的种质资源,为合理选配亲本提供参考。