青稞NBS LRR类基因HvtRGA的克隆与条纹病胁迫表达分析

为探索青稞(Hordeum vulgare L. var. nudum)NBS LRR类基因在青稞抗条纹病中的分子作用机制,该研究以抗条纹病青稞品种‘昆仑14号’和感病品种‘Z1141’为材料,从叶片中克隆了HvtRGA 基因。HvtRGA基因长3 544 bp,包含一个3 306 bp开放阅读框,编码1 101个氨基酸。序列测序后比对发现,‘昆仑14号’与‘Z1141’的碱基序列相似性为99.89%,‘Z1141’的碱基在1196和1945位置处由G替换成A,但氨基酸序列相似性为100%。蛋白质序列分析表明,HvtRGA为亲水性的不稳定酸性蛋白,具有NB ARC保守结构域和5个LRR结构域,属于 NBS LRR 家族。HvtRGA蛋白与大麦的rgaS 9217、rgaS 226编码的NBS LRR氨基酸序列相似性分别为96.55%和88.72%。进化树分析表明,青稞与小麦族的大麦、硬粒小麦和二穗短柄草NBS LRR聚为一个分支,且与大麦 rgaS 9217编码的蛋白亲缘关系最近,其次是大麦rgaS 226编码的蛋白,而与狗尾草和栗的亲缘关系最远。qRT PCR结果表明,条纹病胁迫下,抗病品种和感病品种的HvtRGA基因的表达量极显著升高,且抗病品种‘昆仑14号’感病后基因表达量显著高于感病品种‘Z1141’。研究推测,HvtRGA 基因在青稞抗条纹病的调控过程中可能发挥着重要作用。     

青稞HvnRPS2基因克隆及其在条纹病胁迫下的表达分析

为探索NBS LRR类基因RPS2在青稞抗条纹病过程中的作用,该研究以抗条纹病青稞品种‘昆仑14号’和感病品种‘Z1141’为材料,参照转录组序列设计引物,克隆得到一个差异表达的青稞HvnRPS2基因,进行相应的生物信息学分析,并采用实时荧光定量PCR(qRT PCR)法分析HvnRPS2基因在条纹病侵染下不同抗性青稞品种的表达模式。结果表明：(1)HvnRPS2基因全长3 089 bp,无内含子,包含1个2 760 bp的开放阅读框,编码919个氨基酸,理论等电点为5.93,预测蛋白分子量为104.2 kD,其编码的蛋白为亲水性蛋白,二级结构主要由无规则卷曲和ɑ 螺旋组成。(2)蛋白质多序列比对及进化树分析表明,HvnRPS2含有高度保守的NB ARC和LRR结构域,属于NB ARC蛋白家族成员,与大麦HvRPS2和水稻OsRPS2亲缘关系最近。(3)qRT PCR分析显示,随着条纹病感病时间的延长,青稞HvnRPS2基因表达量呈先降低后升高再降低的模式;与正常叶片相比,感病叶片的HvnRPS2基因表达量显著下调,且感病品种表达量下调值显著低于抗病品种(P＜0.01)。研究认为,HvnRPS2在青稞抗条纹病过程中发挥重要的负调控作用。研究结果为进一步探究该基因在青稞抗条纹病中的调控机理奠定基础。     

粗缩病对玉米产量和籽粒品质的影晌

以6个对玉米粗缩病（MRDV）表现不同抗性的玉米品种为材料,研究了粗缩病对玉米产量性状和籽粒品质的影响。结果表明,在供试品种中,‘青农105’和‘青农8’为抗病品种,‘登海3622’和‘农大108’为中抗品种,‘先玉335’和‘郑单958’为感病品种。感病后,玉米果穗穗长、行粒数、穗粒重和产量显著降低,且损失程度表现为抗病品种〈中抗品种〈感病品种：籽粒中粗淀粉含量显著降低,粗蛋白含量升高,粗脂肪含量变化不明显。回归分析表明,通过旃情指数可以准确预测玉米粗缩病导致的产量损失。     

黑粒青稞HvtUF3GT基因的克隆与表达分析

该研究以黑粒青稞品种‘黑老鸦’籽粒为材料,克隆了青稞类黄酮3-O-葡萄糖基转移酶基因(HvtUF3GT),获得1 449 bp序列。HvtUF3GT基因包含一个1 434 bp开放阅读框,编码478个氨基酸,理论等电点为5.45,预测蛋白分子量为52 912.58 Da。蛋白质序列分析表明,HvtUF3GT为亲水性的不稳定酸性蛋白,且在C-末端具有一段典型的44个氨基酸PSPG box,在空间结构中含有β-α-β-α-βRossmann折叠结构,属于UDP糖基转移酶基因GT-B型超家族成员。进化树分析表明,HvtUF3GT与小麦族的大麦、乌拉尔图小麦、山羊草和二穗短柄草的糖基转移酶聚为一个分支,且与大麦的亲缘关系最近,与稻族的籼稻和短花稻的亲缘关系较远。半定量和定量PCR结果表明,在‘INB0N-7’蓝粒青稞和‘昆仑12号’白粒青稞的籽粒灌浆后期HvtUF3GT基因不表达,而在黑粒青稞和紫粒青稞中的表达强弱依次为‘黑老鸦’(黑粒)‘昆仑17号’(黑粒)‘达章紫’(紫粒)‘涅如姆扎’(紫粒)。研究推测,HvtUF3GT基因在青稞灌浆后期籽粒着色过程中发挥着重要作用。     

不同抗性烤烟根系分泌单糖特征及其对黑胫病菌的化感效应

为探讨烤烟根系分泌单糖的品种差异及与黑胫病的相关性,该研究以‘NC102’、‘K326’、‘云87’和‘红花大金元’4个烤烟品种为试验材料,测定了各烤烟品种根系、根际土中的单糖及对黑胫病的化感作用。结果表明:(1)在各烤烟品种的根系和根际土中均检出了木糖、阿拉伯糖、葡萄糖和半乳糖,检出的糖组分中以葡萄糖含量最高。(2)在烤烟团棵期时,根际土中的葡萄糖含量在高抗品种‘NC102’和中抗品种‘K326’中分别为2.255和4.744μg·g~(-1),中感品种‘云87’和高感品种‘红花大金元’分别为7.100和11.068μg·g~(-1);各烤烟品种团棵期时根际土中的单糖总量表现为:‘NC102’(5.346μg·g~(-1))‘K326’(7.844μg·g~(-1))‘云87’(10.551μg·g~(-1))‘红花大金元’(15.579μg·g~(-1))。(3)根际土中葡萄糖含量、单糖总量均表现为感病品种高、抗病品种少的趋势;感病品种根际土中单糖总量在团棵期时高,而在其他时期时较低。(4)各单糖和混合糖溶液对黑胫病菌的生长均表现为促进作用,单一糖在2.000mg·mL~(-1)处理下促进作用最强,混合糖在4.000mg·mL-1处理下促进作用最强。研究发现,烤烟感病品种在生长发育前期通过根系分泌较多的单糖到根际土中,为土壤中黑胫病菌的生长发育提供了物质和能源,促进了烟草黑胫病菌的生长,导致烟草黑胫病的发生。     

‘百农64’慢白粉性的遗传分析

慢白粉品种‘百农64’与感病品种‘京双16’杂交,F1自交并分别与两亲本回交,获得包括亲本在内的6个世代,分析了‘百农64’慢白粉性的基因数目、遗传力和遗传模型.结果表明,‘百农64’慢白粉性受3对基因控制,其中2对基因的显性作用较强,另1对基因的显性作用较弱;广义遗传力为0.673 0±0.015 8,狭义遗传力为0.299 8±0.132 2;遗传方式符合加性-显性模型.     

东方百合‘索邦’几丁质酶基因的克隆与表达分析

为探究百合几丁质酶在灰霉病抗性中的功能,该研究以高抗品种东方百合‘索邦’(Lilium oriental hybrid ‘Sorbonne’)接种灰霉菌12 h后的叶片为材料,采用反转录PCR的方法克隆到1个几丁质酶基因成员,并命名为LoChi2(NCBI登录号为MW310626),通过生物信息学手段预测分析了目标基因推导的编码蛋白的结构和功能,并采用qRT-PCR分析灰霉菌侵染以及SA/JA处理条件下LoChi2基因在百合中的表达特征。结果显示:(1)LoChi2基因完整的开放阅读框序列长度为915 bp,编码304个氨基酸,预测的蛋白分子质量为32.52 kD,理论等电点为4.16。(2)蛋白结构和系统进化分析显示,LoChi2属于糖苷水解酶18家族Ⅲ类成员,含有保守的GH18 narbonin催化结构域、跨膜结构域以及信号肽、糖基化和磷酸化位点,预测为疏水的分泌蛋白,且定位于细胞外;多序列比对结果表明,LoChi2基因序列与麝香百合、菠萝和梅花中的Chi2基因具有较高的相似性。(3)qRT-PCR分析发现,LoChi2基因的表达水平与品种间的抗病性呈正相关,其中在高抗品种‘索邦’中的表达水平显著高于中感品种‘雷山三号’(L.×formolongi‘Raizan 3’)和高感品种‘穿梭’(L. asiatic hybrid ‘Tresor’);外源水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)可诱导LoChi2基因的表达。研究表明,LoChi2基因是参与灰霉菌防御反应的关键抗病基因,且该基因可能在JA和SA抗病信号通路中扮演重要角色;推测LoChi2基因在百合抗灰霉病育种方面具有广阔的应用前景,将成为百合抗灰霉病转基因育种中新的候选基因。     

花椰菜幼苗抗黑腐病的生理机制研究

以对黑腐病抗性不同的2个花椰菜(B rassica oleracea var.botry tis)品种为材料,研究了花椰菜苗期抵抗黑腐病的生理机制。结果表明:接种7 d后,黑腐病菌(X anthom onas camp estris pv.C amp estris)的侵入导致花椰菜幼苗干物质积累下降,抗病品种‘雪峰’的下降幅度明显低于感病品种‘2003X-106’,这与接种3 d后雪峰的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和叶绿素含量等下降较慢有关。病原菌侵染后,2个品种叶片的可溶性糖含量均有增加,但是抗病品种‘雪峰’的增幅较感病品种‘2003X-106’低;‘雪峰’叶片的可溶性蛋白质含量在接种后逐渐降低,而‘2003X-106’却逐渐增加;接种后,‘雪峰’叶片的IAA和M e-JA含量均上升,ABA则显著降低,而‘2003X-106’的IAA含量降低,ABA显著增加,M e-JA则在接种后的不同时期有增有减。     

利用二代测序技术高通量分析水稻品种间抗病性差异的分子基础

稻瘟病和白叶枯病是由稻温病菌(Magnaporthe oryzae)和白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae)引起的两种主要水稻病害,也是制约中国水稻生产的主要病害。为了从DNA水平探索造成水稻感病品种‘丽江新团黑谷’(LTH)和高抗品种‘特特普’(Tetep,TTP)间抗病性差异的分子基础,该研究对其已知的3个抗稻瘟病基因和3个抗白叶枯基因所在DNA区段分别进行PCR扩增,将等量混合的PCR产物再与基因组重测序样品按Ct值差值(ΔCt)~10的比例混合,采用二代测序技术进行一次性测序和比较分析,并对有差异的基因区域进行常规传统测序验证,以确定这2个品种中抗性基因(R基因)的数目和结构与品种抗病或感病表型的关联性。实验结果表明,二代测序能够快速并准确地寻找到2个不同水稻品种中多个特定基因的序列差异,且差异位点与常规测序结果相符。从LTH和TTP这2种抗性不同水稻品种在多个抗性基因的DNA水平差异来看,有差异的抗性基因位点在高抗品种TTP中大都与原始抗性基因序列相同,而对应的普感品种LTH的抗性基因往往多表现为氨基酸突变,这些序列差异很可能就是导致TTP与LTH抗性差异的分子基础。     

玉米萜类植保素代谢关键基因对小斑病侵染的防御响应分析

该研究选用小斑病差异抗性的玉米自交系Mo17（较抗）、‘郑58’（中抗）和‘吉419’（感）,分别于接种小斑病病原菌玉蜀黍平脐孺胞（Cochliobolus heterostrophus）0、6、12、24、36和48 h时采集接种叶片为材料,采用半定量和实时荧光定量PCR技术,检测倍半萜植保素Zealexin生物合成关键基因（TPS6、TPS11）、二萜植保素Kauralexin代谢关键基因An2以及茉莉酸合成关键基因AOC的表达模式,为阐明不同抗性品种对玉米小斑病的差异防御机制提供理论依据。结果显示：接种小斑病病原菌后,抗病自交系Mo17中TPS6、TPS11基因表达诱导不显著,An2基因表达迅速增加,AOC基因于接种12 h后表达明显上调。‘郑58’中TPS6、TPS11基因被快速诱导,在接种24 h时表达量达到最大,An2基因表达逐渐增加但差异不显著,AOC基因表达量于接种6 h后显著增加;感病自交系‘吉419’中TPS6、TPS11、An2基因在接种24 h后才显著上调,明显比抗性自交系缓慢,AOC基因表达先呈现递减的趋势然后上升,在24 h表达量最高并持续到48 h。研究表明,两类植保素代谢在玉米小斑病防御中具有不同的时间应答模式,但都受到茉莉酸介导。感病自交系中植保素代谢防御响应较慢,而抗病自交系中响应较快,符合其抗性差异。     

向日葵AGO和DCL基因家族的鉴定和表达分析

为了解向日葵(Helianthus annuus)的Argonaute (AGO)和Dicer-like (DCL)的功能,利用拟南芥(Arabidopsis thaliana)的AGO和DCL基因序列在向日葵基因组数据库中进行同源比对,对向日葵AGO和DCL家族成员进行生物信息学分析。结果表明,从向日葵中鉴定到15个Ha AGOs和5个HaDCLs家族成员;这2类基因在染色体上的分布均不均匀。系统发育分析表明,与拟南芥相似,HaAGO家族成员可分为3个分支,HaDCL可分为4个分支;所有的HaAGO都具有保守的N domain、DUF1785、PAZ和PIWI结构域,Ha DCL家族成员都含有PAZ和RIBOc结构域。表达分析表明,Ha DCL3a和Ha DCL3b在茎和花序中高度表达;亚细胞定位表明Ha AGO多定位于细胞核。这表明向日葵中可能存在典型的RNAi干扰机制,并可能参与了协调向日葵的生长发育过程。     

72份青稞氨基酸组成与营养价值评价

为了解青稞氨基酸的组成及营养品质,本研究测定了72份青稞材料籽粒的17种氨基酸(色氨酸除外)含量,通过对供试青稞材料氨基酸含量进行聚类分析,并比较育成品种与地方品种的氨基酸组成差异,对青稞的氨基酸进行了营养价值评价。结果表明,青稞氨基酸总含量平均为87.454 mg/g DW,变幅为47.8~178.7 mg/g DW,其中必需氨基酸含量占37.15%,谷氨酸的含量最高且变异大,蛋氨酸含量最低,赖氨酸含量变异小,91.67%的青稞材料的第一限制性氨基酸为赖氨酸。青稞氨基酸的贴近度为0.903,与世界粮农组织(FAO)、世界卫生组织(WHO)、联合国大学(UNU)提出的模式蛋白质的必需氨基酸组成较接近,氨基酸比值系数分SRC(73.14)较高。非必需氨基酸占青稞总氨基酸含量的62.85%,其中鲜味和甜味氨基酸含量分别为26.58 mg/g DW和21.85 mg/g DW,分别占总氨基酸含量的30.04%和24.43%。不同青稞材料的氨基酸含量和营养价值有很大的差异,地方品种各氨基酸含量均高于育成品种。供试材料中有4份青稞的氨基酸营养价值及风味氨基酸含量均较高。研究结果可为优质氨基酸组成的青稞选育及青稞加工提供指导。     

Identification and expression analysis of miRNAs in germination and seedling growth of Tibetan hulless barley

Germination and seedling growth are crucial for plant development and agricultural production. While, the regulatory mechanisms during these processes in Tibetan hulless barley (Hordeum vulgare L. var. nudum) are not well understood. Given the regulatory roles of microRNAs (miRNAs) in crop plants and the irreplaceability of barley in the highland area of China, we herein presented a genome-wide survey of miRNAs to reveal a potential regulatory network in the early developmental stages of two Tibetan hulless barleys, from which a total of 156 miRNAs was identified including 35 known and 121 novel ones. Six of the identified novel miRNAs were further experimentally validated. According to the evolutionary analysis, miR156, miR166, miR168, and miR171 were conserved across Tibetan hulless barleys and eight other seed plants. Expression profiles of ten known miRNAs showed that they were involved in phytohormone signaling, carbohydrate and lipid metabolism, as well as juvenile-adult transition during barley development. Moreover, a total of 1280 genes targeted by 101 miRNAs were predicted from both barley libraries. Three genes (PLN03212, MATE eukaryotic, and GRAS) were validated via the RNA ligase-mediated 5′-rapid amplification of cDNA ends (RLM-5' RACE) to be the targets of hvu-miR159a, hvu-miR166a, and hvu-miR171-3p, respectively. Based on the Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) analysis of putative targets, the most abundant pathways were related to “metabolism”.These results revealed that miRNA-target pairs participating in the regulation of multigene expression and the embryonic development of Tibetan hulless barleys were controlled by complex mechanisms involving the concordant expression of different miRNAs and feedback loops among miRNAs as well as their targets. The study provides insight into the regulatory network of barley miRNAs for better understanding of miRNA functions during germination and seedling growth.     

环境变异对青稞热稳定蛋白质含量及蛋白质Z的影响

热稳定蛋白是衡量麦芽品质的重要指标,为探明青稞籽粒和麦芽热稳定蛋白的含量、蛋白质Z的组成特征以及影响条件。本研究以3份青稞和1份对照大麦品种Gairdner为试验材料,对青稞籽粒及其麦芽的热稳定蛋白进行分析与鉴定,研究了不同生态环境下青稞热稳定蛋白质含量和蛋白质Z的组成特征,同时筛选出了优异啤用品质青稞品种(品系)。结果表明,青稞发芽温度为20℃,发芽时间为72 h,培养溶液PH为5时,发芽及焙焦条件下最有利于青稞热稳定蛋白总含量及蛋白质Z的累积。利用该发芽条件筛选种植于西宁、湟源和海晏的青稞资源,发现种植于西宁的青稞种子和发芽后热稳定蛋白质总含量最低,但是焙焦后热稳定蛋白质和蛋白质Z含量最高;同时从150份青稞资源中筛选出热稳定蛋白质含量及蛋白质Z条带清晰、含量高的优异资源15份。本研究结果为酿造青稞品种选育、啤用青稞和麦芽质量评价指标提供理论依据。     

PEG预处理对青稞种子萌发和幼苗生理特性的影响

选择国内外28份青稞品种材料幼苗第一片展开叶,分别测定其相对含水量和失水率,并选择其中对水分胁迫敏感与不敏感的材料各1份,研究不同浓度(5%～30%)聚乙二醇(PEG)预处理对青稞种子萌发、幼苗生长和生理特性的影响,探讨短期水分胁迫对青稞生长发育的调节作用。结果显示:(1)28个青稞材料中‘旱地紫青稞’幼苗叶片的相对含水量最高(60.16%)、‘大麻青稞’最低(38.98%),而离体失水率‘旱地紫青稞’最低(8.80%)、‘大麻青稞’最高(20.20%)。说明‘大麻青稞’对水分胁迫最敏感,而‘旱地紫青稞’最不敏感。(2)随着胁迫程度的增加,青稞种子的萌发率和生根率,幼苗的根长、苗高和鲜重均呈先增加后降低的趋势,‘旱地紫青稞’和‘大麻青稞’种子分别在15%和10%PEG处理下发芽和生根最佳且均与对照差异显著(P<0.05),两品种的幼苗根长、苗高和鲜重均在10%PEG处理下表现最佳,但‘大麻青稞’与对照差异不显著。(3)‘旱地紫青稞’幼苗叶片可溶性蛋白和叶绿素含量随PEG处理浓度增加而逐渐增加,而丙二醛含量和相对电导率则逐渐降低,并在30%PEG处理下效果差异极显著(P<0.01);‘大麻青稞’叶片可溶性蛋白和叶绿素含量随PEG处理浓度增加呈先增加后降低的趋势,丙二醛含量和相对电导率呈先降低后增加的趋势,并在20%PEG处理下最佳。研究表明,短时间低浓度PEG处理对青稞种子萌发、幼苗生长及可溶性蛋白、叶绿素、丙二醛含量和相对电导率等生理指标的改善均有一定的促进作用;高浓度PEG处理却具有抑制作用,且高浓度PEG胁迫条件下,耐旱性强比耐旱性弱品种的自我调控能力更强。     

Over-expression of rice OsAGO7 gene induces upward curling of the leaf blade that enhanced erect-leaf habit

High-yield cultivars are characterized by erect leaf canopies that optimize photosynthesis and thus favor increased biomass. Upward curling of the leaf blade (called rolled leaf) can result in enhanced erect-leaf habit, increase erect duration and promote an overall erect leaf canopy. The rice mutant R05, induced through transferred DNA (T-DNA) insertion, had the rolled-leaf trait. The leaves in the wild type demonstrated natural drooping tendencies, resulting in decreasing leaf erection indices (LEIs) during senescence at the 20th day after flowering. Conversely, LEIs of the leaves in R05 remained high, even 20-day post-flowering. We applied T-DNA tagging and isolated a rolled-leaf gene from rice which, when over-expressed, could induce upward curling of the leaf blade. This gene encodes for a protein of 1,048 amino acids including the PAZ and PIWI conserved domains, belonging to the Argonaute (AGO) family. There are at least 18 members of the AGO family in rice. According to high-sequence conservation, the rolled-leaf gene in rice could be orthologous to the Arabidopsis ZIP/Ago7 gene, so we called it OsAGO7. These results provide a possible opportunity for implementing OsAGO7 gene in crop improvement. ZhenYing Shi and Jiang Wang contributed equally to this work.     

青稞麸皮油脂肪酸成分分析及其对高血脂症大鼠脂质代谢的影响

为了开发利用资源丰富的青稞麸皮,分析了青稞麸皮油的脂肪酸组成并研究了其对高血脂症大鼠的降血脂作用.通过GC-MS分析,从青稞麸皮油中检测到了10种脂肪酸,并发现其亚油酸含量为75.08%.在青稞麸皮油降血脂实验中,选用24只雄性SD大鼠随机分为空白对照组、高脂模型组和青稞麸皮油组,除空白对照组饲喂普通饲料外,其余各组饲喂高脂饲料并进行干预实验比较.3周后,高脂模型组血清TC、TG、LDL-C和AI 4项指标均显著高于空白对照组(P＜0.05或P＜0.01),而HDL-C/TC显著降低(P＜0.05);青稞麸皮油组的血清TC、TG、LDL-C和AI 4项指标均显著低于高脂模型组(P＜0.05或P＜0.01),而HDL-C/TC显著升高(P＜0.05).结果表明青稞麸皮油对大鼠的高血脂症和动脉硬化的形成有明显的抑制作用,而造成这一结果的原因可能是青稞麸皮油中的高亚油酸含量.