基于RNA-Seq的甘蔗主茎和分蘖茎转录组建立及初步分析

本研究以甘蔗与斑割复合体杂交F1代中1个株系在主茎和分蘖茎的节间长度存在明显差异的植株为实验材料,利用RNA-seq测序技术对甘蔗主茎(节间短)和分蘖茎(节间长)叶片样品RNAs进行了转录组测序并进行从头组装分析。结果表明,共获得测序数据量11.16Gb,其中甘蔗主茎(BG-stalk)为5.67Gb,分蘖茎(BG-tiller)为5.49Gb。去冗余后,denovo组装得到69204条Unigene,并对这些Unigene进行七大功能数据库(NR,NT,GO,COG,KEGG,Swissprot和Interpro)注释,结果发现,有83.73%(57942条)的Unigene得到注释,16.27%(11262条)的Unigene未被注释。所有的Unigene共有9156个SSR(simple sequence repeat)位点,其中三核苷酸重复最多、四核苷酸重复最少,且CCG/CGG出现的频率最高。差异表达基因分析显示,分蘖茎(BG-tiller)样品表达的上调基因有1842个,下调基因的有2663个。进一步对这些差异表达基因进行GO和Pathway功能分类分析,分别获得57个功能小组和19条生物通路。本研究对甘蔗主茎和分蘖茎叶片转录组信息进行初步分析,获得了分蘖茎表达上调和下调的差异基因,为后面进一步分析调控甘蔗节间长短差异的基因及挖掘甘蔗分蘖生育调控相关基因提供数据参考。     

水稻分蘖氮响应调控机理研究进展

氮肥是作物产量增加最主要的驱动因素,然而氮肥滥用会造成生态环境的严重破坏。因此,提高作物氮素利用效率(nitrogen use efficiency,NUE)对未来农业可持续发展至关重要。产量性状对氮素的敏感性是衡量作物氮素利用效率的重要指标。禾本科作物的分蘖数、穗粒数和粒重是产量的直接决定因子,虽然影响三者本身的分子机制已有大量研究,但氮素对这些性状的调控机理仍知之甚少。分蘖数是对氮素响应最为敏感的性状之一,也是氮肥促进作物增产的关键要素。因此,研究氮素如何调控水稻的分蘖发育对于提高作物产量尤为重要。本文总结了水稻氮素利用效率的影响因素和分蘖发育的调控机理,聚焦氮素如何调控水稻分蘖发育的机制,并对该领域未来研究工作进行了展望,以期为作物氮高效精准改良提供参考。     

观赏植物茎秆强度形成及其调控

茎秆强度不足引起的弯茎等问题在一定程度上影响了观赏植物的观赏价值与商品价格。本文围绕观赏植物的茎秆强度,从形态特征、解剖结构、理化特性以及分子水平研究等方面阐述其形成机理,并对其调控措施进行归纳,为观赏植物茎秆品质的改良奠定基础。     

化学调控在甘蔗生产上的研究应用

作物化学调控技术是应用外源植物激素或植物激素类似物(植物生长调节剂)调控作物的内源激素水平,调控作物的基因表达、器官建构、功能体现,从而实现对作物外部形态特征和内部生理代谢的双重调控的技术。因为具有操作简单、用量少、见效快、效益高等特点,一直以来是农业生产的重要技术之一,同时也是农业科学中热门的研究领域。现化学调控已被广泛应用于甘蔗生产的各方面,并开展了大量相关研究,包括生产甘蔗组培苗、分蘖和伸长调控、开花落叶调控、提高抗逆性、化学催熟和促进增产增糖等方面。内容涵盖甘蔗生产从种到收的全过程,详细综述了这些年来化学调控在甘蔗的应用和研究状况,并讨论了将来化学调控技术在甘蔗生产中具有应用前景的重点研究方向,以期能帮助人们系统地了解化学调控在甘蔗生产中的研究进展,并为化学调控在甘蔗生产中的应用研究提供借鉴和参考。     

国家自然科学基金项目简介

<正>项目名称:分蘖洋葱PAL和ALL基因调控主效化感物质促黄瓜生长的机理研究项目经费:2 3万项目主要内容:套作分蘖洋葱可提高黄瓜产量,这与分蘖洋葱释放的化感物质有关,其分子调控机制尚有待研究。本项目以化感物质合成代谢途径关键酶基因PAL和ALL为切入点,采用RACE、RNAi、RNA seq等技术试图阐明PAL和ALL基因调控主效化感物质促黄瓜生长的机理。该研究结果可为揭示套作提高产量的机制,以及将分蘖洋葱化感物质开发成为植物生长调节剂     

甘蔗MOC1基因(ScMOC1)的克隆与表达分析

MONOCULM 1(MOC1)基因在植物腋分生组织和腋芽的形成中发挥重要作用,是植物分蘖关键调控基因。本研究利用同源基因克隆法结合RT-PCR、RACE技术从甘蔗品种ROC22中克隆获得MOC1的同源基因,命名为Sc MOC1。生物信息学分析发现该基因的c DNA序列包含一个长度为1299 bp的开放阅读框,编码432个氨基酸残基组成的含有GRAS保守结构域的非分泌蛋白,其分子量为45.43 k D,理化等电点p I为6.98。序列比对分析显示Sc MOC1与高粱(Sorghum bicolor(L.)Moench)、赖草(Leymus secalinus(Georgi)Tzvel.)、水稻(Oryza sativa L.)等禾本科植物同源蛋白氨基酸序列一致性较高;系统进化树分析显示其与高粱、小米草(Setaria italica(L.)P.Beauv.)、玉米(Zea mays L.)等禾本科植物MOC1同源蛋白亲缘关系最近;Sc MOC1在甘蔗品种ROC22中的序列变异分析发现,30个克隆得到的序列中共有46个SNP位点和29处In Del位点,其中1个位点发生的单个碱基缺失和另一个位点的4个碱基插入是造成基因编码蛋白序列变化的主要原因。中性检测表明,Sc MOC1在ROC22中遵循中性进化模型。采用实时荧光定量PCR分析Sc MOC1在甘蔗品种ROC22分蘖期不同组织部位(根、茎、叶、分蘖芽、叶鞘、生长点)、茎尖生长点和不同发育阶段腋芽(幼嫩腋芽、半大腋芽、较大腋芽、成熟休眠腋芽)的表达特征,结果显示Sc MOC1在分蘖期的ROC22中的表达具有组织特异性,在生命活跃的茎尖生长点处表达量最高;在腋芽形成发育过程中该基因表达总体呈现出"升-降-升-降"的趋势,说明Sc MOC1基因可能在甘蔗腋芽形成发育阶段中发挥作用。以上研究可推测Sc MOC1在甘蔗的分蘖性状调控上扮演重要的角色。本研究为Sc MOC1的功能研究及其在甘蔗产量分子辅助育种中的利用奠定基础。     

甘蔗脱毒健康种苗原苗主茎重复扦插快繁技术

为了解决目前甘蔗健康种苗生产成本高、生产周期过长、繁育速度慢等问题,该文以桂糖08-120脱毒健康种苗原苗为材料,在甘蔗健康种苗原苗发生分蘖后,剪下原苗主茎进行2次重复扦插移栽技术研究。结果表明:甘蔗健康种苗原苗主茎全埋种植成活率48.20%,主茎斜插种植成活率95.10%;健康种苗原苗、主茎第一次扦插移栽和主茎第二次扦插移栽的移栽成活率分别为97.67%、96.33%和96.00%,分蘖数分别为15条、14条和13条,株高分别为157.67、127.00和123.84 cm,茎径分别为25.52、25.31和25.23 mm,有效茎数分别为87 245、97 465和93 960条·hm~(-2),产量分别为49 294.5、52 126.00和49 948.50 kg·hm~(-2);主茎第一次扦插移栽和主茎第二次扦插移栽的株高低于原苗种植,但分蘖数、茎径、有效茎数和产量与原苗种植差异不显著,健康种苗原苗主茎扦插移栽与健康种苗原苗移栽的甘蔗产量效应相差不大;原苗主茎重复扦插快繁成本约为一株0.47元,显著低于原苗常规繁种成本。该研究结果为甘蔗健康种苗降低成本和加快繁育速度提供了技术支撑。     

SP1调控碳水化合物分配对穗形态的影响

探讨SP1在水稻“源-库”系统中的调控作用，为解析稻穗形成的机理和青贮饲料稻分子育种提供科学参考。以sp1与WT为材料，进行氮处理和生长分析，表型鉴定、碳水化合物测定和RT-qPCR检测。结果发现，氮处理10 d时，sp1与WT无表型差异，但在高、中氮条件下，sp1相对生长速率显著提高；24 d时sp1叶鞘、根、植株干重提高，叶鞘氮含量降低、碳/氮比值提高，说明充裕的氮能促进sp1生长，SP1可能影响叶鞘碳-氮平衡。抽穗期sp1株高显著降低，分蘖数显著提高，稻穗变小并伴随高位分蘖发生。孕穗期sp1茎、鞘中碳水化合物含量与WT差异较小，但抽穗期茎中淀粉、蔗糖和叶鞘中淀粉、蔗糖、葡萄糖和果糖含量明显提高。SP1在叶鞘基部高表达，推测突变SP1能抑制蔗糖由茎鞘向穗的运输，导致高位分蘖发生和稻穗变小。SP1可应用于青贮饲料稻分子育种。     

胚珠发育的分子机理

胚珠是研究器官形态发生和模式建成遗传分子机理的一个理想系统。近年来, 关于胚珠特征的决定、模式建成、珠被形态建成和胚囊形成等发育事件分子机理的研究取得了重要进展, 初步建立了胚珠发育的基因调控模型。同时, 离体花器官再生系统为研究激素调控胚珠发育的机理提供了有效途径。本文对拟南芥(Arabidopsis thaliana)胚珠发育的分子调控机制进行了综述。     

植物茎尖分生组织分化调控机制研究进展

茎尖分生组织是位于植物顶端具有持续分化能力的组织,通过细胞分裂、分化产生茎、叶和花等器官,形成植株地上部分。茎尖分生组织在分化过程中受外界环境因素、内源激素水平和分子调控等影响,表现出明显变化。该文综合国内外近年来有关茎尖分生组织分化调控的研究进展,从茎尖分生组织的形态结构和环境影响因素,以及激素调控和分子调控等方面,对茎尖分生组织分化活动的研究进行综述,并对目前研究现状存在问题及未来研究方向进行了分析和展望。     

胚珠发育的分子机理

胚珠是研究器官形态发生和模式建成遗传分子机理的一个理想系统.近年来,关于胚珠特征的决定、模式建成、珠被形态建成和胚囊形成等发育事件分子机理的研究取得了重要进展,初步建立了胚珠发育的基因调控模型.同时,离体花器官再生系统为研究激素调控胚珠发育的机理提供了有效途径.本文对拟南芥(Arabidopsis thaliana)胚珠发育的分子调控机制进行了综述.     

禾本科植物分蘖为茎的分枝研究提供新视角

分蘖(或分枝)是作物产量的一个主要决定因素,受植物激素、自身生长发育和环境等因素的调控。近年报道的单子叶植物新的分蘖(或分枝)基因和调控机制深化了对植物分蘖的认知。对以禾本科植物为代表的单子叶植物的分蘖(或分枝)相关基因和调控机制进行了综述,从激素、基因、转录等几方面比较了单子叶植物分蘖和双子叶植物分枝调控机制的异同,为植物产量形成、适应环境及提高生存竞争能力的研究提供理论依据。     

有机肥对粉垄蔗地土壤养分及甘蔗产量品质的影响

为了研究施用有机肥对粉垄条件下甘蔗产量和品质的影响,该研究以蚯蚓粪、猪粪分别与复合肥配施于粉垄蔗地中,并以单施复合肥作为对照,研究有机肥与复合肥配施对粉垄土壤理化性状及甘蔗养分、产量、蔗茎品质的影响。结果表明:(1)与对照相比,有机肥与复合肥混施可在不同时期分别提高粉垄土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷、速效钾含量,且对于土壤中速效养分含量的提升主要集中于甘蔗生长前期(6—8月),但在土壤pH值和容重方面影响不显著。(2)蚯蚓粪、猪粪与复合肥混施均能不同程度提高甘蔗生长前期的+1叶和根系中的全氮、全磷、全钾含量,使产量分别比对照提高了28.09%、32.81%。砍收时甘蔗的茎长、茎径、单茎重、有效茎数、蔗汁糖分、甘蔗糖分高于对照但不显著,出苗率、分蘖率、锤度影响不显著。粉垄耕作条件下,选择合适的有机肥与复合肥配施可增加土壤速效养分和有机质、全氮、全磷含量,也能提高甘蔗根叶全氮、全磷、全钾含量,提高甘蔗产量。     

生长前期叶面喷施乙烯利对甘蔗茎细胞几种酶活性的影响

在甘蔗分蘖初期用乙烯利进行叶面喷施处理 ,并在不同的时期分别对蔗茎细胞质和细胞壁的几种代谢关键酶活性进行测定 ,结果表明 :适当浓度的乙烯利处理提高了整个生长期甘蔗茎细胞质的过氧化物酶活性、生长前中期甘蔗茎细胞质和细胞壁的 Ca2 +-ATP酶、细胞质的 Mg2 +-ATP酶活性和生长后期细胞质的多酚氧化酶活性 ,较高浓度的乙烯利处理普遍提高整个生长期甘蔗茎细胞质和细胞壁的 Ca2 +-ATP酶活性、细胞壁的 Mg2 +-ATP酶活性和旺盛生长期间细胞壁的过氧化物酶活性     

甘蔗体内的蔗糖积累

成熟甘蔗茎秆积累高浓度蔗糖,其蔗糖积累涉及到蔗糖的合成、分解和运输等生理过程,而调控甘蔗茎中蔗糖积累的关键性因素是存在于快速发育的茎细胞中蔗糖糖代谢相关酶的活性和蔗糖的跨膜运输能力,而不是作为源叶输出光合产物的能力和韧皮部运输蔗糖的效率.为此,本文主要从蔗糖进入茎节的途径、蔗糖在液泡中的积累及其调控等方面作了概述,并指出运用分子生物学、反向遗传学和细胞生物学手段研究有关酶基因、功能性蛋白、糖信号对甘蔗蔗糖运输和积累的作用将是今后的重要研究方向.     

植物重力反应的分子调控机制

重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境因子。植物感受到重力刺激后可以通过重力反应来协调自身各个器官的生长方向与重力方向之间的最适角度。植物重力反应过程分为重力信号的感受、重力信号的转导、生长素不对称分布的形成和重力反应器官的弯曲生长4个阶段。近年来,随着大量重力反应缺陷突变体的鉴定及其控制基因的功能解析,重力信号的感受和生长素不对称分布的分子机制等方面的研究取得了重要进展。作为植物适应环境变化的重要手段之一,重力反应还可以通过调节水稻(Oryza sativa L.)的分蘖角度实现对水稻株型和产量的调控。因此,研究植物的重力反应,不仅有助于解析植物生长发育的调控机制,对于作物株型的改良也具有重要的指导意义。然而,重力反应的分子机制及其调控网络仍不清楚。本文综述了近年来植物重力反应的调控机理及其调控水稻分蘖角度的作用机制,并对该领域未来的研究方向和热点进行了展望。     

真核细胞蛋白酶体降解血红蛋白分子机理

从真核细胞蛋白酶体分子结构及血红蛋白分子结构出发,阐述真核细胞蛋白酶体降解血红蛋白的分子机理,以探索出调控降解血红蛋白的有效途径,为畜禽血液的综合利用提供理论依据。     

12个HoCP系列甘蔗种质资源初步鉴定和评价

为了解甘蔗(Saccharum spp.)亲本特性,以ROC22为对照,对12个重要Ho CP系列亲本种质进行了初步鉴定与评价。结果表明,Ho CP系列品系具有出苗率高、分蘖性好、有效茎数多、早熟高糖等特性。Ho CP01-564含糖量最高,Ho CP00-1142产量最高,Ho CP02-610发芽率和有效茎数最高,Ho CP07-613蔗糖分最高。聚类分析表明,12个Ho CP系列品系(种)可分为4类。因此,根据这些品系(种)特性可以合理配制杂交组合。     

小麦‘兰考矮早八’茎蘖分蘖节的内源激素差异及其密度调控效应

选用分蘖成穗率低的大穗型品种‘兰考矮早八’,研究主茎和两分蘖间分蘖节部位的激素差异与分蘖成穗的关系及其密度调控效应。结果表明,在分蘖两极分化过程中,不同茎蘖间分蘖节中IAA和zR含量及其IAA／ABA和z刚ABA比值为主茎〉分蘖Ⅰ〉分蘖Ⅱ,而ABA含量为分蘖Ⅱ〉分蘖Ⅰ〉主茎。ZR含量、ABA含量及其IAA／ABA和zR／ABA比值与分蘖成穗关系密切,较高的zR含量、IAA／ABA和zR／ABA比值以及较低削BA含量有利于分蘖成穗,反之则将导致分蘖衰亡。随种植密度增加和蘖位升高,激素含量及其平衡在分蘖与主茎间差距加大,分蘖弱势程度更突出,进而导致分蘖衰亡,且分蘖衰亡时间提前。     

甘蔗杂交品种核心种质重要农艺性状评价及亲缘关系分析

以107份甘蔗杂交品种核心种质为研究材料,ROC22为对照品种,通过新植和宿根2年的田间试验,对蔗茎公顷产量、甘蔗蔗糖分、公顷含糖量等性状进行最小显著差数法(LSD)两两比较和Duncan多重比较评价,筛选优异材料,利用SSR分子标记建立优异材料与我国骨干亲本的亲缘关系。结果表明36份材料在蔗茎公顷产量、甘蔗蔗糖分、公顷含糖量等指标上优于对照品种,可作为亲本进行杂交,且蔗茎公顷产量对公顷含糖量的影响远大于甘蔗蔗糖分对公顷含糖量的影响;20对SSR引物扩增得到292个标记,其中283个为多态性标记;优异材料与我国骨干亲本相似性系数范围在0.384~0.590之间,平均为0.437,存在较大的遗传差异;UPGMA聚类可将所有材料划分为5个类群,蔗茎公顷产量和公顷含糖量表现优异的材料在各类群都有分布,甘蔗蔗糖分表现优异的材料主要集中在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类群,Ⅲ类群更集中;本研究为甘蔗种质创新、遗传育种提供了优异亲本材料,为杂交组合的配制提供重要指导。