小麦转录因子TaWRKY74-c和TaWRKY74-d基因的克隆及基于生物信息学的功能分析

WRKY基因是近年来研究较为广泛的植物转录因子,目前许多物种中都克隆出WRKY基因。近年来,小麦中也有WRKY基因被克隆,但是由于对WRKY基因生物信息学分析不足,导致研究带有一定的盲目性。本试验以小麦品种扬麦158叶片为材料,分离了2个WRKY基因,分别编码344个和371个氨基酸,与GenBank数据库中的TaWRKY74基因高度同源,命名为TaWRKY74-c和TaWRKY74-d。蛋白质保守结构域分析表明,2个基因都含有1个WRKY保守结构域,属于Ⅲ类WRKY转录因子家族。定量PCR分析表明TaWRKY74-c和TaWRKY74-d在小麦的叶片、花和茎中均表达,且在茎中的表达量最多,在花中的表达量最少。采用Genevestigator转录组分析工具,对基因在331种环境条件(如逆境、病害、激素等刺激)、10个发育时期(如苗期、孕穗期等)和21种组织器官(如根、花、叶等)中的表达进行了分析,结果表明,该基因在小麦不同发育时期和组织器官中都有表达,且在植物遭受低温、病原体侵染等环境因子处理下,表达量发生显著改变,预示可能参与到这些生物学过程中。采用RT-PCR的方法对上述分析结果进行验证,结果表明生物学实验与生物信息学预测的结果一致。本研究将大量小麦转录组的数据应用到WRKY基因功能分析上,深化了对小麦WRKY基因家族成员功能的认识,为今后对该基因的表达分析和功能研究提供了重要线索和方向。     

人工海水胁迫下小麦种质资源的耐盐性筛选与鉴定

利用人工配制的海水筛选耐盐性较好的小麦品种,为沿海滩涂地区的小麦耐盐育种提供重要信息。本研究利用人工海水处理的方法,对363份小麦种质资源进行了芽期耐盐性初步鉴定,筛选出芽期耐盐性为1级的小麦种质28份。进一步对芽期耐盐性较好的48份小麦种质进行了苗期耐盐性鉴定,并对其耐盐指标进行隶属值模糊评价分析,从中鉴定出了2个苗期耐盐性较强的小麦种质,分别为淮麦31和红壳洋麦。依据来源的不同,发现小麦种质资源的芽期耐盐性大小依次为地方品种>育成品种>国外引进品种。小麦芽期与苗期的耐盐性相关分析表明,二者相关性极低(r=-0.0051)。     

小麦盐胁迫相关基因TabHLH13的克隆与分析

在对小麦全长cDNA克隆进行大规模测序及转录因子功能研究过程中,筛选到一个与盐胁迫相关的bHLH转录因子基因,将其命名为TabHLH13。TabHLH13的全长cDNA序列为1072 bp,开放阅读框为720 bp,编码一个具有240个氨基酸残基的bHLH转录因子;对TabHLH13的基因组和cDNA序列比较分析表明该基因包括5个外显子和4个内含子;同源序列分析发现,TabHLH13与来自大麦和短柄草中的bHLH蛋白序列相似性最高,分别为96.2%和90.5%;电子定位发现TabHLH13位于小麦第7同源群的7DL上;亚细胞定位结果表明,TabHLH13编码一个定位在细胞核中的蛋白;组织表达特性分析表明该基因在小麦根、茎、叶、颖壳、雌蕊和花药中均有较强的表达;半定量RT-PCR与qRT-PCR结果表明TabHLH13是一个受盐胁迫诱导表达的基因。     

部分美国小麦种质资源醇溶蛋白遗传多样性分析及其亚基对品质性状的影响

为了解67份美国材料的遗传多样性及其醇溶蛋白亚基对品质性状的影响,利用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(APAGE)技术进行醇溶蛋白谱带分析,测定了面团流变学特性及理化品质。结果表明,在67份美国材料中共分离出1332条谱带,49种不同迁移率类型的谱带,大部分谱带具有多态性。单个材料谱带总数变异幅度为13~28。谱带数在α、β、γ、ω4个区的分布存在较大差异。没有发现电泳谱带完全相同的材料。GS值变异范围0.54~0.90,平均值为0.731。在GS=0.607水平上,聚类分析将这67份材料分为6类。49条不同迁移率的谱带中有17条谱带与36项品质性状的相关性达到显著或极显著差异。6条谱带(迁移率为49.6、56.2、56.7、62.2、79.4、86.8)与湿面筋含量、蛋白质含量和沉淀值呈正相关,而迁移率为60.5的谱带与之呈负相关。11条谱带(迁移率为26.5、42.0、49.6、52.5、56.2、56.7、62.2、64.1、72.0、79.4、86.8)与面团稳定时间、面团形成时间、延伸面积等面团流变学特征呈正相关,而迁移率为34.4、47.5、49.0、60.5、69.4、85.4的6条谱带则与之呈负相关。说明供试材料间存在着丰富的遗传多样性以及与优质品质相关的谱带,为进一步利用这67份种质资源和优质小麦品种的选育提供了理论依据。     

67份美国小麦种质资源的HMW-GS组成与品质分析

为了挖掘新的种质资源,对引自美国的67份小麦种质材料进行了高分子量麦谷蛋白亚基组成与品质性状分析。HMW-GS组成分析表明,在供试材料中共检测到20种亚基类型和25种亚基组合,表明这批材料的遗传多样性较高。在GluA1位点上,亚基1与2*的出现频率分别为16.4%与35.8%;Glu-B1位点有9个等位变异,其中出现频率最高的为7+9亚基对(47.8%);Glu-D1位点有8个等位变异,以5+10亚基对为主要类型,出现频率高达74.6%。在Glu-B1位点上发现3个不常见亚基7*、8*、8**和3个未知亚基a、b、c,还发现1个未知亚基,暂时将其标记为5*,可能位于Glu-D1位点上。亚基组合类型中,"null,7+8,5+10"的出现频率最高,为22.4%。亚基评分在5~10分之间,平均8.2分,得分在8分及其以上的材料有42份(62.69%),其中得10分的材料有9份(13.43%)。利用DA7200近红外成分分析仪对这批小麦材料的品质性状进行初步分析,结果表明其品质指标较低。这67份美国小麦材料含有的优质亚基比例较高,可作为中间材料以改良我国黄淮麦区小麦品种的亚基组成。     

小麦改良的可利用资源：黑麦抗病基因

黑麦(Secale cereale)蕴藏着丰富的抗病基因,是改良小麦抗性的重要资源,黑麦抗病基因的导入一直是小麦育种的重要研究课题。本文综述了黑麦抗病基因的染色体定位、分子标记研究和含黑麦抗病基因的小麦种质资源在我国小麦育种中的应用,对应用中存在的问题进行了分析,并对今后的研究方向进行了展望。     

温度升高对杨树树皮绿色组织和叶片光合作用、叶绿素荧光特性的影响

叶片和树皮绿色组织是杨树两类重要的光合组织,分析其光合特征对温度升高的响应能够全面了解这一植物在适应气候变暖过程中的光合生理变化。本研究设置3个温度梯度(白天温度/夜间温度)23℃/18℃,28℃/23℃及33℃/28℃,分别从光合作用、叶绿素荧光特性等方面研究杨树(Populus alba×Populus berolinensis)叶片与树皮绿色组织对温度升高的响应及二者存在的差异。研究结果表明,随着温度升高,树皮绿色组织和叶片叶绿素含量没有发生明显变化,但树皮绿色组织叶绿素a/b的值随着温度升高明显降低。温度升高对叶片和树皮绿色组织的光合作用产生重要影响,叶片净光合速率(P_n)、光合效率(PE)、叶片气孔导度(G_s)及蒸腾速率(T_r)随着温度升高显著增强,但水分利用效率(WUE)却显著下降。树皮绿色组织净光合速率和光合效率具有和叶片相一致的反应,随着温度升高明显增强,但其它光合气体交换指标未发生显著变化。叶片和树皮绿色组织叶绿素荧光参数对温度升高响应基本一致,光系统Ⅱ实际光化学效率(Φ_(PSⅡ))、光化学淬灭(qP)、电子传递速率(ETR)及非光化学淬灭(NPQ)在33℃处理均表现为明显地降低,但二者光系统Ⅱ最大荧光效率(F_v/F_m)随着温度升高没有发生降低现象。本研究的研究结果表明气孔因素是导致杨树树皮绿色组织和叶片P_n随着温度升高而增大的主要原因。     

不同海拔环境因子对富士苹果叶片和果实品质的影响

为了探究不同海拔生境富士苹果叶片和果实品质的差异及其对环境因子的响应,本文测定了3个海拔梯度(1375、1575、1715 m)上富士苹果叶片形态结构、解剖结构、δ13C等指标及果实品质,并应用逐步回归方法分析它们对环境因子的响应.结果表明:温暖指数、水热综合因子、光合有效辐射、寒冷指数、紫外线B和年降水量6个环境因子对叶片和果实品质特征参数起主导作用.随着海拔升高,温暖指数降低、水热综合因子增大、光合有效辐射增强、寒冷指数升高、紫外线B增强、年降水量增加,叶片结构和果实品质特征参数发生了不同程度的变化,具体表现为:叶片厚度、角质层厚度、栅海比、主脉最大导管直径、δ13C和单位面积叶片N含量逐渐增大,叶片长宽比、比叶面积、气孔长宽比和上下表皮占叶片厚度的比例逐渐减小;果形指数、果实硬度、糖酸比、色泽总量和色泽比逐渐增大,果实可滴定酸含量、色度角逐渐减小.随海拔升高,叶片光合速率增强,水分利用率增加,果实糖酸比呈上升趋势,高海拔比低海拔有相对较好的果实风味和外观着色,因此,在海拔1375~1715 m范围内,较高的海拔更有利于富士苹果生长.     

基于复合叶片特征的计算机植物识别方法

该文探讨如何根据植物的叶片特征,利用图像处理和机器学习的方法对植物进行分类。鉴于现有的叶片分类系统多采用单一的特征,如几何和纹理等,仅能在小规模数据库上得到较好的结果。然而,随着样本种类的增多,单一特征在不同种类叶片之间的相似性非常明显,致使分类正确率降低。该研究使用多种复合特征,并提出了原创的预处理方法以及宽度、叶缘频率特征,较传统的几何特征更为详尽。研究结果显示,复合特征可以有效避免算法过拟合问题,使之适用于更大的数据库。通过提取21类植物的叶片宽度、颜色、叶缘和纹理共292维特征,对1 915张数字图像进行了分类,正确率达到93%,并分析了各类特征对分类结果的影响。研究结果表明,在不影响分类正确率前提下,可将特征减少到约100维。