为了探究高温胁迫诱导水稻活性氧(ROS)产生的基因表达调控机制,在幼苗期、抽穗期和灌浆期设置高温胁迫,分析水稻ROS积累的动态变化,并采用实时荧光定量PCR技术分析不同生育期高温胁迫下水稻中9个NADPH氧化酶(Rboh)编码基因成员(OsRboh1~OsRboh9)的基因表达模式。结果表明:随着高温胁迫时间的延长,水稻叶片和籽粒内ROS积累呈显著增加趋势。幼苗期高温胁迫7 d后水稻叶片ROS含量增加缓慢;抽穗期间和灌浆初期(1~10 d)高温胁迫导致水稻籽粒ROS含量持续增加。幼苗期和抽穗期高温胁迫下,9个Rboh家族基因的表达量随高温胁迫的持续逐渐升高,基因表达量较高的是OsRboh7和OsRboh5。灌浆期高温胁迫下,OsRboh1、OsRboh5和OsRboh9的基因表达量持续增加,其他基因呈先增加后下降的变化趋势。水稻OsRboh基因家族成员中以OsRboh7和OsRboh5在幼苗期、抽穗期和灌浆初期高温胁迫下的表达量较高。此外,OsRboh7和OsRboh5在水稻幼苗叶片、剑叶、小花、外稃、内稃、雄蕊、雌蕊和籽粒等组织器官中具有较高的表达量。高温胁迫对幼苗叶片、小花、雄蕊、雌蕊和籽粒中OsRboh7和OsRboh5的基因表达量诱导幅度较大。综上所述,水稻OsRboh基因家族成员以OsRboh7和OsRboh5对不同生育期高温胁迫的响应最为明显,在高温胁迫诱导水稻ROS生成的代谢通路中发挥关键作用。

为探究氨基酸转运蛋白(AAT)的功能和可能的分子机制,首先,通过建立隐马尔可夫新模型对水稻AAT家族成员进行鉴定,构建系统进化树分析水稻与拟南芥AAT成员之间的进化关系;其次,利用生物信息学手段对水稻多胺转运蛋白基因1(OsPUT1)的启动子、蛋白结构和功能结构域进行了分析;再次,构建了OsPUT1-GFP载体在水稻原生质体中表达以确定其亚细胞定位,利用荧光定量PCR检测OsPUT1基因在不同组织以及不同逆境胁迫下的表达模式;最后,采用水稻OsPUT1基因过表达(OE)、日本晴(Nip)和RNA干扰(RNAi)株系初步研究了基因的功能。结果显示:在水稻中含有96个OsAAT蛋白家族成员,分为13个亚家族;PUT亚家族含有6个OsPUT成员,其中OsPUT1和AtPUT3遗传距离最近且分布在同一个分支;OsPUT1基因启动子中含有涉及生长发育、光调节、植物激素和胁迫响应的顺式作用元件;OsPUT1蛋白含有多胺转运蛋白结构域PotE,亚细胞定位试验表明其位于细胞膜上;在叶片中OsPUT1基因表达量相对较高,在花中表达量相对较低;基因表达受JA、甘露醇和ABA抑制;低温胁迫下,基因表达先下降后恢复正常;在SA、亚精胺和百草枯处理下,基因表达先上升后降低;在氯化钠处理下,基因表达量先上升,在1 h达到最高,之后下降,在12 h达到最低,在24 h恢复到正常水平;OE株系显著降低了对0.2 μmol/L百草枯的抗性,而RNAi株系则显著增强了对0.2 μmol/L百草枯的抗性。综上说明,OsPUT1蛋白可能具有运输多胺和参与胁迫响应的功能。

为了促进优质粒型粳稻品种的培育,以295份国内外收集的粳稻品种组成的自然群体为试验材料,对2018-2019年粒长、粒宽、粒厚、长宽比和千粒质量等5个粒型相关性状进行表型分析,结合重测序获得的788,396个多态性SNP,利用TASSEL 5.0的MLM模型进行全基因组关联分析,针对2 a间共同检测到的且控制多个粒型相关性状的QTL区间内所有基因进行单倍型分析,结合前人研究结果和基因功能注释挖掘水稻优质粒型候选基因。结果表明,5个粒型相关性状均存在着广泛的表型变异,且均呈近似正态分布,粒型相关性状之间大多呈显著或极显著相关,在P≤5.46×10^-6阈值条件下,共检测到221个与水稻粒型相关性状显著关联的QTL,在水稻的12条染色体上均有分布,表型贡献率为8.62%~20.73%,其中,2018,2019年共同检测到7个QTL。进一步针对2 a间共同检测到且同时控制多个粒型相关性状的2个QTL区间内的所有基因进行单倍型分析,结合基因功能注释推测LOC_Os12g44290为水稻粒型的新候选基因。综上,利用全基因组关联分析对295个粳稻品种的粒型相关性状进行QTL定位及候选基因分析,为优质粒型的粳稻品种培育提供了理论基础。

植物NADPH氧化酶Rbohs是活性氧(ROS)的主要来源,参与植物的生长、发育、抗逆和植物-微生物的互作等多种生理过程。为探索Rbohs在共生固氮中的功能和作用机制,克隆了1个大豆Rbohs基因家族成员GmRbohL,利用分子生物学、细胞生物学和遗传学等方法,分别对基因的表达模式、蛋白质的亚细胞定位及基因的功能进行了研究。结果显示:GmRbohL基因受根瘤菌诱导,在大豆根和根瘤中特异性高表达。亚细胞定位分析发现,该基因编码蛋白GmRbohL是一种膜蛋白。构建了GmRbohL的植物基因沉默(RNAi)载体,利用发根农杆菌K599介导的大豆毛根转化法,得到转基因毛状根。GmRbohL的基因沉默导致转基因毛状根的根瘤数量明显减少,ROS的产生也受到了抑制。根瘤器官发生阶段根瘤菌的侵染事件明显减少,结瘤标志基因的表达水平也随GmRbohL表达量的降低而降低。根瘤组织切片显示,GmRbohL的基因沉默显著减少了根瘤侵染区共生体的数量,根瘤的固氮酶活性也相应降低。以上数据表明,GmRbohL的基因沉默降低了ROS的产生水平,显著抑制了大豆的共生结瘤过程。推测GmRbohL可能在大豆根瘤的器官发生以及固氮功能调控方面发挥重要的正调控作用。

蔗糖是小麦茎秆可溶性碳水化合物的主要运输形式,对小麦生长发育和籽粒灌浆起关键调控作用,属于典型的数量性状,遗传基础复杂。在全基因组水平上挖掘小麦茎秆蔗糖积累转运显著相关的 SNP 位点及候选基因,为相关基因克隆和分子标记辅助选择提供理论依据。在不同环境条件下,通过测定 117 份国内小麦品种开花期、灌浆期和成熟期茎秆蔗糖含量,计算蔗糖花前、花后转运率和对籽粒灌浆的贡献率等 7 个性状的表型,基于 35K SNP 芯片基因型分型,采用混合线性模型 MLM(Q+K)进行全基因组关联分析(GWAS)及候选基因预测。在不同环境条件下,不同小麦品种茎秆蔗糖积累转运相关性状表型变异广泛,变异系数为 9.53%~45.70%,广义遗传力为 0.32~0.49。基因分型表明,SNP 标记多态性信息含量(PIC)为 0.10~0.38,群体结构分析将供试材料分为 4 个亚群。通过 MLM(Q+K)模型检测到 146 个与茎秆蔗糖积累转运相关性状显著关联的 SNP 位点,其中 3 个位点均在 2 个环境中被检测到。对稳定显著关联的 SNP 位点上下游各 200 kb 物理位置范围内进行候选基因挖掘,筛选出 13 个与蔗糖积累转运相关性状有关的候选基因,其中 TraesCS1B02G324100(核苷二磷酸糖转移酶基因)、TraesCS1B02G324200(纤维素合酶基因)、TraesCS1B02G324300(β-1,3-葡聚糖酶基因)与糖代谢相关。

12-氧-植物二烯酸还原酶(OPR)为黄素单核苷酸(FMN)依赖的氧化还原酶,是合成茉莉酸的关键酶,其对植物生长发育及防御调控具有重要作用。为研究OPR基因在玉米中的抗病作用,利用生物信息学方法,在31个玉米不同自交系中对OPR家族成员进行鉴定,并分析受玉米大斑病菌侵染后的表达规律。结果表明,在玉米B73品系中鉴定出了8个OPR基因,这些基因不均匀地分布于7条染色体上,且其表达蛋白富含酸性氨基酸。进一步分析发现,玉米OPR家族只有1种结构域Oxidored_FMN,并且所有成员均包含已鉴定的10个蛋白质保守基序。利用MEGA软件对玉米、小麦、水稻和拟南芥的OPR家族成员进行系统发育关系分析,发现这些植物OPR基因家族进化关系具有明显差异,其中玉米和水稻的进化关系最为接近。运用OrthoFinder软件对其同源组分析发现,玉米OPR基因家族具有高度保守性,所有OPR基因均为核心基因,但其功能略有差别。进一步利用河北省植物生理与分子病理学重点实验室前期的RNA-seq数据,对玉米B73 品系OPR基因响应大斑病菌侵染的表达模式进行分析,并通过qRT-PCR对基因表达模式进行验证,发现这些基因在病菌侵染玉米过程中呈现3种不同的表达模式。本研究系统的鉴定了玉米泛基因组OPR家族基因,以及确定了其在应对玉米大斑病菌侵染后的表达模式。

为探究GhFUL1基因在棉花分枝发育进程中的功能,从棉花中克隆MADS-box家族GhFUL1基因及其启动子,对该基因进行功能研究,并对其启动子进行活性分析。结果表明,棉花中GhFUL1基因开放阅读框726 bp,编码241个氨基酸。进化树分析表明,GhFUL1与其他物种中可可的TcAGL8-1亲缘关系最近。烟草亚细胞定位分析结果表明,GhFUL1定位在细胞核和细胞膜。不同组织材料qRT-PCR分析表明,GhFUL1基因在茎尖中表达量最高。构建过表达载体转化拟南芥,结果表明,转基因拟南芥阳性株系中GhFUL1基因表达量显著增加,转基因株系的开花时间、花器官形态与野生型相比无明显变化,但是开花时侧枝数增加。qRT-PCR结果表明,细胞分裂素氧化/脱氢酶基因AtCTK1和AtCTK6表达量减少,推测GhFUL1基因可能通过调控细胞分裂素合成途径影响分枝。利用启动子分析网站PlantCARE预测可知,GhFUL1启动子区域不仅有TATA-box、CAAT-box核心元件,还有参与光响应、生长素响应以及胁迫应答等顺式作用元件。将GhFUL1启动子构建到表达载体pBI121检测其启动子活性,通过对拟南芥转基因阳性株系进行GUS染色,发现GhFUL1启动子在拟南芥幼苗期的茎尖分生组织和成熟期的花器官中特异性表达。初步揭示GhFUL1基因及其启动子转化拟南芥后在其分枝发育过程中具有一定的功能。

为研究ARP在观赏辣椒低温胁迫下的响应情况,旨在为后续观赏辣椒低温下基因功能研究提供理论基础。通过RT-PCR技术从观赏辣椒中克隆得到与辣椒、番茄、马铃薯的同源ARP基因,命名为CfARP,分析其在观赏辣椒不同组织以及低温处理下的表达情况;通过利用生物信息学分析进行基因蛋白编码情况、理化性质、基因亲缘关系研究,并利用qRT-PCR技术检测CfARP在观赏辣椒不同组织以及低温处理下的表达量。结果表明,CfARP基因CDS序列为342 bp,与辣椒(遵辣1号)同源性为100%,可编码113个氨基酸,含有一个保守的Auxin-repressed结构域;蛋白理化分析发现,CfARP蛋白分子量为12.156 ku,等电点为10.22,亲水性平均系数为-0.913,初步预测CfARP为亲水性蛋白;与其他物种ARP氨基酸序列对比发现,CfARP在茄科植物中高度保守。实时荧光定量PCR结果显示,CfARP基因在观赏辣椒茎中表达量最高,根中次之,叶和花中相对较少;CfARP基因的表达量随着低温处理时长的增加而不断升高。初步推测CfARP在观赏辣椒响应低温胁迫过程中具有一定作用。

为了研究本氏烟草NbEHD1基因的生物学功能,采用生物信息学方法对其基因结构、蛋白保守结构域、磷酸化位点、亚细胞定位及进化关系等多个方面进行预测。结果表明,本氏烟草NbEHD1编码序列全长1 638 bp,其基因组序列包含16个外显子和15个内含子。NbEHD1蛋白大概率定位于细胞质中,无信号肽,无跨膜区,蛋白序列有42个磷酸化位点。NbEHD1属于P-loop_NTPase超家族,具有EHD家族特有保守结构域。系统进化关系结果表明,本氏烟草NbEHD1与马铃薯、番茄的EHD序列亲缘关系较近。经与SGN数据库中本氏烟草测序数据比对,获得NbEHD1预测的全序列并设计基因特异性引物,扩增得到其序列全长。在获得NbEHD1 CRISPR/Cas9基因编辑载体后,采用农杆菌介导的方法,将此载体成功转化到本氏烟草叶片,经鉴定成功获得T₀阳性植株16株,为进一步确定NbEHD1基因的生物学功能提供了研究材料。

穗长是小麦重要的农艺性状,与产量构成因素密切相关。旨在研究小麦穗长遗传基因,筛选与穗长基因连锁的分子标记,为小麦分子标记辅助育种提供分子支撑。以科大116和科大101为亲本构建的F₂群体为试验材料,通过SSR分子标记,构建覆盖小麦基因组的遗传图谱,并结合完备复合区间作图法对穗长进行QTL定位。采用3 234对引物,共筛选出434对在双亲间具有多态性的引物,多态性引物的检出率为13.42%。通过BSA混池分析,共筛选出28个可能与穗长连锁的分子标记,其中16个标记通过262株群体验证与目标基因紧密连锁。通过QTL-IciMapping软件构建小麦染色体组的遗传图谱,标记间的平均遗传距离为38.66 cM,共检测出7个与穗长相关的QTL位点,分别位于3B、4A、4B和6B染色体上,其加性效应值均为正值,对表型性状遗传变异的贡献率在4.01%~23.16%。在4B染色体上定位出2个主效QTL位点,贡献率为17.59%~23.16%。其中,Qsl4B-2距离其最近的分子标记只有3.5 cM,为连锁最紧密的一个QTL位点,分析发现其可能为新的主效QTL位点。因此,4B染色体上可能存在与穗长相关的基因。通过分析预测,在4B染色体的yzu397456~yzu404917和yzu409422~yzu405167标记区间内,可能存在7个调控小麦穗长的候选基因,在穗中持续高表达。

为提高不同果肉硬度类型甜瓜材料的选择效率,加速良种培育,以脆肉甜瓜材料19A21、19A75和软肉甜瓜材料N84、20S66为亲本,分别构建F₂与BC₁F₁群体,采用感官测试统计,脆肉材料与软肉材料符合3∶1与1∶1理论值,说明甜瓜果肉硬度性状为单基因遗传,且脆肉相对于软肉为显性;以4份甜瓜亲本为供试材料,分析不同硬度类型果实的ACO活性变化及CmACO1的表达模式,结果显示,软肉甜瓜果实发育中ACO活性出现峰值,而脆肉甜瓜未出现,软肉甜瓜CmACO1表达量显著高于脆肉材料,说明该基因可能参与调控甜瓜果肉硬度。根据CmACO1在不同材料中的插入缺失位点(Insert/Deletion)差异,开发InDel-Pf标记,利用该InDel标记对32份甜瓜材料进行基因型检测,其中脆肉甜瓜表现为缺失带型,软肉甜瓜表现为非缺失带型,标记多态性与果肉硬度共分离。利用2个F₂群体对InDel-Pf标记进行验证,分子标记鉴定与表型鉴定符合率达到95.3%,98.1%。研究结果表明,InDel-Pf标记对甜瓜果肉硬度的实际鉴定有较高准确性,能够有效提高育种选择效率,缩短良种培育周期。

保护性耕作与有机肥施用是黄土高原旱作农业区缓解生态脆弱问题的有效解决手段之一,合理的耕作与施肥措施对山西中部旱区实现麦玉一年两熟具有重要意义。以黄土高原旱作农田为研究对象,采用裂区试验设计,主区为3种耕作方式(深翻(DT)、深松(SS)、免耕(NT)),副区为4种施肥水平(不施肥对照(CK)、全量化肥(CF)、50%化肥+50%有机肥(OF)、全量有机肥(OM)),探究不同耕作与施肥方式下土壤容重、速效养分及麦玉周年产量的变化特征。结果表明,有机肥施用后SS、NT处理0~20 cm土壤容重较DT处理有所下降,其中小麦季SS+OF处理下耕层土壤容重为1.13 g/cm³,显著低于DT+OF处理。整个周年复种连作体系中,以NT+OM处理土壤质量含水量最高,较其他施肥处理平均升高7.88百分点;SS+OM处理下土壤的三相比更为理想,三相比偏离值偏低。3种耕作方式下,碱解氮与有效磷含量大小总体呈现OM>OF>CF>CK的趋势,速效钾含量与施肥方式存在极显著关系,其中CF处理下含量最高;玉米季增施有机肥较单施化肥显著提高了糯玉米鲜穗产量,但有机肥施用比例间的差异并不显著,SS+OM处理下麦玉周年产量最高,达19 145 kg/hm²。综上,该试验条件下,SS、NT耕作方式与有机肥施用结合可明显改善土壤的物理性状,碱解氮与有效磷含量也有一定程度的提升,其中,SS+OM处理更有利于黄土高原地区麦玉周年复种连作田产量的提升。

为探究氨基酸水溶肥对葡萄产量和品质的影响,以盛果期早黑宝葡萄为试验材料,设置3个处理:常规施肥(CK);增施有机肥(OPT);有机肥+氨基酸水溶肥处理(OPT+AA),研究外源氨基酸对葡萄产量、生长、品质及土壤养分的影响。结果表明,与CK相比,OPT处理葡萄产量降低14.17%,OPT+AA处理葡萄产量降低7.50%,但均不显著。与CK相比,OPT、OPT+AA处理化肥偏生产力均显著增加,OPT+AA处理的N、P₂O₅、K₂O偏生产力分别显著增加73.44%,85.01%,85.01%;OPT+AA处理总糖显著增加8.09%,可溶性固形物显著增加1.32百分点,糖酸比显著增加38.80%,可滴定酸含量显著减少0.16百分点;OPT+AA处理新梢全磷含量显著增加24.73%,全钾含量显著增加24.73%。此外,OPT和OPT+AA处理并不会影响树体生长,且能够有效减少速效养分淋洗、提高植株根域养分含量。综上所述,通过化肥减施并增施有机肥对葡萄产量无显著影响,但可以减少速效养分的淋洗,显著提高化肥偏生产力;在增施有机肥的基础上增施氨基酸水溶肥能够促进树体养分吸收,提高葡萄产量,显著提升果实品质。

为明确河套灌区麦后复种油菜绿肥适宜播种时期,分别于2019年在内蒙古自治区巴彦淖尔市杭锦后旗和2022年在鄂尔多斯市达拉特旗开展田间试验。杭锦后旗试验点从2019年7月26日-8月15日共设置5个播期,每隔5 d设置1个播期处理,分别于7月26日、7月31日、8月5日、8月10日和8月15日播种;同样达拉特旗试验点从2022年7月22日-8月11日共设置5个播期,每隔5 d设置1个播期处理,以此研究不同播期对油菜绿肥生物量、养分含量及养分积累量的影响。结果表明,两试验点虽然生物量水平和气候条件有所差异,但整体趋势均表现为随着播期的推迟而下降;与第Ⅰ期播种相比,第Ⅴ期播种油菜生物量分别下降90.3%和75.4%,两点生育期内油菜平均活动积温、有效积温和日照时数分别下降469.9 ℃、409.9 ℃和179.1 h。同时于第Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ期播种时,与施肥投入养分量(N 27.3 kg/hm²、P₂O₅ 34.5 kg/hm²)相比,油菜翻压还田养分量均高于投入量,且碳和钾还田量至少达到1 800,200 kg/hm²。因此,综合考虑油菜绿肥生物量以及还田养分量,河套灌区小麦收获后油菜可以适时早播,充分利用光温资源,促进油菜生长和养分积累。为达到5 t/hm²以上油菜还田量及获得更高的养分还田量,油菜生育期内应至少接受活动积温1 300 ℃、有效积温1 100 ℃以及有效日照时数640 h。

为明确不同品种(系)彩色小麦主要农艺性状的特征及其与籽粒产量的相关关系,筛选出适宜鲁东地区栽培的彩色小麦品种。于2020-2022年2个冬小麦生长季,选用4个紫色小麦品种(系)青研紫麦1号(QYZ-1)、QYZ-2、山农紫麦1号(SNZM1)和农大3753(ND3753),2个蓝色小麦品系20064和20072以及普通白粒小麦品种济麦22(JM22,对照品种)为试验材料,系统研究了不同品种(系)彩色小麦的旗叶SPAD值、叶面积指数、干物质积累与转运、产量及其构成因素等方面的差异,和各农艺性状的稳定性以及产量可持续性。结果表明,各彩色小麦品种产量、千粒质量、开花期叶面积指数、花后SPAD值、开花期干物质积累量、成熟期干物质积累量、花后干物质积累量及收获指数均低于普通白粒小麦品种济麦22。各彩色小麦品种(系)间比较,紫色小麦QYZ-1产量显著高于其他彩色小麦品种(系),单位面积粒数与QYZ-2无显著差异,但其千粒质量显著高于QYZ-2;紫色小麦QYZ-1开花期上三叶叶面积指数显著高于蓝色小麦品系及ND3753,紫色小麦QYZ-1花后旗叶SPAD、成熟期干物质积累量、花后干物质积累量、花前干物质转运量和收获指数均高于其余彩色小麦品种(系);与其他品种(系)比较,JM22和QYZ-1各农艺性状的变异系数(CV)均较小,彩色小麦间比较,QYZ-1的产量均值和产量可持续性指数(SYI)均较高。另外,相关分析表明,产量分别与开花期干物质积累量、成熟期干物质积累量、花后干物质积累量、花前干物质转运量、收获指数、旗叶花后28 d SPAD值、开花期全绿叶叶面积指数和千粒质量呈极显著的正相关关系。综合2 a的结果,表明QYZ-1具有适宜的叶面积指数,并维持了较高的花后旗叶SPAD值,花后旗叶的衰老较慢,开花-成熟时间较长,协同提高了花后干物质积累量和花前干物质转运量、成熟期干物质积累量和收获指数以及单位面积粒数和千粒质量,表现出较高的产量。综上所述,青研紫麦1号产量稳定且可持续性较好,是适宜鲁东地区栽培的彩色小麦品种。

为提高传统稳定性尿素肥料的有效性,将生物刺激素浒苔多糖与生化抑制剂配合制成新型稳定性增效尿素肥料,采用田间盆栽试验探究其在黑土水稻种植中的施用效果,设置以不施氮肥(CK)、单独施用尿素肥料(N)为对照组,将浒苔多糖(E)、在尿素肥料中分别添加了N-丁基硫代磷酸三胺(NBPT)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)、2-氯-6-三甲基吡啶(CP)和浒苔多糖,共设置9个处理,研究其在黑土中的氮素转化特性、水稻植株生理和生物学、植物吸氮量和氮肥吸收利用效率等指标。结果表明,在黑土上栽培水稻,相比于单施尿素,浒苔多糖显著提高水稻分蘖期土壤铵态氮含量,促进水稻植株生长发育,显著提高籽粒产量、氮肥利用效率。浒苔多糖与NBPT具有协同增效作用,二者结合显著提高黑土铵态氮含量,但浒苔多糖施用促进了NBPT的分解,两者结合未对产量及氮肥利用效率造成显著影响。浒苔多糖与DMPP结合显著降低水稻籽粒产量、氮肥利用率,二者结合难以产生良好效果。CP与浒苔多糖结合处理在水稻分蘖期铵态氮含量最高,二者配合具有协同作用,黑土表观硝化速率显著低于CP处理,同时铵态氮的提高能促进水稻分蘖,增加成穗率,显著提高水稻的籽粒产量。

探明秸秆深翻还田年限对西辽河平原连作玉米田土壤细菌群落的影响,为持续秸秆还田培肥地力提供理论指导。以玉米秸秆离田为对照(CK),基于细菌16S rDNA V3~V4区高通量测序技术,结合生物信息学,分析持续秸秆还田2(SR2),5(SR5),10 a(SR10)玉米田0~20 cm和20~40 cm 2个土层有机质、氮素养分、土壤细菌群落结构及多样性变化特征。结果表明,SR2土壤有机质和氮素养分含量与CK差异不显著,而SR5和SR10显著提高土壤有机质和氮素养分含量;不同秸秆还田年限下,土壤细菌多样性存在差异且都有独有的OTU,其中SR10 OTU数目最多;Alpha多样性指数表明,土壤细菌群落的相对丰度和多样性2个土层均为SR2与CK差异不显著,SR5和SR10显著增加,且SR10与CK差异最大;在门水平上共获得51个细菌类群,相对丰度>5%的细菌门包括放线菌门、变形菌门、酸杆菌门、泉古菌门、绿弯菌门,且变形菌门、酸杆菌门和绿弯菌门的相对丰度随还田年限的增加而提升。RDA聚类分析表明,土壤细菌群落结构0~20 cm土层SR2与CK相似,SR5与SR10群落较为相似;20~40 cm土层,不同秸秆还田年限各处理均与CK存在差异,SR2与SR5群落结构相似,SR10与SR5、SR2群落结构差异均较大。土壤硝态氮、铵态氮、有机质和全氮含量对细菌菌群均有影响,表现为土壤硝态氮>铵态氮>有机质>全氮。持续秸秆还田2 a的土壤有机质和氮素养分含量与CK相比差异不显著,持续秸秆还田5,10 a显著提高。综上,细菌微生物多样性和丰富度在持续秸秆还田2 a 0~20 cm和20~40 cm土层均变化甚微,持续秸秆还田5,10 a后 2个土层均显著增加;细菌群落结构0~20 cm土层持续秸秆还田2 a与CK相似,20~40 cm土层持续秸秆还田2,5,10 a均改变了细菌菌群结构。

碱性亮氨酸拉链(bZIP)转录因子蛋白是一类在动植物及微生物中结构和功能均具有保守性的转录调控因子,为明确bZIP类转录因子在植物病原真菌中的功能及作用机制,进一步确定其与病菌生长发育及致病性的关系,以玉米大斑病菌01-23为材料克隆得到了StbZIP9基因(GenBank No.XM_008032179.1),StbZIP9是bZIP转录因子家族成员之一,对该基因结构及蛋白质特征分析结果显示,该基因全长788 bp,开放阅读框为726 bp,编码241个氨基酸,其编码蛋白包含一个在真菌中高度保守的同源结构域BRLZ;对该基因在病菌生长发育及侵染宿主过程的RNA-seq数据进行分析,发现与菌丝时期相比StbZIP9在附着胞和芽管时期表达量升高2~4倍,在侵染玉米叶片24,72 h后基因表达从无到有且持续升高,表明StbZIP9与附着胞发育和芽管形成相关联并在病菌侵染宿主细胞过程中发挥重要作用;进一步利用生物信息学技术预测其结合保守基序及调控的靶基因,结合基序为NNTWACGTNN,包含bZIP 类转录因子识别核心序列ACGT,并根据该序列预测StbZIP9下游靶基因,结合RNA-seq数据进行表达模式分析得到4个下游靶基因(JGI数据库中蛋白ID分别为:132893、163024、162798、40466),功能注释表明,其参与细胞壁组分聚合和运输、侵染宿主、孢子休眠等多种生物过程。为进一步阐明其在参与调控病菌侵染寄主的分子机制提供依据。

为了研究GRAS转录因子在大豆胞囊线虫(SCN)胁迫应答中起到重要的作用,将抗病品种东农L-10和感病品种黑农37分别接种SCN 3号生理小种。品红染色确定接虫成功后,提取植株根部进行转录组测序分析。整理共得到20个与SCN相关的候选基因。对编码蛋白的二、三级结构、磷酸化位点、亲水性和疏水性、启动子信息、基因进化关系等进行生物信息学分析研究。取植株的不同组织部位,根、茎、叶提取mRNA并反转录cDNA,对重点的候选基因进行RT-PCR。结果显示:该家族基因与MYB和MYC转录因子存在密切的关系。基因编码蛋白主要以α-螺旋、无规则卷曲为主,二级结构和三级结构高度一致;蛋白为可溶性蛋白,磷酸化位点以丝氨酸为主,RT-PCR表明在植物的不同组织部位均存在一定的表达量,主要以根部为主,在相同的大豆胞囊线虫胁迫下,抗病品种中GRAS表达量显著高于感病品种。上述结果表明,GRAS转录因子为SCN相关的抗性基因,为抗病胁迫响应应答反应提供了重要的基因来源。

了解谷瘟病菌的变异和群体结构,为今后谷瘟病的防控及抗病品种培育提供理论基础。利用20对SRAP引物对采自9个地区的90株谷瘟病菌菌株进行了PCR扩增,利用NTSYSpc-2.11F软件进行数据分析,通过UPGMA方法进行聚类分析,使用Popgene 32软件计算各群体间的遗传多样性指数。结果表明,筛选出了8对引物用于谷瘟病菌的遗传多态性分析,这8对引物共扩增出条带1 728条,其中多态性条带1 492条,多态性比率为86.34%。对90株病原菌进行聚类分析,其相似性系数为0.77~0.85,遗传相似系数为0.802时,所有菌株被分为27个遗传宗谱(L1~L27),其中L1为绝对优势组群,共包含来自山东、河北、山西、河南和辽宁5个省份的29株谷瘟病菌,占总菌株的32.22%。经Popgene 32软件计算分析,9个地区谷瘟病菌的Nei's遗传多样性指数(H)为0.141 4~0.288 1,Shannon's信息指数(I)为0.196 0~0.441 6,河北夏谷区Nei's遗传多样性指数和Shannon's信息指数最高,遗传多样性最丰富,而海南群体遗传多样性最低。对不同地区谷瘟病菌群体比较,吉林群体与海南群体的遗传亲缘关系最远,而河北夏谷区群体与河北春谷区群体的亲缘关系最近。可见,不同地区谷瘟病菌的遗传多样性丰富,各菌株间存在遗传分化,但菌株间的遗传分化与地理来源无明显相关性。

旨在获得C型产气荚膜梭菌性腹泻仔猪血清炎症因子含量、脾脏病理变化及转录组表达谱特征,为其防治提供参考。选择健康状况良好、体质量相近的7日龄二元仔猪6头,随机分为2组,即对照组(CS)和处理组(TS)。TS组每头仔猪每天灌服1 mL菌液(1×10⁹ cfu/mL),连续5 d,CS组仔猪灌服不含菌液的培养液,感染后0,1,3,5 d采集血液分离血清,用ELISA方法检测IL-8、IFN-α和IFN-γ含量。试验结束后屠宰仔猪采集脾脏,进行HE染色和RNA-Seq测序,对测序获得的差异表达基因进行GO功能和KEGG信号通路富集分析,并采用RT-qPCR检测仔猪感染C型产气荚膜梭菌过程中关键差异表达基因的表达量。结果表明:TS组仔猪脾脏出现明显炎症,中性粒细胞浸润,伴有变性及坏死的实质细胞;第3,5天CS组血清中IL-8、IFN-α和IFN-γ含量极显著低于(P<0.01)TS组;TS组与CS组间有1 079个差异表达基因,上调583个,下调496个;差异表达基因富集的GO功能主要有细胞对β干扰素的反应、细胞对DNA损伤刺激的反应、炎症反应的负调控等,富集的KEGG信号通路主要有肺结核、乙型肝炎、B细胞受体等;抵抗C型产气荚膜梭菌感染的候选基因(如JAK3、TLR3、ILF2、CXXC1等)RNA-Seq结果与RT-qPCR结果一致。以上结果表明,JAK3、TLR3等基因通过关键信号通路可能在仔猪脾脏抵抗C型产气荚膜梭菌感染过程中发挥了重要功能。

为研究美仁牦牛PDK4基因在各组织中的表达特征,探索其与脂肪沉积机制的相关性,采集了美仁牦牛背最长肌、心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、脂肪和睾丸等组织样,并提取了其总RNA,通过RT-PCR、生物信息学软件及qPCR等技术对美仁牦牛PDK4基因进行了扩增、生信分析和表达特征研究。结果表明,美仁牦牛PDK4基因CDS区全长1 224 bp,编码407个氨基酸,蛋白相对分子质量为46.159 14 ku,理论等电点6.60,总平均亲水性-0.169,为亲水性蛋白;系统进化树结果表明,美仁牦牛与野牦牛亲缘关系最近,与鬣狗亲缘关系最远;PDK4蛋白有34处磷酸化位点,无信号肽和跨膜区,主要在线粒体中发挥生物学功能;美仁牦牛PDK4蛋白主要是由α-螺旋和无规则卷曲组成。PDK4基因在7日龄美仁牦牛肝脏和肺脏中的表达量显著高于其他组织(P<0.05),在肌肉、脂肪、脾脏和睾丸中中度表达,在肾和心脏中低表达。随着牦牛年龄增长,PDK4基因在30月龄美仁牦牛脂肪组织中的表达量增加,并显著高于7日龄美仁牦牛脂肪中的表达量(P<0.05)。以上结果表明,PDK4基因可能在美仁牦牛的生长过程中参与脂肪调控,在脂肪沉积过程中发挥重要作用。

旨在筛选出与宁夏地区安格斯牛十字部高性状显著相关的单核苷酸多态性位点(SNPs)及对应候选基因,并探究干扰候选基因PSEN1对成肌细胞增殖分化的影响。以宁夏地区饲养的211头安格斯牛母牛为研究对象,通过全基因组关联分析,筛选与安格斯牛十字部高性状显著相关SNPs及对应候选基因;利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测候选基因在成肌细胞不同分化时期的表达规律;合成基因PSEN1的特异性干扰片段转染成肌细胞,利用qRT-PCR和EdU染色技术检测干扰PSEN1基因对成肌细胞的影响。结果表明:位于1,3,4,5,7,10,13,15,20,28号染色体的14个位点及相应13个候选基因与十字部高显著相关。在成肌细胞分化过程中,PSEN1基因的表达量呈先上升后下降的趋势,第4天达到最高。与对照组相比,干扰组阳性细胞率极显著低于对照组(P<0.01),肌肉发育标志基因PAX3、MEF2C、IGF2和MYOG的表达量显著降低(P<0.05),PCNA、MEF2B、MYH1、CDK1和MYF5等基因虽然差异不显著,但整体仍呈现下降趋势,表明干扰PSEN1基因后会抑制成肌细胞的增殖和分化。确定了影响安格斯牛十字部高性状的候选基因;PSEN1基因在成肌细胞增殖和分化过程中具有重要作用,可能是影响安格斯牛生长发育的一个潜在候选基因。

为研究美仁牦牛抗增殖蛋白(PHB)的结构及功能,并探究其在7日龄牛和成年牛的各组织中的表达情况。以美仁牦牛肾脏组织cDNA为模板克隆美仁牦牛PHB基因序列。对基因序列进行生物信息学分析以及对蛋白质进行理化性质预测,实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术检测PHB基因在美仁牦牛2个年龄段8个组织中的相对表达量。结果表明,美仁牦牛PHB基因的CDS区全长819 bp,共编码272个氨基酸;同源性比对发现美仁牦牛与普通牛的同源性最高(99.1%);美仁牦牛PHB蛋白分析显示,PHB蛋白内存在1个N-糖基化潜在位点和2个O-糖基化潜在位点,其氨基酸等电点为5.55,不稳定系数(Ⅱ)为46.07,总平均疏水性为0.045,预测为不稳定疏水性蛋白质;亚细胞定位显示,PHB蛋白位于线粒体(30.4%),蛋白内共有潜在磷酸化位点15个,PHB蛋白高级结构由α-螺旋(56.25%)、无规则卷曲(22.43%)、延伸链(16.54%)和β-转角(4.78%)相互连接而成。RT-qPCR结果显示,美仁牦牛2个发育阶段的8个组织中均有PHB基因的表达。在对比2个时期的PHB基因组织表达规律后发现,7个组织的PHB基因表达量随美仁牦牛的生长发育而降低,在美仁牦牛肝脏、脾脏、肺脏、脂肪和睾丸组织中,PHB基因表达量随年龄显著降低(P<0.05)。

针对兰州鲇人工驯食转化率、苗种培育成活率低等问题,为利用基因编辑技术创制和培育易驯食兰州鲇新种质,开展了兰州鲇神经肽Y基因(NPY)的克隆及其表达分析研究。结果表明:兰州鲇NPY基因cDNA序列全长为775 bp,包括288 bp的开放阅读框,编码95个氨基酸,含有1个跨膜螺旋和1个信号肽胰腺激素类识别结合位点。兰州鲇NPY蛋白序列与南方鲇的一致性最高,为98.95%。荧光定量PCR检测发现NPY mRNA在脑组织中表达量最高,其次是下丘脑,肌肉中表达量最低。不同年龄雄性各组织中NPY mRNA表达水平均高于雌性;且雌雄性别组间均表现出随年龄的增长NPY mRNA表达下降的特征。利用原位杂交技术进行脑组织细胞定位发现,脑细胞中NPY主要在细胞质中表达;不同部位脑组织中主要以前脑的视前区、视顶盖和脑垂体,小脑的豆状核区域以及延脑的尾状核区域表达量较丰富。进一步进行饥饿补偿验证发现,饥饿可引起脑组织NPY表达量显著升高,摄食后NPY表达量显著下降。上述结果表明,NPY基因可能在兰州鲇生长和摄食过程中都具有重要作用,可作为对后续功能基因进行编辑的重要验证并创制新种质,对加快兰州鲇良种新品种选育具有重要的理论意义和技术支撑作用。