绿豆叶形突变体和叶形调控基因的鉴定,可为品种叶形的遗传改良提供种质资源,也有利于解析叶片发育的遗传调控机理。从皖科绿3号EMS诱变突变体库中筛选到窄叶突变体vrnl11,利用vrnl11/皖科绿3号和vrnl11/中绿1号的杂交后代进行遗传分析,用χ²检验确定F₂群体中不同表型植株的分离模式。以vrnl11和中绿1号及中绿5号构建的2个F₂群体为定位群体,利用BSA测序技术和图位克隆的方法完成vrnl11的精细定位。表型鉴定结果表明,vrnl11叶片宽和叶面积较野生型皖科绿3号分别减少25.7%和21.7%。遗传分析表明,vrnl11的窄叶表型受单隐性核基因调控。BSA测序分析将突变位点定位在第11染色体上15.0 Mb至末端4.7 Mb的区间内。利用新开发的多态性分子标记将vrnl11定位在标记nl-61和nl-46之间186.5 kb的区间内,包含9个预测基因。这些研究结果为克隆vrnl11和解析绿豆叶片生长发育的分子调控机理提供理论依据。

为探究芥菜型油菜AHK家族蛋白的结构特征及其与粒质量性状相关的调控功能,采用生物信息学方法对芥菜型油菜AHK家族成员进行了全基因组鉴定、理化性质、系统发育树、蛋白结构、启动子顺式元件和不同组织表达谱等分析。结果表明,在芥菜型油菜基因组中共鉴定到19条BjAHK蛋白序列,系统发育树分析将BjAHK家族成员分为了4个分支,即G1(BjAHK2~BjAHK4)、G2(BjAHK5)、G3(BjAHK1)和G4(BjCKI1)。功能结构域研究发现,BjAHK家族成员具有6个核心基序(Motif1~Motif6),与HisKA、HATPase_c和REC保守结构域相对应,其中BjAHK1~BjAHK4和BjCKI1蛋白的N端含有较为保守的跨膜结构域,可能与其跨膜作用功能有关。不同组织表达谱研究发现,细胞分裂素受体蛋白基因(BjAHK2~BjAHK4)为泛表达基因,且在根组织中表达量最高。结合已有的芥菜型油菜粒质量性状转录组数据,成功挖掘出4个可能参与粒质量性状调控的基因BjA07.AHK3、BjB03.AHK3、BjA10.AHK5和BjB05.AHK5。其中,BjA07.AHK3和BjB03.AHK3可能正向调控种子发育,而BjA10.AHK5和BjB05.AHK5则负向调控。结合BjAHK基因家族分析和转录组测序结果,推测BjAHK3和BjAHK5基因在调控芥菜型油菜种子发育方面发挥重要功能。

为了探究SSSL-B50和华粳籼74(HJX74)株高差异的原因,利用SSSL-B50与HJX74回交构建F₂群体进行株高性状遗传分析与基因定位。结果显示,F₁植株表现为高秆;260个单株组成的F₂群体株高出现分离,高秆植株与半矮秆植株分离比例符合3:1(χ²=0.18<3.84),说明SSSL-B50高秆性状为显性性状,受1对显性等位基因控制。利用IciMapping软件对F₂进行连锁分析,将SSSL-B50携带的高秆基因定位在1号染色体代换片段上的标记S18和X161之间38.38~39.07 Mb。候选基因筛选分析发现,定位区间内存在着“绿色革命”基因座位SD1。对展颖野生稻、SSSL-B50及HJX74进行SD1基因测序及序列比对,发现HJX74的CDS序列与展颖野生稻、SSSL-B50相比有280 bp的缺失,导致氨基酸编码提前终止。qRT-PCR结果表明,SD1表达量在SSSL-B50茎秆的第2,3,4节均显著高于HJX74。此外,与前人报道结果相比,展颖野生稻SD1基因编码的氨基酸序列发生了2处改变(E100G、Q339R)。研究结果弄清楚了展颖野生稻单片段代换系SSSL-B50高秆性状受SD1调控,同时从展颖野生稻鉴定到了SD1的新等位型SD1^Glu。

JAZ蛋白在植物生长发育和胁迫信号通路中具有关键作用。为探究JAZ蛋白在小麦倒春寒中的调控机制,从小麦幼穗中克隆了 TaJAZ6基因,并对其分子特征、表达特性与亚细胞定位进行分析。结果表明,该基因CDS 序列全长为549 bp,编码178个氨基酸,预测编码蛋白质的分子质量为 18.376 ku,理论等电点为 9.37,不稳定系数为62.44,属于不稳定蛋白。该基因编码蛋白质具有1个 TIFY 结构域和1个CCT_2结构域。系统进化树分析发现,该蛋白质与野生二粒小麦和乌拉尔图小麦TIFY 11b蛋白亲缘关系最近。TaJAZ6基因启动子区除含有CAAT-box、TATA-box等基础作用元件外,还含有激素类响应元件、光响应元件、低温响应元件、防御和应激反应元件等。实时荧光定量PCR分析发现,TaJAZ6 基因在根、茎、叶和幼穗中均有表达,根系中表达量最高。TaJAZ6 基因还受低温和茉莉酸甲酯( MeJA) 的诱导表达,低温胁迫下,TaJAZ6在矮抗58(耐倒春寒)和郑麦366(倒春寒敏感)根、茎和叶中表达趋势相同,均显著升高;喷施300,350 μmol/L的MeJA之后再低温处理TaJAZ6在2个小麦品种中表达量均显著下降。TaJAZ6在低温胁迫后的幼穗中表达量出现相反的趋势,在矮抗58幼穗中表达量显著下降,在郑麦366幼穗中则显著上升,推测该基因可能负调控了小麦倒春寒胁迫防御反应。通过喷施MeJA显著降低了低温胁迫下2个小麦品种幼穗中TaJAZ6基因的相对表达量,同时提高了小麦的结实粒数。亚细胞定位试验显示,TaJAZ6 蛋白定位于细胞核中。以上研究结果表明,TaJAZ6 可能在小麦响应倒春寒胁迫过程中发挥重要作用。

为探究花丝对干旱胁迫的分子响应,以安农591和先玉335为材料,设置土壤含水量为80%田间持水量(CK)和60%田间持水量(DS)的2个处理,在玉米花丝伸长速增期取样,进行转录组测序。通过对比2个品种干旱组和对照组的基因表达差异,明确玉米花丝响应干旱的关键通路和相关候选基因。结果表明:苯丙烷类生物合成途径(ko00940)和淀粉和蔗糖代谢途径(ko00500)为玉米花丝响应干旱的关键通路。在苯丙烷类生物合成途径通路中编码4-香豆酸-辅酶A连接酶(4CL)、肉桂酰辅酶A还原酶(CCR)、肉桂醇脱氢酶(CAD)和过氧化物酶(POD)的基因在干旱的玉米花丝中低表达。相关分析表明,编码4CL、CCR、CAD和POD的基因下调与木质素含量降低有关。在淀粉和蔗糖代谢途径中转化酶和蔗糖合酶基因在干旱的玉米花丝中低表达;相关分析表明,转化酶和蔗糖合酶基因下调与蔗糖代谢有关。综上所述,本研究确定了参与蔗糖和木质素代谢的关键基因和代谢物,木质素合成可能与玉米花丝耐旱相关,4CL、CCR、CAD和POD是木质素合成通路中玉米花丝耐旱的候选基因;此外,淀粉和蔗糖代谢途径可能与花丝伸长和花丝耐旱有关,转化酶和蔗糖合酶可能是调控花丝耐旱的关键酶。

MYB转录因子对棉花的生长发育起到重要作用,而GhMYB42为MYB家族之一的转录因子同样具有一定的研究价值,因此,从棉花中克隆了GhMYB42基因的编码序列,并构建了原核表达载体。利用生物信息学方法对GhMYB42的核苷酸序列及氨基酸序列进行了分析,通过Gataway BP和LR反应,将GhMYB42基因的编码序列构建到原核表达载体pGEX-4T-1上,通过设置不同的IPTG诱导条件来确定IPTG诱导蛋白的最佳条件,最后利用Western Blot鉴定重组蛋白。结果显示,GhMYB42(XP_016732693.1)全长序列1 508 bp,编码区长792 bp,编码263个氨基酸,预测分子量约为29.534 ku,等电点为5.18。氨基酸序列比对分析发现,MYB转录因子的序列相似率为80.62%,且GhMYB42蛋白N末端含有2个串联的SANT结构域,是一个R2R3转录因子。进化树分析结果显示,陆地棉MYB42蛋白与陆地棉中另一MYB蛋白(XP_012439547.1)相似性最高并在一个分支上。蛋白诱导时由于各个试验梯度结果差别不明显,因此,选择的条件为IPTG的终浓度0.2 mmol/L,温度37 ℃,时间3 h,蛋白溶解的温度和时间为37 ℃诱导3 h。Western Blot结果表明,重组蛋白的大小正确,最终成功获得了大小为55.54 ku的GhMYB42重组蛋白,后续将对该重组蛋白进行纯化及深入研究转录因子GhMYB42的功能。

HD-Zip在植物抗逆过程中起着重要的调节作用,为了解大麻基因组中HD-Zip基因家族的特征和潜在功能,并为进一步研究CsHDZ基因对干旱胁迫下的调控提供重要线索,根据大麻全基因组数据库中的参考序列,利用生物信息学的方法对大麻HD-Zip基因家族进行全基因组鉴定,并系统分析其理化特性、进化发育、基因结构、启动子顺式结合元件并测定干旱胁迫下的表达模式。结果表明,大麻HD-Zip基因家族共筛选出20个CsHDZs基因,分别定位在7条染色体上,属于4个亚家族,编码氨基酸204 ~ 837 个,理论等电点4.54~9.04,属不稳定蛋白,亚细胞定位预测全部定位于细胞核;蛋白保守基序分析显示,CsHDZs共有10个保守基序,其中motif 1和motif 9为各成员共有;启动子调控元件分析发现,CsHDZs富含多种逆境胁迫应答相关元件。实时荧光定量分析结果显示,CsHDZ1/8/10基因转录水平在干旱前期无显著差异,而后期显著上调。研究表明CsHDZs基因参与了胁迫应答过程并能够积极响应干旱。

为探讨茉莉花TCP基因家族在其生长发育过程中的作用,基于茉莉花的基因组数据,利用生物信息学方法对茉莉花TCP(JsTCP)基因进行了全基因组鉴定及分析,并分析了TCP基因家族在花发育不同时期和花粉-柱头互作中的表达水平。结果显示,茉莉花全基因组中共鉴定出27个TCP基因家族成员,命名为JsTCP1~JsTCP25,其蛋白包含208~539个氨基酸残基,分子量为22.95~56.96 ku,等电点为5.70~9.97,均为不稳定的亲水性蛋白。亚细胞定位预测结果显示,JsTCPs均位于细胞核内。染色体定位结果显示,JsTCPs不均匀分布在10条染色体上。基因结构分析结果显示,JsTCPs具有1~5个外显子以及0~4个内含子。蛋白保守基序和系统进化分析结果显示,JsTCPs均含保守的TCP结构域,可分为Class Ⅰ和Class Ⅱ 2个亚类。启动子顺式作用元件的分析结果显示,JsTCPs启动子上含有多个植物激素响应、胁迫响应和生长发育相关等元件。表达模式分析结果显示,24个JsTCPs基因在茉莉花花发育不同时期表达,22个基因在花粉-柱头互作中表达。总之,本研究鉴定了27个茉莉花TCP基因家族成员,并发现家族成员在花发育不同时期和授粉后不同时期特异表达。

WRKY转录因子在植物生长和防御反应的调控中发挥着重要作用。为了探究WRKY基因家族在板栗抗旱中的功能,对板栗WRKY基因家族成员进行了鉴定,对其编码蛋白的理化性质、系统发育、结构等进行分析,并通过转录组测序和qRT-PCR技术分析其在干旱胁迫下的表达特征。通过生物信息学技术在板栗中共鉴定到65个WRKY基因家族成员,将其分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3组,其中Ⅱ组根据其结构和系统发育关系分为5个亚组。WRKY基因的结构和保守基序分析表明,外显子数目为1~7个,同一亚组的外显子数目和基序分布类似。WRKY基因保守结构域发生了一定的变异,包括WRKY七肽结构域的缺失,锌指结构的缺失,七肽结构域变异为WRKYGKK、WRKYGRK和WRKYGRK等。转录组测序数据表明,有4个WRKY基因家族成员在样品中没有表达,干旱胁迫诱导表达的WRKY基因家族成员表达量上调的有49个,而表达量下调的WRKY家族成员有11个。以上结果表明,板栗WRKY基因在对干旱胁迫的响应中发挥了重要作用。

为探讨玉米应对不同滴灌定额的生理响应机制,在控制条件下开展2 a池栽试验,以2个具有耐旱性差异的玉米品种为材料,设置CK1(耐旱型品种、500 mm)、T1(耐旱型品种、350 mm)、T2(耐旱型品种、200 mm)、CK2(干旱敏感型品种、500 mm)、T3(干旱敏感型品种、350 mm)和T4(干旱敏感型品种、200 mm)6个处理,分析玉米叶片光合、叶绿素荧光、光合响应特性及籽粒灌浆特性、籽粒中激素含量、淀粉合成酶活性、产量的变化。结果显示,随滴灌定额减少玉米R3期叶片净光合速率(Pn)等4项光合参数、光系统Ⅱ最大光化学量子产量(Fv/Fm)等4项叶绿素荧光参数均呈下降趋势,气孔限制百分率(Ls)和非光化学猝灭系数(NPQ)呈增加趋势。玉米叶片表观量子效率(AQE)等10项光合响应相关参数均随滴灌定额减少而下降,CK1、T1与CK2处理光补偿点(LCP)与光饱和点(LSP)、CO₂补偿点(CCP)与CO₂饱和点(CSP)间差值范围较其他处理大。籽粒灌浆速率在开花后25 d达到峰值,T2和T4处理较CK1和CK2处理显著下降。随滴灌定额减少籽粒中细胞分裂素(CTK)、生长素(IAA)含量下降,脱落酸(ABA)含量增加。T2和T4处理籽粒中酸性蔗糖转化酶、蔗糖合酶、淀粉合成酶与腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性均较CK1和CK2处理显著下降。玉米产量随滴灌定额减少而显著下降,T1处理较CK1处理仅下降3.45%~4.51%。T1处理与CK1和CK2处理在上述指标间均无显著差异。采用T1处理的玉米叶片仍能维持光合性能和光系统Ⅱ结构,增强叶片对光与CO₂适应能力,玉米籽粒相关激素含量和淀粉合成相关酶活性增加,有效调控了籽粒生长发育及灌浆进程,玉米产量及其构成因素均表现较佳。

为探究盐胁迫对棉花生理机制的影响,以耐盐碱棉花中J0710为对照,对山西农业大学棉花育种课题组培育的2个棉花远缘杂交新种质 HL2、A₂H 幼苗进行为期15 d的盐溶液处理(浓度为200 mmol/L),分析参试材料的相对株高、相对根长及相对成活率,计算盐害指数;并结合不同处理时间(0,5,12,24,48 h)的幼苗原初光能转化效率(Fv/Fm)、抗氧化酶活性、脯氨酸含量、可溶性糖含量等生理指标的测定结果,对参试材料的耐盐性进行综合评价。结果表明,盐胁迫15 d后,对3个材料幼苗生长的伤害程度由弱到强依次为中J0710<HL2<A₂H,盐胁迫极显著抑制了A₂H 的相对株高、相对根长及相对成活率,说明该盐浓度处理下,对HL2及中J0710的生长发育影响较小,而对A₂H的影响较大。在不同的处理时间下,盐胁迫对3个材料的最大光能转化效率均具有不同程度的影响,相较于胁迫前,抑制程度由弱到强依次为HL2<A₂H<中J0710。相较于未胁迫之前,盐胁迫提高了过氧化物酶(POD)活性;其中,整个胁迫过程中HL2的POD活性显著高于A₂H和耐盐对照中J0710,并且在胁迫12~48 h达到显著水平;超氧化物歧化酶(SOD)活性变化规律不明显,且在盐胁迫过程中发挥作用较低;HL2及耐盐对照中J0710的脯氨酸含量积累量均随着盐胁迫时间的延长而增多,种质HL2的可溶性糖及可溶性蛋白含量在整个盐胁迫期间均显著高于耐盐对照中J0710和A₂H。综上,在盐逆境中,耐盐材料具有较发达的根系;而较高的光能转化效率、细胞内较高的活性氧清除能力以及较高的渗透调节物质的积累是其耐盐性较强的生理基础。

为探究壳寡糖(COS)对羽衣甘蓝芽苗生长的影响,为芽苗生产上壳寡糖的合理施用提供参考,以京羽一号为试验材料,在种子发芽后施用不同质量浓度COS(25,50,75,100 mg/L)溶液,观察壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗生长指标、硫代葡萄糖苷(简称硫苷)含量及抗氧化能力的影响。结果表明,施用75 mg/L COS处理的羽衣甘蓝芽苗总酚、总黄酮、总硫苷质量以及黑芥子酶活性和DPPH自由基清除率呈现上升趋势,且与对照差异显著,较对照分别增加25.99%,17.99%,29.68%,141.88%和2.51%;100 mg/L COS处理的羽衣甘蓝芽苗的产量及总酚、总黄酮、钠和硼含量及黑芥子酶活性也得到了相应提升,且与对照差异显著,较对照分别增加了15.21%,21.29%,22.47%,15.97%,32.63%,97.71%。经相关性分析,可以得出芽苗的产量与类胡萝卜素、总酚、总黄酮含量及DPPH自由基清除率均呈显著正相关关系。综上可得,经壳寡糖处理后可提高羽衣甘蓝芽苗的产量,提升芽苗的营养品质和抗氧化能力,增加芽苗的食用价值。

为探究印度梨形孢联合丛枝菌根真菌(AMF)对烟草抗旱性的影响,在温室条件下开展盆栽试验,以云烟87为材料,设立接种无菌水(CC)、印度梨形孢(CP)、AMF(PC)、印度梨形孢和AMF(PP)处理,以自然干旱的方式进行胁迫,测定烟草叶片中脯氨酸(Pro)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)生理生化指标和干旱相关基因NTNAC1和NAC4表达情况。结果表明,印度梨形孢和AMF均能促进烟草地上部分和地下部分生长,且干旱胁迫后褪绿不明显,干旱症状轻微。干旱胁迫7 d后,与CC组相比,CP、PC和PP组烟草叶片中Pro含量显著升高,分别为CC组的1.39,1.59,1.78倍;烟草叶片中SOD和POD活性呈现先升高后降低的趋势,CP、PC和PP组的SOD活性分别是CC组的1.15,1.22,1.33倍,POD活性分别是CC组的1.33,1.46,1.85倍;烟草叶片中MDA含量降低,CP、PC和PP组的MDA含量比CC组分别减少21.98%,23.98%,24.84%;烟草叶片干旱相关基因NTNAC1和NAC4表达上调,CP、PC和PP组NTNAC1基因表达量分别是CC组的3.37,3.88,5.07倍,NAC4基因表达量分别是CC组的3.04,3.59,5.56倍。该研究表明,印度梨形孢和AMF表现出显著的协同作用,能够显著提高烟草的抗旱性。

为内蒙古平原灌区春玉米连续高产稳产过程中秸秆培肥高产田和改良盐碱田提供理论依据。设置了玉米秸秆还田1~4 a(HT1~HT4)定位试验,以秸秆不还田作为对照(CK),测定了春播前和收获期土壤有机碳含量、全氮含量、有效氮含量、有效磷含量、阳离子交换量、pH值和酸碱缓冲曲线。结果表明,HT1~HT4收获期与春播前相比土壤有机碳含量、全氮含量、有效氮含量、有效磷含量、阳离子交换量的相对变化率为1.34%~3.62%,0.20%~1.51%,-0.11%~0.78%,0.89%~6.36%,0.09%~0.41%,CK收获期与春播前相比土壤有机碳含量、全氮含量、有效氮含量、有效磷含量、阳离子交换量的相对变化率为1.57%,-0.02%,-0.45%,-0.15%,-0.05%;HT2、HT3、HT4比CK的土壤pH值显著降低;土壤对碱的缓冲能力依次为HT4>HT3>HT2>HT1>CK。综上所述,随秸秆还田年限的增加,土壤固碳能力、保肥能力和缓冲性能增大,有效抵御因施化肥等因素导致土壤pH值剧烈变化的能力增强,秸秆还田培肥改土措施显著提升了土壤质量。

为探究黄淮地区适宜的磷肥施用方式,通过开展大田试验对4种磷肥施用方式(常规撒施(P1)、分层施(P2)、条施(P3)、穴施(P4)) 下玉米不同生育时期干物质积累量、根系形态指标、不同土层土壤速效磷含量及磷酸酶活性、玉米产量及其构成因素进行测定分析。结果表明,不同施磷方式下,P2、P4处理的穗长和行粒数较P1处理显著提高22.57%,16.81%和15.19%,7.60%,P2、P3、P4处理穗粒数较P1处理分别显著提高25.26%,13.86%,17.00%,但P2处理单位面积穗数较P1处理显著降低15.30%,最终P2、P4处理产量较P1分别显著提高15.20%,10.79%。根系性状中,施磷方式显著影响了根长、根表面积、根体积、根尖数,其中P2和P4处理的根长较P1处理显著提高30.41%,33.75%; P2处理根表面积相较于P1处理显著提高23.77%,P4处理根表面积相较于P1和P3处理显著提高29.60%,21.70%;P2和P4处理下的根体积和根尖数较P1和P3处理均显著提高。对土壤速效磷含量分析表明,三叶期10~20 cm的土层中,P2和P4处理速效磷含量较P1显著提高;成熟期,0~20 cm土层中P2、P3、P4处理土壤速效磷含量较P1处理发生不同程度降低,20~30 cm土层中P4处理较P1处理发生显著降低。相关性分析表明,三叶期10~20 cm土层中酸性磷酸酶活性与土壤速效磷含量呈显著正相关,P2和P4处理在该土层下酸性磷酸酶活性和土壤速效磷含量均较高,有利于土壤中的磷素转化为玉米可吸收态。综上所述,磷肥分层施和穴施较传统撒施能提高玉米生育前期土壤中磷素有效性,促进根系生长发育,进而提高夏玉米产量,为黄淮地区较适宜的玉米磷肥施用方式。

有机肥部分替代氮肥是实现作物可持续发展的途径之一,探索了小麦有机氮部分替代化肥氮的适宜配比,以及替代后氮素累积、运转以及利用的特征,以期为河北地区冬小麦氮肥减量增效技术提供依据。2021—2023年在河北宁晋进行小麦大田试验,设置9个处理。T1,无氮,单施化肥磷钾肥;T2,高效施肥,单施化学氮磷钾肥;T3~T7,有机肥分别替代T2的20%,40%,60%,80%,100%的氮肥;T8,传统施肥,单施化学氮磷钾肥;T9,有机肥替代T2 100%的氮肥+液态氮肥。2 a试验结果表明,100%替代率+液态氮处理可获得较高的小麦产量;其次是40%替代率处理,其产量与高效施肥处理相当,且试验第2年远高于传统施肥处理。100%替代率+液态氮处理通过起身期补充速效氮,提高了茎叶中氮素含量,植株氮素累积量与高效施肥和传统施肥处理相当;40%,80%替代率处理同样获得与高效施肥处理相当的氮素累积量。20%~100%替代率处理(包括液态氮处理)可以实现较高的茎叶氮素运转率和对籽粒氮的贡献率,其中100%替代率+液态氮处理肥料氮吸收利用效果好,获得了较高的肥料氮累积量、氮肥利用率和氮收获指数,其效果与高效施肥处理相当或略高;其次是40%替代率处理,其效果与高效施肥处理相当或略低。综上,100%替代率+液态氮处理小麦产量、植株氮素累积量、氮素运转率、籽粒氮素累积量及氮效率俱佳,其次是40%替代率处理。

为探讨绿肥种植对盐碱地淡水淋盐下土壤及淋溶液碳氮含量的影响,于2021年10月至2022年5月设置冬闲(T1)、冬牧70黑麦(T2)和油菜(T3)3个处理进行大田试验,测定土壤及淋溶液有机碳(SOC)、硝态氮($\mathrm{NO}_{3}{ }^{-}-\mathrm{N}$)、铵态氮($\mathrm{NH}_{4}^{+}-\mathrm{N}$)空间分布情况。结果表明,T1、T2、T3处理0~30 cm土层中土壤有机碳分别由淋盐前的6.20,6.58,7.24 g/kg增加到淋盐后的6.48,7.39,8.06 g/kg,增幅分别为4.41%,12.20%,11.23%。淋盐前后0~60 cm土层中T1处理土壤硝态氮含量显著高于T2和T3,淡水淋盐后,0~30 cm土层各处理分别降低42.42%,3.85%,10.84%;60~90 cm土层中减少了1.38%,7.96%,18.11%。淋盐前各土层土壤铵态氮含量不同处理之间无显著差异,淋盐后各土层土壤铵态氮含量均以T2含量最高。综上,淋盐灌溉后,相较于淋盐前各处理不同土层土壤有机碳均呈增加趋势,而土壤氮素则呈明显降低趋势,通过对土壤及淋溶液氮素含量分析发现,淋盐灌溉造成的氮素淋失主要以硝态氮为主。相较于冬闲田,种植油菜绿肥对土壤氮素提高有明显效果,而种植冬牧70绿肥对减少土壤氮素淋失具有最佳效果。

为了探索安农1687对于条锈病抗性的遗传机理,加快安农1687小麦品种的推广,为小麦新品种的遗传改良提供参考,减少小麦条锈病对于我国小麦生产安全的危害。以安农1687(安农1687是由安农1106和西农822杂交选育的,对生理小种CYR32具有抗性的半冬性小麦品种)及其姊妹系和亲本为材料,利用小麦55K SNP芯片对安农1687及其双亲和姊妹系进行全基因组扫描,同时利用生理小种CYR32对安农1687及其姊妹系进行接种和鉴定,并在成株期统计其抗条锈病等级,综合接种及田间表型对小麦品系抗条锈病进行评价。鉴定结果显示,安农1687和5个姊妹系(系24、系26、系28、系30、系140)为中抗条锈病,2个姊妹系(系89和系105)为中感条锈病。利用安农1687及其姊妹系间的基因组差异信息,发现差异SNP位点富集在2A染色体短臂的31~37 Mb区间上,说明2A染色体可能存在某个或某些基因导致了这样的结果。为了排除其他抗条锈病基因的干扰,对亲本及2A染色体上携带的已知抗条锈病基因进行验证,结果表明,安农1687的2A染色体短臂的31~37 Mb区间可能存在一个新抗条锈病基因。通过试验和生物信息学分析发现,该区段内的TraesCS2A01G070700基因在抗感品系的NBS结构域上存在差异,感病品系中NBS结构域有3个错义突变,推测TraesCS2A01G070700为安农1687抗条锈病候选基因。

选育抗性品种是小麦叶锈病防治举措中最经济、可行的方法。为进一步挖掘抗病基因,选取河南、河北、山东等8个省小麦产区50个小麦品种。首先在苗期将16个叶锈菌生理小种(THFS、TGTS、THJS、FHKT、FGJN、KHKS、FCJQ、RFKS、THFM、MHGT、KHGS、KBGT、FHGT、PHHT、FHJT、FCJT)接种在36份小麦抗叶锈病近等基因系材料以及50个供试小麦品种上。因各菌种带有不同毒力,可根据表现型的差异,再将已知抗病基因紧密连锁的特异性分子标记与之结合分析,进而推测50份小麦材料中可能含有的抗叶锈病基因。通过基因推导、分子标记以及系谱分析综合鉴定抗锈性基因,结果表明,在50个品种中共检测出9个(Lr1、Lr2c、Lr10、Lr16、Lr26、Lr34、Lr37、Lr45和Lr46)已知抗叶锈性基因和少量未知基因。含有Lr1基因的有淄麦12等22个品种;含有Lr2c基因的有鲁麦14等10个品种;含有Lr10基因的只有莱州9361一个品种;含有Lr16基因的有科农199等25个品种;含有Lr26基因的有徐州24等15个品种;含有Lr34基因的有宝麦3号和京冬8号;含有Lr37基因的有淄麦12、鹤0927和荷9946;含有Lr45基因的有连麦2号等11个品种;含有Lr46基因的有山农19等38个品种。

为了探索植物响应黄萎病病原菌侵染的作用机制,以黄萎病高感野茄材料大理野茄(M239)为研究对象,通过人工接种黄萎病病原菌大丽轮枝菌的方法,首先测定M239在接种大丽轮枝菌后0,6,12,24,48 h的根部4个关键生理指标,即过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性和可溶性蛋白(SP)含量的变化。结果确定接种大丽轮枝菌后12,24 h为蛋白组分析取样的关键时间点;在此基础上,利用iTRAQ技术分析M239在接种大丽轮枝菌后根部蛋白的变化。结果发现,与清水接种(CK)相比,M239接种大丽轮枝菌后12 h有463个差异表达蛋白(DEPs),其中305个下调,158个上调;接种后24 h,有456个DEPs被病原菌诱导表达,包括296个下调,160个上调。这些蛋白主要富集在碳代谢、乙醛酸和二羧酸代谢、次生代谢物的生物合成、丙酮酸代谢、新陈代谢等途径。通过与已报道的黄萎病抗性材料的研究结果进行对比分析发现,M239在响应大丽轮枝菌的侵染过程中,参与防御响应的蛋白数量和代谢通路较少,未能形成有效的防御网络,最终表现为感病。

旨为揭示不同品种以及不同器官中内生菌的多样性特征,初步明确内生菌群落结构与宿主品种、器官类型及病害抗感特性的相关性。选取抗赤霉病的冀谷22、红谷、陇谷11号和感赤霉病的小青谷、石榴子、嫩选16号共6个谷子品种,取其根、茎、叶片、叶鞘、成熟谷穗,提取DNA,针对16S rDNA V3—V4区域,进行PCR扩增,基于Miseq高通量测序平台,对样本进行微生物多样性分析。感病品种与抗病品种内生菌物种组成具有明显差异。供试样本在门水平上的优势种群为变形菌门和放线菌门,其次是拟杆菌门和厚壁菌门,粘菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门和梭杆菌门相对丰度较低。Alpha多样性分析表明,抗病品种的叶片、成熟谷穗群落丰富度较高,叶片、根、成熟谷穗多样性较高;而感病品种则是根和茎群落丰富度较高,茎和叶鞘多样性相对较高;PCoA分析则表明,器官类型比品种对内生菌群落结构影响更大。物种组成分析表明,谷子内生菌群的多样性受到不同品种及不同器官的影响,不同器官所含内生菌种类相差较大。感病品种小青谷、石榴子和嫩选16与抗病品种冀谷22、红谷和陇谷11的内生菌群多样性差异较大,抗病品种在叶鞘时期都具有NB1-j菌门,成熟谷穗都具有酸杆菌门。明确了不同品种、不同器官对谷子内生菌的多样性及群落结构的影响,器官类型比品种对内生菌群落结构的影响更大。

为了探究lncRNA2099对猪前脂肪细胞增殖分化的影响,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术检测lncRNA2099在猪心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、背肌和背脂及离体培养的前体脂肪细胞增殖和分化阶段的表达水平;利用核质分离技术确定lncRNA2099在脂肪细胞中的表达位置;构建真核表达载体pcDNA3.1-lncRNA2099,采用qRT-PCR技术检测在脂肪细胞内过表达该lncRNA后对脂肪细胞增殖、分化相关标志基因表达的影响。结果显示:lncRNA2099存在明显组织表达特异性,且在肾脏和背脂中高表达,在背肌中不表达;lncRNA2099在猪前脂肪细胞增殖阶段12 h表达量最高,随后逐渐降低。在分化阶段第2 天表达量最高,随后逐渐降低。核质定位结果表明,lncRNA2099在细胞核与细胞质中均有表达;在脂肪细胞内过表达lncRNA2099后,增殖标志基因P21与成脂分化标志基因LPL表达量极显著升高。lncRNA2099可能作为转录调节因子抑制猪前脂肪细胞增殖、促进成脂分化。

旨在通过对布莱凯特黑牛大小睾丸转录组数据进行分析,挖掘影响睾丸生殖功能的关键候选基因,探究睾丸大小对牛生殖功能维持的分子机制。采集12月龄布莱凯特黑牛睾丸,根据质量、长径和短径将其分为2组(大小睾丸组各3头)进行高通量转录组测序;以|log₂(Fold Change)|≥1且P-value≤0.01为阈值筛选差异基因,对差异基因进行GO和KEGG功能富集分析,筛选出影响睾丸生殖功能的关键基因;对其进行CDS区克隆测序,并运用qRT-PCR、Western Blot、免疫组化等方法进行进一步研究。结果显示,差异表达基因共353个,其中114个基因在小睾丸中表达上调,239个基因表达下调。GO功能注释表明,差异基因参与代谢、发育、生殖等过程;KEGG富集分析显示,差异基因主要富集在Wnt信号传导、PI3K-Akt信号通路等与睾丸生殖功能相关的途径。最终筛选出睾丸生殖功能基因CCN4进行进一步研究。qRT-PCR和Western Blot结果显示,CCN4基因和蛋白在大睾丸中表达量显著低于小睾丸。免疫组化结果显示,CCN4蛋白主要在精细胞外的区域(特别是支持细胞)中表达,且大睾丸中的相对表达量显著低于小睾丸,推测其高表达会抑制支持细胞发育,从而影响睾丸生殖功能。综上,研究结果可为深入开展牛睾丸大小对生殖功能影响的分子机制研究提供基础资料。

旨在探索不同浓度玉米赤霉烯酮(ZEN)对奶牛乳腺上皮细胞(MAC-T)生长和乳脂合成相关基因表达的影响。首先,用不同剂量ZEN处理MAC-T细胞36 h,血细胞计数板统计细胞数量,染色并分析细胞凋亡与坏死情况,筛选ZEN添加的合适剂量;接着,试剂盒检测ZEN对MAC-T细胞中活性氧(ROS)以及线粒体膜电位的影响;最后,利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术,分析ZEN对MAC-T细胞增殖、凋亡、氧化应激和乳脂合成相关基因表达的影响。结果表明,低剂量ZEN(0.01~1.00 μmol/L)有促进MAC-T生长的趋势,而高剂量ZEN(5.00~10.00 μmol/L)显著降低MAC-T细胞数量;0.10 μmol/L ZEN对MAC-T中ROS和线粒体数量无明显影响,但10.00 μmol/L ZEN显著增加了MAC-T中ROS水平,降低了线粒体数量;RT-qPCR结果表明,0.10 μmol/L ZEN显著促进增殖基因(CDK1、CCND2)、抗氧化基因(DHODH、GPX4)和抗凋亡基因(BCL-2)表达,但同时提高了凋亡基因(CAS-3、BAX)表达量;10.00 μmol/L ZEN显著抑制增殖基因(PCNA、CDK1、CCND2)、抗氧化基因(DHODH、GPX4、AIFM2)和抗凋亡基因(BCL-2)表达,但显著促进凋亡基因(CAS-3、BAX)表达;值得注意的是,0.10 μmol/L ZEN显著促进了乳脂合成相关基因(PPARγ、FASN、JAK-2),但10.00 μmol/L ZEN显著抑制了这些基因表达。上述结果提示,不同浓度ZEN对MAC-T细胞的作用存在差异:0.10 μmol/L ZEN可以促进MAC-T细胞生长和乳脂合成相关基因表达的同时,也会诱导凋亡基因表达;10.00 μmol/L ZEN会诱导MAC-T细胞氧化应激、降低线粒体数量,抑制增殖、抗氧化、抗凋亡和乳脂合成相关基因表达,同时促进凋亡基因表达,导致细胞死亡。

杜泊羊的毛囊具有周期性生长发育的特点,一般分为生长期、退行期、休止期3个时期。旨在探索经前期研究筛选出的与毛囊生长期和休止期相关的关键lncRNAs作为ceRNA的调控机制。选用饲养条件相同、体质量体尺相近,年龄大约2周岁的具有极端脱毛表型的杜泊母羊(S组)和不脱毛杜泊母羊(N组)各10只作为试验对象,经表型观测选择其中表型最好的5只脱毛羊与3只不脱毛羊用于转录组测序。通过靶向预测、表达模式分析以及GO和KEGG富集分析等生物信息学分析方法构建关键lncRNAs的ceRNA调控网络,进一步研究关键lncRNAs的调控机制。经lncRNA-miRNA及miRNA-mRNA靶向预测分析共筛选到262个mRNAs,其中有135个与相应lncRNAs表达模式一致(19个A模式(Anagen,生长期高表达),116个T模式(Telogen,休止期高表达))。将这135个mRNAs进行GO和KEGG富集分析发现,一些与毛囊发育相关的基因,如CTNNB1、FGF22、FGF5、FZD3、JAK3、Lpar6、NGFR、PAK1、EIF4E及Wnt10b富集于与毛囊发育相关的Rap1、MAPK、Wnt、PI3K-Akt、Ras、mTOR、Jak-STAT及Hippo等信号通路中。最终构建了由10个lncRNAs、11个miRNAs及10个mRNAs组成的ceRNA调控网络。对随机挑选的几个差异表达lncRNAs和差异表达基因进行qRT-PCR验证,结果显示与转录组测序结果表达趋势基本一致,说明测序结果可靠。研究获得的这10个lncRNAs与其靶向调控的miRNAs及mRNAs可作为绵羊毛囊发育的重点研究对象。

旨在从基因水平分析LncRNA对公母滩羊肌肉发育的影响,因肌肉的生长发育是养殖业经济效益的重要指标,而骨骼肌的发育与产肉性能显著相关。为初步揭示影响肌肉发育差异的分子机理,从而进行转录组测序分析,筛选与绵羊肌肉发育相关的LncRNA。通过对公母滩羊各3 头(8月龄)的背最长肌组织进行全转录组测序(RNA-seq)和分析,从而筛选出可能与滩羊肌肉发育相关的LncRNA。结果显示:鉴定到的8 513个LncRNAs中共筛选出45个组间差异表达LncRNAs,其中18个上调,27个下调。预测DELncRNA的co_location靶基因并进行GO功能富集分析结果显示:靶基因显著富集在268个GO条目中,其中有促生长激素分泌细胞分化、典型的Wnt受体信号通路参与对细胞凋亡过程的负向调节、对生长激素分泌的正向调节、cAMP介导的信号传递等条目;KEGG通路富集分析结果表明,DEGs富集在AMPK、NF-KB、PI3K-AKT、MAPK、cAMP、FOXO等信号通路,进一步筛选出TCONS_00017263、TCONS_00147966、TCONS_00163484、TCONS_00079802、TCONS_00079803这5个可能参与肌肉发育相关的LncRNA。对随机挑选的6个DELs进行实时荧光定量PCR验证,其结果的表达趋势与转录组测序结果趋势一致,进一步验证了测序结果的准确性。研究获得的这些DELncRNA可能造成了滩羊公母肌肉生长发育上的差异,同时这些相关LncRNA为调控肌肉发育提供了更多信息,并为今后宁夏地区不同性别滩羊肉用性能的分子育种提供了科学依据。

花斑裸鲤是黄河上游重要的冷水性土著鱼类,其生长、发育缓慢,性成熟又较晚,故多年来其种群一直呈下降趋势。MSTN(肌肉生长抑制素)是一种对肌肉生长具有负调控作用的因子,通过克隆花斑裸鲤MSTN-1基因并检测其表达特性,为花斑裸鲤生长缓慢的分子调控机理提供基础资料。采用PCR、5'-RACE和3'-RACE法获得花斑裸鲤MSTN-1基因全长cDNA序列,采用qPCR检测MSTN-1基因在花斑裸鲤不同组织的表达特征和在不同鲤科鱼类肌肉组织中的差异性表达。花斑裸鲤MSTN-1基因的cDNA序列全长为2 190 bp,其中ORF长1 128 bp,5'UTR长96 bp,3'UTR长966 bp,共编码375个氨基酸。该蛋白是带有一个信号肽、无跨膜结构的不稳定亲水性分泌蛋白,主要分布在细胞核、线粒体和细胞质中。MSTN-1蛋白质二级结构以无规卷曲为主,存在2个TGF-β结构域:即TGF-β前肽区域(37—268 aa)和TGF-β功能区域(281—375 aa),有1个蛋白酶水解位点RIRR和9个位于TGF-β功能区域保守的半胱氨酸残基。氨基酸序列同源性分析表明,花斑裸鲤MSTN-1氨基酸序列与其他鲤科鱼类MSTN-1具有较高的相似性,而与禽类和哺乳动物的相似性较低。系统发育分析显示,花斑裸鲤MSTN-1与其他鲤科鱼类聚于同一进化支。qPCR检测结果表明,MSTN-1在花斑裸鲤的脑、肌肉、鳃、心、肝脏和肾脏组织中均有表达,但在脑和肌肉组织中表达量较高。该基因在不同鲤科鱼类肌肉组织中均有表达,在青海湖裸鲤肌肉组织中的表达量最高,其次在花斑裸鲤和黄河鲤鱼肌肉组织中。通过克隆获得花斑裸鲤MSTN-1基因cDNA序列,进行生物信息学分析和qPCR检测,MSTN-1在这几种土著鱼类肌肉组织中的特征性表达差异有助于进一步了解高原鱼类生长缓慢的分子机理。