生长素响应因子(ARF)是一类具有B3结构域的转录因子,是调节生长素应答反应、控制基因表达的直接分子。前期通过分析转录组数据,在玉米中筛选到1个编码ARF蛋白并积极参与干旱-复水胁迫响应的基因ZmARF10。为进一步研究该基因调控玉米抗旱性的分子机制及抗旱分子育种提供新的思路,首先通过系列生物信息学分析软件对该基因进行生物信息学分析,之后利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测ZmARF10在玉米不同组织中的表达模式,分析在高温、干旱、高盐、ABA胁迫和解除胁迫处理下的表达情况,以及在不同玉米自交系间的表达差异,最后利用CRISPR/Cas9技术分析ZmARF10的功能。结果表明,ZmARF10位于玉米的第3号染色体,编码区全长2 127 bp,编码708个氨基酸,具有典型的B3结构域;该基因ATG上游2 kb区域内含有茉莉酸甲酯、生长素、脱落酸、低温响应等应答元件;系统发育树显示,ZmARF10基因编码的蛋白质与高粱同源蛋白的亲缘关系最近。qRT-PCR结果表明,ZmARF10是组成型表达基因,在玉米成熟根中的表达量最高;在高温、干旱、高盐以及ABA 等4种胁迫处理下,ZmARF10基因的表达量均显著上调,干旱胁迫后上调倍数最高达8.2倍;干旱胁迫后,ZmARF10基因在抗旱自交系郑36中的表达量上升幅度显著高于干旱敏感自交系B73。观察拟南芥野生型与ARF10缺失型突变体发现,与野生型相比,干旱条件下突变体植株出现叶片萎蔫甚至干死的现象,根系发生卷曲,根系分支数减少,侧根生长发育受阻;测定生理生化指标发现,干旱胁迫后缺失型突变体的相对含水量、叶绿素含量、净光合速率显著低于野生型植株,说明敲除ARF10基因后拟南芥抗旱能力下降。

光周期是影响植物抽薹开花最重要的环境因子之一,光周期信号通过植物的光敏色素蛋白调控植物的抽薹开花,其中PHYB介导的信号网络对植物抽薹开花有重要的抑制作用。前期研究发现,大白菜耐抽薹材料06-247与易抽薹材料He102的PHYB基因启动子存在大片段插入/缺失差异,为了进一步研究启动子突变对PHYB及其下游途径关键基因的影响,以耐抽臺材料06-247与极易抽臺材料He102为试验材料,采用生物信息法分析了大白菜基因组中光敏色素基因的冗余特点,发现大白菜基因组包含6个光敏色素基因,其中PHYA有2个拷贝,PHYB、PHYC、PHYD和PHYE都仅有1个拷贝。进一步通过氨基酸序列比对筛选出了PHYB的特异序列、设计了抗原决定簇并制备了抗大白菜PHYB的特异抗体,采用荧光定量RT-PCR技术和Western Blot技术研究了06-247与He102中PHYB的相对含量,同时比较了PHYB下游光周期通路关键调控基因CCA1、FLC、CO和FT的动态变化。结果表明:启动子突变造成PHYB在06-247中表达水平显著升高并进而造成PHYB蛋白水平显著升高,同时下游调控基因CCA1、FLC、CO和FT均在06-247中高水平表达,这对06-247的耐抽薹特性有重要影响。

为了研究谷子基因组中SSR的分布偏好,采用生物信息学方法搜索和分析了谷子基因组中SSR在基因座5'侧翼区、3'侧翼区、外显子区和内含子区的分布规律。结果发现,随着5'侧翼区与起始密码子间距离的增加,SSR在5'侧翼区的频率与其基因组频率的比值(相对频率)逐渐下降,在1~700 bp区域内相对频率远大于1.50,而在3'侧翼区、外显子区和内含子区中SSR的相对频率均接近1.00。进一步分析发现,随着5'侧翼区与起始密码子间距离的增加,不同单一SSR类型的相对频率的变化趋势各不相同,总体上,包括CCG、AG、AGG、AGGG、ACC和AGC在内的这6个SSR类型在5'侧翼区的频率和相对频率均较高,其中,AG在5'侧翼区相对频率大于1.5的区域最大(1~1 800 bp),而在CCG的区域最小(1~200 bp)。在外显子区,CCG、AGG、AGC、ACG和ACC这5个高C/G含量的三碱基SSR类型具有较高的频率和相对频率。综上,SSR在基因座5'侧翼区1~700 bp内特异性出现,其中,包括CCG、AG、AGG、AGGG、ACC和AGC在内的6个SSR类型为主要的特异性分布类型;而在基因座3'侧翼区、外显子区和内含子区中,SSR的分布与整个基因组无明显差别,但在外显子区,CCG、AGG、AGC、ACG和ACC这5个SSR类型具有明显的分布特异性。

叶色突变体是研究C4光合途径及叶绿素代谢机制的理想材料。为了研究谷子黄绿叶突变的分子机制,为黄绿叶基因的功能研究及叶绿素代谢的分子机制解析奠定基础,在长农35号甲基磺酸乙酯(EMS)突变体库中鉴定到1份可稳定遗传的谷子黄绿叶突变体ygl7,并对突变体及野生型进行农艺性状调查、光合色素含量及光合参数测定、叶绿体超微结构观察;同时对突变体叶色进行遗传分析,采用BSA法进行基因初定位,利用F₂群体进行精细定位,并根据功能注释结合RNA-Seq预测候选基因。采用qRT-PCR进行表达模式分析,采用酵母双杂交试验进行蛋白互作验证。结果表明,与野生型相比,ygl7苗期、拔节期叶片呈明显黄绿色,抽穗期逐步转为浅绿色,ygl7整个生育期叶绿素含量及光合速率都显著低于野生型,且叶绿体结构出现异常。遗传分析表明,ygl7黄绿叶表型由1对隐性单基因控制,基因精细定位将黄绿叶基因定位于第Ⅶ染色体434.9 kb区间内,候选基因分析预测编码原卟啉Ⅸ镁鳌合酶Ⅰ亚基的Seita.7G290300为调控黄绿叶的候选基因。qRT-PCR结果显示,Seita.7G290300在叶片中高表达,且在突变体中的表达量低于野生型;叶绿素合成途径(CHLD、CHLI)和光系统(LHCB1、LHCB6)相关基因在突变体中均下调表达。酵母双杂交试验表明,SiYGL7与MORF2存在互作。

为了改良桃农1B和桃农1A的苗瘟抗性,以携带广谱持久抗稻瘟病基因Pigm的中国地方水稻品种谷梅4号为供体亲本,先后以三系保持系桃农1B及其不育系桃农1A为受体亲本,利用与Pigm紧密连锁共显性DNA标记T9E3开展辅助选择育种。T9E3在桃农1B或桃农1A基因组中的PCR扩增条带约为2 000 bp,而对谷梅4号基因组的扩增产物大小为926 bp,多态性稳定;采用来自国内外不同稻区的32份稻瘟菌菌株室内接种苗瘟,桃农1B和桃农1A抗性频率均为9.38%,谷梅4号与改良系抗性频率均为90.63%;田间天然病圃鉴定桃农1B和桃农1A苗瘟8级,而改良系和供体亲本谷梅4号苗瘟均为0级。通过T9E3辅助选择、田间病圃筛选和室内接种鉴定,初步获得了3份高抗稻瘟病的改良不育系(桃农1A-Pigm-1─桃农1A-Pigm-3)及其保持系(桃农1B-Pigm-1─桃农1B-Pigm-3),进一步通过不育特性、农艺性状与产量结构调查分析,从中遴选出1个高抗稻瘟病、不育性稳定、包颈率低、农艺产量性状优良的优异不育系桃农1A-Pigm-2及其配套保持系桃农1B-Pigm-2。桃农1A-Pigm-2不育度和不育株率均为100%,典败花粉约占60%、圆败花粉约占40%,柱头外露率高达71.1%,包颈粒率仅为33.6%;桃农1B-Pigm-2播始历期为69 d,株高76.2 cm,主穗穗长28.1 cm,单株有效穗数15.8穗,单穗总颖花数115.3个,千粒质量27.7 g。实现了桃农1A和桃农1B苗瘟抗性及其他性状的综合改良,为三系杂交水稻育种应用创制了新的亲本材料。

为通过电子克隆得到灵芝LaeA基因序列,分析其基因序列信息,并初步探究其调控功能。采用电子克隆的方法,以已知桔青霉的LaeA蛋白序列为模板,在灵芝的EST数据库中进行序列相似性搜索比对(Blast),经序列拼接、序列验证和序列延伸等电子克隆方法获得灵芝LaeA基因的cDNA序列;采用生物信息学软件对LaeA基因编码蛋白质的基本理化性质、疏水性/亲水性、亚细胞定位、信号肽、二级结构、三级结构及进化关系等方面进行了预测和分析。结果表明,LaeA基因全长1 134 bp,编码378个氨基酸,蛋白分子质量为42.895 3 ku,存在于细胞质中,是亲水性蛋白;LaeA蛋白结构主要由47.88%无规则卷曲、33.33%α-螺旋和18.78%延伸链组成,有S-腺苷甲硫氨酸结合位点,属于AdoMet_MTases超家族蛋白;系统进化分析结果显示,LaeA蛋白与云芝、污叉丝孔菌等白腐担子菌类的亲缘关系较为亲近;qRT-PCR结果表明,LaeA基因在灵芝细胞液体静置培养过程中的表达量显著高于振荡培养方式。推测LaeA蛋白作为1种甲基转移酶蛋白,通过参与组蛋白的甲基化修饰,进而影响基因簇的表达水平。

为研究芍药PlSPL1(SPL)基因的性质和功能,进一步阐明PlSPL1基因在不同物种中的共性与特征差异,探明PlSPL1在芍药茎秆挺直程度中的作用。以芍药红峰茎秆为材料,采用RACE技术获得了芍药PlSPL1基因全长序列,利用生物信息学软件分析预测PlSPL1的结构、理化性质和亲缘关系,随后利用qRT-PCR技术分析PlSPL1在芍药茎秆不同发育时期的表达量,并通过激光共聚焦扫描显微技术进行了蛋白质亚细胞定位分析。结果表明:PlSPL1基因开放阅读框为3 000 bp,编码999个氨基酸。蛋白分子式为C₄₈₆₉H₇₆₈₂N₁₄₀₆O₁₄₉₇S₄₃,分子量为111.25 ku,理论等电点为6.26,编码亲水性不稳定酸性蛋白,磷酸化修饰以丝氨酸为主,无信号肽,有跨膜结构,二级结构主要由无规则卷曲组成。系统进化树分析发现,PlSPL1蛋白与牡丹的亲缘关系最近,其次和葡萄有较近的亲缘关系;蛋白序列比对分析发现,PlSPL1蛋白具有SPL转录因子家族特有的SBP保守结构域。相对表达量分析发现,PlSPL1随着茎秆发育逐渐呈现下降趋势,表明PlSPL1负向调控芍药茎秆发育,推测其可能在茎秆挺直程度方面起重要作用;亚细胞定位显示,PlSPL1蛋白定位在细胞核中。上述结果表明,PlSPL1参与芍药茎秆发育过程。

为了明晰球茎甘蓝MYB62转录因子的序列特征及其在逆境胁迫后的表达特征,进一步探索球茎甘蓝MYB62转录因子的生物学功能,为后续MYB62转录因子功能鉴定提供理论依据,以球茎甘蓝为研究对象,采用同源克隆的方法获得球茎甘蓝MYB62转录因子基因,并对其进行生物信息学分析,通过实时荧光定量PCR的方法分析MYB62在球茎甘蓝不同组织间以及逆境胁迫后的表达特征。基因克隆结果表明,BocMYB62基因gDNA全长1 353 bp,CDS为837 bp,包括4个外显子和3个内含子,编码278个氨基酸。序列结构分析结果显示,BocMYB62为亲水性蛋白,具有2个SANT-MYB结构域,属于R2R3-MYB型MYB转录因子;空间结构预测显示其具有典型的α-螺旋结构;系统发育分析表明,BocMYB62与甘蓝型油菜MYB62亲缘关系最近。时空表达结果显示,BocMYB62在绿色球茎甘蓝中的表达量始终高于在紫色球茎甘蓝中,且存在明显的组织特异性,在干旱胁迫后BocMYB62表达量显著升高,胁迫12 h表达量最高,低温胁迫后BocMYB62表达量显著低于对照,在4 ℃低温胁迫时表达量最低,推断BocMYB62可能参与花青素生物合成调控,并可能参与逆境胁迫的调控作用。

SAUR基因的生物信息学分析旨在揭示其结构、功能和进化关系,同时通过亚细胞定位,了解其在细胞中的位置,从而推断其生物学功能。这样分析有助于深入理解该基因在生物体内的作用机制和潜在应用,为调控防风种子萌发,缩短种子休眠时间和防风绿色栽培种植及育种提供重要理论和实践意义。研究进行了生物信息学分析,从防风克隆到2个基因SdSAUR32和SdSAUR23,分析这2个基因在防风种子不同休眠阶段的表现和亚细胞定位,以探究其生物学特征和功能。结果表明,SdSAUR32蛋白分子质量约为14.48 ku(pI为6.45),SdSAUR23蛋白分子质量约为10.29 ku(pI为8.00),均为亲水性蛋白;分析保守结构域的SdSAURs基因编码蛋白发现,SdSAUR32 和 SdSAUR23 的保守结构域相同,都属于由生长素诱导的超家族成员;进化分析表明,SdSAUR32和SdSAUR23基因编码蛋白均与胡萝卜的亲缘关系最近。亚细胞定位结果表明,防风SdSAUR32和SdSAUR23均定位于细胞核;防风种子的不同时期都有SdSAUR32和SdSAUR23的表达,但芽期的表达量显著高于休眠期和解除眠期,因此,推测SdSAUR32和SdSAUR23 可能在萌发和生长过程中起着重要作用。

为了研究玉米茎秆性状与茎秆弹性和耐密性形成的相关性,进一步揭示植株抗倒伏机理,选用6个抗倒性不同的玉米品种为材料,设置了6.0万,7.5万,9.0万株/hm² 共3个种植密度,以田间茎秆拉倒角度为弹性评价指标,与植株和基部节间的形态特征,节间的解剖结构、物质积累量和力学特征进行相关性分析。结果表明,玉米株高、穗位高、基部节间长、粗、表皮厚度、硬皮组织厚度、维管束总数、小维管束鞘面积、单位长度鲜质量、干质量和各组分含量、穿刺和压折强度对茎秆拉倒角度有显著或极显著的影响,其中节间粗(r=0.521^**)和单位长度干质量(r=0.562^**)的影响最大。种植密度越大,节间粗、硬皮组织厚度、维管束总数、单位长度鲜质量、干质量、各组分含量、穿刺和压折强度越小或越少,茎秆的弹性越差,抗倒性越弱。不同品种间的茎秆性状存在显著差异,粒收1、创玉107、京农科728和MC278与弹性相关的性状优于其他品种,且随着密度的增大变幅较小,故茎秆弹性和耐密性较强。节间粗和单位长度干质量等性状对拉倒角度即有显著影响,增密后这些性状的变幅决定了茎秆的耐密性。

为了探讨干旱和品种对小麦灌浆期旗叶下午净光合速率(Pn)、光合关键酶活性和产量的影响,2019—2021年度在池栽全生育期遮雨条件下设置包括重度(W1)、中度(W2)、轻度(W3)干旱和适墒(W4)的4个水分处理,在灌浆前期、中期的14:00—16:00测定了强抗旱性品种晋麦47(JM47)和弱抗旱性品种偃展4110(YZ4110)的旗叶Pn、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)、Rubisco活化酶(RCA)、ATP合成酶(ATPase)、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)和丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)活性以及成熟期的产量。结果表明,干旱使小麦灌浆期旗叶下午Pn、多数光合酶活性以及产量降低,总体表现为干旱胁迫程度越大,上述指标的降幅也越大,但其影响效应存在品种和年际差异。W1、W2和W3与W4相比,旗叶下午Pn,JM47分别降低33.6%~40.6%,12.0%~30.5%和5.0%~13.5%,YZ4110分别降低44.0%~52.0%,22.5%~38.1%和11.5%~20.5%;旗叶下午Rubisco活性,JM47灌浆前期降低、灌浆中期增加,而YZ4110分别降低13.3%~25.6%,7.1%~14.0%和11.2%~11.6%;旗叶下午RCA活性,灌浆前期多显著降低,灌浆中期JM47在W2和W3下增加,而 YZ4110在W1和W2下降低;旗叶下午ATPase活性,JM47在W1下降低、W3下提高,而YZ4110分别降低19.3%~48.7%,7.2%~24.2%和0.1%~8.9%。不同水分处理的旗叶下午PEPC活性因生长季和品种而异,但W1与W4相比,JM47和YZ4110的旗叶下午PPDK活性分别降低12.4%~18.8%和16.7%~18.2%。与YZ4110相比,JM47旗叶下午Pn和光合酶活性在适墒下多无显著差异,但干旱下多表现为升高。相关性分析结果表明,产量、旗叶下午Pn与灌浆期旗叶下午ATPase活性和灌浆前期旗叶下午PEPC活性呈极显著正相关,因而在灌浆期下午保持较高的旗叶ATPase和PEPC活性有利于提高小麦旗叶下午Pn和籽粒产量。

果实发育是决定葡萄产量和质量的关键时期,WRKY家族转录因子在调节植物生长发育和环境适应过程中发挥重要作用。乙烯是调控果实发育的重要植物激素,ACC合成酶是调节乙烯合成的关键酶。为研究葡萄WRKY家族转录因子VvWRKY13在果实发育过程中的作用及其与乙烯之间的作用关系,以葡萄品种左优红、VvWRKY13过表达葡萄愈伤组织以及转VvWRKY13番茄株系为材料,利用植物生理生化方法及分子生物学技术进行研究。结果表明,在葡萄果实发育早期VvWRKY13、ACC合成酶基因VvACS2和VvACS7表达量均显著上调;VvWRKY13过表达葡萄愈伤组织中VvACS7表达量显著高于对照,VvACS2与对照差异不显著;酵母单杂交试验证明,VvWRKY13可与VvACS7启动子直接结合,与VvACS2无直接作用。同时,异源过表达VvWRKY13番茄中乙烯含量与合成酶基因ACS家族一些成员,如 SlACS1b、SlACS4和SlACS6,表达量显著高于野生型,番茄开花—果实转色的时间比野生型缩短3~6 d。以上结果表明,VvWRKY13能够通过促进ACC合成酶基因表达调控乙烯合成,进而促进果实发育。

以Francis背景下通过CRISPR/Cas9技术获得的敲除突变体ossaur55-1、ossaur55-2为对象,研究其是否影响水稻株型、叶色、单株穗质量、结实率等农艺性状的变化,探究基因OsSAUR55是否通过参与GA途径调控水稻株型,为相关激素途径调控水稻株型提供理论依据。调查野生型(WT)与敲除突变体成株期的主要农艺性状,包括株高、穗长、单株穗质量、十粒长、十粒宽、剑叶长、剑叶宽等;利用叶绿素计和光合速率测定仪测定野生型和突变体齐穗期剑叶的叶绿素含量和净光合速率;通过实时荧光定量PCR技术(qPCR)测定基因OsSAUR55在水稻种子萌发的不同时间点和不同组织中的表达情况;通过原核表达法观察蛋白OsSAUR55的亚细胞定位情况;采用液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)测定野生型和突变体的内源激素(GA和IAA)含量;进一步分析GA途径相关基因的表达情况。结果显示,在成株期,突变体ossaur55-1和ossaur55-2都有显著的表型变化,其中突变体的株高比野生型明显变矮、叶色更绿、叶绿素含量增加、光合作用效率降低、结实率降低、千粒质量降低、单株穗质量降低;定量结果显示,OsSAUR55在胚芽中表达量最高,在剑叶中基本不表达;共聚焦结果显示,OsSAUR55可能定位于细胞膜和细胞核;激素检测结果表明,突变体内源激素GA₄的含量显著降低;基因的表达量分析发现,突变体中GA合成途径中基因KAO、GA13ox1、GA20ox1、KO1的表达量显著高于野生型,GA代谢途径中GA2ox5、GA2ox8、GA2ox9的表达量也显著高于野生型。初步推测,敲除基因OsSAUR55导致内源GA₄含量降低,可能通过GA途径调控水稻株型,进而影响水稻产量。

为探明外源褪黑素(MT)对大豆幼苗耐盐性的调节作用,筛选出不同盐胁迫下适宜的施用浓度。以大豆品种田友-2986为试验材料,设置3个盐浓度(低盐S₃:3 g/L、中盐S₅:5 g/L、高盐S₇:7 g/L )和6个MT浓度(M₀:0 μmol/L、M₁:25 μmol/L、M₂:50 μmol/L、M₃:75 μmol/L、M₄:100 μmol/L、M₅:150 μmol/L ),分析了大豆幼苗形态参数、生物量、抗氧化酶活性及渗透调节物质含量。随着盐胁迫程度的增大,大豆幼苗的根系形态参数、生物量、根冠比、抗氧化酶活性和渗透调节物质含量降低,丙二醛含量增加。低盐(S₃)和中盐(S₅)胁迫下,外施50 μmol/L MT大豆根系总长度、侧根数、SOD和POD较不施加分别提高了52.30%,19.98%,74.10%,40.03%(低盐)和68.52%,19.24%,81.72%,37.42%(中盐);高盐(S7)胁迫下,外施75 μmol/L MT分别提高了71.17%,19.11%,80.79%和27.01%。盐胁迫下,外源25~100 μmol/L 的MT不同程度上促进了大豆幼苗生长,提高耐盐性。隶属函数综合评价表明,在低、中盐胁迫下,50 μmol/L MT的缓解盐害效果最好;高盐胁迫下,MT这一适宜浓度在75 μmol/L。MT缓解大豆幼苗盐害主要在于它提高抗氧化酶活性和渗透调节物质含量,降低了丙二醛含量,从而缓解了盐胁迫下大豆的氧化胁迫和渗透胁迫。

为明晰缓释氮肥不同施用量下玉米光合日变化特征及生长发育规律,利用光响应曲线拟合,以期为农牧交错区春玉米丰产栽培和氮肥高效利用提供理论依据。以广德5号为研究对象,在2018年长期定位试验基础上,于2019,2020年分别测定分析了玉米抽雄—吐丝期穗位叶在N 0(N0,CK),120(N8),180(N12),240 (N16),300(N20),360(N24) kg/hm² 6个氮肥梯度下的SPAD值、胞间二氧化碳浓度、气孔导度、净光合速率、蒸腾速率日变化、光响应曲线及干物质积累规律。2 a结果表明,随着氮肥施用量的增加,玉米穗位叶SPAD值和净光合速率、蒸腾速率、气孔导度日变化呈先增加后降低的趋势,均以N16处理最高,且胞间二氧化碳浓度最低。净光合速率、蒸腾速率、气孔导度日变化均呈单峰曲线变化趋势。光响应曲线拟合分析得出,N16处理的最大净光合速率最高,2019,2020年N16处理分别比N0、N8、N12、N20、N24处理提高37.48%,29.51%,31.85%,18.17%,37.32%和80.04%,59.73%,50.30%,6.42%,62.51%。全株干物质及穗部干物质积累与最大净光合速率、SPAD值呈极显著正相关。综合分析得出,内蒙古西部地区最适宜的氮肥施用量为240 kg/hm²。

为了探究晋南复播区冬小麦—夏油葵一年两熟种植模式下,施用氮磷钾肥对油用向日葵(油葵)产量及各养分利用效率的影响,于2019—2021年,在临汾市以临葵4号为材料开展田间小区肥料试验,设置氮磷钾(NPK)、无氮(PK)、无磷(NK)、无钾(NP)4个施肥处理,分析不同施肥处理对N、P、K肥的产量反应、农学效率及肥料利用率等的影响。结果表明,NPK处理油葵 3 a 平均产量为3 634 kg/hm²(3 502~3 818 kg/hm²),较PK、NK、NP处理分别增产19.6%,12.1%和13.7%,其中PK处理产量最低。N、P、K的产量反应分别为588.8(481.0~704.7 kg/hm²),391.8(296.0~488.7 kg/hm²),438.2 kg/hm²(329.3~629.7 kg/hm²);农学效率分别为3.8(2.8~4.9 kg/kg),3.1(2.1~4.1 kg/kg),2.9 kg/kg(2.2~4.2 kg/kg);氮、磷、钾素的地上部积累量分别为174.4(172.5~176.8 kg/hm²),60.0(58.3~61.8 kg/hm²),241.1 kg/hm²(236.2~246.8 kg/hm²);氮、磷、钾肥的养分利用率分别为36.3%(36.0%~36.7%),15.7%(15.3%~16.2%)和47.1%(46.0%~47.9%),其中,钾>氮>磷。因此,施用氮磷钾肥可显著增加油葵产量,且显著提高植株地上部养分的积累;在氮、磷、钾等3种大量元素肥料中,施用氮肥增产最多,油葵地上部分对钾吸收量最多,利用率最高。因此,生产中既要注重氮、磷、钾合理配施,同时氮和钾还要以种肥+追肥的方式补充。

为了研究黄淮北部不同冬小麦品种(系)类型的产量与氮素利用、转运和积累的差异,在2021—2022年,2022—2023年分别对黄淮北部麦区29,26个供试冬小麦品种(系)的产量性状和氮素利用效率进行了调查和分析。通过聚类分析,将小麦分成高产型、中高产型、中产型和低产型4种类型。分别在开花期和成熟期对小麦的茎、叶、穗和籽粒(成熟期)进行氮含量测定,分析氮素利用特性相关参数与产量之间的关系。结果表明,2021—2023年高产型、中高产型、中产型和低产型品种(系)间的平均产量差异显著,其中,高产型品种的公顷穗数显著高于其他3种类型。在开花期,各器官的氮积累量和分配率大小表现为茎鞘>叶片>穗;在成熟期,各器官的氮积累量大小表现为籽粒>茎鞘>穗>叶片。不同品种小麦花后氮素积累量、花前氮素转运量及其对籽粒的贡献率均以高产型品种(系)较高,且花前氮素转运量及其对籽粒的贡献率大于花后氮素积累量及其对籽粒的贡献率。氮素利用效率、氮素收获指数、开花期氮素积累量和成熟期氮素积累量与小麦籽粒产量呈显著正相关。因此,可通过不同品种的氮素吸收转运规律及分配特点进行水肥管理,或者选育氮素利用效率高的小麦品种,以实现小麦高产、高效生产。

为探究RPM1在高粱抗病过程中的作用,以高粱抗黑穗病品种SX44B为材料,采用同源克隆法获得一个高粱SbRPM1基因。生物信息学分析结果显示:该基因的cDNA全长2 802 bp,预测共编码933个氨基酸。该基因编码蛋白的理论分子质量为106.1 ku,等电点为7.11,为亲水性蛋白质;该蛋白无跨膜结构,亚细胞定位在细胞质中。保守结构域分析显示,SbRPM1蛋白含有RX-CC-like、NB-ARC和LRR结构域,属于NLRs受体蛋白家族中的CNL类蛋白。系统发育关系分析表明,SbRPM1蛋白与南荻RPM1蛋白亲缘关系最近。通过实时荧光定量PCR技术检测SbRPM1基因的表达模式,结果表明,该基因在叶和花序中表达量较高,其次是根,在茎中表达量最低。在接种丝黑穗病原菌后24~72 h抗病品种中SbRPM1基因的表达显著上调,表明该基因受病原菌诱导表达,在高粱抗病反应中扮演着重要角色。首次在高粱中克隆得到SbRPM1基因CDS序列,解析了该基因的结构、性质与表达的特征。

为了探究铁离子对向日葵大丽轮枝菌生物学特性及致病力的影响,在培养基中外源添加铁离子后,对大丽轮枝菌的生长速度、产孢量、微菌核数量、粗毒素分泌量、细胞壁降解酶活性以及致病力进行了测定。结果表明,外源添加不同浓度的铁离子后,菌丝的生长速度和产孢量均呈现出递增趋势,相比对照,添加80 μmol/L的铁离子后大丽轮枝菌的生长速度最快,菌落直径为68.81 mm,增长率为21.40%;产孢量为2.58×10⁷个/mL,增长率为21.13%;微菌核数量也随着外源添加铁离子浓度的增加而增多,在培养5 d后,相比对照,其涨幅为51.53%;粗毒素分泌量在添加80 μmol/L的铁离子后,增幅近1倍;细胞壁裂解酶活性随着外源铁离子浓度的增加而增强,并在80 μmol/L时达到最强。此外,随着培养基中铁离子浓度的增加,大丽轮枝菌的致病力也相应增强,表现在当外源添加的铁离子浓度由0 μmol/L增加至80 μmol/L时,病情指数由35.00提高至62.20,增长率为77.71%。综上所述,外源添加铁离子不仅能够加速大丽轮枝菌的生长,促进产孢和微菌核的形成,还能够增强大丽轮枝菌的致病力。

为探究陆川猪骨骼肌生长发育过程中MyoD1基因所起作用,对陆川猪成肌细胞决定基因1(MyoD1)进行克隆,展开生物信息学分析,对其在陆川猪不同组织中的表达进行分析,以NCBI上已公布的野猪MyoD1基因序列为模板,进行特异性引物设计,克隆陆川猪MyoD1基因CDS区,并与NCBI已公布的野猪、牛、绵羊、人、小鼠、大鼠基因序列进行相似性比对,由此构建系统进化树,通过在线软件开展生物信息学分析,而后使用实时荧光定量PCR检测在陆川猪不同组织中MyoD1基因的相对表达量。陆川猪MyoD1基因CDS区全长960 bp,共编码319个氨基酸,碱基突变共存在5处,与野猪、牛、绵羊、人类、小鼠、大鼠的MyoD1基因CDS序列相似性分别为99.2%,93.0%,92.3%,90.0%,84.3%,84.0%,其中与野猪相似性最高,表明二者亲缘关系最为接近;陆川猪MyoD1基因原子总数为4 680,蛋白的分子质量为33.99 ku,分子式为C₁₄₅₇H₂₂₉₆N₄₄₂O₄₇₁S₁₄;不稳定系数为63.87,表明其缺乏稳定性;等电点为5.63,属于酸性蛋白;不存在跨膜结构,存在35处磷酸化位点及1处糖基化位点;蛋白二级结构以无规则卷曲为主,占比60.69%。陆川猪MyoD1基因在背最长肌中的表达量最高,且显著高于其他组织,表达量最低的组织为肾脏。陆川猪各组织中均有MyoD1基因表达,且主要在背最长肌中表达,由此推测,MyoD1基因在陆川猪肌肉生长发育过程中可能起到至关重要的作用。

旨在克隆麦洼牦牛MFSD4A基因序列并阐明其在不同组织中的表达模式,分析MFSD4A互作蛋白mRNA表达水平及其相关性,确定MFSD4A蛋白的亚细胞定位,为后续MFSD4A在牦牛睾丸生长发育调控研究中提供理论依据。以4头健康麦洼牦牛的心、肝、脾、肺、肾、肌肉、脂肪、臀肌、背部肌肉、睾丸、结肠组织作试验材料,用 RT-PCR技术克隆麦洼牦牛MFSD4A 基因CDS序列并对其进行生物信息学分析;利用RT-qPCR技术检测MFSD4A基因在心、肝、脾、肺、肾、臀肌、背部肌肉、脂肪、睾丸、淋巴等10个组织中的表达及与其互作蛋白的相关性;构建pEGFP-MFSD4A融合质粒转染牛肾细胞系(MDBK)探究MFSD4A蛋白的亚细胞定位情况。结果表明,麦洼牦牛MFSD4A基因 CDS 区全长为1 530 bp,编码509个氨基酸,理论等电点(pI)为8.66,具有12个跨膜结构域,属于碱性跨膜蛋白;RT-qPCR结果显示,MFSD4A mRMA在麦洼牦牛各组织中差异表达,且在睾丸组织中表达量最高,与MFSD9、CBY1、INHBA、UNC93A、SVOP、ID1在睾丸组织中的表达量呈极显著正相关,推测MFSD4A基因可能与牦牛睾丸的生长发育调控有关;构建 pEGFP-MFSD4A 融合质粒转染牛肾细胞(MDBK)后的荧光定位显示该蛋白主要定位于细胞核。

为探究干扰素刺激外切酶基因20(ISG20)在肉牛子宫内膜上皮细胞容受态形成中的表达及功能分析。采用RT-PCR结合测序技术获得肉牛ISG20基因的CDS区,利用生物信息学在线工具进行了ISG20基因及其所编码的蛋白质的序列分析,并利用qRT-PCR检测了ISG20基因及其相关基因在肉牛子宫内膜上皮细胞容受态形成中的表达量。结果显示,ISG20基因的CDS区长度为516 bp,可编码一条由176个氨基酸组成的无跨膜结构域且不稳定的碱性亲水性单体蛋白质。该蛋白质含有1个DEDD 核酸外切酶超家族结构域,与ISG15和MX2等10种蛋白质相互作用,主要在细胞质中发挥作用。此外,qRT-PCR结果表明,与对照组相比,ISG20基因及其相关的ISG15和MX2在孕酮(P4)联合干扰素-tau(IFN-τ)诱导的肉牛子宫内膜上皮细胞容受态形成中的表达量均显著上调。ISG20可能参与肉牛子宫内膜上皮细胞容受态的形成,并在早期妊娠等生物学过程中发挥作用。

为了研究牦牛DJ-1基因的结构及功能,为后续深入研究牦牛DJ-1基因的生物学功能提供了重要的理论依据。以美仁牦牛脂肪组织cDNA为模板,利用RT-PCR克隆牦牛DJ-1基因的编码区序列(CDS ),并且利用基因序列进行生物信息学分析,预测结构域及蛋白质理化性质等,再利用RT-qPCR技术进行组织表达分析。结果表明,美仁牦牛DJ-1基因的CDS区全长570 bp,共编码189个氨基酸;牦牛DJ-1结构域预测显示,在DJ-1氨基酸序列的29—168 位中有1个含有Pfam的PfpI结构域;通过对DJ-1蛋白结构和功能进行预测,结果显示,无跨膜结构且无信号肽区域,分子质量20.035 31 ku,原子总数2 870,理论等电点6.84,不稳定系数28.37,表示为稳定的蛋白质;脂肪系数101.11,总平均亲水系数-0.004,为亲水蛋白,共有11个磷酸化位点;同时,亚细胞定位预测结果表明,美仁牦牛DJ-1蛋白主要分布于细胞质和线粒体中,系统进化树表明,美仁牦牛与野牦牛和欧洲牛亲缘关系最近,与北极狐和宽吻海牛亲缘关系最远;RT-qPCR结果表明,在成年美仁牦牛的心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肌肉、脂肪和睾丸组织中均有所表达,在心脏组织和肌肉组织中表达水平最高,在肝脏和睾丸组织中表达水平最低。

旨在分析有角和无角欧拉羊群体RXFP2基因对犄角表型的调控作用及相关SNP分子标记,以期为欧拉羊的遗传改良、品种培育提供技术支持。通过采集青海省河南县健康成年欧拉羊母羊血液样品100份,其中有角、无角各50份,提取DNA,随机选取有角、无角样品各15份开展全基因组测序,随后采用多重PCR扩增全部血样验证RXFP2基因SNP。全基因组检测结果表明,包含RXFP2基因在内的欧拉羊10号染色体存在强选择信号,最强选择信号出现在RXFP2基因区段;多重PCR检测验证了全基因组重测序筛查到的4个编码区SNP的准确性,并检测到7个欧拉羊RXFP2基因内含子区域高频SNPs(29508704G>A、29509428A>C、29509766G>A、29512170G>A、29512176G>A、29514968T>A、29521377C>A);经统计检验,该7个SNP位点的基因型在犄角有无表型上表现出分离,纯合子基因型均100%表现为无角或有角,杂合子基因型89.66%表现为无角,10.34%表现为有角;突变等位基因频率小于野生等位基因频率,群体表现为哈代温伯格不平衡状态,受到人工选择强度大,但多态信息含量中等,选育改良潜力仍较大。综上,确认了RXFP2基因在欧拉羊群体中对犄角有无的强调控作用,并筛选出了欧拉羊RXFP2基因的7个犄角有无表型的分子标记,相关结果可作为欧拉羊无角性状群体的遗传改良的分子标记。

为研究PPARA对绵羊肌内脂肪(IMF)沉积的影响及作用机制,寻找绵羊肌内脂肪沉积相关分子标记,以小尾寒羊(STH)和萨寒杂交(STH×SFK)F₁群体为研究对象,通过测定其肉品质,利用H&E染色和油红O染色比较2个绵羊群体背最长肌组织学结构及脂滴分布;利用qRT-PCR和WB技术检测PPARA mRNA水平和蛋白水平在不同群体间的表达差异,并分析PPARA基因与肌内脂肪的相关性;Sanger测序技术检测PPARA基因SNP位点以评估其作为绵羊肌内脂肪沉积相关遗传标记的可能性。结果表明:小尾寒羊剪切力和失水率极显著高于萨寒杂交,但是pH值极显著低于萨寒杂交,大理石花纹评分小尾寒羊低于萨寒杂交群体;组织学染色显示,小尾寒羊肌纤维较粗,排列紧密,肌内脂肪在肌纤维间隙集中分布;萨寒杂交肌纤维较细且结构松散,肌内脂肪在肌细胞间及肌纤维间隙均匀、广泛分布,含量更高;PPARA mRNA表达量小尾寒羊群体显著高于萨寒杂交群体,PPARA蛋白表达量小尾寒羊群体极显著高于萨寒杂交群体;相关性分析显示,PPARA基因表达量与绵羊脂滴面积比及pH值呈极显著负相关,与剪切力和失水率呈极显著正相关,与大理石花纹评分弱相关;Sanger测序结果分析显示,2个绵羊群体PPARA基因第2内含子T49885C、T50007C、G50013A、G50835A、G50942A及G51154C位置上发生碱基突变,但小尾寒羊群体未检测到C49885T突变。SNP遗传多样性分析显示,SNP位点群体纯合度均大于杂合度,在群体中处于中低度多态;除G50835A突变偏离了Hardy-Weinberg平衡,其余SNPs均符合Hardy-Weinberg平衡,遗传基础稳定。研究认为,PPARA基因对绵羊肌内脂肪沉积具有重要影响,可作为绵羊肌内脂肪性状选择的潜在分子遗传标记。

旨在探讨二磷酸甘油酸变位酶(BPGM)对鸡成肌细胞生长发育的影响。对宁夏大学动物科技学院张娟课题组前期转录组学和蛋白组学数据进行联合分析,筛选出可能影响生长发育的差异表达基因,探究其对成肌细胞增殖、凋亡和相关标志基因表达水平的影响,并对糖酵解通路上下游基因的表达进行定量分析。ELISA检测肌苷酸(IMP)含量;比色法检测腺苷三磷酸(ATP)含量,深入揭示关键候选基因对静原鸡肌肉发育和肉质风味的重要作用。结果表明,静原鸡胸肌与腿肌间共鉴定到差异表达基因/蛋白139个,其中在转录组和蛋白组同时上调的差异基因/蛋白75个,在转录组和蛋白组同时下调的差异基因/蛋白45个,在转录组上调蛋白组下调的差异基因/蛋白13个,在蛋白组上调转录组下调的差异基因/蛋白6个;从糖酵解/糖异生通路筛选出7个差异表达基因,分别是BPGM、磷酸甘油酸激酶1基因(PGK1)、葡萄糖-6-磷酸异构酶基因(GPI)、磷酸甘油酸变位酶基因(PGAM1)、乳酸脱氢酶A基因(LDHA)、乳酸脱氢酶B基因(LDHB)、磷酸丙糖异构酶1基因(TPI1),结合KEGG通路富集分析和蛋白网络互作分析筛选出差异表达基因BPGM。BPGM在静原鸡母鸡组织中均有表达,在胸肌中的表达量最高,且在成肌细胞分化过程中呈上调趋势。用分离培养的原代成肌细胞进行细胞转染,干扰BPGM抑制了成肌细胞的增殖而促进细胞凋亡,并调控糖酵解通路上下游基因的表达,同时抑制了IMP和ATP的生物合成。综上所述,下调BPGM可以抑制成肌细胞的生长发育及IMP和ATP的生物合成。

为了分析半滑舌鳎突触体相关蛋白29基因(SNAP29)的分子生物学特征、组织分布特点以及感染海藻希瓦氏菌后的时序表达规律,通过RT-PCR、生物信息学网站、qRT-PCR技术对半滑舌鳎SNAP29基因进行了扩增、生信分析和表达特征研究。结果表明,半滑舌鳎SNAP29基因CDS区长度为789 bp,编码262个氨基酸,理论等电点(pI)为5.39,分子质量为29.717 81 ku,有2个典型的SNARE结构域;二级结构主要由α-螺旋和无规卷曲组成,二级结构和三级结构基本一致;多序列比对结果显示,半滑舌鳎与欧洲鲈鱼SNAP29基因相似性最高;SNAP29基因在健康半滑舌鳎所测的各组织中均有表达,在鳃组织中表达最高,在脑组织中表达量最低;利用海藻希瓦氏菌人工感染半滑舌鳎后,SNAP29基因在肠道组织、心脏组织和脑组织中表达量主要呈现上调趋势,在肝脏、头肾、脾脏组织中主要呈现下调表达,SNAP29基因在健康半滑舌鳎组织中均有表达;海藻希瓦氏菌感染半滑舌鳎的肠道、脑、心脏、肝脏、头肾、脾脏组织中SNAP29基因呈现差异表达。综上,SNAP29可能参与机体免疫应答过程或病理生理过程。