草甘膦是目前使用最广泛的广谱灭生性除草剂,培育耐草甘膦作物将有助于改善农田杂草化学防控效果、减少用药量和简化防控措施。为充分挖掘小麦耐草甘膦基因位点,利用来自黄淮麦区的484份种质资源进行草甘膦耐药性鉴定,根据小麦15K SNP芯片数据,采用全基因组关联分析的方法,挖掘与小麦草甘膦耐药性相关QTL。结果显示,不同年代培育的小麦品种草甘膦耐药性的变化趋势缓慢,草甘膦耐受性未显著提升;根据表型鉴定结果,筛选出黄淮麦区耐草甘膦小麦种质材料3份,即河农130、冀麦782和泰山23号;利用全基因组关联分析方法,检测到与小麦草甘膦耐药等级显著相关的QTL 7个,包含19个显著性SNPs,分布于小麦1A(0.00~30.48 Mb)、1B(6.57~30.57 Mb)、1D(0.00~22.98 Mb)、4A(656.09~680.09 Mb)、5A(508.19~532.19 Mb)、6A(54.56~85.09 Mb)和6D(12.02~36.02 Mb)染色体上;位于小麦1A和6A染色体上的2个QTL qGlyT-1A和qGlyT-6A是小麦耐草甘膦的主效位点,共包含16个可能与小麦耐草甘膦相关的基因。

为了进一步挖掘小麦籽粒相关性状的主效QTL位点,探索籽粒性状之间的遗传关系,利用籽粒性状差异较大的小麦品种安农859和武农988构建的124份DH群体为研究材料,分别测定2 a 7个环境下的粒长、粒宽及千粒质量表型值,开展籽粒性状多元回归分析,并基于DH群体的55K芯片数据进行籽粒相关性状QTL检测。结果表明,多元回归分析中,粒宽对千粒质量的贡献最大。通过完备区间作图对籽粒性状进行QTL定位,除6D和7B染色体外,其他19条染色体上共检测到69个有关籽粒性状的QTL,包括24个千粒质量QTL、28个粒长QTL、17个粒宽QTL,单个QTL的表型解释率为6.87%~27.74%。其中,7A染色体上粒长相关的Qgl.ahau-7A.1在7个环境及BLUP下均被检测到,表型解释率为9.48%~22.26%,加性效应为0.11~0.21 mm,物理区间4.91 Mb(AX-110430243~AX-110442528),可能为新的主效QTL。因此,Qgl.ahau-7A.1位点可作为后续精细定位和分子标记辅助育种重点关注的区域。

为了研究PSY1基因在辣椒不同成熟果色形成过程中的作用机理,以Y15016、Y15016-2、SP01、SP02、Z1为材料,克隆PSY1基因并进行时空表达分析,结合部分生物信息学方法,对PSY蛋白功能性质及辣椒不同果色材料中PSY1基因的表达情况进行研究分析。结果表明:5个品种辣椒中均能克隆到PSY1全长基因,且序列无差异;基因结构分析表明,辣椒PSY1基因包含6个外显子、5个内含子,全长为2 844 bp,其CDS全长为1 260 bp,编码419个氨基酸。序列比对和进化树分析表明,辣椒PSY蛋白与同科的番茄、烟草同源PSY蛋白在亲缘关系上最为接近。qRT-PCR分析结果显示:PSY1基因在试验选用的5个品种辣椒根、茎、叶、花组织中均显示表达,在根组织中表达量最低,叶组织中的表达量最高;在橙色突变体Y15016-2的表达量总体高于其在野生型Y15016中的表达量,而在黄色突变体SP02中,其表达量明显低于野生型SP01;在果实不同发育阶段,PSY1基因除Ⅲ期表达有所降低外,其表达量随果实发育总体呈现上升趋势,且在不同果色材料的成熟期(Ⅳ—Ⅴ期)达到最大值。PSY1基因启动子分析结果显示,供试材料中其序列未见差异。结果表明,在不同果色辣椒的果色形成过程中,PSY1基因的差异表达可能起到了较为重要的作用。

通过筛选甘蓝型油菜绿叶和紫叶突变体叶片中差异表达基因和差异代谢物,为解析花青素合成机理奠定理论基础。对苗期叶片呈紫色的甘蓝型油菜(PL)和叶片呈绿色的甘蓝型油菜ZS11(GL)幼苗表型观察发现,PL在长出2片真叶(3周)时紫色斑驳分布,随着发育紫色逐渐加深,抽薹期后紫色逐渐变浅最终消失(>16周),GL叶片则全时期呈绿色;转录组KEGG分析在第6,13,16周找到2 523个共差异表达基因,上述差异表达基因在花青素合成途径显著富集。与花青素合成相关的24个基因显著差异表达,包括3个MYBL2、1个C4H、1个F3H、2个F3'H、2个TT8、3个DFR、4个ANS、5个UGT、3个TT19,上述基因在第6,13周PL叶片中表达量均高于GL。选取8个差异表达基因进行qRT-PCR验证,结果与转录组分析数据趋势一致。花青素靶向代谢组共检测到50种花青素,其中29种积累差异显著;PL相对于GL有16种花青素积累上调,13种花青素积累下调。PL叶片中多种矢车菊素积累量显著增加,而矮牵牛素积累量显著下降,花青素合成途径中差异表达基因和差异代谢物的表达量均达到显著水平。TT8及其靶基因(DFR、ANS、UGT、TT19)在发育早期(6~13周)的上调促进了PL中以矢车菊素为主的花青素的积累以及矮牵牛素为主的花青素的减少,导致叶片叶色出现差异。而发育后期(13~16周),这些花青素合成基因的下调和花青素的降解可能导致花青素积累的减少,使PL由紫叶转变为绿叶。

为了探究海甘蓝控制超长链脂肪酸合成的关键基因FAE1的表达模式及其对发育种子中芥酸合成的影响,针对已克隆的5个FAE1同源基因(CaFAE1-1~CaFAE1-5),以苗期根、茎、叶及不同发育时期(花后5~25 d)的种子为材料,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分析其表达模式;并采用气相质谱技术(GC-MS)检测不同发育时期种子中的脂肪酸相对含量,重点探讨不同CaFAE1基因表达量与种子芥酸含量的相关性。结果表明,相对种子而言,5个CaFAE1基因在根、茎、叶组织中的表达水平极低;而在花后5~25 d种子中,CaFAE1-3的表达量均为最高,且随种子发育进程呈逐渐升高趋势;其他4个CaFAE1基因的表达量均呈先升后降趋势,均于花后20 d达到最高值,随后CaFAE1-5和CaFAE1-4表达量迅速下降。GC-MS分析结果表明,花后5~15 d种子中,长链饱和脂肪酸C16∶0和C18∶0及单不饱和脂肪酸C18∶1相对含量均显著高于超长链脂肪酸含量,随后其含量快速下降,表明CaFAE1以C18∶0和C18∶1为底物的脂肪酸碳链延长主要发生在花后15 d及以后,且终产物主要为C22∶0和C22∶1。CaFAE1基因表达量与脂肪酸组分含量相关性分析结果表明,在花后5~25 d种子中,5个CaFAE1的表达量均与超长链脂肪酸含量呈正相关,且CaFAE1-1、CaFAE1-2和CaFAE1-3与芥酸相对含量呈显著或极显著正相关。由此推测,多拷贝、高活性FAE1的高水平表达可能是海甘蓝种子中芥酸含量高的主要成因。

为探究花青素糖基转移酶基因(UFGT)在甜荞花色苷生物合成中的作用,以甜荞贵红1号为材料,基于同源比对分析,筛选并克隆得到1条UFGT基因序列,命名为FeUFGT1。对FeUFGT1进行生物信息学分析,并构建过表达载体转入拟南芥花青素3-O-糖基转移酶突变体(atugt78d2)中分析其功能。结果表明,FeUFGT1开放阅读框为1 404 bp,编码467个氨基酸残基,推测其分子质量51.46 ku,理论等电点为4.97。FeUFGT1蛋白不存在信号肽和跨膜区,含有植物糖基转移酶家族典型结构域(GT-B型),并且在C末端具有植物UGT家族成员特有的PSPG-box。进化分析表明,FeUFGT1蛋白与罗汉果的3-O-葡萄糖基转移酶UGT74AC1亲缘关系最近。在白花品种丰甜1号和红花品种贵红1号2个品种盛花时期的花瓣中,红花中FeUFGT1的表达量约为白花中的3.7倍,差异显著。突变体恢复试验表明,FeUFGT1能够恢复拟南芥突变体atugt78d2缺乏花色苷积累的表型,具有催化花色苷生成的功能。

为揭示喷施外源硒对甜菜响应的分子机制,采用糖甜菜品系HD802种子作为供试材料进行水培试验,纳米硒浓度分别设置为0(喷施清水,对照),20,50,80,100,150,200 mg/L,待真叶长至8片叶时均匀地喷施纳米硒溶液,24 h后取样进行超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量测定。经数据分析,选取50,150 mg/L的纳米硒处理叶片送检,进行转录组测定,分析差异表达基因和显著富集通路。结果表明,纳米硒50 mg/L处理对甜菜叶片生长具有促进作用,而150 mg/L处理对甜菜叶片具有破坏效果。鉴定出9 161个DEGs,其中,上调表达3 717个、下调表达5 444个;GO功能富集主要富集在信号转导、细胞通讯、膜的组成部分、膜的固有成分、初级代谢过程、有机物代谢过程和生物过程等;KEGG代谢途径主要包括植物病原互作、植物激素信号转导等途径;转录因子分析共涉及AP2、zf-Dof、HLH、WRKY、HSF_DNA-bind、NAM、zf-BED、Homeobox等11个家族。研究找到了硒处理对甜菜幼苗生长发育有促进作用的适宜浓度,初步筛选出甜菜外源硒响应的相关基因。

WRKY转录因子家族在调控非生物胁迫中具有重要的作用。为系统地分析烟草NtWRKY11基因的序列特征、表达模式,探究该基因在低温和干旱等非生物胁迫下的反应机制,以普通烟草cDNA为模板进行 PCR 扩增,克隆NtWRKY11基因的全长cDNA序列,利用生物信息学软件分析NtWRKY11蛋白的基本性质,构建植物表达载体研究其亚细胞定位,利用qRT-PCR技术检测烟草盛花期不同组织以及不同胁迫下NtWRKY11基因的表达情况。结果表明,烟草NtWRKY11基因cDNA全长999 bp,编码332个氨基酸,与苎麻BnWRKY11的相似性达54.23%。其启动子含有1个MBS、1个MYB和3个ARBE顺式作用元件,这3种元件可能共同发挥作用,使植物的抗旱性增强;还含有3个水杨酸响应的顺式作用元件TCA-element,能够提高植物的耐低温性。亚细胞定位结果表明,NtWRKY11蛋白定位在细胞核上。盛花期不同组织的表达分析表明,NtWRKY11在老叶中高表达,极显著高于根中的表达量,而花中的表达量极显著低于根中,茎和新叶中的表达量均与根中差异不显著。非生物胁迫下的表达分析表明,该基因在低温、干旱胁迫下的相对表达量极显著高于正常(CK),在高盐胁迫处理下的相对表达量与CK无显著差异,而在高温胁迫下的相对表达量极显著低于CK。综上所述,NtWRKY11在老叶中高表达,在干旱胁迫、低温胁迫下表达量增加,表明该基因作为正向转录因子调控了干旱和低温胁迫。

NAC(NAM,ATAF1/2,CUC2)基因是胁迫信号转导网络中重要的调节因子,克隆蓖麻NAC基因,研究其分子特征及表达特性,旨在为研究蓖麻NAC基因的潜在功能提供数据支持。采取RT-PCR技术克隆通篦5号的RcNAC100-like基因并分析其分子特征,包括生物信息学、亚细胞定位、表达模式和转录激活域分析。结果表明,RcNAC100-like基因的cDNA全长1 244 bp,包含1 086 bp的CDS,共推导361个氨基酸,该蛋白质的不规则卷曲和α-螺旋结构较多,是1个亲水的、非分泌性蛋白质;系统进化分析结果表明,RcNAC100-like蛋白质与木薯和橡胶树NAC蛋白质的亲缘关系最近,且motif组成及位置高度相似;RcNAC100-like蛋白的亚细胞定位结果与预测结果一致,定位在细胞核;RcNAC100-like启动子的顺式作用元件预测结果显示,该区域有多个环境响应类元件和生长发育类相关元件;基因表达模式分析结果表明,RcNAC100-like基因有组织表达特异性,在根中的相对表达量最高;另外,该基因能够对不利环境(干旱、盐、冷和ABA胁迫)迅速做出反应并积极地表达,说明RcNAC100-like基因可能是蓖麻对逆境响应的关键基因;转录激活试验结果表明,RcNAC100-like转录因子在酵母中具有转录激活活性。综上,RcNAC100-like基因可能在蓖麻的抗逆境过程中发挥重要作用。

为揭示蓖麻收获指数遗传规律及挖掘其候选基因,同时为蓖麻收获指数遗传改良提供参考,通过9048×16-201杂交组合构建了F₂和BC₁(F₁×P₂)群体,利用完备区间作图法(ICIM-ADD)对收获指数及相关性状进行了表型性状研究及QTL定位,并利用S₁群体对主效QTL簇进行验证。综合发现,收获指数与单株产量、单株蒴果数、单株粒数、主穗结实率、一级分枝穗结实率呈极显著正相关,与单株结实率、二级分枝穗结实率、单株百粒质量及单株有效穗数呈正相关,与生物量、根质量呈负相关;单株产量与其他性状间均呈正相关。在F₂/BC₁群体中共检测到收获指数及相关性状31/21个QTL,贡献率在1.64%~19.96%/0.90%~11.51%。共发现了4个增效等位基因来源于16-201的稳定QTL和5个主效QTL,其中的3个主效QTL(FqSRPS3-3、FqSRPBS3-3和BqSRSBS3-1)和2个稳定QTL(FqSRPS3-3/BqSRPS3-1、BqSRPBS3-1)聚拢在第3染色体的QTL-cluster1(RCM915~RCM950,997.10 kb)上,且在S₁群体上再次检测到8个QTL-cluster1的等位QTL。因此,进一步在QTL-cluster1里,甄选了3个候选基因(Rc-US03g04790、Rc-US03g05640和Rc-US03g05810),它们在双亲多个组织中差异表达,每个候选基因在高表达亲本的相对表达量是低表达亲本的2.34~880.06倍,1.85~51.56倍和2.01~236.03倍。

二氢黄酮4-还原酶(DFR)是花青素合成通路中的关键酶,其表达与花青素积累紧密相关,影响花朵呈色。为了探究DFR基因与绿绒蒿花色形成的关系,以红色的红花绿绒蒿和黄色的全缘叶绿绒蒿为试验材料,使用RT-PCR技术成功从中克隆出DFR基因,并对其进行生物信息学及RT-qPCR分析。结果显示,2种绿绒蒿DFR基因的cDNA全长为1 131,1 125 bp,分别编码376,374个氨基酸,命名为MpDFR、 MiDFR。生物信息学分析发现,2种蛋白均属于亲水性蛋白,且具有DFR特有的NADPH结合结构域和底物特异性结合结构域。系统进化树表明,MpDFR、MiDFR蛋白与鸦片罂粟、沉水樟、三枝九叶草、澳洲坚果、蒂罗花的亲缘关系最近。Motif分析发现,DFR蛋白基序在不同植物中均较为保守。RT-qPCR结果显示,MpDFR、MiDFR在不同组织中均有表达,具有组织特异性。花蕾期中MpDFR、MiDFR基因表达量最高,且显著高于其他2个时期。另外,红花绿绒蒿中DFR表达量均高于全缘叶绿绒蒿。结合西南林业大学屈燕课题组研究发现,这2种绿绒蒿中花青素类化合物的积累模式与DFR基因的表达模式一致,所以,研究花青素生物合成途径中的关键结构基因DFR对于了解该途径以及通过基因工程手段改良植物花色均十分重要。

EβF合成酶基因在植物体内合成[反]-β-法尼烯,用于抵御蚜虫侵害。为探明薄荷中该基因的表达模式和功能,从薄荷叶片中克隆得到1个新的EβF合成酶基因McβFS1,并对其进行生物信息学分析和表达模式分析。构建过表达载体,利用农杆菌介导的浸花法转化拟南芥,并进行蚜虫生物测定。结果表明,McβFS1基因CDS序列全长1 650 bp,编码549个氨基酸。编码蛋白分子质量为63.85 ku,等电点为5.23,无跨膜结构域。二级结构预测其α-螺旋、β-转角、延伸链结构和无规则卷曲所占比例分别为69.58%,3.10%,4.01%和23.32%。系统进化分析结果显示,该基因编码的氨基酸序列与胡椒薄荷的Q5W283.1序列相似度达91.47%,亲缘关系较近,但序列差异较大,是一个新的EβF合成酶基因。荧光定量PCR结果显示,McβFS1在根、茎、叶、花中均有表达,且在叶中的表达量显著高于根、茎中的表达。蚜虫的选择性分析表明,转基因拟南芥对蚜虫具有较强的趋避性。

为了揭示冬黑麦应对低温胁迫的生理机制,以冬牧70黑麦和白BK-1黑麦为供试材料,研究对比了这2个品种在冬前抗寒锻炼期和翌年初春返青期叶片及分蘖节的渗透调节物质、抗氧化酶活性等生理变化。结果表明,抗寒锻炼期黑麦主要通过在叶片和分蘖节中积累渗透调节物质来提高耐寒性,其间半致死温度逐渐降低,土壤封冻时白BK-1半致死温度达到-9.93 ℃,较冬牧70低1.95 ℃。白BK-1叶片及分蘖节部位的可溶性糖含量、可溶性蛋白含量升高幅度大于冬牧70,这些生理途径在提高白BK-1对冬季低温的耐受力中发挥重要作用。对返青期黑麦的研究发现,随着低温胁迫时间的延长,黑麦丙二醛含量先增后减,黑麦通过增加渗透调节物质含量,提高叶片抗氧化酶活性,来抵御返青期低温。白BK-1受到返青期低温的损伤较轻,恢复生长后丙二醛含量低于冬牧70;此外,2种黑麦恢复生长后在分蘖节积累了较高含量的脯氨酸和可溶性蛋白,为返青后生长发育提供较为充足的营养物质。

为了明确不同类型大麦源库关系差异及影响产量的主要源库指标,选用叶面积差异较大的4个大麦品种(系)GP6、GKP7、GK6和C2-1,研究花后7~28 d光合特性、干物质、可溶性碳水化合物、灌浆特征参数差异及与产量的关系。结果表明,GP6、GKP7旗叶长宽比低于GK6、C2-1,而旗叶和倒二叶叶绿素含量、净光合速率以及叶可溶性糖较高,GKP7旗叶和倒二叶叶绿素含量降低比例最高,GK6和C2-1降低幅度较小;GK6灌浆初期叶、茎鞘干质量最高,灌浆过程中干物质降低幅度也最大,GP6和GKP7干质量低于GK6,高于C2-1,但整个灌浆期降低幅度较小;GP6和GKP7籽粒快速增质量时间为7~21 d,长于GK6和C2-1(7~14 d),GP6平均灌浆速率(R)和达到最大灌浆速率时间(Tmax)最高,在灌浆初期茎鞘和籽粒可溶性糖含量低于C2-1,高于其他参试材料,随着籽粒灌浆含量迅速降低,运转率较高;GKP7灌浆活跃期(D)和最大灌浆速率(Rmax)均最高,灌浆初期茎鞘可溶性糖含量低于GP6、C2-1,其余灌浆期叶和茎鞘含量均高于其他品种。GK6各器官可溶性糖含量均较低,C2-1灌浆初期茎鞘和籽粒可溶性糖含量最高,但7~14 d含量迅速降低,灌浆后期含量较低。千粒质量、产量均为GP6和GKP7显著高于GK6和C2-1,GK6和C2-1库容较小;穗粒质量/叶面积为GKP7>GP6>C2-1>GK6。相关性分析结果表明,旗叶长宽比与产量极显著负相关,成熟期茎鞘、叶干质量、叶可溶性糖含量、穗粒数、穗粒质量/叶面积与产量显著或极显著正相关,花后7 d旗叶叶绿素含量、光合速率和茎鞘蔗糖含量、花后14~28 d籽粒干质量、R和Rmax与产量极显著正相关。综上,GKP7源库关系最合理,GP6次之,C2-1源库均小,GK6源大库小;旗叶长宽比、灌浆初期叶绿素含量和光合速率、籽粒干质量、最大灌浆速率、平均灌浆速率可以作为高产育种主要衡量指标。

探究不同农作模式对玉米生长发育、光合作用、叶片结构及产量的影响,为优化河西绿洲灌区耕作栽培措施和创建玉米高效种植模式提供理论依据。试验设置免耕(NT)与传统翻耕(CT)2种耕作方式,小麦玉米间作(W/M)、麦后插播冬油菜玉米轮作(W-G→M)、小麦玉米轮作(W-M)3种种植模式,共6个处理。结果表明,与CT相比,NT玉米株高、茎粗和叶面积分别增加6.83%,4.10%,3.97%,间作玉米干物质量高于轮作但差异不显著;叶片色素随生育期呈先增后减的趋势,表现为NT叶绿素a、b与类胡萝卜素较CT分别高11.93%,22.41%,13.43%,且差异显著;NT叶片净光合速率(Pn)与胞间CO₂浓度(Ci)较CT分别高9.17%,3.81%,CT处理气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)较NT分别高9.95%,1.48%;NT玉米叶片结构较优,叶肉细胞多且排列有序,维管束清晰可见,花环结构较大,栅栏组织与海绵组织丰富,NT叶片较CT厚2.51%,且差异显著;NT玉米较CT增产8.02%,间作产量收益大于轮作(LER>1)。研究发现,免耕玉米生长发育、叶片结构及产量均优于传统耕作,间作比轮作更有利于增产,故可将免耕小麦间作玉米作为该区主要的农作模式进行推广。

分析不同颜色果袋对酿酒葡萄马瑟兰果实品质的影响,为马瑟兰葡萄的酿造提供优质原料。采用完全随机区组试验设计,以不套袋为对照,分析红袋、蓝袋、绿袋对马瑟兰葡萄果实品质(外观品质、内在品质)及抗氧化活性的影响,并对测定指标进行相关性和主成分分析。结果表明,套袋处理可以提高果粒百粒质量、还原糖含量、可滴定酸含量、pH值。红袋的果皮总酚含量、总黄烷-3-醇含量、总类黄酮含量高于对照,红袋的总酚含量、总黄烷-3-醇含量、总类黄酮含量分别是376.03,149.78,1 463.53 mg/kg,其中总黄烷-3-醇含量、总类黄酮含量和对照均有显著差异,蓝袋和黄袋降低了果皮总酚含量、总黄烷-3-醇含量、总类黄酮含量。果实成熟时,不同颜色果袋显著降低了果皮总单宁含量,黄袋的总单宁含量最低是4.62 mg/g。总体上来说,套袋处理后果皮DPPH自由基清除能力、FRAP和ABTS自由基清除能力降低,红袋的DPPH自由基清除能力、FRAP(对Fe²⁺的还原能力)、ABTS自由基清除能力和对照无显著差异,黄袋均显著降低了果皮对Fe²⁺的还原能力(FRAP)、DPPH自由基清除能力、ABTS自由基清除能力。相关性分析表明,果实可溶性固形物和还原糖、糖酸比极显著正相关,相关系数分别为0.98,0.95。在果皮品质方面,果皮总酚和总黄烷-3-醇、总类黄酮极显著正相关,相关系数分别是0.95,0.98,总黄烷-3-醇和总类黄酮极显著正相关,相关系数是0.98。在果皮抗氧化活性方面,FRAP和DPPH自由基清除能力、ABTS自由基清除能力极显著正相关,相关系数分别是0.74,0.86。可溶性固形物、还原糖、糖酸比均和果皮总花色苷极显著正相关,相关系数分别是0.93,0.90,0.92。将所有测定指标进行主成分分析,提取特征值大于1的2个主成分,贡献率分别为78.31%,10.09%,累计贡献率88.40%,基本可以代表品质指标的大部分数据。在吐鲁番地区红袋、蓝袋均可提高果实品质,且以红袋效果最佳。

探究化肥减量配施有机肥对植烟土壤理化性质和微生物群落结构的影响,为烟草生产上肥料减量和有机肥的合理施用提供理论参考。以常规施肥不配施有机肥为对照(CK),采用Illumina高通量测序技术,结合生物信息学,分析化肥减量10%(T1)、化肥减量10%+芝麻饼肥(T2)、化肥减量10%+腐殖酸肥(T3)、化肥减量10%+芝麻饼肥+腐殖酸肥(T4)等不同处理下土壤理化性质和微生物群落结构的变化特征。结果表明,与CK相比,T1处理的植烟土壤养分含量和土壤酶活性均下降、土壤物理特性略有改善,配施有机肥使土壤养分和物理特性得到进一步改善,容重降低、含水率和孔隙度增加,T2和T4处理的有效磷、速效钾含量显著高于CK和T1处理,所有配施有机肥处理的土壤酶活性均显著增加。配施有机肥增加了植烟土壤中的细菌和真菌门类,其中优势细菌门类均为变形菌门和放线菌门,其次是厚壁菌门、拟杆菌门、绿弯菌门、酸杆菌门,优势真菌门类为子囊菌门、子囊菌门盘菌亚门、被孢霉门、绿藻门、纤毛虫门、担子菌门。Alpha多样性指数表明,化肥减量降低了微生物群落的丰富度,但配施有机肥处理增加了细菌和真菌群落多样性指数,其中细菌群落丰富度提高更明显。RDA分析表明,影响土壤微生物群落结构与多样性的重要土壤理化因子包括有机质、速效钾、碱解氮、有效磷和土壤物理特性等,相对而言土壤理化因子对细菌群落结构的影响更大。综上,化肥减量配施有机肥对土壤养分、物理特性、土壤酶活性及微生物群结构有显著改善效果,尤其以同时配施芝麻饼肥和腐殖酸肥处理的效果更佳。

为提高生物炭在盐碱地的适用性,研究改性生物炭对盐碱地的作用效果及微生态机理。通过2 a的大田试验,设置普通生物炭、富氮改性生物炭、富磷改性生物炭3种处理,3种生物炭用量分别为4.5,7.5,15.0 t/hm²,研究作物产量性状、土壤理化性质、土壤微生物多样性的响应情况。结果发现,添加生物炭可以改良土壤盐碱地,其中富氮改性生物炭和富磷改性生物炭效果更突出。生物炭可以提高盐碱地作物产量,降低土壤含盐量,改善土壤结构,降低土壤容重。3种生物炭影响并不一致,其中15.0 t/hm²磷改性生物炭对作物增产效果最好,其产量为(8.92±0.12)t/hm²,比对照组提高了110%。生物炭影响土壤微生物多样性,普通生物炭增加了土壤微生物多样性,但磷改性生物炭降低土壤微生物多样性。随着生物炭施用量的增加,土壤理化性质对土壤微生物和植物结构关系受到影响,三者之间的联系被削弱。综上,推荐施用15 t/hm²磷改性生物炭用于改善盐碱农田生态系统。

为研究TaHis基因对小麦赤霉病的抗性机制,首先克隆了TaHis基因全长编码序列,构建了pGBKT7-TaHis诱饵载体,通过酵母双杂交技术对赤霉病诱导的小麦穗部酵母双杂交文库进行筛选,获得互作蛋白后利用酵母双杂交技术和双分子荧光互补技术验证蛋白质之间的互作,并利用RT-qPCR技术对抗感小麦材料中TaHis互作蛋白的赤霉病诱导表达模式进行分析。结果表明,成功构建了pGBKT7-TaHis诱饵载体,经过酵母双杂交文库筛选后,在四缺选择培养基(SD/-Leu/-Trp/-His/-Ade)上获得了18个酵母单克隆。测序后Blast分析发现,共获得5个可能与TaHis互作的蛋白质,其中在6个酵母单克隆中均鉴定到富含丝氨酸/精氨酸的mRNA剪接因子SR45a类蛋白(TaSR)编码序列。以百农4299为材料,克隆了TaSR基因全长编码区,并构建了pGADT7-TaSR载体,酵母双杂交试验表明,pGADT7-TaSR和pGBKT7-TaHis共转化的酵母细胞在四缺培养基(SD/-Leu/-Trp/-His/-Ade/X-α-Gal/AbA)上可以生长且显蓝色,表明TaSR和TaHis在酵母细胞中直接互作;构建了YC-TaHis、YN-TaSR载体,双分子荧光互补试验表明,共转化YC-TaHis和YN-TaSR的烟草细胞中产生强烈荧光信号,进一步验证了TaSR与TaHis的互作。RT-qPCR分析显示,TaSR 在抗性材料百农4299中受赤霉病诱导后上调表达,在感病材料百农607中受赤霉病诱导后下调表达,表明TaSR基因表达量与小麦赤霉病抗性呈正相关。综上,小麦TaSR与TaHis存在相互作用,且TaSR基因表达量与小麦赤霉病抗性呈正相关。

研究发现陆地棉ENODL6基因具有抗黄萎病功能。为进一步揭示其在棉花抗黄萎病过程中发挥的作用,通过Nimble Cloning技术将GhENODL6插入酵母表达载体pNC-GBKT7,构建了重组质粒pNC-GBKT7-ENODL6。重组质粒转入酵母菌Y2HGold后可在DDO培养基上正常生长,但不能生长于QDO/X/A培养基,表明GhENODL6蛋白对酵母宿主无毒害作用,没有自激活活性。将携带pNC-GBKT7-ENODL6诱饵载体的Y2HGold酵母菌与cDNA文库进行杂交筛选,结果获得一个能够显示蓝色的菌落。通过PCR扩增,在蓝色酵母菌中获得一段526 bp的非载体插入片段,与陆地棉基因组内基因WRKY47序列高度一致。通过同源扩增,从陆地棉中克隆到WRKY47开放读码框,全长1 587 bp,编码528个氨基酸残基。再次利用酵母双杂交技术确认了WRKY47与GhENODL6之间存在互作关系。综上,构建了重组载体pNC-GBKT7-ENODL6,并鉴定到与GhENODL6互作的蛋白WRKY47。

为了确定张家口及银川番茄产区是否发生番茄褐色皱纹果病毒病(ToBRFV),探究番茄ToBRFV的遗传信息和演化,为番茄褐色皱纹果病毒的诊断和防治及番茄抗病毒病基因工程提供重要的科学依据,采用张家口和银川两地区疑似病果进行分子检测,并利用相关分子生物学软件对该病毒基因进行序列分析及全基因组的系统进化分析。结果表明,张家口及银川果实病毒分离物与GenBank中大部分ToBRFV分离物的基因组结构相似性在99%以上,确定两地区番茄果实病毒为番茄褐色皱纹果病毒。ToBRFV分离物的地域性很强,中国不同地区的ToBRFV病毒,与来自欧洲和亚洲的多个国家地区都有关联,张家口分离物与中国分离物(MT018320.1)亲缘关系最近,银川分离物与秘鲁分离物聚类到一起,说明银川分离物可能来自南美洲。张家口分离物与中国分离物(MT018320.1)的4个ORF氨基酸相似性最高,而银川分离物与张家口分离物相似性较低。另外,研究结果首次发现,银川分离物CP蛋白的第444位碱基由A突变成G,从而导致CP蛋白的氨基酸第131位由V(缬氨酸)突变为A(丙氨酸),CP蛋白发生了有义突变。综上所述,张家口及银川番茄产区发生了番茄褐色皱纹果病毒病,且两地区的病毒来自不同的地方。

为了快速获得纯合稳定的抗根肿病大白菜DH系,为大白菜抗根肿病育种提供基础材料,以5个大白菜抗根肿病基因型为试材进行游离小孢子培养,并结合分子标记、形态观察和根肿菌人工接种对获得的小孢子再生植株进行了表型和抗性鉴定。结果表明,5个基因型均诱导出胚,出胚率变异在0.02~1.72个胚/蕾,3个基因型20aCR12、21aCR6、21aCR12获得再生植株,再生植株率分别为27.09%,1.45%,26.07%。抗性标记鉴定表明,与CRa、CRb^kato连锁的分子标记在获得的50个小孢子再生植株均扩增出了抗性条带。表型调查表明,50个小孢子株系生殖期基生叶片形状、颜色、抽薹早晚、育性等差异很大,自交获得的29个DH系营养期株型、叶片性状及结球性状表现出多样性。抗性接种表明,11份DH系对根肿菌4号和1号生理小种侵染病情指数均小于33.33,表现为抗病或耐病,其中2种菌侵染病情指数均小于5.0的高抗DH系有3份,分别为20aCR12-23、20aCR12-29和21aCR12-39。研究表明,单倍体培养结合分子标记辅助鉴定可快速获得纯合的抗根肿病DH系。

为了研究锌指蛋白C₂H₂在大豆胞囊线虫病(SCN)胁迫应答中起到的重要作用,为进一步研究抗大豆胞囊线虫奠定重要基础。利用东农L-10(抗SCN)、黑农37(感SCN)接种SCN3根系转录组数据,筛选出差异表达基因GmC₂H₂-2like。倒置荧光显微镜下观察该GmC₂H₂-2like定位情况,对该基因进行生物信息学分析,克隆并构建其超表达载体转化大豆毛状根,研究其对胞囊线虫病的抗性功能。结果表明,GmC₂H₂-2like编码410个氨基酸残基,分子质量为45.77 ku,等电点为8.73,含47个磷酸化位点,蛋白二级结构含α-螺旋(25.61%)、无规则卷曲(57.32%)、延伸链(13.66%)和β-转角(3.14%)4种结构;亚细胞定位结果发现,其编码蛋白位于细胞核;分析超表达转GmC₂H₂-2like大豆毛状根发现,其根部组织的单位面积胞囊线虫数量显著低于空载体对照,表明GmC₂H₂-2like具有抑制胞囊线虫的功能。

为了探究解偶联蛋白3(UCP3)在民猪不同组织中的表达情况以及对民猪前脂肪细胞中线粒体相关基因和ATP合成酶相关基因表达的影响,采集1月龄民猪的背部脂肪组织作为研究材料,通过酶消化法分离前脂肪细胞进行体外培养,同时采集腋下脂肪、胸部脂肪、背部脂肪、腹股沟脂肪、肾周脂肪和肌内脂肪构建组织表达谱。通过体外转染UCP3基因的过表达载体或干扰片段的方法,采用实时荧光定量PCR技术检测MCU家族基因(MCU、MICU1、MICU2)、ATP合成酶(ATP5B、ATP5E)和1,4,5-三磷酸肌醇受体1型基因(ITPR1)的表达情况以及不同脂肪组织中UCP3基因的表达情况。结果显示:采用酶消化法可以在背部脂肪组织中快速获得足量的前脂肪细胞,细胞边缘折光性良好,边界清晰,形态与成纤维细胞相似。UCP3基因在不同脂肪组织中均有表达,在背部脂肪组织中表达量最高,在腹股沟脂肪中表达量最低。过表达UCP3基因后,MCU家族基因和ITPR1基因表达水平显著升高,ATP5B基因表达水平显著下降。干扰UCP3基因后,MCU家族基因和ITPR1基因表达水平显著降低,ATP合成酶基因表达水平显著升高。结果说明:UCP3基因在不同脂肪组织中存在表达差异,可促进MCU家族基因和ITPR1基因表达、抑制ATP5B基因表达。

为探究牛Bta-miR-494的序列特征及其组织表达情况,运用生物信息学方法分析其上游序列的 CpG岛、启动子及转录因子特征及其在不同物种间的保守性;之后对牛Bta-miR-494的靶基因进行预测及功能富集分析;最后通过qRT-PCR方法检测其在牛不同组织及不同时期同一组织间的时空表达特征。结果表明,Bta-miR-494在不同物种间高度保守且与山羊亲缘关系最近,其上游不含CpG岛、存在2个转录起始位点;预测靶基因富集分析表明,Bta-miR-494的靶基因显著富集在PI3K-Akt、p53及MAPK等与肌肉生长发育及代谢相关的信号通路;qRT-PCR结果显示,Bta-miR-494在成年牛肝脏中的表达量最高,睾丸中表达量最低;且Bta-miR-494在成年牛股二头肌中的表达量显著高于初生犊牛,而心肌和背最长肌中的表达量显著低于初生犊牛。这种组织间差异性表达提示,Bta-miR-494可能在牛不同生长阶段的肌肉组织发育过程中主导不同的生肌表达模式。

旨在对禽戊型肝炎病毒的ORF3蛋白进行原核表达,并制备其多克隆抗体,为进一步研究aHEV ORF3蛋白生物学功能新型疫苗提供生物材料。通过RT-PCR方法扩增CaHEV-GDSZ01株ORF3基因,连接pET-32a(+)表达载体以构建重组原核表达质粒,并转化BL21(DE3)感受态细胞进行诱导表达;利用SDS-PAGE凝胶电泳分析ORF3蛋白的表达形式后进行纯化,并免疫新西兰白兔以获得兔抗ORF3蛋白多克隆抗体,利用间接ELISA试验检测多克隆抗体的效价,利用Western Blot试验和间接免疫荧光试验(IFA)检测多克隆抗体特异性。结果显示,成功构建了pET-32a-ORF3重组原核表达质粒,并通过原核表达系统成功诱导表达了27 ku不可溶性的aHEV ORF3重组蛋白;Western Blot试验和IFA试验结果显示,制备的多克隆抗体可以特异性识别ORF3蛋白,ELISA结果显示,多克隆抗体效价为1∶51 200。成功表达CaHEV-GDSZ01株的ORF3蛋白,并制备了其多克隆抗体。

旨在明确中华蜜蜂Smoothened基因(AcerSmo)的序列特征及表达特性,为进一步研究其在蜜蜂体内的功能奠定理论基础,对中华蜜蜂AcerSmo基因DNA序列进行扩增鉴定,运用多种生物信息学软件对其进行结构和功能分析,并采用RT-qRCR对中华蜜蜂不同组织和发育时期的表达特性进行检测。序列分析结果表明,基因cDNA全长3 495 bp(GenBank登录号:OP616035),其中开放阅读框(ORF)区域2 952 bp,共编码936个氨基酸。该蛋白理论分子质量为111.15 ku,理论等电点为8.82,属于不稳定的两性蛋白。该蛋白N-末端有一段含21个氨基酸的信号肽,有6个跨膜结构域,亚细胞定位主要在内质网和细胞核。该蛋白二级结构和三级结构以无规则卷曲(50.76%)为主,其次为α-螺旋(25.33%),从昆虫到哺乳动物,AcerSmo蛋白序列高度保守;荧光定量PCR结果表明,AcerSmo在30日龄中华蜜蜂不同组织中均存在表达,而在触角与头的表达量显著高于其他组织,在中华蜜蜂触角与头组织中,5日龄时AcerSmo的mRNA表达量最高。AcerSmo蛋白具有Smoothened蛋白的保守结构,且在触角中呈高丰度表达,推测AcerSmo基因可能在蜜蜂的嗅觉识别过程发挥着重要作用。