克隆小麦籽粒超氧化物歧化酶(SOD)基因,开发与SOD活性相关的竞争性等位基因特异性PCR(KASP)标记,对选育高SOD活性小麦品种具有重要意义。根据基因ID,设计特异性引物克隆得到TaSOD-B1基因gDNA序列;在小麦基因组遗传变异及Ensembl Plants数据库比对得到单核苷酸多态性(SNP)位点,开发与小麦SOD活性密切相关的KASP标记,并通过287份来自国内外冬小麦品种(系)SOD活性与基因型间的相关性分析进行标记的实用性验证。利用6对特异性引物扩增中国春品种TaSOD-B1基因片段,拼接得到5B染色体上的TaSOD-B1基因,基因全长为6 491 bp,包含1 650 bp的开放阅读框(ORF),共编码549个氨基酸,预测分子质量为60.80 ku,由12个外显子及11个内含子构成,内含子符合典型的GT-AG结构。基于TaSOD-B1基因第1外显子的第44碱基处经测序验证确实存在的差异位点开发KASP标记,检测结果表明,等位变异类型为TaSOD-B1a的基因型为AA,与高SOD活性相关,用荧光基因FAM(显示为蓝色)标记;等位变异类型为TaSOD-B1b的基因型为GG,与低SOD活性相关,用荧光基因HEX标记(显示为红色)。对287份国内外冬小麦品种(系)进行检测发现,不同基因型的SOD活性差异达到显著水平。基于TaSOD-B1序列成功开发出1组与SOD活性相关,并可用于SOD活性遗传改良的KASP标记。

植物钠氢反转运蛋白(NHX,Na⁺/H⁺ antiporter)在植物钠钾离子平衡、细胞pH值调节中起重要的作用。为探究黑麦耐盐性与NHX的关系,通过生物信息学流程对黑麦的NHX基因进行鉴定与分析,结合RT-qPCR技术对ScNHXs在盐胁迫下的表达模式进行检测,为探究NHX基因在黑麦中的潜在功能以及黑麦耐盐基因挖掘等研究提供参考信息。共鉴定获得10个黑麦NHX基因家族成员(ScNHX1~ScNHX10),系统进化树分析表明,其可分为Vac和Endo 2个亚家族,分别包含4,6个基因。其编码蛋白理化性质分析表明,分子质量为27.92~59.72 ku,氨基酸数目为253~546 aa,等电点为5.17~8.81,大多数蛋白属于酸性蛋白,均未预测到信号肽存在但均具有跨膜结构,亚细胞定位预测ScNHXs定位于质膜和液泡中。空间结构预测显示,其二级结构主要由α-螺旋和无规则卷曲构成。基因结构和motif分析发现,ScNHXs的外显子数为13~24,且均具有保守的Na⁺/H⁺交换结构域。此外,顺式作用元件分析表明,ScNHXs启动子区域中均发现众多与激素响应以及非生物胁迫响应等生物过程相关的元件。黑麦转录组数据分析发现,在黑麦的不同组织中ScNHXs表达模式存在明显差异。RT-qPCR分析表明,ScNHXs对不同浓度NaCl胁迫有不同程度的响应,并且在较长时间内能够持续响应盐胁迫。综上所述,ScNHXs可能参与黑麦对盐胁迫的生物调节相关过程。

为探究BnMLP2基因在苎麻抗旱过程中的作用,通过分析苎麻转录组数据,以中苎1号为材料得到了编码苎麻金属硫蛋白的BnMLP2基因。从苎麻转录组数据中筛选并克隆BnMLP2基因,进行生物信息学分析,包括序列比对、结构域预测及亚细胞定位预测。利用荧光定量PCR技术,测定BnMLP2基因在苎麻不同组织中的表达情况,并探究其在干旱胁迫下的表达变化。将BnMLP2基因导入拟南芥中,构建转基因植株。在干旱胁迫条件下,比较转基因拟南芥与野生型拟南芥的表型、生理生化指标差异,以及抗逆相关基因的表达情况。结果表明,苎麻BnMLP2基因开放阅读框全长共243 bp,编码80个氨基酸。BnMLP2与苹果MT或MLP的氨基酸序列亲缘关系最近,同属于金属硫蛋白家族成员;带有PFAM01439结构域,属于Ⅱ类金属硫蛋白;预测定位于细胞质。BnMLP2基因在苎麻各组织中均表达,并且BnMLP2的表达受干旱显著诱导,尤其在茎中的表达量最高。在干旱胁迫下,转BnMLP2拟南芥相较于野生型表现出更强的抗旱能力,具体表现为根长和鲜质量显著增加,表现出更强的抗氧化酶和γ-GCL活性,积累了更多的脯氨酸(Pro)、还原型谷胱甘肽(GSH)、氧化型谷胱甘肽(GSSG)、植物螯合态(PCs)来调节细胞内的离子稳态,转基因株系丙二醛(MDA)、过氧化氢(H₂O₂)的含量显著低于野生型,约为野生型的55%,80%。此外,转基因拟南芥在干旱条件下钠离子和钾离子的含量最高为野生型的4.4,1.4倍。BnMLP2的过表达能诱导3个抗逆相关基因AtMT1a、AtNCED3、AtWRKY40的表达量提高,最高分别是野生型的1.5,1.9,2.8倍。上述结果表明,BnMLP2基因能够提高拟南芥对干旱胁迫的耐受能力。

为了探究NBS-LRR类基因RPM1在茄属植物抗黄萎病中的作用,以茄属中的野生茄-蒜芥茄为材料,在其转录测序的基础上,克隆RPM1基因同源序列,分析该序列编码蛋白的理化性质、分子结构,构建进化树,以及在烟草中进行亚细胞定位,同时检测蒜芥茄不同部位中RPM1基因的相对表达量,以及在接种大丽轮枝菌(黄萎病病原菌的一种)后4个时间点(0,24,48,72 h)的相对表达量。结果发现,在蒜芥茄中RPM1基因(命名为SsRPM1)序列全长2 772 bp,编码 924 个氨基酸。SsRPM1蛋白总分子质量为105.99 ku,是不存在跨膜结构的碱性亲水蛋白,该蛋白主要由α螺旋和无规卷曲构成,包括LRR、NBC和CC 3种结构域,欧白英RPM1蛋白与其亲缘性关系最近;在烟草中的亚细胞定位发现该蛋白位于细胞膜上;SsRPM1基因在蒜芥茄的不同器官(根、茎、叶)中均有表达,其中茎的相对表达量最高,其次是叶,最后是根。在接种大丽轮枝菌后,总体上看,对照组和接菌处理组的SsRPM1基因表达情况皆呈现先上升后下降的趋势,在24 h最高。与对照组相比,接菌处理组的基因相对表达量较低,暗示蒜芥茄SsRPM1是响应黄萎病胁迫的负调控基因。

旨在从cDNA文库中筛选潜在与番茄褪绿病毒(ToCV)外壳蛋白(CP)互作的蛋白,探究ToCV的侵染机制及CP在侵染过程中的功能,以应对当前越夏、秋延后番茄生产中因番茄褪绿病毒病大肆传播而致使番茄产量和品质严重受影响的状况。以感染ToCV的Moneymaker番茄品种作为试验材料,采用Gateway技术构建感染ToCV的番茄核体系酵母cDNA文库,并构建酵母双杂交诱饵载体pGBKT7-CP(CP-BD)。以CP为诱饵蛋白,通过核体系酵母文库筛选出上百种参与多种生理过程的潜在互作蛋白,并进一步通过一对一的酵母双杂交验证以及NCBI BLAST比对确定与ToCV CP互作的相关蛋白。构建了核体系酵母文库,初级文库总克隆数为1.60×10⁷,重组率达100%,平均插入片段长度超过1 000 bp;次级文库总克隆数同样为1.60×10⁷,重组率为100%,平均插入片段长度大于1 000 bp,达到质量标准,满足后续酵母杂交试验的条件。由文库筛选得到的ToCV CP互作蛋白涵盖了细胞过程、生物调节、细胞物质运输等类别,其中在病毒复制和运输、侵染宿主细胞以及调节宿主细胞的代谢和细胞周期等生物过程相关的蛋白数量较多。此外,还涉及蛋白质结合、核酸结合、水解酶活性等相关蛋白,其中RNA酶最为丰富,在病毒侵染过程中发挥重要作用。最终确定了HSPs、DnaJ与TCPs等30种与ToCV CP互作的蛋白,为后续深入研究ToCV的侵染机制及CP在侵染过程中的功能奠定了良好基础。

为系统研究果实硬度相关基因,通过基因组重测序BSA方法定位果实硬度关联区间,并根据其对应的参考基因组共线性区段和基因注释信息预测候选基因,为下一步基因克隆奠定基础。以稳定遗传的软肉自交系C18与硬肉自交系LE4杂交,F₂后代的果实硬度分离呈正态分布。在F₂群体中分别选取30株软肉和30株硬肉单株构建极端混合池,对混合池样本和双亲材料分别开展30×和10×覆盖度的全基因组重测序。重测序共获得1 891 040个单核苷酸多态性(SNPs)标记及376 603个插入缺失(InDels)标记,用于果实硬度性状的全基因组定位。BSA定位峰值位于茄子第6号染色体,从72 610 411到75 329 951 bp,共计2.71 Mb。根据通路富集和基因功能注释,筛选到候选基因Smechr0601726.1 和Smechr0601735.1。综上,通过基因组重测序BSA分析可知,茄子果实硬度可能由2个重要的候选基因进行调控,Smechr0601726.1编码多聚半乳糖醛酸酶基因,与果实硬度直接相关;Smechr0601735.1与抗坏血酸和阿糖二酸代谢密切相关,编码抗坏血酸过氧化物酶,与果实发育和硬度形成有关,可以延缓果实软化。

花青素合酶(ANS)是植物花青素合成过程中的关键酶,可以将无色的花色苷催化成红色、橙色、蓝色等不同颜色的花青素。为了探究ANS基因调控菊苣叶色的分子机制,首先对该基因进行生物信息学分析,随后选取红色结球型菊苣(印地欧)和绿色菊苣(普那)为材料,克隆得到菊苣ANS基因(CiANS),并对该基因在这2个材料中的氨基酸序列及蛋白结构进行了差异分析,最后对ANS基因的组织特异表达和蛋白的亚细胞定位进行了检测,并对ANS蛋白进行了原核表达。结果显示,CiANS与莴苣及栽培菊苣的ANS亲缘关系最近,Motif分析发现,CiANS蛋白基序在不同植物中均较为保守。2种菊苣中ANS的克隆结果表明,ANS基因全长均为1 068 bp,编码355个氨基酸,具有9个差异氨基酸,但在预测的三级结构上并未表现出明显的差异。qRT-PCR结果显示,CiANS基因在不同组织中均有表达,但在叶片中表达量最高,并且红色的结球菊苣中CiANS基因的表达水平显著高于绿色的普那菊苣。亚细胞定位结果显示,CiANS蛋白定位于细胞质和细胞核中。CiANS蛋白在原核载体上诱导表达后大小共为45 ku,与预期蛋白大小一致。综上所述,菊苣叶色差异的形成很可能与ANS基因的表达量差异有关,研究结果为解析菊苣叶色分子调控网络及花青素代谢遗传改良提供了理论依据。

低温是影响山茶在我国北方分布的主要因素,为进一步扩大山茶的分布范围,提升北方园林植物的多样性,以山茶科山茶属植物耐冬山茶岛城春早的叶片为材料,通过Gateway重组技术构建酵母文库,获得的初级文库总克隆数为1.44×10⁷ cfu,次级文库总克隆数为1.12×10⁷ cfu,重组阳性率为100%,酵母文库滴度为1.00×10⁸ cfu/mL,酵母克隆平均插入片段>1 000 bp,符合建库标准。利用双酶切同源重组方式构建诱饵载体pGBKT7-CjCBF1,其在酵母细胞中无毒性及自激活活性。使用质粒共转法进行筛库,获得46个与CjCBF1相互作用的候选蛋白,功能涉及植物生长发育、开花结实及响应胁迫等多个方面,选取CjRAV1作为候选蛋白。参考耐冬山茶转录组数据库和茶树基因组数据库设计引物,克隆得到CjRAV1基因,该基因CDS全长为1 023 bp。生物信息学分析结果显示,该基因编码341个氨基酸,相对分子质量为37.99 ku,蛋白质等电点9.10,不稳定指数34.74,脂肪指数76.60。选取与CjRAV1同源性较近的物种进行氨基酸序列比对并构建系统发育树,发现其与狭叶油茶、君迁子以及中华猕猴桃亲缘关系较近。为了降低筛库的假阳性概率,构建pGADT7-CjRAV1载体,与pGBKT7-CjCBF1进行点对点验证,证实二者之间存在互作关系,为后续深入研究耐冬山茶低温应答分子机制奠定基础。

为探明不同覆盖措施对西北旱作区冬小麦土壤水热状况及产量的影响,以康庄974冬小麦为供试材料,于2022年9月至2023年7月在通渭县旱作循环农业试验示范基地设置麦秆带状覆盖3行(M3)、4行(M4)、5行(M5)3个不同覆盖度处理和地膜覆盖(PM)处理,以露地(CK)作为对照的试验,结果表明:覆盖较CK显著提高全生育期0~200 cm土壤贮水量,麦秆覆盖平均提高13.22%,提高幅度M3>M4>M5,PM提高19.65%;覆盖增墒效应随生育期推进逐渐增大,成熟期增幅37.53~87.76 mm;随土层加深而减少,0~20 cm增幅5.10~9.48 mm;覆盖显著降低全生育期总耗水量和总耗水强度,覆盖对阶段耗水量和阶段耗水强度的影响以生育后期最明显。麦秆覆盖较CK显著降低全生育期0~25 cm土壤温度1.60~2.70 ℃,M3降幅最大;期间最大降幅出现在灌浆期,为3.67 ℃,土层间最大降幅出现在5 cm,为3.01 ℃;PM较CK显著增加全生育期0~25 cm土壤温度1.50 ℃,以越冬期、5 cm增幅最大,分别为2.20,1.79 ℃。麦秆覆盖在越冬期、拔节期、成熟期7:00增温,其他时间具有增温和降温双重效应;PM除灌浆期、成熟期14:00降温外,其他时间均增温。M5、PM的产量和水分利用效率较CK分别提高8.67%,26.49% 和0.96,2.94 kg/(hm²·mm);覆盖对产量要素的影响以穗数最明显(CV=17.67%)。产量与穗数(r=0.754^**)、WUE(r=0.891^**)、土壤温度(r=0.723^**)呈极显著正相关,与穗粒数呈显著正相关(r=0.522^*)。综上,麦秆覆盖可实现生态和经济效益双赢,M5增产效果更佳。

探明盐碱地全幅匀播对冬小麦冠层光能利用特性、干物质积累与转运的影响,阐明其高产高效的生理机制,为冬小麦全幅匀播在黄河三角洲推广提供理论和实践依据。于2022—2024年冬小麦生长季,采用京优368小麦品种为材料,设置全幅匀播和常规条播2种播种方式,分析不同播种方式下产量、干物质积累量、干物质转运量、冠层光合有效辐射截获量和光能利用率等指标差异,并对其进行相关性分析。全幅匀播下小麦产量和穗数均高于常规条播,2022—2023年全幅匀播分别极显著提高18.35%和46.97%,2023—2024年全幅匀播分别极显著提高18.71%和47.21%。全幅匀播下小麦茎蘖数高于常规条播,2022—2023年全幅匀播显著提高58.83%,2023—2024年全幅匀播极显著提高57.30%。全幅匀播下小麦开花期干物质积累量、成熟期干物质积累量和花前营养器官干物质转运量均高于常规条播,2022—2023年全幅匀播分别极显著提高75.78%,41.70%,109.69%,2023—2024年全幅匀播分别极显著提高71.23%,40.81%,98.07%。全幅匀播下小麦开花期叶面积指数、冠层光合有效辐射截获量和光能利用率均高于常规条播,2022—2023年全幅匀播分别极显著提高58.36%,4.11%,47.17%,2023—2024年全幅匀播分别极显著提高59.78%,4.11%,44.00%。综上所述,盐碱地小麦全幅匀播通过塑造合理群体结构和改善种床环境,以提高冠层光能利用性能和茎蘖生产力,有利于植株光合产物形成和单位面积穗数增加,最终实现小麦高产。因此,全幅匀播是黄河三角洲盐碱地冬小麦稳产、高产的较佳播种方式。

为了研究不同施肥处理对香稻产量、品质和香气的影响,以青香优19香为研究对象,分别设置了撒施复合肥(T1)、6 cm深施复合肥(T2)、撒施尿素(T3)、6 cm深施尿素(T4)和不施肥处理(T5)5种施肥处理,于2022,2023年探究不同施肥方式对香稻产量、品质、香气以及生理特性的影响。试验结果表明,不同施肥处理对香稻的产量和品质均有影响。深施肥处理(T2和T4)下香稻的产量显著高于撒施肥处理(T1和T3)。另外,T2和T4处理下香稻产量在2022,2023年分别比T5处理高出19.61%和20.03%,39.57%和32.28%。在叶片净光合速率方面,深施肥处理显著提高了香稻叶片的净光合效率,与T5处理相比,在2022,2023年,净光合效率在T2和T4处理下分别提高了25.69%,15.95%和17.83%,11.28%。此外,在深施肥处理下,香稻的2-乙酰基-1-吡咯啉(2-AP)含量、2-AP合成相关前体物质含量和主要酶活性均有所提高。相较于T5处理,T2的2-AP含量显著增加,在2022,2023年分别达到了161.31,180.17 μg/kg。另外,深施肥处理下,香气前体物质含量和主要酶活性也显著提高。其中,在2022,2023年,T2处理香稻籽粒的脯氨酸、吡咯啉-5-羧酸以及1-吡咯啉含量分别提高了9.90%,10.08%,4.38%和8.13%,8.26%,6.06%,同时吡咯啉-5-羧酸合成酶和脯氨酸脱氢酶活性分别提高了8.72%,27.79%和5.52%,30.91%。综上所述,深施肥处理能够显著提高香稻的产量、品质、叶片净光合速率并促进2-AP的生物合成。

探索氨基酸水溶肥对芹菜叶绿素含量、比例的影响,及其对叶绿素代谢相关基因表达的调控作用,以期为高品质富色素芹菜生产中氨基酸水溶肥叶面肥的合理施用提供理论依据。以宁芹1号为材料,设置不同浓度氨基酸水溶肥叶面喷施处理,测定叶片及叶柄叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量并分析,通过荧光定量PCR(RT-qPCR)测定叶绿素代谢有关基因相对表达水平。氨基酸水溶肥对本芹叶绿素积累及相关基因相对表达水平的影响与处理浓度及叶片部位有关,500 μL/L氨基酸水溶肥处理可促进叶片和叶柄中叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量增加,降低叶柄中叶绿素a/b,诱导叶绿素合成相关基因(AgHEMA、AgHEMB、AgCHLM、AgPOR及AgCAO)表达并显著下调各降解相关基因(AgPAO及AgPPH)表达水平;1 000 μL/L氨基酸水溶肥处理在一定程度上阻碍叶绿素积累,提高叶片中叶绿素a/b,显著下调各叶绿素合成相关基因及叶绿素降解相关基因AgPPH的表达水平。适宜浓度的氨基酸水溶肥叶面肥可调控叶绿素代谢相关基因表达水平,提高芹菜苗期叶绿素含量。

为探究连续绿肥翻压还田管理模式下,豫中烟田地表二氧化碳(CO₂)和氧化亚氮(N₂O)通量日变化特征及其影响因素,确定两者最佳采集时间,2021年基于河南农业大学毛庄科教园区长期定位试验,于烟苗移栽后每隔30 d采用静态暗箱-气相色谱法进行24 h连续动态观测,测定施氮磷钾肥(NPK)和氮磷钾+种植并翻压黑麦草(NPKG)处理下烟田CO₂和N₂O日排放通量。结果表明,豫中烟田土壤为CO₂和N₂O的排放源,且排放趋势与大气温度变化轨迹相似,昼高夜低,昼、夜排放通量平均值达到显著差异水平。CO₂排放通量在移栽后30 d和60 d表现为不明显双峰形态,90 d表现为昼高夜低的单峰态;N₂O通量呈现昼高夜低的单峰态。NPKG处理CO₂和N₂O排放通量总体上显著高于NPK处理,3个典型日CO₂排放通量表现为90 d>60 d>30 d,N₂O排放通量为60 d>90 d>30 d。观测日内,土壤孔隙含水率(WFPS)和10 cm地温共同影响着CO₂和N₂O的排放速率,10 cm地温与CO₂和N₂O日排放通量均呈显著或极显著正相关。一天中9:00,21:00 CO₂和N₂O排放通量的矫正系数最接近1,且其与日平均排放通量无显著差异。CO₂通量与N₂O通量呈显著正相关关系,一定范围内,N₂O通量随CO₂通量增加呈线性态势增加。综上,连续绿肥翻压还田增加了烟田地表CO₂和N₂O排放通量,9:00,21:00左右为CO₂和N₂O最佳采集时间。烟草大田生育期3个取样日,NPK处理和NPKG处理地表CO₂排放通量均以90 d 最高,60 d次之;N₂O排放通量均以 60 d 最高,90 d次之。

为探讨不同生化黄腐酸(BFA)用量对苏打盐碱土改良效果及玉米生长的影响机制,采用盆栽试验,以内蒙古自治区典型苏打盐碱土为供试土壤,玉米东单181为供试品种,设置4个BFA用量梯度(0 g/kg,CK;2 g/kg,FA2;4 g/kg,FA4;8 g/kg,FA8),研究不同BFA用量对土壤养分、微生物多样性、玉米耐盐性及生物量等指标的影响。结果表明,相较于CK处理,土壤pH值随BFA用量的增加而降低,土壤有效磷含量在施用BFA后出现显著提高,但FA2、FA4、FA8 这3种处理之间在播种后30,62,80 d差异不显著。 土壤含盐量随着BFA用量增加而提高,增幅为23.30%~89.32%。土壤交换性钾含量随BFA用量增加而提高,而交换性钙含量逐步下降。土壤中<0.053 mm的粉黏粒组分在FA2、FA4、FA8处理下,分别较CK处理降低了6.49,9.92,13.97百分点,0.053~0.250 mm团聚体比例分别增加了5.90,8.99,13.75百分点,0.250~2.000 mm粒径团聚体比例分别增加了0.55,0.87,0.21百分点,>2.000 mm粒径团聚体比例分别增加了0.04,0.06,0.01百分点。 土壤微生物多样性在施用BFA后较CK处理明显提高,但FA8处理低于FA4处理。玉米地上、地下部钠钾比在FA2、FA4处理下均小于CK,而FA8处理提高了玉米地上部钠钾比。FA2、FA4处理玉米在生长中后期生物量有显著增加,而FA8处理下生物量显著下降。综合来看,施用2 g/kg或4 g/kg生化黄腐酸对降低苏打盐碱土碱性,提高土壤有效磷含量,改善土壤结构,提高土壤微生物多样性和提高玉米耐盐性与生物量具有积极作用,超出此用量范围会显著提高土壤含盐量,抑制玉米生长。

为探究内生真菌印度梨形孢对烟草根际微环境的影响,在温室条件下开展盆栽试验,以云烟87为试验材料,通过非靶向代谢组学、土壤酶活测定、高通量测序及微生物群落功能预测,分析了印度梨形孢对其根系分泌物、根际土壤酶活性及细菌多样性的影响。结果表明,印度梨形孢成功定殖在烟草根部,增加了18种差异根系分泌物的含量,主要包括酸类、酯类、醇类、萜类和酚类化合物,显著富集了L-苯丙氨酸代谢、牛磺酸和次牛磺酸代谢及L-色氨酸代谢途径;与对照无菌水相比,印度梨形孢提高了烟草根际土壤中脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶的活性,其中脲酶和蔗糖酶活性达到显著水平;与对照相比,印度梨形孢提高了烟草根际土壤细菌群落的丰富度和多样性,Chao1指数和Observed_otus指数明显升高,改变了门、属水平的细菌群落结构,提高了酸杆菌门和放线菌门优势菌门及假单胞菌属、芽单胞菌属的相对丰度,增加了根际土壤细菌碳水化合物代谢通路和翻译通路涉及的基因丰度,对细菌群落功能产生了一定影响。研究表明,印度梨形孢能够改善烟草根际微生态环境,为揭示其促进烟草生长的机制并为烟草种植生产提供理论依据。

探究棉花GhERF14基因与尖孢镰刀菌致病力的关系,解析尖孢镰刀菌致病分子机制,初步探究棉花GhERF14基因对枯萎病的响应及对相关抗病基因的调控作用,为培育抗枯萎病的棉花新品种提供一定的理论依据。利用基因克隆、病毒诱导基因沉默(VIGS)构建了GhERF14 基因非保守结构域干扰载体pTRV2-GhERF14,通过实时荧光定量(qRT-PCR)技术和VIGS技术,研究枯萎病菌胁迫和激素处理后,GhERF14和下游与木质素(Lignin)、乙烯(ET)、茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)相关基因,抗氧化酶基因及病程相关蛋白(PR)基因的表达特征,分析其在棉花抗病过程中的作用,表明抑制GhERF14基因的表达可显著降低茉莉酸、水杨酸以及乙烯合成及信号通路相关基因的表达。利用VIGS 技术将 GhERF14 基因沉默后,棉株对枯萎病菌更敏感,表明GhERF14在尖孢镰刀菌致病及宿主-病原体互作过程中可能发挥着重要的作用。

为了深入挖掘稻曲病菌真菌病毒的多样性,以从海南省患病水稻样本中分离到的1株稻曲病菌异常菌株Uv263为试验材料,鉴定该菌株中潜在的真菌病毒,解析真菌病毒基因组结构与功能的关系。结果表明,Uv263菌株被1种新型真菌病毒侵染,命名为Ustilaginoidea virens RNA virus 7(UvRv7)。UvRV7为双链RNA病毒,全长5 082 bp,GC含量为60.29%。UvRV7编码的开放阅读框1编码外壳蛋白(CP),开放阅读框2编码RNA依赖的RNA聚合酶(RdRP)。BlastP比对表明,UvRV7的RdRP氨基酸序列与病毒Thelebolus microsporus totivirus 1的RdRP氨基酸序列的相似性最高,为48.49%。基于UvRV7的RdRP氨基酸序列的多重比对结果表明,UvRV7的RdRP序列共包含8个保守基序,其中在第Ⅵ个基序中鉴定到1个RdRP保守结构域中最典型的GDD基序。系统发育分析表明,UvRV7与Thelebolus microsporus totivirus 1的亲缘关系最近,并且与单分体病毒科中维多利亚病毒属的典型成员形成了1个进化分支。基因组特征和进化分析结果均表明,UvRV7是维多利亚病毒属中一个新发现的真菌病毒种类。透射电镜观察表明,UvRV7形成1个约45 nm的球状病毒粒子。水平传播和垂直传播试验也表明,UvRV7可以通过分生孢子高效垂直传播,并且在营养体亲和的菌株间高效水平传播。综上所述,阐明了稻曲病菌中新报道的单分体病毒UvRV7的全基因组结构特征及其进化关系。

为了解魔芋感染白绢病后内源激素与相关基因表达量的变化,进而揭示魔芋参与对白绢病响应的主要激素通路,采用液相色谱串联质谱对3月龄珠芽魔芋感染白绢病0,1,3,6 d 的内源激素含量进行测定,并利用实时荧光定量PCR技术对脱落酸、茉莉酸和水杨酸通路基因表达水平进行分析。结果表明: 感染白绢病后会导致魔芋多种内源激素含量发生变化,随着感染白绢病时间的延长,其中生长素类代谢物吲哚-3-乙酸含量呈先升高后下降的趋势,而吲哚-3-丁酸含量呈下降的趋势;反式玉米素含量则显著下降;脱落酸的含量呈先升高后下降的趋势;茉莉酸类代谢物含量和水杨酸类代谢物的含量均显著高于对照组。魔芋感染白绢病1,3,6 d茉莉酸含量分别为对照组的2.31,2.31,5.08倍,水杨酸含量分别为对照组的5.53,4.60,7.38倍。脱落酸、茉莉酸和水杨酸代谢通路相关的8个基因均被激活,表达量显著提高。感染白绢病后打破了魔芋内源激素稳态,激活了魔芋茉莉酸、水杨酸及脱落酸激素通路相关基因的表达,茉莉酸和水杨酸通路在魔芋对白绢病抗性胁迫中可能具有重要的作用。

病毒诱导的基因沉默(VIGS)是一种转录后基因沉默技术,广泛应用于植物基因功能研究。然而,到目前为止,国内关于建立甘蓝VIGS基因沉默体系的报道较少。旨在甘蓝上建立以八氢番茄红素脱氢酶基因(Phytoene desaturase,PDS)作为有效视觉指示基因、病毒载体PCVA/PCVB介导的基因沉默体系。以甘蓝、大白菜和萝卜为植物材料,通过构建PCVA-PDS载体,对甘蓝PDS进行沉默。通过构建PCVA/PCVB-PDS-GFP转化农杆菌,并采用注射法侵染甘蓝和烟草叶片下表皮细胞、真空负压侵染甘蓝幼苗,结合实时荧光定量PCR技术,研究病毒介导的基因沉默体系在甘蓝中的适用性,并将该体系应用于另外2个具有代表性的十字花科作物—大白菜和萝卜。结果表明,载体PCVA/PCVB-PDS-GFP转化的农杆菌侵染甘蓝及烟草叶片细胞后,细胞膜可以观察到荧光出现;通过真空负压侵染甘蓝幼苗14 d后,新生叶片出现光漂白现象,并呈现范围逐渐扩大的趋势;实时荧光定量PCR分析显示,PDS同源基因在试验组中的相对表达量较对照组分别下降3.2,1.7倍;侵染大白菜和萝卜幼苗后,观察到大白菜和萝卜的叶脉及部分叶片出现白化现象,同时伴随一定程度的叶面卷曲。综上所述,通过对PDS基因沉默后甘蓝叶片出现光漂白现象,证明病毒介导的基因沉默体系在甘蓝植株中实现了有效的复制和传播,大白菜萝卜叶片出现白化也表明,VIGS系统同样可以应用于其他十字花科作物,进一步扩展了该沉默系统的应用范围。甘蓝VIGS沉默体系的建立,为十字花科作物相关基因功能研究提供了理论基础。

为探究豆伞滑刃线虫与寄主植物互作的分子机制,通过构建豆伞滑刃线虫体前端特异cDNA文库与RACE技术相结合的方法克隆获得1个豆伞滑刃线虫类FMRF酰胺多肽基因Bd-FLP-12,并应用生物信息学方法进行序列分析,应用Southern杂交和半定量RT-PCR方法分别检测基因拷贝数和在不同发育阶段的表达水平。序列分析表明,Bd-FLP-12编码蛋白由90个氨基酸残基组成,其中含有1个信号肽序列和1个FLP-12成熟肽序列,无跨膜结构域,属于分泌型蛋白。根据Southern杂交结果推测,Bd-FLP-12基因在豆伞滑刃线虫基因组中为单拷贝。半定量RT-PCR结果显示,Bd-FLP-12在豆伞滑刃线虫各龄期均有表达,但在卵期相对比较微弱。综上,首次在豆伞滑刃线虫中克隆获得Bd-FLP-12基因全长序列,解析了该基因的结构、性质和表达特征,为进一步研究该基因的功能奠定了基础。

脂肪储存诱导跨膜蛋白2 (FITM2) 在调节脂质储存和骨骼肌能量代谢中发挥着重要作用。为了扫描绵羊FITM2基因多态性,探究其与湖羊生长性状的关系,选取1 128只健康无病、表型记录准确的湖羊为试验群体,以绵羊FITM2基因为研究对象,首先运用qPCR技术对FITM2基因在不同组织中的表达差异进行分析,其次通过PCR扩增、Sanger测序和AQP基因分型技术对绵羊FITM2基因多态性进行检测,并与生长性状进行关联分析。研究结果表明,FITM2基因在湖羊不同组织中均有表达,其中在尾脂中的表达水平最高,且显著高于其他组织。FITM2基因多态性检测结果显示,在FITM2基因第1内含子中存在g.72704027 C>T突变位点。关联分析结果表明,CC基因型个体的100,120日龄体质量、140,160日龄体高、80,120,140,160日龄体长、100日龄胸围均显著高于TT基因型个体。综上,绵羊FITM2基因g.72704027 C>T突变位点可作为与湖羊生长性状相关的候选分子标记,为湖羊的遗传育种工作提供理论基础。

为探究速激肽3受体基因(TACR3)功能及其编码产物神经激肽B受体(NK3R)在甘加型藏羊输卵管和子宫中的表达与分布,以发情周期和乏情期甘加型藏羊下丘脑、输卵管和子宫组织为样本,通过巢式PCR反应克隆TACR3基因编码区序列(CDS),利用STRING蛋白质互作数据库、基因本体论(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)预测分析TACR3互作蛋白的生物学功能;通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)、蛋白免疫印迹(WB)和免疫组织化学(IHC)方法分析TACR3基因及其编码蛋白NK3R在甘加型藏羊发情周期和乏情期输卵管和子宫的分布及表达规律。结果显示,甘加型藏羊TACR3基因开放阅读框全长1 95 bp,编码464个氨基酸,未发现信号肽结构,存在7次跨膜结构;TACR3可能参与神经肽信号通路、GnRH信号通路和钙信号通路等生物学过程。TACR3编码的NK3R蛋白主要表达在输卵管的黏膜上皮、纤毛细胞、分泌细胞和子宫的子宫腺、基质细胞中。输卵管中TACR3 mRNA在发情后期表达量最高,NK3R蛋白在发情期表达量最高;子宫中TACR3 mRNA和蛋白均在发情后期表达量最高。结果表明,TACR3基因在动物进化中较为保守,不同发情时期的输卵管和子宫组织均有TACR3 mRNA及蛋白表达,其可能在甘加型藏羊生殖过程中发挥重要作用。

为筛选不同尾型绵羊尾部脂肪组织之间的差异表达mRNAs、miRNAs和lncRNAs,构建参与调控绵羊尾部脂肪沉积的重要竞争性内源RNA(ceRNA)调控网络,随机选取2岁(24月龄)杜泊羊和天津大尾羊各3只,取尾部脂肪组织进行H&E染色和全转录组测序,运用生物信息学筛选差异表达的RNAs,并进行靶基因预测和功能富集,从调控脂质沉积的角度,进一步分析其调控网络和靶向关系。结果表明,天津大尾羊尾部脂肪细胞面积显著大于杜泊羊尾部脂肪细胞;杜泊羊和天津大尾羊尾部脂肪组织存在差异表达的mRNAs共有1 156个(403个上调表达,753个下调表达),差异表达的miRNAs共有72个(其中46个上调表达,26个下调表达),差异表达的lncRNAs共392个(142个上调表达,250个下调表达);同时,差异表达lncRNAs预测到靶基因216个,这些靶基因参与四氢叶酸代谢过程、GAIT复合体、辅酶分解代谢过程等与脂代谢相关生物学过程以及甘油酯代谢、生物素代谢、脂肪消化和吸收及磷脂酰肌醇信号系统等信号通路;通过预测差异表达的mRNAs和lncRNAs与miRNAs的靶向关系,成功构建一个与绵羊尾脂沉积密切相关的ceRNA网络,其中24个lncRNAs和6个miRNAs被预测可以调控PROX1、LPL及LRP1B与脂代谢密切相关的基因。综上,PROX1、LPL和LRP1B在绵羊尾脂沉积中发挥关键作用,预测到MSTRG.9916.7等4个lncRNAs通过PROX1正向调节脂肪代谢,MSTRG.7563.1和MSTRG.4729.1通过LPL正向调节脂肪代谢。

旨在克隆奶山羊沉默信息调节因子2相关酶7基因(SIRT7)并进行生物信息学分析,检测该基因在奶山羊不同组织中的表达规律及其对奶山羊乳腺上皮细胞乳脂合成的影响。结果表明,通过设计SIRT7基因引物,成功克隆奶山羊SIRT7基因序列1 376 bp,编码区长1 203 bp,编码400个氨基酸,与绵羊同源性最高。SIRT7是亲水性蛋白,不含信号肽和跨膜结构,二级结构有无规则卷曲、α-螺旋、延伸链和β-转角。qRT-PCR结果显示,SIRT7基因在奶山羊肝脏组织中的相对表达量最高,在其他组织中也有一定的表达量。构建SIRT7基因过表达载体pcDNA3.1-SIRT7,将其转染至奶山羊乳腺上皮细胞中,与空载体对照组相比,过表达组SIRT7基因mRNA水平上调约33倍。SIRT7基因过表达后,乳脂代谢相关基因中硬脂酰辅酶A去饱和酶基因(SCD1)表达量显著降低,抗原分化簇36基因(CD36)、二酰基甘油酰基转移酶1基因(DGAT1)、固醇调节元件结合蛋白1基因(SREBP1)的表达量极显著降低;细胞中甘油三酯含量显著降低;细胞核周脂滴聚集量明显减少。因此,SIRT7基因抑制奶山羊乳腺上皮细胞的脂质代谢,为进一步探索SIRT7在奶山羊乳腺上皮细胞中的调控机制奠定基础。

通过分析开产与未开产康乐黄鸡肝脏组织转录组表达谱,筛选出开产相关候选基因和关键通路,为研究鸡肝脏基因调控开产性状分子机理提供理论基础,为康乐黄鸡选种选育提供一定参考。选取154日龄已开产(H组)、未开产(L组)各3个个体的肝脏组织,采用TRIzol法提取总RNA,利用Illumina测序平台进行转录组测序,筛选2组个体的差异表达基因;对差异表达基因进行功能富集和蛋白互作分析;随机选取9个候选基因,在9个个体肝脏中,进行qRT-PCR验证。一共检测到21 465个基因在肝脏组织表达,共筛选出227个差异表达基因,其中48个表达上调,179个表达下调。qRT-PCR验证结果表明,9个基因在2组个体肝脏中表达量变化趋势与RNA-Seq结果基本一致,且在H、M(即将开产)和L 3组个体中呈现表达量依次递减或递增的趋势。初步确定了6个开产性状相关候选基因,分别是VTG1、VTG2、VTG3、APOV1、RBP、RNF186。5条关键信号通路分别是脂肪消化吸收、胆固醇代谢、ECM-受体相互作用、雌激素信号通路、D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代谢。综上,初步确定了6个康乐黄鸡开产性状相关候选基因,5条关键信号通路。

为探究猪流行性腹泻病毒(PEDV)在猪小肠上皮细胞(IPEC-J2)中的繁殖适应性,并评估虎杖水提取物对其体外抑制作用,通过细胞毒性试验和Western Blot试验,评估不同胰酶浓度、不同时间对IPEC-J2细胞活性以及PEDV N蛋白在细胞内表达的影响;再通过TCID₅₀、实时荧光定量PCR和Western Blot等方法检测病毒滴度、PEDV N基因转录水平及N蛋白的表达量;使用CCK-8法检测虎杖水提取物对IPEC-J2细胞增殖活力的影响;进一步通过实时荧光定量PCR和Western Blot试验,检测虎杖水提取物对PEDV N基因和N蛋白表达的抑制作用,以及探究虎杖水提取物对PEDV生命周期各个阶段的影响。结果表明,当胰酶浓度为2 μg/mL时,胰酶对细胞无影响,此时PEDV展示出最佳的繁殖适应性,且36 h后达到最高毒力值;虎杖水提取物浓度低于100 μg/mL时在12 h,24 h无细胞毒性。虎杖水提取物在All-treatment Co-treatment、Post-treatment 3种加药方式下显著抑制N基因表达,并呈剂量依赖显著抑制PEDV N基因mRNA和N蛋白的表达;虎杖水提取物主要在病毒生命周期中复制增殖阶段对PEDV N基因有显著抑制效果,在其他阶段无明显抑制作用。综上,2 μg/mL胰酶浓度对PEDV繁殖适应性最佳,并且虎杖水提取物在体外有显著的抑制PEDV效果,主要作用于PEDV生命周期的复制增殖阶段。

MAP3K7是MAP3K家族中的一员,在脂肪分化、炎症和肿瘤发生过程中发挥着重要作用,但其与牦牛脂肪分化的关系未见报道,并且其基因序列未知,制约了相关功能研究。为了获得牦牛MAP3K7 基因编码区 (CDS) 保守区域序列,明确其表达特征,了解其在牦牛不同组织中的表达水平及其与牦牛皮下前体脂肪细胞分化的相关性,利用RT-PCR技术,克隆牦牛 MAP3K7 基因并利用生物信息学方法分析生物学特性;利用实时荧光定量 PCR (qPCR) 技术检测MAP3K7 在牦牛心、肝、脾等10个组织中的表达情况,与不同分化阶段牦牛皮下脂肪细胞中MAP3K7基因和脂分化相关基因的表达情况,同时结合油红O染色,明确MAP3K7 基因对牦牛皮下前体脂肪细胞分化的影响。结果表明:克隆所得牦牛MAP3K7基因CDS区长度为1 740 bp,编码579个氨基酸,与野牦牛MAP3K7 预测序列CDS区比对发现第967位 A>G,导致第323位氨基酸Thr>Ala的突变。理化性质分析发现,该蛋白为整体带负电的亲水酸性蛋白,具有112个氨基酸磷酸化位点,其氨基酸组成中,占比最高的是丝氨酸;二级结构预测显示,其无规卷曲含量最高,可能与TAB3等蛋白质间存在相互作用关系。核苷酸同源性比对与进化树结果表明,牦牛MAP3K7在反刍动物间具有较高的保守性,与野牦牛同源性最高且进化关系最近。组织定量检测发现,MAP3K7在牦牛皮下脂肪和内脏脂肪中的表达量相对较低,在牦牛皮下前体脂肪细胞诱导分化过程中,MAP3K7表达量随着成熟脂肪细胞的增多先上调,至分化到一定程度后下调。综上,MAP3K7基因在牦牛皮下前体脂肪细胞分化前期高表达以促进分化,但当分化到一定程度时,表达下调抑制进一步分化。

Hedgehog(Hh)信号通路在多种生物的生长和发育过程中发挥重要作用,Smoothened(Smo)蛋白作为Hh信号通路的关键受体,是Hh信号转导的核心调控因子。为探究Smo蛋白在蜜蜂体内的功能及其调控机制,并深入解析蜜蜂嗅觉信号转导的分子机制,利用大肠杆菌BL21表达系统表达并纯化了Smo蛋白,并以纯化的Smo蛋白为抗原免疫新西兰白兔,制备了高活性和高特异性的Smo蛋白多克隆抗体。进一步采用免疫荧光技术检测了Smo蛋白在西方蜜蜂触角中的表达定位。结果显示,经大肠杆菌诱导表达后,重组Smo蛋白在83.72 ku处富集出明显目标条带,与预测的分子质量大小一致,表明诱导表达成功;SDS-PAGE分析结果显示,经富集纯化后,获得了高浓度的重组Smo蛋白洗脱液,表明Smo蛋白的纯化效果良好。ELISA检测结果显示,制备的Smo蛋白抗体效价达到1∶364 500,表现出较高的免疫活性。免疫荧光结果显示,Smo蛋白在西方蜜蜂触角中广泛表达,尤其在毛形感器中高表达。研究成功制备了高纯度、高效价且特异性强的Smo蛋白多克隆抗体,并明确了Smo蛋白在西方蜜蜂触角中的表达定位。