OFP是一类植物特有的转录因子,在调控植物器官形态建成和响应非生物胁迫等过程发挥重要作用。为了研究大豆OFP转录因子家族成员特征及其在干旱胁迫和盐胁迫中的作用,运用生物信息学方法对大豆OFP家族成员进行鉴定和分析。结果表明:在大豆中共鉴定到41个GmOFP基因,命名为GmOFP-1~GmOFP-41;这些基因不均匀地分布在大豆19条染色体上,编码152~414个氨基酸;亚细胞定位预测大豆OFP蛋白主要定位在细胞核、叶绿体、线粒体中;在大豆OFP蛋白中共鉴定到10个保守基序,其中保守基序1和2存在于所有OFP成员中;系统发育分析将大豆和拟南芥OFP蛋白分为5个亚家族Class Ⅰ~Class Ⅴ,其中大豆OFP家族基因主要分布在Class Ⅰ和Class Ⅲ中;共线性分析发现,大豆基因组OFP成员中有75对基因存在共线性关系,4对基因存在串联重复,仅有2个基因GmOFP-2和GmOFP-39没有共线性关系,表明基因片段复制是导致大豆OFP家族成员增多的主要原因。通过qRT-PCR方法分析了GmOFP基因家族成员在干旱胁迫和盐胁迫处理下的表达模式,结果表明:与对照相比,41个GmOFP基因中有16个GmOFP成员在干旱处理后基因表达水平表现出显著差异,其中GmOFP-15、GmOFP-17、GmOFP-32显著上调表达,GmOFP-4、GmOFP-5、GmOFP-6、GmOFP-9、GmOFP-12、GmOFP-21、GmOFP-23、GmOFP-25、GmOFP-26、GmOFP-27、GmOFP-38、GmOFP-39、GmOFP-40显著下调表达;有8个GmOFP成员在盐处理后基因表达水平表现出显著差异,其中GmOFP-7、GmOFP-14、GmOFP-31、GmOFP-32、GmOFP-36、GmOFP-40显著上调表达,GmOFP-1、GmOFP-15显著下调表达。综上所述,大豆OFP基因家族在应对干旱胁迫和盐胁迫中可能具有重要功能。

为了探究北方寒旱区白菜型油菜与甘蓝型油菜的越冬率、产量差异,各农艺性状与平均产量之间的相关关系与抗寒优势性状,以45个甘蓝型油菜与22个白菜型油菜品种为研究对象,统计分析了甘蓝型油菜与白菜型油菜的越冬率、平均产量与各农艺性状,挑选并统计了产量水平相近的甘蓝型油菜与白菜型油菜在不同密度种植条件下的产量,比对了甘蓝型油菜与白菜型油菜苗期根系性状的差异。结果表明:67个油菜品种中,白菜型油菜的越冬率平均水平(97.59%)显著高于甘蓝型油菜(65.87%),甘蓝型油菜的产量潜力要高于白菜型油菜。对于能够稳定越冬的白菜型油菜,增加播种密度虽然显著提高了有效株数,但是不能提高产量;而对于甘蓝型油菜,其较低的越冬率限制了有效株数的提高,从而限制了平均产量。目前具有高越冬率的甘蓝型油菜品种越冬后表现出更高分枝部位与结角密度,更少二次分枝数、总分枝数与单株有效角果数的农艺性状。甘蓝型油菜与白菜型油菜根系性状之间的对比显示,膨大的根系、短下胚轴及生长点位于地面以下,是白菜型油菜强抗寒性的优势性状。培育具有白菜型油菜根系性状特点、生长点位于地面以下的耐密甘蓝型油菜,是提高甘蓝型油菜越冬率,促进油菜产量提升,确保油料供给的重要育种方向。

大豆萌发阶段遭受低温胁迫会对产量造成巨大影响。为挖掘大豆萌发期低温胁迫响应相关基因,探究大豆萌发期耐低温的生物学过程,对8个萌发期低温耐性存在显著差异材料萌发3 d的种子进行了转录组测序。筛选耐低温材料与低温敏感材料间差异表达基因(DEGs),并对差异表达基因进行GO富集分析、KEGG富集分析和转录因子分析。在15个低温耐性差异对比组中筛选到231个共有差异表达基因,其中159个DEGs在冷敏感大豆中表达上调,72个DEGs在冷敏感大豆中表达下调。GO富集分析结果显示,DEGs主要集中在细胞过程(GO:0009987)、代谢过程(GO:0008152)、生物调节过程(GO:0065007)、对刺激的反应(GO:0050896)、结合(GO:0005488)、转运蛋白活性(GO:0005215)和转录调节剂活性(GO:0140110)等生物学过程。KEGG富集通路分析发现,DEGs主要富集在淀粉和蔗糖代谢通路(ko00500)。参与种子发育的基因Glyma.03G144400、Glyma.19G147200、Glyma.10G027600、Glyma.10G247500、Glyma.20G147600,参与代谢反应的基因Glyma.05G004300、Glyma.17G086400和编码谷胱甘肽氧化酶的基因Glyma.01G219400均在冷敏感材料中上调。在231个差异表达基因中共鉴定出15个转录因子,属于MYB、AP2/ERF、NAC等转录因子家族。说明大豆通过调节多种生物学过程、物质代谢和信号传导来应对萌发期低温胁迫。

为明确气候变暖和有机无机肥配施对大豆生长发育和产量的影响,通过红外辐射增温设备模拟田间增温,设置不同温度水平(T0: 环境温度;T1: 增温2.9 ℃)和不同施肥措施(SF: 单施无机肥;OF:有机无机肥配施),探究增温和有机无机肥配施对大豆干物质积累、光合速率、叶片酶活性和产量的影响。结果表明: 相比于环境温度,增温造成2023—2024年大豆花前和花后生育期分别缩短3~4 d,5~6 d;增温降低盛荚期叶片硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶的活性,降低大豆叶面积和净光合速率,导致花后株高和地上部干物质积累分别降低9.0%~13.7%,4.1%~19.3%;相比于单施无机肥,有机无机肥配施显著提高了叶片硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶的活性,增加了花后光合速率,促进了大豆的生长发育,干物质积累显著增加4.1%~15.3%。硝酸还原酶和谷丙转氨酶活性存在显著交互作用。产量结果表明,增温条件下单株荚数和单株粒数分别下降9.7%~16.6%,13.3%~19.0%,造成产量显著降低13.7%~21.1%;而有机无机肥配施条件下,单株粒数显著增加12.5%,单株荚数显著增加9.9%~10.5%,导致增产7.6%~10.8%。同时,叶面积、光合速率、氮代谢酶活性与产量之间存在显著正相关关系。综上,气候变暖会抑制大豆花后光合特性和地上部生长发育,造成产量下降,而有机无机肥配施一定程度上弥补增温带来的不利影响。

为探明实现芝麻进一步增产的调控途径,选用豫芝ND837为材料,设置施用三元复合肥(M1:675 kg/hm²)、三元复合肥与生物有机肥配施(M2:三元复合肥405 kg/hm²、生物有机肥4 500 kg/hm²)2个处理,研究了有机肥和化肥配施对芝麻冠层垂直分布上不同部位冠层光合特性及产量形成的调控效应。结果表明,M2处理显著增加了植株上、中、下3个部位的叶面积指数,提高了上部和中部叶片的光合有效辐射截获率(PARi),但降低了下部的PARi。M2处理显著提高了各部位的光合速率、SPAD值和光合势,从而显著增加了各部位及总的干物质积累量。这使得上部和中部单株蒴数分别增加10.99%,7.55%,千粒质量分别增加5.69%,4.96%,籽粒产量分别增加16.77%,10.61%,总产量增加289.42 kg/hm²,增幅达14.43%。综上所述,与传统单施化肥相比,生物有机肥与化肥配施能够提高芝麻冠层各部位的光合能力,特别是上部冠层的光合效率,从而提升整个冠层的光合效率,最终带来更高的产量。

Metacaspase(MC)是一种精氨酸/苏氨酸特异性蛋白酶,研究表明其在细胞程序性死亡中发挥作用。为探究 MC家族基因在甘蓝型油菜基因组中的分布及其是否响应干旱胁迫,对甘蓝型油菜MC家族基因成员的理化性质、系统发育、基因结构、保守结构域、顺式作用元件及干旱(PEG6000)和脱落酸(ABA)胁迫下的表达模式进行系统分析。共鉴定到25个BnMC基因,染色体定位显示,25个BnMC分布于13条染色体上,17个成员定位于细胞核,7个成员定位在细胞质;系统进化树将BnMC分为2个大类(Ⅰ型和Ⅱ型),4个分支(Group A、Group B、Group C和Group D),同一分支的BnMC具有相似的基因结构和保守基序分布。MC家族基因的核心启动子区包含的顺式作用元件有光响应元件、植物激素响应元件、植物生长发育响应元件和胁迫响应元件,非生物胁迫响应相关的所有顺式作用元件中,脱落酸响应元件(ABRE)数目最多,为79个,所有成员都含有该元件。转录组学结果分析发现,干旱胁迫后BnMC10、BnMC22、BnMC1、BnMC12、BnMC8的表达量上调,BnMC4和BnMC5表达下调。qRT-PCR检测显示,BnMC10、BnMC8、BnMC1、BnMC12在根和叶中均有表达,且受PEG6000和ABA诱导上调,其中BnMC1受诱导上调最为显著。综上所述,甘蓝型油菜响应干旱胁迫涉及对MC家族基因的表达水平调控。

为解析花生荚果响应水分胁迫的分子机制,利用盆栽试验并结合转录组学分析,以正常供水处理为对照,系统探究了花针期阶段性干旱和渍涝胁迫对花生产量、品质及基因表达的影响。结果表明,干旱和渍涝胁迫均显著降低花生荚果产量(降幅分别为26.43%和77.69%)及籽仁粗脂肪含量(降幅分别为9.46, 6.71百分点)。转录组分析进一步表明,干旱胁迫组与对照组、渍涝胁迫组与对照组分别鉴定出1 525,1 382个差异表达基因,且两类差异表达基因均以表达下调为主,其中,干旱胁迫抑制了花生荚果中与脂质和脂肪酸代谢相关的6个关键代谢过程,其中88.38%的基因表达呈下调趋势,揭示了脂质代谢紊乱可能是干旱导致花生产量和品质下降的主要原因。渍涝胁迫则主要通过下调催化活性、跨膜运输、氧化还原及次生代谢物的生物合成等相关基因的表达,干扰荚果的代谢与防御功能。此外,KEGG富集分析结果显示,代谢途径和次生代谢物生物合成通路在2种水分胁迫下均受到显著影响。关键基因qRT-PCR验证结果与RNA-seq数据一致,证实了转录组结果的可靠性。综上,从转录组层面阐明了花生荚果响应水分胁迫的分子基础,明确脂质代谢紊乱是干旱胁迫导致花生产量下降、品质变劣的主要原因,而花生主要通过调控荚果中氧化还原及代谢相关通路基因的表达,以应对渍涝胁迫带来的不利影响。

为了明晰甘蓝型油菜油脂积累的调控网络,选育高含油量油菜品种。以4个油菜自交系材料开花后25,35,45 d的种子转录组数据为样本,基于转录组和关联分析结合挖掘影响含油量的候选基因。转录组分析检测到1 530个基因在3个不同时期都存在差异表达,其中包括986个上调表达基因和544个下调表达基因。对这些差异表达基因进行GO富集分析,检测到83个油脂合成基因,79个油脂降解基因,21个油脂转运基因和80个转录因子。对差异表达转录因子进一步分析,检测到BnTT8、BnGL2、BnNAC082等基因。结合50份重测序甘蓝型油菜在2 a 3个不同区域的含油量表型,利用全基因组关联分析(GWAS)检测到BnNAC082-A03基因外显子区域的4个SNP与含油量显著关联,并检测到该基因区域存在2个单体型等位基因且BnNAC082-A03_Hap1对应材料的含油量显著高于BnNAC082-A03_Hap2对应材料。利用分析获得的转录组数据构建共表达网络,在子网络中检测到BnNAC082-A03与BnTT8-A09和BnGL2-C06直接相连,形成了影响种子油脂积累的潜在分子调控网络。

黄籽油菜因菜油的外观、品质好等优势深受消费者欢迎,但后代性状分离不稳定,严重影响其大面积应用。为解析黄籽油菜性状分离不稳定的内在原因,探寻黄籽油菜中黄色籽粒和黑色籽粒之间内在生理机制存在的差异,以甘蓝型黄籽油菜(CK)为材料,对其分离后代中的黄色(Y)、黑色(B)籽粒植株的农艺性状、生理生化指标、种皮颜色相关基因等之间的表达差异开展了研究。结果表明:分离后代中,Y的根茎粗和株高均优于CK和B,B的株高分别与CK、Y呈显著差异,B的根茎粗与Y呈显著差异。Y的病害指数为1.97,CK和B的病害指数分别为2.55,3.33,表明Y在抗病性方面优于CK和B。在9—10叶期Y叶片中的丙二醛(MDA)含量最低,花期Y和CK花中的过氧化物酶(POD)活性持续上升,表明黄籽油菜抗逆能力较强。7—8叶期和9—10叶期B和Y中TT18、TT8基因的表达量均高于CK,终花期B和Y中TT18基因的表达量显著低于CK。授粉后28 d Y种子中MYB47基因的表达量最高,分别为CK的5.56倍和B的5.79倍。TT8基因在授粉后21 d的Y中表达量最高,分别为CK和B的3.30,2.29倍。黄籽油菜在含油量、抗逆等方面均有明显优势,因而大力发展黄籽油菜可为提高菜油供应量,解决我国食用油安全提供新思路。

研究干旱对花生农艺及生理生化性状的影响,并探究抗旱分级方法,筛选花生抗旱品种。以27个花生种质为试验材料,播后30 d测定花生干旱胁迫下农艺性状指标,并通过相关性分析、主成分分析、聚类分析和隶属函数法等相结合的方法进行抗旱性分级,选取抗旱型花生冀农花3号(JNH3)、中间型L231、敏旱型L236进行生理生化指标测定和显微结构观察,对不同抗旱型进行鉴定,获得不同抗旱性花生种质。结果表明:不同环境下干旱处理后主茎高降幅为2.26%~34.06%,第一对侧枝长降幅为1.11%~57.20%,主茎基粗降幅为1.54%~38.36%,根冠比降幅为65.01%~92.83%。据综合加权隶属函数将花生材料聚类为抗旱型、中间型和敏旱型3类,其中中间型和敏旱型花生上述性状较对照均达到显著水平。干旱胁迫下花生功能叶片ROS升高,通过NBT、DAB染色,发现不同抗旱类型花生ROS差异表达,其中NBT和DAB染色由浅到深均为冀农花3号、L231和L236,符合抗旱型分类。不同抗旱型花生各项酶活指标和渗透调节物质含量与对照相比均有显著提高,POD活性冀农花3号提高42.71%,L231提高26.04%,L236提高20.59%,不同品种间差异均达到显著水平,CAT活性趋势与上述一致。SOD活性冀农花3号提高48.01%,L231提高63.49%,L236提高73.15%,不同品种间差异均达到显著水平;MDA活性趋势与上述一致。脯氨酸含量冀农花3号提高1.10倍,L231提高1.07倍,L236提高1.03倍;可溶性糖含量冀农花3号提高44.06%,L231提高31.54%,L236提高38.62%,不同品种间差异均达到显著水平。干旱胁迫下花生根系生长受限,根总长和根总面积显著降低,根尖细胞部分坏死,程度由浅至深分别为冀农花3号、L231和L236。

探究蓖麻饼粕肥对土壤肥力及花生产量、品质的影响。以东北地区花生品种四粒红为试验材料,开展2 a田间定位试验(2022,2023年),设置不施肥(CK)、施蓖麻饼粕肥(B1:2 520 kg/hm²、B2:5 040 kg/hm²、B3:10 080 kg/hm²)、施化肥(F1:175 kg/hm²、F2:350 kg/hm²、F3:700 kg/hm²)、施牛粪(N1:3 724 kg/hm²、N2:7 448 kg/hm²、N3:14 896 kg/hm²)10个处理,分析不同处理对土壤肥力及花生产量、品质的影响。结果表明,2022,2023年施用蓖麻饼粕肥均能不同程度地改善土壤养分,B3处理可显著降低土壤pH值,土壤有机碳、全氮、全磷、全钾、碱解氮、碱性磷、速效钾含量提升效果最佳,分别较CK平均提高67.58%,64.56%,70.55%,11.33%,75.76%,149.97%,116.84%;与CK相比,施化肥和牛粪处理土壤有机碳含量分别平均提高5.94%和11.48%,全磷含量分别平均提高16.67%,16.67%,碱性磷含量分别平均提高33.35%和23.94%。B3处理花生单株饱果质量、百果质量、百粒质量优于施化肥和牛粪处理,分别平均提高105.43%,127.91%,19.54%和22.75%,16.79%,24.17%。B3处理花生产量最高,2023年较2022年提高1 876.22 kg/hm²。B1处理提高了花生脂肪、油酸含量并降低了亚油酸和棕榈酸含量,花生脂肪和油酸含量分别较CK平均提高6.07,4.23百分点,亚油酸和棕榈酸含量分别较CK平均降低1.79,0.89百分点。土壤有机碳、全氮、碱解氮含量与花生脂肪含量呈显著正相关,土壤有机碳、全氮、碱解氮含量与花生产量呈极显著正相关。综上所述,蓖麻饼粕肥可改良土壤,并能够提升花生产量、品质。

鉴定抗大豆花叶病毒(SMV)相关基因功能,为培育抗SMV品种提供基因资源。以前期构建抗SMV位点qTsmv-3的近等基因系和转基因拟南芥为材料,对6个MATE候选基因在抗SMV侵染过程中的功能进行分析和鉴定。在大豆基因组中预测到128个MATE家族基因,可分成5个亚家族。qTsmv-3位点的6个MATE候选基因均位于第Ⅰ亚家族,根据公共数据显示它们的表达量或表达部位存在显著差异,Glyma.03G005600在地上部叶和茎中整体表达量最高,Glyma.03G005800在地下部根和根瘤中整体表达量最高。qTsmv-3近等基因系接种SMV后,与#NIL-SMC家系相比,GmICS1和GmPR1在#NIL-NC中的表达量分别上调2.40,15.16倍,SMV浓度降低70%,表明qTsmv-3位点的抗性与水杨酸(SA)介导的抗病通路相关。此外,6个MATE候选基因仅有Glyma.03G005300和Glyma.03G005600的表达量在近等基因系间出现显著差异,分别下调表达61.0%,82.1%。综合考虑6个MATE基因的表达模式和对SMV侵染后的响应,Glyma.03G005600可能为qTsmv-3位点的关键候选基因。进一步研究发现,携带Glyma.03G005600的转基因拟南芥(OE_MATE)受UV-B胁迫后,AtICS1和AtPR1的表达量比野生型(WT)分别显著上调4.22,9.12倍,说明Glyma.03G005600能够显著促进或影响SA信号通路上基因的表达。研究结果初步证实Glyma.03G005600是抗SMV位点qTsmv-3的关键调控基因,为克隆抗SMV关键调控基因奠定了基础。

旨在评估生物有机肥对向日葵黄萎病的防治效果及其对植株生长与抗病性的影响,并探讨其在可持续农业中作为病害防控措施的可行性。通过室内盆栽试验进行了生物有机肥在不同浓度和处理条件下对向日葵黄萎病病原菌及其对向日葵生长和抗病性影响的研究。结果表明,生物有机肥处理可显著降低向日葵黄萎病的病情指数,较对照组减少14.57%,室内相对防效为28.54%。施用生物有机肥显著促进了向日葵的生长发育,将田间土与有机肥按50:1比例混合后,向日葵出苗率提高8.67百分点,幼苗株高、茎粗和鲜质量等生长指标均显著增加。进一步研究显示,不同浓度的生物有机肥发酵滤液对黄萎病菌的菌落生长和孢子萌发具有显著抑制作用,且抑制效果随发酵液稀释倍数增加而减弱;同时,有机肥挥发性物质能够显著抑制微菌核的形成。在防病机制方面,生物有机肥发酵滤液可通过刺激向日葵植株产生诱导抗性进而增强植株的抗病能力。生理指标测定表明,发酵滤液诱导了活性氧(H₂O₂)爆发,增强了超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性,减少了丙二醛(MDA)的积累,同时提高了苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性,显著增强了向日葵的抗病性。研究揭示了生物有机肥对向日葵黄萎病的防治潜力及其促进植物健康生长的双重功能,为优化生物有机肥配方和提升农业生产中病害防控策略提供了理论依据和试验支持。

为探究有机肥对胡麻生理生长和根际细菌群落的影响,探索旱地胡麻的绿色高产栽培技术,基于大田试验,以坝选三号为材料,研究4个不同施肥处理(T0:不施;T1:低量牛粪;T2:中量牛粪;T3:高量牛粪)对胡麻生理生长、氮素利用、干物质积累的影响,解析根际细菌群落多样性、群落组成、共现网络和代谢途径变化,探讨驱动细菌群落差异的环境因素。结果表明,T3处理胡麻产量较高,与对照相比,该施肥条件下株高、单株有效蒴果数、千粒质量和氮肥利用效率指标也最高,这是施用有机肥后产量稳定的生理基础。胡麻根际土壤细菌的多样性和丰富度受有机肥施用的显著影响,根际细菌菌群结构也存在显著差异。胡麻根际细菌的菌群结构受有机质、全氮、速效钾的影响,不同处理胡麻根际细菌均具有相同的优势菌群,但各优势菌群的相对丰度存在较大差异。胡麻根际以变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和拟杆菌门为优势菌门。变形菌门和放线菌门随着有机肥施用量的增加而增加,放线菌门随有机肥施用量的增加而降低。WGCNA分析鉴定15个共表达模块,其中Red和Pink模块与有机质(OM)显著正相关。有机肥的施用增加了细菌网的复杂度,结合WGCNA分析鉴定出7个关键OTUs。综上,有机肥的施用促进了胡麻的生长,改变了胡麻根际土壤的细菌群落结构和网络复杂度。

大豆P34蛋白主要存在于种子中,其上游启动子很可能具有调控下游基因在种子中高表达的特性。为进一步研究大豆P34蛋白基因的组织表达模式及其启动子的调控活性,通过qRT-PCR方法检测大豆P34蛋白基因在大豆不同组织中的表达情况;克隆大豆P34蛋白基因5'端上游序列(GmP34P),生物信息学分析其转录起始位点和顺式元件;构建表达载体,利用农杆菌介导的叶盘法转化烟草,检测转基因烟草中GUS的表达。结果表明,P34蛋白基因在大豆种子中的表达量极显著高于根、茎、叶和花的表达量;克隆获得GmP34P序列长度为1 380 bp,预测分析表明,该序列的转录起始位点为第1 342位上的碱基A,序列中含有多种与种子高表达相关的顺式作用元件,如RY element、Skn-1 motif、2S seed protbanapa等;获得含有GmP34P启动子驱动GUS基因的植物表达载体pCAM-GmP34P;通过潮霉素、PCR及RT-PCR筛选阳性转基因植株;对pCAM-GmP34P阳性转基因烟草植株,进行qRT-PCR检测,结果显示,相对于其他组织,GUS基因在转基因烟草种子中的表达量达到极显著差异;GUS组织化学染色结果显示,GmP34P启动子能够调控下游GUS基因在种子中高表达。

WRKY是植物特有的一类转录因子,在非生物胁迫应答、种子休眠与发芽、生长发育等方面起重要作用。为揭示大豆WRKY转录因子家族中GmWRKY44基因的功能和潜在的分子机制,对大豆Williams 82中GmWRKY44基因进行了生物信息学分析及功能验证。结果表明,GmWRKY44基因CDS全长1 077 bp,编码358个氨基酸;结构预测与进化分析结果显示,其编码的蛋白质二级结构由23.46% α-螺旋、4.75% β-折叠、58.94%无规则卷曲和12.85%延伸链构成,三级结构与二级结构相统一;含一个保守的WRKY结构域,锌指结构为C₂H₂类型,属WRKY IIc亚家族;该基因是拟南芥AtWRKY71的同源基因,相似度为35.56%,两者具有相似的基因结构。RT-qPCR分析表明,GmWRKY44响应盐胁迫,表达量先下降后上升。在盐胁迫下,野生型(Col-0)和GmWRKY44过表达拟南芥株系的萌发率和根长均受到一定程度抑制,但GmWRKY44过表达株系明显优于Col-0。另外,在盐处理后,GmWRKY44过表达株系生长受抑制程度低于Col-0。生理指标分析发现,在盐胁迫下,GmWRKY44过表达株系的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性显著高于Col-0,而丙二醛(MDA)含量显著低于Col-0。以上表明,GmWRKY44过表达可以提高转基因拟南芥的耐盐性。

为了探索花生高油育种新途径,建立一种直接育成高油花生种质的新方法,采用离体诱变育种技术进行花生高油新种质创制。以吉花9号胚小叶为诱变试材,吉花9号和吉花54为对照试材,以博来霉素作为诱变剂。胚小叶消毒后放置在梯度诱变培养基中,筛选博来霉素诱变半致死浓度,体胚萌发成苗后以无菌花生苗作为砧木采用插接法进行无菌嫁接,嫁接成苗后移栽至田间。对2个已知调控花生脂肪合成基因WRI1进行生物信息学分析,并通过籽粒中WRI1基因表达和诱变植株粗脂肪含量相关性进行试验可行性验证。当博来霉素质量浓度在3 mg/L时,诱变效果最佳。吉花9号突变体IM13-3的粗脂肪含量高于吉花9号(CK₁,试材品种对照)和吉花54(CK₂,高油品种对照)。2个WRI1基因WRI1X2和WRI1X1分别编码366,357个氨基酸,都是不稳定亲水性蛋白。在籽粒中WRI1基因表达量与粗脂肪含量呈显著正相关。率先采用博来霉素作为花生离体诱变诱变剂,通过此离体诱变方法获得吉花9号高油突变体IM13-3,粗脂肪含量为56.64%。测定了高油突变体WRI1基因表达量,与对照品种存在显著差异。证明花生离体诱变方法育种方法可行性。

为探究甘蓝型油菜溶血磷脂酸酰基转移酶2(LPAT2)基因的功能,从甘蓝型油菜中PCR 同源克隆了BnaLPAT2的一个拷贝(A07),将其构建过表达载体p35S∷BnaLPAT2-A07和种子特异表达载体pNapin∷BnaLPAT2-A07,利用农杆菌介导法遗传转化甘蓝型油菜中双6号,通过转化植株的PCR检测,分别获得15株和11株转基因阳性植株。经实时荧光定量(Real-time Quantitative PCR,qRT-PCR)检测,过表达T₃油菜多数组织中BnaLPAT2-A07基因的表达量较野生型均有显著提升;而种子特异性表达的T₃油菜各组织中BnaLPAT2-A07基因都集中在种子的发育与成熟期超强表达。索氏抽提法检测到由35S启动子或Napin启动子驱动的BnaLPAT2-A07转基因油菜种子中的含油量较野生型分别提升1.39,2.36百分点。气相色谱法检测转基因油菜的脂肪酸组分结果显示,亚麻酸的含量较野生型分别提升3.13,1.47百分点。研究结果表明,BnaLPAT2-A07基因具有促进甘蓝型油菜种子油脂合成的功能,但BnaLPAT2-A07对亚麻酸特异选择性功能还需进一步验证。

为探究不同环境对大豆-根瘤菌共生结瘤能力的影响,筛选适宜大豆-根瘤菌共生结瘤的培养条件,设置4种环境因素共10种处理(培养温度:22,26,30 ℃;培养基质:蛭石,蛭石营养土;接种时期:0 d接种,10 d接种;摇菌终浓度:OD₆₀₀=0.5,OD₆₀₀=0.9,OD₆₀₀=1.3),组合出36种培养条件。测定36种培养条件下大豆-根瘤菌的5个结瘤相关表型,即单株根瘤数、单株根瘤干质量、根瘤大小、叶片生长10,24 d的SPAD值,运用主成分分析、模糊数学隶属函数法和聚类分析法对各条件下大豆-根瘤菌共生结瘤能力进行综合评价和分类,建立大豆-根瘤菌结瘤能力综合评价体系,并根据综合评价D值筛选最优培养条件。结果显示:培养温度是影响大豆-根瘤菌共生结瘤的主要环境因素,不同培养条件下的单株根瘤数、单株根瘤干质量、根瘤大小、叶片生长10,24 d的SPAD值的最大值对应的培养温度分别为30,26,26,30,26 ℃。在本研究设置的培养条件下,大豆-根瘤菌共生结瘤体系最优培养温度为26 ℃;通过基于综合评价D值的多元线性回归分析和灰色关联度分析得知,单株根瘤干质量和根瘤大小与大豆-根瘤菌共生结瘤能力的相关性较强,可作为结瘤能力鉴定的重要参考指标。该研究结果建立了一个大豆-根瘤菌共生结瘤能力的综合评价体系,为选择鉴定结瘤能力的表型和培养条件提供了理论依据。

为研究不同冬播期下强冬性/春性甘蓝型油菜萌动种子和花期不遇的问题,以甘肃农业大学提供的2个强冬性甘蓝型油菜和2个春性甘蓝型油菜为材料,于2022年10月至2023年8月在甘肃农业大学试验田进行试验。于2022年10月11日进行冬性油菜秋播,于2022年12月10日开始每隔20 d进行冬性/春性油菜冬播,于2023年2月8日结束冬播。记录开花期,对各冬播播期下冬性/春性油菜萌动种子每隔20 d进行取样,测定其生理生化并对其春化基因(FLC、VRN2、FRI、FT)的表达特性进行分析。结果显示,冬播时冬性/春性甘蓝型油菜花期相差22~34 d;秋播(10月上旬)冬性油菜与春播(3月上旬)春性油菜花期相差4~7 d;秋播(10月11日)冬性油菜与冬播(12月10日、12月30日、1月19日、2月8日)的春性油菜开花时间接近,且花期重叠时间长达15~20 d。随着播期的推迟,冬播油菜萌动种子中FLC、FRI、FT基因相对表达量下调;VRN2基因相对表达量在春化前期下调,春化后期上调。萌动种子中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性,可溶性蛋白(SP)、赤霉素(GA3)、水杨酸(SA)含量在春化前期上升,春化后期下降;随着春化时间增加,油菜萌动种子丙二醛(MDA)、脱落酸(ABA)含量呈上升趋势。

为探明间作、轮作对连作花生生长、产量及品质的影响,为花生高产栽培提供理论依据,于2022—2023年在河南科技大学试验农场,分别在连作2 a花生和连作11 a花生的基础上,以继续连作花生为对照(分别记为CCP1、CCP2),研究甘薯-花生轮作体系(PSP)和玉米-花生间作、轮作体系(PMP)对花生光合特性、根系特点、干物质积累与分配和产量的影响。结果表明,在花生的结荚期(PSS)和饱果成熟期(PMS),PSP中轮作花生(SRP)较CCP1分别显著提高叶面积指数(LAI)35.08%~53.68%和24.32%~33.52%;PSS和荚果膨大期(PBS),SPAD值增幅为11.93%~18.55%和5.95%~9.63%。PMP中轮作花生(MRP)较CCP2,LAI在PSS和PMS分别提高了46.81%~57.96%和27.00%~61.78%;MRP和间作花生(MIP)较CCP2,SPAD值在PSS、PBS分别提高了3.32%~3.69%,7.50%~8.64%和5.47%~18.37%,15.73%~31.11%。在PSS和PBS,SRP与CCP1相比,净光合速率增幅分别达23.68%~41.31%和26.52%~32.55%,MRP与CCP2相比分别提高了12.77%~17.81%和16.88%~62.07%,均显著增加根长与根尖数,促进PMS花生单株干物质积累及向荚果的分配,产量分别提高了31.42%~47.36%和54.12%~75.09%;MIP与CCP2相比,受玉米遮阴影响,降低花生的LAI、净光合速率、根长、根尖数,并降低了干物质积累量及产量。同时,轮作后提高了花生果仁的油酸含量和油亚比,其中SRP较CCP1的增幅分别为1.63~1.65百分点和6.59%~10.52%,MRP较CCP2的增幅分别为1.95~2.82百分点和9.75%~14.16%。综上,甘薯-花生轮作和玉米-花生轮作较连作花生均能提高花生产量,原因在于其能促进花生根系生长,延缓叶片衰老,提高光合速率,尤其是生育后期的光合速率,从而促进干物质的积累及向荚果的分配,此外还能在一定程度上改善花生品质。

为探讨钙肥和ARC生物菌剂对低钙红壤旱地的改良效应,以花生品种湘花522为试材,设置2个氢氧化钙水平(0,750 kg/hm²,代号Ca₀、Ca₅₀)、3个ARC菌剂水平(0,30,60 kg/hm²,代号A₀、A₂、A₄),共6个处理开展盆栽试验,在花生苗期、花针期、结荚期、饱果成熟期测定0~20 cm耕作层土壤养分、土壤酶活性,收获时测定荚果经济性状及产量。结果表明,单施钙肥及钙与ARC菌剂配施能显著提高各生育时期土壤pH值,而ARC菌剂对其影响小。与CK(Ca₀A₀)相比,Ca₅₀A₂和Ca₅₀A₄显著提高全生育期土壤水解性氮含量和前3个时期土壤有效磷含量;Ca₅₀A₄土壤速效钾含量总体高于CK,且在苗期和结荚期差异达显著水平;Ca₅₀A₀较CK显著提高4个时期土壤交换性钙含量,增幅23.78%~56.21%;施钙处理下土壤钙离子含量显著高于未施钙处理(花针期不显著),且受ARC菌剂影响小;全生育期土壤有机质含量总体稳定,但Ca₅₀A₄、Ca₅₀A₂在各生育时期显著高于CK。土壤蔗糖酶活性各处理在4个时期较CK均有显著提高,且以Ca₅₀A₄增幅最大,为50.79%~162.56%;土壤蛋白酶活性以Ca₅₀A₂在4个时期显著提高,增幅26.58%~244.63%;土壤酸性磷酸酶活性以Ca₅₀A₄、Ca₀A₂在全生育期均有显著提升;各处理土壤过氧化氢酶活性整体呈降低趋势。各处理能不同程度增加花生荚果产量,施钙的增产效应大于ARC菌剂,其中Ca₅₀A₄增产效果最好,单株果质量增幅达12.29%,主要是提高了单株总果数和饱果数。综上,钙肥和ARC生物菌剂配施对提升土壤有效养分含量、激发土壤酶活性、增加花生产量有良好互作效应,且以750 kg/hm²钙肥+60 kg/hm² ARC菌剂(Ca₅₀A₄)效果最好,可为花生绿色高产栽培提供理论依据。

为探索芝麻机收种植模式,达到高产、稳产、农机农艺深度融合的种植目标,以抗落粒芝麻新品种豫芝ND837为试材,采用二因素裂区试验,主区为种植模式,设宽窄行(Z1,宽行60 cm、窄行20 cm)、四行一带(Z2,行距30 cm、带间距60 cm)、八行一带(Z3,行距30 cm、带间距60 cm)和等行距种植(Z4,行距30 cm),副区为密度,设18.0(M1),22.5(M2),27.0(M3),31.5万株/hm²(M4),研究种植模式和密度对芝麻光合特性、生物量、产量和机收特性的影响,为芝麻全程机械化生产提供理论依据和技术指导。结果表明,种植模式和密度对芝麻光合特性、物质积累、产量和机收特性均有显著影响。在同一种植模式下,随种植密度的增加,净光合速率、SPAD值、单株生物量逐渐下降,表现为其大小M1>M2>M3>M4,群体生物量呈先增加后下降的变化趋势;不同种植模式间,净光合速率、SPAD值、单株生物量和群体生物量大小均表现为Z1>Z2>Z3>Z4;在种植模式和密度的共同影响下,Z1M1的净光合速率和SPAD值最大,单株生物量也以Z1M1最高,为59.76 g/株,群体生物量和籽粒产量以Z1M3最高,分别为13 032.97,1 719.87 kg/hm²。随种植密度的提高,植株整齐度趋于一致,茎秆直径减少,单株结蒴能力降低,成熟期倒伏率也逐渐降低,大小表现为M1>M2>M3>M4;不同种植模式间,倒伏率大小总体表现为Z1>Z2>Z3>Z4;在种植模式和密度的共同影响下,Z3M1倒伏率最高为17.51%,Z4M4最低为7.97%。在设置试验条件下,Z1M3处理芝麻产量水平最高,成熟期农艺性状和机收特性较佳。

肥料施用不当会导致大豆贪青晚熟、倒伏、病虫害加重及肥料和产量效益下降。为提高肥料效益,充分发挥大豆单产和品质潜力,采用单因素试验设计,通过大田研究了7种施肥模式F1(基施3 000 kg/hm²有机肥+300 kg/hm²化肥)、F2(基施3 000 kg/hm²有机肥+150 kg/hm²化肥+追施150 kg/hm²化肥)、F3(基施3 000 kg/hm²有机肥+225 kg/hm²化肥+追施75 kg/hm²化肥)、F4(基施1 500 kg/hm²有机肥+75 kg/hm²化肥+追施225 kg/hm²化肥)、F5(基施300 kg/hm²化肥)、F6(基施150 kg/hm²化肥+追施150 kg/hm²化肥)和F7(基施225 kg/hm²化肥+追施75 kg/hm²化肥)对大豆生长发育、光合、产量和品质的影响。结果表明,增施有机肥相比单施化肥可显著提高大豆根干质量,单施化肥以基追比3∶1最有利于增加根干质量。有机肥与化肥配施单株鲜叶质量、干叶质量、鲜茎质量、干茎质量及单株鲜质量和干质量高于单施化肥,单施化肥各处理间上述指标差异不显著。有机肥与化肥配施提高了大豆结荚期和鼓粒期单株叶片数和叶面积指数,不施有机肥条件下化肥基追比3∶1有利于提高大豆叶片数和叶面积指数。有机肥与化肥配施比单施化肥开花期和鼓粒期的光合速率分别提高了16.69%~21.66%和14.99%~30.66%,化肥基追比不合理或减少有机肥用量会降低大豆生育中后期叶绿素含量和光合速率。增施有机肥可提高大豆产量和籽粒粗蛋白含量,而降低粗脂肪含量,单施化肥以基追比3∶1最利于增产。综合得出,有机肥与化肥配施在改善大豆生长发育、光合及产量和品质方面明显优于单施化肥,单施化肥以基追比3∶1表现较优。

为探究高低结瘤对大豆根际微生物群落结构和功能的影响。利用正常结瘤的野生型(WT)大豆Williams 82和以Williams 82为背景突变产生的高结瘤突变体HiN为材料,研究高低结瘤对大豆根际相关微生物菌群的影响。利用盆栽试验种植上述2种大豆材料,开花期比较2种大豆的长势,同时收集根际相关微生物进行高通量16S rDNA测序,比较高低结瘤大豆根际微生物群落的差异。结果表明,高结瘤大豆(HiN)的株高、地上部鲜质量和根瘤数量极显著高于WT,分别提高41.22%,37.46%和119.23%。进一步研究发现,HiN与WT根际微生物菌落结构和组成存在一定的差异。与WT相比,HiN大豆根际拟杆菌门的相对丰度增加。在属水平上,HiN较WT大豆根际根瘤菌属、慢生根瘤菌属、金黄杆菌属、微杆菌属和类诺卡氏菌属的相对丰度提高。LEfSe分析也表明,HiN大豆主要富集了放线菌门和拟杆菌门的微生物,而WT主要富集了属于厚壁菌门的细菌。利用带GUS标记的慢生根瘤菌进一步证明了高结瘤大豆具有较强的富集慢生根瘤菌的作用。综上,通过解析和比较高结瘤大豆和正常结瘤大豆根际的微生物组,表明大豆高低结瘤性状也可以调控大豆与根际微生物的相互作用。

萌发调控是促进甘蓝型油菜快速出苗、齐苗的重要基础,为探索外源蔗糖对甘蓝型油菜种子萌发与幼苗发育的影响,选用早熟油菜品种湘油420进行了不同条件下萌发试验,检测了水分、脱落酸、内源糖及关键基因的表达变化。结果表明: 外源蔗糖延缓湘油420种子萌发启动过程,提高萌发整齐度,在子叶展开后促进子叶转绿、真叶形成,抑制主根过度伸长同时促进侧根发育。外源蔗糖对湘油420种子萌发过程中水分吸收表现先抑制后促进,播种后3 h内抑制水分吸收,并在播种后6 h内解除吸水抑制;萌发过程中种子内ABA含量持续降低,外源蔗糖促进播种后3 h内ABA含量的下降;播种后15~18 h内可溶性总糖含量迅速降低,还原性糖含量在萌发初期随萌发进程增加,外源蔗糖对可溶性总糖含量变化无明显影响,但抑制播种后9 h还原糖的增加、促进播种15 h后还原糖含量增加;萌发过程中2个蔗糖磷酸合酶(BnaSPS)基因BnaC09g37470D和BnaA10g15120D相对表达量在胚根萌出阶段显著降低、子叶转绿后表达回升,外源蔗糖抑制胚根萌出前2个BnaSPS基因表达,在子叶转绿后显著诱导其中BnaC09g37470D基因表达。综上,研究初步揭示了外源蔗糖通过渗透性作用调节吸涨起始阶段水分吸收,通过糖代谢调节萌发阶段种子内源糖利用和幼苗发育初期糖类转化而延缓甘蓝型油菜种子萌发启动、促进吸涨后种子萌发进程而提高种子萌发整齐度、促进幼苗发育的多重作用。

EXORDIUM(EXO)基因在拟南芥中被确定为油菜素内酯(BR)响应基因,通过介导细胞扩张促进植物生长。为探究EXO基因在甘蓝型油菜中的功能以及在花期不同组织中的表达规律,以甘蓝型油菜中双6号为材料,克隆EXO基因的编码区序列命名为BnEXO,并进行生物信息学分析,利用实时荧光定量技术对BnEXO基因在甘蓝型油菜花期根、茎、叶、花瓣、花蕾和角果皮中的相对表达量进行测定。结果表明,BnEXO基因的CDS序列为945 bp,BnEXO为稳定亲水性非跨膜蛋白,属于分泌蛋白,在细胞外表达,蛋白的二级结构以无规则卷曲为主。不同组织中的表达分析结果表明,BnEXO基因在不同组织中的表达量由高到低依次为花瓣、角果皮、花蕾、茎、根、叶,在花瓣中的表达量最高。此外,以拟南芥中8个EXO基因家族成员的蛋白序列为基础,鉴定到20个甘蓝型油菜EXO基因(BnaEXO),11个白菜EXO基因(BraEXO)和11个甘蓝EXO基因(BoEXO)。大多数基因家族成员编码蛋白质为稳定性蛋白,定位在细胞外,长度为271~411个氨基酸,等电点预测为5.76~9.60,分子质量为28.76~46.21 ku。系统发育分析将EXO基因分为EXOA、EXOB、EXOC、EXOD和EXOE共5个亚组,EXOB亚组中成员最少。基因结构分析表明,大多数成员只含有1个外显子,没有内含子,EXO基因家族成员序列具有高度的保守性。甘蓝型油菜中成员的启动子区域顺式元件分析结果表明,BnaEXO基因在植物的生长发育及逆境胁迫中发挥重要作用。

转录因子BnHY5-2与植物抗逆性相关。为揭示甘蓝型油菜转录因子BnHY5-2对盐碱胁迫的响应,主要通过瞬时转化过表达、qRT-PCR分析、亚细胞定位等方法,分析甘蓝型油菜转录因子BnHY5-2对光和盐碱的响应。结果表明,光照处理油菜后,在叶与茎中BnHY5-2基因的表达量均显著高于黑暗条件下,分别为黑暗条件下的29.22,3.15倍,叶片对光的敏感性大于茎,说明叶片是响应光转录因子BnHY5-2的主要部位。在光照条件下应用大连滨海盐碱土种植油菜,处理后BnHY5-2的表达在叶和茎中均显著下调,分别下调53.1%,31.0%;在黑暗条件下应用盐碱处理后BnHY5-2的表达在茎中下调48.2%,而在叶中的表达差异则不显著,表现出器官的差异性,说明叶片对光照条件要求更加严格。在油菜叶片中瞬时过表达BnHY5-2基因时,6个与盐碱相关的候选基因的表达中,有2个(BnNAC32、BnGS)上调表达,分别为原来的1.25,3.28倍;而有4个(Bnamy、BnAsp、BnNHX7、BnTPS)下调表达,分别下降24.8%,25.4%,71.0%,82.0%,同时甜菜碱含量由0.256 mg/g提升至0.573 mg/g,提高了1.24倍,说明过表达BnHY5-2基因会提高油菜的盐碱抗性。亚细胞定位结果显示,转录因子BnHY5-2定位于细胞核中,调控功能基因的表达。因此,BnHY5-2不仅与光信号有关,还参与油菜盐碱抗性。

为促进甘蓝型油菜抗倒伏品种的培育,挖掘甘蓝型油菜茎秆抗倒伏的基因资源,以4份抗倒伏和3份易倒伏种质为材料,取其盛花期下部茎秆测定纤维素、半纤维素、总果胶、原果胶和木质素等5种组分的含量,并对YLS0084(抗倒伏)和YLS1691(易倒伏)的下部茎秆进行转录组测序分析。结果发现,抗倒材料的纤维素和总果胶平均含量极显著高于易倒伏材料;转录组分析共挖掘到7 397个表达量上调和9 438个表达量下调的差异表达基因,这些差异表达基因富集在碳水化合物代谢、翻译、氨基酸代谢和信号转导等通路;通过qRT-PCR验证了9个与油菜抗倒伏相关的基因(BnaA01G0071800ZS、BnaA01G0175700ZS、BnaA01G0205800ZS、BnaA03G0404800ZS、BnaA03G0517200ZS、BnaA05G0431400ZS、BnaA07G0056300ZS、BnaA09G0031300ZS和BnaC05G0128400ZS)在YLS0084中显著上调表达。研究结果证明了甘蓝型油菜茎秆中纤维素和总果胶的含量对抗倒伏起积极作用,并为甘蓝型油菜抗倒伏提供了一定的重要基因资源。

大豆荚皮的颜色是重要的驯化性状和表型特征,与炸荚习性和躲避捕食关系紧密。大豆荚皮颜色主要由2对等位基因控制,其中棕色荚皮L2基因尚未被鉴定。为了在大豆基因组上对该基因进行鉴定,为大豆棕色荚皮相关基因功能解析和育种应用提供一定的理论基础。以栽培大豆中龙优203(黄色荚皮)和野生大豆FF1235(黑色荚皮)为亲本构建F₂分离群体进行遗传分析。利用F₂群体棕色豆荚和黄色豆荚单株构建混池进行BSA-seq定位分析,并在此基础上进行重组交换单株分析。结果表明,大豆棕色荚皮性状为1对等位基因控制的质量性状。棕色荚皮L2基因关联区域位于3号染色体0~0.75 Mb的区段。进一步开发InDel分子标记进行精细定位,获得具有多态性的InDel引物7对。最终将棕色荚皮位点定位于3号染色体上的Indel-L2-3 ~Indel-L2-6,物理距离为344 kb。定位区间内共有候选基因32个,其中Glyma.03G005700基因注释为异丙基苹果酸聚合酶,与已发现的黑色荚皮基因L1(Glyma.19G120400)高度同源,其功能为将4-羟基丙酮酸转化为红果酸和番石榴酸,可能是调控大豆棕色荚皮形成的关键基因。

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。

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。

为了明确大豆症青对大豆产量的具体影响,针对导致大豆症青的主要危害因子,设置不同的处理,筛选鉴定65份大豆品种(系)的抗性,分析不同大豆症青危害因子对大豆产量及主要农艺性状的影响。结果表明,不同的大豆品种(系)对大豆症青危害因子的抗性程度具有差异,T2处理的症青敏感品种(系)数最少,有53份,占总数的81.54%;T4处理的症青敏感品种数最多,有58份,占总数的89.23%。T4和T5复合危害因子处理的平均症青率较对照增加的幅度(263.87%~281.57%)比单个危害因子的幅度大(117.82%~151.58%)。大豆症青不同危害因子的处理对大豆主要农艺性状的影响达到显著水平。与对照相比,7个主要农艺性状中,主茎节数的5个处理变化幅度均最小,平均降幅为7.71%,单株症青荚数的变化幅度均最大,平均增幅为83.52%;从损失率来看,3个产量相关性状中,百粒质量的5个处理与对照相比,其损失率均最小,平均损失率为8.70%,单株粒质量的5个处理损失率均最大,平均损失率为52.51%。综上,研究明确了大豆症青不同危害因子的处理对大豆产量及主要农艺性状的影响是显著的,其中对单株粒质量的影响最大。

油菜具备耐受镉(Cd)污染同时安全生产的潜力。为了给利用油菜进行Cd污染农田的生态修复与安全利用提供理论支持,利用24个全国冬油菜区广泛种植的油菜品种为材料,于2020年10月在湖南省湘潭市农业科学研究所实验基地,采用田间小区试验考察了不同油菜品种根、主茎、分枝、叶、角果皮、籽粒在低浓度污染农田(全Cd含量0.54 mg/kg,有效Cd含量0.23 mg/kg)中对Cd的积累差异。在不同小区土壤中有效Cd含量无显著差异的情况下,油菜成熟期不同组织对Cd的吸收和积累存在差异,其中叶片中平均Cd含量最高,根、茎和角果皮次之;籽粒中Cd含量最低,低于国家规定的食品污染物标准(0.1 mg/kg)。不同油菜品种根中Cd含量无显著差异,但在主茎、分枝、角果皮和籽粒中Cd含量存在差异。对不同品种组织中转运系数进行统计,结果表明,不同油菜品种之间转运系数存在差异,在庆油1号中,叶片、角果皮的转运系数较高,但在籽粒中相对较低,沣油737、扬油9号在分枝和叶片中较高,在籽粒中处于中等。对油菜收获部分单株总 Cd 含量进行分析,结果表明,华杂62、庆油1号等品种总 Cd 含量高且籽粒Cd 含量低。因此,油菜具有富集Cd的能力,华杂62、庆油1号等品种具备修复农田土壤轻度Cd污染同时安全生产的潜力。

为了能够更加清晰地了解我国寒旱区冬油菜抗寒性研究进展,对寒旱区冬油菜育种与生产提供理论支撑。从选择指标与方法、遗传规律、选育方法、筛选效果、种质分类、分子机理研究等6个方面和选育方法、育成品种、品种的抗寒性分级和品种的适应性筛选等4个方面分别对冬油菜的抗寒性、抗寒性品种的研究进展进行了归纳总结。在分析研究存在的问题的基础上,提出了多途径创制种质资源、综合评价筛选出核心种质、开展抗寒机理研究和分子设计育种创新体系建设、构建育种体系多途径开展抗寒性品种选育、综合筛选提高品种的适应性、推行配套栽培技术促进品种产量水平的发挥提高效益等6项措施,以期促进我国寒旱区油菜的发展。

为培育和筛选耐盐碱花生品种,扩大盐碱地利用面积,以50个花生品种为材料,利用盆栽方式设置0,0.4%,0.8%,1.2%等4个盐碱梯度,进行耐盐碱品种筛选。结果表明,在萌发期0.8%盐碱胁迫下,50个品种种子在耐盐碱特性上分化明显,有8个品种的发芽率和发苗势仍保持在90%,85%以上。对苗期各生理指标评价结果显示,根部指标和地上部性状在低浓度(0.4%)盐碱胁迫下变化不大,但在中(0.8%)、高(1.2%)浓度胁迫下呈现不同程度下降趋势,降低幅度分别为22%~54%,30%~56%。此外,叶绿素指标随着盐碱浓度升高呈上升趋势,上升幅度为12%~13%。采用优异指数对花生综合评价结果显示,在0.4%,0.8%,1.2%浓度的盐碱胁迫下,分别有23,5,0个品种表现为优异。从相关性上分析,萌发期和苗期的耐盐碱胁迫之间无显著相关性,表明萌发期和苗期抗性分属不同的耐盐碱机制。以上研究结果得出结论:在盆栽条件下,中等浓度(0.8%)盐碱适合用于花生耐盐碱能力的筛选;根据综合优异指数,筛选获得5份耐盐碱花生品种,分别是:冀花572、唐3432、冀农花31、易花16和豫花191,为耐盐碱花生品种推广和培育提供了依据和种质资源。

为探讨油用向日葵农艺性状与产量之间的关系,选出适合河北气候及种植模式的优质高产油用向日葵新品种,对本单位杂交获得的39个油用向日葵杂交种的14个性状进行了遗传多样性分析、相关性分析、聚类分析和主成分分析。研究结果表明:不同性状的变异系数为2.50%~32.37%。其中,单盘粒质量变异系数最大,为32.37%,变异幅度为16.77~113.78 g。生育期变异系数最小,为2.50%。产量与百粒质量、单盘粒数、单盘粒质量、籽粒容重、株高呈极显著正相关,与籽粒面积、籽粒周长、籽粒长度呈显著正相关;株高与百粒质量、籽粒面积、籽粒周长、籽粒长度、籽粒宽度、籽粒容重呈极显著正相关,与单盘粒质量呈显著正相关。主成分分析将不同品种农艺性状分成4个主成分,可将其归纳为籽粒性状因子、产量因子、生育期和形态因子、籽粒容重因子,累积贡献率达81.939%。卡方距离为1.05时,39份材料被划分为4个类群,其中第Ⅰ类群包含23份材料,与主成分分析散点图的第Ⅰ类群特点相同,籽粒性状和产量性状优良。综合以上数据分析,在高产油用向日葵选育过程中,从选择潜力来看,应重点考虑单盘粒质量、单盘粒数、盘径、株高、百粒质量等性状对产量的影响。

为探究芝麻苗期氮吸收、转运及利用规律,以2个氮效率差异芝麻品种郑芝HL05(ZZ,氮高效)和缅甸高产者(MD,氮低效)为材料,通过水培试验设置正常(CK,17.86 mmol/L)和低氮(LN,0.2 mmol/L)2个氮浓度处理,比较不同氮效率芝麻在根系形态、氮吸收转运利用、氮代谢指标及相关基因表达等方面的差异。结果表明,不同氮浓度处理下,氮高效品种ZZ的根系形态指标、生物量、氮积累量、氮代谢相关酶活性、根系氮利用效率总体上均高于MD。低氮胁迫显著降低了芝麻的生物量、氮积累量及叶片氮代谢相关酶活性,提高了植株的根系形态指标、根系活力、根冠比、氮生理利用效率、根系干物质利用效率和氮利用效率。其中,氮高效品种ZZ的生物量、氮积累量、转运系数、根系氮生理利用效率和氮利用效率分别是MD的2.48,1.08,1.73,2.36,2.65倍。实时荧光定量PCR结果显示,低氮胁迫下,氮高效品种中,参与 {{\mathrm{NO}}_3}^{-}吸收、转运和再分配的相关基因SiNPF6.3a/b、SiNPF4.6a、SiNRT2.4a/b、SiNRT2.5、SiNPF7.3a/b和SiNPF2.13在叶片中均上调表达,且基因的表达量均高于氮低效品种。综上所述,低氮胁迫下,氮高效芝麻品种苗期具有较为发达的根系和较高的氮素同化、转运及再分配能力,从而获得较高的氮素积累量和氮利用效率。

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。

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。

为了研究菜用大豆有机酸合成机制并为菜用大豆的品质改良提供一定的理论依据,以含有264份菜用大豆种质资源的自然群体为试验材料,分别在2020,2021年采用HPLC法测定该群体的酒石酸、苹果酸和柠檬酸含量,并结合该群体的基因型数据进行全基因组关联分析,鉴定与有机酸含量显著关联的SNP位点及候选基因。2020,2021年供试群体酒石酸平均含量分别为4.13,4.16 mg/g,苹果酸平均含量分别为7.26,8.99 mg/g,柠檬酸平均含量分别为7.12,10.88 mg/g。相关性分析发现,264份材料柠檬酸含量在2020及2021年2 a间呈显著正相关。同时,苹果酸与柠檬酸间呈显著的正相关,相关系数为0.790^*,酒石酸与苹果酸、柠檬酸均呈显著正相关,相关系数分别为0.695^*,0.739^*。结果表明,供试群体不同品种间存在较大差异,具有丰富的遗传多样性,筛选出6份具有较高有机酸含量的特异种质资源,为菜用大豆有机酸品种改良育种提供优秀的材料。基于混合线性模型的GWAS分析,共检测到54,189,43个分别与酒石酸、苹果酸及柠檬酸含量显著相关的SNP位点,同时根据基因功能注释信息,鉴定到3个及5个分别与酒石酸、苹果酸含量显著相关的候选基因。

为研究盐胁迫下壳聚糖促进菜用大豆结瘤机制,探讨了NaCl胁迫下外源壳聚糖对菜用大豆蔗糖代谢及其在根部积累的影响。以菜用大豆品种日本青-快生型根瘤菌HH103共生体为试验材料,采用人工气候箱培养,分析NaCl胁迫下壳聚糖对菜用大豆结瘤与叶、根蔗糖和还原糖积累及蔗糖代谢相关酶活性的影响。结果表明,NaCl胁迫(T2)导致菜用大豆根瘤数、根瘤鲜质量显著(P<0.05)下降,各胁迫时期的平均降幅分别达36.06%和29.91%;使叶和根的蔗糖含量显著(P<0.05)升高、还原糖含量显著(P<0.05)下降;使叶和根的蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性升高,中性转化酶(NI)、酸性转化酶(AI)活性下降。壳聚糖处理(T3)后,根瘤数和根瘤鲜质量在各胁迫时期均显著(P<0.05)升高,平均增幅达T2的26.87%和25.63%;叶、根蔗糖、还原糖含量以及蔗糖代谢相关酶活性均较T2显著(P<0.05)升高,其中叶、根的蔗糖和还原糖含量在各时期的平均增幅分别为11.32%,21.32%和10.22%,11.11%。壳聚糖可通过诱导NaCl胁迫下菜用大豆叶、根蔗糖代谢高水平运转,促进蔗糖向根部转移,进而促进结瘤,这可能是壳聚糖提高NaCl胁迫下菜用大豆结瘤能力的重要原因之一。

土壤重金属污染严重影响中国农业的发展和农产品安全,植物修复是当前广受关注的土壤修复方式,油菜是一种理想的修复植物。为了筛选出适宜作为修复植物的油菜育种材料,采用盆栽试验,以100%营养土环境为对照组Ⅰ,设置不同污染土配比的Ⅱ(25%污染土,75%营养土)、Ⅲ(50%污染土,50%营养土)、Ⅳ(75%污染土,25%营养土)3个污染土环境,分别研究了159-6(自交种)、沣油520(杂交种)和159-6×沣油520(三交种)3种不同杂交类型的甘蓝型油菜在不同配比重金属污染土环境下的生理特性与相关基因表达量的差异。结果发现:在不同重金属污染土配比环境下,159-6×沣油520鲜质量和干质量最高且高于对照组Ⅰ。25%污染土环境下159-6叶绿素含量最高,其余均为159-6×沣油520叶绿素含量最高。除含50%污染土环境下沣油520可溶性蛋白含量最高,其余均为159-6×沣油520可溶性蛋白含量最高。在50%和75%污染土环境下,159-6×沣油520的SOD活性最高,MDA含量低于159-6和沣油520;4个抗重金属相关基因(BnaA08g04000D、BnaA09g24330D、BnNRAMP1和BnPri-miR167a)在159-6×沣油520叶片中的表达量均高于159-6和沣油520;在75%污染土环境下Bna0280620和Bna049040基因在159-6×沣油520叶片中的表达量也高于沣油520和159-6。159-6、沣油520和159-6×沣油520在不同配比的污染土环境下均能正常生长发育;三交油菜159-6×沣油520在含50%和75%污染土环境下的表现更佳。从育种材料的基因型和生物学特性方面进行研究,分析常规材料与杂交材料在重金属抗性方面的差异及不同杂交类型间的差异,发现杂交种优于常规材料,而三交种优于杂交种。

为探究大豆转录因子GRAS家族GmGRAS69基因在植物干旱胁迫中的功能和可能的分子机制。通过氨基酸序列比对和构建系统进化树分析大豆GmGRAS69与其他物种GRAS成员的序列保守性和进化关系。利用荧光定量PCR方法检测GmPP2C69基因在PEG处理的大豆根和叶中的表达模式。接着构建GmPP2C69基因过表达载体,进而利用农杆菌介导的浸花法转化野生型拟南芥;在正常培养和干旱处理条件下观察野生型和转基因拟南芥的生长表型,测定单株鲜质量、叶片相对含水量和地上部可溶性糖含量、抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性及对应的抗氧化酶基因表达水平。结果显示,GmGRAS69基因在PEG处理的大豆植株根和叶中都显著上调,并且在根中响应更显著。此外,成功获得GmGRAS69基因过表达的转基因拟南芥株系,且过表达株系的耐旱性相比野生型拟南芥WT明显增强。干旱处理后,过表达植株鲜质量、叶片相对含水量和可溶性糖含量均显著高于WT;抗氧化酶SOD、POD和CAT活性以及对应基因SOD、POD和CAT的表达水平也显著高于WT。结果表明,大豆GmGRAS69基因在干旱胁迫下表达上调,进而通过激活SOD、POD和CAT抗氧化酶编码基因、增强抗氧化酶活性和增加可溶性糖的积累,赋予转基因植株更强的耐旱性。

FLK(Flowering Locus KH Domain)基因在植物开花调控过程中具有重要的作用,其功能在模式植物拟南芥中已经鉴定。为揭示大豆GmFLK基因功能,从大豆Williams 82中克隆获得GmFLK基因,并对其编码蛋白进行结构分析和生物信息学分析。在烟草叶片中检测该蛋白的亚细胞定位情况,在大豆中分析其表达模式。结果表明,GmFLK基因全长6 806 bp,含有6个外显子,5个内含子,CDS序列长1 341 bp,编码446个氨基酸。蛋白分子量大小为47.031 ku,等电点为5.46。GmFLK蛋白中α-螺旋、β-折叠和无规则卷曲所占比例分别为24.44%,14.80%和60.76%。进化分析结果显示,GmFLK与Glyma.03g248200同源关系最近,其次为苜蓿Medtr7g115340、花生ArahyQL2VNI、 ArahyUPVY9X和拟南芥AtFLK。亚细胞定位结果表明,GmFLK蛋白在细胞核、细胞质和细胞膜中均有表达。GmFLK基因启动子区域含有10类顺式作用元件,其中6类与光反应有关。GmFLK基因在花、叶、根、种子和茎中均有表达,其中在叶和种子中表达相对较高,在花中表达相对较低。GmFLK基因在长日照和短日照条件下表达模式相似,但在一天中不同时间点表达不同,在光照后4 h表达相对较低,在光照后0,12 h表达相对较高,由此推测,大豆GmFLK基因可能参与大豆开花调控途径。

非生物胁迫如干旱、土壤盐碱化等严重影响着农作物的生长发育,农作物产量明显受限。大豆GmRPK2基因与拟南芥抗逆基因AtRPK1高度同源,为探究其抗逆功能和作用机理,构建了GmRPK2基因过表达载体并转化拟南芥筛选获得纯合体。抗逆性检测结果表明,在高盐、PEG和ABA处理下,GmRPK2过表达拟南芥种子的萌发率显著低于野生型,其幼苗阶段根的生长量也明显小于野生型。成株阶段抗逆性检测表明,盐、旱胁迫下过表达拟南芥的生长受抑现象更为明显。为探究其抗逆性降低的内在机理,对GmRPK2过表达拟南芥进行了生理指标检测。结果表明,高盐胁迫后其叶绿素含量明显低于野生型,其丙二醛和电导率则明显较高,DAB染色比野生型更深;旱胁迫后过表达拟南芥的脯氨酸和可溶性糖含量明显较低,失水率明显较高。荧光定量PCR检测发现,GmRPK2基因在拟南芥中过表达后明显抑制了SAD1、P5CS1和ADH1的表达。因此,GmRPK2基因可能通过抑制CDPK抗逆信号转导通路、降低脯氨酸积累和减弱ABA信号传导通路影响拟南芥的抗逆性。

为解析芝麻耐铝毒遗传机制,发掘和定位芝麻耐铝毒QTL,采用不同浓度铝离子对地方品种金黄麻和竹山白进行了芽期胁迫处理,确定芽期铝胁迫处理适宜浓度。利用耐铝毒芝麻种质金黄麻和铝敏感芝麻种质竹山白为亲本构建的一个含有180个家系的重组自交系群体,以铝胁迫下芝麻芽期相对根长(RRL)、相对芽长(RSL)和相对苗鲜质量(RSW)作为表型指标,结合通过重测序构建的一个含有1 354个bin标记的高密度遗传图谱,采用复合区间作图法,对芝麻芽期耐铝毒性状进行了QTL定位和候选基因筛选。3个性状在群体中呈显著正相关,共检测到7个QTL,分布于6条染色体上(2,4,6,10,11,13号染色体),其中3个与相对根长相关,2个与相对芽长相关,2个与相对苗鲜质量有关。其中位于2号染色体的2个分别控制相对根长和相对苗鲜质量的QTL区间部分重叠。候选基因分析的结果表明,15个预测基因可能与耐铝胁迫相关,主要参与金属转运、脱毒和金属离子的跨膜结合、GDSL基序酯酶、过氧化物酶体以及生物体内有毒物质的代谢与解毒等生理进程。