RNA聚合酶Ⅱ相关因子Paf1(RNA polymerase Ⅱ associated factor 1)复合物是由6个亚基组成的真核生物重要的转录调控因子,其对特定基因的表达调控作用与植物的生长、发育和环境信号响应等生命活动密切相关。为探究小麦Paf1对逆境胁迫的响应特征,采用同源序列比对方法鉴定小麦的各Paf1亚基基因,通过mCherry融合蛋白的过表达和荧光显微观察鉴定各亚基蛋白的亚细胞定位,使用qRT-PCR方法分析各亚基基因对不同逆境胁迫的表达响应。结果表明,小麦Paf1的亚基TaVIP3、TaVIP4、TaVIP5、TaVIP6和TaPHP均由1套部分同源基因编码,其余1个亚基TaVIP2则由2套部分同源基因编码。植物VIP2的N端含有1个长度可变的富含脯氨酸残基区段,小麦的TaVIP2 还特有1个富含谷氨酰胺残基区段。TaVIP2、TaVIP4、TaVIP5和TaVIP6均为细胞核蛋白,而TaVIP3和TaPHP蛋白则可同时分布于细胞质和细胞核。各亚基基因在不同组织中的组成型表达差异模式相似,在叶片中的表达统一受高温胁迫的上调和高盐、干旱胁迫的下调。综上所述,小麦响应逆境胁迫的反应涉及对转录调控因子Paf1亚基基因表达水平的调节。

前期转录组学分析发现,ZmRAV1为玉米响应干旱胁迫的候选基因,为了深入研究该基因的功能,克隆了ZmRAV1基因,应用生物信息学分析了ZmRAV1的编码序列,并在拟南芥中过表达该基因,通过干旱条件下过表达拟南芥株系表型、生理生化指标的测定验证其功能。结果表明:ZmRAV1基因全长1 176 bp,共编码389个氨基酸,二级结构中无规则卷曲占比最多,是一种不含信号肽、非跨膜的亲水性蛋白。亚细胞定位显示,该基因编码蛋白位于细胞核。ZmRAV1基因在不同物种间具有较高的保守性。从系统发育树上看,ZmRAV1与五节芒同源基因亲缘关系最强,同源性较高。干旱胁迫处理后,萌发期过表达拟南芥株系的根长显著高于野生型(WT)拟南芥,幼苗期野生型经过干旱胁迫后出现枯萎甚至死亡,存活率低于过表达株系,且干旱处理后ZmRAV1过表达株系过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性均高于野生型,表明过表达ZmRAV1基因可提高拟南芥对干旱胁迫的抗性。综上所述,通过ZmRAV1基因编码序列的生物信息学分析以及转基因拟南芥株系的生理生化指标测定明确了ZmRAV1在响应干旱胁迫的过程中发挥正向调控的作用。

为明确大兴安岭沿麓黑土区秸秆还田条件下不同耕作方式对土壤水分动态变化规律及玉米产量的影响,基于连续6 a耕作定位试验,分析秸秆全量粉碎深翻还田(SCD)、秸秆全量粉碎深松浅翻还田(SSS)、秸秆全量粉碎深松还田(SCS)、秸秆全量粉碎重耙还田(SCR)、秸秆全量粉碎旋耕还田(STR)、秸秆全量粉碎免耕还田(NTS)、秸秆不还田常规耕作(CK)7种耕作方式对2022年和2023年玉米不同生育时期0~60 cm土层土壤水分特征、耗水量、水分利用效率及玉米农艺性状和产量影响的差异。结果表明,2022年和2023年土壤质量含水率呈双峰型变化。0~10 cm土层土壤质量含水率显著高于CK,NTS处理在多个时期土壤质量含水率最高;10~20 cm土层中,SSS、NTS处理拔节期土壤质量含水率低于CK;20~40 cm和40~60 cm土层中,各处理土壤质量含水率较CK均有提升。2022年和2023年,不同生育期除NTS处理外,各处理玉米株高显著高于CK;成熟期SCD处理玉米株高最高,NTS处理最矮。各处理玉米苗期叶面积指数差异较小,拔节期后STR处理叶面积指数最大,大喇叭口期各处理叶面积指数均显著高于NTS处理。除SCS、NTS处理外,各处理干物质积累量均显著高于CK,成熟期SCD处理干物质积累量最高,NTS处理最低。与CK相比,各处理均可提高玉米产量和水分利用效率,但SCD处理显著高于CK。综合各指标分析,大兴安岭沿麓黑土区秸秆全量粉碎深翻还田和秸秆全量粉碎深松浅翻还田2种耕作方式有利于改善土壤结构、提升玉米产量和水分利用效率。

为了探究黑土区保护性耕作技术对土壤养分和酶活性等指标及生态化学计量特征的影响。采用3 a定位试验的方法,以翻耕(A-A)为对照,研究旋耕(B-B)、常规免耕(C-C)、原茬免耕覆秸(0-0)处理下黑土全量养分(土壤有机碳、全氮、全磷含量)和β-D-葡萄糖苷酶(βG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、N-1,4-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酸性磷酸酶(ACP)活性及其生态化学计量特征值的变化。结果表明:原茬免耕覆秸较翻耕显著增加了土壤有机碳、全氮、全磷含量;除C/N外,原茬免耕覆秸C/P、N/P均高于翻耕。旋耕和常规免耕的土壤有机碳和全氮含量较翻耕相对减少,C/N、C/P、N/P值均在第2年显著降低。与翻耕相比,原茬免耕覆秸处理下4种酶活性均显著提高,旋耕ACP和βG在第3年比翻耕分别显著提高了22.05%,50.00%。旋耕、常规免耕和原茬免耕覆秸均显著增加了土壤酶C/P。供试耕作方式下土壤酶活性的矢量角度均小于45°,表明该试验区土壤微生物可能受到N的限制;酶矢量长度随年限增加明显提高,表明受C限制的程度增强。主成分、灰色关联度及相关性分析的结果显示,免耕覆秸对于土壤养分含量和酶活性影响最为显著。综上,原茬免耕覆秸技术措施对活化土壤养分和酶活性以及维持土壤生态的稳定具有良好的改善效果。

阐明叶面肥不同施氮量对玉米氮素积累转运利用的影响。试验时间为2021—2022年,采用随机区组设计,以玉米品种利禾1号为研究对象,设置不施肥处理(CK)、常规根部施肥处理(CF)、叶面减氮20%处理(LF1)、叶面常规施氮处理(LF2)、叶面增氮20%处理(LF3),分析叶面氮肥不同施用量与不施肥及常规根部施肥对玉米氮素积累转运利用的差异。结果表明,玉米茎氮素积累量和叶氮素积累量随生育期的推进呈先升高后降低的趋势,于抽雄吐丝期达到最大值。单株氮素积累量随生育期的推进逐渐升高,于成熟期达到最大值,LF2处理的单株氮素积累量最高。吐丝期前叶片中氮素分配占比最高,吐丝期后籽粒氮素分配占比逐渐升高,于成熟期达到峰值;CK的籽粒氮素积累占比最低,2021年LF1处理的籽粒氮素分配占比最高,2022年LF3处理的籽粒氮素分配占比最高。氮素转运率和氮素转运对籽粒的贡献率随施氮量的增加先升高后降低,氮素收获指数、氮素利用率随施氮量的增加而降低;2021,2022年LF1处理、LF2处理、LF3处理的氮素利用效率均高于CF处理,且LF1处理的氮素利用率最高。2 a叶面施氮处理的氮素吸收效率均高于CF处理。各处理的穗长、穗粗、穗行数无显著差异,CK的秃尖长最长,各施氮处理的行粒数和百粒质量均大于CK,CF处理的生物产量最高,LF1处理的籽粒产量和收获指数最高,各处理的籽粒产量显著高于CK,收获指数随施氮量的增加而降低。因此,在内蒙古中西部地区玉米以LF1叶面施氮处理下能获得较好的生长效果。

为探究花椰菜抗病品种与感病品种在接种黑腐病菌后的转录组差异,挖掘与花椰菜抗黑腐病相关的基因,以花椰菜感病品种Y1-2和抗病品种EC-247为研究对象,分别提取接种黑腐病菌0,1,3,5 d的花椰菜叶片总RNA,利用Illumina RNA-Seq测序平台进行高通量无参转录组测序,采用实时荧光定量PCR技术对部分差异表达基因进行验证,筛选抗病相关的差异基因并对其表达量进行分析。结果显示,4个时间点与感病品种相比,抗病品种共有6 355个基因表现出显著差异;KEGG富集分析发现,在这些差异表达基因富集通路中,与植物抗病性紧密相关的通路受到关注,其中47个基因与植物-病原菌互作相关,61个基因参与植物激素信号传导途径;对这些相关基因的表达量进行聚类分析发现,植物-病原菌互作途径中1个CDPK基因、4个CML基因、1个PTK基因、1个CaM基因、1个RLK基因和1个SGT1基因,植物激素信号传导途径中3个生长素响应蛋白基因、1个TIFY基因、1个吲哚-3-乙酸酰胺合成酶基因、2个油菜素唑抗性蛋白基因和1个Shaggy相关的蛋白激酶zeta基因,在抗病品种中的表达量显著高于感病品种,并且抗感品种不同时间点的表达模式表明其积极响应病原菌侵染。综上,这些差异基因可能与花椰菜抗病相关,为花椰菜抗病分子育种提供了重要的基因资源和科学依据。

绵羊的尾型是由遗传和环境因素相互作用形成的复杂性状,环状RNA(circRNA)与脂肪生成密切相关。为探究circRNA对绵羊尾部脂肪沉积的影响,对绵羊尾部脂肪进行转录组测序并进行样品组间差异表达分析,筛选出与绵羊尾脂相关的候选circRNA,构建绵羊尾部脂肪沉积相关circRNA-miRNA-mRNA 的调控网络图,并对筛选出来的circRNA进行定位,然后对其功能进行验证。结果显示,在2种不同尾型绵羊尾部脂肪组织转录本中共筛选得到679个差异表达circRNA,其中422个上调,257个下调。并对差异circRNA靶基因进行GO和KEGG功能富集分析,涉及了DNA代谢过程、解剖结构发育、分解代谢过程、细胞自噬作用、碳水化合物吸收过程以及脂肪沉积相关的细胞增殖、脂质代谢等众多生物学发育过程。靶基因富集在细胞生长与凋亡过程、细胞运动、运输和分解代谢、信号转导作用、转录翻译以及氨基酸合成代谢等功能,说明这些circRNA可能通过以上众多通路参与绵羊尾部脂肪的沉积过程。对筛选出的差异circRNA_0018采用荧光原位杂交方法进行定位分析并在前体脂肪细胞中进行验证,结果表明,circRNA_0018是真正且稳定的细胞质环状分子,能促进脂肪细胞分化,由此推测,circRNA_0018等可能参与绵羊脂肪沉积和脂质代谢过程。

为分析安徽六安地区新型鹅星状病毒(GAstV)的变异情况并表达其VP27-VP34蛋白,从六安某养殖场采集鹅痛风病料,经RT-PCR检测为阳性后,首先对鹅胚传代培养分离病毒,其次对分离毒株进行动物回归试验、全基因组扩增测序及遗传进化分析;随后,将分离株的VP27-VP34序列克隆至pCold-TF载体进行诱导表达,并将纯化后的重组蛋白免疫6 周龄雌性 BALB/c 小鼠制备多克隆抗体。通过间接免疫荧光(IFA)检测多克隆抗体特异性,利用琼脂扩散法检测血清抗体效价。结果表明,从临床病料样本中分离到 1 株鹅星状病毒,命名为 AH-2021 株。动物回归试验可见雏鹅心脏、肝脏表面尿酸盐沉积明显,肾脏发白、肿胀。遗传进化结果显示, AH-2021 株属于GAstV-1,与GenBank中的其他GAstV-1相似性为98.0%~99.0%。重组表达载体pCold-TF-VP27-VP34经 IPTG 诱导获得了目的蛋白,SDS-PAGE显示,重组蛋白分子质量约为110 ku,主要以上清形式存在。IFA试验结果显示,制备的多克隆抗体能够特异性识别新型鹅星状病毒,琼脂扩散结果显示,抗体效价可达 1:16。综上所述,从临床痛风雏鹅中分离鉴定到 1 株新型鹅星状病毒 AH-2021 株,动物回归试验表明,新型鹅星状病毒是导致雏鹅痛风的病原,制备了VP27-VP34 融合蛋白的多克隆抗体。

为研究植物生长调节剂对春玉米冠层-根系的协同调控特性,进一步揭示植株抗倒机理,于2021—2022年以玉米品种迪卡159和先玉335为试验材料,在75 000,90 000株/hm² 2个种植密度下,设置植物生长调节剂处理(PGR)和清水对照(CK),分析比较了不同处理下的冠层结构、茎秆基部节间性状、根系形态特征和伤流液理化指标。结果显示,PGR对玉米冠层和根系均有调控作用。PGR处理后,植株株高、穗位高和重心高度降低,穗位以上叶片叶倾角增大,植株穗位层无截取散射(DIFN)平均增加23.59%,穗下层DIFN平均增加18.60%,基部节间茎秆质量显著提高。同时PGR处理下0~40 cm土层根条数、根长和根系干质量增加,地表以下10 cm处的根幅增大,根系伤流量和养分流量增加,根系形态和运输能力明显优化。伤流液中CTK和IAA的流量增加,GA的流量减少。PGR通过对冠层-根系的协同调控,有效地减少了茎折和根倒的发生,玉米的田间倒伏率从13.43%降低到6.47%,玉米产量平均增加了16.10%,从而实现稳产高产。

捕光叶绿素a/b结合蛋白在植物光合进程及非生物胁迫响应中发挥着重要的作用。为了研究陆地棉GhLhcb2A1基因特征、表达特性以及在低温和干旱响应中的功能,以冀棉262叶片cDNA为模板进行PCR扩增,获得了GhLhcb2A1基因的CDS全长,通过生物信息学分析了基因及其编码蛋白的基本特征,利用qRT-PCR技术检测了基因的组织表达特性以及低温和干旱响应表达模式,采用病毒诱导的基因沉默技术验证了GhLhcb2A1基因在低温和干旱响应中的功能。研究结果表明,GhLhcb2A1基因CDS全长为798 bp,编码265个氨基酸。GhLhcb2A1在叶片中高表达,在低温和干旱处理的叶片和根中显著上调表达,并在低温和干旱处理3 h的叶片中达到最大值,分别是对照叶片中的17.42,30.03倍,在低温处理6 h和干旱处理12 h的根中达到最大值,分别是对照根中的11.65,65.04倍。亚细胞定位结果表明,GhLhcb2A1蛋白在细胞叶绿体中表达。GhLhcb2A1基因沉默植株与对照植株相比,低温和干旱处理造成的植株失水干枯等表型更严重,叶片积累的丙二醛含量显著升高,脯氨酸含量和超氧化物歧化酶活性则显著降低,说明GhLhcb2A1基因沉默植株对低温和干旱胁迫的抵抗力降低。以上研究表明,GhLhcb2A1基因在低温和干旱响应中发挥正调控的作用。

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。

土壤氮循环酶活性可作为表征土壤肥力水平和氮素转化的重要指标。为明确长期施肥对南方双季稻区稻田根际土壤氮循环酶活性的影响,依托长期(37 a)定位施肥试验田,系统分析了4种施肥处理(不施肥(CK)、单施化肥(MF)、秸秆还田+化肥(RF)和30%有机肥+70%化肥(OM))根际土壤氮循环相关酶活性以及其与土壤化学性质的相关性。结果表明:OM和RF处理较MF和CK处理显著增加了根际土壤全氮、有机碳、铵态氮、硝态氮和微生物量氮含量,提高了水稻产量。OM和RF处理根际土壤脲酶和亚硝酸还原酶活性均显著高于MF和CK处理;RF处理根际土壤羟胺还原酶活性最大,分别比CK、MF和OM处理增加了21.7%,13.0%,8.7%;OM处理根际土壤蛋白酶、固氮酶、硝酸还原酶和氧化亚氮还原酶活性最大,较MF处理分别显著增加了20.0%,26.1%,426.1%,26.7%;CK处理稻田根际土壤一氧化氮还原酶活性显著高于MF、RF和OM处理。相关性分析结果表明,根际土壤硝酸还原酶、固氮酶、氧化亚氮还原酶、脲酶、蛋白酶活性与土壤全氮、有机碳、铵态氮、硝态氮、微生物量氮含量以及水稻产量之间均呈极显著正相关,而根际土壤一氧化氮还原酶与土壤全氮、有机碳、铵态氮、硝态氮、微生物量氮含量和水稻产量之间均呈显著或极显著负相关,表明土壤化学特性、产量与根际土壤氮循环酶活性密切相关。冗余分析(RDA)表明,第一排序轴能解释根际土壤酶活性的93.34%,土壤硝态氮、全氮和有机碳含量是驱动根际土壤氮循环酶活性变化的关键因素。因此,长期采用有机物料(有机肥和秸秆)替代部分化肥通过改善土壤化学和生物学特性,促进土壤氮循环酶活性,达到培肥稻田土壤的效果。