IQM基因家族是Ca²⁺不依赖型钙调素结合蛋白中的重要成员,在植物生长发育以及多种胁迫反应中发挥着重要作用。为了研究玉米IQM基因家族的特征及潜在功能,采用生物信息学的方法在玉米全基因组中鉴定IQM基因,并对其蛋白性质、系统进化关系、基因结构、染色体位置、基因复制、顺式作用元件、组织特异性表达和多种胁迫下表达模式进行研究。结果表明,在玉米全基因组中共鉴定出11个ZmIQMs基因,根据其在染色体上的位置,将其命名为ZmIQM1~ZmIQM11。ZmIQMs基因分为3个亚家族,亚家族内部基因结构具有相似性,片段复制在玉米IQM基因家族扩增和进化中发挥主要作用。顺式作用元件分析发现,ZmIQMs基因启动子区含有多个与激素和胁迫响应相关的元件。对ZmIQMs基因的表达模式进行研究,发现ZmIQMs基因在不同组织中的表达模式不同,在不同非生物和生物胁迫下,多个ZmIQMs基因表达量发生变化。qRT-PCR结果显示,在干旱胁迫下,ZmIQM3、ZmIQM4和ZmIQM10上调表达;ZmIQM3、ZmIQM4、ZmIQM5、ZmIQM10和ZmIQM11响应小斑病病原菌的侵染。以上结果表明,ZmIQMs基因在胁迫响应中发挥着重要作用。

泛素化途径是植物响应干旱胁迫的关键信号途径之一。为明确E3泛素连接酶TaSINA101基因响应干旱胁迫的生物学功能,以小麦抗旱优异品种晋麦47为材料,克隆TaSINA61、TaSINA101和TaSINA105基因,利用生物信息学手段分析其序列特征,通过qRT-PCR检测3个基因在PEG-6000、NaCl、低温和ABA处理下小麦根和叶中表达量的变化。通过转基因水稻异源表达TaSINA101,分析TaSINA101响应干旱胁迫过程中的生物学功能。结果表明,TaSINA61、TaSINA101、TaSINA105基因均包含1个内含子和2个外显子,编码的蛋白质均由282个氨基酸组成,启动子区主要包含生长发育调控元件、激素响应元件和逆境胁迫响应元件。qRT-PCR表达分析显示,这3个基因在根和叶中均受干旱胁迫等各种非生物胁迫诱导表达。干旱胁迫处理TaSINA101转基因水稻的表型分析发现,转基因水稻株系OE-1、OE-2和OE-3叶片的鲜质量及干质量、最大根长、根系平均直径和叶片相对含水量各项指标均显著低于野生型,而转基因水稻株系OE-1、OE-2叶片相对电导率则显著高于野生型。因此,TaSINA101负调控水稻的干旱胁迫耐受性,为深入解析小麦TaSINA101基因的生物学功能提供了依据。

为改善新疆吐鲁番极端高温天气下甜瓜生长、产量和品质,探究喷施调环酸钙(PCa)对高温胁迫下甜瓜生理生长的影响,以蒸馏水(CK)和浓度为20( PCa1),50( PCa2),100( PCa3),150 mg/L( PCa4)的PCa喷施甜瓜叶片,通过对甜瓜光合作用、活性氧含量、抗氧化酶、抗氧化物质、蔓长、茎粗、产量和品质等指标的综合分析,寻找适合该地区高温胁迫下甜瓜叶面喷施PCa的最佳浓度。结果表明,随着PCa浓度增大,甜瓜各时期叶绿素a、叶绿素b、$\mathrm{O}_{2}^{-}$、H₂O₂和茎粗逐渐升高,较CK增幅分别为9.25%~36.29%,4.25%~49.92%,21.45%~334.55%,5.36%~109.41%,2.33%~20.69%;而MDA逐渐降低,较CK降幅为7.37%~48.83%,喷施PCa提高高温胁迫下甜瓜光合作用和活性氧,降低高温对甜瓜生物膜的损害。PCa1、PCa2、PCa3处理较CK提高高温胁迫下甜瓜可溶性蛋白、可溶性糖、PRO、SOD、POD、AsA、GSH、产量、果实可溶性固形物和果实可溶性糖含量,且3个处理各指标综合比较以PCa2处理较好,喷施适宜浓度的PCa显著提高高温胁迫下甜瓜渗透调节物质、抗氧化酶、抗氧化物质及产量品质,提高了甜瓜耐热能力并实现甜瓜增产提质;PCa4处理虽提高甜瓜产量,但却降低了果实可溶性固形物和果实可溶性糖含量,高浓度PCa延迟了甜瓜生长,影响收获时甜瓜品质。因此,生产中PCa2处理是实现高温胁迫下甜瓜耐热增产提质的最佳处理,建议该地区喷施PCa的最适浓度为50 mg/L。

探究翻耕深度和有机肥用量对潮土麦田光合特性、产量形成的影响,为潮土或相近土壤类型下小麦高产稳产提供理论依据和技术支撑。于2022-2024年小麦季,在山东省德州市齐河县的典型潮土区麦田开展双因素裂区试验,主区为2种翻耕深度,包括15~20 cm(D1)与30~35 cm(D2);副区为3种有机肥施用量,分别为800(L),1 200(M),1 600 kg/hm²(H)。分析了不同翻耕深度与有机肥施用量下潮土麦田光合特性、地上部干物质积累特性、产量构成。D2M和D2H较其他处理均利于提高小麦产量及构成要素,穗数、穗粒数、千粒质量与籽粒产量的2 a均值分别显著提高了5.5%~8.5%,3.5%~12.1%,6.7%~13.2%和6.6%~12.8%。D2M和D2H处理还通过提升各生育时期的地上部干物质积累速率,不同程度地提升了拔节、开花与成熟期小麦地上部干物质积累量,较其他处理2 a均值分别提高了9.0%~22.1%,8.9%~25.8%和10.7%~24.3%。与D1翻耕深度相比,D2处理进一步提升了有机肥对各生育时期叶片SPAD的促进作用,且D2M和D2H处理在灌浆中期至后期时仍能保持较高的叶绿素含量;在M和H有机肥用量下,D2翻耕深度各生育时期叶片Pn均显著高于D1,在拔节、孕穗、开花、灌浆中期和灌浆后期,2 a均值分别显著提高12.0%~16.7%,13.7%~16.8%,13.8%~19.7%,20.2%~25.8%,24.6%~44.8%;相同有机肥用量条件下,叶片LAI 在2种耕作深度间的差异随着生育进程的推进逐渐增加,在开花和灌浆中期均以D2M和D2H表现最佳,2 a均值分别提高13.2%~27.2%,13.4%~29.4%。D2M和D2H处理均能改善植株光合特性和地上部干物质积累能力,进而优化产量构成要素实现小麦产量的大幅提升,但因D2M和D2H处理在各指标间差异均不显著,因此,基于资源节约的前提,认为翻耕深度30~35 cm和有机肥用量1 200 kg/hm²组合即可实现潮土麦田籽粒高产。

研究不同减氮增效措施对麦玉轮作体系潮土氨挥发和作物产量的影响,为合理施肥及农业环境保护提供指导。长期减氮增效试验于2016年开始在河南许昌潮土区定位试验站开展,设置不施氮肥对照(CK),常规施氮肥(100N),减氮20%(80N),以及减氮20%配合秸秆还田(80NS)、硝化抑制剂(80NI)、生物炭(80NB)共6个处理,2021-2022年间测定土壤理化性质、氨挥发特征和麦玉产量。结果表明,小麦季,80NS、80NI和80NB处理pH值较100N处理显著提高;80NS和80NB处理的有机质含量较80N处理显著提高,土壤容重较CK处理显著降低。小麦基肥期,80NS、80NI和80NB处理的氨挥发累积量较100N分别显著降低28.71%,35.61%和22.99%;小麦追肥期,80NS和80NB处理的氨挥发累积量较100N分别显著降低14.94%,17.58%,80NS和80NI处理的氨挥发累积量较80N显著提高22.27%,27.69%。整个小麦生育期,不同施氮处理氨挥发累积量占施氮量的1.31%~2.47%,其中100N>80NB>80NS>80NI>80N。玉米季,与100N处理的氨挥发累积量相比,80N和80NS处理分别显著降低37.14%,29.63%,80NI处理显著增加60.83%;与80N处理相比,80NI和80NB处理的氨挥发累积量显著增加155.79%,44.05%。玉米生育期氨挥发累积量占施氮量的5.81%~14.86%,其中80NI>100N>80NB>80NS>80N。小麦产量结果表明,与100N处理相比,80N处理显著减产16.67%,而80NS、80NI和80NB处理产量无显著降低。玉米产量数据表明,100N处理与4个减氮处理间均无显著差异。综上,在试验潮土减氮20%的基础上增施硝化抑制剂、秸秆和生物炭,均可有效提高土壤肥力、稳定小麦产量,但硝化抑制剂和生物炭显著提高玉米季氨挥发累积量,生产中需要特别注意。

为探明施氮量对花后弱光胁迫下软质小麦氮素吸收与转运特性、氮肥利用效率及产量品质形成的影响机制,在盆栽条件下,以软质小麦品种荃麦725(QM725)为材料,采用¹⁵N示踪法,试验共设置2个氮素水平,即N1(N 120 kg/hm²)、N2(N 180 kg/hm²),每个施氮水平下于小麦灌浆期(开花后7~35 d)设置2个遮光处理,即CK(不遮光),SH(遮光30%)。分析施氮量与花后弱光条件下软质小麦籽粒产量和品质之间的形成关系,研究不同氮肥用量对花后弱光条件下软质小麦氮素积累、转运及籽粒产量与品质的影响。结果表明,与对照相比,N1和N2条件下,花后弱光处理显著降低了开花期植株以及成熟期营养器官氮素积累量,且来源于肥料氮的比例显著高于土壤氮,而成熟期籽粒氮素积累量来源于土壤氮的比例显著高于肥料氮,其肥料氮在相同施氮量条件下,基施氮肥比例大于追施氮肥。在相同弱光处理条件下,N2较N1相比,提高了开花期肥料氮积累量、成熟期总氮与肥料氮积累量和成熟期籽粒总氮、肥料氮与土壤氮积累量。在N1和N2处理水平条件下,随着花后光照强度的降低,小麦氮素收获指数、氮肥收获指数、氮肥生产效率、穗粒数、千粒质量和籽粒产量均显著下降。软质小麦籽粒蛋白质、淀粉含量及其积累量随着氮肥用量的增加显著提高。但在相同施氮量条件下,弱光胁迫降低了籽粒淀粉含量、蛋白质和淀粉积累量。花后弱光胁迫显著影响了软质小麦植株氮素积累,降低了小麦花后营养器官贮藏物质向籽粒的转运效率,导致营养器官对籽粒的贡献率降低,从而不利于植株整体的氮素转运效率。随着施氮量的提高,小麦的氮素收获指数、氮肥收获指数、氮肥生产效率及氮素利用效率均显著提升。在相同施氮量N1和N2处理条件下,花后弱光胁迫显著降低了软质小麦籽粒蛋白质和淀粉积累量,进而影响了粒质量的形成,从而导致产量降低。

小麦赤霉病是严重威胁小麦安全生产的真菌性病害,利用分子标记辅助选择聚合抗病基因已成为当前抗赤霉病育种的快速有效策略。为建立小麦抗赤霉病基因的高通量筛选体系、创制抗赤霉病新种质并提升四川小麦赤霉病抗性,利用100K SNP芯片对14个四川小麦品种(系)和3个抗赤霉病种质进行全基因组基因型分析。基于已报道的主效抗赤霉病基因Fhb2、Fhb4、Fhb5的遗传连锁区间,筛选获得与目标基因连锁(Fhb2、Fhb4)或共分离(Fhb5)的SNP位点,并据此开发特异性KASP标记。结果显示,基于100K SNP芯片,17份小麦品种(系)按遗传相似性可以划分为两大类:含有北方小麦遗传背景的抗病种质NMAS070和NMAS069独立成簇,与四川小麦品种(系)间亲缘关系较远;其余15份品种(系)聚为一类并进一步分为2个亚类。功能基因检测揭示抗病亲本携带赤霉病抗性位点,而农艺亲本则富集产量与品质相关优异等位变异。通过SNP位点筛选,在Fhb2、Fhb4连锁区间及Fhb5共分离区间内共鉴定出8个关键SNP位点,据此成功开发4对Fhb2、2对Fhb4和2对Fhb5的特异性KASP标记。验证试验表明,所有KASP标记均能实现精准分型,并已有效应用于赤霉病抗病分子育种实践。开发的小麦抗赤霉病基因Fhb2、Fhb4、Fhb5高效KASP标记体系为小麦赤霉病抗性改良提供了重要技术支撑,对提升西南麦区小麦品种赤霉病抗性具有重要应用价值。

肌肉生成依赖于各种细胞内外的信号和因子的相互调控,通过组织和细胞水平探究肌细胞增强因子2A(MEF2A)表达量与其启动子甲基化的调控关系,为关岭牛的遗传发育提供理论参考。以关岭牛为试验对象,首先对关岭牛组织MEF2A表达量与其启动子甲基化水平联合分析。其次,将MEF2A基因的干扰和超表达载体转染至关岭牛原代成肌细胞内,分析MEF2A表达量变化对其启动子甲基化水平的影响。 结果表明,关岭牛犊牛各组织MEF2A表达量高于成年牛,而犊牛组织MEF2A甲基化率低于成年牛,DNMT1表达量趋势与之一致。此外,MEF2A表达量升高导致其甲基化率降低,降低MEF2A表达量则导致其甲基化率升高。从组织和细胞两方面证实关岭牛MEF2A基因表达水平与其甲基化率呈负相关,为遗传标记辅助牛的遗传改良提供了理论依据。

为分析禽腺病毒血清4型(FAdV-4)感染鸡肝癌细胞(LMH)后环状RNA(circRNA)的表达谱变化,进一步研究circRNA在FAdV-4感染过程中的调控作用,以FAdV-4感染的LMH和未感染细胞为对象进行转录组测序,对差异表达circRNA进行GO功能和KEGG信号通路富集分析,通过实时荧光定量 PCR(qRT-PCR)对随机挑选的5个circRNA进行验证。结果表明,感染组和未感染组的circRNA分布于绝大多数染色体上,且长度主要集中在300~1 000 bp。差异表达分析筛选出72个circRNA,32个circRNA表达水平显著上调,40个circRNA表达水平下调。GO功能分析,差异circRNA来源基因主要富集在细胞过程、代谢过程、催化活性和核酸结合转录因子活性等进程。KEGG通路分析显示,差异表达circRNA主要富集在Notch信号通路、RNA降解和MAPK信号通路。qRT-PCR结果表明,被验证的5个circRNA表达水平与测序结果趋势一致,进一步验证了测序结果的可靠性。本研究对FAdV-4感染LMH细胞的circRNA表达谱进行分析,并筛选出差异表达的circRNA,为探究circRNA在FAdV-4感染过程中的功能及宿主与FAdV-4互作机制提供数据支持。

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。