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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。