蔗糖磷酸合成酶(SPS)是蔗糖合成途径中的限速酶,与磷酸蔗糖磷酸酶(SPP)形成复合体共同催化合成蔗糖,在植物生长发育过程中提供能量并在果实品质提升方面发挥着重要作用。目前,关于苹果SPS基因家族的进化模式及系统性分析的研究较少。本研究从苹果基因组GDDH13 v1.1中鉴定了7个MdSPS基因和4个MdSPP基因,并分析了其基因结构、基因启动子顺式元件、蛋白保守基序、亚细胞定位和生理生化特性。染色体定位和基因组复制分析表明,全基因组复制(WGD)和片段复制是MdSPS基因家族进化的主要方式,MdSPS基因对的Ka/Ks比值分析指出该家族成员在驯化过程中经历了较强的纯化选择。根据系统发育关系将SPS基因划分为3个亚家族,并观察到基因亚家族间古老的基因复制事件和差异显著的进化速率。此外,根据‘金冠’、‘富士’、‘秦冠’和‘蜜脆’四个苹果品种果实发育过程中可溶性糖含量与SPS家族基因表达水平的相关性,鉴定了一个蔗糖积累相关的关键基因MdSPSA2.3。随后通过病毒诱导MdSPSA2.3基因沉默证实了该基因在苹果果实蔗糖积累中的重要功能。本研究为更好地阐明MdSPS基因在苹果果实发育过程中的生物学功能奠定了理论基础。
腐烂茎线虫(Ditylenchus destructor)是一种重要的检疫性病原线虫,严重危害甘薯、马铃薯和中药材等根茎类作物。该线虫的种内分化明显,根据ITS-rDNA序列差异,国外的研究将其分为A-G 7个单倍型,但主要集中于马铃薯和甘薯的线虫群体。本研究对腐烂茎线虫中药材群体ITS-rDNA序列及其RNA二级结构进行分析,以明确其单倍型分化,并通过ITS-rDNA与28S D2-D3系统发育关系、ITS-RFLR和ITS特异性引物PCR扩增进一步验证不同群体单倍型的分化。在甘肃、青海、陕西、内蒙和黑龙江等5个省,共采集当归、党参、马铃薯和甘薯的腐烂茎线虫群体43个,其中中药材群体37个。线虫群体的ITS-rDNA序列长度为727 bp-969 bp,长度差异主要表现在ITS1区串联重复序列的数量不同,且串联重复序列在ITS1二级结构中形成了稳定的茎环,即H9螺旋。依据H9螺旋结构的有无及其差异,43个群体的ITS-rDNA序列可划分为10个单倍型。与已知单倍型(A-G)对比分析,发现其中3个单倍型分别与A、B和C单倍型一致,而另外7个单倍型与已知单倍型不同,将其依次命名为H、I、J、K、L、M和N单倍型,这7个新单倍型均来源于中药材。综合本研究和已知单倍型分类体系,腐烂茎线虫中发现A-N 14个单倍型。ITS和28S系统发育分析显示,所有单倍型群体分化为两支:A单倍型为一支,B-N单倍型为另一支。对比ITS和28S系统发育树,发现A单倍型均单独聚为一支,但B-N分支不太一致,且不同单倍型系统发育关系较为混乱。ITS-RFLP和特异性引物PCR结果显示,H和A单倍型酶切图谱和特异性片段长度相同, B和C单倍型特异性片段长度相同,但其它单倍型间存在明显差异。除K单倍型不同群体间有差异外,其它单倍型的群体间无明显差异。本研究发现了腐烂茎线虫中药材群体中存在新的单倍型,并明确了不同单倍型的差异,该结果将推动茎线虫生物学的研究进展,且对中药材腐烂茎线虫病的识别和防治具有指导意义。
小伞山羊草二倍体 (Ae. umbellulata, 2n=2x=14, UU) 是对普通小麦遗传改良具有潜在利用价值的小麦近缘植物。本研究报道了46份小伞山羊草的条锈病抗性、抽穗期、微量元素铁、锌含量以及“面筋蛋白”含量的调查结果。在四个环境下,42份小伞山羊草表现抗小麦条锈病,4份感条锈病。小伞山羊草的平均抽穗期 (180.9天) 显著晚于3个普通小麦对照 (137.0天),但1份材料PI226500除外,为138.9天。小伞山羊草材料间的铁、锌含量有广泛的变异,变幅分别为69.74–348.09 mg/Kg和49.83–101.65 mg/Kg。PI 542362, PI 542363和PI 5543993份这3份材料的铁、锌含量高于其他小伞山羊草,分别为230.96–348.09 mg/Kg和92.46–101.65 mg/Kg。小伞山羊草的铁含量与顶芒山羊草 (Ae. comosa, 2n = 2x =14, MM) 和尾状山羊草 (Ae. markgrafii, 2n = 2x =14, CC) 的相当,但高于节节麦 (Ae. tauschii, 2n = 2x =14, DD) 和普通小麦对照。小伞山羊草的锌含量高于节节麦、顶芒山羊草和普通小麦对照,但低于尾状山羊草。用高效液相色谱分析了小伞山羊草以及作为对照的其他山羊草二倍体的面筋蛋白含量。与其他物种相比较,小伞山羊草具有独特的洗脱峰,如41-42分钟的低分子量谷蛋白以及大约57分钟时的γ-醇溶蛋白。在所研究的物种中,小伞山羊草的γ-醇溶蛋白含量是最高的 (小伞山羊草vs. 其他物种,平均含量: 72.11%% vs. 49.37%,变异幅度 55.33–86.99% vs. 29.60–67.91%)。这些研究结果表明,小山羊草在这些性状上有很大遗传变异,是可供用于普通小麦相关性状遗传改良利用的潜在基因库。
B-box(BBX)基因家族编码的蛋白是由包含锌指结构的转录因子组成,其N端有一个或两个高度保守的B-box基序。BBX蛋白在植物生长发育的各个方面起着至关重要的作用,包括幼苗的光形态发生、避荫、开花时间以及生物和非生物胁迫响应。目前,各国的研究者已经从几种植物中鉴定了BBX的家族成员,然而玉米中的BBX家族成员还知之甚少。通过对玉米BBX家族基因的全基因组鉴定、表达和互作的综合分析,可为了解其功能提供有用信息。本研究共鉴定出36个玉米BBX家族成员,进化分析显示其分布于三个主要分支。在每个主分支中ZmBBXs都具有相似的结构域、基序和基因组结构。基因重复分析表明,玉米BBX蛋白家族的扩张主要是通过片段重复来完成的。利用实时荧光定量PCR技术,本研究分析了ZmBBXs在不同器官组织和不同非生物胁迫条件下的表达。利用生物信息学工具,本研究建立了ZmBBXs蛋白的相互作用网络,并通过双分子荧光互补(BiFC)试验进行了验证。本研究的发现有助于理解ZmBBX家族的复杂性,并为揭示ZmBBX蛋白的生物学功能提供新的线索。
利用渤海湾和黄土高原地区545名苹果种植户的微观数据,运用Double-hurdle模型,本文实证分析影响农户精准农药技术的采纳意愿和支付意愿的因素。结果表明,78.72%的农户表示,愿意采纳由合作社、专业企业等服务机构提供精准农药技术服务;69.72%的农户表示愿意购买精准农药技术设备。同时,农户感知、农场规模、是否加入合作社、数字信息获取和金融服务可获得性对农户精准农药技术的采纳意愿具有显著的正向影响。而合作成员、技术培训和环境法规则显影响农户精确农药技术的支付意愿,年龄、农业经验与农户精准农药技术服务的采纳意愿和支付意愿之间存在非线性关系。
小麦的高产主要通过增施氮肥和增加灌水实现,但过量的氮肥和灌水投入增加了倒伏的风险。本研究的主要目的是明确高产小麦抗倒伏能力对氮肥和灌水的响应以及探索提高小麦抗倒伏性的有效途径。试验于2015-2016和2016-2017生长季在山东农业大学农学实验站进行,供试品种为济麦22,设置3个施氮量和4个灌水处理,主要研究结果如下:随施氮量增加,倒伏指数和倒伏率增加,倒伏风险上升。增加氮肥用量,与倒伏指数呈正相关的株高、基部节间长度和重心高度显著增加,与倒伏指数呈负相关的基部第二节间(茎秆和叶鞘)充实度及其细胞壁组分含量显著降低。适度增加灌水可增加基部第二节间壁厚、茎秆抗折力和叶鞘的充实度,增加了茎秆强度。在本实验条件下,施氮量240 kg hm-2 并配合在拔节期和开花期各灌水600 m3 hm-2在获得最高产量的同时茎秆强度最大。结果表明,适宜的株高保证高产所需的足够的生物量,较厚的壁厚、较高的茎秆和叶鞘充实度以及细胞壁组分含量保证了较大的茎秆强度,以上特征可作为创建小麦高产抗倒群体的参考指标。
尽管目前的研究极大地促进了我们对于植物适应低氮胁迫的认知,但是关于不同作物基因型适应低氮胁迫能力不同的机制仍需要进一步探讨。本文中,我们根据田间条件下304份玉米自交系对低氮胁迫的耐受性,从中选择了Ye478(低氮胁迫敏感材料)和Qi319(耐受低氮胁迫材料)进行进一步的研究。首先我们对Ye478和Qi319正常氮水培和低氮水培的地上部和根部构建了16个转录组文库,并进行高通量测序。结果分析发现Qi319根系中特异上调表达的基因主要富集在代谢能相关途径,包括三羧酸代谢过程和烟酰胺代谢过程。在低氮胁迫处理5天后,仅在Ye478中观察到老叶变黄的表型;与Qi319相比,在Ye478地上部特异下调表达的基因主要与类囊体、叶绿体、光合膜和叶绿体基质等有关。对转录因子进行分析,共有216个转录因子在Ye478和Qi319之间差异表达,表明氮胁迫响应路径中的转录调控在不同作物基因型适应低氮胁迫中起重要作用。此外,在Ye478和Qi319中还发现了15个差异表达的miRNAs。综上所述,我们的研究有助于了解玉米耐受低氮胁迫的遗传变异和分子基础。
杂交水稻为世界粮食的供应做出了重大贡献,而骨干亲本在杂交水稻品种选育中发挥着重要作用。为明确水稻骨干亲本蜀恢527(SH527,Oryza sativa)在育种过程中所利用的关键基因组区域,本研究对其进行了基于系谱的全基因组分析。利用高密度单核苷酸多态性(SNP)阵列对包括SH527、6个亲本品种及17个衍生恢复系在内的24个品种进行了扫描,分析了上游亲本对SH527基因组的独特贡献,确定了SH527及其衍生品种中保守的关键基因组区域。同时,利用多年的产量性状数据和SNP 芯片结果进行全基因组关联分析,发现了一些可能的已知或新的产量性状的关联位点。这项研究初步揭示了SH527育种的关键区域,将为后续育种提供参考。杂交水稻为世界粮食的供应做出了重大贡献,而骨干亲本在杂交水稻品种选育中发挥着重要作用。为明确水稻骨干亲本蜀恢527(SH527,Oryza sativa)在育种过程中所利用的关键基因组区域,本研究对其进行了基于系谱的全基因组分析。利用高密度单核苷酸多态性(SNP)阵列对包括SH527、6个亲本品种及17个衍生恢复系在内的24个品种进行了扫描,分析了上游亲本对SH527基因组的独特贡献,确定了SH527及其衍生品种中保守的关键基因组区域。同时,利用多年的产量性状数据和SNP 芯片结果进行全基因组关联分析,发现了一些可能的已知或新的产量性状的关联位点。这项研究初步揭示了SH527育种的关键区域,将为后续育种提供参考。