深播是包括玉米在内的作物躲避干旱的一种重要策略,候选基因的克隆是进行玉米耐深播分子机理研究的基础工作。本研究中,我们利用包含386份玉米自交系的关联分析群体对10厘米和20厘米播种深度条件下的四个性状进行鉴定。利用50万SNP标记进行关联分析发现了273个耐深播性状显著关联的SNP。对两组不同的处理进行RNA测序分析分别发现1944和2098个差异基因,其中包含281个共同的差异基因。通过比较273个SNP和281个差异基因的位置发现了7个可能与耐深播相关的候选基因,其中GRMZM2G119769编码一个SNF1激酶互作的蛋白。由于GRMZM2G119769在其他植物中的同源基因跟器官伸长、生长素和光响应有关。同时,候选基因关联分析表明GRMZM2G119769基因的自然变异与玉米的中胚轴长度有关。另外,基因表达分析表明GRMZM2G119769在耐深播材料中表达量高。这些研究结果都支持GRMZM2G119769是玉米耐深播性状的候选基因。本研究不但评价了玉米资源的耐深播特性,还鉴定出一些可能对未来玉米耐深播研究有参考价值的候选基因。
氮素营养指数(NNI)是作物氮素诊断的可靠指标。然而,目前还没有适用于多生育时期NNI反演的光谱指数。为克服传统NNI直接反演方法(NNIT1)和通过反演生物量(AGB)和植株氮浓度(PNC)进行NNI间接反演方法(NNIT2)在多生育期应用的局限性,本文构建了一个新的NNI遥感指数(NNIRS)。本文基于连续四年(2012–2013(Exp.1),2013–2014(Exp.2),2014–2015(Exp.3)和2015–2016(Exp.4))的冬小麦田间试验,采用交叉验证方法利用氮素相关植被指数和生物量相关植被指数构建了遥感关键氮浓度稀释曲线(Nc_RS)和根据NNI构建原理得到的NNIRS进行综合评价。结果表明:(1)由标准叶面积指数决定指数(sLAIDI)和红边叶绿素指数(CIred edge)构建的NNIRS模型表达式为NNIRS=CIred edge/(a×sLAIDIb),在Exp.1/2/4,Exp.1/2/3,Exp.1/3/4和Exp.2/3/4中参数“a”分别等于2.06,2.10,2.08和2.02,参数“b”分别等于0.66,0.73,0.67和0.62;(2)与NNIT1和NNIT2模型相比,NNIRS模型的精度最高(R2的范围为0.50–0.82,RMSE的范围为0.12–0.14);(3)NNIRS在验证数据集中也达到了较好的精度,RMSE分别为0.09,0.18,0.13和0.10。因此,本文认为NNIRS模型在氮素遥感诊断中具有较大的潜力。
本研究在引起北方玉米叶枯病的半活体性营养真菌——玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)基因组中鉴定了13个StCFEM蛋白。CFEM结构域的序列比对和WebLogo分析表明,StCFEM氨基酸高度保守,除StCFEM1、2、3和6外,整体上含有8个典型的半胱氨酸;系统发育分析表明,根据有无跨膜结构域的存在,13个蛋白(StCFEM1-13)可分为2个分支,其中6个有信号肽且无跨膜结构域的StCFEM蛋白(StCFEM3, 4, 5, 10, 12, 13)被假定为候选效应蛋白;对蛋白三级结构进行预测,发现候选效应蛋白的CFEM结构域可以形成螺旋结构,与白色念珠菌(Candida albicans)Csa2同源;进一步利用pSuc2t7M13or酵母分泌系统验证效应蛋白的分泌功能,结果发现6个候选效应蛋白均具有分泌能力,鉴定为分泌蛋白;转录组分析表明,6个候选基因在真菌侵染过程中不同时期均表达,其中SCFEM3、4、5和12在附着胞形成时期高度表达;我们还发现StCFEM3、4和5对BAX/INF诱导的本氏烟草程序性细胞死亡(PCD)没有影响,而StCFEM12可以抑制INF诱导的PCD,但对BAX诱导的PCD没有影响。本研究发现玉米大斑病菌(S. turcica )CFEM蛋白家族共有13个成员,鉴定StCFEM12为候选效应子,为阐明CFEM蛋白在植物原发病过程中的作用奠定了基础。