玉米卷叶突变体rol1的遗传分析与基因定位

叶型是作物理想株型育种的关键因素之一,发掘叶片发育相关基因对作物理想株型育种以及叶片发育的分子遗传机理研究具有重要意义。在玉米转座子Mutator活性系的杂交后代中,鉴定到一个玉米叶片卷曲的突变体,命名为rol1。突变体rol1在拔节期可明显观察到叶片内卷的表型,遗传分析表明,该卷叶表型受单隐性基因控制。将玉米骨干自交系B73和rol1杂交,构建遗传定位群体,利用BSR-Seq技术,对F2分离群体中的卷叶和展叶表型单株分别取样混池,进行转录组测序,将Rol1基因粗略地定位在玉米第5号染色体165~185 Mb区间内。进一步利用遗传分离群体中的卷叶表型单株缩小定位区间,将Rol1基因定位在SSR标记umc1822和umc1155之间,物理距离为5 Mb。本研究为Rol1基因的克隆和功能研究奠定了基础。     

拟南芥干旱相关突变体的远红外筛选及基因克隆

干旱胁迫是影响植物生长发育的主要限制因素之一。到目前为止, 许多研究都仅关注于植物对干旱反应的信号转导网络, 而对其中一些很重要的中间成分却知之甚少。保卫细胞定位于植物叶片的表皮中, 控制二氧化碳的吸收以及水分的散失, 已经成为一种高度特化的细胞体系, 可用来研究植物早期干旱信号转导机制。控制气孔的开度在提高植物的抗旱性方面具有重要意义。通过使用远红外热成像仪检测植物叶片表面温度的微小差异, 我们成功地筛选并获得了拟南芥(Arabidopsis thaliana)干旱敏感突变体doi1。在干旱胁迫条件下, 该突变体表现为叶面温度低于野生型, 且失水率比野生型高。利用TAIL-PCR技术成功克隆到该突变体基因NCED3, 并利用RT-PCR方法验证了TAIL-PCR结果的可靠性。     

拟南芥干旱相关突变体的远红外筛选及基因克隆

干旱胁迫是影响植物生长发育的主要限制因素之一。到目前为止,许多研究都仅关注于植物对干旱反应的信号转导网络,而对其中一些很重要的中间成分却知之甚少。保卫细胞定位于植物叶片的表皮中,控制二氧化碳的吸收以及水分的散失,已经成为一种高度特化的细胞体系,可用来研究植物早期干旱信号转导机制。控制气孔的开度在提高植物的抗旱性方面具有重要意义。通过使用远红外热成像仪检测植物叶片表面温度的微小差异,我们成功地筛选并获得了拟南芥（Arabidopsis thaliana）干旱敏感突变体doi1。在干旱胁迫条件下,该突变体表现为叶面温度低于野生型,且失水率比野生型高。利用TAIL-PCR技术成功克隆到该突变体基因NCED3,并利用RT-PCR方法验证了TAIL-PCR结果的可靠性。     

干旱胁迫下H_2S信号增强植物叶片的光合作用

干旱胁迫是影响农作物产量最重要的环境因素之一。硫化氢(H_2S)作为第三种气体信号分子在植物体内具有多样且积极的生理功能。目前已了解,H_2S在响应植物干旱胁迫应答以及增强植物光合作用的过程中发挥重要作用,但关于内源性H_2S对干旱胁迫下植物光合作用的调节机制未见报道。该研究以拟南芥哥伦比亚野生型(wild type Col-0,WT)、H_2S产生酶编码基因DES缺失突变体des以及H_2S产生酶编码基因DES过表达突变体OE-DES为实验材料,研究内源性H_2S对干旱胁迫下拟南芥光合作用的调节机制。研究结果显示,植株在正常生长条件下,内源性H_2S促使叶片净光合速率、蒸腾速率、叶绿素含量显著升高;植株遭受干旱胁迫时,内源性H_2S可以显著上调Rubisco和Rubisco活化酶(Rubisco activase,RCA)的表达水平,保护叶绿体结构的完整性,促使叶片净光合速率显著上升,维持叶片相应的蒸腾速率,并且引起叶片气孔关闭和胞间CO_2浓度显著升高。     

拟南芥干旱突变体远红外成像技术的筛选和特性鉴定

利用化学诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)对模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)进行化学诱变获得突变体筛选群体。在干旱胁迫下,以叶片的温度差异为筛选指标,利用远红外成像技术进行突变体的筛选,获得了对干旱不敏感突变体dri1(drought-insensitive 1)和敏感突变体drs1(drought-sensitive 1)。实验结果表明dri1和drs1为单基因隐性突变,气孔密度同野生型无差异,而叶片温度、气孔开度和叶片失水率则有明显改变。在MS培养基上的种子萌发实验表明在ABA、甘露醇和NaCl胁迫下dri1萌发率要比野生型高,而drs1则比野生型低。对突变基因的研究有待进一步进行。     

水稻窄卷叶突变体nrl7的鉴定与基因定位

叶片的形态是理想株型的重要性状, 叶片适度卷曲能提高水稻(Oryza sativa)群体的光能利用率, 研究控制水稻叶片形态的相关基因能够进一步丰富株型理论。该研究在粳稻品系C275的群体中发现了1株自然变异的窄卷叶突变体nrl7(narrow rolled leaf 7)。与野生型相比, 突变体的叶片变窄且向内卷曲; 该突变体叶片连接中脉的泡状细胞严重变形, 中脉与小叶脉之间的维管束数量均减少至1个。此外, 突变体nrl7的株高、实粒数和实粒重均降低或减少, 分别为野生型的88.46%、69.77%和68.98%, 差异达极显著水平。叶片卷曲导致单叶光合速率减弱, 与野生型相比, 突变体的光合速率降低了17%, 达极显著水平。突变体nrI7叶片的气孔导度、胞间CO₂浓度和蒸腾速率则与野生型相比无明显变化。利用图位克隆的方法将目的基因定位于水稻第3染色体短臂上的分子标记RM5444和MM1300之间, 物理距离约为185.14 kb。研究结果为该基因的克隆和进一步的功能分析奠定了基础。     

不同生育期玉米叶片光合特性及水分利用效率对水分胁迫的响应

利用大型移动防雨棚开展了玉米水分胁迫及复水试验,通过分析玉米叶片光合数据,揭示了不同生育期水分胁迫及复水对玉米光合特性及水分利用效率的影响。结果表明:水分胁迫导致玉米叶片整体光合速率、蒸腾速率和气孔导度下降以及光合速率日变化的峰值提前;水分胁迫后的玉米叶片蒸腾速率、光合速率和气孔导度为适应干旱缺水均较对照显著下降,从而提高了水分利用效率,缩小了与水分充足条件下玉米叶片的水分利用效率差值;在中度和重度水分胁迫条件下,玉米叶片的水分利用效率降幅低于光合速率、蒸腾速率和气孔导度的降幅, 有时甚至高于正常供水条件下的水分利用效率;适度的水分胁迫能提高玉米叶片的水分利用效率,从而增强叶片对水分的利用能力,抵御干旱的逆境;水分亏缺对玉米光合速率、蒸腾速率及水分利用效率的影响具有较明显滞后效应,干旱后复水,光合作用受抑制仍然持续;水分胁迫时间越长、胁迫程度越重,叶片的光合作用越呈不可逆性;拔节-吐丝期水分胁迫对玉米叶片光合作用的逆制比三叶-拔节期更难恢复。     

玉米隐性核不育突变体ms14的遗传分析与基因定位

玉米雄性不育材料是一种宝贵的种质资源,不育基因的遗传分析与定位研究对玉米分子育种和杂种优势利用具有重要价值。通过对从美国引进的玉米雄性不育突变体材料ms14进行雄花育性鉴定和花药I₂-KI染色,表明该突变体是无花粉型雄性不育;通过不育突变体ms14与正常自交系郑58、昌7-2杂交获得F₁,然后自交构建两个F₂遗传分离群体（ms14×郑58和ms14×昌7-2）,并进行雄花育性调查、数据统计和遗传分析,发现可育株数与不育株数的分离比是3∶1,表明该突变体由隐性单基因控制;通过SSR等分子标记与不育位点的连锁分析,将ms14基因定位在玉米第1染色体的SSR标记umc2025和umc1676之间,遗传距离分别是2.2cM和0.3cM。对玉米不育基因ms14的遗传分析和初步定位,为该基因的精细定位和克隆、不育机理的解析及其产业化应用奠定了基础。     

H2O2和ABA对干旱高温复合胁迫诱导的玉米叶片sHSPs表达的影响

以玉米脱落酸(ABA)缺失突变体vp5及其野生型Vp5的叶片为材料,分别采用ABA、碘化钾(H2O2清除剂)、钨酸钠(ABA抑制剂)预先处理,对干旱+高温复合胁迫下玉米叶片小热休克蛋白(sHSPs)基因表达进行研究,以确定H2O2和ABA对干旱+高温复合胁迫诱导的玉米叶片sHSPs基因表达的影响。结果显示:(1)与对照和干旱相比,高温、干旱+高温复合胁迫显著诱导了sHSP16.9、sHSP17.2、sHSP17.4、sHSP17.5、sHSP22和sHSP26等6种sHSPs的表达。(2)H2O2清除剂KI和ABA抑制剂钨酸钠预处理,仅略微抑制高温、干旱+高温复合胁迫诱导的6种sHSPs表达。(3)与未用100μmol/L ABA预处理的vp5相比,100μmol/L ABA预处理仅略微提高了高温、干旱+高温复合胁迫诱导的6种sHSPs的表达水平。研究表明,在干旱+高温复合胁迫条件下H2O2和ABA参与了干旱+高温复合胁迫诱导的玉米叶片sHSPs表达,但并无显著影响,暗示了H2O2和ABA不是干旱+高温复合胁迫诱导sHSPs表达的重要调控因子。     

叶面喷施褪黑素对干旱及复水下玉米光合特性和抗氧化系统的影响

为揭示叶面喷施外源褪黑素(MT)在干旱胁迫及复水下调控玉米的生理机制,该研究以玉米‘陕科9号’为试验材料,叶面喷施100 μmol·L^-1褪黑素,在重度干旱胁迫和复水后测定叶片相对含水量(RWC)、叶面积、地上部生物量、光合机构活性以及抗氧化酶活性等指标。结果表明：(1)外源喷施褪黑素能有效缓解干旱胁迫诱导的玉米生长发育抑制,同时显著提高干旱胁迫下玉米叶片光系统(PSⅡ和PSⅠ)有效量子产量［Y(Ⅱ)和Y(Ⅰ)］,并降低干旱胁迫下叶片PSⅠ 受体侧和供体侧限制引起的非光化学能量耗散的量子产量Y(ND)和Y(NA)。(2)喷施外源褪黑素显著增强了干旱胁迫玉米植株叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)及谷胱甘肽还原酶(GR)活性,显著降低了其丙二醛(MDA)和过氧化氢(H₂O₂)含量;同时外源褪黑激素也显著上调了其相应抗氧化酶活性相关基因的表达量。(3)复水后,干旱胁迫下经褪黑素处理的玉米植株叶片上述各参数恢复速度较单独干旱胁迫处理植株更快。研究认为,叶面喷施褪黑素有效缓解了干旱胁迫对玉米叶片的光合机构的损伤,增强了叶片抗氧化酶活性及相关基因的表达,显著降低了膜脂过氧化伤害程度,且复水后显著促进叶片生理功能的恢复,表明外源褪黑素可通过改善干旱及复水下玉米叶片光合效率和抗氧化能力,从而促进植株生长以适应干旱多变的环境。     

玉米耐旱功能标记辅助选择初探

干旱是影响玉米生产的主要因素之一,培育耐旱品种可以有效地保持其在干旱环境下的产量稳定性。随着生物信息学数据库的不断完善及基因组学技术的发展,耐旱通用QTL(Quantitative trait locus)的发掘为分子育种提供了新的机遇和方法。本研究在已发掘的耐旱通用QTL基础上,选取相关的18个连锁标记进行开发并且验证在不同种质背景下24份玉米自交系的耐旱性。结果表明,共检测出42个多态性位点,平均多态性信息量为0.4245;通过GGT32(Graphical GenoTypes)图示基因型软件分析SSR位点,得出umc2217、umc2029、phi099、umc1213和phi022这5个连锁标记可用来初步鉴定玉米耐旱性;利用卡方检验,得出phi022和umc2217均达到显著水平,其与耐旱密切相关。因此,这几个连锁标记不仅可被用于相应群体的耐旱分子标记辅助选择,而且为以后的标记辅助选择及抗旱性基因克隆的研究打下基础。     

Chromosome Location of Two RFLP Markers umc22 and umc122 Tightly Linked to the Ht1 Gene in Maize

A biotin-labeled in situ hybridization technique was used in order to physically map two RFLP markers-umc22 and umc122-tightly linked to the Htl gene on the chromosomes of maize ( Zea mays L. ). The results showed that both markers located on the chromosomes 2,7 and umc22 also hybridized with chromosome 4, which demonstrated that the two markers were a duplicated or triplicated sequence. The average detection rate of in situ hybridization was 17.46%. The percent distances of umc22 and umc122 from centromere on the chromosome 2 were 58.36 ± 3.19 and 61.02 ± 4.32 respectively, and on the chromosome 7 were 44.70 ± 2.11 and 45.19 ± 2.27 respectively, which indicates that there are no differences between genetic and physical distances of two markers umc22 and umc122. It was deduced that the gene Htl should also have its homeologous sequence between the hybridization sites of umc22 and umc122 on 7 L besides its location between the two hybridization sites.     

Differential plant growth and osmotic effects of two maize (<Emphasis Type="Italic">Zea mays</Emphasis> L<Emphasis Type="Italic">.</Emphasis>) cultivars to exogenous glycinebetaine application under drought stress

We investigated the effects of exogenous glycinebetaine (GB) and drought stress (DS) on grain yield (GY) and production of dry matter (DM) and osmolytes in two maize (Zea mays L.) cultivars i.e. Shaandan 9 (S₉) and Shaandan 911 (S₉₁₁) during the entire growing period. Drought stress substantially reduced DM and GY but increased free proline, endogenous GB, soluble sugar and K⁺ concentrations in leaves of both cultivars. The DM production, GY, drought index (DI) and concentrations of these osmolytes were greater for S₉ than those for S₉₁₁ under DS. The significant differences in these parameters suggested that S₉ was more drought-tolerant as compared to S₉₁₁. Additionally, foliar application of GB increased the concentrations of all osmolytes measured, DM and GY of both cultivars under DS. These positive responses of exogenous GB spray were more pronounced in S₉₁₁ as compared to those in S₉. Further correlation analysis involving a number of parameters indicated that maize production was tighterly correlated with accumulation of the osmolytes measured during DS rather than well-watered controls. Accordingly, this study demonstrated the notion of an anti-drought role of exogenous GB by osmoregulation under DS, particularly in this drought sensitive cultivar. Thus, exogenous GB application might be firstly used with drought sensitive species/cultivars when exposed to DS.     

玉米SSR连锁图谱构建及叶面积的QTL定位

叶片是玉米进行光合作用的主要器官,叶面积的大小(尤其是穗三叶面积)对于玉米干物质的积累及产量形成起着至关重要的作用。研究玉米叶面积的遗传基础对于指导玉米高产育种具有理论意义。文章以两个叶面积差异显著的亲本478×武312为基础材料所构建的218个F8代的重组自交系为作图群体,构建了一张包含184个SSR标记的遗传连锁图谱,图谱总长度为2084.1cM,平均图距为11.3cM。通过两年的田间试验对玉米叶面积(穗三叶)进行了QTL定位分析。两年共定位到7个和叶面积相关的QTL位点,2006年定位到4个QTL位点;2007年定位到3个QTL位点。在第2染色体umc1542-umc1518标记区间发现一个主效QTL位点,该位点可以在两年同时检测到,两年分别解释12.5%和17.3%的表型变异。该位点能稳定地检测到且具有较大的贡献率,可能会在玉米叶面积分子标记辅助选择上有所应用。     

不同水分条件下杨树-玉米复合系统凋落物分解特性

为探讨水分变化对农林复合生态系统凋落物分解特性的影响,以河西走廊杨树（Populus）-玉米（Zea mays）凋落物为研究对象,设置正常水分（9200 m³/hm²,对照）,轻度干旱胁迫（减少15%,7800 m³/hm²）,中度干旱胁迫（减少30%,6400 m³/hm²）3种不同水分处理条件,采用分解袋法研究了不同水分条件下杨树叶和玉米秸秆的质量残留率、分解速率和养分含量变化特征。结果表明：（1）随着干旱胁迫的加剧,两种凋落物的质量残留率均增加,而分解速率降低。经过164 d的分解后,杨树叶和玉米秸秆的质量残留率分别为70.43%-77.49%、63.55%-68.29%。分析表明：水分和时间对各类型凋落物的质量残留率均有极显著的影响（P<0.001）,但二者的交互作用不显著（P>0.05）;干旱胁迫显著降低了玉米秸秆的分解速率,但杨树叶的分解速率却只是在中度干旱胁迫下显著降低（P<0.05）。对于不同类型凋落物而言,分解速率表现为玉米秸秆>杨树叶。（2）两种类型凋落物的氮（N）残留率在分解过程中表现为降低的趋势,但随着干旱程度的加大,N的残留率增加,表明水分抑制了N的释放过程。分解164d后,同一类型凋落物不同水分条件下的N残留率均存在显著差异。对于同一水分条件下不同凋落物而言,玉米秸秆的N残留率最低,而杨树叶最高。总的来说,水分降低对干旱区农林复合系统内凋落物的分解和氮元素含量具有显著的抑制作用。