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谷子热激蛋白HSP90基因家族鉴定及分析

植物遗传资源学报 2022年第4期23卷 1085-1097页

作者：桑璐曼汤沙张仁梁贾小平刁现民河南科技大学农学院洛阳471023 中国农业科学院作物科学研究所北京100081

热激蛋白90(HSP90,heat shock protein 90)广泛参与生物体的生长发育,对研究信号转导、细胞周期调控、蛋白降解及转运等生理生化代谢具有重要研究价值。为全面解析谷子HSP90基因家族信息,找到重要耐旱SiHSP90的优异单倍型,基于谷子基因... 详细信息

热激蛋白90(HSP90,heat shock protein 90)广泛参与生物体的生长发育,对研究信号转导、细胞周期调控、蛋白降解及转运等生理生化代谢具有重要研究价值。为全面解析谷子HSP90基因家族信息,找到重要耐旱SiHSP90的优异单倍型,基于谷子基因组数据,利用生物信息学的方法对谷子HSP90基因家族成员进行了鉴定分析。结果表明,从谷子基因组水平共鉴定到9个SiHSP90基因家族,分布于5条染色体上,内含子数1~19个不等,编码蛋白质氨基酸个数为404~818;系统进化树分析结果显示,谷子HSP90基因家族分为4组;亚细胞定位预测结果显示该基因家族主要位于细胞质和内质网;基于已发表的谷子转录组数据进行组织表达分析,不同HSP90基因家族在不同组织中的表达模式不同;顺式作用元件分析得到9个响应胁迫与激素调控元件,表明谷子HSP90基因家族可在不同非生物胁迫下进行转录调控,响应不同的环境胁迫。耐旱与旱敏感的表达谱分析表明,HSP90基因家族SiHSP90-9在两类材料的多个组织表现极显著差异表达,对532份谷子品种SiHSP90-9基因进行单倍型分析发现,基因区变异极少,启动子区变异丰富,共分为4个单倍型,结合表型分析发现H004是最优异耐旱单倍型,且核心变异位点位于结合茉莉酸甲酯的顺式作用元件核心序列。

关键词：谷子 HSP90 基因家族基因表达单倍型分析

光周期调控植物开花分子机制以及CCT基因家族研究进展

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浙江农业学报 2020年第6期32卷 1133-1140页

作者：袁玺垒王振山贾小平桑璐曼李剑峰张博河南科技大学农学院河南洛阳471023

植物从营养生长到生殖生长的成花转变是其适应外界环境确保自身繁衍的关键环节,主要受内部调控和外部环境因素的影响,其中光周期是影响植物开花的一个重要因素,目前对其调控开花的分子机制研究也较为深入。本文结合近几年最新研究成果,... 详细信息

植物从营养生长到生殖生长的成花转变是其适应外界环境确保自身繁衍的关键环节,主要受内部调控和外部环境因素的影响,其中光周期是影响植物开花的一个重要因素,目前对其调控开花的分子机制研究也较为深入。本文结合近几年最新研究成果,总结了拟南芥、水稻、高粱和谷子4种植物光周期调控开花的分子机制,在此基础上还介绍了在植物光周期途径中扮演重要角色的一类含有CCT结构域的基因家族,对其不同成员在各个作物中的功能进行了概述,以期为进一步研究CCT基因家族的功能和开展光周期调控开花相关性状的分子育种提供理论基础。

关键词：光周期开花分子机制 CCT基因家族

谷子光敏色素基因光周期、非生物胁迫响应特性及关键自然变异位点鉴定

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生物工程学报 2022年第5期38卷 1929-1945页

作者：贾小平张博何占祥李剑峰张小梅葛迪王振山桑璐曼宋志伟河南科技大学农学院河南洛阳471023

比较分析光敏色素基因家族成员对光周期、非生物胁迫响应模式并鉴定其有利自然变异类型,为全面了解光敏色素基因家族在光周期调控谷子生长发育及应对非生物胁迫中的作用机制、开展关键性状的分子辅助选择奠定基础。文中利用RT-PCR技术... 详细信息

比较分析光敏色素基因家族成员对光周期、非生物胁迫响应模式并鉴定其有利自然变异类型,为全面了解光敏色素基因家族在光周期调控谷子生长发育及应对非生物胁迫中的作用机制、开展关键性状的分子辅助选择奠定基础。文中利用RT-PCR技术从超晚熟谷子农家种‘毛粟’中克隆了3个光敏色素基因SiPHYA、SiPHYB和SiPHYC;在进行生物信息学分析后,利用荧光定量PCR技术研究了3个基因的光周期调控模式及对聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)模拟干旱、自然干旱、脱落酸(abscisic acid,ABA)、高温、Na Cl五种非生物胁迫的响应特性;最后检测这3个基因在160份谷子材料的突变位点,通过单倍型分析确定基因的功能效应。结果表明,获得了基因SiPHYA、SiPHYB和SiPHYC包含完整编码区的c DNA序列,长度分别为3 981、3 953、3 764 bp,其中基因SiPHYB和SiPHYC具有较近的进化关系。基因SiPHYA、SiPHYB和SiPHYC均受光周期调控,但光周期对SiPHYB、SiPHYC昼夜表达模式的影响要强于SiPHYA;短日照条件临近抽穗SiPHYA、SiPHYB表达水平显著低于长日照,暗示其在谷子长日照抑制抽穗中发挥作用。SiPHYB和SiPHYC共同响应PEG模拟干旱、自然干旱、ABA、高温4种胁迫;SiPHYA和SiPHYB以不同方式响应盐胁迫,SiPHYC没有参与谷子盐胁迫响应过程。基于160份谷子材料重测序数据发现基因SiPHYB高度保守,基因SiPHYA含有两个错义突变:单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP) 7 034 522;,SNP7 036 657;,导致延迟抽穗、增加株高。基因SiPHYC含有一个错义突变(SNP5 414 823;),导致短日照缩短抽穗期,长日照延长抽穗期,对株高、穗长的增加作用不受光温环境影响。光周期对基因SiPHYA、SiPHYB和SiPHYC具有不同的调控作用,除了盐胁迫,SiPHYB和SiPHYC共同响应多种非生物胁迫,相比参考基因型,SiPHYA、SiPHYC突变延迟抽穗、增加株高和穗长。

关键词：谷子光敏色素基因非生物胁迫表达分析单倍型

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不同品种小米煮制过程中稠度变化差异研究

不同品种小米煮制过程中稠度变化差异研究

谷子SiCCT基因的表达及其与主要农艺性状的关联分析

中国食品科学技术学会第二十届年会

作者：桑璐曼王超刁现民王显瑞沈群中国农业大学食品科学与营养工程学院植物蛋白与谷物加工北京市重点实验室国家果蔬加工工程技术研究中心中国农业科学院作物科学研究所赤峰市农牧科学研究院谷子研究所

不同品种小米在煮制过程中稠度变化不同,米粥最终稠度也影响着小米粥的适口性,是评价小米品质的关键指标。为揭示不同品种小米煮制时间差异对小米粥稠度的影响,本研究选取11种成粥差异显著的小米品种,使用质构仪中的反挤压稠度测试装置... 详细信息

不同品种小米在煮制过程中稠度变化不同,米粥最终稠度也影响着小米粥的适口性,是评价小米品质的关键指标。为揭示不同品种小米煮制时间差异对小米粥稠度的影响,本研究选取11种成粥差异显著的小米品种,使用质构仪中的反挤压稠度测试装置对不同煮制时间(每隔5 min)的小米汤进行稠度测定。研究结果表明,随着时间的推移,所有品种小米粥稠度均逐渐增加。赤谷系列和红苗压破车品种煮制40 min时最终稠度均低于7 ***,且增稠速度慢。峰红谷品种稠度最高,最终稠度达18.252 ***,其次是中谷19,两个品种煮制15 min后增稠速率骤升。根据米粥稠度差异,将11个小米品种划分为三个类别,其中稠度高,增稠快的品种为峰红谷、中谷19,稠度低且增稠慢的品种为赤谷6、赤谷8、赤谷17以及红苗压破车,而其余5个品种米粥稠度位于中间水平,且增稠较快。本研究为进一步揭示小米粥稠度形成机制奠定基础,为优质小米品质育种提供依据。

关键词：小米米粥稠度品种差异煮制时间

来源： cnki会议评论

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华北农学报 2021年第5期36卷 43-49页

作者：王振山袁玺垒闫留延杨朋娟桑璐曼贾小平白俊艳河南科技大学农学院河南洛阳471023 河南科技大学动物科技学院河南洛阳471023

为了揭示SiCCT基因可能的功能效应,并进一步研究该基因在光温互作调控谷子开花过程中所起的作用。以光周期敏感谷子品种黄毛谷为材料,利用荧光定量PCR技术分析了SiCCT基因在长日照高温(LD,27℃)、长日照低温(LD,22℃)、短日照高温(SD,27... 详细信息

为了揭示SiCCT基因可能的功能效应,并进一步研究该基因在光温互作调控谷子开花过程中所起的作用。以光周期敏感谷子品种黄毛谷为材料,利用荧光定量PCR技术分析了SiCCT基因在长日照高温(LD,27℃)、长日照低温(LD,22℃)、短日照高温(SD,27℃)、短日照低温(SD,22℃)4个光温组合条件下的昼夜表达规律,并在连续2 a调查10个主要农艺性状的基础上,开展了基于候选基因的关联分析。结果表明,光照期SiCCT基因表达不受温度影响,长日照条件表达水平整体高于短日照,而黑暗期表达受温度影响,特别是短日照条件下SiCCT基因在低温环境的表达水平明显高于高温环境。基于候选基因关联分析发现,SiCCT基因中共检测到11个多态性位点与8个主要农艺性状显著关联(P<0.05),其中SNP-10在河南洛阳、吉林吉林与抽穗期、叶片数和穗粒质量显著关联;SNP-100和SNP-104在河南洛阳同时都关联到株高、叶片数和穗长3个性状;SNP-51连续2 a在海南乐东、河南洛阳、吉林吉林都检测到,但关联到的性状不同,在海南乐东与穗粗关联,在河南洛阳与穗码数关联,在吉林吉林与叶片数关联。SiCCT基因表达受光周期调控,温度也影响其在短日照条件黑暗期的表达;SiCCT基因具有多效性,但其作用受光周期环境影响。

关键词：谷子光周期温度 SiCCT基因农艺性状关联分析

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谷子SiHd3a基因的克隆及表达分析

华北农学报 2020年第1期35卷 22-28页

作者：贾小平桑璐曼王振山赵渊张小梅李剑峰张博周俊超河南科技大学农学院

分析谷子成花素基因(Hd3a)在不同光周期条件下的表达规律,旨在揭示成花素基因在光周期调控谷子开花过程中扮演的角色。首先利用生物信息学方法获得位于谷子4号染色体的成花素基因序列(Seita.4G067600),命名为SiHd3a,然后根据基因序列设... 详细信息

分析谷子成花素基因(Hd3a)在不同光周期条件下的表达规律,旨在揭示成花素基因在光周期调控谷子开花过程中扮演的角色。首先利用生物信息学方法获得位于谷子4号染色体的成花素基因序列(Seita.4G067600),命名为SiHd3a,然后根据基因序列设计1对特异引物,提取谷子农家种黄毛谷总RNA,利用RT-PCR技术克隆得到黄毛谷SiHd3a基因cDNA序列,其长度为792 bp,包含一个537 bp的CDS区,编码178个氨基酸;预测SiHd3a蛋白的分子质量为19.74 ku,等电点为6.82,初步判断其为亲水蛋白;蛋白质的二级结构中无规则卷曲所占比例最高(43.26%),其次为延伸链(β-折叠,29.21%)、α螺旋(16.29%)、β转角(11.24%);亚细胞定位分析发现,SiHd3a蛋白定位在细胞质和细胞间质;基于Hd3a蛋白序列进化分析发现,谷子与野生黍、玉米、高粱之间的亲缘关系比较近,聚在一组,而与水稻亲缘关系较远。半定量PCR发现,SiHd3a基因在短日照条件下表现为昼夜节律性表达,在早晨6:00、中午12:00各有1个表达峰,而在长日照条件下基因24 h内表现稳定表达水平。推测谷子SiHd3a基因长、短日照条件下昼夜表达模式的差异是导致其光周期敏感性的可能原因。

关键词：谷子 SiHd3a基因光周期敏感性生物信息学分析昼夜表达

谷子SiPRR37基因对光温、非生物胁迫的响应特点及其有利等位变异鉴定

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作物学报 2021年第4期47卷 638-649页

作者：贾小平李剑峰张博全建章王永芳赵渊张小梅王振山桑璐曼董志平河南科技大学农学院河南洛阳471023 河北省农林科学院谷子研究所/国家谷子改良中心河北石家庄050035

从谷子品种延谷11号克隆生物钟基因SiPRR37,通过生物信息学分析、组织特异性表达分析、4种不同光温组合条件的昼夜表达模式分析以及对NaCl、ABA、PEG、低温、Fe 5种非生物胁迫的响应特点分析,揭示SiPRR37参与谷子光温互作调控以及应对... 详细信息

从谷子品种延谷11号克隆生物钟基因SiPRR37,通过生物信息学分析、组织特异性表达分析、4种不同光温组合条件的昼夜表达模式分析以及对NaCl、ABA、PEG、低温、Fe 5种非生物胁迫的响应特点分析,揭示SiPRR37参与谷子光温互作调控以及应对非生物胁迫的作用机制;并对160份谷子材料重测序检测SiPRR37基因的突变位点进行单倍型分析,探究该基因对谷子主要农艺性状的影响。结果表明,SiPRR37基因蛋白质编码区(sequence coding for amino acids in protein,CDS)全长2247 bp,编码748个氨基酸,含有REC和CCT 2个结构域,基于PRR37蛋白的系统进化分析发现,谷子与糜子、高粱、玉米亲缘关系最近;启动子预测分析发现,SiPRR37启动子区存在光、温、生长素、赤霉素、脱落酸、茉莉酸甲酯、干旱和盐胁迫等多种应答元件。SiPRR37相对表达量从高到低依次为根、穗颈、穗、顶叶、次顶叶、茎秆;4个光温组合条件SiPRR37均只在光照期出现1个表达峰,无论高温(27℃)还是低温(22℃),短日照相比长日照表达峰均要提前,无论长日照还是短日照,低温(22℃)相比高温(27℃)表达峰均要提前;NaCl、低温(15℃)胁迫能够抑制SiPRR37表达,PEG模拟干旱胁迫和Fe胁迫能够诱导SiPRR37基因表达,SiPRR37参与了ABA信号传导过程。位于SiPRR37 CDS区的10个SNP将160份谷子材料分为19个单倍型,其中3个单倍型(Hap_7、Hap_10、Hap_19)是改善穗部性状的有利单倍型。谷子SiPRR37基因表达具有昼夜节律性,同时受光周期和温度调控,并且参与了谷子对盐胁迫、低温胁迫、干旱胁迫和铁胁迫的应答反应,同时SiPRR37与抽穗期和多个穗部性状相关,在开展谷子高产分子辅助选育中具有一定应用潜力。

关键词：谷子 SiPRR37 光温组合非生物胁迫表达分析单倍型

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面向边缘部署场景的轻量神经网络修复算法

计算机学报 2024年第6期47卷 1413-1430页

作者：方毓楚李文中曾曜郑阳胡崝陆桑璐南京大学计算机科学与技术系南京210023 华为技术有限公司可信理论技术与工程实验室广东深圳518129

随着深度学习技术的不断进步,神经网络在各领域得到广泛应用,特别是在边缘计算环境中,例如智能交通和新型电网等典型场景.然而,神经网络的可靠性问题限制了其在真实世界的广泛应用.在复杂的边缘环境中,预训练模型往往因未涵盖所有可能... 详细信息

随着深度学习技术的不断进步,神经网络在各领域得到广泛应用,特别是在边缘计算环境中,例如智能交通和新型电网等典型场景.然而,神经网络的可靠性问题限制了其在真实世界的广泛应用.在复杂的边缘环境中,预训练模型往往因未涵盖所有可能的边缘情况而性能下降.因此,针对部署中的神经网络进行高效修复成为一个关键的研究课题.传统修复方法通常涉及整个模型的重新训练,这在边缘场景中具有诸多局限性.首先,不同地理区域的设备可能面临独特的自然噪声,使得统一模型难以适应所有环境.其次,深度神经网络的大规模参数使得其训练和部署时资源消耗巨大,且更新期间的服务中断将降低系统的可用性.为解决这些问题,本文提出了一种轻量级的补丁式神经网络修复算法.该算法通过引入个性化的补丁来增强神经网络对不同边缘环境中自然噪声和边角案例的鲁棒性.具体的,在故障定位阶段,类比于程序插桩中通过注入代码以检测、改进和分析软件行为,本文提出了神经网络插桩技术.通过将模型探针插桩进神经网络,观测其内部运行情况,实现了对错误样本的故障定位.在故障修复时,通过插入无监督搜索得到的神经网络补丁来纠正原始神经网络的输出.此外,本文提出了故障预测模块以提前预测潜在的错误输出,从而仅在必要时激活补丁.在基于2个数据集、15种噪声以及4个神经网络模型的实验中,与现有修复算法相比,本文方法在修复性能上取得了 6.64%至20.00%的提升.同时,本文方法所需的训练样本量减少了超过90%,而所需更新的参数量最高减少了 91.94%.这种有效且轻量的特性为解决边缘计算环境中神经网络的可靠性问题提供了有效途径.

关键词：神经网络修复深度边缘计算故障定位故障预测神经网络补丁

谷子SiPRR73基因的光温调控模式及非生物胁迫响应特性

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华北农学报 2022年第4期37卷 11-19页

作者：闫留延李剑峰张世文张博王永芳张小梅祖超凡王振山桑璐曼何占祥贾小平董志平河南科技大学农学院河南洛阳471023 河北省农林科学院谷子研究所国家谷子改良中心河北石家庄050035

利用RT-PCR技术从延谷11号谷子中克隆SiPRR73基因,通过系统分析SiPRR73组织表达特异性,对不同光周期处理、不同光温组合处理以及5种非生物胁迫处理的响应特点,揭示光周期、温度对SiPRR73的调控模式及SiPRR73对非生物胁迫的应答模式。结... 详细信息

利用RT-PCR技术从延谷11号谷子中克隆SiPRR73基因,通过系统分析SiPRR73组织表达特异性,对不同光周期处理、不同光温组合处理以及5种非生物胁迫处理的响应特点,揭示光周期、温度对SiPRR73的调控模式及SiPRR73对非生物胁迫的应答模式。结果表明,从延谷11号克隆得到SiPRR73基因2928 bp的cDNA序列,包含2283 bp的CDS区,编码760个氨基酸;SiPRR73蛋白与C4家族作物糜子、哈氏黍、高粱、玉米PRR73蛋白具有较近的进化关系。SiPRR73在顶端第2片叶中表达水平最高,在根、茎、穗部表达水平较低。短日照、长日照条件下该基因均表现光照期表达水平高于黑暗期的特点,且整个营养生长期短日照条件下表达水平明显低于长日照,SiPRR73受光诱导表达和光周期调控。温度决定SiPRR73表达峰的数目,光周期决定SiPRR73表达峰出现的时间,光周期和温度共同参与了SiPRR73的表达调控。PEG和低温胁迫总体上诱导SiPRR73表达,NaCl在胁迫早期诱导该基因表达,后期总体表现为抑制状态,Fe胁迫则早期抑制该基因表达,后期总体诱导其表达,SiPRR73对ABA胁迫的响应特点接近NaCl。以上研究表明,谷子SiPRR73表达具有光依赖性,光周期和温度以互作模式调控SiPRR73表达,推测SiPRR73参与了谷子对不同光温环境的适应性调节过程,并且在应对干旱、低温、ABA、NaCl、Fe胁迫过程中发挥了一定作用。

关键词：谷子 PRR73 光周期温度非生物胁迫