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绿色小米品种大青谷米色形成机制研究

绿色小米品种大青谷米色形成机制研究

作者：禾璐山西农业大学

学位级别：硕士

谷子(Setaria italica (L.) Beauv.)是我国北方重要杂粮作物,其脱壳后的小米富含人体所需的多种营养成分。米色是评价谷子品质的一个重要指标,它直观反映出小米品质的优劣。米色具有多样性,包括黄色、白色、绿色等多种性状。目前关于谷... 详细信息

谷子(Setaria italica (L.) Beauv.)是我国北方重要杂粮作物,其脱壳后的小米富含人体所需的多种营养成分。米色是评价谷子品质的一个重要指标,它直观反映出小米品质的优劣。米色具有多样性,包括黄色、白色、绿色等多种性状。目前关于谷子米色的形成机制仍未明确。本研究以绿色小米品种大青谷作为研究对象,参照黄色小米品种晋谷21,分别从类胡萝卜素代谢、叶绿素降解相关的滞绿基因的克隆及表达分析、花青素代谢三个方面进行研究,探索大青谷米色形成的机制,主要研究结果如下：(1)与晋谷21小米相比,大青谷成熟小米籽粒中总类胡萝卜素的含量较低,仅为6.25 mg/kg,而在籽粒成熟过程中,S2、S3两个时期大青谷籽粒中的总类胡萝卜素含量极显著高于晋谷21。(2)采用实时荧光定量PCR方法,分析比较类胡萝卜素代谢途径相关酶基因在大青谷和晋谷21小米籽粒成熟过程中的表达情况,结果表明,SiPSY3、SiPDS、SiZ-ISO、 SiLCYB、SiCYP97C五个合成相关基因在大青谷小米籽粒中的表达水平显著高于晋谷21,其余基因的表达水平均未表现出显著差异。(3)大青谷在籽粒成熟过程中,叶绿素的含量呈现下降趋势,在S2-S5时期,大青谷籽粒中的叶绿素总量均显著高于晋谷21。(4)从大青谷和晋谷21中分别克隆了SiSGR基因,通过生物信息学分析发现,SiSGR基因CDS序列包含861bp开放阅读框,共编码286个氨基酸残基,分子量为31847.3 Da,等电点为8.83,与单子叶植物玉米和水稻的同源性较高,分别为90%和83%,编码的蛋白质二级结构包含4处α螺旋和10处β折叠;SiSGR基因组DNA序列包括3个外显子和2个内含子;该基因启动子序列中包含了8个TATA-box,1个CAT-box,3个CAAT-box以及其他与光响应调控、干旱诱导等相关的顺式作用元件。与晋谷21相比,大青谷中SiSGR基因组DNA第二个内含子区域内出现了单碱基A的缺失现象,另外,启动子序列中由于单碱基突变,出现了一个与光响应相关的AE-box元件。(5)在籽粒成熟的S1-S4时期,SiSGR基因在大青谷小米籽粒中的表达水平显著低于晋谷21。(6)在大青谷成熟小米籽粒中花青素含量较低,花青素代谢相关酶基因在两个米色品种籽粒灌浆中期的表达水平没有差异。综上所述,初步明确大青谷绿色米色形成可能与大青谷中叶绿素降解相关的SiSGR基因序列、启动子序列变异以及该基因在籽粒成熟过程中的低水平表达有关。

关键词：米色类胡萝卜素代谢叶绿素降解 SiSGR 花青素代谢

不同耕作方式对旱区春谷根系发育、产量及水分利用效率的影响

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作物杂志 2020年第5期 194-198页

作者：贾苏卿禾璐杜艳伟山西农业大学(山西省农业科学院)玉米研究所山西忻州034000 山西农业大学(山西省农业科学院)谷子研究所山西长治046011

不同耕作方式对旱区春播谷子根系的生长发育有极为重要的影响。以晋谷21号为材料,以传统旋耕为对照,研究了翻耕、秋季深松和春季深松3种耕作方式对谷子地下根系性状与垂直分布、产量和水分利用效率的影响。结果表明,3种耕作方式均能提... 详细信息

不同耕作方式对旱区春播谷子根系的生长发育有极为重要的影响。以晋谷21号为材料,以传统旋耕为对照,研究了翻耕、秋季深松和春季深松3种耕作方式对谷子地下根系性状与垂直分布、产量和水分利用效率的影响。结果表明,3种耕作方式均能提高谷子根系的长度、表面积、体积、平均直径与干重,深松处理能使谷子根系向40~60cm土层有效生长。与传统旋耕相比,2个深松处理均能显著提高穗长和穗粒重,3种耕作方式的谷子产量较传统旋耕均显著提高,提高幅度排序为春季深松、秋季深松和翻耕,2个深松处理间产量差异未达显著水平。春季深松耕作方式替代传统旋耕能有效提高旱作春谷区的谷子生产水平。

关键词：谷子耕作方式根系发育产量水分利用效率

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气候环境对谷子的影响研究

山西农经 2018年第17期 83-84页

作者：郭盛贾苏卿禾璐山西省农业科学院玉米研究所山西忻州034000

谷子是我国北方较干旱区域的一种优良粮谷作物,在旱作农业中具有不可替代的重要位置。气候环境条件变化,对农业影响较大。认清自然规律,了解气候环境对谷子产量的影响,有利于充分利用气候环境指导谷子生产实践,防止气候灾害对谷子的影响... 详细信息

谷子是我国北方较干旱区域的一种优良粮谷作物,在旱作农业中具有不可替代的重要位置。气候环境条件变化,对农业影响较大。认清自然规律,了解气候环境对谷子产量的影响,有利于充分利用气候环境指导谷子生产实践,防止气候灾害对谷子的影响,促使谷子增产增收。

关键词：气候谷子温度水日照影响

谷子类胡萝卜素生物合成途径SiLCYB基因与米色形成的关系

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分子植物育种 2016年第6期14卷 1341-1351页

作者：张耀元路阳张彬禾璐刘龙龙王兴春李红英韩渊怀山西农业大学农学院太谷030801 农业部黄土高原作物基因资源与种质创制重点实验室太原030031 杂粮种质资源发掘与遗传改良山西省重点实验室太谷030801 山西农业大学农业生物工程研究所太谷030801

谷子是中国北方重要杂粮作物,米色是评价谷子品质的重要指标,目前关于谷子米色的形成机制仍不明确。本研究选用米色分别为深黄、浅黄、白色和绿色的谷子品种各2个,对这8个谷子品种进行了总类胡萝卜素含量、β-胡萝卜素含量与米色差异间... 详细信息

谷子是中国北方重要杂粮作物,米色是评价谷子品质的重要指标,目前关于谷子米色的形成机制仍不明确。本研究选用米色分别为深黄、浅黄、白色和绿色的谷子品种各2个,对这8个谷子品种进行了总类胡萝卜素含量、β-胡萝卜素含量与米色差异间关系的分析,以及分子水平4个β-胡萝卜素代谢相关基因在籽粒不同灌浆阶段的表达模式分析,结果表明:CCI指数作为米色测定的综合指标,可对不同品种米色差异进行鉴定,且分别与总类胡萝卜素、β-胡萝卜素含量呈显著与极显著正相关。通过对8个品种SiLCYB基因组DNA克隆发现,只有深黄品种JG21中出现序列变异,有两个SNP位点,且第二处单核苷酸变异使相应氨基酸由谷氨酰胺变为精氨酸。SiLCYB表达不具有组织特异性,在叶中表达最高,茎中最低。通过对籽粒不同灌浆阶段β-胡萝卜素合成基因SiLCYB与另外3个β-胡萝卜素代谢相关基因(SiLCYBLCYE,SiHYD,SiCCD1)的表达分析发现:SiLCYB在大多数品种中表达基本恒定,且与β-胡萝卜素积累没有表现出显著相关性;而SiLCYE在不同品种中普遍呈现出与SiLCYB同增同减的表达模式,但表达水平低于SiLCYB;同时发现2个降解相关基因(SiHYD,SiCCD1)的表达与β-胡萝卜素积累在灌浆特定阶段表现出了显著或极显著负相关。因此,推测SiLCYB与降解基因SiHYD和SiCCD1共同作用,通过影响β-胡萝卜素和总类胡萝卜素在籽粒中的积累,进而影响米色的形成。

关键词： β-胡萝卜素米色 SiLCYB 籽粒灌浆表达模式

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谷子SiPSY1基因与米色形成相关性分析

核农学报 2021年第11期35卷 2512-2520页

作者：禾璐贾苏卿赵芳玉刘晶张彬侯思宇韩渊怀山西农业大学玉米研究所山西忻州034000 山西农业大学农学院山西晋中030801

为明确谷子八氢番茄红素合成酶基因与谷子米色形成的相关性,本研究从黄色和白色2种不同米色谷子中克隆出SiPSY1基因的cDNA全长序列,并进行生物信息学分析,同时,利用实时荧光定量PCR方法检测该基因在谷子米色形成过程中的表达模式。结果... 详细信息

为明确谷子八氢番茄红素合成酶基因与谷子米色形成的相关性,本研究从黄色和白色2种不同米色谷子中克隆出SiPSY1基因的cDNA全长序列,并进行生物信息学分析,同时,利用实时荧光定量PCR方法检测该基因在谷子米色形成过程中的表达模式。结果表明,SiPSY1基因编码序列(CDS)全长为1248 bp,共编码415个氨基酸。SiPSY1蛋白的理论分子量为46.866 kDa,等电点为8.97,为不稳定亲水性蛋白。该蛋白的二级结构由α螺旋(57.35%)、不规则卷曲(29.64%)、延伸链结构(9.88%)和β转角(3.13%)四种结构组成。SiPSY1蛋白与玉米ZmPSY1的同源性较高,二者的亲缘关系较近。在谷子米色形成的初期和中期,黄色米色品种籽粒中SiPSY1基因的表达水平显著高于白色米色品种,而在米色形成后期,该基因在白色米色品种中的表达水平显著提高,并高于在黄色米色品种中的表达水平。随着籽粒成熟米色的形成,SiPSY1基因在黄色米色品种七月黄中的表达量呈先上升后显著下降的趋势,在白色米色品种中呈逐渐上升的趋势。通过对SiPSY1基因结构和表达特性的分析,初步推测谷子米色差异及形成与SiPSY1基因结构无关,而与基因的表达特性有一定的相关性。本研究结果为进一步阐明SiPSY1基因的功能以及谷子米色形成的分子机制奠定了基础。

关键词：谷子米色 SiPSY1基因基因克隆表达模式

谷子C2H2型锌指蛋白基因SiZFP182的克隆及表达分析

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中国农业大学学报 2015年第5期20卷 9-15页

作者：张彬禾璐候蕊路阳马芳芳王兴春杨致荣韩渊怀李红英山西农业大学农学院山西太谷030801 山西农业大学农业生物工程研究所山西太谷030801 农业部黄土高原作物基因资源与种质创制重点实验室太原030001 山西农业大学生命科学学院山西太谷030801 山西农业大学文理学院山西太谷030801

以‘晋谷45’和‘晋谷42’2个品种作为试验材料,采用聚乙二醇（PEG-6000）模拟干旱胁迫处理谷子幼苗,检测不同处理时间下丙二醛（MDA）的含量,评价其抗旱性。此外,在2个品种中克隆获得SiZFP182基因的cDNA全长,分析比较它们之间的序列差... 详细信息

以‘晋谷45’和‘晋谷42’2个品种作为试验材料,采用聚乙二醇（PEG-6000）模拟干旱胁迫处理谷子幼苗,检测不同处理时间下丙二醛（MDA）的含量,评价其抗旱性。此外,在2个品种中克隆获得SiZFP182基因的cDNA全长,分析比较它们之间的序列差异;通过定量RT-PCR的方法分析SiZFP182基因在受到干旱胁迫的谷子幼苗中的表达特性。结果表明,‘晋谷45’的抗旱性强于‘晋谷42’,2个品种中SiZFP182基因的序列存在5处单碱基差异,使得编码的氨基酸序列不同。此外,PEG胁迫处理后24h内,SiZFP182基因在2个品种中的表达水平均表现出先升高后降低的趋势,处理后6-12h,该基因在‘晋谷45’中表达水平高于‘晋谷42’。初步认为‘晋谷45’的抗旱特性与‘晋谷42’对干旱敏感的特性,可能与干旱胁迫下处于幼苗期的2个品种中SiZFP182基因序列差异及表达差异相关。

关键词：谷子 C2H2型锌指蛋白 SiZFP182 抗旱性

谷子LEA＿1基因家族鉴定及其渗透胁迫响应

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分子植物育种 2018年第12期16卷 3801-3807页

作者：王钇杰禾璐候蕊刘晓东马芳芳李红英山西农业大学农学院太谷030801 山西省农业科学院玉米研究所忻州034000 山西省晋城市城区农业委员会晋城048400 山西省农业科学院作物科学研究所太原030031 山西省农业科学院农业部黄土高原作物基因资源与种质创制重点实验室太原030031

胚胎发育晚期丰富(late embryogenesis abundant,LEA)蛋白在植物响应多种非生物胁迫过程中具有重要作用。基于表达谱测序数据我们分析了抗旱谷子品种(GG)和干旱敏感品种(JF)在PEG胁迫0.5 h前后LEA基因的表达变化,发现谷子LEA_1家族的Sei... 详细信息

胚胎发育晚期丰富(late embryogenesis abundant,LEA)蛋白在植物响应多种非生物胁迫过程中具有重要作用。基于表达谱测序数据我们分析了抗旱谷子品种(GG)和干旱敏感品种(JF)在PEG胁迫0.5 h前后LEA基因的表达变化,发现谷子LEA_1家族的Seita.6G114000基因在抗旱性不同的谷子品种中胁迫响应模式不同;利用同源序列比对和保守结构域分析我们系统鉴定得到5个谷子LEA_1家族蛋白(PF03760),该家族基因序列短,启动子区皆含多个ABRE元件,蛋白质N端序列高度保守;通过分析NCBI数据库中谷子转录组测序数据(SRA062640),发现谷子LEA_1家族基因在‘豫谷1号’中PEG胁迫7 h前后转录本丰度变化显著,表明LEA_1家族蛋白在谷子应对干旱胁迫过程中发挥重要作用。上述结果为深入研究LEA_1基因在逆境应答中的功能提供参考。

关键词：谷子 LEA蛋白渗透胁迫

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谷子功能基因发掘现状及展望

山西农业大学学报（自然科学版） 2022年第4期42卷 1-10页

作者：禾璐杨阳王宇珅张义茹赵耀飞唐娇艳韩渊怀山西农业大学玉米研究所山西忻州034000 山西农业大学农学院山西晋中030801 太原师范学院生物系山西太原030006

谷子是起源于我国的古老粮食作物,在约1万年前由青狗尾草驯化而来,是人类最早驯化栽培的禾谷类作物。作为北方旱作生态农业建设的主体作物和应对未来极端气候条件的战略储备作物,谷子抗旱、耐贫瘠、适应性广等特性使其在当前的种植业结... 详细信息

谷子是起源于我国的古老粮食作物,在约1万年前由青狗尾草驯化而来,是人类最早驯化栽培的禾谷类作物。作为北方旱作生态农业建设的主体作物和应对未来极端气候条件的战略储备作物,谷子抗旱、耐贫瘠、适应性广等特性使其在当前的种植业结构调整中起着重要作用。谷子也因其具有自花授粉、单穗结实多、染色体倍性简单(二倍体)、基因组小、属于C_(4)作物等特征,已被认为是最适合的C_(4)光合作用及耐逆分子遗传学研究的禾谷类模式作物。此外,我国拥有最丰富的谷子种质资源及领先的谷子遗传育种研究,因此对这些种质及基因资源的充分发掘及合理利用,对我国谷子产业的发展具有深远意义及重要影响。本文综述了近年来谷子农艺及产量性状、品质性状、氮磷吸收转运及抗逆等方面的研究进展,并对存在的问题及未来的发展趋势进行了讨论和展望,以期推动我国谷子的科研创新水平及产业发展。

关键词：谷子模式作物功能基因

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忻定盆地谷子引种试验

山西农业科学 2020年第8期48卷 1239-1242,1304页

作者：贾苏卿禾璐李世勇山西农业大学(山西省农业科学院)玉米研究所山西忻州034000

为筛选出适宜忻州地区种植的优良谷子品种,从河北、山西等地共引进19个谷子品种于2018、2019年连续2 a在忻定盆地进行试验、鉴定、筛选,结合忻定盆地的土壤条件和气候特点以及各品种在试验中的表现,对谷子的主茎长度、主茎直径、主穗长... 详细信息

为筛选出适宜忻州地区种植的优良谷子品种,从河北、山西等地共引进19个谷子品种于2018、2019年连续2 a在忻定盆地进行试验、鉴定、筛选,结合忻定盆地的土壤条件和气候特点以及各品种在试验中的表现,对谷子的主茎长度、主茎直径、主穗长度、主穗直径等农艺性状及单株穗质量、单株粒质量、千粒质量、产量、粒型、粒色等经济性状进行综合分析,以筛选出田间表现良好、产量稳定、适口性好的品种。结果显示,在19个谷子品种中,长生13号综合表现最好,其中,平均主茎长度为136.9 cm,抗倒性好;2 a平均产量为5909.09 kg/hm^2,比对照晋谷21号增产29.3%,且产量稳定,适宜在忻定盆地大面积推广种植。

关键词：忻定盆地谷子引种产量