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菊花脑管状花响应蔗糖饲喂的差异基因分析

园艺学报 2024年第6期51卷 1297-1310页

作者：王稳张鹏王志敏刘根忠包志龙马方放山东农业大学园艺科学与工程学院作物生物学国家重点实验室山东泰安271018

为探明蔗糖饲喂对菊花脑花苞总黄酮积累的影响及其机制,以中国特有的菊属野生二倍体物种菊花脑(Chrysanthemum nankingense)为试材,对其离体花苞进行蔗糖饲喂,测定饲喂后0、12、36和60 h管状花和舌状花总黄酮和总酚的动态变化,并对管状... 详细信息

为探明蔗糖饲喂对菊花脑花苞总黄酮积累的影响及其机制,以中国特有的菊属野生二倍体物种菊花脑(Chrysanthemum nankingense)为试材,对其离体花苞进行蔗糖饲喂,测定饲喂后0、12、36和60 h管状花和舌状花总黄酮和总酚的动态变化,并对管状花进行转录组测序。结果发现:蔗糖饲喂24 h以内菊花脑管状花类黄酮和总酚的含量显著增加,而同类物质在舌状花中变化较为平缓。蔗糖饲喂60h与同时间无蔗糖饲喂相比,转录组分析仅获得3 423个差异表达基因;而与0 h无蔗糖饲喂相比,可获得最多的差异表达基因(9 135个),说明随饲喂时间的增加,管状花在生化层面上对蔗糖的响应程度增加。经KEGG分析,类黄酮生物合成途径被显著富集,32个类黄酮生物合成结构基因具有差异表达。相关性分析表明转录因子MYB、WRKY和MADS-box与类黄酮生物合成结构基因表达具有较强的共表达关系。在上述差异基因中随机挑选9个进行qRT-PCR验证,结果表明转录组数据具有较高的准确性;并对其中2个转录因子的编码基因进行了时空表达分析和蛋白亚细胞定位,为从代谢工程的角度研究菊花脑次生代谢筛选了目标基因。

关键词：菊花脑蔗糖响应类黄酮生物合成差异表达基因管状花

干旱胁迫下冬小麦不同品种萌发特性差异的研究

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作物学报 2024年第6期50卷 1568-1583页

作者：乔志新张杰道王雨郭启芳刘燕静陈蕊胡文浩孙爱清山东农业大学农学院/小麦育种全国重点实验室山东泰安271018 山东农业大学生命科学学院山东泰安271018

干旱是影响小麦生产的重要逆境,可以造成萌发成苗质量下降。为了解当前小麦品种在干旱胁迫下的种子萌发特性,采用沙培控水法研究了生产上应用广泛的128个小麦品种的干旱萌发特性;筛选出干旱萌发特性差异显著的6个小麦品种(山农28号(SN28... 详细信息

干旱是影响小麦生产的重要逆境,可以造成萌发成苗质量下降。为了解当前小麦品种在干旱胁迫下的种子萌发特性,采用沙培控水法研究了生产上应用广泛的128个小麦品种的干旱萌发特性;筛选出干旱萌发特性差异显著的6个小麦品种(山农28号(SN28)、长6878(C6878)、烟农19(YN19)、山农23号(SN23)、鑫麦296(XM296)和新麦38(XM38))进行干旱胁迫下种子萌发过程中的生理生化分析。结果表明,根据活力指数的耐旱系数进行聚类分析,将128个小麦品种的干旱萌发特性分为好、较好、中等、较差、差5类。山农28号和长6878等18个干旱萌发特性好的小麦品种种子萌发快,幼苗整齐健壮;新麦38、乐麦185等26个干旱萌发特性差的小麦品种种子萌发慢、萌发时间分散、发芽率低且幼苗整齐度差。进一步对不同干旱萌发特性的小麦品种进行生理生化指标测定表明,干旱萌发特性好的山农28号和长6878干旱萌发前期大分子修复基因TDP1表达水平显著高于对照;干旱萌发前期POD活性也显著高于对照;α-淀粉酶和半胱氨酸蛋白酶活性受干旱影响较小,萌发后期的可溶性蛋白含量显著高于对照。而干旱萌发特性差的鑫麦296和新麦38在干旱胁迫下种胚DNA和蛋白质修复基因表达水平上升相对滞后;在干旱胁迫下的半胱氨酸蛋白酶活性显著降低。上述结果表明,干旱萌发特性好的小麦品种在干旱胁迫下萌发成苗过程中种胚大分子修复能力和种子抗氧化能力强,贮藏物质动员早,最终种子萌发速度快,出苗质量高。

关键词：小麦干旱胁迫种子萌发特性贮藏物质分解转化大分子修复能力抗氧化能力

封冻前灌水对‘富士’苹果根际细菌群落及速效养分的影响

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园艺学报 2024年第10期51卷 2401-2412页

作者：陈冰程玉瑾孙宝箴宋建飞张玮玮杨洪强山东农业大学园艺科学与工程学院作物生物学国家重点实验室

以5年生‘富士’苹果树为试验材料，在土壤封冻前充分灌溉，于次年1月与4月取样分析根际土壤细菌群落组成结构及速效养分含量的变化。结果显示，封冻前灌水在提高土壤含水量、稳定土壤温度的同时，显著提高土壤速效养分含量，降低土壤... 详细信息

以5年生‘富士’苹果树为试验材料，在土壤封冻前充分灌溉，于次年1月与4月取样分析根际土壤细菌群落组成结构及速效养分含量的变化。结果显示，封冻前灌水在提高土壤含水量、稳定土壤温度的同时，显著提高土壤速效养分含量，降低土壤有机质含量，增加根际土壤细菌群落的丰富度和多样性，降低土层之间及冬春季之间细菌群落的差异性。其中，土壤有效氮、磷、钾含量分别提高了15.83%、21.13%和8.22%，有机质含量降低了19.86%。此外，初春时期果树根系密度、根系活力和根系氮含量分别提升了10.3%、15.6%和13.3%。功能基因定量分析显示，封冻前灌水可以显著增加土壤细菌和真菌数量，包括氨氧化古菌、固氮菌和反硝化菌在内的氮功能菌群丰度分别提高了35.18%、18.12%和19.53%，增强土壤硝化与反硝化作用。

关键词：苹果土壤封冻前灌水根际细菌群落土壤速效养分土壤氮转化

黄骅盐碱地玉米根系内生真菌分离及耐盐促生功能

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微生物学通报 2024年第10期 4089-4103页

作者：张静张腾肖耀鹏葛申奥徐璐刘雪颖侯力峰曾凡力河北农业大学生命科学学院河北农业大学华北作物改良与调控国家重点实验室

【背景】土壤盐渍化是影响玉米产量的主要因素之一，植物内生真菌可显著提高植物抗逆性，促进生长发育，玉米内生真菌的研究对玉米增产具有重要意义。【目的】探究从黄骅盐碱地玉米根系分离的内生真菌的促生特性及对玉米植株的促生效果... 详细信息

【背景】土壤盐渍化是影响玉米产量的主要因素之一，植物内生真菌可显著提高植物抗逆性，促进生长发育，玉米内生真菌的研究对玉米增产具有重要意义。【目的】探究从黄骅盐碱地玉米根系分离的内生真菌的促生特性及对玉米植株的促生效果，为盐碱地玉米增产提供理论依据与材料支持。【方法】采用组织块法从玉米根系中分离内生真菌并通过浸种实验筛选在NaCl胁迫下对玉米种子萌发具有促进效果的内生真菌；利用形态学和分子生物学相结合的方法对筛选到的内生真菌进行鉴定并测定其解磷解钾、分泌吲哚乙酸(indole-3-acetic acid,IAA)及产铁载体能力等促生特性；采用盆栽试验探究筛选的内生真菌在NaCl胁迫下对玉米生物量、株高、根长、SPAD值及抗氧化酶和丙二醛(malondialdehyde, MDA)等的影响，评价内生真菌对提高玉米促生耐盐效果的影响。【结果】从玉米根系中共分离得到25株内生真菌，其中内生真菌DYM7和DYM11在0.15 mol/L NaCl胁迫下对玉米种子萌发具有显著促进效果，萌发率达90%；通过形态学与分子生物学鉴定，菌株DYM7为土栖棘壳孢(Setophoma terrestris)，菌株DYM11为嘴突凸脐蠕孢(Exserohilum rostratum)，其均具有解钾、产铁载体、分泌IAA的能力；在NaCl胁迫下，经菌株DYM7和DYM11处理提高了玉米的株高和根长，同时提高了超氧化物歧化酶(superoxide oxidase, SOD)和过氧化物酶(peroxidase, POD)活性，降低了MDA含量。经菌株DYM11处理的玉米的地上干重和地下干重较对照显著提高了16.43%和22.17%。【结论】筛选的内生真菌通过提高玉米抗氧化酶活性、增加根长及株高、降低MDA含量，从而提高玉米对盐胁迫的耐受能力并促进玉米生长，为滨海盐碱区有益微生物增强农作物盐耐受性并提高其产量提供理论依据和材料支持。

关键词：盐碱地内生真菌耐盐促生玉米

不同温度烧制的生物炭对苹果连作土壤真菌群落结构的影响

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园艺学报 2024年第8期51卷 1853-1867页

作者：刘英浩李允吕伟静陈冉姜伟涛尹承苗毛志泉王艳芳山东农业大学化学与材料科学学院山东泰安271018 山东农业大学园艺科学与工程学院作物生物学国家重点实验室山东泰安271018

根皮苷类酚酸类物质是造成苹果连作障碍的重要因素之一。以废弃苹果枝条为原料,研究不同温度烧制的生物炭对根皮苷胁迫下平邑甜茶(苹果砧木)连作土盆栽幼苗土壤中真菌群落结构及其多样性的影响。试验设置8个处理,分别为:连作土(对照)、... 详细信息

根皮苷类酚酸类物质是造成苹果连作障碍的重要因素之一。以废弃苹果枝条为原料,研究不同温度烧制的生物炭对根皮苷胁迫下平邑甜茶(苹果砧木)连作土盆栽幼苗土壤中真菌群落结构及其多样性的影响。试验设置8个处理,分别为:连作土(对照)、连作土壤中分别添加50 mg·kg^(-1)根皮苷、300℃生物炭、400℃生物炭、500℃生物炭、300℃生物炭+根皮苷、400℃生物炭+根皮苷、500℃生物炭+根皮苷,盆栽处理120 d后,运用高通量测序技术对土壤真菌群落结构进行分析。结果表明:添加生物炭可以促进根皮苷胁迫下平邑甜茶幼苗的生长,改变连作土壤的真菌群落结构,使土壤真菌操作分类单元(operational taxonomic unit,OUT)特有数增加;通过PCo A分析以及UPGMA聚类分析得出,添加生物炭后土壤真菌的丰富度和多样性显著提高;生物炭对不同分类水平上的土壤真菌结构和功能产生了一定影响,土壤优势菌丰度变化较大。生物炭可通过改善土壤真菌群落结构缓解苹果连作障碍。

关键词：苹果连作障碍根皮苷生物炭高通量测序土壤真菌群落

小麦3种锈菌PCWDEs家族基因鉴定及表达分析

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中国农业大学学报 2024年第4期29卷 113-127页

作者：吴珂妍千慧敏赵俊溢李闯路亚南邢国珍刘娜郑文明河南农业大学生命科学学院郑州450002 省部共建小麦玉米作物学国家重点实验室郑州450002

为挖掘小麦锈菌侵染过程中发挥关键作用的植物细胞壁降解酶(Plant cell wall-degrading enzymes,PCWDEs)基因,通过生物信息学方法对小麦3种锈菌(叶锈菌、条锈菌和秆锈菌)基因组中的碳水化合物活性酶(Carbohydrate-active enzymes, CAZym... 详细信息

为挖掘小麦锈菌侵染过程中发挥关键作用的植物细胞壁降解酶(Plant cell wall-degrading enzymes,PCWDEs)基因,通过生物信息学方法对小麦3种锈菌(叶锈菌、条锈菌和秆锈菌)基因组中的碳水化合物活性酶(Carbohydrate-active enzymes, CAZymes)进行预测分析,在此基础上对其中的PCWDEs基因家族进行全基因组范围的筛选鉴定,并利用qRT-PCR方法对叶锈菌PCWDEs家族成员在侵染过程中的转录水平进行了检测分析。结果表明:1)小麦叶锈菌、条锈菌和秆锈菌基因组分别编码355、322和345个CAZymes家族成员基因以及160、153和158个PCWDEs基因;小麦3种锈菌共含75个保守CAZymes基因亚家族和94个PCWDEs直系同源基因簇。2)16个叶锈菌特异性PCWDEs基因在亲和(Pt15-‘中国春’)/非亲和(Pt15-‘云麦34’)互作过程中均受到不同程度的诱导表达,但非亲和互作中在侵染更早期就已受到诱导上调表达。3)叶锈菌特异性PCWDEs基因簇中有4个PCWDEs被鉴定为类扩展蛋白,其在侵染过程中受到诱导表达,说明类扩展蛋白可能在降解纤维素突破侵染屏障中发挥重要作用。综上,在小麦3种锈菌全基因组范围鉴定了PCWDEs基因,初步明确部分基因在锈菌侵染过程中的表达模式,PCWDEs可能在小麦锈菌致病过程中发挥重要作用。

关键词：小麦锈菌 PCWDEs 生物信息学分析 qRT-PCR 侵染机制

转录因子在植物内质网胁迫中的作用及分子机制研究进展

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植物生理学报 2024年第7期60卷 1055-1067页

作者：白雨婷张文晓周倩向凤宁山东大学生命科学学院植物发育与环境适应生物学教育部重点实验室山东青岛266237

植物的一生常遭受各种胁迫,导致错误折叠蛋白或未折叠蛋白在细胞内积累,进而引发内质网胁迫。植物主要通过内质网质量监控系统(ER quality control,ERQC)、内质网相关降解(ER-associated degradation,ERAD)、未折叠蛋白反应(unfolded pr... 详细信息

植物的一生常遭受各种胁迫,导致错误折叠蛋白或未折叠蛋白在细胞内积累,进而引发内质网胁迫。植物主要通过内质网质量监控系统(ER quality control,ERQC)、内质网相关降解(ER-associated degradation,ERAD)、未折叠蛋白反应(unfolded protein response,UPR)以及自噬来抵抗内质网胁迫。其中UPR是一种通过信号转导来增强蛋白质折叠和修复能力以及促进错误折叠蛋白降解的途径,植物UPR中IRE1和bZIP17/28两种途径已被证实。许多转录因子(transcription factors)参与响应内质网胁迫,主要涉及bZIP、NAC、HSF、WRKY和NF-Y核因子等基因家族,是作物抗逆遗传改良的目标基因,因此研究内质网应激调控机制具有重要意义。本文主要简述了内质网应激中ERQC、ERAD、UPR以及自噬反应的一般原理并对参与内质网应激的转录因子的调控机制研究进展进行综述,以期为植物内质网胁迫中转录因子的作用机制解析及作物抗逆遗传改良提供参考。

关键词：植物转录因子内质网胁迫 UPR 逆境胁迫

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植物生物钟在农业生产中应对全球变暖的应用

植物学报 2024年第4期59卷 635-650页

作者：谢启光徐小冬河南大学生命科学学院作物胁迫适应与改良国家重点实验室开封475004

当前全球变暖趋势不可逆转,异常气候导致的温度胁迫频繁发生,给农业高产及稳产带来了巨大挑战。生物钟作为内源性且可遗传的计时机制,赋予了植物预测和快速响应环境因子周期性变化的能力,以确保诸多生理生化途径与环境同步,极大增强了... 详细信息

当前全球变暖趋势不可逆转,异常气候导致的温度胁迫频繁发生,给农业高产及稳产带来了巨大挑战。生物钟作为内源性且可遗传的计时机制,赋予了植物预测和快速响应环境因子周期性变化的能力,以确保诸多生理生化途径与环境同步,极大增强了植物的生存和繁衍能力。温度响应和补偿现象不仅涉及生物钟与环境信号“同步化”,而且涉及农业生产中作物适应温度胁迫的实际应用。生物钟温度补偿是指在较宽范围的生理温度内,通过转录和转录后机制,生物钟可基本维持近日节律周期的长度不变,确保计时机制准确运行。自然环境中,光照、温度和湿度紧密耦联,作为授时因子将环境信号经过输入途径传递给生物钟核心振荡器,影响植物生长发育的全过程。该文回顾了植物生物钟温度响应和补偿机制的研究历史,详述了最新研究进展,展望了其在作物遗传育种和田间管理等方面的应用前景,为解决农作物温度胁迫适应性问题提供了全新的思路和方案。

关键词：生物钟近日节律温度补偿温度胁迫遗传育种

谷子不同发育时期株高性状的变化及动态QTL定位

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中国农业科学 2024年第18期57卷 3533-3550页

作者：刘得隆李世如王传星郭淑青马智秀武泳江韩慧冰李玉洁张盼盼杨璞西北农林科技大学农学院/旱区作物逆境生物学国家重点实验室榆林学院生命科学学院

【目的】株高是对谷子产量提升具有重要作用的性状。研究不同生育时期谷子株高的动态变化，鉴定控制株高QTL位点及效应，为谷子株型育种提供理论依据。【方法】以1个含有215份家系的重组自交系群体YRRIL为研究对象，于2023年5月分别在... 详细信息

【目的】株高是对谷子产量提升具有重要作用的性状。研究不同生育时期谷子株高的动态变化，鉴定控制株高QTL位点及效应，为谷子株型育种提供理论依据。【方法】以1个含有215份家系的重组自交系群体YRRIL为研究对象，于2023年5月分别在陕西榆林和陕西米脂2个环境下种植YRRIL群体并分别在苗期、拔节期、孕穗期、抽穗期和成熟期等5个时期测定各家系的株高性状表型值，结合YRRIL群体的遗传连锁图谱，对谷子株高性状在不同生育时期进行遗传分析和动态QTL定位，鉴定控制谷子株高的非条件QTL和条件QTL。在此基础上，以基因本体论（GO）富集和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析方法对重要QTL进行候选基因预测。【结果】在整个生育期谷子株高增长趋势呈“S”型曲线，拔节期至孕穗期，株高生长速度较快，是株高发育的关键阶段。2个环境下，不同时期群体各家系株高均表现连续分布。2个环境5个时期共检测到86个与株高相关的QTL，分布在谷子基因组全部9条染色体上。包含48个非条件QTL和38个条件QTL，非条件QTL表型贡献率为1.13%—17.49%，其中6个能够在2个生育时期重复检测到，其余均只在一个生育时期检测到；条件QTL表型贡献率为1.97%—14.69%，其中1个能够在2个生育阶段重复检测到，其余均只在一个生育阶段检测到。非条件QTL和条件QTL分析中均不存在能够在3个及以上时期均能检测的QTL。2个环境下非条件QTL和条件QTL分析共检测到12个主效QTL，其中6个QTL为本研究新发现的主效位点。对主效QTL区间内的基因结合同源基因功能注释预测分析，筛选出14个可能与谷子株高相关的候选基因，其中Seita.1G242300.1、Seita.6G110200.1和Seita.7G143300.1等均能直接调控株高发育。【结论】2个环境下，谷子整个生长发育过程中检测到大量QTL参与株高性状的表型调控，79个（91.86%）在其中1个时期起作用，7个（8.14%）在其中2个时期起作用，不存在3个及以上时期均检测到的QTL，有12个主效QTL。利用非条件和条件分析方法检测到的QTL各占55.81%和44.19%,16个（18.60%）既是非条件QTL又是条件QTL。不同时期控制株高发育的QTL效应不同，其中苗期较小，拔节期至抽穗期普遍较大。

关键词：谷子重组自交系群体株高株型 QTL 候选基因