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谷子SiPHYA和SiPHYB基因对光质、光周期和非生物胁迫的响应

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农业生物技术学报 2024年第5期32卷 983-994页

作者：杜晓芬沈蒙蒙王智兰韩康妮李颜方成锴李禹欣连世超王军山西农业大学谷子研究所/山西省后稷实验室山西农业大学农学院

光敏色素是一类红光/远红光受体，调控植物种子萌发、株高、开花和避荫性。为探究谷子(Setaria italica)光敏色素A (phytochromes A, PHYA)和光敏色素B (PHYB)基因对光质、光周期和非生物胁迫的响应模式，本研究采用RT-PCR克隆得到SiPHY... 详细信息

光敏色素是一类红光/远红光受体，调控植物种子萌发、株高、开花和避荫性。为探究谷子(Setaria italica)光敏色素A (phytochromes A, PHYA)和光敏色素B (PHYB)基因对光质、光周期和非生物胁迫的响应模式，本研究采用RT-PCR克隆得到SiPHYA (Seita.9G113600)和SiPHYB (Seita.9G427800)的c DNA序列，SiPHYA编码区长度为3 396 bp，编码1 131个氨基酸；SiPHYB编码区长度为3 507 bp，编码1 169个氨基酸。利用MEGA-X软件构建多物种进化树，谷子SiPHYA和SiPHYB分别与玉米(Zea mays)ZmPHYA和ZmPHYB亲缘关系最近。通过在线网站植物转录调控图谱(plant transcriptional regulatory map, PlantRegMap, http://***/***)预测SiPHYA和SiPHYB启动子区结合转录因子情况，结果显示，29个家族共计109个转录因子可结合到SiPHYA启动子区，27个家族共计93个转录因子可结合到SiPHYB启动子区。最后利用qRT-PCR研究其在谷子不同组织器官及不同光质、光周期和逆境处理下的表达模式。结果表明，SiPHYA和SiPHYB在谷子的根、茎、叶和幼穗中均有表达，且都在旗叶中表达量最高；不同光质处理下，SiPHYA和SiPHYB在'衡谷12号'和'长农35号'中响应模式有所不同。其中，'衡谷12号'中SiPHYA在黑暗下表达量最高，而'长农35号'中SiPHYA在远红光下表达量最高，SiPHYB在'衡谷12号'和'长农35号'中均表现为白光下表达量最高，红光下表达量最低；长日照条件下，SiPHYA在'衡谷12号'和'长农35号'中均表现出相似的昼夜节律变化，SiPHYB在'长农35号'中表现出昼夜节律变化，但在'衡谷12号'中无昼夜节律变化；短日照条件下，SiPHYA和SiPHYB在'衡谷12号'和'长农35号'中均无昼夜节律变化；SiPHYA和SiPHYB对高盐、高热、低温和干旱均有响应，但响应模式有所不同。本研究为深入挖掘SiPHYA和SiPHYB在谷子生长发育和非生物胁迫中的功能机制提供线索，并为其在谷子分子遗传改良中的应用提供依据。

关键词：谷子光敏色素光质光周期逆境胁迫表达分析

谷子黄绿叶突变体ygl7的精细定位及候选基因分析

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华北农学报 2024年第2期39卷 27-38页

作者：连世超韩康妮杜晓芬王智兰李禹欣李颜方成锴张林义王军山西农业大学谷子研究所山西长治046011 山西省后稷实验室山西太原030031

叶色突变体是研究C4光合途径及叶绿素代谢机制的理想材料。为了研究谷子黄绿叶突变的分子机制,为黄绿叶基因的功能研究及叶绿素代谢的分子机制解析奠定基础,在长农35号甲基磺酸乙酯(EMS)突变体库中鉴定到1份可稳定遗传的谷子黄绿叶突变... 详细信息

叶色突变体是研究C4光合途径及叶绿素代谢机制的理想材料。为了研究谷子黄绿叶突变的分子机制,为黄绿叶基因的功能研究及叶绿素代谢的分子机制解析奠定基础,在长农35号甲基磺酸乙酯(EMS)突变体库中鉴定到1份可稳定遗传的谷子黄绿叶突变体ygl7,并对突变体及野生型进行农艺性状调查、光合色素含量及光合参数测定、叶绿体超微结构观察;同时对突变体叶色进行遗传分析,采用BSA法进行基因初定位,利用F_(2)群体进行精细定位,并根据功能注释结合RNA-Seq预测候选基因。采用qRT-PCR进行表达模式分析,采用酵母双杂交试验进行蛋白互作验证。结果表明,与野生型相比,ygl7苗期、拔节期叶片呈明显黄绿色,抽穗期逐步转为浅绿色,ygl7整个生育期叶绿素含量及光合速率都显著低于野生型,且叶绿体结构出现异常。遗传分析表明,ygl7黄绿叶表型由1对隐性单基因控制,基因精细定位将黄绿叶基因定位于第Ⅶ染色体434.9 kb区间内,候选基因分析预测编码原卟啉Ⅸ镁鳌合酶Ⅰ亚基的Seita.7G290300为调控黄绿叶的候选基因。qRT-PCR结果显示,Seita.7G290300在叶片中高表达,且在突变体中的表达量低于野生型;叶绿素合成途径(CHLD、CHLI)和光系统(LHCB1、LHCB6)相关基因在突变体中均下调表达。酵母双杂交试验表明,SiYGL7与MORF_(2)存在互作。

关键词：谷子黄绿叶突变体精细定位镁鳌合酶Ⅰ亚基

外源水杨酸影响苦荞类黄酮生物合成及相关基因表达模式

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植物生理学报 2024年第1期60卷 117-129页

作者：王惠宇门艺涵樊婕张方苏侯思宇韩渊怀孙朝霞山西农业大学农学院山西太谷030801 山西省后稷实验室山西农业大学太原030031

水杨酸(salicylic acid,SA)作为一个重要的信号分子,具有调节植物次生代谢产物的功能。前期研究表明外源SA可促进苦荞幼苗总黄酮积累并影响相关基因表达,然而对于其影响苦荞籽粒中类黄酮合成还鲜有报道。本研究对‘黑丰1号’苦荞籽粒于... 详细信息

水杨酸(salicylic acid,SA)作为一个重要的信号分子,具有调节植物次生代谢产物的功能。前期研究表明外源SA可促进苦荞幼苗总黄酮积累并影响相关基因表达,然而对于其影响苦荞籽粒中类黄酮合成还鲜有报道。本研究对‘黑丰1号’苦荞籽粒于绿熟期外源喷施0.5 mmol·L^(-1)SA,发现总黄酮含量较对照提高1.21倍;比较转录组分析共鉴定出2317个差异表达基因,包括988个上调和1329个下调基因;KEGG富集分析揭示差异表达基因主要集中在类黄酮生物合成途径上,在该途径中鉴定到26个表达差异显著的关键酶基因,其中苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL)、反式肉桂酸4-单加氧酶(trans-cinnamate4-monooxygenase,C4H)基因家族成员既有上调又有下调,而4-香豆酸酯-CoA连接酶(4-coumarate-CoA ligase,4CL)、查尔酮合酶(chalcone synthase,CHS)和黄烷酮3-羟化酶(flavanone 3-hydroxylase,F3H)上调1.32~4.33倍。qRT-PCR结果表明,其表达趋势与转录组分析结果一致。对类黄酮代谢通路的26个基因进行启动子分析发现有12个基因均含有SA响应元件,表明该途径关键酶基因具有参与响应SA信号的功能。基于加权共表达网络分析结合拟南芥同源基因功能注释共筛选到3个SA介导下调控类黄酮合成相关基因的转录因子FtWRKY7(FtPinG0002142900)、FtWRKY2(FtPinG0002177700)及FtWRKY65(FtPinG0002493300)。以上结果暗示SA可调控类黄酮合成通路相关基因的表达水平,从而提升苦荞籽粒总黄酮积累。本研究初步揭示了SA调控苦荞籽粒类黄酮合成的分子机制,同时为外源喷施SA实现苦荞籽粒黄酮类物质生物强化,提升其营养价值提供一定的理论参考。

关键词：苦荞水杨酸比较转录组类黄酮合成

硝酸盐诱导的GARP类转录因子AhNIGT1.2调控花生结瘤的功能分析

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生物工程学报 2024年

作者：李晓亮何海通何苏秦王路瑶张威孔照胜王利祥山西农业大学农学院山西省后稷实验室

花生是重要的经济及油料作物，富含丰富的蛋白质和油脂等，在我国广泛种植。花生能与根瘤菌共生形成根瘤，根瘤的固氮酶能将空气中N2转化为自身可吸收利用的氨态氮。氮磷营养在结瘤固氮过程中发挥关键作用，GARP参与了氮和磷信号的整合... 详细信息

花生是重要的经济及油料作物，富含丰富的蛋白质和油脂等，在我国广泛种植。花生能与根瘤菌共生形成根瘤，根瘤的固氮酶能将空气中N2转化为自身可吸收利用的氨态氮。氮磷营养在结瘤固氮过程中发挥关键作用，GARP参与了氮和磷信号的整合，通过直接抑制硝酸盐转运蛋白的转录水平响应植物的氮吸收。而氮诱导的GARP类转录抑制子NIGT1在豆科植物结瘤过程中的作用尚不明晰。本研究通过生物信息学分析鉴定到一个主要在花生根瘤中表达的NIGT家族成员AhNIGT1.2。进一步的时空表达分析表明AhNIGT1.2在根瘤中高表达，且显著响应高氮、低氮、高磷、低磷和根瘤菌处理，组化染色表明该基因主要在发育的根瘤中表达，并在成熟根瘤中和花生根系连接处表达。亚细胞定位表明35S::AhNIGT1.2-GFP融合蛋白定位于烟草表皮细胞的细胞核中。进一步的功能研究发现AhNIGT1.2-OE显著提高花生的结瘤数量，AhNIGT1.2-RNAi显著抑制花生根瘤数量，表明AhNIGT1.2正向调控花生结瘤。对AhNIGT1.2-OE根中硝酸盐转运和信号通路中的基因表达进行分析发现NRT1.2、NRT2.4、NLP1和NLP7的表达量显著降低，表明AhNIGT1.2可能通过影响硝酸盐转运和NLP1相关基因的表达进而调控花生的结瘤。对转化的AhNIGT1.2-OE和对照根进行转录组分析，发现过表达AhNIGT1.2会显著富集硝酸盐响应、结瘤因子信号通路、四萜类生物合成酶和类胡萝卜素生物合成等途径的差异表达基因。综上所述，AhNIGT1.2可能通过影响硝酸盐转运、硝酸盐响应等通路调控花生的结瘤过程。本研究对解析氮磷营养调控豆科植物结瘤固氮的分子机制和创制在高氮环境高效结瘤固氮的豆科作物具有重要意义。

关键词：花生 AhNIGT1.2 硝酸盐转运结瘤转录组

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基于InDel标记的谷子株高QTL定位

核农学报 2024年第2期38卷 217-225页

作者：杜晓芬钱枰励唐楚楚杜德杰韩康妮李禹欣王智兰王军山西农业大学谷子研究所/山西省后稷实验室山西长治046011 山西农业大学农学院山西太谷030801 中国农业大学农学院北京100193

插入/缺失(InDel)标记在植物基因组中广泛分布,然而谷子中InDel标记的数量十分有限。为挖掘InDel位点和开发分子标记,本研究基于衡谷12号和长农35号的深度重测序结果,分析其单核苷酸多态性(SNP)、InDel和结构变异(SV)。利用JoinMap 4软... 详细信息

插入/缺失(InDel)标记在植物基因组中广泛分布,然而谷子中InDel标记的数量十分有限。为挖掘InDel位点和开发分子标记,本研究基于衡谷12号和长农35号的深度重测序结果,分析其单核苷酸多态性(SNP)、InDel和结构变异(SV)。利用JoinMap 4软件构建连锁遗传图谱,利用WinQTLCart 2.5软件定位株高数量性状位点(QTL),利用生物信息学、测序和实时荧光定量PCR(qRT-PCR)进行候选基因分析。研究表明,3种变异类型数量由多到少排序为SNP>InDel>SV;获得1392个在衡谷12号和长农35号中具有多态性的InDel标记,多态性率为35.14%,这些标记在谷子9条染色体上分布不均;获得一张包含467个InDel标记的谷子遗传连锁图谱,该图谱总图距448.45 cM,平均图距0.96 cM;利用F2群体定位了4个株高QTL(qPH5-1、qPH5-2、qPH9-1和qPH9-2),进一步利用重组自交系(RIL)群体对其中2个效应值较大的QTL(qPH5-1和qPH9-2)进行验证,结果重新检测到qPH9-2,似然比的自然对数(LOD)值为93.6,加性效应为-46.15,解释表型贡献率(PVE)达91.06%;Seita.9G080400在编码区存在2处非同义突变,且在茎中表达水平呈极显著差异,推测Seita.9G080400可能是控制株高的关键候选基因。本研究开发的InDel标记能够良好地应用于株高QTL定位,同时可为谷子种质资源鉴定、亲缘关系分析等研究提供一套好用的分子标记。

关键词：谷子重测序标记开发连锁遗传图谱株高 QTL

基于InDel标记的长杂谷2922杂交种纯度鉴定

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种子 2024年第2期43卷 95-98页

作者：钱枰励杜晓芬王智兰韩康妮李禹欣连世超李颜方成锴田岗李会霞郭杰王军山西农业大学谷子研究所/山西省后稷实验室山西长治046011 山西农业大学农学院山西太谷030801

为了鉴定谷子杂交种长杂谷2922的纯度,本研究从11个候选InDel标记中筛选出在长杂谷2922及其双亲之间具有多态性的InDel标记Re2632,利用Re2632对长杂谷2922进行分子标记鉴定,并喷施除草剂进行验证。分子鉴定结果显示,杂交种纯度在20.83%~... 详细信息

为了鉴定谷子杂交种长杂谷2922的纯度,本研究从11个候选InDel标记中筛选出在长杂谷2922及其双亲之间具有多态性的InDel标记Re2632,利用Re2632对长杂谷2922进行分子标记鉴定,并喷施除草剂进行验证。分子鉴定结果显示,杂交种纯度在20.83%~44.68%之间,平均纯度为33.72%。除草剂鉴定结果显示,杂交种纯度在18.32%~50.60%之间,平均纯度为32.59%。t测验结果显示,2种方法鉴定结果无显著差异,表明Re2632可以作为长杂谷2922分子鉴定的标记。

关键词：谷子杂交种纯度鉴定 InDel标记除草剂

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超高压处理对高粱淀粉理化性质的影响

中国粮油学报 2024年

作者：陈振家琚魏波陈琼玲李玉娥王晓闻山西农业大学食品科学与工程学院山西省后稷实验室山西农业大学

为了研究超高压处理对高粱淀粉的影响，研究以金糯梁6号为对象，通过100、300和600 MPa的不同超高压处理，研究高粱淀粉在不同压力下外观形貌、粒度、结晶性质、糊化特性等性质的变化。结果表明，100、300 MPa处理下颗粒表面变粗糙，粒... 详细信息

为了研究超高压处理对高粱淀粉的影响，研究以金糯梁6号为对象，通过100、300和600 MPa的不同超高压处理，研究高粱淀粉在不同压力下外观形貌、粒度、结晶性质、糊化特性等性质的变化。结果表明，100、300 MPa处理下颗粒表面变粗糙，粒径减小；600 MPa处理导致淀粉颗粒呈现出凝胶状外观，粒径增大；随着压力升高，峰值黏度、最低粘度和崩解值升高，最终粘度和回生值降低，糊化温度和糊化焓值降低。600 MPa下淀粉完全糊化，淀粉结晶型由A型向无定型结构的转变。低温下（50～60℃）随压力升高溶解度增加，高温下（70～90℃）减小，而傅里叶变换红外光谱表明超高压处理不会导致新的化学键形成。

关键词：高粱淀粉超高压处理理化性质

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不同品种高粱醇溶蛋白理化性质的研究

中国粮油学报 2024年

作者：陈振家杨雅婧陈琼玲王晓闻山西省后稷实验室山西农业大学山西农业大学食品科学与工程学院

以6个不同品种的高粱醇溶蛋白为研究对象，通过对其溶解度、亚基组成、粒度分布、热稳定性、二级结构、微观结构和二硫键含量等进行测定，分析其理化性质的差异。结果表明：6个品种间蛋白质亚基组成、紫外光谱、内源性荧光光谱和扫描电... 详细信息

以6个不同品种的高粱醇溶蛋白为研究对象，通过对其溶解度、亚基组成、粒度分布、热稳定性、二级结构、微观结构和二硫键含量等进行测定，分析其理化性质的差异。结果表明：6个品种间蛋白质亚基组成、紫外光谱、内源性荧光光谱和扫描电镜所得结果无明显差异。与其他醇溶蛋白相比，晋糯3号高粱醇溶蛋白的性质尤为突出，在质量分数为70%的乙醇溶液中溶解度最高，达到了83%；疏水氨基酸总量最低，为54.53%；亲水氨基酸总量最高，为45.58%；体积平均径较小，为27.47 μm；比表面积最大，为364.2m2/kg；其所形成的溶液体系较为均一稳定；热稳定性最好，峰值温度达到了76.33 ℃；β-折叠质量分数最高，为35.2%；二硫键含量最少，为12.37 μmol/g，这为高粱醇溶蛋白在食品加工中的应用提供参考。

关键词：高粱醇溶蛋白差示扫描量热电泳二硫键

利用特征波段提取及结合机器学习对小米淀粉的高光谱检测研究

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中国粮油学报 2024年第4期39卷 149-157页

作者：王国梁赵媛刘敏郭二虎王瑞范惠萍李瑜辉张艾英山西农业大学谷子研究所长治046000 山西农业大学农学院太谷030801

运用高光谱检测技术实现小米淀粉的快速检测在小米定级、定价及降低加工成本中具有重要意义。本研究基于高光谱检测技术,采用化学计量学及机器学习相关知识对小米直链、支链淀粉含量进行检测,并提出特征波段提取联用预处理方法及Logisti... 详细信息

运用高光谱检测技术实现小米淀粉的快速检测在小米定级、定价及降低加工成本中具有重要意义。本研究基于高光谱检测技术,采用化学计量学及机器学习相关知识对小米直链、支链淀粉含量进行检测,并提出特征波段提取联用预处理方法及Logistic结合COOT(coot optimization algorithm)优化算法。结果表明采用特征波段提取联用算法建立的PLSR(partial least squares regression)模型能够在减少波段冗余情况下不影响模型预测精度,其中直链淀粉较好模型为MSC(multiplicative scatter correction)-RF(random frog)-IRIV(iteratively retains informative variables)-PLSR,支链淀粉较好模型为MSC-CARS(competitive adaptive reweighted sampling)-IRIV-PLSR。为了进一步提高模型预测精度,基于最佳预处理算法结合Logistic-COOT建立BP(back propagation)预测模型能够较好地预测小米直链、支链淀粉的含量,模型评价直链、支链淀粉相关系数(correlation coefficient,R)、均方根误差(root mean squared error,RMSE)、相对分析误差(relative percent deviation,RPD)分别为0.74、1.19、1.51和0.72、5.25、1.40,研究可为小米其他营养成分的高光谱检测及产品分类、定级等提供理论参考。

关键词：小米淀粉高光谱检测特征波段提取联用机器学习