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谷子萌发期耐盐种质鉴定及应用

植物科学学报 2023年

作者：吕宗环韩康妮杜晓芬王智兰李禹欣连世超张林义王军山西农业大学谷子研究所山西省后稷实验室

谷子(Setaria italica L.)耐盐种质资源鉴定是谷子耐盐育种中需要解决的首要问题，也是开展耐盐机制研究的前提。本研究利用不同浓度NaCl盐溶液对10份谷子种质进行处理，通过分析其萌发期相对发芽势、相对发芽率、相对芽长以及相对根长... 详细信息

谷子(Setaria italica L.)耐盐种质资源鉴定是谷子耐盐育种中需要解决的首要问题，也是开展耐盐机制研究的前提。本研究利用不同浓度NaCl盐溶液对10份谷子种质进行处理，通过分析其萌发期相对发芽势、相对发芽率、相对芽长以及相对根长等4项指标，明确了适于谷子萌发期耐盐性鉴定的NaCl浓度为180 mmol/L。在该浓度下，利用主成分分析和聚类分析等方法，对180份种质资源进行了耐盐性综合评价和等级划分。结果表明，除相对发芽率和相对芽长之间相关性不显著以外，其余指标之间均呈现极显著正相关；主成分分析结果发现，相对发芽势、相对发芽率、相对芽长和相对根长可作为谷子耐盐性评价的重要指标；聚类分析将180份谷子种质分为极端耐盐、耐盐、盐敏感和极端盐敏感4类，采用隶属函数进行综合评价，筛选到硷谷、衡谷12、齐头白、K-3606和晋谷20等5份极端耐盐种质材料。最后，在该浓度处理下，对“黑枝谷×长农35号”(极端盐敏感×耐盐)F7代重组近交系(RIL，Recombinant inbred lines)遗传群体进行了初步分析，发现40份株系耐盐性等级频率分布近似正态分布，表明该群体适宜耐盐QTL(Quantitative trait locus)挖掘。以上结果说明适于谷子萌发期耐盐性鉴定的NaCl浓度为180 mmol/L，在该浓度处理下，通过谷子萌发期相对发芽势、相对发芽率、相对芽长和相对根长等4个指标能较好区分不同种质耐盐性差异。这些研究结果为谷子萌发期耐盐种质鉴定与耐盐机制解析奠定了重要基础。

关键词：谷子盐胁迫萌发期综合评价

谷子PEPC基因的鉴定及其对非生物逆境的响应特性

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作物学报 2020年第5期46卷 700-711页

作者：赵晋锋杜艳伟王高鸿李颜方赵根有王振华王玉文余爱丽山西省农业科学院谷子研究所/特色杂粮种质资源发掘与育种山西省重点实验室山西长治046011

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)是C4植物光合作用关键酶,并在植物多种代谢途径及逆境信号应答过程中起重要作用。本研究通过序列比对,从谷子基因组中筛选出6个SiPEPC候选基因。SiPEPC蛋白特征参数相似... 详细信息

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)是C4植物光合作用关键酶,并在植物多种代谢途径及逆境信号应答过程中起重要作用。本研究通过序列比对,从谷子基因组中筛选出6个SiPEPC候选基因。SiPEPC蛋白特征参数相似度很高,序列非常保守,都含有PEPC基因特征功能域PEPcase Motif。SiPEPC成员主要被定位在细胞质、细胞核和线粒体。在SiPEPC成员启动子序列中含大量有光、激素、逆境以及其他生长调控相关的顺式应答元件。苗期逆境qRT-PCR表达谱分析表明,5个SiPEPC基因(SiPEPC1、SiPEPC2、SiPEPC3、SiPEPC5、SiPEPC6)不同程度受ABA、PEG、高盐和低温诱导表达,表明其参与了苗期对非生物逆境的响应。5个SiPEPC基因表达量在正常生长条件下随着谷子的生长呈增强趋势,且在不同生育时期干旱胁迫下明显增加,表明其参与了拔节、抽穗、灌浆期的干旱胁迫应答。拔节期弱光可诱导5个SiPEPC基因的表达,而在拔节期中等强度光照以及抽穗期和灌浆期的中等光照和弱光照下表达量均急剧降低,揭示光照强度严重影响SiPEPC基因的表达。

关键词：谷子磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶非生物逆境表达分析

不同时期施硒对谷子硒含量、有机硒转化率及谷子品质的影响

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华北农学报 2018年第6期33卷 193-198页

作者：穆婷婷张福耀李志华刘璋田岗山西省农业科学院高粱研究所高粱遗传与种质创新山西省重点实验室山西榆次030600 山西省农业科学院谷子研究所山西长治046011

探索不同生育期叶面喷施外源硒对谷子品质指标、籽粒硒含量的影响,明确谷子外源硒的最佳施用期,为富硒谷子的栽培种植提供科学依据。以3个不同生态型谷子,春谷长农35、夏谷冀谷20、抗除草剂杂交谷晋谷50为试验材料,田间试验采用随机区... 详细信息

探索不同生育期叶面喷施外源硒对谷子品质指标、籽粒硒含量的影响,明确谷子外源硒的最佳施用期,为富硒谷子的栽培种植提供科学依据。以3个不同生态型谷子,春谷长农35、夏谷冀谷20、抗除草剂杂交谷晋谷50为试验材料,田间试验采用随机区组设计,设置喷施清水为对照(CK),在苗期、抽穗期、灌浆期叶面喷施Na2Se O367. 84 g/hm2,研究各关键生育期在喷硒条件下,谷子不同生态型品种的品质性状、籽粒硒含量以及硒的累积、转运的影响。结果显示,不同生育期叶面喷硒处理均可以改善谷子品质,参试品种尤以灌浆期喷施硒对谷子品质性状改善最佳,晋谷50、冀谷20、长农35的赖氨酸含量分别增加0. 03,0. 05,0. 02百分点,叶酸含量增幅分别为2. 4%,7. 5%,5. 5%,灌浆期喷硒处理粗蛋白与对照间差异达到极显著(P 谷子籽粒含硒量均有提高,硒含量增加趋势为灌浆期>抽穗期>苗期>对照(CK),灌浆期喷硒处理谷子籽粒硒含量平均增加0. 250 mg/kg,是对照的8. 0～9. 9倍;灌浆期为提高谷子有机硒转化率和籽粒硒利用率的关键时期。晋谷50、冀谷20和长农35灌浆期喷硒处理后的有机硒转化率分别比对照提高13,13,10百分点,且与对照间差异显著(P 谷子品质性状,提高谷子硒含量、有机硒转化率和硒收获指数的最佳叶面喷硒处理时期。

关键词：谷子品质硒含量有机硒转化率硒收获指数

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不同加倍技术加倍玉米单倍体的研究

玉米科学 2019年第4期27卷 42-46页

作者：成锴苏晓慧栗建枝刘鑫王振华王晓宇王国梁赵太存李洪山西省农业科学院谷子研究所/山西省重点实验室山西长治046011 长治学院山西长治046000

以具有相同遗传基础的玉米种质为基础材料,利用外引诱导系高诱1号、2号与5号为父本进行人工诱导,通过子粒外观形态鉴定,获得准单倍体子粒。选取高诱5号诱导的单倍体子粒为材料,设置秋水仙素浸种加倍、除草剂加倍与自然加倍3个试验。结... 详细信息

以具有相同遗传基础的玉米种质为基础材料,利用外引诱导系高诱1号、2号与5号为父本进行人工诱导,通过子粒外观形态鉴定,获得准单倍体子粒。选取高诱5号诱导的单倍体子粒为材料,设置秋水仙素浸种加倍、除草剂加倍与自然加倍3个试验。结果表明,3份诱导系材料的单倍体诱导率存在很大差异,诱导率最高达10.42%,最低为4.78%。0.06%浓度的秋水仙素浸种12 h处理加倍效果最好,加倍率为11.76%;80μmol/L甲基胺草磷在三叶期和五叶期用滴心法处理幼苗加倍效果次之,为8.09%;自然加倍率最低,仅为3.06%。

关键词：玉米单倍体浸种加倍除草剂加倍自然加倍

谷子磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因(PEPC)对逆境胁迫的响应

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华北农学报 2019年第4期34卷 67-74页

作者：赵晋锋王高鸿杜艳伟李颜方王振华赵根有余爱丽山西省农业科学院谷子研究所特色杂粮种质资源发掘与育种山西省重点实验室

为解析谷子磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC,Phosphoenolpyruvate carboxylase)在非生物逆境胁迫下的响应特征。从谷子基因组中鉴定出一个SiPEPC(Seita.1G020700)基因,利用相关软件对其氨基酸序列、蛋白特征、功能、信号途径、顺势应答元... 详细信息

为解析谷子磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC,Phosphoenolpyruvate carboxylase)在非生物逆境胁迫下的响应特征。从谷子基因组中鉴定出一个SiPEPC(Seita.1G020700)基因,利用相关软件对其氨基酸序列、蛋白特征、功能、信号途径、顺势应答元件等参数特征进行分析和预测,随后分析了该基因在幼苗期逆境胁迫下的动态表达模式及在拔节期、抽穗期、灌浆期不同光照处理和干旱胁迫下的表达。结果表明,该基因位于谷子1号染色体,基因组序列长6 652 bp,编码965个氨基酸,基因无可变剪切、不含内含子;功能域分析显示,该基因含PEPC基因的特征结构域;多序列比对发现,该PEPC蛋白与其他植物PEPC蛋白非常相似,具有非常保守的序列结构。实时荧光定量PCR分析表明,SiPEPC(Seita.1G020700)在ABA、低温、PEG、高盐胁迫下表达量均有所上调,其中,在ABA处理时,表达量呈现波动,在12 h被诱导达到峰值。在低温处理时,表达量持续上升,在24 h达到峰值;在PEG和NaCl处理时表达量整体呈上升趋势,均在12 h达到峰值,在24 h其表达量均急剧下降。进一步研究表明,SiPEPC基因在拔节期和抽穗期正常光照强度下参与了对干旱胁迫的响应,推测SiPEPC(Seita.1G020700)基因参与了谷子对非生物逆境的应答,可能在干旱和其他逆境胁迫信号途径中起关键作用。

关键词：谷子磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因逆境胁迫响应

谷子PPDK2在非生物逆境胁迫下的表达分析

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华北农学报 2020年第3期35卷 40-47页

作者：杜艳伟王高鸿李颜方赵根有阎晓光王振华王玉文余爱丽赵晋锋山西省农业科学院谷子研究所特色杂粮种质资源发掘与育种山西省重点实验室山西长治046011

谷子是具有抗旱、耐瘠、抗逆性强、适应性广等特点的C4禾本科作物,发掘谷子高光效、逆境相关基因,旨在揭示谷子在光照和逆境胁迫下的基因表达特征。采用生物信息学方法,在谷子中鉴定出一个PPDK基因,命名为SiPPDK2;该基因位于谷子3号染色... 详细信息

谷子是具有抗旱、耐瘠、抗逆性强、适应性广等特点的C4禾本科作物,发掘谷子高光效、逆境相关基因,旨在揭示谷子在光照和逆境胁迫下的基因表达特征。采用生物信息学方法,在谷子中鉴定出一个PPDK基因,命名为SiPPDK2;该基因位于谷子3号染色体,含有18个内含子,有3个转录本,原始转录本编码945个氨基酸。亚细胞定位预测结果显示,该基因位于叶绿体中。功能域分析和多序列比对发现,SiPPDK2蛋白与玉米、高粱和水稻PPDK蛋白的亲缘关系较近。Real-time PCR分析表明,PEG、ABA、盐和低温胁迫对苗期SiPPDK2基因表达有不同程度的诱导。进一步研究表明,SiPPDK2基因在拔节期、抽穗期和灌浆期均参与了对干旱和光照的胁迫响应,其中抽穗期和灌浆期在干旱条件下及拔节期和灌浆期在弱光条件下其表达量显著上调。顺式元件分析结果表明,在SiPPDK2启动子区域主要包括激素类应答、逆境应答、光应答以及其他类生长调控相关的顺式元件。结果推测,SiPPDK2基因可能参与了谷子对非生物逆境胁迫的响应。

关键词：谷子丙酮酸磷酸双激酶(PPDK) 非生物逆境表达分析

谷子CIPK基因(Seita.5G145900)对非生物逆境的响应

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核农学报 2020年第4期34卷 698-704页

作者：赵晋锋杜艳伟王高鸿李颜方赵根有余爱丽山西省农业科学院谷子研究所/特色杂粮种质资源发掘与育种山西省重点实验室山西长治046011

在谷子基因组中鉴定出一个CIPK(Seita.5G145900,命名为SiCIPK19)基因。为揭示SiCIPK19对逆境胁迫的响应,对其基因结构、蛋白特征、功能、进化等性状进行了系统的分析和预测,并用实时定量PCR(RT-qPCR)检测了其在谷子苗期不同逆境及关键... 详细信息

在谷子基因组中鉴定出一个CIPK(Seita.5G145900,命名为SiCIPK19)基因。为揭示SiCIPK19对逆境胁迫的响应,对其基因结构、蛋白特征、功能、进化等性状进行了系统的分析和预测,并用实时定量PCR(RT-qPCR)检测了其在谷子苗期不同逆境及关键生育期干旱胁迫下的表达。结果表明,SiCIPK19基因位于谷子5号染色体,基因组序列长1353 bp,编码450个氨基酸,基因无可变剪切,且不含内含子。功能域分析和多序列比对发现,SiCIPK19蛋白具有非常保守的序列结构,与其他植物CIPK蛋白也非常相似。RT-qPCR分析表明,SiCIPK19基因被聚乙二醇6000(PEG 6000)、ABA、高盐和低温胁迫强烈诱导。此外,SiCIPK19基因在谷子拔节期、抽穗期和灌浆期干旱条件下参与了对干旱胁迫的响应,推测该基因参与谷子对非生物逆境的应答,尤其在抽穗期和灌浆期干旱胁迫应答中发挥重要作用。本研究结果为进一步分析CIPK基因逆境应答机制,以及利用基因工程方法改善谷子抗逆性和提高产量提供了理论支持。

关键词：谷子 CBL互作蛋白激酶(CIPK) 基因非生物逆境

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谷子叶绿体基因RNA编辑位点的鉴定与分析

作物学报 2022年第4期48卷 873-885页

作者：杜晓芬王智兰韩康妮连世超李禹欣张林义王军山西农业大学谷子研究所/杂粮种质创新与分子育种山西省重点实验室/杂粮种质资源发掘与遗传改良山西省重点实验室山西长治046011

RNA编辑是高等植物叶绿体基因转录后加工修饰的现象,它会影响叶绿体发育,导致植株叶片出现黄化或白化等表型。本研究以长农35号及其2份叶色突变体(E752和E1005)为试验材料,利用紫外分光光度计测定了苗期叶绿素含量,通过透射电镜观察了... 详细信息

RNA编辑是高等植物叶绿体基因转录后加工修饰的现象,它会影响叶绿体发育,导致植株叶片出现黄化或白化等表型。本研究以长农35号及其2份叶色突变体(E752和E1005)为试验材料,利用紫外分光光度计测定了苗期叶绿素含量,通过透射电镜观察了叶绿体结构;利用在线工具Prep-Cp对谷子叶绿体基因RNA编辑位点进行了预测,通过PCR、RT-PCR及测序等方法对预测到的编辑位点进行了验证,并与其他单子叶作物的编辑位点进行了比较分析;进一步利用荧光实时定量方法,分析rpoB及依赖PEP转录的光合途径相关基因(ndhG、psaA、psbA和rbcL)在不同发育时期的表达水平;最后,利用生物信息学分析ropB编辑前后蛋白二级结构的变化。结果表明,与长农35号相比,2份叶色突变体叶绿素含量显著降低,叶绿体发育异常;在谷子中,有10个叶绿体基因共计20个位点发生RNA编辑,所有编辑位点均为胞嘧啶(C)和尿嘧啶(U)的转换,不同基因的编辑位点存在数量差异,其中ndhB编辑位点数量最多,共计6个;20个编辑位点中,有19个位点在物种进化上具有较高保守性,只有rpoC1-2753为谷子中特有的编辑位点;在长农35号及其2份叶色突变体中,rpoB的3个编辑位点(rpoB-467、rpoB-545和rpoB-560)存在编辑效率差异,而这种编辑效率的改变导致rpoB表达水平改变,进一步可能影响了ndhG、psaA、psbA和rbcL表达水平的变化;生物信息学分析表明,rpoB-467和rpoB-560编辑前后影响了蛋白二级结构。研究结果为解析叶绿体RNA编辑参与谷子叶绿体发育的分子机制奠定了一定基础。

关键词：谷子叶绿体 RNA编辑突变体

PEG-6000胁迫下玉米品种萌发期抗旱性鉴定与评价

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玉米科学 2017年第5期25卷 85-90页

作者：成锴苏晓慧栗建枝赵太存王国梁李洪山西省农业科学院谷子研究所/山西省重点实验室山西长治046011 长治学院山西长治046000

以收集的52个推广应用的春播玉米为供试材料,运用渗透压为0.5 MPa的PEG-6000模拟干旱胁迫,测定各品种发芽率、耐旱萌发指数等10个鉴定指标。以鉴定指标的相对值作为抗旱性评价指标,应用多种分析方法对各指标进行比较分析并对品种进行综... 详细信息

以收集的52个推广应用的春播玉米为供试材料,运用渗透压为0.5 MPa的PEG-6000模拟干旱胁迫,测定各品种发芽率、耐旱萌发指数等10个鉴定指标。以鉴定指标的相对值作为抗旱性评价指标,应用多种分析方法对各指标进行比较分析并对品种进行综合评价和分类。结果表明,干旱胁迫下各指标均受到不同程度的影响,其中,发芽势可用于玉米萌发期抗旱性的快速与初步鉴定。发芽势、发芽率、发芽指数与耐旱萌发指数4项指标可作为抗旱能力的主要鉴定指标,种子吸水率与胚根胚芽长、贮藏物质运转率可作为间接抗旱鉴定指标。根据供试品种隶属函数值,利用聚类分析将其分为4个不同的耐旱等级,筛选出17个抗旱型品种。

关键词：玉米萌发期 PEG胁迫抗旱性综合评价