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马铃薯AQP基因家族鉴定及表达分析

生物技术通报 2024年第9期40卷 51-63页

作者：满全财孟姿诺李伟蔡心汝苏润东付长青高顺娟崔江慧河北农业大学农学院河北省作物种质资源重点实验室华北作物种质资源研究与利用教育部重点实验室保定071000

【目的】水通道蛋白(Aquaporins,AQPs)在植物非生物胁迫下的植物生长发育、水分运输和应激反应等生理过程中至关重要,本研究旨在揭示马铃薯StAQP家族的特性及功能。【方法】对马铃薯StAQP基因家族进行全基因组鉴定,利用生物信息学手段... 详细信息

【目的】水通道蛋白(Aquaporins,AQPs)在植物非生物胁迫下的植物生长发育、水分运输和应激反应等生理过程中至关重要,本研究旨在揭示马铃薯StAQP家族的特性及功能。【方法】对马铃薯StAQP基因家族进行全基因组鉴定,利用生物信息学手段对基因结构、保守基序、顺式作用元件、染色体定位以及基因共线性等进行分析,并结合转录组数据以及RT-qPCR对基因表达模式进行验证。【结果】马铃薯StAQP基因家族的44个成员分布在PIP、TIP、NIP、SIP和XIP五个亚族中,相同亚族的家族成员的基因结构和保守基序基本一致,同时马铃薯AQP家族成员大多数分布在质膜上;马铃薯StAQP家族成员中含有大量和光反应以及胁迫响应有关的顺式作用元件;共线性结果表明,马铃薯AQP家族与拟南芥、烟草、番茄和辣椒4个物种的AQP家族之间存在大量同源基因对;转录组和RT-qPCR验证结果表明,马铃薯StAQP家族成员在干旱胁迫和盐胁迫下高度表达,不同家族成员表达存在差异,同时相同基因在不同胁迫下的表达情况也存在差异,其中StAQP7、StAQP28和StAQP31这3个基因是StAQP家族响应非生物胁迫的关键基因。【结论】StAQPs基因在马铃薯的生长发育和非生物胁迫响应中发挥重要作用。

关键词：马铃薯水通道蛋白生物信息学非生物胁迫表达分析

棉花现代品种资源产量与纤维品质性状鉴定及分子标记评价

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作物学报 2024年第2期50卷 280-293页

作者：柯会锋苏红梅孙正文谷淇深杨君王国宁徐东永王洪这吴立强张艳张桂寅马峙英王省芬华北作物改良与调控国家重点实验室/河北省作物种质资源实验室/华北作物种质资源研究与利用教育部重点实验室/河北农业大学河北保定071001 河间市国欣农村技术服务总会河北河间062450

棉花是重要经济作物和天然纺织工业原料。品种是棉花生产的限制性源头,取决于优异种质资源的鉴定、评价和有效利用。鉴于此,本研究以我国三大棉区(黄河流域棉区、长江流域棉区和西北内陆棉区) 141份陆地棉现代品种资源为材料,在不同环... 详细信息

棉花是重要经济作物和天然纺织工业原料。品种是棉花生产的限制性源头,取决于优异种质资源的鉴定、评价和有效利用。鉴于此,本研究以我国三大棉区(黄河流域棉区、长江流域棉区和西北内陆棉区) 141份陆地棉现代品种资源为材料,在不同环境条件鉴定其9个产量与纤维品质性状,并结合KASP和SSR标记对其进行遗传多样性评价。结果发现,长江流域棉区品种的衣分和衣指最高,黄河流域棉区品种的单铃重和子指最大,西北内陆棉区品种的纤维品质最优;同时发现,4个产量性状与5个纤维品质性状在供试品种间存在极显著差异,产量性状以衣指的变异系数最大(10.09%),品质性状以断裂比强度的变异系数最大(8.81%),说明存在较大选择潜力。依据9个性状进行聚类分析,可将141份品种资源分为2类,且类别间的产量与品质性状存在差异。分子标记检测发现, 30对SSR引物在141份品种资源中扩增出74个多态性条带,32个KASP标记在供试品种中分型清晰,依据标记计算品种的遗传相似系数均值为0.62,说明存在较丰富遗传变异;分子标记聚类分析将供试品种分为2类,且分类结果与表型性状分类结果有一定相似性。本研究共筛选出3份大铃(>7 g)优异种质、24份高衣分(>42%)种质、6份纤维长度和断裂比强度>30的种质以及2份综合性状优异种质,为棉花新品种培育提供了优异亲本资源,为深入利用棉花品种资源提供了依据。

关键词：棉花种质资源产量和纤维品质分子标记遗传多样性

野生大豆与栽培大豆几丁质酶基因鉴定及其表达分析

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植物遗传资源学报 2024年第9期25卷 1573-1588页

作者：张华李娜邢馨竹邵振启李喜焕张彩英河北农业大学农学院/华北作物改良与调控国家重点实验室/华北作物种质资源研究与利用教育部重点实验室/河北省作物种质资源重点实验室

几丁质酶是以几丁质等为底物的糖基水解酶（GH,glycosyl hydrolases），在植物生长发育及抵御逆境中发挥重要功能。然而，大豆几丁质酶基因的组织表达模式及对逆境的响应尚不清楚，影响了其在遗传改良中的应用。本研究分别鉴定野生大豆... 详细信息

几丁质酶是以几丁质等为底物的糖基水解酶（GH,glycosyl hydrolases），在植物生长发育及抵御逆境中发挥重要功能。然而，大豆几丁质酶基因的组织表达模式及对逆境的响应尚不清楚，影响了其在遗传改良中的应用。本研究分别鉴定野生大豆与栽培大豆几丁质酶基因，并分析其表达模式。结果发现，野生大豆与栽培大豆分别含62个和55个几丁质酶基因，位于17条和18条染色体上；进化树分析发现，117个基因分为5类，其中类群Ⅲ与类群Ⅴ属于GH18亚家族，类群Ⅰ、类群Ⅱ与类群Ⅳ属于GH19亚家族；启动子分析发现，几丁质酶家族成员包含响应激素及逆境胁迫顺式作用元件。栽培大豆几丁质酶基因表达分析发现，其在不同组织及抗病耐逆等过程差异表达，其中Gm.01G142400和Gm.13G346700等在接种花叶病毒的抗病品种叶片中诱导表达，Gm.03G254300和Gm.20G164600等在低磷胁迫的磷高效品种根系中诱导表达，Gm.08G259200和Gm.19G245400等在低磷胁迫根瘤中诱导表达；野生大豆几丁质酶基因表达分析发现，其在不同组织及耐盐过程差异表达，其中Gs.02G002604和Gs.02G002940等在盐胁迫耐盐品种叶片中诱导表达。以上结果为挖掘利用几丁质酶基因奠定了基础。

关键词：几丁质酶野生大豆栽培大豆基因家族表达模式

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高粱根际土壤细菌群落对盐胁迫的响应

生物技术通报 2024年第4期40卷 203-216页

作者：高玉坤张建东杨溥原陈东明王志博田颐瑾 Zakey Eldinn.E.A.Khlid 崔江慧常金华河北农业大学农学院华北作物种质资源研究与利用教育部重点实验室保定071000

【目的】探究盐胁迫下高粱根系微生物群落结构变化,以及高粱根系微生物群落网络特征。【方法】以2种耐盐性不同的高粱品种河农16(盐敏感)和高粱蔗(耐盐)为试验材料,通过盆栽种植,不同盐胁迫处理,利用16S扩增子测序技术对其根系微生物组... 详细信息

【目的】探究盐胁迫下高粱根系微生物群落结构变化,以及高粱根系微生物群落网络特征。【方法】以2种耐盐性不同的高粱品种河农16(盐敏感)和高粱蔗(耐盐)为试验材料,通过盆栽种植,不同盐胁迫处理,利用16S扩增子测序技术对其根系微生物组进行高通量测序。【结果】随着盐胁迫的加剧,高粱根系的总酚和总黄酮含量逐渐增加,适宜的盐胁迫通过诱导酚酸类化合物的合成来提高高粱的耐盐性。高粱根际土壤优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和绿弯菌门(Chloroflexi)。盐胁迫条件下Proteobacterisa、Bacteroidetes和Pseudomonas的相对丰度随盐胁迫的加剧显著升高。盐胁迫下高粱根际细菌组成受生育时期的影响较小,高粱根际细菌的群落结构均随盐胁迫程度的加剧而变迁。加权基因共表达相关网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)鉴定了12个基因共表达模块,其中pink模块与盐胁迫显著正相关,greenyellow模块与生育时期和盐处理后的根系总酚、总黄酮含量显著正相关。低盐土壤细菌共现网络比高盐土壤更为复杂,表现为节点和连接更多。鉴定出13个网络关键OTUs,OTU8480、OTU6866、OTU3247和OTU3499是S0网络中的关键OTUs,S3网络中为OTU6895、OTU4206、OTU6470、OTU1810和OTU4916,S7网络以OTU4217、OTU8426、OTU4847和OTU6066为关键类群。【结论】盐胁迫下高粱根系微生物的多样性发生改变,共现网络更为复杂,OTUs间联系更为紧密。

关键词：高粱根际微生物群落结构盐胁迫

不同种植环境下国内外棉花种质资源的遗传多样性分析与评价

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作物学报 2024年第10期50卷 2528-2537页

作者：尚红燕普静柯会锋谷淇深孙正文杨君王国宁张艳卢怀玉徐东永吴立强马峙英王省芬吴金华河北农业大学/华北作物改良与调控国家重点实验室/华北作物种质资源研究与利用教育部重点实验室河北保定071001 河间市国欣农村技术服务总会河北河间062450

目前,我国棉花育种存在着现有品种同质性高,种质资源遗传多样性下降,优异基因资源挖掘不足等问题。鉴于此,本研究以来自我国三大棉区(黄河流域棉区、长江流域棉区和西北内陆棉区)与国外的415份棉花种质资源为材料,在海南三亚、河北河间... 详细信息

目前,我国棉花育种存在着现有品种同质性高,种质资源遗传多样性下降,优异基因资源挖掘不足等问题。鉴于此,本研究以来自我国三大棉区(黄河流域棉区、长江流域棉区和西北内陆棉区)与国外的415份棉花种质资源为材料,在海南三亚、河北河间和河北辛集3个环境下,对3个产量性状指标和7个纤维品质指标进行鉴定和综合评价。结果发现,三亚单铃纤维重和衣分值最高,纤维品质最差,河间单铃重最高,纤维品质最佳,辛集产量性状最差;同时发现,10个表型性状在3个环境下变异系数较大,且具有丰富的遗传多样性。不同来源棉花种质资源除纤维长度、整齐度及短纤维率外均存在显著差异,黄河流域棉区种质资源产量性状最好,纤维长度和断裂比强度最高,且大于“双30”的材料占比最多,但马克隆值偏高;长江流域棉区的单铃纤维重和衣分较高;国外种质资源铃重较高,衣分最低。相关性和聚类分析结果表明,产量性状之间多呈正相关,供试种质资源被分为5类。通过因子分析法对供试材料进行综合排名,筛选出7份大铃(>7 g),26份高衣分(>42%),11份纤维长度与断裂比强度均大于“30”的种质资源,以及9份综合性状表现优异的资源,为棉花育种提供了优异亲本材料,也为进一步开展研究提供了重要依据。

关键词：棉花种质资源产量纤维品质优异种质

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基于GYT双标图综合评价黄河流域中熟杂交棉花区域试验品种

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作物学报 2024年

作者：李超付小琼中国农业科学院棉花研究所/棉花生物育种与综合利用全国重点实验室华北作物改良与调控国家重点实验室/河北省作物种质资源实验室/华北作物种质资源研究与利用教育部重点实验室/河北农业大学

对黄河流域中熟杂交棉花区域试验参试品种进行分析和评价，可以为品种合理布局和品种性状改良提供科学依据。本研究利用GYT双标图对2022—2023年黄河流域30个参试品种的产量、品质、农艺性状、抗病性进行综合评价，深入分析皮棉产量与... 详细信息

对黄河流域中熟杂交棉花区域试验参试品种进行分析和评价，可以为品种合理布局和品种性状改良提供科学依据。本研究利用GYT双标图对2022—2023年黄河流域30个参试品种的产量、品质、农艺性状、抗病性进行综合评价，深入分析皮棉产量与铃重、单株铃数、霜前花率、衣分、第一果枝节位、果枝数、生育期、株高、子指、纤维长度、断裂比强度、马克隆值、伸长率、整齐度、枯萎病指数、黄萎病指数等性状的组合水平，联合方差分析结果表明，2年试验中所有性状的基因型效应和环境效应均达到了极显著水平，大部分基因型与环境互作效应达到了显著或极显著水平，同时大部分互作效应平方和占比总变异平方和比例大于基因型效应。筛选出中棉所9B07等产量-性状组合优良的品种，比对照品种中棉所9711适应性更广、丰产性更好，具有较高的应用推广价值。GYT双标图比GT双标图具有解释的变异比例更高、拟合度更好、分析结果可信度更高等优点，可以更加直观展示参试品种特点，为我国作物品种多性状综合评价提供参考。

关键词：棉花 GT双标图 GYT双标图产量-性状组合

基于10K SNP芯片分析255份玉米种质资源的遗传多样性

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中国农业科技导报 2024年第8期26卷 20-33页

作者：高山闫晓翠王楠张梦洁李友鹏刁文达段会军河北农业大学农学院华北作物种质资源研究与利用教育部重点实验室河北保定071000

玉米(Zea mays L.)是全球三大粮食作物之一,也是重要的饲料作物。分析玉米种质资源的农艺性状和遗传多样性对玉米育种和生产具有重要指导意义。以255份玉米种质构成的自然群体作为研究材料,利用10K SNP液相芯片进行全基因组扫描,获取基... 详细信息

玉米(Zea mays L.)是全球三大粮食作物之一,也是重要的饲料作物。分析玉米种质资源的农艺性状和遗传多样性对玉米育种和生产具有重要指导意义。以255份玉米种质构成的自然群体作为研究材料,利用10K SNP液相芯片进行全基因组扫描,获取基因分型;利用VCF2PCA Cluster和Mega11等软件进行表型聚类和遗传多样性分析。结果表明,检测到14139个高质量SNP位点,分布于玉米10条染色体上;基因多态性的变化范围为0.05~0.50,均值为0.29;多态信息含量(polymorphism information content,PIC)的变化范围为0.04~0.38,均值为0.24;热带群体和温带群体的等位基因频率差异绝对值大于0.30的位点有104个;通过群体遗传结构分析、主成分分析和聚类分析,将255份供试材料划分为温带和热带2个主要亚群。研究结果确定了255份来自温带和热带玉米种质间的遗传多样性和亲缘关系,为后续玉米种质资源改良和创新奠定基础。

关键词：玉米 10K SNP 种质资源遗传多样性

大豆扩展蛋白基因GmEXLA1在荚果发育中的功能鉴定

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中国农业科技导报 2024年

作者：李娜张华邢馨竹邵振启杨占武李喜焕张彩英河北农业大学农学院华北作物改良与调控国家重点实验室华北作物种质资源研究与利用教育部重点实验室

扩展蛋白是一类通过松弛细胞壁释放胞内膨胀压力使植物细胞得以扩张的蛋白，在植物生长发育以及抵御各种逆境胁迫中发挥重要功能。然而，有关扩展蛋白在荚果发育中的作用尚不明确。鉴于此，克隆大豆扩展蛋白基因GmEXLA1，并研究其在荚... 详细信息

扩展蛋白是一类通过松弛细胞壁释放胞内膨胀压力使植物细胞得以扩张的蛋白，在植物生长发育以及抵御各种逆境胁迫中发挥重要功能。然而，有关扩展蛋白在荚果发育中的作用尚不明确。鉴于此，克隆大豆扩展蛋白基因GmEXLA1，并研究其在荚果发育中的功能，结果发现，GmEXLA1在大豆荚粒中优势表达，开放读码框长度780 bp，编码259个氨基酸，其中第1～19位氨基酸属于信号肽序列，烟草叶片亚细胞定位发现，编码蛋白GmEXLA1位于植物细胞壁，具有扩展蛋白发挥其生物学功能所必需的2个保守结构域；进一步分析发现，GmEXLA1超表达极显著增加转基因拟南芥的果荚长度、宽度和种子重量，其中种子重量的增加幅度为61.2%～80.6%；而GmEXLA1突变则显著降低大豆的荚长、粒长、粒宽和粒重等性状，其中粒长、粒宽和粒重的降低幅度分别为13.5%、7.0%和25.6%，说明GmEXLA1在植物荚果发育过程中发挥重要作用。另外，分析不同大豆品种资源GmEXLA1等位变异发现，含15个SNPs，其中位于上游的SNP(A/G)在野生大豆与栽培大豆中的分布频率（A85%vs A38%;G15%vs G62%）存在极显著差异。研究结果为通过生物育种手段改良大豆产量性状提供了重要的扩展蛋白基因。

关键词：大豆扩展蛋白细胞壁荚果发育等位变异

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玉米苗期和萌发期抗旱指数筛选及评价

中国农业科技导报 2024年第10期26卷 30-40页

作者：何源谷晓童冯莉情段会军陶勇生河北农业大学农学院华北作物改良与调控国家重点实验室华北作物种质资源研究与利用教育部重点实验室河北保定071001

为了筛选主推玉米品种萌发期和苗期的抗旱性指标,以审定玉米品种作为供试材料,设置对照和干旱胁迫(质量体积分数20%的PEG-6000)2个处理。在萌发期测定发芽率、发芽势和萌发指数,在苗期至三叶一心期测定丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量... 详细信息

为了筛选主推玉米品种萌发期和苗期的抗旱性指标,以审定玉米品种作为供试材料,设置对照和干旱胁迫(质量体积分数20%的PEG-6000)2个处理。在萌发期测定发芽率、发芽势和萌发指数,在苗期至三叶一心期测定丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量、叶绿素含量、根干重、冠干重、株干重、株鲜重、干重根冠比和干鲜比。采用抗旱系数、加权抗旱系数并结合主成分分析、隶属函数分析等方法综合评价玉米品种抗旱性并筛选抗旱指标。结果表明,萌发期玉米品种的发芽率、发芽势和发芽指数表现出不同程度的下降。发芽率、发芽势和发芽指数的抗旱系数变化较大,分别为7.33~97.78、14.81~97.69和33.25~98.59。基于抗旱系数和聚类分析,将18个品种分为抗旱、中等和敏感型3类,其分别与抗旱性综合评价值(T_(i))0.00~0.35、0.53~0.66和0.77~0.96相对应,萌发期敏感型品种包含郑单958(V1)、京单28(V3)、华农138(V5)等11个,抗旱型品种包含先玉335(V2)、京科968(V4)、先玉047(V7)等4个。苗期玉米品种的叶片MDA含量和叶绿素含量比对照(CK)显著提高外,其他6个性状均有不同程度的变化。基于抗旱系数及其加权抗旱系数的主成分分析和聚类分析,将17个品种分为抗旱、中等和敏感型3类,其抗旱性综合评价值(T_(i))分别为0.30、0.49和0.55,苗期敏感型品种包含先玉1140(V8)、MC817(V16)、郑单958(V1)等5个,抗旱型品种为京科968(V4)、先玉047(V7)和农大372(V9)等7个。因而,玉米萌发期和苗期的抗旱性需应用综合评价方法进行有效评价,尤其对于黄淮海地区水资源匮乏和可利用水资源严重短缺的玉米生产及单粒播种模式下苗期和萌发期品种抗旱性评价研究显得尤为重要。

关键词：玉米杂交种胁迫处理萌发期苗期抗旱系数聚类分析

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