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不同磷胁迫处理转OsPHR2小麦的转录组学分析

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作物学报 2024年第2期50卷 340-353页

作者：李艳方宇辉王永霞彭超军华夏齐学礼胡琳许为钢河南省作物分子育种研究院/河南省麦类种质资源创新与改良重点实验室/神农种业实验室河南郑州450002

PHR基因是磷信号调控体系的核心转录因子,负责启动下游部分应对磷饥饿的适应性反应。本课题前期获得了磷高效转OsPHR2小麦纯系,但OsPHR2提高小麦磷吸收利用效率的分子机制尚不清楚。为揭示该机制,本研究以前期获得的磷高效转OsPHR2小麦... 详细信息

PHR基因是磷信号调控体系的核心转录因子,负责启动下游部分应对磷饥饿的适应性反应。本课题前期获得了磷高效转OsPHR2小麦纯系,但OsPHR2提高小麦磷吸收利用效率的分子机制尚不清楚。为揭示该机制,本研究以前期获得的磷高效转OsPHR2小麦纯系为研究材料,采用水培试验,小麦长至四叶一心时进行低磷胁迫处理,分别在低磷胁迫0、6、24和72 h,利用RNA-Seq进行转录组测定,分析转基因小麦与对照之间根部和叶片的差异表达基因(differentially expression gene, DEG),并分别对根部和叶片DEG进行GO和KEGG功能富集分析。结果显示:低磷胁迫处理0、6、24和72 h转基因系与对照根部有22个共同的DEG,叶片有9个共同的DEG。转基因小麦与对照根部DEG数量在低磷胁迫处理0 h最多,其次为6 h。GO和KEGG富集分析显示,低磷胁迫0 h和6 h,根部DEG主要富集在糖代谢、苯丙素生物合成等生物学过程,以及养分贮存器活性、ATP酶活性等分子功能。转基因小麦与对照叶片DEG数量在低磷胁迫72 h最多,主要富集在糖代谢、有机酸生物合成等生物学过程,以及与糖基转移酶活性、纤维素合酶活性等有关的分子功能。与对照相比,转基因系OsT5-28根部血红素过氧化物酶、谷胱甘肽S-转移酶等防御系统关键酶基因,以及叶片磷酸丙糖转运体家族基因在低磷胁迫前后均上调表达。转OsPHR2小麦与对照对低磷胁迫的响应程度具有一定的差异性,低磷胁迫下转基因小麦较对照具有较强的磷素吸收利用能力,主要是OsPHR2调控了小麦中相关基因表达。

关键词：低磷胁迫转基因小麦转录组磷素吸收利用效率差异表达基因

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不同籽粒氮含量小麦的氮素转运、分配和相关生理特性研究

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麦类作物学报 2024年

作者：彭超军董海滨齐学礼华夏高崇赵明忠胡琳河南省作物分子育种研究院/河南省小麦生物学重点实验室/河南省麦类种质资源创新与改良重点实验室神农种业实验室

为探讨小麦籽粒氮含量的影响因素,以高籽粒氮含量(HGNC)和低籽粒氮含量(LGNC)的小麦品种各2个作为供试材料,比较了灌浆期两类品种的籽粒氮含量变化,分析了氮素转运、分配特性,和旗叶中Rubisco含量、蛋白水解相关酶活性等生理性状差异。... 详细信息

为探讨小麦籽粒氮含量的影响因素,以高籽粒氮含量(HGNC)和低籽粒氮含量(LGNC)的小麦品种各2个作为供试材料,比较了灌浆期两类品种的籽粒氮含量变化,分析了氮素转运、分配特性,和旗叶中Rubisco含量、蛋白水解相关酶活性等生理性状差异。结果表明,灌浆后期至成熟期,HGNC小麦的籽粒氮含量高于LGNC小麦,HGNC小麦的叶片、茎鞘氮素积累和分配比例低于LGNC小麦,且HGNC小麦的氮素转运强度高于LGNC小麦;在灌浆中后期HGNC小麦的Rubisco及可溶性蛋白的降解速度较快,蛋白水解酶活性也较LGNC小麦活跃。综上,灌浆后期至成熟期,HGNC和LGNC小麦的籽粒氮含量差异显著,其受氮素分配、转运影响。在灌浆中后期,旗叶中的Rubisco和可溶性蛋白质降解强度对小麦成熟期的氮含量产生负效应,而蛋白水解相关的酶活性则具有正向作用。

关键词：小麦籽粒氮含量氮转运 Rubisco酶蛋白水解酶

黄淮麦区小麦品种抗倒春寒鉴定及其评价方法构建

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麦类作物学报 2023年第10期43卷 1288-1297页

作者：方宇辉齐学礼张煜李艳赵明忠胡琳许为钢河南省作物分子育种研究院/河南省小麦生物学重点实验室/河南省麦类种质资源创新与改良重点实验室/神农种业实验室河南郑州450002

小麦抗倒春寒特性与发育进程和体内生理指标密切相关。为筛选小麦品种抗倒春寒指标,建立小麦春季抗寒性评价方法,以郑麦7698、矮抗58、石麦19等11份黄淮麦区小麦品种为材料,于小麦二棱期、小花分化期、雌雄蕊分化期、药隔期和四分体期... 详细信息

小麦抗倒春寒特性与发育进程和体内生理指标密切相关。为筛选小麦品种抗倒春寒指标,建立小麦春季抗寒性评价方法,以郑麦7698、矮抗58、石麦19等11份黄淮麦区小麦品种为材料,于小麦二棱期、小花分化期、雌雄蕊分化期、药隔期和四分体期在人工气候室,对试验材料进行低温处理,于6、12和18 h后观察幼穗的受冻情况,测定每个小麦品种的可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛(MDA)含量以及超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性,并对产量性状进行测定。结果表明,幼穗冻害级别以二棱期最低,药隔期最高。进一步对小花分化期、雌雄蕊分化期、药隔期和四分体期低温处理后小麦叶片的生理指标进行比较,发现药隔期低温处理18 h后小麦叶片的可溶性糖含量以及CAT和SOD活性的平均降幅显著高于其他三个时期,分别为32.33%、38.22%和45.20%,MDA含量的平均增幅显著高于其他三个时期,为84.73%。幼穗冻害级别与药隔期低温处理12 h后的可溶性糖含量、SOD活性和MDA含量的变幅均呈极显著相关。这些结果说明,药隔期为小麦抗倒春寒鉴定的最佳生育期,可溶性糖含量、SOD活性和MDA含量可作为小麦抗倒春寒鉴定的生理指标;基于以上3项生理指标的隶属函数综合值对不同品种进行抗寒性评价,综合值(D值)为0.65

关键词：小麦抗倒春寒抗寒指标抗寒评价

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OsPHR2对小麦酸性磷酸化酶活性和根系土壤有机酸含量的影响

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麦类作物学报 2023年第12期43卷 1570-1577页

作者：李艳华夏陈艳艳方宇辉王玉民高崇胡琳许为钢河南省作物分子育种研究院/河南省小麦生物学重点实验室/河南省麦类种质资源创新与改良重点实验室河南郑州450002 神农种业实验室河南郑州450002

为了明确水稻低磷胁迫转录因子OsPHR2对小麦酸性磷酸化酶活性、根系土壤有机酸含量和根系活力的影响,以转OsPHR2小麦纯合株系和受体对照为试验材料,在不施磷(低磷)、施易溶性磷(0.200 g·kg^(-1),KH_(2)PO_(4)为磷源)和施难溶性磷(0.20... 详细信息

为了明确水稻低磷胁迫转录因子OsPHR2对小麦酸性磷酸化酶活性、根系土壤有机酸含量和根系活力的影响,以转OsPHR2小麦纯合株系和受体对照为试验材料,在不施磷(低磷)、施易溶性磷(0.200 g·kg^(-1),KH_(2)PO_(4)为磷源)和施难溶性磷(0.200 g·kg^(-1),以AlPO_(4)为磷源)3个处理下开展转OsPHR2小麦酸性磷酸化酶活性、根际土壤有机酸含量和根系活力的研究。结果表明,拔节期、抽穗期和灌浆期,在低磷和施AlPO_(4)处理下2个转OsPHR2小麦株系旗叶和根部酸性磷酸化酶活性均显著高于受体对照;施KH_(2)PO_(4)处理下,2个转基因株系旗叶酸性磷酸化酶活性在抽穗期和灌浆期均显著高于对照,根部在抽穗期显著高于对照,其他时期差异均不显著。随着小麦生育进程,小麦根际土壤草酰乙酸、草酸、乙酸、丙二酸和柠檬酸等有机酸含量逐渐增加。拔节期和抽穗期,在低磷、施AlPO_(4)和施KH_(2)PO_(4)处理下转基因系OsT5-28根际土壤五种有机酸含量均显著高于对照。转基因小麦根际土壤有机酸含量较对照的提高幅度在拔节期或抽穗期较大。三种处理下转基因系OsT5-28根系TTC还原力在三个时期均显著高于对照。这说明低磷胁迫下OsPHR2可提高小麦酸性磷酸化酶活性和根系活力,促进根系有机酸的分泌,增加分泌量,从而提高小麦磷素吸收效率。

关键词：转基因小麦 OsPHR2 酸性磷酸化酶有机酸

小麦新品种郑麦9188高产稳产表现及遗传特性解析

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种子 2024年第10期43卷 116-122页

作者：昝香存杜习军赵明忠高崇韩留鹏常莹莹陈弯齐学礼河南省作物分子育种研究院/河南省麦类种质资源创新与改良重点实验室郑州450002

依据中种联合体小麦品种试验黄淮南片水地组2年区域试验和1年生产试验汇总数据,分析了郑麦9188的高产稳产特性表现及产量三要素与产量的关系。结果表明,两年区域试验郑麦9188平均产量为7797.0 kg/hm^(2),比对照周麦18增产5.95%,差异极显... 详细信息

依据中种联合体小麦品种试验黄淮南片水地组2年区域试验和1年生产试验汇总数据,分析了郑麦9188的高产稳产特性表现及产量三要素与产量的关系。结果表明,两年区域试验郑麦9188平均产量为7797.0 kg/hm^(2),比对照周麦18增产5.95%,差异极显著;区域试验和生产试验的平均高稳系数(87.2%)比对照高出约4.5个百分点;产量三要素与产量之间的相关系数为有效穗数(0.438)>穗粒数(0.352)>千粒重(0.322);产量三要素对产量的直接通径系数为有效穗数(0.470)>千粒重(0.374)>穗粒数(0.247),穗粒数通过有效穗数与千粒重对籽粒产量的间接通径系数均为正值(0.062和0.043)。依据郑麦9188及其亲本的标记检测结果,分析了郑麦9188中存在的重要农艺性状基因位点,郑9188聚合了7个抗条锈病QTL位点(***-1BL、Yr29、***-1BL、***-2AL、***-3BS、***-4BL、***-6BS)、2个抗叶锈病基因(Lr13和Lr67)、3个高粒重QTL位点(Tabas1、TaGS5-A1、TaGW2-6A),分子标记检测结果可部分解释郑麦9188条锈病和叶锈病的优异抗性及郑麦9188高千粒重特性。

关键词：郑麦9188 高产稳产产量三要素

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河南省小麦种质资源品质特性多样性分析

植物遗传资源学报 2024年

作者：昝香存常莹莹董海滨张煜陈弯齐学礼河南省农业科学院河南省作物分子育种研究院/河南省麦类种质资源创新与改良重点实验室

为了提高我国小麦种质资源的利用效率，拓宽小麦种质资源的遗传基础及筛选优异育种亲本资源，以607份小麦种质为材料，分析不同年代来源种质的品质特征，采用变异系数、相关性分析、聚类分析等方法，对供试小麦种质的13个品质性状指标... 详细信息

为了提高我国小麦种质资源的利用效率，拓宽小麦种质资源的遗传基础及筛选优异育种亲本资源，以607份小麦种质为材料，分析不同年代来源种质的品质特征，采用变异系数、相关性分析、聚类分析等方法，对供试小麦种质的13个品质性状指标进行综合评价。结果显示，13个品质性状在不同小麦种质资源间存在丰富的变异，变异系数在2.28%-79.65%，其中面团稳定时间的变异系数最高，糊化特性指标峰值时间的离散程度最低，且2000年以后的品种在多个性状指标间的离散程度更大。不同年代来源种质的品质比较结果表明，从地方品种到1949—2000年的品种再到2000年以后的品种，随着年代的推移面粉的蛋白质含量、湿面筋含量呈明显降低趋势，而反映面筋强度的面筋指数、形成时间和稳定时间等指标随着年代的推移呈明显升高的趋势，峰值粘度和衰减值在不同年代来源间的变化趋势为1949—2000年的品种>地方品种>2000年以后的品种，三者之间差异显著。相关性分析表明，13个品质指标间存在不同程度的相关性，蛋白质含量、湿面筋含量及峰值粘度与其他多个指标具有相关性，可作为小麦品种选育的指导目标性状。系统聚类分析将小麦种质分为6类，且不同类群间品质性状存在一定差异，各类群均具有其独特的特征；其中第Ⅲ类群具有面粉吸水率低、面筋指数低等特征；第Ⅳ类具有蛋白质含量高、湿面筋含量高和峰值粘度高的特征。同时，还鉴定到蛋白质含量、湿面筋含量及稳定时间3个指标同时达到强筋标准的种质4份，同时达到弱筋标准的种质1份。相关结果为我国小麦种质资源的利用及优质品种选育提供重要参考及理论基础。

关键词：小麦品质性状多样性综合评价

非生物胁迫因素对小麦光合作用的影响研究进展

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河南农业科学 2023年第10期52卷 1-13页

作者：方宇辉华夏韩留鹏赵明忠齐学礼董海滨胡琳河南省作物分子育种研究院/河南省小麦生物学重点实验室/河南省麦类种质资源创新与改良重点实验室河南郑州450002 神农种业实验室河南郑州450002

光合作用是小麦生长发育的能量来源和物质基础,对小麦产量的形成有至关重要的作用。近年来,气候异常现象频繁发生,高温、低温、干旱、渍水、盐碱、强光、弱光等成为影响小麦光合作用的主要因素。综述了温度、水分、盐碱和光照强度等非... 详细信息

光合作用是小麦生长发育的能量来源和物质基础,对小麦产量的形成有至关重要的作用。近年来,气候异常现象频繁发生,高温、低温、干旱、渍水、盐碱、强光、弱光等成为影响小麦光合作用的主要因素。综述了温度、水分、盐碱和光照强度等非生物胁迫对小麦光合作用的影响研究进展,提出了该研究领域存在的问题,并对未来研究方向进行了展望,为小麦高光效育种和栽培管理提供理论参考。

关键词：小麦光合作用非生物胁迫高温低温干旱渍水盐碱强光弱光

利用CRISPR/Cas9技术创制小麦耐低肥Taaap3突变体

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河南农业科学 2023年第11期52卷 33-41页

作者：李艳陈艳艳华夏方宇辉王玉民巩晨齐学礼胡琳河南省作物分子育种研究院/河南省小麦生物学重点实验室/河南省麦类种质资源创新与改良重点实验室河南郑州450002 神农种业实验室河南郑州450002

为了创制耐低肥、高产小麦(Triticum aestivum L.)新种质,利用CRISPR/Cas9技术编辑小麦中氨基酸透性酶基因TaAAP3,明确突变体类型,并分析突变体在低肥条件下的产量,筛选耐低肥、高产小麦新材料。结果表明,共获得了1个小麦TaAAP3基因单... 详细信息

为了创制耐低肥、高产小麦(Triticum aestivum L.)新种质,利用CRISPR/Cas9技术编辑小麦中氨基酸透性酶基因TaAAP3,明确突变体类型,并分析突变体在低肥条件下的产量,筛选耐低肥、高产小麦新材料。结果表明,共获得了1个小麦TaAAP3基因单亚基因组纯合突变体和2个三亚基因组纯合突变体,主要发生的突变是单个碱基的插入和小片段DNA的插入、缺失,其导致了移码突变,使翻译提前终止,造成蛋白质序列完全被改变。突变体Taaap3幼苗叶片中TaAAP3基因的表达水平显著低于野生型,且TaAAP3在三突变类型中的表达量显著低于单突变类型。低肥条件下,3个Taaap3突变体产量均显著高于野生型,且TaAAP3基因表达水平越低,增产幅度越大。综上,在小麦中敲除TaAAP3基因后,其表达水平显著降低,且低肥条件下籽粒产量显著增加。

关键词：小麦 TaAAP3 突变体基因表达籽粒产量 CRISPR/Cas9

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黄淮南部麦区小麦抗赤霉病育种技术体系优化

河南农业科学 2022年第2期51卷 28-36页

作者：李正玲张煜韩留鹏王永霞方宇辉胡琳许为钢河南省作物分子育种研究院/河南省小麦生物学重点实验室/河南省麦类种质资源创新与改良重点实验室河南郑州450002

为了进一步优化黄淮南部麦区小麦抗赤霉病育种技术体系及抗性育种所需的规模化抗性鉴定技术,选择不同赤霉病抗性品种(高抗、中抗、中感、高感品种),在黄淮南部麦区气候条件下对常用的3种人工接种赤霉病菌方法(病粒土表接种、孢子悬浮液... 详细信息

为了进一步优化黄淮南部麦区小麦抗赤霉病育种技术体系及抗性育种所需的规模化抗性鉴定技术,选择不同赤霉病抗性品种(高抗、中抗、中感、高感品种),在黄淮南部麦区气候条件下对常用的3种人工接种赤霉病菌方法(病粒土表接种、孢子悬浮液喷雾接种、单小花滴注接种)不同接种量的发病效果进行比较,并采用有限回交结合分子标记辅助选择育种技术和单倍体育种技术进行抗赤霉病品种选育。结果表明,病粒土表接种适宜采用的接种量为120 kg/hm^(2),在小麦抽穗前1个月分2次均匀撒于小麦行间;孢子悬浮液喷雾接种适宜选择孢子悬浮液浓度为10^(4)个/mL,在小麦扬花初期以100 mL/m^(2)的喷施量喷于小麦穗部;单小花滴注接种适宜使用15~20μL浓度为10^(5)个/mL的孢子悬浮液,于小麦扬花初期注射到麦穗中部的小穗中。采用有限回交结合分子标记辅助选择育种技术将抗赤霉病基因Fhb1和Fhb7导入高产小麦品种郑麦1860中,结合田间抗性鉴定和农艺性状选择创制出赤霉病抗性较轮回亲本(郑麦1860)明显提高的小麦新品系。通过比较不同类型亲本的单倍体育种后代,认为在丰产性和抗病性兼顾的材料之间组配杂交组合开展抗赤霉病单倍体育种较易选择出丰抗结合的抗赤霉病品种。

关键词：小麦抗赤霉病育种鉴定技术育种体系黄淮南部麦区