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[硕士论文] 张婷
控制工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:我国农业种植面积广大,而且一直都是农民凭借经验进行人工灌溉,故用于灌溉的水资源消耗一直很大。随着近几年环境的恶化,大部分地区的小河、水井等都已经干枯,所以提高水资源的利用率、加快转变农业的发展方式迫在眉睫。国家也一直在号召农业现代化,随着国家政策的推出,越来越多的技术被逐渐地应用在农业上,比如智能控制、物联网技术、云计算等。针对目前的形式,本文以小麦田为例,设计了一套基于物联网的小麦智能灌溉系统。
  基于物联网的小麦智能灌溉系统主要包括四部分:下位机的终端监控设备模块、网关模块、上位机的智能灌溉决策模型和交互界面。终端监控设备用于监测小麦的环境参数和控制电磁阀的开关,该部分主要完成了ZigBee芯片、各类传感器和电源模块的软硬件设计。网关模块是整个智能灌溉系统的协议转换设备,它将来自终端监控模块的数据包进行分析、压缩和融合后,利用4G网络传输到上位机,此部分主要是ZigBee、处理器、4G模块的硬件电路设计和网关处理数据的软件工作流程设计。上位机的智能灌溉决策模型主要包括规则模型和数学模型,规则模型是根据小麦灌溉管理的专家知识和种植人员的经验设计的,数学模型是利用彭曼公式和水平衡方程对小麦需水量和所需灌溉量进行的建模,这两种模型均可对小麦的灌溉进行预报和决策,从而达到节水灌溉的目的。最后设计了可实时显示的监控界面,将采集的信息和灌溉决策更直观的展现给用户。
  本文设计的基于物联网的小麦智能灌溉系统以ZigBee技术和4G技术相结合的方式实现无线传输,解决了有线传输中布线麻烦、不易维修等问题。同时,该系统的智能灌溉决策模型给出了两种基于不同的灌溉策略下的灌溉决策方法,提高了小麦智能灌溉的准确性,为小麦节水灌溉提供了参考,具有一定的实际意义。
[硕士论文] 靳宏沛
生理学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:水稻是重要的单子叶模式作物,也是我国主要的粮食作物之一。水稻在生长发育中,低温冷害是常见的问题。研究水稻耐冷性的分子生理机制对我国水稻高产高效生产和粮食安全具有重要意义。为了研究低温在水稻中的作用机制,最直接有效的工具就是构建水稻突变体,基因敲除是实现该目标的最有效方法。本研究从水稻低温表达芯片中挑选了11个受低温胁迫诱导表达的基因,利用CRISPR/Cas9技术创制了8个基因的功能缺失突变体,以及3个购自RISD(Rice T-DNA Insertion Sequence Database)的T-DNA突变体,研究这些基因与耐冷性的关系,主要结果如下:
  1.水稻低温响应基因的筛选:根据日本晴幼苗低温芯片基因表达谱筛选出11个低温响应基因(Metall、UL、WRKY45、WI12、ADT、RBP、OS2、POT、PRP、CP12和RCI2-6)。qRT-PCR检测了这11个基因在4℃条件下诱导表达水平,发现PRP基因的表达受诱导最为显著;WRKY45和WI12基因在4℃诱导表达也明显;ADT、RBP、OS2和POT基因受低温诱导水平较低;而Metall、UL、CP12和RCI2-6基因在4℃低温条件下有一定变化。初步说明这些基因与低温有一定的关系。
  2.CRISPR/Cas9缺失突变体的创建:利用CRISPR/Cas9技术构建了WI12、ADT、RBP、OS2、POT和PRP基因的CRISPR/Cas9双靶位点载体。另外,CP12和RCI2-6基因各选取一个靶位点,构建了这两个基因的共同双靶位点载体。利用农杆菌遗传转化法获得了52株基因编辑突变体。其中,WI12、RBP、OS2、POT和PRP基因转基因株系已筛选到纯合突变体,ADT基因已筛选到杂合突变体,而CP12和RCI2-6基因已筛选到杂合双突变体。其中,POT基因转基因株系P-56,编辑比较特殊,发生了不在靶位点(在两个靶位点之外)编辑的大片段缺失。
  3.Metall、UL和WRKY45蛋白的亚细胞定位:构建了3个基因(Metall、UL和WRKY45)的亚细胞定位表达载体,分别转化到水稻原生质体。激光共聚焦显微镜观察发现,Metall定位在细胞质中,UL定位在叶绿体中,WRKY45定位在细胞核中。
  4.Metall、UL和WRKY45基因T-DNA纯合突变体株系农艺性状调查:共分离检测筛选获得了3个T-DNA纯合突变体,qRT-PCR检测T-DNA纯合突变体目的基因表达均比野生型低。Metall、UL和WRKY45T-DNA纯合突变体株系的结实率、穗长、1-4级节间长度、株高和有效分蘖数等指标均比野生型DJ显著下降,说明这3个基因缺失影响了水稻的生长发育。
  5.T-DNA纯合突变体耐冷性鉴定:水稻纯合突变体和野生型株系的三叶期幼苗4℃胁迫处理。Metall纯合突变体4℃处理4d,UL和WRKY45纯合突变体4℃处理5d,恢复生长后发现Metall、UL和WRKY45基因的T-DNA突变体株系均对低温比较敏感,这3个基因可能正调控水稻的耐冷性。
[硕士论文] 张桑里
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:水稻是我国的主要粮食作物之一。利用两系法杂交水稻是人们更好地实现水稻杂种优势利用的重要途径。稻瘟病和白叶枯是目前导致水稻减产的主要病害,而过量施用农药会污染环境、降低稻米品质。因而,培育抗稻瘟病和抗白叶枯病的两系杂交水稻品种,将有利于提高产量和保护环境。广占63-4S是两系杂交水稻育种中的优良不育系之一。本研究的主要内容如下:(1)以本实验室前期选育的抗稻瘟病、抗白叶枯病不育系华1015S为供体、广占63-4S为受体,通过杂交和分子标记辅助选择培育新的抗稻瘟病、抗白叶枯病不育系;(2)华1015S为供体、广占63-4S为受体,通过连续回交、自交,分子标记进行前景选择和背景选择,创建具有广占63-4S遗传背景的Xa23单片段渗入系和Pi2、Xa23双基因渗入系;(3)以华1201S为供体、广占63-4S为受体,通过连续回交、自交,分子标记进行前景选择和背景选择,创建具有广占63-4S遗传背景的Pi2单片段渗入系。主要研究结果如下:
  1.从‘广占63-4S/华1015S’后代中选出3个携带Pi2、Xa23基因的新不育系,分别命名为华3222S、华4821S和华5111S。
  2.抗性鉴定结果表明,华3222S、华4821S和华5111S抗稻瘟病和白叶枯病,抗性水平与供体亲本华1015S相当。3个新不育系的生育期和主要农艺性状介于两个亲本之间,与华1015S相比,株高明显降低。稻米品质与广占63-4S相似,但产量配合力不如广占63-4S。华5111S的综合性状表现较好,建议在后期的育种计划中重点使用。
  3.创建了Pi2基因单片段(约1.22Mb)渗入广占63-4S背景的株系三个,编号是SL16024-27、SL16024-95和SL16024-115,背景回复率99.68%,初步观察表型与广占63-4S相似,稻瘟病抗性明显提高。创建了Xa23基因单片段(约4.77Mb)渗入广占63-4S背景的株系一个,编号为SL16025-15,背景回复率98.72%,初步观察农艺性状与广占63-4S有一定差异,白叶枯病抗性明显提高。创建了Pi2、Xa23双基因渗入系1个,编号是SL16026-111,其中Pi2基因在6号染色体插入片段0.80Mb,Xa23基因在11号染色体插入片段3.34Mb,在10号染色体上有非目标基因插入片段10.88Mb,背景回复率达到95.96%,稻瘟病和白叶枯病抗性都有明显提高,但是农艺性状与广占63-4S也有一定差异。后期需要对这些基因渗入系进一步进行性状鉴定和基因聚合。
[博士论文] 刘莉
生理学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:据联合国粮农组织(FAO)报道,全世界约8亿多公顷的土地受盐胁迫的影响,并且越来越多的农业用地受盐胁迫影响,因此盐胁迫是当前限制农业可持续发展的主要因素之一。水稻是一种对盐胁迫比较敏感的作物。可见,研究水稻响应盐胁迫的机理具有重要的科学意义和应用前景。
  前期研究表明盐胁迫能抑制植物种子萌发,但盐胁迫抑制种子萌发的机理还不清楚。植物激素赤霉素(gibberellin,GA)能促进种子萌发,并且能缓解盐胁迫对种子萌发的抑制作用,但赤霉素在水稻种子萌发过程响应盐胁迫的机理还不清楚。本课题第一部分研究内容(论文第二章)探究了赤霉素对盐胁迫下水稻种子萌发的调控作用及机理,结果表明,盐胁迫通过促进活性GA钝化,降低种子活性GA含量,降低α-淀粉酶活性,进而抑制种子萌发。
  根系是植物最重要的器官之一,与土壤直接接触,容易受环境影响。很多研究表明盐胁迫能抑制根系生长;乙烯和茉莉酸(jasmonic acid,JA)是植物体内很重要的逆境激素,它们不仅能调控植物正常的生长发育,还可以调控植物对非生物胁迫的响应。但是,目前乙烯和茉莉酸对盐胁迫下水稻幼苗根系生长的调控作用及机理还不清楚。本课题第二部分研究内容(论文第三章)探究了乙烯和茉莉酸在盐胁迫下对水稻种子根生长的调控作用及机理,结果表明,乙烯和茉莉酸参与盐胁迫对水稻种子根生长的抑制作用,盐胁迫通过乙烯依赖及乙烯不依赖途径促进茉莉酸合成,进而抑制细胞分裂及伸长,导致水稻种子根生长受阻。
  本课题第一部分研究内容(论文第二章)的主要实验结果如下:
  1.盐胁迫通过降低种子中内源活性GA的含量,进而抑制水稻种子萌发。本研究结果表明,NaCl处理导致种子胚中活性GA1和GA4的含量分别降低了24%和60%,进而导致种子发芽率降低了27%,外源GA3能缓解NaCl对种子萌发的抑制作用。
  2.盐胁迫通过促进种子中活性GA的钝化,进而降低活性GA含量。本研究结果表明,NaCl能够诱导GA钝化基因的表达,促进活性GA钝化,进而显著降低活性GA(GA1和GA4)含量。
  3.盐胁迫导致活性GA含量降低,抑制α-淀粉酶基因表达,降低α-淀粉酶活性。本研究结果表明,NaCl能够抑制α-淀粉酶基因OsAmy1A、OsA my1C、OsAmy3C、OsAmy3E的表达并降低α-淀粉酶活性,外源GA3能缓解NaCl对α-淀粉酶基因表达及活性的抑制作用。
  本课题第二部分研究内容(论文第三章)的主要实验结果如下:
  1.乙烯和茉莉酸都参与盐胁迫对水稻种子根生长的抑制作用。NaCl抑制水稻幼苗种子根的生长,抑制程度与NaCl浓度呈正相关,NaCl促进乙烯和茉莉酸合成基因表达,增加乙烯和茉莉酸含量。乙烯合成抑制剂(AVG)和乙烯作用抑制剂(Ag+)以及茉莉酸合成抑制剂(IBU)能缓解NaCl对水稻种子根生长的抑制作用。
  2.乙烯和茉莉酸在盐胁迫抑制水稻种子根生长过程中存在互作。NaCl对种子根生长的抑制作用能被单独施加AVG和Ag+部分缓解,能被单独施加IBU完全缓解;单独施加一种激素(茉莉酸)合成抑制剂IBU与同时施加两种激素(乙烯和茉莉酸)抑制剂(AVG+IBU、Ag++IBU)对NaCl抑制种子根生长的缓解效应相同;这些结果表明乙烯和茉莉酸在盐胁迫抑制水稻种子根生长过程中有上下游关系。进一步研究表明,IBU能缓解乙烯对种子根生长的抑制作用,而AVG和Ag+不能缓解茉莉酸对种子根生长的抑制作用,乙烯能够促进茉莉酸合成基因的表达,增加茉莉酸含量,可见,盐胁迫下,乙烯是通过茉莉酸抑制水稻种子根生长。同时由于NaCl对种子根生长的抑制作用能被乙烯合成及作用抑制剂部分缓解,被茉莉酸合成抑制剂完全缓解,说明盐胁迫还可以通过乙烯不依赖的途径促进茉莉酸合成抑制根系生长。由此可见,盐胁迫通过乙烯依赖及乙烯不依赖途径促进茉莉酸的合成,进而抑制种子根的生长。
  3.盐胁迫通过茉莉酸抑制细胞分裂及伸长相关基因的表达,抑制分生区细胞分裂及伸长区细胞伸长,从而抑制水稻幼苗种子根的生长。本研究利用RNA-seq和qRT-PCR证实了NaCl与茉莉酸处理均能抑制细胞分裂(如PCNA)及伸长相关基因(如EXP和XTH)的表达,导致分生区细胞数目变少及成熟区细胞的长度变短,从而抑制种子根生长;IBU能缓解NaCl对PCNA、EXP和XTH等基因表达的抑制作用,恢复分生区细胞数目及成熟区细胞的长度,缓解NaCl对种子根生长的抑制作用。这些结果表明,盐胁迫通过茉莉酸抑制分生区细胞的分裂及伸长区细胞的伸长,进而抑制种子根的生长。
  综上所述,盐胁迫通过促进水稻种子活性GA的钝化,降低活性GA含量,从而抑制α-淀粉酶基因的表达,导致α-淀粉酶活性降低,最终抑制水稻种子萌发。乙烯和茉莉酸参与盐胁迫对水稻种子根生长的抑制作用,盐胁迫通过乙烯依赖及乙烯不依赖途径促进茉莉酸合成,进而抑制细胞分裂及伸长,导致水稻种子根生长受阻。
[硕士论文] 谢勇军
生物化学与分子生物学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:水稻是世界上最重要的作物之一,同时也是一种单子叶模式植物。在生长发育的过程中,水稻会遭到许多非生物逆境的胁迫,这给水稻产量造成了重大损失。因此,培育出具有抗逆性的水稻新品种具有十分重要的意义。现有的研究虽然已经报道了许多逆境相关基因,但这距离人们全面了解水稻的抗逆机制还有很长的一段距离。
  为了更进一步地了解水稻的抗逆机制,本研究从公共数据库和本实验室中共搜集得到了491张与水稻非生物逆境相关的基因芯片。计算得到了各个非生物逆境下的差异表达基因之后,我们对这些差异表达基因行了GO富集分析以及启动子区顺式作用元件分析。最后,我们构建了各个非生物逆境下的基因共表达网络。研究的主要结果如下:
  1.计算得到了各个非生物逆境下的的差异表达基因。其中干旱胁迫下的差异表达基因有2506个,低温胁迫下的差异表达基因有2936个,高温胁迫下的差异表达基因有2259个,盐胁迫下的差异表达基因有2463个,且有174个基因在四种非生物逆境下都差异表达。
  2.提取各个逆境下的差异表达基因转录起始位点上游1.5kb的序列作为启动子区,对这些启动子区进行顺式作用元件分析。在干旱胁迫条件下,我们鉴定到了26个顺式作用元件,其中有20个顺式作用元件与数据库中已知的顺式作用元件具有较高的相似性,其余6个则是功能未知的。在低温胁迫条件下,我们鉴定到了16个顺式作用元件,其中有12个顺式作用元件与数据库中已知的顺式作用元件具有较高的相似性,其余4个则是功能未知的。在高温胁迫条件下,我们鉴定到了17个顺式作用元件,其中有13个顺式作用元件与数据库中已知的顺式作用元件具有较高的相似性,其余4个则是功能未知的。在盐胁迫条件下,我们鉴定到了24个顺式作用元件,其中有18个顺式作用元件与数据库中已知的顺式作用元件具有较高的相似度,其余6个则是功能未知的。
  3.计算得到基因的表达量之后,我们构建了各个非生物逆境下的的基因共表达网络,并鉴定到了相应的基因模块。通过对基因显著性以及模块关系进行筛选,我们得到了与各个非生物逆境相关的候选基因。在干旱胁迫条件下,我们鉴定到了13个基因模块和200个与干旱胁相关的候选基因。在低温胁迫条件下,我们鉴定到了17个基因模块和441个与低温胁迫相关的候选基因。在高温胁迫条件下,我们鉴定到了22个基因模块和139个与高温胁迫相关的候选基因。在盐胁迫条件下,我们鉴定到了11个基因模块和57个与盐胁迫相关的候选基因。
[硕士论文] 赵丽
作物栽培学与耕作学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:油菜生产中,产量、抗倒性表现优良品种所具有的特征对后期选育新品种有重要借鉴意义。本试验于2015-2017年采取多点试验方法,选用20个品种,在长江流域(武汉、黄冈、武穴、南昌、昆明、成都、南京)生态区种植,筛选出不同类型品种,同时研究与品种相关的关键农艺性状,探索气象因子(日照时数、温度、有效积温、太阳辐射量、降雨量等)与产量、倒伏关系。
  1.高产适应性强与低产适应性弱油菜产量均受到地上生物量、单株角果数影响,限制低产适应性弱油菜产量提高的因素同时有根茎粗、分枝数,故选育高产品种时,可优先考虑增加植株单株角果数、地上生物量,在保证较大单株角果数、地上生物量基础上,增加植株分枝数、根茎粗。茎秆生化成分中,油菜低产适应性弱特性受茎秆中纤维素、木质素含量的影响,高产适应性强特性与纤维素、木质素无明显相关性,当油菜茎秆中纤维素含量较多,木质素含量较少,有助于提高低产适应性弱品种的产量。低产适应性弱品种产量易受到环境因子的影响,影响地上生物量关键气象因子为太阳辐射量、降雨量、日均温差,其中降雨量为影响地上生物量的关键指标(Y=55.5187+1.4873X1-1.6843X3-3.1133X4,R2=0.7403,其中Y、X1、X3,X4分别代表地上生物量、苗期、花期、角果期降雨量),苗期降雨量较多,花期、角果期降雨量较少,有利于地上生物量的提高;影响单株角果数的关键气象因子为太阳辐射量、日照时数、平均温度,其中日照时数为影响单株角果数的主要指标(Y=-107.4756-41.0334X1+51.4413X4+57.3412X5,R2=0.7974,其中Y、X1、X4、X5分别代表单株角果数、苗期、角果期、全生育期日照时数),苗期日照时数相对较少,角果期、全生育期日照时数相对较多,有利于增加油菜产量。
  2.高抗适应性强品种与低抗适应性弱品种影响抗倒性主要因素为抗折力,限制低抗适应性弱品种抗倒性增强的因素同时有分枝高、株高,故选育高抗品种,可优先考虑增强植株茎秆抗折力,在保证植株较大茎秆抗折力基础上,降低植株分枝高、株高。茎秆生化成分中,高抗适应性强品种与低抗适应性弱品种均受到茎秆中纤维素含量影响,低抗适应性弱品种倒伏指数同时受到茎秆中木质素含量的影响,故增强低抗适应性弱品种抗倒伏能力可首先增加植株茎秆纤维素含量,其次考虑木质素含量的增加。低抗适应性弱品种倒伏性状易受到环境因子的影响,影响分枝高关键气象因子为日均温差、太阳辐射量、日照时数,最关键影响因子为日温差(Y=192.0558-5.2729X2-7.8765X3,R2=0.8271,其中Y、X2、X3分别代表分枝高、薹期、花期日温差),薹期、花期较大日温差有利于增加植株抗倒性;低产适应性弱品种株高主要受到太阳辐射量、日照时数、降雨量的影响,最关键影响因子为降雨量(Y=130.0967+8.3776X1+15.4994X2+9.8460X5,R2=0.8616,其中Y、X1、X2、X5分别代表株高、苗期、薹期、全生育期降雨量),苗期、薹期、全生育期降雨量不宜过多。
  3.品种中影响产量最关键指标为单株角果数;影响倒伏最关键指标为抗折力,故单株角果数177.8个-209.2个可作为长江流域高产且生态适应性好的品种选择的指标,抗折力99.1N-121.8N可作为长江流域高抗且生态适应性好的品种选择的指标。抗折力、纤维素可作为协调产量、抗倒性的综合指标,油菜茎秆抗折力较大、纤维素含量较多,则产量较高,抗倒性较强,适宜的抗折力在99.1N-121.8N,纤维素含量在24.67%-30.11%。
[博士论文] 王转茸
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:菌核病是由核盘菌引起的一种严重威胁油菜产量和品质性状的真菌性病害。核盘菌通过向寄主植物分泌细胞壁降解酶CWDEs、多聚半乳糖醛酸酶PGs和病原菌相关的分子PAMPs等与寄主植物建立侵染关系。为了抵御病原菌的侵染,植物进化出一类多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白PGIPs来抑制PGs的活性。本研究在甘蓝型油菜7-5(低抗)、P61-5(高感)和T45(高感)材料中超表达水稻的OsPGIP2基因,通过分子鉴定和抗性鉴定筛选出了16个菌核病抗性显著提高的T1代转基因家系,之后继续对转基因家系的T2、T3和T4代进行分子鉴定、菌核病抗性鉴定、种子品质性状和千粒重的考察,最终获得了菌核病抗性显著改良且遗传稳定的转基因油菜种质资源。此外,利用RNA-seq技术分析了转基因和非转基因家系核盘菌侵染后的差异表达基因,提出转基因甘蓝型油菜中由OsPGIP2介导的抗病调控网络。主要研究结果如下:
  1.转基因家系中OsPGIP2的拷贝数鉴定和表达量分析
  对16个转基因家系进行Southern blot检测,确定7-5B、7-5C、7-5D、7-5G、7-5H、7-5J、T45B#1、T45B#2和T45C为单拷贝插入植株,7-5A、P61-5A、P61-5B#1和P61-5B#2为双拷贝插入植株,7-5M含有5个拷贝。qPCR检测发现,在不同转化事件的转基因家系中,OsPGIP2基因的表达水平存在较大差异;在同一转化事件中,OsPGIP2基因的表达量无显著性差异;在含有5个拷贝的7-5M家系中,OsPGIP2基因的表达量最低。同时,T2和T3代抗病性鉴定显示,除了7-5M家系,其它转基因家系菌核病抗性与非转基因对照相比都提到了显著提高。这些结果表明OsPGIP2基因已成功整合到甘蓝型油菜基因组中,OsPGIP2基因的低拷贝插入事件能够增加甘蓝型油菜的抗病性,而多拷贝插入事件易导致目的基因沉默。
  2.OsPGIP2转基因家系的抗病性鉴定与种子千粒重和品质性状分析
  T4代转基因家系离体叶片接菌72hpi的菌斑面积都显著小于非转基因家系;喷菌丝存活率实验显示转基因家系具有良好的苗期抗性;成株期模拟极端疾病压力实验证明转基因家系的发病率低于非转基因家系;在离体茎秆接菌和田间茎秆接菌实验中,转基因家系菌斑长度都显著小于非转基因家系。成株期接种核盘菌后,转基因家系种子中芥酸和蛋白质的含量与非转基因家系相比无显著差异,而转基因家系种子千粒重和含油量都显著高于非转基因家系。以上结论证明,转化OsPGIP2基因能够改良甘蓝型油菜7-5、T45和P61-5的苗期和成株期菌核病抗性,同时能够保证种子的千粒重和品质性状更少的受到菌核病影响。
  3.解析OsPGIP2介导的防卫反应途径
  RNA-seq结果显示,OsPGIP2介导的抗病反应主要依赖于调节与RLKs(receptor-like kinases)、细胞内钙和离子转运、过氧化物产生和H2O2清除相关基因、JA/ET及生长素、转录因子、疾病防卫反应相关基因、细胞壁重建、CYP/GSH/Histone、碳源代谢和转运等相关的植物先天免疫反应路径。DAB staining和qPCR结果显示,OsPGIP2转基因家系中H2O2的积累和氧化还原反应相关基因的表达都显著高于非转基因家系。OsPGIP2转基因家系茎秆细胞壁单糖含量的测定结果显示,油菜茎秆中阿拉伯糖、木糖、纤维素、甘露糖和木质素的含量随花期的发展逐渐增加,在终花期OsPGIP2转基因家系的纤维素、半纤维素和甘露糖的含量都显著高于非转基因家系,说明转入OsPGIP2可能影响细胞壁糖类组成相关途径来提高油菜的菌核病抗性。
  4.SsPGs和OsPGIP2互作分析
  油菜叶片提取物培养核盘菌发现,核盘菌在加入OsPGIP2转基因叶片提取物的培养基上生长显著延缓,菌丝排布紧密,而对照中核盘菌生长快,菌丝排列松散。qPCR检测接菌茎秆中的核盘菌致病基因SsPGs的表达量显示,OsPGIP2转基因家系中SsPGs的表达显著低于对照。比较OsPGIP2与核盘菌PGs之间互作的亲和性发现,OsPGIP2与SsPG3和SsPG6的亲和性高于OsPGIP2与SsPG1和SsPG5的亲和性。利用Splite luciferase(LUC)互作实验进一步证实OsPGIP2能够与SsPG3和SsPG6互作,而不与SsPG1和SsPG5互作。
  综上所述,在油菜中超表达OsPGIP2能显著增强甘蓝型油菜的苗期和成株期菌核病抗性,而不损害种子的千粒重和品质性状。OsPGIP2转基因家系的叶提取物能延迟病原菌侵染,从而增强其对核盘菌的抗性。组成型表达OsPGIP2可增加活性氧的产生,提高茎秆细胞壁纤维素、半纤维素和甘露醇的含量,并影响油菜先天免疫反应相关基因的表达。同时,OsPGIP2蛋白能与核盘菌SsPG3和SsPG6发生互作,表明OsPGIP2在转基因甘蓝型油菜防卫反应机制中起着重要作用。
[硕士论文] 金诚
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:植物油脂不仅为人体提供能量与营养,也是重要的工业原料。甘蓝型油菜(Brassica napus L.)是我国第一大油料作物,菜籽油是我国食用油的主要来源之一。近年来,食用植物油消费总量不断提高,提高油菜种子含油量是保障我国食用植物油供需平衡的关键因素。了解油菜种子油脂合成调控机制可以为油菜高油育种提供理论支持。
  本研究从500余份油菜种质资源挑选出2个“双低”油菜材料中双11号(ZS11,高含油量)和WH5557(低含油量)并利用气相色谱质谱联用仪(GC-MS)测定了不同发育阶段种子的脂肪酸含量及组成。结果表明,ZS11与WH5557成熟种子的含油量和脂肪酸组成具有明显差异,并且在种子发育过程中ZS11油脂积累速度显著快于WH5557。
  利用基质辅助激光解吸电离质谱成像技术(MALDI-MSI)分析了成熟种子不同组织(外子叶、内子叶与胚根)中三酰甘油(TAG)与磷脂酰胆碱(PC)的含量与组成。结果显示,不同组织之间的TAG与PC的含量与组成存在显著差异,脂质分布具有空间分布差异性。同时通过电喷雾质谱串联质谱(ESI-MS/MS)分析了种子中的TAG及PC各组成成分的mol%,此结果与MALDI-MSI的结果总体一致,表明MALDI-MSI结果是可靠的。在显微镜下分离成熟种子的外子叶、内子叶及胚根并提取脂质,利用液相色谱电喷雾质谱串联质谱(LC-ESI-MS/MS)检测了种子各组织的脂质含量及组成成分。结果表明,不同组织中脂质含量与组成具有显著差异。此结果与MALDI-MSI结果一致,进一步验证了MALDI-MSI结果的可靠性。
  收集发育34天的种子,提取种子不同组织的RNA并进行转录组测序。转录组数据表明,糖酵解、脂肪酸从头合成、TAG合成、脂滴形成等油脂代谢途径中多个关键基因的表达量均存在差异。以上结果表明,油脂合成过程中的关键基因的表达水平对不同种类脂质的空间分布起着一定的作用。而2个材料中蛋白质、可溶性糖及淀粉含量的差异则暗示了WH5557种子中的碳更倾向于积累到碳水化合物中,这可能是造成其含油量低的原因之一。
  此外,为了更高效地分析油菜脂质代谢物,实现高通量脂质组分析,我们开发并建立了基于高分辨质谱UPLC-TripleTOF的脂质组高通量分析方法。相比于传统的脂质组分析方法,此方法具有高效、快速、样品需求量少和准确度高等特点。基于此方法,我们分析了ZS11的根、茎、叶、叶柄及发育中的种子的脂质含量及组成成分。结果表明,基于UPLC-TripleTOF的脂质组分析方法重复性良好,可以对甘油酯、磷脂和糖脂等13类脂(总计146个脂质分子)进行准确地定性与定量。油菜中不同器官及不同发育阶段种子的脂质组的测定为脂质组学的研究提供了参考依据。基于UPLC-TripleTOF的脂质组学分析方法可成为高通量脂质组分析的重要手段。
[博士论文] 黄聪
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:陆地棉为世界纺织业提供了最多的天然纤维,是我国最重要的经济作物之一。生育期、株型、产量和纤维品质等是陆地棉重要的农艺性状,关乎到棉花的经济价值和生产方式。这些性状为复杂的数量性状,受到微效多基因的控制,通过传统的育种方法很难改良。解析这些性状的遗传基础对实现高效的陆地棉分子育种具有重要意义。
  关联分析作为近年来发展起来的一种检测QTL的高效手段,被得到广泛应用。本研究主要基于两个群体关联分析解析陆地棉生育期、株型、产量和纤维品质性状的遗传基础。
  1基于503份种质资源全基因组关联分析解析陆地棉重要农艺性状的遗传基础
  本研究广泛收集了中国国内的503份陆地棉种质资源,这些种质资源主要包括国内的5个主要棉区的栽培品种以及美国和前苏联引进的品种。利用CottonSNP63K芯片以及一张己发表的基于该芯片构建的高密度遗传图谱对503份材料进行基因分型,筛选获得了11975个高质量的多态性SNP。群体的多态性系数和遗传多样性系数均值分别为0.332和0.391。通过估算群体的连锁不平衡水平,发现LD衰减距离为6.1cM(r2=0.1)。经过STRUCTURE模拟、PCA分析和绘制N-J进化树,将503种质资源划分成了3个明显的亚群。考察获取了503份种质材料8个环境共16个重要农艺性状的表型值。利用11975个SNP标记和BLUP后的表型值,选择能够很好地控制假阳性的混合线性模型MLM(Q+K)进行全基因组关联分析。16性状共检测到324个显著关联的SNPs,解释率范围为3.17%-9.04%。参考LD衰减距离将324个显著关联到的SNPs划分为160个QTLs,其中有7个QTLs在最近的研究中被报道。有28个QTL区间和11个处于连锁的QTLs与多个性状关联,表现出位点或基因的多效性,通过绘制QTL网络图展示了性状与QTL之间的网络联系。此外,参考基因组织表达信息和已报道基因的功能,分别筛选出了336和18个可能的候选基因。在一个LD衰减较快的位点上,鉴定到了一个可能跟LP相关的候选基因(Gh_D08G2376)。
  2基于8亲本MAGIC群体的关联分析解析陆地棉重要性状的遗传基础
  构建了一个8亲本的陆地棉MAGIC群体,群体大小为960个株系(MLs)。MAGIC群体及亲本在2013-2015年共进行了5个环境的表型实验,考察了14个重要农艺性状。性状的的遗传力在PMs和MLs中的变化范围分别为0.11-0.87和0.17-0.85。比较表型的变异范围,发现单环境和BLUP的表型值中,MLs的变异范围都高于PMs,说明MLs比PMs的表型变异更丰富。
  在研究前期,利用PMs从本实验室发表的高密度的陆地棉-海岛棉遗传图谱上筛选获得284个高质量且多态性好的SSR标记。基于284个SSR标记对MLs进行基因分型。SSR标记遗传多样性系数在PMs和MLs中的平均表现为0.415和0.463,MLs的遗传变异比亲本丰富。此外,通过PCA分析发现MAGIC群体没有明显的群体结构。估算MAGIC群体的LD水平,衰减距离为0.76cM(r2=0.1)。利用忽略群体结构干扰的混合线性模型MLM(K)将14个性状BLUP的值与SSR标记关联,在p<0.01水平上检测到139个显著关联的SSR标记。显著位点的解释率范围为0.71%-7.23%。139个位点覆盖了96个SSR标记,有40个标记在前人的研究中被报道,6个被报道的结果与本研究结果一致。另外有26个SSR标记同时关联到多个性状,表现出位点多效性。此外,我们发现了9个热点位点,这对后续的遗传研究和指导育种具有非常重要的价值。
  为了深度对MAGIC群体进行基因分型,基于表型和219对SSR标记挑选出了一个较小的MAGIC群体(SMLs),群体包含372株系。在2016年增加了一个地点的SMLs的表型试验。利用SLAF-seq技术对PMs和SMLs进行基因分型获得60495个SNPs。估算SMLs的连锁不平衡水平,当r2衰减到0.1时,LD衰减距离为600kb。利用SNP基因分型数据和SMLs的表型数据进行全基因组关联分析。14个性状6个单环境和BLUP的表型数据共检测到975个显著关联的SNP,覆盖400个QTLs,对表型变异的解释率范围为5.08%-53.80%,平均值为11.01%。其中有30个QTLs在多个环境中被检测到,另外有88个QTL区表现出位点多效性。参考组织表达模式数据库,在144QTL区间内筛选到了271个相关组织特异表达的基因,此外鉴定到18个功能已知的基因位于相关性状的QTL区间内,这些基因可以作为候选基因。
[硕士论文] 刘红玲
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:棉花是世界上极其重要的油料作物和纤维作物。在整个生长周期中,棉花会遭受各种各样昆虫的为害,严重影响棉花的品质和产量。在棉花和昆虫长期的博弈中,棉花形成了复杂的防御体系来应对昆虫的袭击。昆虫取食植物时,植物会产生伤口(Wounds),同时植物也可以感知昆虫口腔分泌物(OS),进而产生防御响应。本研究中,对棉花进行机械损伤后,在机械伤口处滴加昆虫口腔分泌物(W+OS)和水(W+W),比较在OS是否存在的情况下,植物转录水平上的差异,来探究OS在植物响应昆虫中的作用。从转录组获得的差异表达基因中选取9个,利用CRISPR-Cas9技术进行基因敲除,且对其中的LOX基因进行基因家族进化分析,本研究主要结果如下:
  1.对发生机械损伤和昆虫口腔分泌物处理的棉花进行比较转录组分析
  对转录组测序得到的reads进行过滤、拼接、组装和样品间基因差异表达分析。在这两种口腔分泌物处理的样品中,下调表达的基因数量均多于上调表达的基因数量。GO(Gene Ontology)富集分析中,差异表达基因主要富集于“酶的催化活性”、“转运蛋白”、“转录调节因子”和“对刺激的响应”等类别。W+OS和W+W处理的样品中,茉莉酸(JA)和茉莉酸-异亮氨酸(JA-Ile)的含量随着时间的推移均升高,但是W+OS处理的植物中,JA和JA-Ile含量比W+W高1倍多。两种口腔分泌物处理的共同差异基因主要富集在“倍半萜和三萜生物合成”、“苯丙烷代谢”和“类黄酮生物合成”等抗虫代谢路径。这些结果意味着,由于鳞翅目昆虫口腔分泌物的存在,棉花调整体内基因的表达,以应对昆虫的继续危害,并且印证了口腔分泌物在棉花-昆虫互作中起着重要的作用。
  2.基因的遗传转化和LOX基因家族的全基因组鉴定和进化分析
  由棉花与鳞翅目昆虫互作的转录组数据,筛选到LOX(脂氧合酶)、PAL(苯丙氨酸解氨酶)、Gols(肌醇半乳糖苷合成酶)和MIPS(肌醇-1-磷酸合酶)等9个差异表达基因,利用CRISPR-Cas9技术进行基因敲除。通过全基因组分析,在四个已测序的棉种雷蒙德氏棉、亚洲棉、陆地棉和海岛棉中分别鉴定了18、13、23和28个LOX基因。系统进化分析将LOX基因家族基因分为三个亚组,9-LOX,Ⅰ类13-LOX和Ⅱ类13-LOX。在同一个亚组内,LOX基因结构相似。陆地棉中的23个LOX基因,随机的分布在14条染色体上。这些生物信息分析结果为今后棉花LOX基因的功能研究奠定了基础。
[硕士论文] 曾妮
植物营养学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:硼是植物生长发育所必需的微量营养元素,其在植物细胞壁的构成、碳水化合物的运输和代谢、生殖器官的建成和发育等方面起到重要作用。Expansin是植物细胞壁的重要组成部分,通过调控纤维素微纤丝之间的非共价键,使细胞壁聚合物发生膨压诱导的蠕变,最终促进细胞伸展,以此缓解各种环境因子对细胞的压力。本研究利用生物信息学等方法分析了甘蓝型油菜expansin基因家族的结构特征,利用甘蓝型油菜硼高效和低效品种不同硼处理转录组数据鉴定了该基因家族的表达模式,采用营养液培养等方法研究了不同硼处理硼高效和低效品种根尖细胞形态、细胞壁组分和expansin基因表达的差异。取得的主要结果如下:
  (1)明确了甘蓝型油菜expansin基因家族的结构特征
  利用拟南芥expansin家族基因的基因组序列和十字花科基因组数据库BRAD,鉴定出109个甘蓝型油菜expansin家族成员。这些BnaEXPs基因分布在19条染色体上,基因长度680-17442bp,编码的氨基酸长度160-381aa。系统进化树表明BnaEXPs家族基因可分为EXPA、EXPB、EXLA和EXLB等4个亚家族,分别含79、21、5和4个成员。GO(Gene ontology)功能分析显示BnaEXPs家族基因参与的生物学过程主要为植物细胞壁组成和有性繁殖,且亚细胞定位均位于细胞外。
  (2)低硼胁迫甘蓝型油菜硼高、低效品种expansin基因家族的表达谱具有显著差异
  利用课题组前期获得的甘蓝型油菜硼高效品种(青油10号,QY10)和硼低效品种(Westar10,W10)不同组织部位(根、新叶和老叶)不同硼处理(25μMB和0.25μMB)转录组数据分析了BnaEXPs家族基因的表达模式,结果表明缺硼胁迫时,QY10根、新叶和老叶中分别有40、18和30个BnaEXPs基因显著上调或下调表达;W10根、新叶和老叶中分别有27、24和41个BnaEXPs基因显著上调或下调表达。QY10和W10相比,正常硼处理根、新叶和老叶中分别有26,9和17个BnaEXPs基因存在显著差异表达;低硼胁迫时,根、新叶和老叶中分别有7,4和18个expansin基因存在显著差异表达。利用DeGNServer在线工具对转录谱数据进行共表达基因网络分析,预测出16个BnaEXPs种子基因(seedgene)及其互作基因。利用硼高效QTLs的物理位置区间与甘蓝型油菜expasin家族基因的物理位置进行比较分析,检测到10个位于硼高效QTL区间内的expansin基因,其中BnaC04.EXPA6a、BnaC04.EXPA6b和BnaA03.EXPA8等3个expansin基因为seed gene。定量PCR分析结果显示BnaC04.EXPA6b在低硼胁迫QY10根中的表达量显著高于W10,可能与甘蓝型油菜的低硼耐受性相关。
  (3)初步揭示了甘蓝型油菜硼高、低效品种响应低硼胁迫的生理差异及其与expansin基因表达的关系
  低硼条件下,苗期W10的叶片和根系生长严重受阻,植株总干重、总根长、根表面积、根体积和根尖数均显著低于QY10,但硼、钙含量和钙硼比在缺硼QY10和W10的相同组织部位无显著差异。微分干涉相差(DIC)显微镜显示低硼胁迫QY10伸长区细胞长度显著大于W10。利用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)分析细胞壁组分,发现低硼胁迫QY10根细胞壁的果胶甲基酯化度降低,蛋白质含量、果胶含量和纤维素含量均增加,而W10根细胞壁中果胶含量和果胶甲基酯化度增加,蛋白质含量保持不变,纤维素含量降低,且低硼胁迫处理W10根细胞壁中果胶含量和果胶甲基酯化度均显著高于QY10。定量PCR分析结果表明长期低硼胁迫QY10根中BnaC04.EXPA4和BnaC04.EXPA6b的表达量均显著高于W10,是调控低硼耐受性高低的关键基因。甘蓝型油菜响应缺硼胁迫时,硼高效品种因根系细胞壁中纤维素含量和expansin活性比硼低效品种高,而果胶含量和果胶甲基酯化度比硼低效品种低,因此根系细胞壁的稳定性和延伸性较低效品种更好,通过根细胞的相对稳定扩展,使植株最终表现出更强的低硼耐受性。
[硕士论文] 柴凯斌
生态学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:为了评估秸秆还田对稻麦系统净生态系统经济效益(NEEB)的影响,本试验研究了不同秸秆还田量水平对稻麦系统土壤还原性状态、功能微生物丰度、温室气体排放、作物产量试验的影响。试验采用随机区组设计,包括4个处理,分别为上季作物秸秆不还田、1/3秸秆还田、2/3秸秆还田和秸秆全还田。主要研究结果如下:
  (1)随秸秆还田量增加,稻田土壤还原性物质总量和活性还原性物质随之增加;全量还田处理还原性物质总量和活性还原性物质总量较秸秆不还田、1/3还田和2/3还田处理分别提高了43%、17%、23%和48%、49%、18%;秸秆还田显著降低土壤氧化还原电位(Eh)。
  (2)秸秆还田显著影响土壤甲烷和氧化亚氮相关微生物基因丰度。秸秆还田增加了土壤中产甲烷菌基因(mcrA)丰度,较之秸秆不还田、1/3还田和2/3还田处理分别增加了27%、29%和15%,但对甲烷氧化菌(pmoA)丰度影响不显著。秸秆还田显著减少了氧化亚氮相关功能基因丰度,较之秸秆不还田、1/3还田和2/3还田处理,秸秆全量还田处理AOA丰度分别降低了8%、15%和5%;AOB丰度分别降低了18%、11%和4%;nirK丰度分别降低了13%、12%和7%;nirS丰度分别降低了20%、5%和6%。
  (3)甲烷(CH4)排放主要发生在稻季,其峰值出现在返青期和幼穗分化期。秸秆还田显著提高了CH4排放。与不还田处理相比,1/3秸秆还田、2/3秸秆还田和秸秆全还田处理CH4排放量分别提高了26%、21%和60%;氧化亚氮(N2O)排放主要发生在每次施肥后,秸秆还田量显著降低了氧化亚氮的排放。与不还田处理相比,1/3秸秆还田、2/3秸秆还田和秸秆全还田处理N2O排放量分别降低了18%、39%和38%;
  (4)秸秆还田显著增加作物产量,不还田处理下作物产量较之其他三个处理分别低了6.7%~9.4%,但还田量间的作物产量无显著性差异;
  (5)秸秆还田显著影响NEEB,表现为不还田处理<全量还田处理<1/3还田和2/3还田处理;1/3还田和2/3还田处理较全量还田处理分别提高了12.5%和3.5%;
  综上所述,1/3上季作物秸秆还田具有较高作物产量、较低温室气体排放量和较高NEEB,是目前较好的一种秸秆还田方式。其不仅增加了农业经济收益、缓解了全球变暖趋势,还增加了土壤肥力、保护了土壤微生物多样性,有助于农业生态可持续发展,值得推广。
[博士论文] 孙程明
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:油菜是世界三大油料作物之一,是我国食用植物油的重要来源。人口的不断增长对食用油的产量增加提出了更高的要求。株高和分枝角度是油菜重要的株型性状,适度紧凑的分枝角度能提高油菜的种植密度,合适的株高能增强植株的抗倒性。因此,解析两个性状的遗传机制,挖掘优良的等位基因对株型育种具有重要价值。本研究中我们利用Illumina60K SNP芯片对520份甘蓝型油菜材料进行基因分型,在重庆、长沙、南京和武汉多点调查群体的分枝角度和株高。最终利用3种关联模型对2个性状进行了全基因组关联分析,主要研究结果如下:
  (1)经过Genome Studio软件的质控,剔除分型不明确的或多拷贝的SNP,最终得到19,167个高质量SNP标记。利用Structure软件和筛选出的SNP标记计算群体结构,将关联群体分为2个亚群。群体平均亲缘关系值为0.061,表明群体株系间的亲缘关系较弱。
  (2)当r2=0.1时,A,C亚基因组及全基因组的LD衰减距离分别是1,046、7,882kb和6,660kb。通过Haploview软件共检测到2,315个单倍型域(Haplotype Block),总长177.4Mb,占油菜已组装基因组的20.9%。A亚基因组的单倍型域总长只占全基因组单倍型总长的24.8%,显著少于C亚基因组的75.2%。9个单倍型域长度超过3Mb,除了一个在A06,其余分布在C亚基因组的5条染色体上。这6个超长单倍型域横跨或靠近着丝粒,与染色体的反转录转座子富集,基因密度低的区域重叠。
  (3)520份甘蓝型油菜株系在4个环境中的分枝角度变异范围广,单个环境极端自交系间差异最高达43.3°,广义遗传力是78.5%。利用GLM、MLM和A-D test三种模型,最终检测到56个显著位点,联合解释51.1%的表型变异。在53个关联区域预测到77个候选基因,包含SGR2、SGR4、SGR8、SGR9、LAZY1、TIR1、AFB5、TAR2和ARF10等拟南芥已报道基因的同源基因。
  (4)520份甘蓝型油菜株系在6个环境的株高表型变异范围广,从48.33cm到228.39cm,广义遗传力高达85.2%。利用GLM、MLM和A-D test三种模型,共检测到68个显著位点,联合解释42.3%的表型变异。在65个关联位点附近预测到95个候选基因,包含油菜已报道基因BnRGA和GA2ox8以及拟南芥GA20ox1、GA20ox2、GA2ox3、GA2ox4、GAMT1、DET、DWF、BRI、BAK1、CYP90C1、CYP90D1、UGT73C5、AB CB1和PAO5等已报道基因的同源基因。
  (5)利用QTL侧翼标记的引物序列,将已发表的7个连锁群体和2个关联群体的株高QTL锚定至油菜参考基因组。本研究的70.5%关联位点与已报道的QTL重叠,29.4%位点在至少2个定位群体中得到验证。78.3%GLM和71.4%A-D test的关联位点与已报道的QTL重叠。
  (6)以高杆组作为参照群,在矮杆组中进行XP-CLR分析,预测到107个受选择区域,长度从10kb到250kb,总长5.1Mb,占油菜已组装基因组的0.8%。本研究中的24关联位点与受选择区域重叠。
[硕士论文] 夏亦涛
植物营养学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:镉是一种有毒元素,我国耕地土壤镉超标点位数达7.0%,同时小麦是中国的第二大粮食作物,因此筛选小麦镉低积累品种并探明其镉低积累的生理及分子机制具有重要理论与实践意义。本文以全国范围内收集的小麦主栽品种为材料,分析不同品种籽粒镉含量差异的基础上,探讨小麦高低积累品种分子标记特征及离子组特征,进一步分析典型小麦籽粒镉高、低积累品种在镉吸收、转运之间的差异机制,取得的主要结果如下:
  1.小麦籽粒镉高低积累品种筛选。通过2年多点的大田试验,以成熟期籽粒镉含量为主要指标,从134个中国小麦品种(系)中筛选出籽粒镉、低积累品种各15个,并初步发现小麦籽粒镉含量与苗期地下部至地上部的镉迁移系数呈显著正相关。
  2.小麦籽粒镉高、低积累品种的分子标记特征。分析了镉积累相关分子标记Usw47、Scopc20与小麦籽粒镉含量之间的关系。结果表明,单独使用Usw47或Scopc20分子标记对小麦镉高、低积累品种的鉴别率不高,但应用Usw47标记结合苗期镉迁移系数的方法,可以将小麦籽粒镉高、低积累品种的鉴别率由原来的66.7%和46.7%,提高到88.9%和85.7%。
  3.小麦籽粒镉高、低积累品种离子指纹特征。聚类分析结果表明,小麦籽粒镉高积累品种可分为颖壳镉高积累和颖壳镉低积累两类,小麦籽粒低积累品种可分为颖壳镉高积累和茎秆镉高积累两类;小麦籽粒、颖壳和茎秆的镉累积与锌、钙、镁、锰关系密切,小麦籽粒镉含量与锌、钙、镁、铁、锰含量呈显著正相关,叶片镉含量与锌含量呈负相关,茎秆镉含量与钙、锰含量呈负相关;小麦籽粒镉与锌存在共富集现象,且两者符合一元二次方程(R=0.765,P<0.05)。
  4.小麦籽粒镉高、低积累品种吸收转运的差异机制。品种H86具有更加发达的根系以及更高的根系TaIRT1表达量,而品种L15具有较低叶片、根系镉含量,其叶片至茎秆、籽粒至颖壳的镉迁移系数低于品种H86,同时镉在品种L15的根系细胞壁和叶片液泡中分配比更高,品种L15各部位TaHMA3基因表达量均显著高于品种H86;推测籽粒镉低积累品种L15较弱的镉吸收转运能力弱,并将更多的镉区隔化在根系细胞壁和叶片液泡中,是导致其籽粒镉低积累的主要原因。
[博士论文] 李洪戈
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:油菜是世界上最重要的油料作物之一,中国油菜种植面积和菜籽产量均居世界前列。油菜株型对其产量具有重要影响,分枝角度是决定油菜株型的主要性状之一。此外,分枝角度还影响油菜的种植密度和机械化收获。茎秆倒伏是油菜的两种倒伏类型之一,其不仅与油菜株型密切相关,而且还会造成油菜产量损失和菜籽品质降低。鉴于分枝角度和茎秆倒伏性状对于油菜生产的重要影响,了解其分子作用机制和挖掘优良候选基因对于油菜的遗传改良显得尤为重要。本研究首先利用两个甘蓝型油菜分离群体对分枝角度和茎秆抗折力性状进行遗传分析研究,随后利用472份甘蓝型油菜构建的关联作图群体对分枝角度和茎秆倒伏相关性状(茎秆抗折力、茎秆直径、茎秆强度和倒伏系数)进行全基因组关联分析,最后对在分枝角度和茎秆抗折力性状上存在显著差异的甘蓝型油菜进行转录组测序分析。主要研究结果如下:
  1.分枝角度性状的遗传分析
  利用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型分析方法,对甘蓝型油菜2个分离群体F2和F2∶3的分枝角度性状分别进行遗传分析,结果显示F2代分枝角度性状的最适模型是1MG-AD模型,而F2∶3代是1MG-A模型,即分枝角度受到一对主基因控制,主基因间具有加性-显性效应或只具有加性效应。
  2.分枝角度的全基因组关联分析
  利用芸薹属60K SNP芯片对关联作图群体进行群体结构分析,结果显示472份甘蓝型油菜能够分配到3个亚群,分别包含64份、199份和209份材料。单倍型块分析表明,甘蓝型油菜基因组上存在2423个单倍型块,总长度为181.53Mb,覆盖28.28%的染色体区域。此外,大的单倍型块(≥1Mb)往往位于C基因组并且在着丝粒附近富集。油菜植株随着分枝部位的逐渐升高,分枝角度也逐渐增大,植株中部3个分枝的角度值最能够代表全株分枝的角度。分枝角度在作图群体中存在广泛的表型变异。利用MLM和MRMLM两种模型分别鉴定到46和38个与分枝角度显著关联的QTL,对表型变异的累计解释率分别为62.2%和66.2%。在这些QTL中,分别鉴定到73和64个候选基因,包括在油菜中第一次鉴定桷Bna.TAC1(BnaC04g00780D)、Bna.SGR1(BnaC08g25070D)、Bna.SGR3(BnaA06g35880D和BnaC09g19750D)和Bna.SGR5(BnaA06g34390D)。
  3.分枝角度差异材料的转录组分析
  对2个分枝角度存在显著差异的油菜材料进行转录组测序分析,在两个材料分枝的背地侧和近地侧之间共同上调的基因中鉴定到49个与生长素反应相关的差异表达基因,其中包括Bna.YUCCA6(BnaC09g03930D)和Bna.IAA19(BnaC03g39170D);在共同下调的基因中鉴定到32个与生长素反应相关的差异表达基因,包括Bna.AXR3(BnaCnng41350D)和Bna.SGR5(BnaC07g48900D)。另外,5个TCP1基因(BnaA02g13010D、BnaA07g26270D、BnaA07g25110D、BnaC06g26860D、BnaC06g28330D)在2个材料的背地侧组织中共同上调表达,2个YABB Y2基因(BnaA06g04870D和BnaC08g13560D)共同下调表达,并且这些共同表达基因在分枝的背地侧和近地侧的差异表达倍数存在差异。联合GWAS和RNA-seq分析,共同鉴定到22个基因,包括1个Bna.TAC1(BnaA05g01220D)和2个Bna.LAZY1(BnaA10g19550D和BnaC03g06250D)。
  4.茎秆抗折力的遗传分析
  甘蓝型油菜两个分离群体6个世代(P1、P2、F1、B1∶2、B2∶2和F2∶3)茎秆抗折力的联合遗传分析显示,该性状的最适模型为MX2-ADI-ADI,即两对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因模型;该性状受两对主基因和微效多基因共同控制,以主基因遗传为主,两个群体的平均主基因遗传率分别为19.46%和69.93%。两对主基因的加性效应和显性效应在一个群体中作用方向相反,而在另一个群体中作用方向相同,同时还存在多种上位性效应。两个群体中环境变异占到表型变异的54.68%和13.23%,说明环境对茎秆强度的影响较大。
  5.茎秆倒伏性状的全基因组关联分析
  茎秆抗折力、茎秆直径、茎秆强度和倒伏系数4个茎秆倒伏相关性状在作图群体中存在广泛的表型变异。四个性状间存在显著相关。关联分析分别检测到与茎秆抗折力、茎秆直径、茎秆强度和倒伏系数显著关联的26、18、17和13个QTL,并在这些位点中鉴定到29、19、18和25个候选基因,包括茎秆抗折力的候选基因Bna.ESK1(BnaC08g26920D)和Bna.CESA6(BnaA09g06990D)、茎秆直径的候选基因Bna.EXPA16(BnaC08g26400D)和Bna.BRX(BnaA08g07050D)、茎秆强度的候选基因Bna.FRA2(BnaC02g23170D)和Bna.ARF2(BnaA05g14370D)以及倒伏系数的候选基因Bna.CEL5(BnaA07g10240D)和Bna.IRX14-L(BnaA07g12000D)。
  6.茎秆抗折力差异材料的转录组分析
  在花期和角果前期对高、低茎秆抗折力材料进行RNA-Seq分析,发现在花期上调表达的基因有1679个、下调表达的有2586个,在角果期上调表达的基因706个、下调表达的414个。在2个发育时期发现一个共同上调表达的基因Bna.TBL1(BnaC01g23560D)和一个共同下调表达的基因Bna.ARF2(BnaA05g14370D)。鉴定到7个差异表达的转录因子,包括MYB类的MYB26、MYB43、MYB61和MYB85,WRKY类的WRKY47以及KNAT7。权重基因共表达网络分析(WGCNA)和GO富集分析发现,‘绿色’模块内的基因或主要在花期参与茎秆强度的调控并且主要通过参与纤维素的合成与代谢途径来完成。联合RNA-Seq、GWAS和WGCNA鉴定到Bna.ARF2(BnaA05g14370D)、Bna.CESA6(BnaA09g06990D)和Bna.FRA8(BnaC04g39510D)3个重要的候选基因。
[硕士论文] 钱可
生理学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:株高作为水稻重要的农艺性状之一,与产量关系密切。株高过高容易倒伏,株高过矮会导致生物质积累不够,影响水稻产量潜力,所以适宜的株高对于保障水稻产量十分重要,因此对水稻株高的研究具有重要的科学意义及应用前景。目前对于植物激素脱落酸(abscisic acid,ABA)的研究主要集中在响应逆境方面,而对其调控水稻株高的机理研究还不够,本实验利用野生型水稻(Dongjin)、过量表达OsSAPK10(OsSAPK10是水稻脱落酸信号转导途径中正向调控因子)和RNA干扰OsSAPK10的转基因株系作为实验材料,研究了OsSAPK10影响水稻抽穗期和节间伸长生长来调控株高的机理。主要实验结果如下:
  1.OsSAPK10的表达水平与水稻株高呈负相关趋势。与野生型相比,过量表达OsSAPK10的转基因株系显著变矮,且OsSAPK10表达量越高,株高越矮;与野生型相比,RNA干扰OsSAPK10的转基因株系显著变高,且OsSAPK10表达量越低,株高越高。
  2.OsSAPK10上调早穗基因表达水平,下调晚穗基因表达水平,导致水稻抽穗期提前,降低可伸长节间数目和穗长,最终降低水稻株高。与野生型相比,过量表达OsSAPK10的转基因株系中早穗基因(如OsFKF1,Ehd1等)表达水平上调,晚穗基因(如Ghd7,DTH7等)表达水平下调,抽穗期显著提前,节间数减少1个,穗长分别缩短了21.01%和24.54%;与野生型相比,RNA干扰OsSAPK10的转基因株系中早穗基因(如OsFKF1,Ehd1等)表达水平下调,晚穗基因(如Ghd7,DTH7等)表达水平上调,抽穗期显著延后,穗长分别增长了14.12%和16.02%。
  3.OsSAPK10下调节间中GA合成基因表达水平,降低内源活性GA含量,下调信号转导途径中正向调控基因表达水平,下调节间中细胞分裂及伸长相关基因表达水平,抑制节间生长,降低株高。与野生型相比,过量表达OsSAPK10的转基因株系中GA合成基因OsGA20ox3等表达水平显著下调,GA钝化基因OsGA2ox5等表达水平显著上调,活性GA4含量显著降低,GA信号转导正向调控基因d1、OsGID1、OsGRF1等表达水平显著下调,细胞分裂相关基因OscycB:1等表达水平显著下调,细胞伸长相关基因OsXTH8、OsXET、OsEXP1等表达水平显著下调,最上部节间长分别缩短了5.95%和18.38%;与野生型相比,RNA干扰OsSAPK10的转基因株系中GA合成基因OsGA20ox3等表达水平显著上调,GA钝化基因OsGA2ox5等表达水平显著下调,活性GA4含量显著升高,GA信号转导正向调控基因d1、OsGRF1等表达水平显著上调,细胞分裂相关基因OscycB:1等表达水平显著下调,细胞伸长相关基因OsXTH8、OsXET、OsEXP1等表达水平显著上调。
  4.OsSAPK10降低单株产量。与野生型相比,过量表达OsSAPK10的转基因株系穗粒数显著降低;与野生型相比,RNA干扰OsSAPK10的转基因株系穗粒数显著增多。
  综上所述OsSAPK10上调早穗基因表达水平并下调晚穗基因表达水平,促进抽穗期提前,使得植株营养生长过早向生殖生长转变,缩短了营养生长的时间,降低节间数和穗长,同时减少穗粒数,降低水稻单株产量;在节间伸长生长过程中,OsSAPK10下调节间中GA合成基因表达水平,降低活性GA4含量,下调GA信号转导正向调控基因表达水平,下调节间中细胞分裂及伸长相关基因表达水平,抑制节间生长,降低水稻株高。
[博士论文] 沈钰森
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:甘蓝型油菜(Brassica napus L.,2n=38,AACC)是世界上重要的油料作物,为人类提供了食用油、为动物提供了蛋白饲料、也为工业发展提供了生物质能。理想株型的甘蓝型油菜品种可以提高植株对光能的利用、便于合理密植及适宜机械化收获,是我国当前油菜育种的重要目标。开展甘蓝型油菜株型相关性状的QTL定位及遗传调控机制解析,可为分子定向育种奠定基础。本研究利用甘蓝型油菜和荠菜(Capsella bursa-pastoris)杂交产生的分枝紧凑的异源渗入系为亲本之一,构建了DH群体和高密度的SNP遗传连锁图,进行了分枝角度的QTL定位及候选基因预测,发现控制株高、第一分枝高、茎秆直径与开花期的共定位QTL,主要结果如下:
  1.DH群体与高密度遗传连锁图谱的构建
  以紧凑分枝的渗入系Y689和甘蓝型油菜品种Westar为亲本、利用小孢子培养技术构建了包含208个株系的YW-DH群体,用60K SNP芯片进行基因分型,构建了一张包含3,073个SNP标记的高密度遗传连锁图谱,总长为2,242.14cM,平均标记密度为0.73cM。将SNP标记比对到甘蓝型油菜参考基因组上,发现A02和C02染色体上存在易位现象,而在A06,A08,C01和C07染色体上存在明显的染色体缺失,显示渗入系在培育过程中可能发生了较大的基因组变异。
  2.分枝角度性状的QTL定位
  2014-2016年将YW-DH群体在半冬性、冬性和春性的六个环境中种植并考察了分枝角度性状,结合群体的基因型数据,在全基因组范围内共检测到17个QTL,其中位于A03上的QTL(qBA.A03-2)能被重复检测到,解释10.21%-13.21%的表型变异;位于C03染色体上的两个相邻的QTL(qBA.C03-3和qBA.C03-4)也能被重复检测到,分别解释10.55%-21.73%和14.02%-17.21%的表型变异。与他人的结果对比表明,这三个都是新发现的主效QTL。候选基因预测生长素早期响应基因SAUR30(BnaC03g14890D)和SA UR55(BnaC03g16420D)可能参与调控油菜分枝角度大小。
  3.株高、第一分枝高、茎秆直径和开花期的主效QTL共定位
  对YW-DH群体中株高、第一分枝高、茎秆直径和开花期多年多点的表型考察发现,这四个性状相互间存在显著相关性。其中株高与第一分枝高、茎秆直径和开花期的相关系数分别为0.67、0.76和0.61;第一分枝高与茎秆直径和开花期的相关系数分别是0.53和0.68;茎秆直径与开花期的相关系数是0.54。
  对这四个性状进行QTL定位,检测到调控株高的主效QTL有5个,解释平均表型变异10.81%-22.97%;调控第一分枝高的主效QTL有5个,解释平均表型变异9.69%-21.99%;调控茎秆直径的主效QTL有5个,解释平均表型变异11.19%-16.58%;调控开花期的主效QTL有4个,解释平均表型变异11.76%-30.89%。在这19个主效的QTL中,有11个是新发现的QTL,包括调控株高的3个,调控第一分枝高的3个和调控茎秆直径的5个;并且这19个主效QTL都分布在A02和A07染色体的末端,在A02上1.4-24.6cM和A07上104.0-122.2cM处形成两个QTL簇。将这两个QTL簇内的QTL用元分析的方法进行区分和整合,分别得到3个和4个控制两个或以上性状的共定位QTL。为探究这几个性状的遗传基础(调控基因是紧密连锁或一因多效),我们进行了条件QTL分析。结果表明位于A02染色体上的QTL簇内控制四个性状的基因可能是一因多效;位于A07染色体上的QTL簇内控制四个性状的基因可能存在紧密连锁。这为主效QTL的进一步精细定位及其在分子育种中的合理利用提供了有价值的参考。
[硕士论文] 古风
作物栽培学与耕作学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:了解作物气候适宜度及产量差对当前玉米生产具有重要意义。本文拟对湖北省主要玉米生产区包括,中部低丘陵平原玉米产区(HP),北部岗地夏玉米生产区(NH),西部山区玉米生产区(WM),进行玉米气候适宜度及产量潜力评估,以期为湖北省玉米合理生产布局及种植管理,了解气候变化对湖北玉米生产的影响提供参考依据。本文以当地推广的中熟玉米品种郑单958为例,基于2012-2013年该品种每年8个播期试验获取气候适宜度模型中一些参数,利用湖北省26个基准气象站1967-2016年气象数据,分析了不同产区春玉米(SpM),夏玉米(SuM),秋玉米(AuM)不同生育阶段的温度适宜度、降水适宜度、光照适宜度及综合气候适宜度。继而利用Hybrid-maize模型湖北省玉米产量潜力及产量差进行了分析。主要研究结果如下:
  1.湖北省不同玉米产区玉米不同生产阶段气候资源与气象胁迫均有差异。中南部低丘平原区(3136AAT℃.d)玉米全生育期内的有效积温最多。而鄂北岗地(2943AAT℃.d)及鄂西山区(2939AAT℃.d)玉米生长期内有效积温在近50年内的年际趋势变化显著,表明该区域玉米有效积温有增加趋势明显,且播种始期有明显提前的趋势。三个玉米生产区以夏玉米的伤害积温(KDD)最高,其次是春玉米(219KDD),秋玉米KDD最少。全生育期降水量以HP生产区春玉米最多。三个玉米生产区玉米吐丝.乳熟期干旱发生频率最高,而播种至拔节期渍害发生频率最高。低丘平原区秋玉米生育期内日照时数最多。
  2.从温度适宜度看,以夏玉米(S(T)0.87:CV4.6%:Tr0)温度适宜度最高,其次是秋玉米。春玉米降水适宜度明显高于夏玉米与秋玉米(R587:CV23.8%:-13.73)。而三季玉米中,秋玉米具有最高的光照适宜度,且在低丘平原区玉米光照适宜度要优于其他2个玉米产区。从气候适宜度看,三大玉米产区中均以春玉米与夏玉米气候适宜度较高,而秋玉米气候适宜度较差。
  3.研究结果表明低丘平原区玉米产量潜力(3.65mg.ha-1)要高于鄂西山地(4.23mg.ha-1)与鄂北岗地玉米区(6.03mg.ha-1)。低丘平原区玉米试验产量与农户产量也较高,分别达到8.62t ha-1与6.27t ha-1。鄂北岗地玉米试验产量最低(7.94mg.ha-1),但农户玉米产量水平(5.09mg.ha-1)在三大玉米产区中居于第2位。低丘平原区玉米产量差最小,且与鄂北岗地产量差差异不大。鄂西山地玉米区玉米产量差最大。三个玉米产区中,模拟产量与试验产量之间的产量差(YGM)5.86mg.ha-1最高,农户产量与雨养产量潜力之间的产量差(YGE)5.04mg.ha-1次之,试验产量与农户产量之间的产量差(YGR)3.01mg.ha-1最低。三大生产区域之间的玉米产量差较小。
  该研究表明低丘平原区玉米具有较好气候适宜度与产量潜力.导致玉米产量差的原因主要是气候适宜度的变化及管理措施。在湖北省不同玉米产区应针对不同种植季玉米气候资源特点,采取适当的措施,以缩小产量差。
[硕士论文] 张学峰
作物栽培学与耕作学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:作为植物体遗传信息的重要组成部分,叶绿体基因组和线粒体基因组在系统进化、物种鉴定、核质互作、基因工程等研究中均发挥重要作用。非洲栽培稻(Oryza glaberrima Steud)是水稻种质资源利用的重要材料,对其细胞器基因组进行组装和分析,对拓宽水稻种质资源的遗传背景,开创水稻育种新途径具有重要意义。迄今,已经完成测序的水稻品种包括普通栽培稻和部分野生稻种,但尚无关于非洲栽培稻RAM3线粒体基因组序列的报道。
  本研究以非洲栽培稻RAM3构建的多个基因组文库为数据基础,拟分别完成其线粒体基因组和叶绿体基因组的组装,并对其进行初步分析,主要研究结果如下:
  1.叶绿体基因组的组装及分析:利用Miseq PE2500双末端测序数据,以NCBI收录的27条叶绿体基因组序列为参考,通过BWA比对提取水稻叶绿体基因组序列,并用Discovar Denovo软件进行初步组装并分别获得其LSC、SSC和IR序列片段,进一步连接完成后得到完整的RAM3叶绿体基因组。非洲栽培稻RAM3的叶绿体基因组全长134582bp,呈典型的四段式结构,编码117个基因,包含83个蛋白编码基因、4个rRNA和30个tRNA;其基因组结构、基因顺序、含量和密码子使用情况与其它已发表水稻的叶绿体基因组相似。在非洲栽培稻RAM3的叶绿体基因组中共检测到32个散在重复序列和32个串联重复序列。对非洲栽培稻RAM3叶绿体基因组的16个简单重复序列(SSR)分析发现:SSR都是多聚A或多聚T,在叶绿体基因组内呈不均一分布。
  2.比较基因组研究:非洲栽培稻与稻属其他五个AA物种(Japocin、Indica、Nivara、Rufipogon、Barthii)的叶绿体基因组整体相似性较好,但基因间区的变异较大;非洲栽培稻RAM3与五个AA稻属叶绿体基因组的IR边界基因都是一样,只有距离远近稍有偏差;基于31种植物7种不同的叶绿体基因数据集构建了系统进化树,进行了系统发育研究,发现叶绿体基因组的LSC、CDS、全序列、IGS数据集在进化分析中的支持率较高,结果更为可靠。并筛选出5个非洲栽培稻叶绿体特异标记,验证了本实验室自主选育的非洲栽培稻基因渗入系均具有非洲栽培稻细胞质。
  3.线粒体基因组的组装及分析:同时利用三个软件对非洲栽培稻RAM3线粒体基因组进行拼接组装,组装结果序列全长为495258bp,共编码84个基因,其中包含64个蛋白编码基因、3个rRNA和28个tRNA,整条线粒体含有16个内含子,分布在9个蛋白编码基因中。在非洲栽培稻RAM3的线粒体基因组中共检测到94个散在重复序列和29个串联重复序列。对非洲栽培稻RAM3线粒体基因组的37个简单重复序列(SSR)分析发现:SSR都是多聚A或多聚T,与叶绿体基因组相似,它们在线粒体基因组内呈不均一分布。对密码子使用偏性分析发现:亮氨酸的使用概率最高,色氨酸和蛋氨酸最少。
  4.非洲栽培稻RAM3线粒体基因组间序列分析,共发现75个AT富集区,A+T最大差异可以达到35.19%;预测RAM3线粒体基因组中28个tRNA的二级结构,共发现58个错配和1个缺失;对基因的选择压力分析,发现:受正向选择的基因nad6选择压力最大,基因nad2受到的选择压力最小,受中性选择的是基因cob。
  5.非洲栽培稻RAM3细胞器基因组间序列迁移分析:由叶绿体往线粒体的序列迁移,片段总长22311bp,约为非洲栽培稻RAM3线粒体基因组总长的4.5%。共有21个迁移片段长度大于或等于100bp,其中最长的片段长度为6752bp。
[博士论文] MUHAMMAD MAHMOOD AHMED
CROP BIOTECHNOLOGY 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:随着世界人口的增长,人们对棉花的需求也越来越大,导致棉花育种工作的主要目标是保障棉花纤维产量的稳定。由于单铃籽棉重是由多重产量性状决定,因此提高棉花的产量是一个巨大的挑战。产量和纤维品质共同调控棉铃发育。解析调控棉铃大小农艺性状的遗传和生物学机制,对棉花研究者来说仍是一个巨大的挑战。为了解析其遗传机制,一个通过种间杂交获得的小棉铃突变体BS41,在调控单铃籽棉重,皮棉重,百粒重等性状表现出杂种衰败。通过多重标记的检测,在12染色体上鉴定到了一个稳定的调控位点,qSCW-c12。在后代BC2F4群体中,这个位点qSCW-c12在AD-A12_07和AD-FM_44标记之间,大小为0.89cM。
  一个主效的杂交衰败多效性位点(qSCW-c12),其在多个连续的群体中被证实调控棉铃的大小和产量性状。通过连续的精细定位,在12号染色体上将其缩小到0.89cM遗传区间,与之相对应是包含11个基因的180Kb的物理区段。同源比对也测到了一个40个碱基插入缺失位点在AD-FM_44克隆序列,在与SCW紧密连锁的GhBRH1_A12基因的上游341的位置。通过在BS41中超表达GhBRH1_A12和Li1的转录组分析显示,其在棉铃发育早期调控棉花纤维的发育。忽略其生长抑制,BS41表现出油菜素甾醇平衡在棉铃发育过程中,即BR信号受抑制,导致在BS41中GhBRH1_A12下调表达。
  本研究表明GhBRH1_A12在调控BR平衡中发挥了重要的作用,其可能通过在棉花中影响棉铃的大小调控植株的生长发育和棉铃的发育。GhBRH1_A12作为一个决定棉铃重,皮棉重和百粒重的候选基因,通过调控BR信号路径影响衣分,纤维密度和单铃种子数。总的来讲,通过精细定位和图位克隆的SCW调控位点qSCW-c12,鉴定到了GhBRH1_A12候选基因,一个BR响应的RING结构域包含E3连接酶。
  在具有完整注释信息的四种棉花基因组中我们预测了BRH1基因。BRH1基因的遗传多样性,结构和功能变异被强调,在AtBRH1多肽中发现两个结构域,一个是推测的具有信号传导作用的跨膜螺旋(TMH)结构域,一个是具有E3连接酶活性的RING锌指结构域。四种棉花基因组中完整的注释信息有利于BRH1候选基因的预测。在陆地棉、海岛棉、亚洲棉和雷蒙德氏棉中分别预测到16、4、7、8个BRH1基因。利用转录组数据测定棉花基因组中BRH1基因在根,叶,茎,花瓣,花药,柱头,胚珠,10天,20天纤维和种子的组织表达模式。在第1天和第3天,野生型比Li1中观察到更高的GhBRH1_A12转录本丰度。这些发现表明GhBRH1_A12可能在棉铃发育早期通过调控纤维发育来参与调控SCW。
  细胞中的分子过程可以通过一种重复的DNA序列,既微卫星定位,由于其长度变异和基序的不完整性。这种遗传变异的机制在不同的有机体中得到了广泛的研究。然而,基因组内容复制的进化过程主要被植物所占据,关于非编码的DNA还了解的很少。本研究第一次详细在植物界的5个分类学家族的13个植物物种中,研究了在基因组合的基序的不完整模式。
  我们研究了不同种类植物的基因组范围内的基序不完整模式,并利用各种分析工具,研究了微卫星重复密度、不完整程度和长度等特征关系。此外,比较基因组学方法有助于探索在棉花进化中微卫星的保守性。根据我们的研究结果,在棉花中,长基序重复的较慢衰减导致第二高频率的5nt基序占主导。此外,2nt的重复在四倍体棉花中有一个较快的衰减速率。与可可相比较发现,“AT”重复变得越来越少在分化过程中,因为棉花这一分之在现在的棉花驯化过程中经历了全基因组复制和多倍体化的过程。
  这项研究的结果可能对探索简单的非编码遗传元素的相对进化足迹,如重复,通过对棉花基因组特异性特征的进化,提供了参考。类似地,短的基序重复出现了快速的减少,伴随棉花进化的过程2nt重复急剧减少,“AT”在四倍体棉花中减少的最为激烈。然而,如果对目前的研究结果加以考虑,对“AT”基序的衰减热点全面分析,以及四个基因组的不完整性,可以揭示其对基因调控要素的影响,是进一步了解其基础机制的必要条件。
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