【目的】谷子(Setaria italica L.)具有显著耐旱性。研究旨在通过反向遗传学方法分析并鉴定在干旱条件下影响植物萌发过程的重要调控因子,为研究作物干旱条件下种子萌发的调控机制创造条件。【方法】使用Clustal X 2.0和MEGA 5.05软件对谷子SiNAC18蛋白序列及其同源序列进行多序列比对,并构建系统进化树;利用real-time PCR方法检测SiNAC18在不同胁迫条件下的表达模式;通过瞬时转化的方法分析SiNAC18蛋白亚细胞定位;在拟南芥中过表达SiNAC18,分析SiNAC

以Francis背景下通过CRISPR/Cas9技术获得的敲除突变体ossaur55-1、ossaur55-2为对象，研究其是否影响水稻株型、叶色、单株穗质量、结实率等农艺性状的变化，探究基因OsSAUR55是否通过参与GA途径调控水稻株型，为相关激素途径调控水稻株型提供理论依据。调查野生型(WT)与敲除突变体成株期的主要农艺性状，包括株高、穗长、单株穗质量、十粒长、十粒宽、剑叶长、剑叶宽等；利用叶绿素计和光合速率测定仪测定野生型和突变体齐穗期剑叶的叶绿素含量和净光合速率；通过实时荧光定量PCR技术(qPCR)测定基因OsSAUR55在水稻种子萌发的不同时间点和不同组织中的表达情况；通过原核表达法观察蛋白OsSAUR55的亚细胞定位情况；采用液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)测定野生型和突变体的内源激素(GA和IAA)含量；进一步分析GA途径相关基因的表达情况。结果显示，在成株期，突变体ossaur55-1和ossaur55-2都有显著的表型变化，其中突变体的株高比野生型明显变矮、叶色更绿、叶绿素含量增加、光合作用效率降低、结实率降低、千粒质量降低、单株穗质量降低；定量结果显示，OsSAUR55在胚芽中表达量最高，在剑叶中基本不表达；共聚焦结果显示，OsSAUR55可能定位于细胞膜和细胞核；激素检测结果表明，突变体内源激素GA_4的含量显著降低；基因的表达量分析发现，突变体中GA合成途径中基因KAO、GA13ox1、GA20ox1、KO1的表达量显著高于野生型，GA代谢途径中GA2ox5、GA2ox8、GA2ox9的表达量也显著高于野生型。初步推测，敲除基因OsSAUR55导致内源GA_4含量降低，可能通过GA途径调控水稻株型，进而影响水稻产量。

应用新一代高通量测序技术(Illumina Solexa),对中麻黄(Ephedra intermedin)同萌期的种子进行转录组测序,数据重头(denovo)组装后,共获得52 007条Unigene序列,总长为25 043 596 bp。COG功能注释、GO分类及KEGG代谢通路分析后,获得了64 751个GO功能注释,17 701个COG功能注释以及16 942个KEGG注释,并从KEGG通路中找到参与黄酮类化合物合成途径的关键基因片段283个,其中包含了查尔酮合酶基因、细胞色素相关基因和花青素还原酶等基因。中麻黄转录组测序工作的完成,极大地扩充了麻黄的基因资源,为麻黄属植物分子系统进化...

【目的】谷子具有抗旱、耐贫瘠的特性,逐渐成为研究禾本科作物的模式作物。本研究以前期筛选并获得的谷子耐盐品种和敏感品种为材料,通过RNA-Seq测序筛选鉴定谷子的盐胁迫响应基因,揭示其响应盐害机制,为培育谷子抗盐新种质提供理论依据。【方法】对14个谷子品种进行了萌发期抗盐筛选。谷子不同品种的种子经150 mmol·L-1NaCl处理萌发培养7 d后,分别统计各品种种子的萌发率、根长和芽长,综合各项指标鉴定到豫谷2为耐盐品种、安04为盐敏感品种。以这两个品种盐胁迫前、后萌发期种子为材料,应用RNA-Seq进行转录组测定,分析鉴定盐害下差异表达基因(differentially expression gene,DEG),并对DEG进行GO和KEGG功能富集分析。同时应用qRT-PCR对随机挑选的15个DEG表达模式进行验证,并与RNA-Seq结果进行相关性分析。【结果】耐盐品种豫谷2、盐敏感品种安04种子经盐胁迫处理后,分别鉴定出2 786个和4 413个DEG;其中,每个品种在NaCl处理前及处理后分别鉴定出1 470和3 826个DEG。GO和KEGG聚类分析显示,NaCl处理下参与信号转导、抗氧化、有机酸的合成及转运以及次生代谢等相关的DEG在谷子萌发期种子应对盐胁迫响应过程中具有关键性的作用,DEG主要集中在胁迫响应、离子的跨膜转运、氧化还原、次生代谢及有机酸、多胺、苯丙烷的合成等过程。qRT-PCR对15个DEG表达模式的检测结果与RNA-seq结果相关系数为0.8817。其中编码离子通道的基因(HKT)、过氧化物酶基因(POD)、黄烷酮-3-羟化酶基因(FL3H)、MYB转录因子基因等在豫谷2中表达量较高,显示其在谷子萌发期种子响应盐胁迫中可能发挥一定作用。【结论】谷子耐盐品种及盐敏感品种的种子对盐胁迫的响应程度具有一定的差异性,且品种对盐害的耐受能力主要与基因对胁迫的响应程度相关,而与DEG的数量相关性不大。

为研究赤霉素浸种对PEG模拟干旱条件下多年生黑麦草(Lolium perenne)种子萌发的影响。本研究对多年生黑麦草"麦迪"进行了4种浓度(0、100、200和300 mg·L~(–1))的赤霉素浸种处理。浸种24 h后分别在不同浓度PEG(0、5%、10%和15%PEG)胁迫下进行发芽试验,在第5天时测定发芽势,第14天测定发芽率、芽长、根长、芽抑制率、根抑制率和根冠比。结果表明,随着干旱胁迫程度的提高,多年生黑麦草种子发芽势、发芽率和芽长呈现减小趋势,根长呈现先增大后减小的趋势。在0、5%和10%PEG胁迫中,赤霉素浸种处理种子的发芽率均无明显影响,但在15%PEG胁迫时,200和300 mg·L~(–1)赤霉素浸种处理能够明显缓解干旱对多年生黑麦草种子发芽率的抑制作用。在各干旱胁迫下,200和300 mg·L~(–1)赤霉素浸种处理能降低芽抑制率,且能提高多年生黑麦草的根冠比。综上所述,缓解干旱对多年生黑麦草萌发的抑制作用,促进其幼苗生长的最适赤霉素处理浓度为200～300 mg·L~(–1)。

长白楤木(Aralia continentalis Kitagwa)种子具有休眠特性,在自然条件下萌发困难,探讨了GA3处理对长白楤木种子萌发的影响。在变温层积(25℃/5℃)的基础上,采用不同浓度GA3处理长白楤木种子,测定种子发芽率和发芽势,测定150mg.L-1 GA3处理的种子-α淀粉酶活性的变化。结果表明:在变温层积条件下,150mg.L-1 GA3处理可以有效提高长白楤木种子的发芽率和发芽势;GA3处理可显著提高种子内α-淀粉酶活性。处理20d时,种子内!-淀粉酶活性是对照的3.8倍。

种子休眠是许多植物在长期系统发育进程中获得的一种适应环境变化的特性,是调控种子萌发和幼苗形成的最适时空分布的一种有效方式,也是物种成功繁衍与传播的一种选择性策略。种子休眠与萌发的激素调控可能是一种高度保守的机制,其中脱落酸(ABA)在种子休眠解除与萌发中起关键作用,赤霉素(GA)在休眠被解除后促进种子萌发。ABA在种子休眠与萌发中的作用主要受ABA代谢(生物合成和分解代谢)和信号传递途径的调控。为此,本文在综述ABA代谢和信号传递研究进展的基础上,阐述了ABA在种子发育、休眠与萌发中的作用,以及种子休眠特异性基因DOG1(萌发延迟1)与ABA信号组分的关系。研究表明,C40环氧类胡萝卜素是ABA生物合成的前体,玉米黄质环氧化酶和9-顺式-环氧类胡萝卜素二加氧酶是ABA生物合成的主要调节酶;ABA的分解代谢包括羟基化作用和与葡萄糖结合,CYP707A家族催化ABA C-8’位置上的羟基化作用,这是ABA分解代谢的重要步骤。在核心ABA信号传递途径中,ABA与PYR/PYL/RCAR受体结合并触发受体发生构象变化,从而允许受体-ABA复合物与2C类蛋白磷酸酶(PP2C)结合并抑制其活性,导致激酶如蔗糖非发酵-1相关的蛋白激酶2(SnRK2)的去抑制和活化。然后,这些激酶磷酸化和活化转录因子(transcription factors,TF),TF与靶启动子结合和诱导下游的ABA反应基因表达。ABA在种子成熟中后期积累,合子组织中合成的ABA诱导初生休眠和促进种子成熟;在发育中积累和在干种子中存留的ABA含量在种子吸胀初期下降。ABA是种子休眠诱导和维持的正调控因子,是萌发的负调控因子。DOG1在种子成熟过程中表达和发挥作用,其表达受可变剪接和可变多腺苷酸化调控。反义DOG1是种子休眠的一种抑制因子,通过干扰转录和转录延伸负调控DOG1的表达和种子休眠。种子的休眠与萌发除了被核心ABA信号途径调控外,也被DOG1-AHG1(ABA过敏感萌发1)/AHG3途径调控。DOG1能与AHG1/AHG3结合,通过结合ABA信号传递的负调控因子和增加对ABA的敏感性而引起种子休眠。最后,提出了该领域需要进一步研究的科学问题,包括ABA代谢中ABA 8’-羟化酶、ABA葡糖基转移酶和β-葡糖苷酶及其基因怎样响应发育和环境的变化以维持正常的ABA水平。ABA的重要调控因子例如Ca2+或者活性氧对核心ABA信号传递途径的影响,核心ABA信号传递途径与DOG1-AHG1/AHG3途径的下游重叠组分PP2C在整合生理条件或者环境信号时优先响应哪一条途径、这两条途径怎样被协调、以及PP2C有哪些新的靶组分。本文将为深入研究ABA调控种子休眠与萌发的分子机理提供参考。

【目的】利用反向遗传学研究拟南芥TUA2与ABA途径相关基因的相互关系以及对种子萌发的影响。【方法】采用PCR、Tail PCR和RT-PCR技术对来自ABRC的T-DNA插入TUA2突变体进行插入位点的鉴定和转录活性的分析;利用转基因技术获得TUA2超表达植株;检测了含不同浓度ABA的MS培养基中各突变体和TUA2超表达植株的种子萌发;通过RT-PCR检测了突变体中ABA途径相关基因HAB、ABI1、RD22和P5CS的表达变化。【结果】突变体tua2-1和tua2-2的T-DNA插入位点均位于TUA2的启动子区,且二者的TUA2表达量均升高。在含有ABA(0.8μmol.L-1)的MS培养...

为明确eIF5B-1基因在拟南芥种子萌发过程中的生理作用。以拟南芥翻译起始因子的T-DNA插入突变体eif5b-1为材料。测定突变体eif5b-1种子的萌发速率,同时利用多聚核糖体谱和qRT-PCR的研究方法,对拟南芥野生型(WT)和eif5b-1突变体的萌发过程进行了研究。结果表明:1)eif5b-1突变体种子的萌发率下降;2)eif5b-1突变体种子萌发过程中多聚核糖体的形成受到影响;3)eif5b-1突变体中ABI1、ABI3、ABI4、ABI5及DOG1基因的转录受到影响;4)eif5b-1突变体

为评价和比较不同来源谷子(Setaria italica)在萌发期的耐镉性,本研究选用58份谷子品种作为试验材料,以100 mg·L-1镉溶液进行镉胁迫,用蒸馏水作为对照,采用双层滤纸法在人工智能培养箱中进行谷子种质萌发期的耐镉性鉴定;通过主成分分析明确各萌发指标在耐镉性评价中的权重,利用模糊数学中的隶属函数法和聚类分析法对58份谷子种质的耐镉性进行综合评价和耐镉等级划分。结果表明:不同谷子品种的耐镉性差异显著(P <0.05),胚根较胚芽对镉胁迫更敏感;谷子品种的相对根长、相对发芽率、相对发芽势对镉胁迫较为敏感,其变异系数分别为50.83%、57.56%、57.80%。主成分分析表明,发芽率、发芽势、相对发芽率、相对发芽势可作为谷子耐镉性评价的关键指标;通过聚类分析可将58份谷子种质分为耐镉型、中间型和镉敏感型3类,其中耐镉谷子品种占比20.69%,其相对发芽率、相对发芽势均≥60.00%。基于模糊数学中的隶属函数得分进行综合评价,筛选出综合得分值> 5的8份耐镉型品种,其相对发芽率、相对发芽势均≥60.00%。

本研究探讨了2, 4-表油菜素内酯(2, 4-epibrassinolide, EBR)对盐胁迫下黑麦草(Lolium perenne)种子萌发及幼苗生长相关生理方面的影响。结果表明,在种子萌发过程中,盐胁迫下外源0.01μmol·L~(-1)的EBR处理,提高了黑麦草种子的发芽率、发芽势、活力指数、株高、鲜重和根系活力,并增强了萌发过程中黑麦草种子的α-淀粉酶活性。在幼苗生长期,盐胁迫下外源0.1μmol·L~(-1)的EBR处理,使得黑麦草幼苗的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase, POD)、过氧化氢酶(catalase, CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GPX)活性显著提高(P

为探究外源CO缓解干旱胁迫下黄瓜种子萌发生长的内在机制,以黄瓜品种新津研四号为试材,高铁血红素(0. 01μmol/L)为CO供体,采用PEG-6000 (聚乙二醇)模拟干旱胁迫,研究外源CO对干旱胁迫下黄瓜种子萌发生长、养分吸收能力、质膜稳定性、渗透调节物质含量、水解酶活性及其同工酶表达水平的影响。结果表明,外源CO能够提高干旱胁迫下黄瓜种子的发芽势、发芽率和发芽后的根长、胚轴长及鲜质量,能够促进黄瓜种子的吸胀,改进根系活力,显著降低质膜透性和丙二醛(MDA)含量,增加可溶性蛋白和可溶性糖的含量,还能诱导增强淀粉酶和酯酶的活性及相应同工酶的表达水平。与干旱胁迫处理组(PEG)相比,胁迫前施用CO处理组(PEG+CO)的根系活力提高了12. 57%,可溶性蛋白和可溶性糖含量分别增加了5. 84%和32. 56%,淀粉酶和酯酶的活性分别增强了9. 87%和48. 87%,MDA含量降低了25. 81%。这些结果表明,外源CO可以通过增强黄瓜种子的养分吸收能力,保护细胞膜系统的稳定性,改善渗透调节能力,提升水解酶活性及其同工酶的表达水平来提高黄瓜种子对干旱胁迫的适应性,促进种子在干旱胁迫下的萌发和生长。

为了探讨种子的萌发特性与胚对ABA的敏感性和α-淀粉酶表达之间的关系,比较了葡萄糖和ABA对不同生理状态的小麦离体胚萌发过程中α-淀粉酶表达的调控作用。结果表明,葡萄糖对未成熟胚、休眠成熟胚和不休眠成熟胚的萌发均有促进作用;葡萄糖能够抵消ABA对胚萌发的抑制作用,对于不休眠成熟胚,葡萄糖可以减轻ABA对胚根发生的抑制作用,但对随后的形态发生无影响。葡萄糖可以抑制小麦胚萌发过程中α-淀粉酶的表达;ABA可以抑制未成熟胚与休眠成熟胚中-αAmy-1的表达,但在不休眠成熟胚中则诱导-αAmy-1表达。因此,小麦离体胚的萌发特性、胚对ABA敏感性和α-淀粉酶的表达均与生理状态有密切关系。

种子休眠的现象普遍存在于高等植物中,植物种子的休眠方式也因植物为了适应不同的环境变化而演变得千变万化。重点从生理生化和分子生物学水平上综述了植物种子休眠与萌发调控机理研究领域的最新研究成果,以期为深入开展植物种子休眠与萌发研究及解除休眠与种子人工萌发的生产实践工作指明方向并提供理论依据。

以杂交水稻亲本V20B为材料,研究了外源GA3和ABA对杂交水稻种子萌发的影响.结果表明,外源GA3质量浓度为50~110mg/L时能明显促进种子萌发,而ABA质量浓度为70~110mg/L时则明显抑制种子萌发.生理生化检测表明,GA3和ABA对种子萌发过程中α-淀粉酶活性、可溶性糖、可溶性蛋白含量和植物激素含量变化都有不同程度的影响.