【目的】探究高粱耐盐胁迫响应机制,挖掘高粱耐盐胁迫基因,为高粱耐盐育种提供理论基础。【方法】以高粱感盐品种L甜和耐盐品种石红137为供试材料,采用水培试验。待高粱植株长至三叶一心期,使用2%NaCl溶液对幼苗进行盐胁迫,分别设置0(对照)、1和24 h处理,每个处理3次重复。测定不同处理样品株高、根长、干物重、Na~+含量和叶绿素相对含量(SPAD值),并依托Illumina HiSeq 2000平台进行转录组测序分析。利用FPKM方法计算基因表达量,在差异表达基因检测过程中,将差异表达倍数(fold change)≥2且FDR

【目的】土壤盐渍化是制约作物生产的重要非生物胁迫因子之一,高粱耐盐性强,进行高粱耐盐基因挖掘及分子机制研究是开发和利用盐渍土壤的有效途径,通过转录组测序分析与高粱耐盐相关的基因调控机制和代谢通路,挖掘高粱耐盐潜力。【方法】通过以筛选出的极耐盐品种八叶齐和盐极敏感品种PL212为试验材料,采用盆栽沙培,在播种后20 d(5叶期)采用180 mmol·L~(-1)的NaCl溶液漫灌模拟盐逆境,盐胁迫48 h后取幼叶,并连同对照(未经过盐处理)的同期幼苗共4个样品提取RNA,进行转录组测序,采用qRT-PCR方法对测序结果进行验证。【结果】耐盐和盐敏感材料分别在盐渍和非盐渍处理下的4个样品间共检测到1 338个差异表达基因,包括819个上调基因和519个下调基因。聚类分析发现在应答盐渍胁迫逆境时,5个依赖性氧合酶超家族蛋白、4个富含半胱氨酸的激酶、3个谷胱甘肽S-转移酶和3个重金属运输/解毒超家族蛋白相关基因表现出明显的上调表达和下调表达,还发现1个K+转运蛋白基因在耐盐调节中起着重要作用。GO分析发现在15 418个基因中获得4 528个有效GO注释条目,同时耐盐和盐敏感材料在遭受盐逆境时的生物过程、细胞组分和分子功能3个方面均存在较大差异。生物过程中代谢过程、细胞过程耐盐材料明显高于盐敏感材料,耐盐材料的生理过程中较盐敏感材料增加了多生物过程和定位这两个过程,很可能与耐盐材料盐抗性较强密切相关。差异基因KEGG分析结果显示耐盐和盐敏感材料在对照和盐渍胁迫条件下的苯丙烷类生物合成、苯丙氨酸代谢、类黄酮生物合成3个途径中差异基因表达较多,可能是造成耐盐和盐敏感材料耐盐性差异较大的重要原因。【结论】高粱耐盐调控基因表达涉及生物过程、细胞组分和分子功能多个方面,生物过程和定位这两个过程是提高高粱耐盐性的关键;苯丙烷类生物合成、苯丙氨酸代谢、类黄酮生物合成3个途径的基因表达很可能是造成盐害的重要原因。

【目的】确定芝麻发芽期耐盐性鉴定适宜的Na Cl胁迫浓度和评价指标,发掘耐盐种质和耐盐相关重要基因,为芝麻耐盐性大规模鉴定、遗传改良和耐盐机理研究提供方法借鉴和优异基因资源。【方法】以8份耐盐性差异较大的芝麻种质为材料,在不同浓度的Na Cl(0、50、100、150、200和250 mmol·L-1)胁迫下发芽,测定其发芽势、成苗率、根长、芽长和鲜重等指标,通过对指标值的方差分析、主成分分析、隶属函数和相关性分析等,筛选芝麻发芽期耐盐性鉴定适宜的Na Cl处理浓度和评价指标。以100 mmol·L-1 Na Cl溶液为处理浓度,相对成苗率为鉴定指标对71份芝麻核心种质进行发芽期耐盐性鉴定和全基因组关联分析,并对获得的候选基因进行功能注释;通过Na Cl胁迫下芝麻幼苗叶片转录组测序和荧光定量PCR分析候选基因的表达模式,筛选耐盐相关候选基因。【结果】对不同浓度Na Cl胁迫下8份芝麻材料发芽各指标进行统计和方差分析表明,100 mmol·L-1的Na Cl处理下,除发芽势外,发芽指数、活力指数、成苗率、根长、芽长和苗鲜重的标准偏差值均较大,所有指标在0.05水平上均存在显著差异,100 mmol·L-1的Na Cl溶液可以作为芝麻发芽期耐盐性鉴定的适宜胁迫浓度;相对成苗率、相对发芽势、相对发芽指数、相对活力指数、相对芽长、相对根长和相对鲜重7个指标与芝麻发芽期耐盐性关系密切,贡献率较高,可以作为芝麻发芽期耐盐性鉴定的评价指标。71份芝麻核心种质材料的相对成苗率变异比较丰富,符合正态分布;通过对71份芝麻核心种质相对成苗率与SNP标记进行全基因组关联分析,检测到7个与芝麻发芽期耐盐性显著关联的SNP标记(LG5:688003、LG7:9582027、LG10:5274091、LG10:10788493、LG11:11924186、LG14:2128695和LG16:3930301),SNP标记上、下游各100 kb区间内共有基因67个,其中有功能注释的基因34个;通过耐盐材料S04在盐胁迫下的转录组测序和荧光定量PCR对预测的候选基因进行表达模式分析,共有21个候选基因受到盐胁迫诱导显著差异表达。【结论】芝麻发芽期耐盐性鉴定的适宜Na Cl胁迫浓度为100 mmol·L-1,相对成苗率等7个指标可以作为适宜的评价指标;检测到与芝麻发芽期耐盐性显著关联的SNP标记7个,并鉴定出耐盐候选基因21个。

【目的】研究巨型稻幼苗期响应盐胁迫差异基因的表达特异性，解析巨型稻耐盐机理及分子机制，为水稻耐盐性遗传改良提供理论依据。【方法】以湘巨1号为材料，设置对照和1个盐浓度水平(0.5%NaCl)，处理72 h，随后应用转录组测序技术分析盐胁迫下响应基因的动态变化与主要富集途径。【结果】盐处理后湘巨1号幼苗的苗高和鲜重均受到低于30%的胁迫损害。每个样本共获得的干净片段为58.93 G Clean bases，平均GC含量为53.51%，平均Q20和Q30分别为97.84%和93.89%。基因差异表达分析筛选出2327个差异基因，其中1363个上调表达基因，964个下调表达基因。对差异基因进行功能注释分析发现，GO富集分析结果显示差异基因显著富集在166个GO条目中，其中最显著富集的条目分别是生物过程中的氧化还原过程、核代谢过程、转录调控等；细胞组分中的膜组分；分子功能中的氧化还原酶活性、单氧酶活性、转录因子活性等。KEGG分析结果表明，差异基因显著富集在次生代谢物合成、植物激素信号转导、苯丙烷生物合成、谷胱甘肽代谢等途径。【结论】湘巨1号具有较强耐盐性，GO分析表明湘巨1号通过调控抗氧化酶活性和转录因子表达来响应盐胁迫。KEGG分析表明植物激素信号转导、苯丙烷生物合成、谷胱甘肽代谢等途径在响应盐胁迫中起主导作用。本研究利用RNA-Seq测序技术筛选了水稻响应盐胁迫的候选基因，为深入研究巨型稻耐盐调控机制提供了基础，也为后续新品种研发培育提供了重要的理论依据。

【目的】倍半萜是木香的主要有效成分，通过分析不同生长年限木香根部的倍半萜化合物含量及转录组差异，挖掘倍半萜合成相关基因，为深入研究木香功能基因和有效成分合成提供理论参考。【方法】10月采集同一地块中2年生和3年生健康木香植株的根部为材料，用高效液相色谱法（HPLC）测定其倍半萜化合物含量，并构建cDNA文库，利用IIllumina NovaSeq 6000高通量测序平台进行转录组测序，然后对测序原始数据进行生物信息学分析，采用qRT-PCR技术对基因表达结果进行验证。【结果】①HPLC测定结果表明倍半萜物质含量在3年生木香中更高，随生长年限延长而增加。②经质控筛选，转录组测序共获得40 Gb clean base，拼接后共获得90 912条Unigenes，平均长度为1 081 bp，N50为1637 bp；经与7个数据库进行比对，结果显示获得注释信息的Unigenes共有61 268条，木香与刺头朝鲜蓟Cynara cardunculus L.同源序列最多。③基于FPKM值的log₂倍数绝对值大于1及错误发现率小于0.05为标准筛选到827个DEGs，其中在3年生木香中有61个DEGs表达量上调，有766个DEGs表达量下调；509个DEGs被富集到109个GO项，有12项显著富集，其中分子功能3项，生物学过程4项，细胞组分5项；KEGG富集分析表明，287个DEGs被注释到178条代谢通路中，主要富集在核糖体、阿尔茨海默病、cGMP-PKG信号通路和PPAR信号通路；根据DEGs的注释信息，挖掘到7个倍半萜生物合成途径酶基因，分别为3个DXS、1个MECPS和3个GERD，这些基因在3年生木香中表达量下调。④进一步选择4个候选基因用qRT-PCR技术进行验证，验证结果与转录组数据一致。【结论】2年生和3年生木香的倍半萜物质含量和倍半萜生物合成基因表达存在显著差异，挖掘的倍半萜合成基因为解析木香倍半萜生物合成的分子机制和优良品种的分子育种提供基础支撑。

【目的】植物根系对水分及营养的获取、作物的生长发育和产量的形成至关重要。挖掘小麦苗期根系性状显著关联的SNP位点，预测相关候选基因，为解析小麦根系建成遗传机制及选育具有优良根系构型的小麦品种奠定基础。【方法】以189份小麦品种组成的自然群体为供试材料，调查2种培养条件（霍格兰营养液和去离子水）下培育21 d的苗期根系总长度（TRL）、根系总表面积（TRA）、根系总体积（TRV）、根系平均直径（ARD）及根系干重（RDW）等5个根系性状，试验进行2次重复，同时结合小麦660K SNP芯片的分型结果进行全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）。此外，通过序列比对、结构域分析和注释信息预测候选基因，并采用竞争性等位基因特异性PCR(kompetitive allele specific PCR,KASP)技术开发根系性状的分子标记。【结果】霍格兰营养液培养条件下的根系性状变异范围较大，根系整体粗短；而去离子水条件下的根系细长、侧根较多。选用贝叶斯信息与连锁不平衡迭代嵌套式模型（BLINK）、压缩式混合线性模型（CMLM）、固定随机循环概率模型（FarmCPU）以及混合线性模型（MLM）4个模型，结合2种培养条件下的根系性状进行全基因关联分析，共检测到95个与小麦苗期根系性状显著关联的QTL位点（P<10-3），其中，有18个QTL在2个条件下同时被检测到，分布在7A、1B、2B、3B、7B、1D、2D及3D染色体，可解释8.68%—14.07%的表型变异。筛选获得的显著性位点中，有4个与前人的研究相近或一致，其余为新发现QTL位点。对共定位的SNP进行单倍型分析，有10个SNP能够将供试材料分为2种单倍型，且单倍型间的根系性状具有显著差异，同时，基于这些SNP开发KASP标记，筛选到与根系总体积及根系干重相关的2个KASP标记（XNR7143和XNR3707）。进一步挖掘共定位SNP位点上下游区间内的基因，筛选到12个可能与根系发育相关的候选基因，其中，TraesCS7A02G160600编码酰基载体蛋白合成酶，参与根系脂肪酸的合成；TraesCS1B02G401800编码突触融合蛋白，对植物重力向性具有重要作用；TraesCS7B02G417900编码醛脱氢酶，参与脱落酸的合成，从而调控作物根系发育。【结论】小麦根系性状在不同基因型间差异显著，在2个条件下同时检测到18个显著QTL位点，开发了2个根系分子标记（XNR7143和XNR3707），并筛选出12个与根系性状相关的候选基因。

【目的】棉花(Gossypium hirsutum)虽是较耐盐碱的作物,但不同品种间耐盐性差异较大。本研究旨在探讨新疆各年代不同基因型棉花苗期耐盐特性,挖掘棉花本身耐盐遗传资源,筛选耐盐性快速鉴定指标并建立可靠的棉花耐盐性数学评价模型,为棉花耐盐新品种选育及大规模品种耐盐性评价奠定基础。【方法】以17个棉花品种为试验材料,按NaC1盐与草炭、蛭石复合基质重量比设置0(CK)、0.6%两个处理水平,棉种经消毒、催芽后播于复合基质,通过苗期盐土栽培持续胁迫的方式,可反映棉株在大田条件中的实际胁迫环境及真实抗逆机制。对各处理下各品种出苗率(ER)、幼苗鲜重(FW)、干重(DW)、植株含水量(PWC)...

[目的 ]深入了解秋茄响应低温胁迫的分子机制以及培育秋茄的抗寒新品种。[方法 ]以耐寒红树植物‘龙港’秋茄1年生容器苗为实验材料，15℃处理12 h为对照组（CK），-5℃处理12 h为低温组（LT），采用Illumina HiSeq测序平台进行转录组测序，挖掘脱落酸信号途径相关基因。[结果 ]转录组测序共鉴定到148个转录因子，分属于25个转录因子家族，其中，ERF、NAC、WRKY、bHLH、MYB、bZIP、HB-other和MYB-related等家族所包含的基因数量较多，分别为17、14、12、12、10、9、6和6；差异组共筛选到1 330个差异表达基因（Differentially Expressed Genes, DEGs），其中，698(52.48%)个上调表达，632(47.52%)个下调表达; KEGG通路富集分析发现，DEGs显著富集在植物激素信号转导、苯丙素生物合成、半乳糖代谢、光合作用-天线蛋白和α-亚麻酸代谢等通路中;脱落酸信号途径相关基因KoPYL1、KoABF1和KoABF2上调表达，KoPP2C1和KoABF3下调表达，且这些基因表达情况与qRT-PCR验证结果一致。[结论 ]ERF、NAC、WRKY、b HLH、MYB、bZIP、HB-other和MYB-related等家族转录因子对秋茄响应低温胁迫起重要调控作用。植物激素信号转导、苯丙素生物合成、半乳糖代谢、光合作用-天线蛋白和α-亚麻酸代谢等是秋茄响应低温胁迫的重要KEGG通路。脱落酸信号途径中的KoPYL1、 KoPP2C1、KoABF1、KoABF2和KoABF3基因可作为后期研究秋茄响应低温胁迫的重要候选基因。

为探究不同干旱胁迫时间处理下，二倍体马铃薯材料对干旱胁迫响应的分子机制，挖掘抗旱相关基因。以高抗旱二倍体资源A90为试验材料，利用转录组测序技术对PEG-6000胁迫下不同时间的差异表达基因进行分析，通过GO富集、KEGG通路分析与转录因子预测参与马铃薯干旱胁迫响应的差异表达基因，初步挖掘抗旱调控关键基因；并通过RT-qPCR对3个抗旱候选基因进行逆境胁迫表达分析。结果表明：A90在20%PEG-6000胁迫处理3,6,24 h与对照相比，共有2 519个差异表达基因，这些基因主要富集在植物激素信号转导、谷胱甘肽代谢、苯丙烷生物合成、戊糖和葡萄糖醛酸相互转化等抗旱相关过程中。并且显著富集在通路上的340个共差异表达基因中有53个基因注释到了RLKs、AP2/ERF和Tify等15个转录因子家族中，其中StST/K1、StERF1和StTify1的表达量较高，有可能是抗旱调控关键基因。基因StST/K1和StERF1受到干旱和低温胁迫主要在材料的根和叶中上调表达，基因StERF1在盐胁迫下在材料的根、茎和叶中均上调表达；基因StTify1在受到干旱在材料的茎和叶中上调表达，受到盐胁迫在材料的根、茎和叶中均上调表达，但在低温胁迫下只在材料的茎中下调表达。由此说明，筛选出的3个基因均能够对干旱、盐和低温胁迫产生响应，可为今后马铃薯抗旱分子育种中相关抗旱候选基因研究提供一定的理论基础。

温度对水稻生长发育及产量建成很重要,为了进一步明确低温应答对水稻苗期生长发育的调节机制,以粳稻品种中花-11为试验材料,在17℃低温处理的条件下,利用新一代高通量测序手段-转录组测序(RNA-Seq)开展水稻苗期低温应答转录组分析。通过转录组分析,分别获得干净的高通量序列为46 384 074条和52 483 052条,鉴定并筛选出2 044个差异表达基因,其中,1 252个基因表达上调,792个基因表达下调; GO注释分析将全部的差异基因分为分子功能、生物学过程和细胞组分三大类,各自占比为63. 29%,8. 81%,27. 90%。利用KEGG数据库具体分析低温调节的2个通路光合作用通路和苯丙氨酸代谢通路中差异表达基因的数量及位置,并进一步预测了新基因的功能及与光合作用和苯丙氨酸代谢相关基因的互作蛋白基因。结果表明,低温胁迫对水稻的影响主要体现在生物学过程中,在光合作用、次生代谢的生物合成和苯丙氨酸代谢均有明显作用。另外,差异表达的WRKY转录因子为耐冷机制进一步研究提供方向与依据。

以水稻耐盐突变体sst为对照,对67个水稻亲本及突变体sst与水稻品种华占的F2群体进行耐盐性筛选,并结合分子标记结果,分析水稻苗期耐盐性基因SST分子标记ID27093、ID27101、ID27118、INDEL1和INDEL2的特异性和准确性.结果表明,分子标记ID27093、ID27101、ID27118和INDEL1的扩增多态性较低;而分子标记INDEL2的扩增多态性较高,为共显性标记,具有较高的特异性,能区分耐盐供体sst与85.07%的供试亲本,且筛选准确率高.因此,分子标记INDEL2标记可

采用PEG-6000、NaCl胁迫对21份引进BMR饲草高粱种质材料进行萌发期和苗期耐旱、耐盐性综合评价,结果表明,一定浓度的旱、盐胁迫可促进萌发期耐性较强的材料发芽率、根长、芽长、活力指数,苗期PEG、NaCl胁迫下几乎所有材料的CAT活性都呈上升趋势,而SOD、POD活性大体表现为先上升后下降。萌发期、苗期耐旱性均强的材料分别为BMP12、BMP456、BMP448,萌发期、苗期耐盐性均强的材料分别为BMP16、BMP12、BMP453。

为定位混合盐碱胁迫下调控高粱苗期性状的QTL位点,发掘耐盐碱基因位点及其紧密连锁标记。以耐盐碱和盐碱敏感组合BJ-299×Tx622B构建的F2群体为材料,采用SSR标记技术和区间作图法对170个F2∶3家系进行高粱苗期相对存活率(RL)、相对干质量(RDW)、相对鲜质量(RFW)和相对苗高(RSH)的QTL分析。结果表明,试验材料耐盐碱性状符合数量遗传的特点,共定位到3个QTL位点(q SAT-A、q SAT-D和q SAT-J)调控高粱苗期耐盐碱性状,分布在A、D和J染色体上,位于标记Sam27281~Sam22486、Sam11433~Sam78379和Sam62346a~Sam3839...

采用完全双列杂交设计研究了 7个耐盐性不同的水稻品种苗期耐盐性遗传机制。在水培条件下 ,将亲本和F1世代的 3～ 4叶期幼苗用 8g·L-1的NaCl胁迫处理 10d后 ,测定根系Na+ /K+ 和盐害级别 ,利用主位点组加性显性模型 ,采用向前逐步回归方法对 2个耐盐指标进行遗传分析。结果表明 ,根系Na+ /K+ 的遗传变异符合 2个主位点组 +微位点组的遗传控制模型 ,盐害级别的遗传变异符合 3个主位点组 +微位点组的遗传控制模型。在决定水稻根系Na+ /K+ 和盐害级别的遗传变异中 ,主位点组的加性效应和显性效应共同起作用。

【目的】进一步探明盐胁迫条件下营养元素K+、Ca2+和Mg2+对苗期不同水稻基因型耐盐性的影响差异,为明确作物耐盐胁迫的生理机制、提高作物耐盐胁迫能力提供参考。【方法】于2009年1—4月在严格控制水、温、光和营养元素供应的国际水稻研究所人工气候室进行水培试验,比较研究营养液中K+、Ca2+和Mg2+浓度的变化对不同水稻基因型苗期耐盐性的影响。【结果】在盐胁迫条件下(100mmol·L-1NaCl),耐盐基因型(FL478和IR651)与盐敏感基因型(IR29和Azucena)相比,植株体内有较低的Na+含量和Na+/K+、Na+/Ca2+、Na+/Mg2+比,有较高的K+含量,这些都是耐盐基...