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当期目录

    2017年 第50卷 第13期 刊出日期:2017-07-01
      
    作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
    小麦锌指转录因子TaDi19A对低温的响应及其互作蛋白的筛选
    茹京娜,于太飞,陈隽,陈明,周永斌,马有志,徐兆师,闵东红
    中国农业科学. 2017, 50(13):  2411-2422.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.001
    摘要 ( 56 )   HTML ( 1 )   PDF (3193KB) ( 241 )   收藏
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    【目的】锌指类转录因子在植物逆境信号转导和非生物胁迫响应中发挥重要的作用。通过对小麦锌指转录因子基因TaDi19A的耐冷性能进行鉴定,利用酵母双杂交技术筛选并获得与TaDi19A互作的候选蛋白,以解析TaDi19A介导的抗逆调控机制。【方法】通过对低温处理的小麦转录组测序结果进行分析,获得一个锌指类转录因子TaDi19A。利用生物信息学的方法分析TaDi19A的分子特性,用SMART在线工具进行蛋白结构分析;用GSDS和PHYRE2在线工具分别对TaDi19A结构和蛋白三级结构进行分析;用NetPhos 2.0 Server数据库预测TaDi19A蛋白磷酸化位点。以低温处理的小麦cDNA作为模板,通过SYBR Green染料法进行实时荧光定量PCR,检测TaDi19A在低温处理不同时间段的表达模式。构建植物表达载体pBI121-TaDi19A,通过花序侵染法转化拟南芥,用T3代拟南芥进行耐冷性鉴定,分析低温处理对转基因拟南芥的根长、鲜重和存活率的影响。检测转TaDi19A拟南芥中抗逆相关基因表达变化,分析TaDi19A调控植物耐冷性的作用机制。构建诱饵载体pGBKT7-TaDi19A,验证自激活活性;利用酵母双杂交技术,将诱饵载体pGBKT7-TaDi19A和小麦cDNA文库共转化酵母AH109感受态细胞,通过SD/-Trp/-Leu/-His/-Ade和X-α-gal显蓝反应筛选得到阳性克隆,测序和BLAST分析获得候选蛋白。【结果】小麦TaDi19A编码区全长747 bp,编码248个氨基酸,分子量为28.03 kD,等电点为4.74,基因含4个外显子,3个内含子。TaDi19A蛋白靠近N-端包含锌指结合结构域,C端为Di19结构域,预测的TaDi19A蛋白三级结构包含2个α螺旋结构。磷酸化位点分析结果显示TaDi19A蛋白含有12个丝氨酸、9个苏氨酸和3个酪氨酸磷酸化位点。实时荧光定量PCR结果显示,TaDi19A受低温胁迫诱导表达。正常生长条件下,转基因和野生型拟南芥没有明显差异,低温处理下,转基因拟南芥的根长明显大于野生型拟南芥,并且耐冷性强于野生型拟南芥。下游基因检测结果表明,低温处理后,CBL1、CBL2和KIN1等冷胁迫响应相关基因在野生型和转基因植株中表达量都升高,在转基因植株中的表达量显著高于野生型,表明TaDi19A可能通过调节下游冷胁迫响应相关基因的表达提高转基因植物的耐冷性。通过对酵母双杂交系统筛选到的候选互作蛋白进行初步分析表明,这些候选互作蛋白主要参与植物体的信号转导和非生物胁迫响应过程,表明TaDi19A在植物的逆境信号转导及非生物胁迫响应过程中发挥着重要作用。【结论】小麦TaDi19A受低温诱导表达,过表达能够提高转基因拟南芥的耐冷性;而TaDi19A功能的发挥可能需要其他蛋白的参与。
    大麦近等基因系苗期根系形态及叶片渗透调节物质对PEG胁迫的响应
    杜欢,马彤彤,郭帅,张颖,白志英,李存东
    中国农业科学. 2017, 50(13):  2423-2432.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.002
    摘要 ( 32 )   HTML ( 1 )   PDF (433KB) ( 161 )   收藏
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    【目的】研究大麦半矮秆基因uzu与抗旱性的关系,为大麦抗旱优质育种提供理论依据。【方法】以两套大麦株高近等基因系(3T、3D和15T、15D)为试验材料,采用营养液水培方式,以不同浓度的PEG6000模拟干旱胁迫,研究不同胁迫程度:对照(0)、轻度(5%)、中度(15%)和重度胁迫(25%)对大麦株高近等基因系幼苗株高、根冠比、根系形态及叶片渗透调节物质的影响。在幼苗长至四叶一心时取样,直尺测定株高;采用烘干称重法获得根系生物量和地上部生物量,二者比值乘以100%得到根冠比;利用根系扫描仪对样根进行扫描测量,并用WinRHIZO软件进行单株总根长、根表面积和根体积的分析;可溶性糖含量用硫酸-蒽酮比色法测定;可溶性蛋白含量用考马斯亮蓝G-250染色法测定;脯氨酸含量用酸性茚三酮显色法测定。【结果】随着PEG6000浓度的增加,大麦幼苗生长受到明显抑制,株高逐渐降低,而根冠比则呈相反的变化趋势。就根系形态而言,随胁迫程度的增加,两套近等基因系表现出不同的变化趋势,在轻度和中度胁迫下3D和15T的变化幅度分别小于3T和15D,在重度胁迫下则表现相反。可溶性糖含量随胁迫浓度的增加呈先升高后降低再升高的变化趋势,而可溶性蛋白含量变化趋势与可溶性糖含量相反;在轻度和中度胁迫下3D和15D的变化幅度分别小于3T和15T,在重度胁迫下也表现相反。但脯氨酸含量随胁迫浓度升高呈现上升趋势,且在不同胁迫浓度下均表现为3D和15D变化幅度较小。相关分析表明:不同胁迫处理下,除可溶性蛋白含量外,株高与其他性状均存在显著相关关系;根冠比与根系形态以及根系形态之间也存在显著相关关系。同时,具有较高可溶性糖含量的品系其脯氨酸含量也较高,而可溶性蛋白含量则较低。此外,根系形态与叶片渗透调节物质之间亦存在一定的相关性,即总根长和根表面积均与可溶性糖含量和脯氨酸含量呈现显著负相关关系。【结论】在根系形态及叶片渗透调节方面,大麦株高近等基因系对苗期不同干旱胁迫的响应存在差异并相互影响。在轻度和中度胁迫程度下,近等基因系3T和3D中半矮秆基因的存在有利于抵御干旱胁迫。
    基于表型和SSR分子标记构建芝麻核心种质
    刘艳阳,梅鸿献,杜振伟,武轲,郑永战,崔向华,郑磊
    中国农业科学. 2017, 50(13):  2433-2441.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.003
    摘要 ( 30 )   HTML ( 1 )   PDF (693KB) ( 244 )   收藏
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    【目的】便于管理、研究和利用芝麻种质资源,为芝麻育种提供优异基因资源。【方法】利用新收集和种质库保存的5 020份芝麻种质资源为基础,首先基于标准化的表型数据按地理来源分组后采用组内比例法聚类抽样构建初级核心种质,然后基于SSR分子标记应用位点优先取样策略逐步聚类,使用t检验检测每次聚类形成的核心种质与初级核心种质的Nei’s基因多样度(He)和Shannon-Wiener指数(I),直到核心种质的遗传多样性与初级核心种质开始有显著差异时,终止多次聚类取样,选择上一个与初级核心资源没有显著差异的核心种质作为最佳核心种质。利用Nei’s 多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数、多态条带百分率(PB,%)、多态条带保留率(PBR,%)、变异系数符合率(VR)、极差符合率(CR)、方差差异百分率(VD,%)、均值差异百分率(MD,%)等参数进行核心种质代表性检验和评价。【结果】构建了含有816份资源的初级核心种质和含有501份资源的核心种质,分别占全部种质资源的16.25%和9.98%;核心种质包括国内资源442份,国外资源59份;Nei's基因多样度(0.2789)和Shannon-Wiener指数(0.4243)在P<0.05概率条件下与初级核心资源(He=0.2791,I=0.4302)无显著性差异,多态条带百分率(PB,%)、多态条带保留率(PBR,%)、变异系数符合率(VR)、极差符合率(CR)分别为91.25%、95.23%、99.14%、86.85%。方差差异百分率(VD,%)和均值差异百分率(MD,%)均为0。t测验结果表明,核心种质的遗传多样性指数与原始种质差异不显著。位点优先取样策略构建的核心种质比对照随机取样策略丢失的多态性位点数少,且同一遗传距离下位点优先取样策略构建的核心种质具有更高的遗传多样性,更能构建一个具有代表性的核心种质,Shannon-Wiener多样性指数比Nei’s多样性指数检测效率高。【结论】基于地理来源分组,组内按表型数据聚类按比例法抽样构建芝麻初级核心种质,再结合SSR分子标记数据,采用SM相似系数进行UPGMA逐步聚类是构建芝麻核心种质较适宜的方法,所构建的核心种质较好地代表了基础种质的遗传多样性。
    亚麻快速生长期细胞壁形成相关基因的表达分析
    江海霞,郭栋良,李玉环,闫文亮,杨亮杰,谢丽琼
    中国农业科学. 2017, 50(13):  2442-2450.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.004
    摘要 ( 46 )   HTML ( 1 )   PDF (3434KB) ( 169 )   收藏
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    【目的】亚麻在快速生长期其韧皮纤维细胞发育在SP(the snap point)点上下端分别经历细胞伸长和次生细胞壁加厚2个不重叠时期。研究亚麻快速生长期不同组织、不同时期、不同器官中与细胞壁形成相关的β-半乳糖苷酶(LuBGALs)、纤维素合酶(LuCESAs)等家族基因的表达谱,探讨快速生长期亚麻韧皮纤维细胞细胞壁的发育模式,为改善亚麻纤维产量提供理论依据。【方法】以生长45 d的亚麻根、茎韧皮纤维、叶为材料,用透射电镜观察并测量茎韧皮纤维细胞细胞壁结构和厚度,采用实时荧光定量(qRT-PCR)方法,研究亚麻快速生长期LuBGALs和LuCESAs等细胞壁形成相关的基因在亚麻韧皮纤维不同阶段的表达特点。【结果】在SP点上部TOP端纤维细胞细胞壁薄,约110 nm;紧邻SP点茎中部的MID区(约500 nm)和茎下部的BOT区(约650 nm),细胞壁厚度明显增厚,细胞壁质地均一,没有明显的分层现象,说明SP点中部和下部韧皮纤维细胞细胞壁已经开始加厚但还未进入次生壁加厚阶段,与TOP明显不同。亚麻LuBGAL1在TOP区的表达显著低于MID区和BOT区,表明其主要参与纤维细胞细胞壁加厚过程。而LuBGAL3、LuBGAL6、LuBGAL9在TOP区表达最高,MID区次之,表明此类基因主要参与亚麻韧皮细胞伸长和细胞壁重建过程。LuBGAL5在幼嫩的TOP区表达量高,在亚麻茎较为成熟的MID区较低,说明LuBGAL5在细胞壁形成过程中起作用。其他BGALs基因的表达量均较低。在亚麻茎幼嫩的TOP区纤维细胞中,亚麻纤维素合酶基因LuCESA1、LuCESA3、LuCESA7、LuCESA8、LuCESA9和LuCESA10都检测出较高的表达量,且明显高于其在MID区和BOT区的表达。其中LuCESA3和LuCESA10在MID区的表达显著低于BOT区,其他几个CESAs基因在MID和BOT的表达并无明显差异。结合这些基因在亚麻快速生长期不同器官中的表达模式,结果说明,亚麻中6个CESA(LuCESA1、LuCESA3、LuCESA7、LuCESA8、LuCESA9和LuCESA10)主要促进亚麻韧皮纤维细胞的伸长。LuSuSy在幼茎韧皮纤维细胞中表达量高,表明亚麻茎伸长和加粗需要大量能量。LuXTH4在亚麻细胞壁发育过程中发挥作用。【结论】快速生长期亚麻茎韧皮纤维细胞细胞壁没有次生加厚过程;LuBGAL3、LuBGAL5、LuBGAL6、LuBGAL9、LuCESA1、LuCESA3、LuCESA9和LuCESA10在亚麻细胞壁细胞伸长过程中起作用;LuBGAL1主要促进亚麻细胞壁加厚过程;LuSuSy和LuXTH4在亚麻细胞壁发育中发挥作用。
    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    深松蓄水增量播种对旱地小麦植株氮素吸收利用、产量及蛋白质含量的影响
    薛玲珠,孙敏,高志强,王培如,任爱霞,雷妙妙,杨珍平
    中国农业科学. 2017, 50(13):  2451-2462.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.005
    摘要 ( 47 )   HTML ( 1 )   PDF (437KB) ( 171 )   收藏
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    【目的】明确旱地麦田休闲期深松的蓄水效果,探索旱地小麦构建合理群体的最适播量,有利于寻求产量与品质同步提升的最佳耕作及播种技术途径。【方法】于2012—2014年在山西闻喜县开展大田试验,以休闲期深松与否为主区,以67.5、90、112.5 kg·hm-2共3个播量为副区,测定休闲期土壤水分、冬前群体分蘖数、植株各器官干物质量及含氮率、产量及其构成因素,研究休闲期深松蓄水调节播量对植株氮素吸收和利用、产量及籽粒蛋白质含量的影响。【结果】休闲期深松较对照休闲期土壤蓄水效率提高60%以上。深松较对照冬前群体分蘖数、越冬期植株干物质量和氮素积累量、开花前叶片和颖壳+穗轴积累氮素的运转量、开花后氮素积累量均显著增加。深松条件下增加播量,冬前群体分蘖数及越冬期植株干物质积累量显著增加,开花前各器官积累氮素的运转量增加,开花前叶片、颖壳+穗轴积累氮素的运转对籽粒的贡献率提高,但播量90 kg·hm-2与112.5 kg·hm-2两处理间差异不显著。深松较对照穗数、穗粒数显著提高,两年度分别增产26%—66%、17%—34%;而籽粒蛋白质含量降低,但播量90 kg·hm-2时降低不显著。深松条件下增加播量,穗数、千粒重、产量提高,但播量90 kg·hm-2与112.5 kg·hm-2两处理间差异不显著;籽粒蛋白质含量及其产量均以播量90 kg·hm-2较高。深松较对照水分利用效率显著提高,两年度分别提高13%—22%、9%—16%;氮素吸收效率、氮肥生产效率显著提高,播量67.5 kg·hm-2和90 kg·hm-2时的氮素利用效率显著提高。深松后水分利用效率以播量90 kg·hm-2较高,且与其他两处理间差异显著,深松条件下增加播量,氮素吸收效率显著提高,氮肥生产效率提高,但播量90 kg·hm-2与112.5 kg·hm-2两处理间的氮肥生产效率差异不显著。此外,休闲期深松配套不同播量处理,产量和籽粒蛋白质产量均与开花前各器官积累氮素的运转量显著或极显著相关,且降水多的年份,与开花前颖壳+穗轴积累氮素的运转量相关性较高。降水较多的年份较降水较少的年份开花后氮素的积累量与产量相关性较高。【结论】旱地小麦休闲期深松蓄水配套播量90 kg·hm-2有利于形成冬前壮苗;有利于开花期各器官氮素积累,促进开花前叶片和颖壳+穗轴中积累的氮素向籽粒转移;有利于形成有效穗数,构建合理群体,提高产量、水分利用效率、氮素吸收效率和氮肥生产效率,实现旱地小麦产量与籽粒蛋白质含量同步提升。

    种植密度对旱地不同株型春玉米品种光合特性与产量的影响
    徐宗贵,孙磊,王浩,王淑兰,王小利,李军
    中国农业科学. 2017, 50(13):  2463-2475.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.006
    摘要 ( 39 )   HTML ( 1 )   PDF (438KB) ( 243 )   收藏
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    【目的】研究种植密度对渭北旱塬不同株型春玉米品种光合特性与产量差异的影响,旨在揭示旱地不同株型玉米品种对种植密度的响应规律,确定与降水资源相适应的适宜种植密度。【方法】于2015—2016年以豫玉22、郑单958和先玉335为供试品种,设置D1(5.25万株/hm2)、D2(6.75万株/hm2)、D3(8.25万株/hm2)和D4(9.75万株/hm2)4个种植密度处理,研究玉米各生育时期光合特性、叶面积指数(LAI)、干物质量和产量相关性状的变化规律。【结果】(1)随着种植密度增加,光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)均降低,而LAI增加,密度每增加1万株/hm2,Pn降低1.32 μmol CO2·m-2·s-1,Tr降低0.297 mmol·m-2·s-1,LAI增加0.181。(2)有效穗数随种植密度增加而显著增加,但穗粒数和千粒重显著降低(P<0.05),密度每增加1万株/hm2,穗粒数平均减少45粒,千粒重平均减小12 g。3个品种籽粒产量均以D2密度最高,2015年豫玉22、郑单958、先玉335产量分别为10.52、9.59、9.14 t·hm-2,2016年分别为11.37、9.73、9.77 t·hm-2。密度从5.25万株/hm2增加到6.75万株/hm2,两年内平均籽粒产量分别提高了21.9%、19.5%和7.5%;密度从6.75万株/hm2增加加到9.75万株/hm2,籽粒产量分别降低了19.8%、15.4%和7.7%。(3)春玉米基部茎粗、穗长随种植密度增加而逐渐减小。密度每增加1万株/hm2,穗长平均降低0.86 cm,基部茎粗平均减小0.09 cm,豫玉22和郑单958倒伏率随之增高,但先玉335各密度下均未出现倒伏。(4)收获指数在两年间差异较大,平均表现为2015年高于2016年,品种间表现为先玉335>郑单958>豫玉22。水分利用效率和光能利用率均随着种植密度增加而先增大后降低。【结论】渭北旱塬旱地豫玉22、郑单958和先玉335最适种植密度分别为7.25、7.40、7.32万株/hm2,其中豫玉22稳产性和丰产性较高,不同类型玉米品种最适种植密度范围为7.26—7.40万株/hm2,稀植型品种宜采用较低密度,密植型品种宜采用较高密度。
    气候变化对黄淮海地区夏玉米-冬小麦种植模式和产量的影响
    孙新素,龙致炜,宋广鹏,陈长青
    中国农业科学. 2017, 50(13):  2476-2487.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.007
    摘要 ( 42 )   HTML ( 1 )   PDF (1585KB) ( 325 )   收藏
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    【目的】全球气候正以变暖为主要特征发生显著变化,探究气候变化对黄淮海地区夏玉米-冬小麦种植制度的影响,为制定合理的应对措施提供理论依据。【方法】通过气象站点观测值的加权平均和一元线性回归分析黄淮海各省市地区1992—2013年来的气候变化特征。利用农业气象站点多年长期观察的夏玉米-冬小麦物候数据,通过加权求平均,分析气候变暖背景下夏玉米-冬小麦的生育期和茬口推移情况。采用一元线性回归分析1992—2013年来黄淮海地区夏玉米-冬小麦周年产量变化。同时利用非线性回归分析法和面板数据敏感性分析法分析气候变化对黄淮海地区夏玉米-冬小麦周年产量的影响。【结果】1992—2013年来,黄淮海地区温度整体呈现波动上升趋势,降水总量变化趋势不明显,但区域差异显著。在气候变化的背景下,黄淮海地区夏玉米-冬小麦种植模式发生明显改变:冬小麦播种时间推迟,生育期存在缩短趋势,不同地区缩短2—5 d不等;夏玉米播种时间南部推迟而北部提前,收获时间总体呈现推迟趋势,整个黄淮海地区生育时长未发生明显变化。茬口时间因夏玉米-冬小麦生育期的推移呈现不同程度延长,造成了气候和土地资源的浪费。1992—2013年间黄淮海地区夏玉米-冬小麦单产呈显著上升趋势,多数省份达到显著水平。非线性敏感性分析表明,最低温度、最高温度和平均温度对夏玉米-冬小麦产量的影响基本表现为同时增产或同时减产的一致性。冬小麦产量受最低温度的影响最为显著,东南部的江苏省和山东省减产明显,而北部河北省和西部河南省表现为增产。温度升高除对河南省夏玉米有增产作用外,其他省份夏玉米产量均出现不同程度的降低,这可能与温度升高的幅度不同和降水的区域性差异有关。降水量对夏玉米-冬小麦产量影响存在地区差异。总体上气候变暖对周年单产影响表现为北部增产,而南部减产,因而选择适宜早播且生育期长的夏玉米品种对保障周年产量具有重要意义。【结论】气候变暖背景下,黄淮海地区冬小麦播种时间推迟,生育期缩短,夏玉米生育期北部延长而南部缩短,生育期的推移导致茬口时间延长,造成了气候资源和土地资源的浪费。1992—2013年间夏玉米-冬小麦周年产量显著提高。温度升高和降水增加对产量的影响存在区域差异,整个区域平均来看升温使夏玉米减产,冬小麦增产;降水增加有利于黄淮海北部地区夏玉米的产量形成,对南部地区夏玉米产量则存在不利影响,而对黄淮海大部分地区冬小麦的产量形成不利。
    植物保护
    柑橘响应溃疡病菌转录因子CsBZIP40的克隆及功能分析
    贾瑞瑞,周鹏飞,白晓晶,陈善春,许兰珍,彭爱红,雷天刚,姚利晓,陈敏,何永睿,李强
    中国农业科学. 2017, 50(13):  2488-2497.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.008
    摘要 ( 33 )   HTML ( 1 )   PDF (2235KB) ( 207 )   收藏
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    【目的】分析柑橘BZIP转录因子家族并克隆柑橘溃疡病菌相关的转录因子CsBZIP40,对其进行亚细胞定位并研究外源激素及机械损伤对该基因的诱导表达,确定其诱导表达模式,分析其与溃疡病菌侵染的关系。【方法】基于全基因组公共数据库,对柑橘BZIP转录因子进行综合专业注释以获得柑橘中BZIP家族的所有成员信息,并根据染色体定位对其进行命名;利用MEME分析其结构域;利用MEGA 6.0分析柑橘BZIP与拟南芥BZIP的系统发育关系,并根据系统发育关系对该基因家族进行分类,确定本研究关注的CsBZIP40所属的类型;结合染色体定位和系统发育树确定该家族的基因复制情况;利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)方法验证感染溃疡病菌前后由柑橘转录组筛选出的CsBZIP40表达模式;分析CsBZIP40、启动子元件(plantCARE)和核定位信号(cNLSmapper),构建GFP融合载体,用洋葱表皮进行亚细胞定位分析,来对预测的核定位信息进行验证;利用qRT-PCR技术分析水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、乙烯利(ET)以及机械损伤(wounding)对该基因的诱导表达模式,揭示该转录因子与激素代谢途径的关系。【结果】从柑橘(甜橙)全基因组数据库中共注释到47个BZIP,这些BZIP基因位于9号染色体之外的所有染色体上,其中3号染色体基因密度最大为4.5×10-7个/Mb,2号染色体上的BZIP基因密度最小,仅占所有BZIP基因的2%;柑橘BZIP基因家族含有较少的基因复制事件,所以相对其他已测序物种其BZIP家族较小;CsBZIP40基因全长5 756 bp,开放阅读框1 530 bp,编码509个氨基酸;经BZIP家族染色体定位、结构域和系统发育分析结果显示CsBZIP40基因序列特异性较好,且CsBZIP40与拟南芥中AT1g08320属于同源基因,属于柑橘10个亚家族中参与病菌防御的D亚类;上游启动子元件含多个与植物逆境或激素应答相关的顺式作用元件,例如Box-W1、HSE、ERE等;此基因含有核定位信号,亚细胞定位表明此蛋白定位于细胞核,具备转录因子发挥作用的前提;外源水杨酸并不会使四季橘和纽荷尔脐橙中CsBZIP40的表达水平显著上调,纽荷尔脐橙在茉莉酸甲酯诱导后有明显的差异表达,但乙烯利可以使CsBZIP40四季橘和纽荷尔脐橙中均有较明显的差异表达;柑橘溃疡病菌侵染可诱导抗病品种四季橘中此基因上调表达,而在感病品种纽荷尔脐橙中,该基因对柑橘溃疡病菌侵染没有响应。【结论】CsBZIP40是响应溃疡病菌侵染的一个转录因子,该基因可作为柑橘抗溃疡病菌分子育种的一个候选基因来进行进一步功能性验证,具有潜在的分子育种价值
    飞蝗几丁质脱乙酰基酶基因的分子特性和生物学功能
    于荣荣,丁国伟,刘卫敏,张敏,赵小明,韩鹏飞,马恩波,张建珍
    中国农业科学. 2017, 50(13):  2498-2507.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.009
    摘要 ( 31 )   HTML ( 1 )   PDF (3389KB) ( 181 )   收藏
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    【目的】几丁质脱乙酰基酶(chitin deacetylase,CDA)是昆虫几丁质代谢系统的重要酶系,研究飞蝗(Locusta migratoria)几丁质脱乙酰基酶基因的分子特性和生物学功能,为新型农药靶标筛选提供科学依据。【方法】基于飞蝗转录组数据库,获得几丁质脱乙酰基酶基因的cDNA序列,将其与飞蝗基因组进行比对,绘制基因结构图。将其与赤拟谷盗CDAs序列进行比对,并采用BlastP和SMART软件进行功能域预测。将已鉴定的飞蝗CDAs分别与赤拟谷盗、果蝇、冈比亚按蚊、家蚕、中华稻蝗和云杉卷叶蛾的同源序列进行聚类分析,采用MEGA 5.02软件中的neighbor-joining(NJ)法构建系统发育树。采用reverse transcription quantitative PCR(RT-qPCR)方法检测分析CDA在飞蝗5龄若虫不同组织部位和不同发育日龄表皮中的表达特性,进一步采用RNA干扰(RNAi)技术研究其对飞蝗蜕皮发育的影响。采用化学检测法测定其几丁质含量。利用透射电镜(TEM)观察其对表皮几丁质排列的影响。【结果】在飞蝗转录组数据库中搜索获得3条几丁质脱乙酰基酶基因全长cDNA序列,生物信息学分析发现其均具有信号肽,开放阅读框包含几丁质结合区(ChBD)和几丁质脱乙酰基催化域(CDA)2个功能域。与赤拟谷盗CDAs序列比对结果表明飞蝗2条CDAs部分序列存在差异,且与赤拟谷盗TcCDA5的2个剪切子差异序列位置一致,显示2条序列为2个剪切子。聚类分析结果表明,3条序列分别与6种昆虫CDA4和CDA5以较高的置信度聚为一支。分别将其命名为LmCDA4、LmCDA5aLmCDA5b。不同组织部位表达结果表明LmCDA4LmCDA5在飞蝗前肠、后肠和表皮中高表达,LmCDA5在脂肪体中也有较高的表达;CDAs在5龄不同天数表皮表达结果显示LmCDA4LmCDA5在5龄第1和第2 天的表皮中表达量较高,之后逐步下降。注射dsLmCDA4或dsLmCDA5 24 h后,与对照组相比,基因表达量显著降低,沉默效率达到98.1%和95.6%,但均无可见表型,都可正常蜕皮至成虫。几丁质含量和透射电镜分析显示,上述基因RNAi后不影响表皮几丁质含量及排列。【结论】飞蝗几丁质脱乙酰基酶4和5基因主要在飞蝗表皮和前/后肠表达,生物学功能研究表明这2个基因不参与飞蝗蜕皮发育过程,靶基因沉默对飞蝗生长发育及表皮结构无影响。
    油菜素内酯对阔世玛胁迫下谷子叶片光合荧光特性及糖代谢的影响
    杨慧杰,原向阳,郭平毅,董淑琦,张丽光,温银元,宋喜娥,王宏富
    中国农业科学. 2017, 50(13):  2508-2518.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.010
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    【目的】探明油菜素内酯(brassinolide,BR)对阔世玛胁迫下谷子叶片的光合荧光特性及糖代谢的影响,为谷子田磺酰脲类除草剂阔世玛的安全应用及利用植物生长调节剂油菜素内酯缓解除草剂药害提供理论基础和技术途径。【方法】采用完全随机设计,重复3次,以杂交高产谷张杂5号和普通优质谷晋谷21号为材料,进行盆栽试验,待幼苗长至3—5叶期时,喷施7.5 mg·L-1阔世玛,药后1 d,分别叶面喷施清水(对照)、0.05、0.1、0.2和0.4 mg·L-1的油菜素内酯,7 d后对所有处理的谷子幼苗株高、叶面积、鲜重等农艺性状、叶片光合色素含量、气体交换参数、叶绿素荧光参数、糖含量及蔗糖代谢关键酶活性进行测定与分析。【结果】在7.5 mg·L-1阔世玛胁迫下,谷子的株高、叶面积、鲜重、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、叶绿素(a+b)、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、最大光化学产量(Fv/Fm)、表观光合电子传递速率(ETR)、非调节性能量耗散量子产量(Y(NO))、中性转化酶(NI)、蔗糖合成酶(SS)及蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性显著降低;而胞间CO2浓度(Ci)、调节性能量耗散量子产量(Y(NPQ))、还原性糖、蔗糖和淀粉含量显著升高。药后1 d喷施适宜浓度的BR能部分缓解阔世玛对谷子的药害,显著提高谷子的株高、叶面积、鲜重、光合色素含量、Pn、Tr、Gs、Fv/Fm、ETR、Y(NO)、NI、SS及SPS活性,并显著降低Ci、Y(NPQ)、还原性糖、蔗糖和淀粉含量;其中,0.05—0.1 mg·L-1 BR对缓解张杂5号阔世玛药害的效果较好,0.1—0.2 mg·L-1 BR对缓解晋谷21号阔世玛药害的效果较好。≥0.4 mg·L-1 BR不能缓解阔世玛药害。【结论】7.5 mg·L-1的阔世玛对谷子产生显著药害的原因之一是降低了其光合色素含量,抑制了PSⅡ光化学活性,影响了糖代谢的正常运转。0.1 mg·L-1的油菜素内酯通过提高光合色素含量、增加气孔导度、提高PSⅡ光化学活性、促进碳水化合物的卸出、维持蔗糖代谢平衡等来缓解阔世玛对谷子光合作用的抑制。
    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    酸性土壤施用石灰提高作物产量的整合分析
    曾廷廷,蔡泽江,王小利,梁文君,周世伟,徐明岗
    中国农业科学. 2017, 50(13):  2519-2527.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.011
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    【目的】施用石灰是改良土壤酸度获得作物增产的传统而有效的方法之一,整合分析石灰增加作物产量的效应和原因,对科学合理施用石灰维持作物高产提供指导。【方法】收集已公开发表有关石灰改良酸性土壤的文献数据,建立土壤pH和作物产量/生物量数据库。分析土壤初始pH(3.1—6.6)、作物类型(粮食作物、经济作物)、石灰施入量(<750、750—1 500、1 500—3 000、3 000—6 000、>6 000 kg·hm-2)和石灰类型(生石灰、熟石灰、石灰石粉)下,作物的增产率。【结果】与不施石灰相比,酸性土壤上施用石灰可提高作物产量,增产幅度为2%—255%,粮食类作物和经济类作物增产率分别为42%和47%,其中粮食类作物增产率大小排序:玉米(149%)>高粱(142%)>麦类(55%)>豆类(32%)>水稻(4%)>薯类(2%),经济类作物增产率排序:蔬菜(255%)>牧草(89%)>油菜(26%)>水果(23%)>烟草(7%)。施用石灰作物增产率随土壤初始pH的升高呈先升高后降低趋势:当pH为4.3时,增产效果最好,达99%;pH 5.8以上出现减产。在常见土壤酸性范围(pH 4.5—5.5),石灰用量以3 000—6 000 kg·hm-2最佳,增产率达55%—173%。熟石灰的增产效果(100%)要优于生石灰(32%)和石灰石粉(64%)。施用石灰提高土壤pH和交换性钙含量、降低交换性铝含量,是作物增产的主要原因,且当交换性钙为6.2 cmol·kg-1时增产率最大,也证实改良土壤酸度时需要中等石灰用量。【结论】酸性土壤添加石灰对蔬菜和玉米的增产效果最好,并优先选用熟石灰。石灰用量以3 000—6 000 kg·hm-2为宜,在pH大于5.8时不宜施用,即酸性土壤改良目标值为pH 5.8。
    地表覆盖对玉米籽粒氮素积累和干物质转移“源-库”过程的影响
    朱琳,李世清
    中国农业科学. 2017, 50(13):  2528-2537.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.012
    摘要 ( 35 )   HTML ( 1 )   PDF (472KB) ( 171 )   收藏
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    【目的】探寻不同覆盖措施下玉米籽粒氮素积累和物质转移的“源-库”过程。【方法】以中国西北黄土高原典型旱作农业区春玉米生产体系为对象,通过2年田间试验,对覆盖地膜、覆盖砂砾和不覆盖3个处理的光能捕获和土壤温度进行定位观测,分析干物质累积转移和氮素的积累,揭示地表覆盖对“源-库”过程的影响。【结果】覆膜处理的有效积温显著高于不覆盖处理,与覆砂处理差异不显著。覆膜处理辐射生产效率显著高于覆砂处理。覆膜处理的积温生产效率显著高于其他处理,其辐射生产效率在2010年与其他处理差异不显著,但在2011年显著高于不覆盖处理,低于覆砂处理。茎+叶鞘的干物质转移量最大,地表覆盖对转移干物质贡献率及干物质转移率影响不显著。覆膜条件下,玉米单穗粒重及单穗粒数在收获时均高于其他处理。在吐丝后前30 d,覆膜处理籽粒平均含氮量明显高于覆砂和不覆盖处理;灌浆30 d至成熟,处理间籽粒含氮量差异较小,覆膜处理略高于覆砂和不覆盖。由于籽粒干重差异,覆膜处理籽粒氮累积量显著高于覆砂处理和不覆盖处理。覆盖处理有效提高了果穗上部籽粒氮素累积,其次为中部和下部籽粒;覆膜处理果穗各部分籽粒氮累积量明显高于覆砂和不覆盖处理;干物质转移量和转移干物质贡献率均与单穗粒重和有效积温呈正相关,达到了显著水平,而与单穗粒数、光合有效辐射捕获量、积温生产效率及辐射生产效率虽呈正相关,但未达到显著水平。覆膜通过影响单穗籽粒数及穗粒干重而增加籽粒干物质累积能力,进而促进籽粒氮素累积,增加产量。【结论】覆膜促使源能力和库容量的协同增加是玉米增产的根本原因。
    园艺
    花椰菜温敏雄性不育系GS-19花药败育的细胞学及转录组分析
    陶兴林,侯栋,朱惠霞,刘明霞,张金文,胡立敏
    中国农业科学. 2017, 50(13):  2538-2552.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.013
    摘要 ( 33 )   HTML ( 1 )   PDF (3522KB) ( 197 )   收藏
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    【目的】对花椰菜温敏雄性不育系的花器形态、花药败育时期和败育分子机理进行研究,明确其不育特性发生的细胞学和分子机理,为进一步研究其雄性不育奠定理论基础。【方法】以花椰菜温敏雄性不育系GS-19为试验材料,不同温度(1520)处理,用形态学、细胞学方法及高通量测序技术(Illumina HiSeq 2500),研究其形态特征、花药败育的细胞学及分子机理。【结果】花椰菜温敏雄性不育系GS-19的育性转换受温度控制,高温20不育,低温(15)育性恢复。GS-19不育株与可育株花器差异显著,不育株花器显著小于可育株。花药细胞学观察发现GS-19的花药发育过程有花粉母细胞的分化,形成正常花粉囊,不产生花粉粒或者产生微量的无生活力的花粉粒,花药发育受阻于花粉母细胞到四分体时期,形成了花粉粒外壁发育异常的拟四分体孢子,逐渐降解,剩下花粉空壳,属于花粉母细胞败育类型GS-19不育株和可育株花蕾转录组分析共获得67 930Unigene,其中Nt数据库比对到相似序列数最多(52 191个),Nr数据库比对到相似序列次之(46 447个),KOG数据库比对相似序列最少(13 198个);GO注释到25 336UnigeneKOG注释到13 198UnigeneKEGG注释到14 778Unigene。基因差异表达分析发现GS-19不育株花蕾和可育株花蕾中有2 170个基因差异表达,1 078个基因上调表达和1 092个基因下调表达。【结论】花椰菜温敏雄性不育系GS-19为高温不育类型,不育株花器显著小于可育株,花丝显著缩短,花药萎缩、干瘪,花药发育受阻于花粉母细胞到四分体时期,属于花粉母细胞败育类型。转录组测序获得了67 930个Unigene,差异表达基因2 170
    红肉桃两类花色素苷积累模式与相关基因表达差异
    丁体玉,曹珂,方伟超,朱更瑞,陈昌文,王新卫,王力荣
    中国农业科学. 2017, 50(13):  2553-2563.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.014
    摘要 ( 27 )   HTML ( 1 )   PDF (1495KB) ( 223 )   收藏
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    【目的】分析中国主要红肉桃种质呈色类型及分子机理,为红肉桃种质优异基因发掘和分子标记辅助选择育种奠定理论基础。【方法】选择8份红肉桃种质和1份白肉桃种质为试材,分别在花后一个月开始采集样品,以后每隔10 d左右采集一次,至果实成熟期为止;用2%甲酸甲醇提取不同种质果肉的花色素苷,分别测定其在510 nm和700 nm的吸光值;利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)方法,测定与花色素苷合成相关的13个关键结构基因和调节基因的表达水平。【结果】根据果实发育中后期花色素苷含量的变化趋势可将8份红肉桃种质分为2类,一类种质的花色素苷合成高峰出现在果实成熟期(成熟期积累型),如‘郑引82-9’‘大红袍’‘黑布袋’‘红桃’和‘天津水蜜’;另一类种质的花色素苷合成高峰出现在果实发育中期,在成熟期花色素苷含量有所下降(发育中期积累型),如‘哈露红’‘大果黑桃’和‘乌黑鸡肉桃’。在与花色素苷合成相关的结构基因中,PpCHSPpUFGT的表达量与成熟期积累型种质的花色素苷含量的变化趋势一致;而发育中期积累型种质,果肉中花色素苷的大量积累与所有结构基因的表达趋势一致。在4个调控基因中,只有PpMYB10.1的表达水平较高,且表达模式同红肉桃种质两类花色素苷积累模式相似。【结论】根据桃果肉着色规律和花色素苷积累模式,8份红肉桃可以分为成熟期积累型和发育中期积累型种质。PpCHSPpUFGT是成熟期积累型种质的关键结构基因,而PpMYB10.1在供试的所有红肉桃种质花色素苷合成中起关键作用。
    食品科学与工程
    甜杏仁分离蛋白的组成及部分理化特性
    张清安,张馨允,冯郁蔺,史芳芳
    中国农业科学. 2017, 50(13):  2564-2575.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.015
    摘要 ( 25 )   HTML ( 1 )   PDF (2787KB) ( 193 )   收藏
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    【目的】明确甜杏仁分离蛋白的相关理化性质,研究蛋白质性质变化与产品加工特性间的关系,开发高质量的甜杏仁产品。【方法】通过碱溶酸沉法制得甜杏仁粗蛋白,经Osborne分级法制备分离蛋白—清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白,利用全自动氨基酸分析仪、环境电子扫描显微镜(ESEM)、圆二色光谱(CD)、差示扫描量热法(DSC)、热重法(TGA)及流变仪等,研究甜杏仁分离蛋白的氨基酸组成、表面形态特征、二级结构、热性质及流变性,并拟合出温度与分离蛋白黏度间的线性方程,计算其活化能Ea及频率因子K0。【结果】甜杏仁4种分离蛋白的氨基酸组成丰富,含有17种人体所需的氨基酸,包括8种必需氨基酸(含组氨酸),谷氨酸含量最多;清蛋白、球蛋白及醇溶蛋白表观结构较为紧密,呈聚集态,而谷蛋白则表现为松散、多孔的片状;分离蛋白二级结构分子构象中,α-螺旋及无规则卷曲占主要部分。由DSC结果可知清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白的热变性温度分别为62.84、72.98、78.33和45.70℃,热稳定性关系为:醇溶蛋白>球蛋白>清蛋白>谷蛋白,结合DSC与ESEM可知聚集程度为:清蛋白>醇溶蛋白>球蛋白>谷蛋白。4种甜杏仁分离蛋白的溶液均属于非牛顿流体,其黏度与温度符合阿累尼乌斯(Arrhenius)指数方程,能够很好地对实际情况进行拟合,可运用于指导实际生产。【结论】甜杏仁分离蛋白可作为一种优质植物蛋白来源,本研究结果对甜杏仁蛋白质产品的开发具有参考意义,有利于在产品开发及生产加工过程中对含蛋白产品的功能及品质进行控制,提高其附加值进而促进甜杏仁产业发展。
    不同包装方式对大米储藏品质及挥发性成分的影响
    王立峰,王红玲,姚轶俊,张怡一,陈静宜,汪海峰,石嘉怿,鞠兴荣
    中国农业科学. 2017, 50(13):  2576-2591.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.016
    摘要 ( 33 )   HTML ( 1 )   PDF (1566KB) ( 202 )   收藏
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    【目的】通过测定不同包装方式大米储藏过程中食用品质(质构品质、糊化特性)以及挥发性成分,判断大米品质的变化,为小包装(规格为10 cm×18 cm)大米保鲜技术提供数据支持和理论依据。【方法】以‘粳稻99号’为材料,将大米采用编织袋包装、自然密闭缺氧包装及抽真空包装3种方式,分别置于15℃、25℃和30℃(60%湿度)的环境下储藏180 d。每月对其食用品质和挥发性成分进行分析。【结果】随着储藏时间的延长,蒸煮米饭弹性、回复性逐渐下降,硬度、黏着性呈现先上升后下降的趋势,且各项指标变化幅度较大。3种包装方式下大米消减值随储藏时间延长逐渐增大,崩解值呈现先增大后减小的趋势,大米热糊稳定性变差,容易老化。新鲜大米中挥发性成分共鉴定出41种,主要包括烃类、醇类、醛类、酮类、酯类、有机酸类以及杂环类化合物等。醛类含量可以用来评价大米的食味和鲜度,储藏180 d后,编织袋包装的大米含量最高,占挥发性成分20%以上,自然密闭缺氧包装次之,抽真空包装醛类物质最少。2-戊基呋喃是亚油酸氧化产物,新鲜大米中2-戊基呋喃含量仅为0.30%,随着储藏时间延长,编织袋包装的大米2-戊基呋喃含量急剧上升。醛类及2-戊基呋喃含量受包装方式影响较大,3种包装方式对大米储藏保鲜效果的排序为:抽真空>自然密闭缺氧>编织袋,然而当储藏温度过高时,即使采用抽真空包装,大米储藏品质也发生了劣变。3种包装方式下2-戊基-呋喃每个时期均被检测出,编织袋、自然密闭缺氧、抽真空3种包装方式己醛含量分别为1.82%、1.55%、1.16%,壬醛含量分别为4.7%、3.94%、2.77%,2-戊基-呋喃含量分别为2.27%、1.85%、1.43%,由此可以推断编织袋包装的大米产生较明显的油脂氧化的异味,陈化最为严重,自然密闭缺氧次之,抽真空能有效延缓大米品质陈化的速率。【结论】大米储藏过程中的硬度、弹性、黏着性、回复性以及糊化特性均不及新鲜大米。抽真空包装有益于大米储藏,可有效延缓大米劣变。醛类含量可以用来评价大米的食味和鲜度,储藏180 d后,3种包装方式中醛类含量皆有增长,以编织袋包装的醛类含量增长最为明显。大米挥发性成分中的醛类物质中,己醛、壬醛和2-戊基-呋喃可以较好地反映大米的储藏品质。
    畜牧·兽医·资源昆虫
    新疆褐牛基因外显子多态性及其与SCS和泌乳性状关联性分析
    刘丽元,周靖航,张梦华,李金霞,方季青,谭世新,王爱芳,黄锡霞,王雅春
    中国农业科学. 2017, 50(13):  2592-2603.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.017
    摘要 ( 25 )   HTML ( 1 )   PDF (455KB) ( 144 )   收藏
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    【目的】探索ERAP2,Cwc27,PPFIBP2,THADA,ZNF804B和AMHR2 基因多态性与新疆褐牛体细胞评分及泌乳性状的相关性,旨在寻找与新疆褐牛体细胞评分及泌乳性状相关的分子标记。【方法】以新疆乌鲁木齐种牛场、新疆天山畜牧生物工程股份有限公司共169头新疆褐牛母牛为试验对象,以2008—2015年间的生产性能测定记录(包括乳脂率、乳蛋白率、总固体含量、乳糖率和体细胞计数等)和305 d产奶量为试验数据,基于课题组前期15头中国荷斯坦牛DNA混池重测序的结果筛选外显子区域10个SNPs,采用基质辅助激光电离飞行时间质谱法(sequenom massArray genotype)分型技术验证10个SNP位点的遗传多态性,运用SAS8.1软件GLM过程对这10个SNP突变与新疆褐牛体细胞评分(SCS)、305 d产奶量、乳脂率、乳蛋白率、乳糖率和总固体的关联程度进行统计分析。【结果】10个SNP位点均具有多态性,χ2检验表明群体中9个SNP位点符合Hardy-Weinberg平衡状态。关联分析结果表明ERAP2基因两个位点(T98741711C和G98736141A)均与新疆褐牛305 d产奶量达到极显著关联(P<0.001),其中TT型和GG型个体的产奶量最高;PPFIBP2(C45667492G)位点与新疆褐牛乳糖率达到显著关联(P<0.005),其中GG型个体的乳糖率最高;Cwc27(T14533269A)位点与新疆褐牛乳脂率和总固体含量达到显著关联(P<0.005),与SCS达到极显著关联(P<0.001),其中TT型个体的乳脂率和总固体含量均最高,AA型个体的SCS极显著高于AT和TT型;AMHR2(C26758055G)位点与新疆褐牛乳蛋白率和总固体含量达到极显著关联(P<0.001),其中GG型个体显著高于CC和GC型个体。连锁不平衡分析与单倍型构建的结果发现10个SNPs构建了两个单倍型模块,其中SNP1和SNP2位点之间处于连锁不平衡状态(r2>0.3),SNP4和SNP10位点之间处于强连锁不平衡状态(r2>0.6),随后分析了单倍型与SCS和泌乳性状之间的相关性,发现单倍型与新疆褐牛SCS和泌乳性状无显著关联(P>0.001)。【结论】 初步发现了ERAP2,Cwc27,PPFIBP2和AMHR2与新疆褐牛SCS和泌乳性能相关,结果可为新疆褐牛产奶性状的分子标记辅助选育提供参考和依据。
    牦牛CCND2基因的克隆及其在不同发情时期卵巢中的表达
    石仙,熊显荣,兰道亮,陈伟明,胡嘉嘉,蔡雯祎,李键
    中国农业科学. 2017, 50(13):  2604-2613.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.018
    摘要 ( 26 )   HTML ( 1 )   PDF (1672KB) ( 197 )   收藏
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    目的研究牦牛细胞周期蛋白D2(Cyclin D2, CCND2)基因序列特征及其在牦牛不同发情时期卵巢中的表达。【方法】以牦牛为研究对象,提取卵巢的总RNA进行反转录为第一链cDNA,根据GenBank中黄牛CCND2的mRNA序列(GenBank登录号:NM_001076372.1),使用Primer 5.0 软件设计引物。应用PCR方法对CCND2基因扩增克隆,并测序获得CCND2基因完整的CDS区序列及部分5′端和3′端UTR区。使用Protparam、SOPMA、SWISS-MODEL及SMART分别对牦牛CCND2蛋白的理化性质、二级结构、三级结构及结构域进行预测分析,并进行同源性分析和系统进化树构建,利用半定量PCR方法对CCND2基因在牦牛各组织中的表达进行检测;同时采用实时荧光定量PCR技术分析CCND2基因在牦牛不同发情时期(卵泡期、红体期、黄体期)卵巢中的相对表达量。【结果】克隆获得牦牛CCND2基因序列为909 bp,其中包含可编码289个氨基酸残基的长为870 bp的CDS区。与黄牛相比,牦牛CCND2的CDS区存在5个碱基突变,导致其中一个氨基酸改变。牦牛CCND2基因CDs序列与野牦牛、黄牛、印度水牛、绵羊、野猪、马、家犬、猫、人类的进行比对同源性分别是99.54%、99.31%、99.31%、98.16%、94.81%、90.46%、90.80%、91.49%、88.62%,物种之间同源性较高,与进化树分析显示的亲缘关系远近一致,表明CCND2基因编码区在进化中较为保守。对CCND2蛋白预测分析知牦牛CCND2基因编码蛋白的分子式为C1445H2315N377O440S18,相对分子质量约为32.59kD,理论等电点为4.75,总平均亲水性为-0.107,不稳定指数为44.56,属亲水不稳定的酸性蛋白,该蛋白无跨膜区和信号肽;二级结构主要包含α-螺旋和无规卷曲,且与三级结构分析结果一致。蛋白含位于第26—152位氨基酸处的Cyclin_N和位于第154—257位氨基酸处的Cyclin_C两个结构域。CCND2 基因在牦牛各组织中均有表达,其中在胃、卵巢和脑中表达相对较高;qRT-PCR结果显示在牦牛不同发情时期卵巢中CCND2 mRNA均有表达,且卵泡期卵巢中的表达水平最高(P0.01),在红体期和黄体期卵巢中表达水平无差异(P0.05)。【结论】成功获得了牦牛CCND2基因的CDS区全长序列和组织表达谱,对其进行生物信息分析及蛋白功能结构分析为该基因在牦牛繁殖调控中的进一步研究提供理论依据;在牦牛不同发情时期卵巢中CCND2 mRNA表达水平存在差异,可能与卵泡发育过程中颗粒细胞增殖分化、卵泡发生波及卵巢内分泌有关,为进一步研究牦牛卵巢发育机制及改善牦牛繁殖效率提供了基础资料。
    中华蜜蜂幼虫肠道响应球囊菌早期胁迫的转录组学
    陈大福,郭睿,熊翠玲,梁勤,郑燕珍,徐细建,张曌楠,黄枳腱,张璐,王鸿权,解彦玲,童新宇
    中国农业科学. 2017, 50(13):  2614-2623.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.019
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    【目的】白垩病是困扰养蜂生产的顽疾。目前,尚无利用二代测序技术研究中华蜜蜂(Apis cerana cerana,简称中蜂)幼虫白垩病的报道。本研究利用RNA-seq技术对健康(AcCK)及球囊菌(Ascosphaera apis)胁迫的中蜂4日龄幼虫肠道(AcT)进行深度测序,在转录组水平研究中蜂幼虫在球囊菌胁迫早期的胁迫应答。【方法】通过Illumina HiSeq 2500平台对AcCK和AcT进行双端(PE125)测序,首先对测序数据进行质控和评估,利用edgeR软件进行差异表达基因(DEG)分析,进而对DEGs进行GO富集分析及KEGG代谢通路富集分析,最后,利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)验证测序数据的可靠性。【结果】 AcCK和AcT的转录组测序共得到188 457 338条原始读段(raw reads), 经过滤得到182 088 448条有效读段(clean reads),两端Q20与Q30均在97.96%和94.97%以上,说明测序数据质量良好;主成分分析(PCA)结果显示第一与第二主成分可分别解释基因表达总体差异的75.8%和10.7%;DEG分析结果显示上调基因与下调基因的数量分别为344和239个;GO富集分析结果显示DEGs共富集在36个GO分类(term)上,其中基因富集数最多的细胞(106 unigenes)、细胞组件(106 unigenes)和代谢进程(104 unigenes);KEGG代谢通路富集分析结果显示上调与下调基因分别富集在72个和45个代谢通路上,其中上调基因富集数最多的是核糖体(72 unigenes)、碳代谢(16 unigenes)和糖酵解(14 unigenes),而下调基因富集数最多的是碳代谢(9 unigenes)、二羧酸代谢(8 unigenes)和氨基酸生物合成(7 unigenes),进一步分析表明中蜂幼虫肠道的部分细胞免疫对球囊菌的胁迫产生应答,而体液免疫不产生应答,宿主的代谢相关基因受到球囊菌的显著抑制。【结论】揭示了中蜂幼虫在球囊菌入侵早期的胁迫应答,为深入解析中蜂幼虫的胁迫应答机制提供了重要信息,也为在分子水平研究关键应答基因打下了基础。
    研究简报
    干旱区棉花秸秆还田和施肥对土壤氮素有效性及根系生物量的影响
    张国娟,濮晓珍,张鹏鹏,张旺锋
    中国农业科学. 2017, 50(13):  2624-2634.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.020
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    本研究探讨干旱区棉田土壤氮素转化过程及对棉花根系生物量的影响,明确棉田土壤氮素有效性对农业管理措施的响应,为棉田制定高产高效管理措施,实现棉花高产优质低成本及环境友好生产服务。【方法】在定位试验条件下,采用裂区设计,以秸秆不还田(S0)与秸秆还田(S1)为主区,4种施肥处理(不施肥(F0)、施氮磷钾化肥(F1)、施有机肥(F2)、施氮磷钾化肥+有机肥(F3))为副区,分析了秸秆还田和施肥对土壤氮素有效性的影响,探讨了棉田土壤氮素转化过程,包括净矿化速率、净硝化速率、总硝化速率和反硝化速率的变化,明确了土壤有效氮含量和棉花根系生物量对秸秆还田和施肥措施的响应。【结果】(1)秸秆还田和施肥显著增加了土壤净矿化速率、总硝化速率和反硝化速率,棉花不同生育时期不同施肥处理间各指标的变化不同,但秸秆还田下施肥处理间差异不显著,在盛花期均有最大速率;(2)秸秆还田和施肥显著增加了土壤铵态氮、硝态氮和无机氮含量,但秸秆还田下施肥处理间差异不显著,棉花盛花期和盛铃期土壤无机氮含量显著高于收获期;(3)秸秆还田显著降低了棉花根冠比,对根系生物量、细根/粗根比影响不显著,施肥显著增加了根冠比、根系生物量及细根生物量,施肥处理之间差异不显著。综上所述,秸秆还田能增加土壤净矿化速率、净硝化速率、总硝化速率、反硝化速率、硝态氮、铵态氮和可吸出无机氮含量以及根系生物量。有机肥无机肥配施有最大的土壤净矿化速率、净硝化速率、总硝化速率、反硝化速率、硝态氮和可吸出无机氮含量。有机肥无机肥配施也有最大的根系生物量和粗根细根比。【结论】秸秆还田和施肥有利于促进土壤氮素转化过程,增加土壤有效氮含量,对根系生长及生物量产生影响。在干旱区实施秸秆还田,结合有机无机肥配施技术有利于加速土壤养分转化,提高肥料利用效率,增加有效养分含量,促进作物根系生长和地上部碳同化能力