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2C类蛋白磷酸酶基因OsPP2C49调控水稻干旱和高温胁迫响应的机制研究

扬州大学学报（农业与生命科学版） 2024年第3期45卷 17-27页

作者：朱子杰卜柳冰王雨鑫徐佳婷刘丹彤缪军扬州大学农学院/江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室江苏扬州225009 扬州大学江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心江苏扬州225009

水稻是最重要的粮食作物之一,干旱、高温、盐等不利因素均会严重影响水稻产量。脱落酸(ABA)作为一种胁迫响应激素,参与调控多种非生物胁迫应答。以ABA信号组分A亚族2C类蛋白磷酸酶基因OsPP2C49为研究对象,探究其调控水稻干旱和高温胁迫... 详细信息

水稻是最重要的粮食作物之一,干旱、高温、盐等不利因素均会严重影响水稻产量。脱落酸(ABA)作为一种胁迫响应激素,参与调控多种非生物胁迫应答。以ABA信号组分A亚族2C类蛋白磷酸酶基因OsPP2C49为研究对象,探究其调控水稻干旱和高温胁迫的响应机制。结果表明:敲除OsPP2C49基因显著提高水稻在干旱和高温条件下的存活率,而过量表达会导致存活率显著降低。OsPP2C49的表达可被不同逆境胁迫诱导。OsbZIP10、OsbZIP40和OsbZIP42可结合OsPP2C49的启动子,激活OsPP2C49的转录。OsbZIP10、OsbZIP40和OsbZIP42的表达亦可被干旱和高温显著诱导,推测OsPP2C49在胁迫条件下的诱导表达是由不同bZIP转录因子介导的。这一研究可为培育耐旱和耐高温的水稻品种提供新的遗传信息。

关键词：水稻脱落酸 2C类蛋白磷酸酶 OsPP2C49 干旱胁迫高温胁迫

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水稻种子休眠遗传调控机制研究进展

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扬州大学学报（农业与生命科学版） 2024年第1期45卷 1-9,26页

作者：卢心明牛百晓扬州大学农学院/江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心江苏扬州225009

种子休眠可确保种子在最适宜的条件下萌发,对植物的生存和环境适应具有重要意义。种子休眠的强弱关系到种子穗发芽、萌发率、整齐度及后续生长,对作物的产量和品质十分重要。种子休眠受内源激素、环境和复杂遗传网络等多种因素的调控。... 详细信息

种子休眠可确保种子在最适宜的条件下萌发,对植物的生存和环境适应具有重要意义。种子休眠的强弱关系到种子穗发芽、萌发率、整齐度及后续生长,对作物的产量和品质十分重要。种子休眠受内源激素、环境和复杂遗传网络等多种因素的调控。其中植物激素脱落酸(abscisic acid,ABA)和赤霉素(gibberellic acid,GA)是水稻休眠调控网络中最重要的2个激素,大多数休眠相关基因通过直接或间接调控ABA和GA相关基因来介导种子的休眠。过去几十年,育种家对水稻种子休眠进行了一些数量性状座位(Quantitative trait locus,QTL)定位研究,并结合一系列水稻穗发芽的突变体,初步揭示了种子休眠的分子机制。该研究归纳总结近几年控制水稻休眠的关键基因及其调控机制,以期为该方向的研究以及水稻抗穗发芽分子育种提供帮助。

关键词：水稻种子休眠穗发芽 ABA GA 遗传调控

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水稻染色体双链寡核苷酸荧光原位杂交技术

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植物学报 2023年第3期58卷 433-439页

作者：孙尚胡颖颖韩阳朔薛超龚志云扬州大学农学院江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室扬州225009 扬州大学江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心扬州225009

染色体制备与识别技术是遗传学研究的重要手段,而寡核苷酸荧光原位杂交(oligo-FISH)是近年来兴起的染色体识别技术。灵活高效的探针是荧光原位杂交过程中的关键因素。传统的单链寡核苷酸探针标记过程复杂,且获得单个探针的成本较高。在... 详细信息

染色体制备与识别技术是遗传学研究的重要手段,而寡核苷酸荧光原位杂交(oligo-FISH)是近年来兴起的染色体识别技术。灵活高效的探针是荧光原位杂交过程中的关键因素。传统的单链寡核苷酸探针标记过程复杂,且获得单个探针的成本较高。在单链寡核苷酸探针的基础上进行改良,利用靶向全染色体(片段)的特异性引物进行扩增,将获得产物纯化,即可得到目的探针,简化了探针标记过程,降低了成本,并提高了标记效率。该文详述了水稻(Oryza sativa)改良后的双链寡核苷酸探针文库的合成及标记方法、有丝分裂时期染色体制片和探针杂交过程。通过设计梯度实验发现水稻中寡核苷酸荧光原位杂交技术染色体和寡核苷酸探针的最佳变性时间与温度分别为85℃ 3分钟30秒及90℃6分钟。该研究在水稻中建立染色体双链寡核苷酸荧光原位杂交技术,可为多种植物染色体制备与精准识别提供有力的工具。

关键词：水稻寡核苷酸荧光原位杂交技术有丝分裂

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植物糖原与真菌糖原的精细结构比较分析

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现代食品科技 2024年第10期40卷 26-31页

作者：李恩鹏李桐丁振李松南扬州大学农学院植物功能基因组学教育部重点实验室江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室江苏扬州225009 扬州大学农业科技发展研究院教育部农业与农产品安全国际合作联合实验室江苏扬州225009

植物糖原和真菌糖原存在于植物突变体和真菌细胞中,与其生长发育、代谢途径和应激响应等生理过程紧密相关。该研究通过体积排阻色谱、荧光辅助碳水化合物电泳和透射电子显微镜分别对3种植物糖原和4种真菌糖原的精细结构进行比较分析。... 详细信息

植物糖原和真菌糖原存在于植物突变体和真菌细胞中,与其生长发育、代谢途径和应激响应等生理过程紧密相关。该研究通过体积排阻色谱、荧光辅助碳水化合物电泳和透射电子显微镜分别对3种植物糖原和4种真菌糖原的精细结构进行比较分析。研究发现,植物糖原呈现单峰(10~20 nm)的全分子分布,而真菌糖原主要呈现双峰(10~20nm和>40nm)的全分子分布。与植物糖原(4.4~6.9DP)相比,真菌糖原的平均链长(8.7~10.4DP)更高。植物糖原和真菌糖原均呈现花椰菜状,植物糖原以β颗粒(10~20 nm)为主,而真菌糖原则同时存在α颗粒(50~180 nm)和β颗粒。该结果表明真菌拥有可以作为储能物质的大分子糖原,也有能够快速释放能量的小分子糖原;而在突变体植物只存在不稳定的小分子植物糖原。这项研究可以帮助理解植物糖原和真菌糖原在生物学功能上的差异以及在生物演化历程中的进化关系。

关键词：植物糖原真菌糖原分子分布链长分布透射电镜

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乙烯利与1-甲基环丙烯调控小麦穗部籽粒形成的研究

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作物杂志 2023年第6期 101-107页

作者：章蓉姜恩熙陈思余徐润陈刚冉莉萍熊飞江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室/扬州大学农学院江苏扬州225009 扬州大学广陵学院江苏扬州225000

为探明植物激素乙烯对小麦穗发育和籽粒形成的影响,以春小麦扬麦15为材料,在药隔期使用乙烯利与乙烯受体抑制剂1-甲基环丙烯(1-MCP)处理植株,分析籽粒形态并观察穗部性状,探究乙烯利和1-MCP处理前后穗发育进程和穗部不同部位籽粒形成过... 详细信息

为探明植物激素乙烯对小麦穗发育和籽粒形成的影响,以春小麦扬麦15为材料,在药隔期使用乙烯利与乙烯受体抑制剂1-甲基环丙烯(1-MCP)处理植株,分析籽粒形态并观察穗部性状,探究乙烯利和1-MCP处理前后穗发育进程和穗部不同部位籽粒形成过程。结果表明,乙烯利对小麦小花退化过程无显著影响,而1-MCP能显著降低小花退化率;乙烯利能够促进籽粒成熟,加速籽粒发育,减小籽粒体积;1-MCP会延缓小麦的生长发育,促进颖果生长,增加籽粒体积;乙烯利显著降低了小麦株高、顶部穗粒数、顶部穗粒重以及千粒重;高浓度乙烯利还能显著降低小穗数、顶部和中部穗粒数、每穗粒数等。1-MCP能够显著提高小麦颖果干重、颖果鲜重、小穗数、中部穗粒数、基部穗粒数、每穗粒数以及穗粒重,最终增加千粒重。

关键词：小麦乙烯利 1-甲基环丙烯小花退化籽粒

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水稻热激转录因子家族基因对纹枯病病菌和植物激素的响应特征

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江苏农业学报 2023年第3期39卷 609-621页

作者：高鹏王广达魏兆根叶元妹冯志明赵剑华居冉谢文亚陈宗祥胡珂鸣左示敏扬州大学农学院/江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室江苏扬州225009 扬州大学/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心/江苏省作物遗传生理重点实验室江苏扬州225009

解析水稻热激转录因子(Heat shock factors,Hsf)家族基因响应纹枯病病菌侵染和4种植物激素处理的表达特征,可为进一步解析Hsf调控水稻纹枯病抗性与对相关逆境的响应提供重要依据。利用生物信息学方法搜索并鉴定到25个水稻Hsf基因,对其... 详细信息

解析水稻热激转录因子(Heat shock factors,Hsf)家族基因响应纹枯病病菌侵染和4种植物激素处理的表达特征,可为进一步解析Hsf调控水稻纹枯病抗性与对相关逆境的响应提供重要依据。利用生物信息学方法搜索并鉴定到25个水稻Hsf基因,对其系统进化树、相关分子特征、蛋白质结构域、基因结构及顺式作用元件进行预测和分析,用荧光定量PCR法分析它们对纹枯病病菌侵染的响应特征及4种激素[茉莉酸(Jasmonic acid,JA)、水杨酸(Salicylic acid,SA)、乙烯(Ethylene,ETH)和激动素(Kinetin,KT)]处理后的表达模式,同时分析它们在水稻组织中的表达情况。结果显示,水稻Hsf蛋白总体上可划分为5组,3个OsHsf亚家族基因在进化关系上的距离较远。25个Hsf蛋白的相对分子质量大小不一,且多数蛋白质的稳定性不高,但其基因结构较为保守。这些基因可能与激素响应及光信号通路相关。有5个基因呈组成型表达,另有7个基因呈组织特异性表达。水稻Hsf基因总体上受纹枯病病菌诱导的强度较低,其中11个上调表达的基因主要集中在OsHsfA、OsHsfB亚家族,4个下调表达的基因主要集中在OsHsfC亚家族,提示Hsf基因可能在调控水稻对纹枯病抗性的功能上存在分化。4个基因(OsHsfA2a、OsHsfA3、OsHsfB2a、OsHsfB2c)强烈响应纹枯病病菌的侵染,并且在叶鞘、叶片组织中的相对表达量较高,表明这些基因可能参与调控水稻对纹枯病的抗性。多数Hsf基因能够响应4种植物激素处理,总体来说,大部分OsHsf基因在JA、SA和ETH处理下呈下调表达,仅有少数基因呈上调表达;JA处理与SA处理相比,有1个Hsf基因受诱导表达的特征相反,SA处理和ETH处理相比,有3个Hsf基因受诱导表达的特征相反,JA处理和ETH处理相比,有3个Hsf基因受诱导表达的特征相反,JA处理与SA处理相比,SA处理与ETH处理相比,JA处理与ETH处理相比,表达特征相似的基因分别有18个、16个和13个。OsHsfA2a、OsHsfA3、OsHsfB2a、OsHsfB2c等4个水稻的Hsf基因可能参与调控水稻对纹枯病的抗性,研究结果明确了水稻中Hsf基因对不同激素处理的响应特征,为进一步研究Hsf在水稻逆境响应中的功能提供了参考依据。

关键词：水稻 OsHsf基因纹枯病防御相关激素

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江苏近30年审定粳稻品种间的遗传多样性分析

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扬州大学学报（农业与生命科学版） 2024年第3期45卷 1-16页

作者：沈雨晴张晨雨纪萌萌陈玘杨华宋锦花冯嘉欣朱虹张亿吕甜冯志明胡珂鸣陈宗祥左示敏扬州大学农学院/江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室/生物育种钟山实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室江苏扬州225009 江苏省种子管理站南京210014 扬州大学江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心/江苏省作物遗传生理重点实验室江苏扬州225009

采用79个SSR标记[包含《水稻真实性SSR鉴定标准》(GB/T 39917-2021)中推荐的48个标记]对江苏1989-2021年间审定和推广的230份粳稻品种进行遗传多样性分析。结果表明:79个SSR标记在供试材料中共扩增出599条多态性片段,单个标记平均检测出... 详细信息

采用79个SSR标记[包含《水稻真实性SSR鉴定标准》(GB/T 39917-2021)中推荐的48个标记]对江苏1989-2021年间审定和推广的230份粳稻品种进行遗传多样性分析。结果表明:79个SSR标记在供试材料中共扩增出599条多态性片段,单个标记平均检测出8个多态性位点(变幅为3~19个), 38个SSR标记在供试品种群体中具有较高多态性信息含量(PIC),平均为0.55 (变幅为0.009~0.813)。供试品种间的遗传相似系数均值为0.605 (变幅为0.330~0.971),显示江苏粳稻品种间的亲缘关系总体较近。对品种标记基因型数据进行聚类分析,供试粳稻品种被分为10个类群,其中第10类群品种数占比80.9%,绝大多数是最近5年育成的,说明江苏当前推广的粳稻品种间遗传多样性更低。中熟中粳品种间的遗传多样性总体上高于迟熟中粳、早熟晚粳和中熟晚粳这3种生态型,中熟晚粳品种与其他3种生态型品种间的遗传相似性最低。品种间遗传相似性随时间的推进呈现明显递增趋势,近5年育成的多数品种间的遗传相似性显著高于之前育成品种,且与10年前品种在遗传组成上已发生明显变化。就不同育成单位而言,嘉兴市农业科学研究院、太湖地区农业科学研究所、连云港市农业科学院、江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所及江苏省农业科学院宿迁农科所育成的品种之间以及与其他9个主要单位育成的品种之间存在较大的遗传差异。这一研究为江苏粳稻育种中亲本的选择及遗传多样性丰富的粳稻新品种选育提供理论参考。

关键词：水稻江苏粳稻 SSR标记遗传多样性生态类型

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玉米氯酸盐抗性全基因组关联分析

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农业生物技术学报 2023年第12期31卷 2443-2453页

作者：王孜慧吉伟东魏杰王芸芸王后苗杨泽峰徐辰武李鹏程扬州大学农学院/植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心/江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室

氯酸盐抗性是评价作物氮效率的重要指标。为了挖掘玉米(Zea mays)氯酸盐抗性的QTL和候选基因，本研究以283份玉米自交系为材料，分别在正常和氯酸盐处理下测定7个性状，计算各性状的氯酸盐抗性。结果表明，氯酸盐处理后叶绿素相对含量... 详细信息

氯酸盐抗性是评价作物氮效率的重要指标。为了挖掘玉米(Zea mays)氯酸盐抗性的QTL和候选基因，本研究以283份玉米自交系为材料，分别在正常和氯酸盐处理下测定7个性状，计算各性状的氯酸盐抗性。结果表明，氯酸盐处理后叶绿素相对含量、株高、叶长、地上部干重均显著降低；全基因组关联分析(genome wide association study, GWAS)共定位到133个显著SNP位点，正常条件、氯酸盐处理及不同性状的氯酸盐抗性分别定位到51、53、29个显著SNPs；结合关联分析和转录组分析筛选到13个候选基因，包括剪切和多聚腺苷酸化特异性因子、N-乙酰基-5-羟色胺-O-甲基转移酶、MYB转录因子等。本研究为解析玉米氯酸盐抗性的遗传机制提供了候选基因，对于挖掘玉米氮高效关键基因位点和氮高效遗传改良具有一定的参考意义。

关键词：玉米氯酸盐抗性氮效率全基因组关联分析(GWAS) 候选基因

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结合辅助性状的玉米全基因组选择预测力评估

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江苏农业学报 2023年第2期39卷 313-320页

作者：焦宇馨张宇翔杨文艳经思宇尹玉琳刘畅王欣徐辰武徐扬江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室扬州大学农学院江苏扬州225009 江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心扬州大学江苏扬州225009

多性状联合全基因组选择能够有效利用性状间的遗传相关和环境相关,有望提高表型预测的准确性。本研究提出了结合辅助性状的全基因组选择策略,以来源广泛的342份玉米自交系为试验材料,对其进行基因分型测序(GBS)并分析其农艺性状,对每个... 详细信息

多性状联合全基因组选择能够有效利用性状间的遗传相关和环境相关,有望提高表型预测的准确性。本研究提出了结合辅助性状的全基因组选择策略,以来源广泛的342份玉米自交系为试验材料,对其进行基因分型测序(GBS)并分析其农艺性状,对每个目标性状均基于辅助性状及其组合进行预测,利用五倍交叉验证法评价其预测力。结果表明,利用与目标性状相关性较高的辅助性状可较大程度地提升预测力,尤其是对于低遗传力性状;随着辅助性状个数的增加,预测力也随之增加。进一步比较了5种统计模型结合辅助性状的全基因组选择的表型预测力,总体而言,再生核希尔伯特空间(RKHS)模型和贝叶斯B(BayesB)模型的预测效果较优,而极端梯度提升(XGBOOST)模型的预测效果较差。本研究结合辅助性状有效提高了玉米全基因组选择的预测准确性,为玉米的全基因组选择育种提供新的思路和参考。

关键词：玉米全基因组选择辅助性状预测力

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利用抗稻瘟病基因Pigm和抗纹枯病数量性状基因qSB-9TQ、qSB-11HJX改良南粳9108的抗性

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中国水稻科学 2023年第2期37卷 125-132页

作者：王雨孙全翌杜海波许志文吴科霆尹力冯志明胡珂鸣陈宗祥左示敏扬州大学农学院/江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室江苏扬州225009 扬州大学江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心/江苏省作物遗传生理重点实验室江苏扬州225009 扬州大学教育部农业与农产品安全国际合作联合实验室江苏扬州225009

【目的】稻瘟病和纹枯病是水稻两大重要病害,严重影响稻米的产量和品质。培育抗病品种是降低其危害最经济有效的措施。【方法】本研究结合分子标记辅助选择技术,将广谱抗稻瘟病基因Pigm和抗纹枯病数量性状基因qSB-9^(TQ)、qSB-11^(HJX)... 详细信息

【目的】稻瘟病和纹枯病是水稻两大重要病害,严重影响稻米的产量和品质。培育抗病品种是降低其危害最经济有效的措施。【方法】本研究结合分子标记辅助选择技术,将广谱抗稻瘟病基因Pigm和抗纹枯病数量性状基因qSB-9^(TQ)、qSB-11^(HJX)导入优良食味粳稻品种南粳9108中,构建不同抗性基因/基因组合的株系,并评价这些株系的稻瘟病和纹枯病抗性,考查其主要农艺性状和品质性状。【结果】导入Pigm能显著提高南粳9108对苗瘟和穗颈瘟的抗性;分别导入qSB-9^(TQ)、qSB-11^(HJX)均能提高南粳9108的纹枯病抗性,且两个抗性基因聚合时呈现一定的抗性累加效应。其中,导入Pigm的株系穗长和每穗粒数显著增加,导入qSB-11^(HJX)的株系千粒重显著增加,其他农艺及品质性状与南粳9108无明显差异。【结论】这些抗性基因导入/聚合能在不降低农艺及品质性状的同时,显著提高纹枯病和稻瘟病的抗性水平,为粳稻抗病育种提供新的种质资源。

关键词：稻瘟病纹枯病基因聚合粳稻抗性改良

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