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當期目錄

    2017年 第50卷 第17期 刊出日期:2017-09-01
      
    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    油菜株高QTL定位、整合和候選基因鑒定
    張江江,詹杰鵬,劉清云,師家勤,王新發,劉貴華,王漢中
    中國農業科學. 2017, 50(17):  3247-3258.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.17.001
    摘要 ( 137 )   PDF (870KB) ( 729 )   收藏
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    【目的】通過對油菜株高進行多環境QTL定位并與已報道的油菜株高QTL和植物株高基因分別進行整合和比對分析,揭示油菜株高的遺傳結構和候選基因并為其分子改良提供依據。【方法】以油菜優良品種中雙11(測序)和No.73290(重測序)衍生的含184個單株的BnaZNF2群體為試驗材料。首先,對BnaZNF2群體進行基因型分析,利用Joinmap 4.0軟件構建了一張含803個分子標記的高密度遺傳圖譜。其次,對F2:3和F2:4家系進行連續兩年2010—2011)兩點(武漢和西寧)田間試驗和表型鑒定。然后,利用BnaZNF2群體的基因型數據和F2:3以及F2:4家系的株高表型數據,采用WinQTLCart 2.5軟件的復合區間作圖法進行QTL檢測。最后,利用元分析的方法采用BioMercator軟件對不同環境中檢測到的株高QTL進行整合。【結果】對兩年兩點環境下分別檢測到的株高QTL進行整合總共得到5個株高QTL的位點:qPH.A2-1qPH.A2-2qPH.C2-1qPH.C3-1qPH.C3-2,分布于A2、C2和C3染色體上,解釋2.6%—55.6%的表型方差。其中,qPH.A2-1qPH.A2-2只在武漢檢測到,而qPH.C2-1qPH.C3-1qPH.C3-2只在西寧檢測到。位于C2連鎖群的主效QTL-qPH.C2-1只在西寧被重復檢測到,而且LOD值、加性效應和貢獻率(分別為23.4、-16.0和55.6%)均高于前人報道,是目前發現的效應最大的一個油菜株高QTL。基于油菜基因組物理圖譜對本研究和已報道的油菜株高QTL和植物株高基因分別進行整合和比對分析,獲得了一個由183個QTL和287個候選基因組成的相對完整的油菜株高遺傳結構圖。其中,有18個株高QTL簇能在不同研究中被共同檢測到,分布在A1、A2、A3、A6、A7、A9、C6和C7染色體上。另外,本研究定位到的5個油菜株高QTL的物理位置和已報道的油菜株高QTL均不重疊,因而是新的株高QTL位點。其中,qPH.A2-2qPH.C3-1qPH.C3-2物理區間內總共找到了15個株高同源基因,而11個在2個親本中存在序列變異,被選作候選基因進行進一步研究。【結論】QTL定位和整合獲得5個油菜株高QTL,均為首次報道而且都只在武漢或西寧被檢測到。其中位于C2連鎖群的主效QTL效應值超過以往報道,表現出極強的QTL與環境的互作。通過與已報道的油菜株高QTL和植物株高基因分別進行整合和比對分析,較為全面地揭示了油菜株高的遺傳結構和候選基因,生物信息學分析還鑒定到11個位于本研究定位到的3個株高QTL區間內的候選基因。
    甜菜WRKY轉錄因子全基因組鑒定及其在非生物脅迫下的表達分析
    孔維龍,于坤,但乃震,楊紹宗,包滿珠,黃向榮,傅小鵬
    中國農業科學. 2017, 50(17):  3259-3273.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.17.002
    摘要 ( 115 )   PDF (8919KB) ( 310 )   收藏
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    【目的】WRKY轉錄因子是一類植物響應生物、非生物脅迫,對生長發育都起重要調控作用的轉錄因子。在甜菜全基因組信息分析的基礎上,鑒定WRKY家族基因(BvWRKYs),解析其組織特異性及鹽、熱脅迫下的表達情況,為該類基因的功能研究提供參考,為觀賞甜菜和石竹目其他觀賞植物的基因工程打下基礎。【方法】以75條擬南芥WRKY蛋白為參考,根據WRKY保守蛋白序列(PF03106)利用hmm和BLAST同源性搜索對甜菜WRKY家族基因進行鑒定。利用MapInspect、GSDS2.0、MEGA5.0、DNAMAN5.0、WebLogo 3、MEME生物信息學工具對甜菜WRKY家族基因染色體定位、系統發生關系、基因結構、蛋白質保守結構域、保守元件進行預測和分析。利用RNA-seq和qRT-PCR分析甜菜WRKY組織表達特異性,鹽脅迫、熱脅迫條件下WRKY表達情況。【結果】甜菜WRKY家族基因包含40個成員,其中39條不均勻地分布在9條染色體上,另外1條定位到隨機片段上。根據WRKY保守域特征并與擬南芥WRKY蛋白進化分析,可將40個成員分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3類,Ⅰ類有9個成員,Ⅱ類有26個成員,Ⅲ類有5個成員。根據進化關系Ⅱ類可進一步分為Ⅱa(1個)、Ⅱb(4個)、Ⅱc(9個)、Ⅱd(5個)和Ⅱe(7個)5個亞類。基因結構分析發現,甜菜WRKY外顯子和內含子數目具有高變異性(2—7個外顯子),即使同一亞類內也都差異較大。保守元件分析顯示同一類或亞類內成員具有相同的保守元件。WRKY保守域分析發現2個WRKY七肽域變型:WRKYGKK和WRKYGEK。每個WRKY至少在2個組織中表達,30個WRKY在葉中表達,40個WRKY在花序中均有表達,36個WRKY在幼葉中有表達,38個WRKY在直根中有表達,39個WRKY在幼苗中有表達,36個WRKY在種子中有表達。各WRKY表達量差異較大,可分為低表達、高表達基因兩類,如BvWRKY23BvWRKY3BvWRKY11BvWRKY7BvWRKY6BvWRKY26BvWRKY4BvWRKY40BvWRKY24BvWRKY2BvWRKY28在各組織中均有較高表達,而BvWRKY38BvWRKY13BvWRKY36BvWRKY35BvWRKY5BvWRKY34在各組織中均表達較低。熱脅迫條件下BvWRKY16BvWRKY21BvWRKY20BvWRKY22BvWRKY32BvWRKY33BvWRKY34上調表達;鹽脅迫條件下BvWRKY1BvWRKY6BvWRKY19BvWRKY31BvWRKY33呈現不同程度上調表達;BvWRKY33對熱、鹽2種脅迫均有明顯響應。【結論】甜菜WRKY蛋白結構高度保守,基因序列長度和內含子數量變化很大,在不同組織中呈現出多種表達模式,部分WRKY響應熱或鹽脅迫,對甜菜逆境生理調控起重要作用。
    擬南芥僅含START結構域亞家族基因特性與功能分析
    閆青地,趙亞林,張昊,高靜,高夢燭,王倩,王蕊,王鳳茹,董金皋
    中國農業科學. 2017, 50(17):  3274-3285.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.17.003
    摘要 ( 99 )   PDF (3008KB) ( 181 )   收藏
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    【目的】分析擬南芥中僅含START結構域(the lipid/sterol-binding StAR-related lipid transfer protein domains)亞家族成員的啟動子元件及表達特性,闡明啟動子元件與表達特性的相互關系,為明確僅含START結構域亞家族的生物學功能,解析植物生長發育機理、更好地促控植物生長提供理論依據。【方法】利用生物信息學方法分析僅含START結構域亞家族6個成員的親緣關系及各自啟動子區所包含的所有元件,對啟動子元件的功能進行分析和分類;利用real-time PCR方法研究亞家族成員的表達特性;用突變體分析確認基因的功能;分析通過啟動子元件分析預測的基因功能與通過突變體分析確認的基因功能間的相關性,為基因的功能和作用機制分析提供科研思路和方法。【結果】生物信息學分析表明,擬南芥中僅含START結構域亞家族成員共6個,分為3個分支,每個分支一對基因,每一對基因中均有一個基因的啟動子中含有高轉錄水平元件5′ UTR Py-rich stretch,6個亞家族成員的啟動子區均含有多個光、激素和逆境響應元件,也存在各自特異的響應元件;用real-time PCR分析基因的表達量,結果與生物信息學預測結果一致:At3g13062的表達量明顯高于同分支的At1g55960,At3g23080的表達量明顯高于同分支的At4g14500,At1g64720的表達量明顯高于同分支的At5g54170。組織定位分析表明亞家族成員有特異的時空表達特性:At3g13062和At1g55960在幼苗期就有明顯表達,但At3g13062主要在子葉、下胚軸和根中表達,而At1g55960主要在根中表達量較多;在成苗期擬南芥中,At3g13062主要在葉片中表達,在根中表達量較少;而At1g55960在成苗期擬南芥的葉片和根系的表達量均較多;At3g23080和At4g14500在幼苗期表達量較少,而在成苗期表達量增加,At3g23080主要分布于蓮座葉中,At4g14500主要分布于蓮座葉葉柄部。上述結果表明僅含START結構域亞家族成員可能在擬南芥不同時期和不同的部位分別行使著功能。利用生物信息學對啟動子元件分析發現,各個基因均具有胚乳特意表達的Skn-1 motif元件,暗示著該家族基因可能參與調控胚乳的發育,進而影響種子的活力和萌發;通過對At3g23080和At4g14500的T-DNA插入突變體種子的分析表明,At3g23080和At4g14500表達量下降均會導致種子活力和萌發率的下降,這與生物信息學預測結果一致。【結論】擬南芥中僅含START結構域的亞家族有6個成員;6個亞家族成員可能在光、激素和逆境調控的發育過程中具有重要的作用;含START結構域的亞家族6個成員雖然同源關系較近,但具有各自的時空表達特性,在擬南芥的不同組織和不同發育時期執行著各自的功能。基因啟動子元件與基因功能有直接關系,啟動子區具有胚乳特意表達Skn-1 motif元件的At3g23080和At4g14500表達量下降均會導致種子活力和萌發率下降。
    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    AquaCrop作物模型應用研究進展
    孫仕軍,張琳琳,陳志君,孫娟
    中國農業科學. 2017, 50(17):  3286-3299.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.17.004
    摘要 ( 103 )   PDF (510KB) ( 347 )   收藏
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    AquaCrop是FAO于2009年研發的一款新型作物模型,它以輸入參數少、界面簡單等優點被廣泛應用于生產實踐中。論文基于AquaCrop模型原理和特點,深入探討了AquaCrop模型國內外應用研究進展。當前,AquaCrop模型在灌溉策略、氣候變化下的情景模擬以及與其他模型聯合應用等方面取得了顯著進展。但是,該模型在應用過程中還存在若干缺陷。一是模型在保守參數缺少驗證的情況下,會使得模擬精度不穩定;二是由于土壤空間變異性的客觀存在,模型在由點位向面上擴展時應用效果不佳;三是當前對雨養區作物生長模擬研究還很少,且其非保守參數難以準確確定;四是目前該模型生理、養分和水養互作模塊尚不夠完善,未考慮作物病蟲害和品種遺傳差異,當作物生長遭受水分、鹽分或溫度等嚴重脅迫時會導致模擬精度下降。今后在模型應用時,可利用多年數據對保守參數進行校正,將區域同一站點多年數據和多站點相關數據相結合調試模型非保守參數;其次,應加強雨養地區模擬研究,從而擴大模型應用范圍。開發者應進一步完善AquaCrop模型子模塊,為提高模擬精度和拓寬應用范圍提供支撐。
    持續淹水對水稻鎘吸收的影響及其調控機理
    陳江民,楊永杰,黃奇娜,胡培松,唐紹清,吳立群,王建龍,邵國勝
    中國農業科學. 2017, 50(17):  3300-3310.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.17.005
    摘要 ( 98 )   PDF (421KB) ( 293 )   收藏
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    【目的】研究持續淹水對不同鎘(Cadmium,Cd)積累水稻品種Cd 含量的影響,通過分析持續淹水條件下土壤有效性Cd、植株Cd含量以及水稻根系Cd吸收轉運關鍵基因表達,揭示持續淹水對水稻Cd積累的作用及其調控機制。【方法】采用水稻品種輻品36(FP36,Cd高積累品種)和中嘉早17(ZJZ17,Cd低積累品種),盆栽條件下(外源加入1.5 mg·kg-1 CdCl2)于水稻分蘗始期開始持續淹水處理,分蘗盛期取樣分析植株Cd 含量及Cd 轉運相關基因表達情況,測定土壤中有效性Cd、Fe、Mn含量和根膜Cd、Fe和Mn含量。相同處理繼續培養至水稻完熟期,收獲植株和稻米并測定Cd含量和產量。【結果】在Cd污染土壤條件下,與正常灌溉處理相比,持續淹水顯著降低了分蘗盛期水稻FP36和ZJZ17的Cd含量,根部降幅分別為39.5%和33.9%,地上部降幅分別為62.1%和71.7%。在完熟期也表現相同作用效果,持續淹水顯著降低完熟期水稻FP36和ZJZ17根部、地上部和稻米中Cd含量,FP36根部、地上部和稻米分別降低36.4%、43.7%和36.8%,ZJZ17分別降低62.5%、61.5%和55.4%。研究發現,持續淹水顯著降低了兩個水稻品種的土壤有效性Cd含量(降幅分別為12.1%和17.7%)和根膜中Cd 的含量(降幅分別為52.2%和43.1%)。Cd脅迫下,持續淹水增加了土壤有效性Fe(增幅分別為23.7%和10.3%)和有效性Mn含量(增幅分別為24.5%和43.9%),也使根膜中Fe(增幅分別為83.1%和81.5%)和Mn含量(增幅分別為41.5%和27.7%)顯著增加。更為重要的是,持續淹水顯著下調了兩個水稻品種根部OsNramp1(58.3%和58.0%)和OsLCD (21.6%和17.8%)基因的相對表達量。【結論】持續淹水通過降低土壤有效性Cd含量和抑制Cd吸收基因表達(OsNramp1OsLCD)的雙重調控作用,降低了水稻對Cd的吸收和積累。
    不同基因型苦蕎苗期抗旱性綜合評價及指標篩選
    路之娟,張永清,張楚,劉麗琴,楊春婷
    中國農業科學. 2017, 50(17):  3311-3322.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.17.006
    摘要 ( 95 )   PDF (489KB) ( 329 )   收藏
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    【目的】苦蕎不僅具有豐富的營養價值和藥用價值且具有耐冷涼、耐瘠薄、適應性強等生理特性,不同苦蕎品種間的抗旱性差異顯著,探討苦蕎苗期耐旱特性,篩選耐旱基因型材料及耐旱性鑒定指標并建立耐旱性數學評價模型,不僅能夠為品種耐旱性評價與品種篩選奠定基礎,更為黃土高原冷涼地區的種質選育提供理論依據。【方法】采用苗期沙培方式,設置正常供水CK和干旱脅迫DS兩個處理,對9份不同苦蕎品種在不同處理下的株高、莖粗、葉面積等農藝性狀及根系活力、根系酶活性等生理指標進行測定。利用隸屬函數法、主成分分析與聚類分析對各苦蕎品種耐旱能力進行綜合評價,并用逐步回歸分析建立最優回歸方程進而實現對苦蕎耐旱能力的預測與鑒定。【結果】干旱脅迫對苦蕎各指標均有顯著影響,差異性分析結果表明,苦蕎苗期地上部指標、根系干重、根系活力、根系形態指標、可溶性蛋白含量、相對含水量、葉綠素含量、Fm 和 Fv/Fm等指標與對照相比均明顯下降;而根系酶活性、MDA含量、可溶性糖、游離脯氨酸含量、Fo與對照相比,表現為升高,且耐旱型品種的根冠比也表現為升高,中間型和不耐旱品種則表現為下降。主成分分析將21個單項指標轉化為3個相互獨立的綜合指標(累計貢獻率達87.30%),且第1主成分主要反映的是生物量、根系形態、葉片熒光參數等信息;第2主成分反映的是植株根系活力、根系酶活性和根系滲透調節物質等信息;第3主成分反映的是植株地上部形態及部分葉片和根系生理特性的相關信息。聚類分析將9個苦蕎基因型劃分為3類,分別為耐旱型、中間型和不耐旱型。為了對各基因型的耐旱能力進行預測并建立數學評價模型,將D值作因變量,各指標耐旱系數作自變量進行逐步回歸分析。結果分析表明,通過建立最優回歸方程,篩選出株高、莖粗、根冠比、根系活力、最大根長、MDA、Fo及水勢等8項對苦蕎耐旱能力有影響的指標,并且9個苦蕎基因型的苗期耐旱能力預測值與D值極顯著相關(R2=0.988**),表明用此方程對苦蕎抗旱特性進行預測具有一定的準確性及高效性,進而在苦蕎抗旱特性的鑒定工作中如果有選擇的測定上述指標,可使鑒定工作簡單化。【結論】干旱脅迫對苦蕎苗期各指標均有顯著影響。通過聚類分析圖得出參試品種分為3大類型,即迪慶苦蕎、西農9909和奇臺農家品種為耐旱型品種;廣苦1號、黔苦6號、云蕎1號為中間型品種;多元苦蕎、黑豐1號和西蕎1號為不耐旱品種。確定了苗期耐旱能力預測值與D值極顯著相關(R2=0.988**),篩選出株高、莖粗、根冠比、根系活力、最大根長、MDA、Fo及水勢等指標,可作為苦蕎抗旱特性快速鑒定的指標。
    植物保護
    匍匐翦股穎接種立枯絲核菌后基因表達變化的轉錄組學分析
    史毅,牛奎舉,馬暉玲
    中國農業科學. 2017, 50(17):  3323-3336.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.17.007
    摘要 ( 144 )   PDF (2489KB) ( 136 )   收藏
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    【目的】確定匍匐翦股穎(Agrostis stolonifera)接種立枯絲核菌(Rhizoctonia solani)后基因種類和表達量在轉錄水平的變化規律,明確草坪草病原菌侵染響應的關鍵基因。【方法】匍匐翦股穎生長14 d后采用麥粒培養物接種立枯絲核菌,接種3 d后選取感病葉片和未接種葉片提取RNA,進行轉錄組高通量測序,然后利用生物信息學分析,用Trinity組裝匍匐翦股穎轉錄組,以組裝子為參考,以|log2(fold change)|>1q-value<0.005為閾值選取感病和健康匍匐翦股穎葉片轉錄組的差異表達基因,并用iTAK軟件分析其轉錄因子家族及表達變化,與植物R基因庫進行blast分析R蛋白分類、利用Mapman軟件分析生物脅迫信號通路相關基因的表達變化。【結果】高通量測序得到125 253 092條高質量待分析reads。經Trinity從頭組裝后,得到466 761條轉錄本。過半數的轉錄本長度為700 bp以上,組裝結果N50=1 100 bp。使用CD-HIT選擇334 212條轉錄本(所有轉錄本的71.60%)作為Unigene,平均長度573 bp,N50=791 bp。接種后植物比接種前植物基因有7 937個上調表達,1 570個下調表達。上調基因中296個,下調基因有142個都可被定義為轉錄因子,分布在58個轉錄因子家族中,其中鋅指蛋白包含轉錄因子C2H2最多,有54個,C3H次之,為22個。差異基因中451個可定義為植物R蛋白表達基因,可分為33類,其中包含NBS-LRR結構域的抗病蛋白、LRR受體蛋白激酶、ABC-2類型的轉運蛋白、U-box結構域蛋白激酶和熱激蛋白這5類基因變化最顯著。差異基因中大量上調表達基因可富集在病原識別、活性氧消除、信號傳導、細胞凋亡、病程相關蛋白等生物脅迫相關基因類別,下調基因顯著富集在植物生長發育相關類別和通路。qRT-PCR驗證了隨機挑選差異基因的表達量變化,均與RNA-seq分析結果一致,其中包括12個C2H2轉錄因子基因,10個C3H轉錄因子基因,以及12個R蛋白基因。【結論】病原菌侵染后,引起匍匐翦股穎大量基因表達變化,其中轉錄因子、R蛋白以及抗性相關基因多為上調表達,作用為抑制病原菌擴散,而生長發育相關基因表達下調,這些進程共同使匍匐翦股穎產生對立枯絲核菌的先天基礎抗性。
    小麥矮縮病毒引起的植株矮化與赤霉素代謝的相關性分析
    吳慧娟,劉艷,王錫鋒
    中國農業科學. 2017, 50(17):  3337-3343.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.17.008
    摘要 ( 100 )   PDF (809KB) ( 234 )   收藏
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    【目的】由異沙葉蟬(Psammotettix alienus)傳播的小麥矮縮病毒病是近年來中國西北部麥區嚴重發生的小麥病毒病害之一。受侵染的小麥植株嚴重矮化,有效分蘗減少,產量損失嚴重。論文旨在明確小麥矮縮病毒(Wheat dwarf virus,WDV)侵染小麥植株后矮化癥狀形成與赤霉素代謝調控的關系,為該病害的防治打下基礎。【方法】以小麥品種揚麥12為試驗材料,以異沙葉蟬為傳毒介體飼毒后轉移到1葉期的健康幼苗(3頭/株)上進行傳毒,同時以無毒異沙葉蟬取食健康幼苗為對照。根據試驗需要,不同時間取樣備用。為保證試驗的準確性,經PCR檢測為陽性的作為處理組試驗材料;采用間接酶聯免疫吸附(ELISA)法,利用植物赤霉素(GA3)試劑盒測定分析侵染第21天取樣的小麥葉片赤霉素含量;將帶毒條沙葉蟬接種的小麥苗分為兩個平行處理組,接種后第7天分別用GA3(濃度為50 mg·L-1)和H2O進行葉面噴施處理,每隔一周處理一次。以無毒葉蟬接種后長勢一致的小麥苗作為對照組,根據株高統計結果分析外施赤霉素對受侵染小麥植株的表型變化;以山羊草(Aegilops tauschii)的內根-貝殼杉烯合成酶(ent-kaurene synthase-like 3,KSL3)的基因編碼區序列為參考基因設計引物(KSL3-F:5′-ATGATGGTGAATCCGCCGC-3′;KSL3-R:5′-TTAATGGTTGATCTTTGTTT-3′),對揚麥12的KSL3進行克隆和序列分析;分別取接種后7、14和21 d的小麥植株葉片,提取RNA后反轉錄,以克隆得到的TaKSL3基因序列設計引物(TaKSL3-F:5′-GAGACATGTGCCATGGCGTTC-3′;TaKSL3-R:5′-CGTGTCACTCAGATCGGTGGAG-3′),選擇小麥翻譯延伸因子1A(EF-1α)作為內參基因,利用熒光定量PCR方法分析赤霉素代謝相關基因的轉錄水平。【結果】經ELISA檢測發現,接種21 d的發病植株赤霉素含量與健康植株相比降低了28.9%;通過施用濃度為50 mg·L-1的赤霉素后,發病植株的平均株高相比對照組顯著增加35.9%;采用同源克隆得到了完整的小麥赤霉素合成途徑關鍵酶KSL3的編碼區序列,長度為1 827 bp,編碼608個氨基酸,BLAST比對分析發現該DNA序列與山羊草KSL3編碼區序列相似度為85.2%。經熒光定量檢測發現受小麥矮縮病毒侵染后小麥KSL3表達量顯著下降,接種14 d降低為對照組的35.7%,21 d降低為對照組的9.6%。【結論】小麥矮縮病毒的侵染導致赤霉素合成途徑關鍵酶的表達量降低,可能使赤霉素合成受阻,赤霉素含量降低引發受赤霉素調節的細胞生物學過程異常,從而誘導矮化癥狀形成。研究結果為揭示小麥矮縮病毒侵染的致病機理和病害防控打下了基礎。
    ToMV外殼蛋白互作IP-L蛋白的亞細胞定位及表達分析
    彭浩然,蒲運丹,張永至,薛楊,武改霞,青玲,孫現超
    中國農業科學. 2017, 50(17):  3344-3351.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.17.009
    摘要 ( 93 )   PDF (1308KB) ( 398 )   收藏
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    【目的】前期研究顯示ToMV外殼蛋白(coat protein,CP)可以與煙草蛋白L(CP-interacting protein-L,IP-L)相互作用,本研究旨在明確ToMV CP與IP-L的共定位情況、IP-L的組織表達和在ToMV侵染條件下煙草IP-L及其編碼蛋白的表達變化情況,為進一步明確IP-L的功能提供依據。【方法】通過雙酶切法從筆者實驗室構建保存的pGBKT7-CP和pGADT7-IP-L重組載體上切下ToMV CP和IP-L目的片段,構建融合蛋白植物表達載體pPZP-IP-L-N-EGFP和pPZP-CP-N-DsRed及原核表達載體pEGX-IP-L。通過熱激法將融合表達的植物表達載體轉化至農桿菌EHA105,在煙草表皮細胞瞬時表達IP-L-N-EGFP和CP-N-DsRed,共聚焦熒光顯微鏡下觀察IP-L和ToMV CP共定位情況。用實時熒光定量RT-PCR(qRT-PCR)分析IP-L在本氏煙各組織部位的表達量。原核表達載體pEGX-IP-L,轉化原核表達菌BL21,優化GST-IP-L可溶性表達條件后大量表達該蛋白,用GST親和層析法純化獲得可溶性GST-IP-L蛋白,免疫家兔制備多克隆抗體。ELISA測定抗體效價,Western印跡法明確抗體的特異性后,利用該抗體分析ToMV侵染條件下番茄IP-L蛋白表達情況,用qRT-PCR檢測IP-L表達變化與蛋白水平是否一致。【結果】ToMV CP在本氏煙葉片表皮細胞的細胞質和細胞質膜以及葉綠體均有分布,而IP-L只在本氏煙葉片表皮細胞質膜表達,二者共定位在細胞質膜。IP-L在本氏煙葉片中特異高表達,顯著高于莖、根和花中的相對表達量。在溫度為30℃,IPTG誘導濃度為0.3 mmol·L-1條件下表達出大小為42.8 kD的可溶性GST-IP-L融合蛋白。純化獲得約4.2 mg可溶性蛋白,免疫家兔制備了效價為1/6400的多克隆抗體。Western印跡結果表明,該抗體可以與IP-L的原核產物特異性結合。在ToMV侵染本氏煙1、3、7 d后,Western印跡分析表明IP-L在葉片內表達量隨接種時間呈明顯上調趨勢。qRT-PCR檢測結果與Western印跡結果一致,顯示IP-L在ToMV侵染本氏煙第7天后的葉片內表達量是健康對照的3倍多,差異達到顯著水平。【結論】ToMV CP和IP-L共定位于本氏煙表皮細胞質膜,IP-L在本氏煙葉片內特異高表達。制備的IP-L多克隆抗體具有良好的免疫反應活性,可以用于IP-L表達量檢測;ToMV侵染煙草可誘導IP-L及其編碼蛋白表達量顯著上調。
    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    氮肥用量對小麥開花后根際土壤特性和產量的影響
    安婷婷,侯小畔,周亞男,劉衛玲,王群,李潮海,張學林
    中國農業科學. 2017, 50(17):  3352-3364.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.17.010
    摘要 ( 94 )   PDF (474KB) ( 351 )   收藏
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    【目的】明確小麥開花后根際土壤特性動態特征及其與產量和籽粒氮素積累量之間的關系,能夠為生產上合理施肥、提高氮肥利用效率和減輕環境污染提供理論依據。【方法】2014—2015和2015—2016年在小麥季設置4個氮肥水平(0,CK;150 kg N·hm-2,N150;240 kg N·hm-2,N240和300 kg N·hm-2,N300)并于小麥開花期、灌漿中期和成熟期分層(0—20 cm和20—40 cm) 測定小麥根際和非根際土壤銨態氮、硝態氮、蔗糖酶、脲酶,同時測定根、莖、葉和穗生物量及其氮素含量;重點分析根際土壤特性與小麥籽粒產量和氮素積累量之間的關系。【結果】(1)與CK相比,N150、N240和N300處理2年小麥籽粒產量的平均值分別增加99%、130%和107%,且處理之間差異顯著。隨施氮量的增加小麥根、莖、葉、穗生物量和地上部氮素積累量均呈增加趨勢;氮肥回收率呈下降趨勢,且處理之間差異顯著。(2)從開花到成熟期,0—20 cm和20—40 cm土層小麥根際和非根際土壤銨態氮、硝態氮含量、土壤蔗糖酶和脲酶(0—20 cm除外)活性均呈下降趨勢。處理CK、N150、N240和N300根際土壤銨態氮和硝態氮含量顯著低于非根際土壤。4個處理2年0—20 cm根際土壤銨態氮含量平均值比非根際土壤降低29%,硝態氮含量降低22%;20—40 cm根際土壤銨態氮含量比非根際土降低34%,硝態氮含量降低14%。而根際土壤蔗糖酶和脲酶活性顯著高于非根際土。4個處理2年0—20 cm根際土壤蔗糖酶活性比非根際土壤提高29%,脲酶活性提高15%;20—40 cm根際土壤蔗糖酶活性比非根際土壤提高33%,脲酶活性提高13%。(3)相關分析結果表明,小麥籽粒產量和籽粒氮素積累量均與0—20 cm和20—40 cm根際和非根際土壤無機氮(銨態氮+硝態氮)、脲酶和蔗糖酶(2016年籽粒氮素積累量除外)呈顯著正相關。【結論】小麥根際土壤可利用性氮素含量小于非根際土壤,而酶活性高于非根際土;根際和非根際土壤與籽粒產量和籽粒氮素積累量呈顯著正相關。根際和非根際土壤特性顯著影響小麥籽粒產量。
    基于GIS的吉林省水稻種植區施氮效果及減排潛力分析
    焉莉,馮國忠,蘭唱,高強
    中國農業科學. 2017, 50(17):  3365-3374.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.17.011
    摘要 ( 63 )   PDF (2576KB) ( 213 )   收藏
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    【目的】研究不同水稻種植區施氮效果差異,旨在加強氮肥精準養分管理,提高作物產量和肥料效率,從而減少農田氮排放。【方法】通過對2005—2013年吉林省測土配方施肥田間試驗中不施氮肥處理(N0P2K2)及3個氮梯度(0.5N2P2K2)、(N2P2K2)、(1.5N2P2K2)處理進行分析,研究不同水稻種植區的產量、氮肥施用效果及氮肥農學利用率,探討各區域施氮效果及減排潛力。【結果】吉林省各地區水稻產量差異顯著,西部地區最高,東部地區最低。在不施氮肥條件下西部地區平均產量可達7.6 t·hm-2,其與中部地區和東部地區的平均產量差可達到2.12.2 t·hm-2。施用氮肥后,中部和東部地區最低增產率29.8%(最高59.5%)顯著高于西部地區12.6%(最高29.4%)。中部和東部的氮肥利用效率分別為12.2—19.7和12.5—19.5 kg·kg-1,遠高于西部地區的8.8—13.1 kg·kg-1。采用最大經濟收益法MRTN方法建立氮肥用量與凈收益間的函數關系,從而計算各地區最佳施氮量。西部地區、中部地區和東部地區的最佳施氮量分別為114.9128.9和134.1 kg·hm-2,與推薦施肥相比可減少25.6、18.3和5.3 kg·hm-2。在產量沒有顯著差異的條件下,各地區均可減少氮肥施用量,尤其是西部和中部地區。通過節氮成本和糧食收入核算發現,各地區均可增加經濟效益,其中中部地區農民增收顯著。在保證產量條件下,采用最佳施肥量,吉林省西部、中部和東部每年可減少氮投入量分別為4 378、7 064 和604 t;減少氮排放98.2、158.6和13.6 t。【結論】吉林省西部地區應控制氮肥施用;中部地區為全省減排重點區域;東部地區目前施肥量適中,可以配合其他管理模式消減自然因素的限制,從而提高水稻產量。
    園藝
    白菜類作物開花時間的全基因組關聯分析
    高寶禎,劉博,李石開,梁建麗,程鋒,王曉武,武劍
    中國農業科學. 2017, 50(17):  3375-3385.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.17.012
    摘要 ( 133 )   PDF (2546KB) ( 455 )   收藏
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    【目的】解析白菜類作物開花時間的調控位點,定位白菜類作物開花時間相關的候選基因,為白菜類作物抽薹開花時間的遺傳改良提供依據。【方法】以116份白菜類作物組成的自然群體作為研究材料,分別種植在溫室與露地2個獨立的環境中,進行開花時間調查。同時,提取試驗材料的DNA樣品進行深度為1.2x的重測序,對測序數據用Pooled Mapping法進行過濾、與參考基因組比對,獲得全基因組高密度SNP集合。經過條件過濾后,對高質量的SNP集合進行生物信息分析,包括試驗材料的群體結構分析和全基因組連鎖不平衡分析。從高質量的SNP集合中,隨機挑選出2 000個變異位點,用PhyML軟件以最大似然法對116份試驗材料進行系統發育樹分析。用全部的高質量SNP集合位點通過軟件Haploview進行全基因組連鎖不平衡分析。最后,將高質量的SNP集合與開花時間數據結合,通過TASSEL和GAPIT軟件包以及R程序語言進行全基因組關聯分析。根據強關聯峰值信號點位置和連鎖不平衡區間定位開花時間候選位點,再通過白菜與同源物種擬南芥的基因共線性關系以及基因功能注釋分析來預測白菜類作物開花時間相關的候選基因。【結果】不同種植條件下、不同類型的白菜類作物在開花時間上存在廣泛差異。試驗材料在露地環境下的開花時間高峰期明顯早于溫室環境下的材料;試驗材料在露地環境下的開花時間總體表現出偏正態分布,而在溫室環境下,開花時間各個階段呈現出較為均衡的分布。溫室與露地環境下的開花時間呈顯著正相關。通過生物信息學分析最終得到的高質量SNP位點共103萬個。試驗材料的群體結構分析表明在系統發育樹上各亞群內部分布較為集中,不同亞群之間的分布與材料的地理起源密切相關。全基因組衰減平均LD為2.3 kb,表明在116份白菜類作物構建的群體內存在較為頻繁的重組和突變。對不同條件下的開花時間進行全基因組關聯分析,用復合模型檢測到54個(P>4)強關聯峰值信號點,一般模型檢測到87個(P>5)。通過進一步分析強關聯信號點的連鎖不平衡(linkage disequilibrium,LD)區段,得到存在強連鎖關系(r2>0.33)的峰值信號點共33個(溫室環境下27個,露地環境下19個)。其中,在溫室與露地環境下的共定位位點13個。根據33個關聯候選位點,再通過白菜與同源物種擬南芥的基因共線性關系以及基因功能注釋分析篩選出白菜類作物開花時間相關的候選基因14個,其中溫室與露地環境下共定位候選基因3個(FUL、PHYB和FPF1)。在露地條件下定位到開花關鍵基因FT1。【結論】不同條件下開花時間的相關性分析表明,遺傳效應在開花早晚中起著決定性作用。全基因組關聯分析共鑒定出33個與開花時間相關的顯著關聯信號。通過連鎖不平衡分析、白菜與同源物種擬南芥的基因共線性關系以及基因功能注釋分析初步鑒定出14個白菜類作物開花時間相關的候選基因。
    絲瓜銅鋅超氧化物歧化酶Cu/Zn-SOD基因家族的克隆與表達分析
    朱海生,劉建汀,陳敏氡,李永平,王彬,張前榮,葉新如,林琿,溫慶放
    中國農業科學. 2017, 50(17):  3386-3399.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.17.013
    摘要 ( 106 )   PDF (2273KB) ( 303 )   收藏
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    【目的】克隆絲瓜銅/鋅超氧化物歧化酶Cu/Zn-SOD基因家族,并分析其序列特征、表達情況及其在絲瓜褐變中的作用,為進一步揭示絲瓜褐變的發生機理提供科學依據,為絲瓜品種遺傳改良奠定基礎。【方法】通過轉錄組測序和RT-PCR方法獲得絲瓜Cu/Zn-SOD基因家族的cDNA序列,采用生物信息學方法分析氨基酸序列,利用熒光定量PCR技術研究Cu/Zn-SOD基因家族在不同組織及褐變條件下的表達情況。采用氮藍四唑(NBT)光還原法測定總超氧化物歧化酶(SOD)活性,采用福林-酚比色測定總酚含量。【結果】獲得了3個絲瓜Cu/Zn-SOD基因家族cDNA序列,依次命名為LcCu/Zn-SOD1(GenBank登錄號:KP178922)、LcCu/Zn-SOD2 (GenBank登錄號:KX092445)和LcCu/Zn-SOD3(GenBank登錄號:KX092446)。LcCu/Zn-SOD1全長758 bp,包含一個456 bp的開放讀碼框(ORF),編碼152個氨基酸;LcCu/Zn-SOD2全長799 bp,ORF為471 bp,編碼157個氨基酸;LcCu/Zn-SOD3全長1 011 bp,ORF為663 bp,編碼221個氨基酸;編碼的蛋白與甜瓜、南瓜、黃瓜同源蛋白的相似性均在90%以上。生物信息學分析表明3個基因編碼的酶蛋白均無信號肽,無跨膜結構域,為親水性穩定蛋白,Wolf Psort預測其亞細胞定位于細胞質。Cu/Zn-SOD基因家族在根中的表達量最高,在花中表達量最低。在絲瓜采后儲藏期間,LcCu/Zn-SOD1和LcCu/Zn-SOD3在絲瓜儲藏初期表達量較采后當時(0 d)上調,后期表達量受到抑制;在絲瓜鮮切條件下,3個基因表達量在鮮切后較采后當時(0 h)總體呈下降趨勢。相關性分析顯示,在采后儲藏和鮮切條件下,LcCu/Zn-SOD1表達量均與SOD酶活性呈極顯著性正相關,LcCu/Zn-SOD3表達量均與SOD酶活性呈顯著性正相關,SOD酶活性在鮮切條件下與總酚含量呈顯著負相關,LcCu/Zn-SOD1和LcCu/Zn-SOD3在調控SOD酶活性方面起作重要作用,LcCu/Zn-SOD1和LcCu/Zn-SOD3的表達影響了SOD酶活性,并影響了絲瓜褐變進程。【結論】從絲瓜果肉中獲得Cu/Zn-SOD基因家族的3個,其中LcCu/Zn-SOD1和LcCu/Zn-SOD3在普通絲瓜果肉褐變過程中可能發揮著重要作用。
    梨不同品種果實凍藏品質性狀分析與適宜品種篩選
    王陽,王文輝,賈曉輝,佟偉,王志華,楊曉龍
    中國農業科學. 2017, 50(17):  3400-3412.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.17.014
    摘要 ( 104 )   PDF (846KB) ( 221 )   收藏
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    【目的】選取梨不同品種果實為研究對象,分析不同品種梨果凍藏后品質指標差異,旨在找出影響凍梨品質的關鍵指標并篩選出適宜凍藏的梨品種。【方法】分別測定59種梨果實凍藏后的13項品質指標(果皮L*、果肉L*、果肉a*、果肉b*、果肉h值、可溶性固形物(SSC)、可滴定酸(TA)含量、SSC/TA值、出汁率、pH、石細胞含量、乙醇含量、汁液流失率),并進行感官評價。對所測的各項指標進行相關性分析,揭示各指標間的關聯程度;運用主成分分析確定影響凍梨品質的關鍵指標;運用模糊綜合評判法中隸屬函數值的大小進行排名,篩選適宜凍藏的梨品種。【結果】通過相關性分析得出不同梨品種凍藏后各項指標存在差異,其中果皮L*值與汁液流失率呈顯著正相關(P<0.05),果肉L*值與果肉a*、b*值呈極顯著相關(P<0.01),果肉h值與果肉a*值呈極顯著負相關(P<0.01),SSC、TA、SSC/TA值、出汁率、pH、乙醇含量互相呈顯著或極顯著相關,石細胞含量與出汁率呈極顯著負相關(P<0.01),在凍梨各項指標中,果肉L*值、TA含量、SSC/TA、石細胞含量、汁液流失率與感官評價呈極顯著相關(P<0.01)。主成分分析結果表明,前4個因子特征值均大于0.9,累積貢獻率達74.257%。第1主成分口味因子,包含了原始信息量的37.272%,其大小主要由SSC含量、TA含量、pH決定;第2主成分褐變因子,包含了原始信息的19.687%,其大小主要由果肉a*值、果肉h值決定;第3主成分粗糙度因子,包含了原始信息的10.074%,其大小主要由石細胞含量決定;第4主成分外觀因子,其大小主要由果皮L*值決定。13個品質指標中有7個指標對前4個因子貢獻率最大,包含了所有指標的信息,因此篩選SSC、TA含量、pH、果肉a*值、果肉h值、石細胞含量、果皮L*值、汁液流失率作為評價凍梨的關鍵指標。模糊綜合評判結果表明,以‘尖把梨’‘砂糖梨’‘軟兒梨’‘八里香’‘晚三吉’‘白八里香’‘紅南果’‘熱梨’等梨品種凍藏最優(剔除了石細胞含量過高的品種黃金對麻);以‘香黃’‘紅麻槎’‘豐水’‘黃花’‘石井早生’‘晚三吉’‘酥木梨’‘早生赤’‘新梨7號’等品種品質較差,其特點是酸度低、糖度低。通過感官評價得出適宜凍藏的梨果應具備高糖高酸、果肉褐變程度低等特點,這與口味因子的特征和優選品種的性狀基本一致。【結論】通過對凍梨指標的分析,綜合考慮梨果實的價格、市場占有率等因素,以秋子梨系品種更適宜做凍梨(石細胞含量過高、酸度過低的品種除外)。
    食品科學與工程
    不同苦瓜品種皂苷含量組成及其抗氧化活性和α-葡萄糖苷酶的抑制活性
    劉慧娟,張名位,張瑞芬,張雁,魏振承,馬永軒,劉磊,鄧媛元
    中國農業科學. 2017, 50(17):  3413-3421.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.17.015
    摘要 ( 112 )   PDF (490KB) ( 286 )   收藏
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    【目的】比較不同品種苦瓜果肉中皂苷總含量、7種單體組成含量及抗氧化性和α-葡萄糖苷酶抑制活性差異,為明確苦瓜中主要皂苷單體組成含量,篩選高皂苷含量及高活性的苦瓜品種提供科學參考。【方法】采用香草醛-高氯酸法測定13個苦瓜品種皂苷總含量,高效液相法測定7種皂苷單體含量、總抗氧化能力指數(ORAC),并評價其抗氧化活性,采用4-硝基酚-2-D吡喃葡萄糖苷法測定α-葡萄糖苷酶抑制率,同時分析組成含量和活性之間的相關性。【結果】13個不同品種苦瓜果肉皂苷總含量呈顯著性差異,含量變幅為(0.52—1.20)g/100g DW,平均值為0.79 g/100g DW,變異系數為21.65%。7種皂苷單體含量的平均值依次為:苦瓜苷A(Momorcharaside A)5.32 μg·g-1 DW,苦瓜皂苷A(Momordicoside A)25.42 μg·g-1 DW,Karaviloside XI 3.96 μg·g-1 DW,苦瓜皂苷F2(Momordicoside F2)66.95 μg·g-1 DW,苦瓜皂苷K(Momordicoside K)183.70 μg·g-1 DW,(23E)-3β,7β,25-trihydroxycucubita-5,23-dien-19-al 40.13 μg·g-1 DW,Kuguacin N 3.87 μg·g-1 DW。不同品種苦瓜總皂苷ORAC指數變幅為2 747.76—15 584.07 μmol Trolox·g-1,平均值為8 879.48 μmol Trolox·g-1,變異系數為34.91%;α-葡萄糖苷酶IC50值變幅為1.55—4.96 mg·mL-1。【結論】不同品種苦瓜果肉皂苷總含量、單體組成含量、抗氧化活性和α-葡萄糖苷酶抑制率有顯著差異。皂苷是苦瓜抑制α-葡萄糖苷酶活性的主要物質基礎,但并非苦瓜抗氧化活性主要貢獻物質。(23E)-3β,7β,25-trihydroxycucubita-5,23-dien-19-al是主要活性單體。
    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    基因工程技術在黃曲霉毒素生物降解中的應用
    計成,賈如,趙麗紅
    中國農業科學. 2017, 50(17):  3422-3428.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.17.016
    摘要 ( 143 )   PDF (362KB) ( 435 )   收藏
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    黃曲霉毒素具有強致癌性、致突變性和致畸性,影響動物生產性能,降低飼料轉化效率,減少產肉量、產蛋量和產奶量,增加動物發病率和死亡率,給畜牧業造成巨大的經濟損失。另外,黃曲霉毒素通過肉、蛋、奶食物鏈傳遞給人類,嚴重威脅人類健康。因此,黃曲霉毒素的防控已經成為全球性高度關注的問題。目前,飼料中黃曲霉毒素的脫毒方法主要采用物理吸附,如蒙脫石、活性炭、酵母細胞壁等,但物理吸附僅是吸附了黃曲霉毒素,并不能減少毒素的量,最終飼料中被吸附的毒素在體內解吸附后排出體外,可造成環境的二次污染。另外吸附劑效果不穩定,可能會吸附飼料中的維生素等營養物質,造成飼料品質下降。其中,生物降解法具有解毒徹底、專一性強,不影響飼料的營養價值且能夠避免毒素的重新產生等優點,從而備受研究者的關注。目前,有越來越多的研究報道了真菌、細菌及其代謝產生的酶能夠降解黃曲霉毒素,而鮮有關于降解黃曲霉毒素重組酶的報道。基因工程技術在黃曲霉毒素生物降解中的運用,可采用現代分子生物學的方法,從復合解毒酶中分離純化出特定的蛋白。但因微生物降解酶分離純化過程復雜、酶活不穩定、酶作用條件苛刻,較難用于實際生產。因此,人們利用基因工程手段將活性高的解毒酶基因進行基因克隆,實現降解酶基因在原核或真核工程菌種的異源高效表達,為酶制劑在降解霉菌毒素的實際生產中作用研究奠定了理論基礎。文章就基因工程技術在黃曲霉毒素降解中的運用研究進展及未來發展方向進行綜述,為飼料和食品中霉菌毒素生物降解酶的運用提供理論基礎和實踐依據。
    褪黑素對大鼠胰島瘤細胞INS-1胰島素和Gαi/o蛋白基因表達的影響
    趙益文,趙佳,龐全海
    中國農業科學. 2017, 50(17):  3429-3438.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.17.017
    摘要 ( 61 )   PDF (2370KB) ( 149 )   收藏
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    【目的】研究褪黑素對大鼠胰島瘤細胞INS-1中胰島素和Gαi/o蛋白基因表達的影響,探究褪黑素在mRNA水平對Gαi/o和Insulin1調節作用中可能存在的分子機制。褪黑素(melatonin, MT)是松果腺分泌的一種吲哚類神經內分泌激素,在機體內可調節胰島素的分泌而使其呈現晝夜節律性分泌,影響葡萄糖晝夜代謝水平的變化進而維持機體血糖的相對恒定,故對于褪黑素影響胰島素表達的研究可能會對褪黑素在胰島素晝夜節律性分泌中的調控作用提供依據。【方法】將凍存的INS-1細胞復蘇培養至第三代,INS-1細胞傳代后,用RPMI1640培養基培養INS-1細胞約24—48 h,當細胞密度達60%—70%時,使用無血清無葡萄糖的RPMI1640洗2次,然后在INS-1細胞培養外液中分別加入不同濃度(0、10、20、30、50 mmol·L-1)的葡萄糖及100 nmol·L-1 褪黑素和不同濃度葡萄糖孵育INS-1細胞12 h,觀察和統計INS-1細胞的形態學變化。利用EasyPure® RNA Kit 提取INS-1細胞的總RNA,核酸蛋白測定儀測定細胞總RNA的濃度和純度,其次利用甲醛變性瓊脂糖凝膠電泳檢測細胞的總RNA質量,TransScript One-Step gDNA Removal and cDNA Synthesis SuperMix反轉錄合成cDNA。利用Primer Premier 5.0引物設計軟件,參考GenBank上已登錄的基因序列進行Insulin1、Gαi1、Gαi2、Gαo、PKA和PKCα引物的設計。應用qRT-PCR法進行檢測處理后的INS-1細胞Insulin1、Gαi1、Gαi2、Gαo、PKA和PKCα mRNA水平的變化。【結果】用含不同濃度葡萄糖培養液孵育INS-1細胞后,觀察發現隨著培養基中葡萄糖濃度含量的增加INS-1細胞突觸的增長呈現先增加后減少的趨勢,其中20 mmol·L-1葡萄糖處理組INS-1細胞突觸的增長明顯,而20 mmol·L-1葡萄糖和100 nmol·L-1褪黑素處理組INS-1細胞表面積增大,但突觸增長卻不明顯;培養基中含不同濃度葡萄糖的處理組中,Insulin1 mRNA水平呈現先升后降的趨勢,Gαi1 mRNA水平則呈現先降后升的趨勢,其中20 mmol·L-1葡萄糖處理組,Insulin1 mRNA水平顯著增加(P<0.05),Gαi1 mRNA水平顯著減少(P<0.05),而Gαi2和Gαo則無顯著變化(P>0.05),因而Gαi1表現出與Insulin1 mRNA水平呈現負相關性而非Gαi2、Gαo與Insulin1 mRNA水平呈現負相關性;20 mmol·L-1葡萄糖和褪黑素處理組和20 mmol·L-1葡萄糖處理組相比,20 mmol·L-1葡萄糖和褪黑素處理組的Gαi1 mRNA水平顯著增高(P<0.05),且Insulin1和PKCα mRNA水平顯著減少(P<0.05),PKA mRNA水平則減少不顯著(P>0.05)。【結論】褪黑素能夠抑制INS-1細胞Insulin1的表達,減少胰島素的分泌導致INS-1細胞適應性增生。褪黑素與其受體結合后可促進Gαi1 mRNA水平增高而抑制PKCα的表達,使得Insulin1的表達受到抑制,胰島素分泌減少,使血糖在夜間得以維持相對恒定。
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