油菜素内酯合成和信号转导基因在马铃薯块茎贮藏期间的表达变化及对萌芽的影响

为探明油菜素内酯BR在块茎萌芽中的作用,建立更有效的种薯催芽调控体系,选择了休眠期不同的3个品种,利用q RT-PCR分析与BR合成、信号转导、调控有关的9个基因在贮藏期间及抑芽处理下的表达模式;同时检测BR类似物24-表油菜素内酯(24-e BL)及其与赤霉素GA3对块茎萌芽的影响。结果表明,涉及BR合成的4个基因表达量均随贮藏时间延长升高,短休眠品种升高的时间点早于中、长休眠品种;信号转导及调控基因中BRI1和CYCD3的变化与合成基因相似,BSK和TCH4的表达量则在中、长休眠期品种中保持恒定。抑芽处理在贮藏前期能刺激这些基因的表达升高,但之后都迅速下降并保持低水平。转录因子BZR1在各品种中以及抑芽处理下均没有明显变化。24-e BL利于块茎解除休眠,但不促进芽的伸长生长,与GA3互配效果更佳,单株块茎增重37.92%~98.41%。结论表明,BR合成和信号转导是块茎从休眠向萌芽转变的必经生理过程,它与GA3互配用于催芽更利于种薯萌芽的整齐、健壮并促进块茎形成。     

‘西伯利亚’百合转录组中油菜素甾醇合成基因及信号转导元件

油菜素甾醇(BRs)在植物生长发育的许多过程中都发挥着重要作用。为了获得百合中BR信号相关的基因信息,对‘西伯利亚’百合高通量测序的转录组数据进行分析,共在Nt,GO,KEGG,KOG和Nr数据库中注释到了94 345条unigene,5个数据库同时注释的基因为5 396条。在差异表达基因中筛选到参与BRs合成的基因DET2,CPD,DWF4,CYP90D1和CYP85A1,其中DWF4和CYP85A1在花药中表达量较高,DET2和CYP90D1在花瓣中表达量较高,CPD在叶片中表达量较高。同时,还筛选到了参与BR信号传导的5个基因,BRI1在叶片中的表达量低于花瓣和花药,而PP2A在叶片中的表达量高于花瓣和花药。BZR1在花瓣中的表达量最高。     

马铃薯StCYP85A3促进萌芽及根系伸长的功能解析

油菜素内酯(BR)是一类植物甾醇类激素,对植物生长发育及胁迫应答具有显著的调控作用,马铃薯中StCYP85A3作为BR合成酶的编码基因,功能仍待进一步探究。本研究从‘川芋10号’马铃薯中克隆出该基因,生物信息学分析表明该蛋白具有催化BR合成的典型亲氧结合域,属于CYP85As家族成员。通过组织表达分析发现该基因在块茎芽眼及根中表达量最高,且芽眼中的表达量随着储藏时间的延长而增加,在块茎芽眼休眠解除时表达迅速升高。同时发现外源BR可诱导马铃薯芽眼及根中StCYP85A3表达量升高,从而显著促进了种薯萌芽及幼苗根的伸长。通过在拟南芥野生型及cyp85a2突变体中过表达StCYP85A3发现,过表达株系种子萌发及根系伸长都早于野生型,同时回补株系弥补了突变体种子萌发、植株根系生长迟缓的缺陷。此外,外源BR对过表达株系种子萌发、根系伸长无显著促进作用,但显著促进了野生型、突变体及回补株系种子萌发、根系伸长。上述马铃薯及拟南芥试验结果表明, StCYP85A3具有促进萌芽及根系伸长的功能。     

丙环唑对玉米幼苗生长的调控及其相关机制

丙环唑(propiconazole,简称Pcz)作为一种杀菌剂被广泛应用于作物生产,它同时具有调节作物生长发育的作用,但关于丙环唑在玉米上的应用研究较少。本研究以玉米品种郑单958为材料,研究丙环唑(Pcz)对玉米苗期植株生长、细胞形态和激素信号的影响。结果表明,Pcz处理显著抑制玉米中胚轴与胚芽鞘的生长,降低株高,缩短叶片和叶鞘长度,减小叶夹角,同时显著抑制叶片和叶鞘细胞的纵向伸长,促使叶枕细胞排列由疏松变为紧密;Pcz处理显著降低玉米中赤霉素(GA1和GA3)的含量,下调GA合成酶基因GA3ox1基因的表达,上调GA钝化酶基因GA2ox5和GA2ox8表达,而GA合成酶基因GA20ox1的表达呈现先上调后下调模式;Pcz处理显著降低油菜素内酯(BR)含量,但BR合成基因CPD和DWF4的表达上调,可能是由于反馈调节。此外,Pcz处理下调扩张蛋白基因EXPA4、EXPA5和木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶基因XTH1、XET1的表达。综上所述,Pcz处理调节GA和BR信号转导途径,抑制GA和BR在植株内积累,调控扩张蛋白、木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶基因表达,操纵细胞生长,有效调控株型。     

彩色马铃薯中miR858表达及其花青素含量变化分析

microRNA是植物体内普遍存在的非编码小RNA,广泛参与植物生长发育、代谢调节及多种逆境胁迫响应。研究表明miR858可能是参与植物花青素合成调控的miRNA之一,但其在彩色马铃薯中调控花青素的研究尚未见有报道。本研究对彩色马铃薯不同部位中miR858的表达情况进行研究,同时对其花青素进行测定,以明确miR858与花青素合成间的调控关系。结果表明miR858在3个彩色马铃薯品种不同组织中均有表达,但不同组织的花青素含量与miR858的表达存在品种差异性,其中紫色马铃薯品种‘黑金刚’、‘华颂66号’中miR858的表达情况和花青素的含量呈正相关,红色马铃薯品种‘红美’miR858的表达情况和花青素的含量呈负相关,这可能是马铃薯的品种特异性决定了其花青素调控中基因表达的差异性。     

光照对非光敏型茄子花青素合成相关基因的影响

以‘FGM’茄子品种(非光敏型)为实验材料,应用Real-Time PCR技术,分析套袋处理对茄子果皮花青素合成的关键酶基因(SmCHS,SmDFR,SmCHI,SmF3'H,SmF3'5'H,SmANS)和转录因子(SmMYB1,SmCOP1)表达水平的影响。结果表明,与对照未套袋果皮相比,SmCHI、SmF3'H和SmANS基因的表达量在套袋处理后没有显著变化,但是SmCOP1、SmCHS、SmDFR、F3'5'H四个基因在套袋处理后表达量明显降低,而SmMYB1基因的表达量在套袋处理后表达量上升,对比分析光敏型茄子的花青素合成相关基因的表达模式,SmMYB1和SmCOP1两个基因在光敏性差异显著的两个品种中表达模式截然相反,这些基因可能与光照对花青素合成的调控作用有关。     

‘西伯利亚’百合丙二烯氧化合酶LsAOS基因的克隆及其表达分析

丙二烯氧化合酶(allene oxide synthase,AOS)基因是茉莉酸(JA)合成途径中第一个特异性酶,具有调控植物体内JA合成积累的重要作用。本研究通过RACE技术克隆得到了‘西伯利亚’百合Lilium‘Siberia’中的AOS基因,并将其命名为LsAOS。该基因全长1 542 bp,编码513个氨基酸,其蛋白序列与小果野芭蕉的同源性最高,属于不稳定亲水蛋白。通过对‘西伯利亚’百合4个不同花期,9个不同组织器官进行实时荧光定量PCR(q-PCR)后发现,LsAOS在花蕾期中的表达量最高,随着花朵的逐渐开放表达量逐渐下降;LsAOS在叶片中表达水平最高,其次是内瓣、根、茎等。JA参与植物生长发育的全过程,与植物抗逆性和次生代谢反应有着密不可分的联系。AOS基因是JA途径中的关键基因之一,对JA的合成有着重要的调控作用。     

溃疡病不同抗性杨树SA和JA信号转导相关基因的差异表达分析

为了探讨抗、感病杨树品种受欧美杨细菌性溃疡病菌(Lonsdalea quercina subsp. Populi)诱导后植物激素相关基因的差异表达规律,为阐明杨树抵抗溃疡病菌的防卫反应机制提供试验依据。筛选了12SA和JA信号转导的相关基因,利用实时定量PCR技术分析了抗病树种‘毛白杨’(Populus tomentosa)和感病树种‘中菏1 号’(P. deltoids cv.‘Zhonghe 1’)在接种溃疡病菌后不同时间段（1、3、6、9 天）各基因的表达动态差异。结果显示,在溃疡病菌胁迫下,基因PR1-1、PR1-2、NPR1-1、NPR1-2、TGA1、TGA2、MYC2-1、MYC2-2 在抗病品种中有更高的表达量,尤其是基因PR1-1、MYC2-1、MYC2-2;基因JAZ1、COI1-1、COI1-2 在抗、感品种接种溃疡病菌后的前期皆为普遍下调表达,但在抗病品种中表达量更低;基因JAZ2 在抗、感品种中的表达量变化不大。该研究初步表明,抗病品种‘毛白杨’对溃疡病的抗性是溃疡病菌诱导了基因PR1-1、PR1-2、NPR1-1、NPR1-2、TGA1、TGA2、MYC2-1、MYC2-2 的上调表达以及基因JAZ1、COI1-1、COI1-2的下调表达,开启了SA和JA信号转导通路的结果。     

‘黄金芽’茶树原卟啉原Ⅸ氧化酶基因的克隆与表达分析

‘黄金芽’是典型的光照敏感型黄化茶树品种,黄化叶片中的叶绿素含量低,其叶绿素合成的主要受阻位点为粪卟啉Ⅲ→原卟啉原Ⅸ→原卟啉Ⅸ,而催化第二个反应进行的原卟啉原Ⅸ氧化酶(protoporphyrinogen oxidase, Protox/PPOX)的表达及活性高低起着关键的调控作用。为了明确原卟啉原Ⅸ氧化酶对‘黄金芽’的调控机制,我们对其进行了基因克隆与表达分析的相关研究。结果表明:CsPPOX具有高度保守性且CsPPOX功能正常,‘黄金芽’叶片中叶绿素合成在"原卟啉原Ⅸ→原卟啉Ⅸ"位点的受阻并不是由于CsPPOX基因缺陷引起;CsPPOX1和CsPPOX2均在第二叶中的表达量最高,其表达量与叶片发育阶段相关,同时也与叶色的黄化程度呈负相关性,CsPPOX1和CsPPOX2表达量均呈现红光蓝光紫外光的变化趋势,两者均响应光质的变化。生物信息学分析显示CsPPOX1定位于叶绿体,而CsPPOX2定位于线粒体上;CsPPOX1表达显著受到白光中500～600 nm黄绿光的抑制,而CsPPOX2表达更易受紫外光抑制,且与黄绿光无显著相关性,CsPPOX1的表达调控对叶绿素合成起着重要作用;‘黄金芽’黄化叶片叶绿素合成受阻位点生化反应的底物(原卟啉原Ⅸ)充足,产物(原卟啉Ⅸ)含量低,可以排除底物浓度过低或产物过量对"原卟啉原Ⅸ→原卟啉Ⅸ"生化过程的抑制作用。CsPPOX1受强光或黄绿光调控的下调表达是‘黄金芽’叶绿素合成受阻的主要原因。     

不同葡萄品种裂性相关基因表达分析

本研究通过利用实时荧光定量PCR技术,探索细胞壁代谢相关基因在3种裂性葡萄品种不同生长期的表达差异,为细胞裂果过程中基因的调控机理提供了数据支撑。结果表明：在极易裂品种‘里扎玛特’、易裂品种‘新郁’采收期前10 d至采收期,PE、EXP基因表达量显著增加,且采收期时表达量显著高于不易裂品种‘红地球’;‘红地球’及‘里扎玛特’的CE基因在采收期表达量都显著高于‘新郁’,但采收期前10 d至采收期,‘里扎玛特’及‘新郁’中CE基因表达量的增幅显著高于不易裂品种‘红地球’。综上所述,PE、EXP基因采收期表达量高且采收前表达量增加,CE基因在采收期表达量的增加与品种之间裂果特性相关。     

马铃薯StMAPK4响应低温胁迫的功能解析

马铃薯易受低温危害,造成减产。MAPK基因广泛参与多种环境胁迫,研究发现其参与低温调控。为探究马铃薯StMAPK4在响应低温胁迫过程中的功能,本研究以马铃薯栽培品种‘Atlantic’为试验材料,分析其在低温(4℃)胁迫下不同时间点在马铃薯根茎叶中的表达特性,并对StMAPK4基因进行生物信息学分析及对其编码的蛋白进行亚细胞定位分析,构建StMAPK4的过表达和RNAi干扰表达载体,转化马铃薯获得转基因植株,并分析了在4℃处理下非转基因(NT)、过表达和RNAi干扰表达转基因植株的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性、脯氨酸(Pro)和丙二醛(MDA)含量的变化。结果显示,StMAPK4蛋白的等电点为4.97,属于酸性蛋白,该蛋白定位于细胞核和细胞膜;低温胁迫下,StMAPK4在根茎叶中的表达量显著升高;StMAPK4过表达植株的SOD、POD活性和脯氨酸含量较NT植株明显升高,而MDA含量明显降低;StMAPK4干扰表达植株的SOD、POD活性和脯氨酸含量较NT植株明显降低,而MDA含量明显升高;通过表型观察发现,非转基因和RNAi干扰表达植株的叶片萎蔫严重,而过表达植株的叶片受影响较小。因此,过表达StMAPK4基因可以增强马铃薯植株对低温胁迫的耐受性。     

马铃薯StMAPK4响应低温胁迫的功能解析

马铃薯易受低温危害,造成减产。MAPK基因广泛参与多种环境胁迫,研究发现其参与低温调控。为探究马铃薯StMAPK4在响应低温胁迫过程中的功能,本研究以马铃薯栽培品种‘Atlantic’为试验材料,分析其在低温(4℃)胁迫下不同时间点在马铃薯根茎叶中的表达特性,并对StMAPK4基因进行生物信息学分析及对其编码的蛋白进行亚细胞定位分析,构建StMAPK4的过表达和RNAi干扰表达载体,转化马铃薯获得转基因植株,并分析了在4℃处理下非转基因(NT)、过表达和RNAi干扰表达转基因植株的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性、脯氨酸(Pro)和丙二醛(MDA)含量的变化。结果显示,StMAPK4蛋白的等电点为4.97,属于酸性蛋白,该蛋白定位于细胞核和细胞膜;低温胁迫下,StMAPK4在根茎叶中的表达量显著升高;StMAPK4过表达植株的SOD、POD活性和脯氨酸含量较NT植株明显升高,而MDA含量明显降低;StMAPK4干扰表达植株的SOD、POD活性和脯氨酸含量较NT植株明显降低,而MDA含量明显升高;通过表型观察发现,非转基因和RNAi干扰表达植株的叶片萎蔫严重,而过表达植株的叶片受影响较小。因此,过表达StMAPK4基因可以增强马铃薯植株对低温胁迫的耐受性。     

水稻植物激素响应低温胁迫反应的转录组分析

植物激素在调节和控制植物生长发育、代谢过程、应对逆境等方面具有重要的作用。为明确水稻苗期植物激素对低温的应答机制,本研究以野生型粳稻品种‘中花11’为研究材料,经低温处理后,利用RNA-Seq技术分析植物激素调控水稻幼苗对低温胁迫的应答模式。通过转录组测序,共获得9.9×10~7条干净的序列,筛选出2 044个差异表达基因(DEGs)。首先,GO富集分析结果表明差异表达基因主要富集在生物学过程、细胞组分和分子功能三个方面。进一步的KEGG通路分析表明,差异表达基因主要富集在代谢途径、次生代谢生物合成、植物激素信号转导等途径。其中植物激素信号转导中低温应答的差异表达基因为31个,分别为25个上调表达基因和6个下调表达基因;主要参与了茉莉酸和脱落酸信号途径。这些研究结果对水稻苗期植物激素的低温应答机制完善和栽培调控具有重要的参考价值。     

油菜素内酯对植物根发育调控机制研究进展

大量研究表明,油菜素内酯(brassinosteroid, BR)在调控植物根发育过程中具有重要作用。本研究对BR在植物根发育过程中调控作用的研究进展进行了综述。阐述了BR特异的生物合成途径及其关键合成酶基因DWF4、CPD、DET2、CYP85A1、DAS5和转录因子Dof在根发育中的调控机制;BR对根尖干细胞生态位、分生组织区、细胞伸长区、过渡伸长区及分化区连续发育的调控机制;并归纳总结出BR与生长素(Auxin)、脱落酸(abscisic acid, ABA)、乙烯(Ethylene)、茉莉酸(jasmonate acid, JA)等植物激素间调控根器官发育的互作方式,对阐明BR对植物根发育的调控机理具有重要意义。     

马铃薯不同品种抗寒性综合评价

研究不同品种马铃薯幼苗的抗寒特性,为抗寒种质创新及抗寒品种选育提供依据。以10个马铃薯品种为材料,采用人工模拟低温环境的方法,分析了苗期低温胁迫对叶片相对电导率、丙二醛含量(MDA)、超氧化物歧化酶活性(SOD)、过氧化物酶活性(POD),可溶性蛋白含量的影响。结果表明:低温胁迫后,叶片相对电导率、MDA含量、SOD活性和POD活性均高于对照,可溶性蛋白含量低于对照。马铃薯品种间叶片各指标存在极显著差异。以马铃薯叶片各项指标的抗寒系数作为衡量抗寒性的指标,采用主成分分析法、隶属函数法和聚类分析法对马铃薯品种的抗寒性进行综合评价。其强弱排序依次为:‘丽薯6号’‘中薯20号’‘滇薯701’‘冀张薯12号’‘青薯9号’‘合作88’‘中薯18号’‘滇同薯1号’‘师大6号’‘宣薯2号’。本研究将10个马铃薯品种聚为3类:‘丽薯6号’、‘滇薯701’、‘中薯20号’等3个品种抗寒性最强;‘滇同薯1号’、‘冀张薯12号’、‘青薯9号’、‘中薯18号’、‘合作88’等5个品种抗寒性中等;‘宣薯2号’和‘师大6号’这2个品种抗寒性最弱。综合评价结果与低温胁迫后植株霜冻损伤评分结果基本一致。本研究通过对马铃薯抗寒性进行研究,并探讨各抗寒指标之间的关系,建立可靠的马铃薯抗寒性评价方法,为马铃薯抗寒性新品种选育及大规模马铃薯品种的抗寒评价提供一定的理论依据。     

芒果HMGR家族基因的鉴定、系统进化和表达分析

羟甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)是甲羟戊酸(MVA)途径的第一个限速酶。为了探索HMGR家族基因在芒果中的作用,本研究鉴定了芒果HMGR家族基因,并对HMGR家族基因的理化性质、系统发育及在芒果中的表达量进行了分析。结果显示,芒果HMGR家族蛋白序列均包含完整的HMG-CoA_red结构域,且HMGR家族蛋白均为疏水性蛋白。系统发育树显示,HMGR家族基因是从苔藓植物开始形成的,且芒果HMGR家族基因均聚在双子叶植物的分支,与物种进化历程一致。HMGR家族基因在芒果品种‘贵妃’和‘台农’成熟果果肉中的表达量结果显示,Mi15g11840.1和Mi19g11720.1基因在‘贵妃’中的表达量显著高于‘台农’,Mi18g12500.1基因在‘贵妃’中的表达量显著低于‘台农’,而Mi04g11220.1基因在两个品种中的表达量差异不显著。本研究为进一步研究芒果HMGR家族基因在MVA途径中的作用提供了科学依据。     

持绿大豆叶片中叶绿素降解途径关键酶基因的表达分析

为了探究叶绿素降解途径关键酶基因在大豆不同生育时期的表达情况,以期为揭示调控大豆持绿特性的分子机制提供参考,本研究以大豆‘科丰14’和其持绿突变体‘北农108’为试验材料,在其苗期、开花期和成熟前期,利用荧光定量qPCR方法分析了6种叶绿素降解途径中关键酶基因表达量的变化。结果表明,6种关键酶基因在两个品种苗期和开花期的相对表达量并无显著差异,在成熟前期脱镁螯合酶(MDCase)、脱镁叶绿素酶(PPH)和脱镁叶绿酸a加氧酶(PAO)三个酶基因相对表达量显著提高(p0.05),并且在‘科丰14’中的表达量远高于在‘北农108’中的表达量,因此推测在叶绿素降解代谢途径中这三个关键酶基因所调控的代谢过程可能是‘北农108’持绿的重要原因之一。本研究为探究大豆持绿特性的分子调控机制,作用机理提供实践参考,为高光效大豆的遗传改良,探究植物衰老延缓机制,提高产量和品质等提供理论支持。     

彩色马铃薯二氢黄酮醇4-还原酶(DFR)基因的克隆及生物信息学分析

花色素苷是影响花色的主要色素,二氢黄酮醇4-还原酶(DFR)基因是花色素苷合成的关键酶基因.本研究以云南地方彩色马铃薯品种‘剑川红’和‘转心乌’,外引品种‘黑美人’为实验材料,通过RT-PCR方法从其块茎表皮中克隆到DFR基因的完整cDNA序列,并进行了生物信息学分析.分析结果显示供试的三个彩色马铃薯的DFR基因编码3...     

挥发性抑芽物质对马铃薯块茎萌芽的影响及其作用机制

马铃薯块茎过早萌芽会降低商品价值,本试验比较挥发性物质的抑芽效应,并从转录和蛋白水平分析其作用机制。结果表明,抑芽能力薄荷醇(29)樟脑(29)萘,萌芽受抑降低代谢消耗,薄荷醇处理180 d时的重量损失只有对照损失的36%。樟脑处理萌芽块茎3 d引起表达显著上调(或下调)的基因和蛋白分别有1227 (299)和296 (204)个,主要参与响应刺激、防御反应。贮藏期间,果胶代谢基因PEL、PME、PG,角质合成基因CYP77A6、HPFT、WES,乙烯合成基因ACO以及转录因子编码基因GATA4L的表达量随时间升高。樟脑早期不同程度地刺激这些基因表达,中后期则抑制,49d时只有对照的0.68%～23.35%。薄荷醇使上述基因表达保持低水平,但可提高细胞周期负控基因KRP4的表达,为对照的15.9倍。植物病原菌互作通路中的基因WRKY75、STH-2、RBOH表达受樟脑诱导并在后期高表达。樟脑和薄荷醇均能抑制生长发育基因的表达,造成芽死亡,降低贮藏损耗。前者早期能促进合成保护性物质,萌芽时有更强烈的抗菌反应;后者则阻碍细胞分裂。     

芒果八氢番茄红素脱氢酶(PDS)基因的克隆与表达分析

八氢番茄红素脱氢酶(phytoene desaturase, PDS)影响类胡萝卜素的合成,是合成途径中关键基因。为了研究芒果果实中PDS基因的功能,本试验采用RACE方法从‘贵妃’芒果果实中克隆得到了一个八氢番茄红素脱氢酶(PDS),该基因全长c DNA序列为1 820 bp,开放阅读框为1 650 bp,编码549个氨基酸,分子重量为61.34 kD,等电点为6.78。聚类分析发现芒果PDS蛋白与柚子、香瓜和番木瓜等植物的亲缘关系较近。其氨基酸组成主要是丙氨酸(ALa),白氨酸(Leu),缬氨酸(Val)等。利用定量PCR技术对不同品种中的PDS基因表达量分析,发现红色‘贵妃’品种表达量最高,而绿色‘桂七’品种表达量最低,对其蛋白的结构域、三级结构及互作蛋白进行了预测,发现其含有Phytoene-desat、PLNO2487 superfamily等结构域。利用STRING数据库对其互作蛋白进行分析发现其与PSY、ZDS、CRTISO等蛋白可能有相互作用。本研究为进一步研究芒果果实类胡萝卜素生物合成的分子调控机理提供理论依据。