桃已知MADS-box转录因子的生物信息学及花发育表达分析

MADS-box基因家族是研究最广泛的植物转录因子之一,参与调控植物生长和发育的多个过程.本文列举了当前已知的MADS-box(PpMADS)基因在桃(Prunus persica)功能基因组数据库中的基本信息,对PpMADS基因的保守结构域、进化关系、内含子与外显子、染色体定位和保守元件进行了详细分析;并利用半定量RT-PCR技术分析了其在不同花器官中和的花的不同发育阶段表达水平.结果表明,PpMADS在桃不同花器官、花不同发育期中起重要的调控作用,为进一步筛选PpMADS基因进行功能分析奠定相关理论基础.     

micrcRNA在植物生长发育中的作用

microRNA(miRNA)是一类长度约为21-27核苷酸的小分子非编码RNA,广泛存在于真核生物中.它在转录后水平负调控靶基因的表达,因而在植物生长发育过程中发挥重要作用.miRNA的靶基因通常是调控植物生长发育和信号转导通路中的转录因子,表明miRNA处于基因表达调控网络的核心位置.本文综述近年来miRNA在植物生长发育方面的调控作用,探讨在各植物器官中发挥主要作用的miRNA以及有关miRNA的长途运输作用方式.     

GRF转录因子对植物生长发育及胁迫响应调控的分子机制

生长调控因子(GRFs)是一类植物特有的转录因子家族。GRFs信号通路介导植物种子发育、根系生长、花的发育等很多重要的生命过程。尽管GRFs的上游基因已被发现,但是其下游靶基因的研究仍鲜见报道。本文对近年来有关GRFs的结构特征、生物学功能及调控机制等方面进行了综述,并结合当前研究现状展望了GRFs未来的研究方向,以期为该领域的相关研究提供参考。     

植物LFY基因的研究进展

LFY基因在植物花分生组织形成中处于关键位置，维持花分生组织的正常功能、花启动，防止花分生组织的逆转。LFY基因需要其他成花基因相互作用，构成一个基因调控网络，其中任一基因的失活，其功能都会被其他基因部分补偿。LFY基因的表达除受碳源、植物激素等因子影响外，还受其他诸多因素的影响。文章就国内外对LFY基因及其同源基因的一些研究进展进行了综述，重点介绍了该基因在植物花发育中的功能、表达及其影响因子，同时展望其应用前景。     

番茄花发育分子生物学研究进展

番茄(Solanum lycopersicum L.)是重要的经济作物,同时也是用于研究多年生合轴植物花发育过程的重要模式植物。植物花发育的过程大致分为4个阶段:开花过渡、分生组织特征决定、花器官发生和花器官形态建成。近年来有关番茄花发育过程的研究已取得了长足进展,但很少有针对此过程的综合描述。本研究通过对近年来国内外关于番茄花发育相关研究针对花发育过程中形态学特征及基因调控进行综述,主要论述了参与番茄开花诱导及分生组织特征决定这两个过程的基因以及基因间相互关系,为对这两个过程进行更深入的研究提供理论依据。     

转录因子在植物进化和抗逆中的作用

植物基因的表达调控是一个复杂且精准的网络系统,一般包括转录水平和翻译水平二个层次。转录水平的调控发生在基因表达的初期,是许多基因表达调控的主要方式。在此调控过程中,被称为转录因子的蛋白质特异结合到靶基因的顺式作用元件上,控制着一系列相关基因的表达,在植物生长发育、物种起源和逆境胁迫应答过程中起着非常重要的作用,是生物遗传多样性的重要遗传基础。由于转录因子的重要作用,人们对其作用机理的理解也日渐深入。根据近期的研究进展,本文就转录因子在植物驯化、生物和非生物逆境胁迫方面的工作进行概括梳理,希望读者对此领域有一个比较深入和系统的认识,同时也能为挖掘具有关键功能的转录因子,提高重要农作物的遗传改良效率提供借鉴。     

甜杨低温响应microRNAs的克隆与分析

MicroRNAs（miRNAs）作为一类21碱基左右的非编码小RNAs,参与植物生长发育的调控,并在植物对生物与非生物胁迫的应答过程中发挥重要作用。本研究依据miRNA高度保守特点,利用已公布的毛果杨（Populus trichocarpa）基因组序列设计引物,从甜杨（Populus suaveolens）基因组中克隆获得了12个miRNA基因座序列。序列比对结果表明,这些miRNA基因均为毛果杨低温响应miRNA基因的同源序列。同时,以低温（0℃）处理0～48h的甜杨幼苗为试材,通过半定量RT-PCR法对miRNA基因的成熟体序列在不同处理时间下的表达谱进行分析,结果显示,大多数miRNA成熟体序列在甜杨低温胁迫下的表达模式与其在毛果杨中的表达极为相似,由此可推测这些保守性miRNAs可能在甜杨和毛果杨两物种对低温胁迫的应答反应中发挥相似的功能,而miR168a、miR168b和miR475a在两物种间表达现象的差异,表明它们可能通过调控多种靶基因而发挥不同作用。本文结果将为进一步研究甜杨基因功能提供基础。     

植物逆境microRNA的研究进展

MicroRNA（miRNA）在生物中广泛存在,在调控植物生长和发育方面起重要作用。多种非生物逆境会影响植物生长,不同逆境胁迫还会使植物相应的miRNA诱导或下调表达,有时一种miRNA会同时受几种逆境胁迫影响。本文综述了植物中参与温度、水分、盐、养分、氧化、ABA、重金属及其它非生物逆境胁迫的miRNA及其作用机制的研究进展。     

植物miRNA编码小肽(miPEP)的研究进展

miRNA(microRNA)是一类长度在19~24nt的小分子RNA,参与动植物生长发育过程中的基因转录后表达调控。miPEP(microRNA-encoded peptide)是由miRNA初始转录物(primary miRNA,pri-miRNA)翻译生成的短肽。植物中的miPEP通常促进对应pri-miRNA的表达,从而增强miRNA对靶基因表达的调控。本文从miPEP的形成、生物学功能和调控机理三个方面对植物miPEP研究进展进行综述,同时也针对miPEP研究领域一些关注的问题进行讨论。     

苎麻纤维不同发育时期差异表达miRNAs的表达谱分析

miRNA在植物生长发育过程中起着重要的调控作用。本研究从苎麻纤维伸长期和胞壁加厚、端壁溶合期的中苎1号苎麻韧皮组织为材料的miRNA芯片中筛选出3个差异表达的miRNAs：miRl450、miRl56h和miRl72bl。利用半定量RT—PCR技术对3个差异表达miRNAs在4个苎麻纤维发育时期（苎麻纤维分生期,纤维伸长期,胞壁加厚端壁融合期和纤维成熟期）的韧皮组织以及花、叶、根和地下茎等组织和器官中的表达情况进行研究。结果表明供试的3个miRNA在苎麻纤维伸长期和胞壁加厚端壁融合期的表达量均为差异表达,进一步验证了芯片结果,其中mi1450在纤维成熟期表达量最高,在纤维伸长期的表达量最低;mi156h在花、地下茎、根和叶中的表达量显著高于4个苎麻纤维发育时期;mi172bl在纤维分生期的表达量最高,在花中的表达量最低。本研究建立了苎麻miRNA的茎环RT．PCR检测体系,为进一步研究miRNA在苎麻纤维发育过程中的作用奠定了基础。     

基于转录组测序的文心兰花香形成分析

文心兰具有很高的观赏价值,但花香形成分子机制研究相对薄弱。本研究以香水文心、黄梦香和白梦香为材料,利用气相色谱-质谱分析其花香挥发物成分。结果表明,3个品种的花香挥发物均以萜类化合物为主,但种类差异较大。盛花期花香挥发物总量由高到低依次为黄梦香、香水文心、白梦香。从转录组数据中共获得459 756个单基因(unigenes),大约40.61%的unigenes被公共数据库注释。MEP和MVA途径中的多数基因在黄梦香中表达量最高,香水文心次之,白梦香最低,与花香挥发物释放总量相符。转录组数据中共筛选出5个显著差异表达的萜类合成酶基因(TPS)。其中,OnTPS4在3个品种中均高表达,说明OnTPS4在3个品种中对香气的形成起重要作用;OnTPS1、OnTPS2和OnTPS5在香水文心中表达偏高,是调控香水文心萜类挥发物形成的重要基因;OnTPS3在黄梦香中表达较高,是调控黄梦香萜类挥发物形成的重要基因。由上述结果可知,MEP和MVA途径的基因表达水平与花香挥发物释放总量相一致,TPS的表达与具体萜类挥发物释放密切相关。 本研究通过花香形成机理研究,为文心兰花香改良提供了依据。     

PTLF-PTAG-IR对转基因烟草开花的抑制效应

PTLF（LEAFY同源基因）和PTAG（AGAMOUS同源基因）是杨树中控制花发育的重要基因,为了解RNA干涉同时抑制PTLF和PTAG对花发育的影响,本研究采用根癌农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）介导法将35S：：PTLF-PTAG-IR导入烟草（Nicotiana tabacum）。经PCR检测获得了15株阳性转化株系,进一步的Southern分析证实PTLF-PTAG-IR基因已整合到烟草基因组中。荧光定量分析结果显示,转基因烟草内源NFL（LEAFY同源基因）和NAG1（AGAMOUS同源基因）的表达量均低于野生型。对开花时间调查的结果表明：与野生型烟草相比,53.3%的转基因株系开花受到完全的抑制,26.7%的转基因株系开花时间平均推迟34.3d,仅20%的转基因株系与野生型在同一时期开花。另外,对转基因烟草花器官的观察发现花瓣形态,雄蕊着生方式、数目等方面发生变异,这些研究结果表明过量表达35S：：PTLF-PTAG-IR对烟草花发育起到抑制作用,本研究将为利用转基因手段获得不育材料提供参考。     

温湿度条件与凯特杧两性花百分率关系的研究

为探索温湿度条件与杜果两性花百分率的关系，以“凯特杜”为研究对象，以两性花百分率为方程依变量，55个温湿度因子为自变量，应用数理统计方法分析了两者的相关关系。结果表明：“凯特柱”是两性花百分率较高的品种，随花期延后，温度增高，两性花百分率提高；花器官主要分化期自开花前30d开始至花前1d结束；两性花百分率受花器官主要分化期日均高温、日均温、日均低温和日积温的影响，四者的影响规律相似。花前21～30d、11～15d、1～5d的日均高温、日均温、日均低温、日积温以及花前6～１０d的日均温、日均低温、日积温与两性花百分率为直线相关，随温度增高，两性花百分率提高；花前16～20d的日均高温、日均温、日均低温、日积温以及花前6～１０d的日均高温与两性花百分率为多项式线性相关，温度由低升高两性花百分率提高，但超过一定温度则降低。花器官主要分化期全程的日均空气湿度均对两性花百分率有影响，但最敏感时期为花前11～20d。由此认为，“凯特杜”小花子房退化与花器官主要分化期所处的温湿度环境密切相关，适当高的温湿度有利于子房的发育和两性花百分率的提高。     

绿竹花发育相关BoAG-like基因的克隆与表达特性分析

AG基因属于MADS-box家族,在决定花分生组织特性和花器官发育中起着重要的作用。为阐明竹类植物AG基因的表达特性,本研究以绿竹开花试管苗花芽为植物材料,采用cDNA末端快速扩增技术(RACE),获得了完整的cDNA序列,命名为BoAG-like。序列分析结果表明,BoAG-like长度为792 bp,具有AG基因特有的AG Ⅰ区和AG Ⅱ区;BoAG-like与水稻OsMADS58、玉米ZAG1和毛竹PhMADS3的AG-like同源蛋白所编码的氨基酸序列同源性达到80%以上,均属于C类基因的eu-AG系;蛋白的三级结构预测结果表明,BoAG-like与水稻OsMADS58和二穗短柄草BdMADS18最为接近,但也存在明显差异;实时荧光定量PCR结果表明,BoAG-like基因在花器官的表达量明显高于营养器官的表达量,且其表达量随着绿竹花发育进程呈上升趋势;BoAG-like的表达量在绿竹花芽不同部位存在显著差异,其中在雌蕊中最高,外稃中最低。本研究结果为进一步深入研究竹子花发育的分子机制奠定了一定的理论基础。     

Wild rocket – effect of water deficit on growth,flowering, and attractiveness to pollinators

Wild rocket, Diplotaxis tenuifolia (L.) DC. (Brassicaceae), is one of the three cultivated rocket species, the demand and production of which have recently increased in Mediterranean countries where irrigation water is scarce. Besides its use as a crop, D. tenuifolia has been observed to flower for a long period and to be attractive to pollinators. In this study we assessed the effect of drought stress and moderate- and severe-deficit irrigation on growth, flower development, and attractiveness to pollinators in D. tenuifolia. The results showed that in greenhouse conditions, potted D. tenuifolia could be without irrigation for 4 days without affecting its growth, flowering, and attractiveness to pollinators. However, lack of irrigation for 8 days or longer significantly reduced the vegetative growth, number of open flowers, total floral area, flower diameter, corolla tube diameter, and corolla tube length of D. tenuifolia. This study shows that regulated-deficit irrigation can improve water use efficiency, and depending on the purpose of growing D. tenuifolia, as a crop or as a beneficial plant to attract pollinators, it can reduce water consumption from 40% to 70% without affecting its vegetative and floral development and without reducing its attractiveness to pollinators.     

PANSY FLORAL DEVELOPMENT AND NUTRIENT ABSORPTION AS INFLUENCED BY TEMPERATURE,NITROGEN FORM,AND STAGE OF PLANT DEVELOPMENT

Production temperatures can affect the marketability of pansies (Viola × wittrockiana Gams.) by influencing plant growth, the presence of nutrient disorders, and the rate of floral development. The choice of nitrogen (N) form in fertility can also influence pansy growth and nutrition, but the effect of fertility on pansy flowering is not clear. Whether or not temperature and N fertility work together to influence nutrient absorption at different stages of the pansy life cycle is unknown. Our objectives were to determine the influence of temperature and N form on pansy floral development, and to identify the peak nutrient demand periods at different temperatures and ratios of NO₃ ^? to NH₄ ⁺ in fertility. Pansies cv. ‘Crown White’ were grown in nutrient solution cultures until lateral branches had open flowers. Treatments consisted of two temperatures (12°C and 22°C) and three stages of floral development (five true leaf stage until visible bud, visible bud until first flower, first flower until flowering on lateral branches), and three NO₃ ^? :NH₄ ⁺ molar % ratios (100:0, 62:38, 25:75) with a total concentration of 100 mg N L^?1. A modified Hoagland's solution was used with NO₃ ^??N supplied as Ca(NO₃)₂ and KNO₃ and with NH₄ ⁺?N as (NH₄)₂SO₄. The effects of temperature and N form on the time required for development of different floral stages were assessed. In addition, the influence temperature and N form on nutrient absorption was determined for three pre‐determined stages of floral development to identify peak nutrient demand periods. The timing of flower bud development and first flower was not influenced by treatments. At 22°C, pansies flowered earlier on lateral branches than at 12°C, but these plants also suffered a loss in quality due to unfavorable growth characteristics and the development of nutritional disorders. Individual absorption of plant nutrients at different stages of development varied with temperature and N regime. Overall, pansies absorbed the greatest quantity of magnesium (Mg) before flower bud development, calcium (Ca) after flower bud development, and NH₄ ⁺, NO₃ ^? phosphorus (P), and potassium (K) after anthesis. In addition, pansies absorbed more NO₃ ^?, Ca, Mg, and P at 12°C than at 22°C. At times, the absorption of NO₃ ^? was dramatically decreased with increasing NH₄ ⁺ in solutions. Results suggest that nutrient absorption by pansy in different stages of development is influenced by production temperatures and the choice of N form in fertilization. Adjusting fertility programs according to peak demand periods and production temperatures will help prevent periodic nutrient disorders during the life cycle, and may reduce fertilization costs.     

Phenology,flowering and fruit-set performance of six recent pear cultivars of Nordic origin

ABSTRACT

Flowering performance and phenology of six new pear cultivars of Nordic origin were examined during a 12 year period. The seasonal timing of shoot growth and flower initiation were monitored in three years. The morphological floral stages of the flower bud formation process were examined for the cultivar ‘Celina’. Seven floral stages were identified and described. The date of full bloom varied between years as a function of the currently accumulated heat sum in early spring. Still, the earliness ranking of the cultivars was consistent across years for both flower initiation and blooming. The cultivars ‘Anna’ and ‘Ingeborg’ consistently initiated floral primordia 2–3 weeks earlier than ‘Celina’, ‘Clara Frijs’, ‘Fritjof’ and ‘Kristina’, and this was accompanied with 4–5 days earlier blooming in the following spring. The early flower initiation cultivars ‘Anna’ and ‘Ingeborg’ also had richer flowering than the late-blooming cultivars. ‘Fritjof’ was identified as a suitable pollinator for ‘Celina’ in the Nordic climate. Comparison of the flowering phenology of pear and apple cultivars showed that while the pears, on average, flowered a week ahead of the apples, they initiated flower primordia almost two weeks later, thus rendering the intervening period approximately three weeks longer in pear than in apple.     

春兰与大花蕙兰杂交种红花呈色机理初探

为探究兰属杂交种红花的呈色机理,选择绿花春兰和黄花大花蕙兰的红花杂交种黄金梅为试验材料,通过小花蕾期和始花期花瓣的转录组测序分析,筛选影响花色的关键结构基因及调节基因,实时荧光定量PCR(qPCR)验证基因的差异表达,分光光度计法检测花瓣色素(类黄酮、叶绿素A、叶绿素B、花青苷)的含量。结果表明,通过测序共获得113 780条单基因(Unigene),其中200~300 bp的Unigene占比42.68%;44 088 个Unigene获得注释信息;与小花蕾期花瓣比较,始花期花瓣上调基因有1 855个,下调基因有2 494 个;差异表达基因(DEGs)被GO数据库注释划分为47个功能组;1 219个DEGs被KEGG数据库注释,涉及166条代谢途径;根据KEGG代谢通路及基因注释结果,筛选出与花色相关的54个关键结构基因和21个转录因子;花青苷合成基因DFR、ANS、3,5GT及转录因子Zm1、Hv1、MYB305表达量在始花期上调, 在NCBI库BLAST同源基因发现黄金梅DFR、ANS、3GT基因与大花蕙兰的基因同源性最高,5,3GT、3,5GT、Zm1基因与蝴蝶兰和石斛兰的基因同源性最高,转录因子Hv1、MYB305与建兰的基因同源性最高。qPCR参试基因表达量变化与转录组测序结果趋势一致。各阶段花瓣总黄酮的含量显著高于类胡萝卜素和叶绿素含量;始花期花瓣中花青苷含量升高。本研究结果为兰属杂交种花色基因的功能分析提供了参考。     

桑树中miR319的克隆及在雄花发育中表达分析

为探究miR319及靶基因在调控桑树雄花发育的分子机制,本研究通过石蜡切片技术判断桑树雄花芽发育时期及在线网站预测miR319的靶基因。结果表明,桑树雄花芽发育分为未分化期(A1)、分化初期(A2)、花序分化期(A3)和总苞形成期(A4)4个不同的阶段;桑树中miR319家族存在miR319a、miR319b和miR319c 3个成员,其中miR319b与miR319c位于同一条前体序列上,预测并获得了miR319 6个靶基因。运用5'-RACE技术验证了miR319a的4个靶基因,其切割位点主要集中在与miRNA互补位点的第10和第11位碱基之间。采用RT-qPCR技术检测miR319a及靶基因在雄花发育不同阶段的表达水平,发现miR319a在雄花发育A2-A3阶段表达水平迅速降低,靶基因Morus012208、Morus008229、Morus008100与Morus005893在此阶段表达水平迅速升高,茉莉酸(JA)含量也迅速升高。同时,JA合成关键基因PLDα1和LOX5在雄花发育A2-A3阶段表达上调,表明miR319通过调控靶基因影响JA合成来调控桑树花序分化。本研究为揭示桑树miR319在JA途径中调控花发育中的分子调控机制奠定了一定的理论基础。