氮元素对三角褐指藻岩藻黄素和油脂合成关键酶基因表达与代谢合成的影响

为阐明氮元素对微藻次生代谢积累和调控的影响,以三角褐指藻为试验材料,研究不同氮浓度[896(CK)、448、112、28和0 μmol·L^-1]处理对三角褐指藻细胞生长、岩藻黄素含量、油脂含量以及叶绿素a含量的影响,并对岩藻黄素-叶绿素蛋白复合体基因(FCPb)和酰基-酰基载体蛋白去饱和酶基因(FAB2)的表达进行实时荧光定量PCR分析。结果表明,氮限制极显著抑制了三角褐指藻细胞的生长和岩藻黄素的合成,但促进了油脂的合成。当氮浓度为112 μmol·L^-1时,三角褐指藻岩藻黄素含量最低(0.084 mg·g^-1DW),而油脂含量最高,较CK提高了1.36倍。叶绿素a与岩藻黄素含量变化趋势一致。相关性分析表明,氮限制条件下,三角褐指藻岩藻黄素含量与油脂含量显著相关(R²=0.998 8)。实时荧光定量PCR分析表明,氮限制抑制了三角褐指藻中FCPb的表达,促进了FAB2的表达。综上,氮限制通过调控三角褐指藻岩藻黄素、油脂生物合成途径相关基因的表达影响了岩藻黄素和油脂的积累。本研究为进一步探究岩藻黄素与脂类物质代谢合成的关联性提供了一定的理论参考。     

花生四烯酸对三角褐指藻生长、脂质含量及相关基因表达的影响

为提高三角褐指藻生产生物柴油的能力,本研究利用不同浓度(0、0.5、2.5、12.5、62.5和312.5mg·L~(-1))的花生四烯酸(AA)处理三角褐指藻,探究三角褐指藻生长、总脂、游离脂肪酸的变化,并通过荧光定量PCR研究脂质生物合成途径中相关基因的转录差异。结果表明,低浓度(0.1~62.5mg·L~(-1))的AA对三角褐指藻的生长有促进作用,高浓度(312.5 mg·L~(-1))则抑制其生长。游离脂肪酸与总脂含量结果表明,游离脂肪酸在AA浓度为12.5 mg·L~(-1)时达到最大值,较对照组提高了4倍;总脂则在AA浓度为62.5 mg·L~(-1)达到最大值,较对照组提高了54%。荧光定量PCR分析结果表明,在AA浓度为312.5 mg·L~(-1)时,油脂合成相关基因LPAAT、GPAT、KAS II、ACCase转录水平与对照组相比极显著提高(P0.01)。综上,AA促进三角褐指藻油脂的积累可能是通过增加油脂生物合成相关基因表达来实现的。本研究结果为利用基因工程实现微藻油脂的能源化目的奠定了理论基础。     

乙酰水杨酸对三角褐指藻岩藻黄质含量的影响及其分子机理研究

为了研究不同浓度乙酰水杨酸(ASA)对三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum Bohlin)细胞生长、岩藻黄质积累及岩藻黄质生物合成相关基因的表达水平的影响,通过分光光度计、高效液相色谱(HPLC)以及荧光定量PCR测定不同浓度ASA处理后的三角褐指藻的各项指标。结果表明,三角褐指藻的生长和岩藻黄质积累与ASA浓度密切相关。一定浓度的ASA抑制了三角褐指藻的细胞数量;岩藻黄质含量也随着ASA浓度的升高呈现先上升后下降的趋势,当ASA浓度为10 mg·L^-1时,岩藻黄质含量最高,达1.78 g·kg^-1 DW,为对照组的1.9倍。在不同浓度ASA诱导下,与岩藻黄质生物合成途径有关的PSY、PDS、ZDS、CRTISO、LCYB和ZEP基因表达均上调,当ASA浓度为10 mg·L^-1时,相关基因的表达量极显著高于对照组(P<0.01)。主成分分析(PCA)结果表明,PSY、PDS、ZDS、CRTISO、LCYB和ZEP基因与岩藻黄质积累具有相关性,其中,ZEP基因对岩藻黄质生物合成贡献率最高。综上,适当浓度的ASA不仅提高了岩藻黄质合成途径中相关基因的表达水平,而且促进了岩藻黄质的积累。本研究结果为进一步深入研究三角褐指藻中岩藻黄质合成的分子机制奠定了理论基础。     

三角褐指藻crtiso基因克隆与表达调控研究

为探索三角褐指藻岩藻黄素的生物合成与crtiso基因表达调控的关系,本研究通过转录组测序获得了三角褐指藻crtiso基因cDNA全长序列,并研究了乙酰水杨酸(ASA)、花生四烯酸(AA)、甲基茉莉酸(MeJA)和硫酸铈铵(ACS)4种诱导子不同浓度处理对三角褐指藻crtiso基因表达的影响。结果表明,三角褐指藻crtiso cDNA全长2 116 bp,开放阅读框(ORF)1 902 bp,编码635个氨基酸。crtiso蛋白为亲水性不稳定蛋白,相对分子质量67 803.00 Mr,理论等电点7.14,蛋白质二级结构中的主要构成元件是α螺旋、β折叠和无规则卷曲,并存在保守区域和结构域。系统进化树分析表明,三角褐指藻crtiso蛋白与海虹束毛藻亲缘关系较近。诱导子表达结果表明,ASA、AA、MeJA和ACS均能显著提高三角褐指藻crtiso基因的表达水平,当ASA、AA、MeJA和ACS质量浓度分别为10 mg·L~(-1)、0.1 mg·L~(-1)、50μmol·L~(-1)和0.2 mg·L~(-1)时,三角褐指藻crtiso基因表达量最高。相关性分析表明,三角褐指藻crtiso基因表达量与岩藻黄素含量呈线性关系,表明三角褐指藻岩藻黄素的生物合成是通过调控crtiso基因的表达来实现的,本试验结果为进一步研究岩藻黄素的合成代谢提供了重要的依据。     

光合作用抑制剂DCMU对三角褐指藻岩藻黄素含量和叶绿素荧光特征及关键基因表达的影响

为了阐明岩藻黄素生物合成与光合作用之间的关系,研究不同浓度光合作用抑制剂二氯苯基二甲脲(DCMU)对三角褐指藻细胞密度、岩藻黄素含量、叶绿素含量、叶绿素荧光特征和相关关键基因表达的影响。结果表明,不同浓度DCMU均抑制细胞生长,使三角褐指藻内岩藻黄素含量降低,叶绿素含量增加;当DCMU浓度为1 mg·L^-1时,三角褐指藻内岩藻黄素含量最少,较CK减少了26.98%,而叶绿素含量最高(3.16 mg·g^-1)。随着DCMU浓度的增加,电子传递的抑制作用增强,实际光化学量子效率[Y(Ⅱ)]、 rETR、相对电子传递速率(NPQ)、光化学淬灭系数(qP)和快速光曲线初始斜率(α)均明显降低,DCMU为1 mg·L^-1时出现电子完全阻断的现象。定量PCR分析结果表明,岩藻黄素合成通路关键基因pds、lcyb的表达水平与岩藻黄素含量变化趋势一致。相关性分析表明,岩藻黄素含量与Y(Ⅱ)、qP和α之间存在显著正相关(P<0.05),说明三角褐指藻岩藻黄素的生物合成不仅与岩藻黄素合成关键基因的表达有关,还与光合作用有关。本研究为进一步探明三角褐指藻岩藻黄素合成的生理生化和分子机理提供了参考。     

三角褐指藻pds基因生物信息学与诱导表达分析

岩藻黄素是一类具有重要药用价值和开发价值的新型海洋药物,八氢番茄红素脱氢酶(PDS)是三角褐指藻类岩藻黄素生物合成途径中的一个重要的限速酶。为了更好地开发和利用岩藻黄素,通过RT-PCR克隆了三角褐指藻pds基因(Ptpds,Gen Bank序号:XM_002184476.1)c DNA全长序列,并从基因层面分析了外源诱导子对岩藻黄素生物合成的诱导机制,进一步探究Ptpds的结构和表达特性。结果表明,Ptpds基因cDNA全长2 442 bp,开放阅读框(ORF)为1 773 bp,编码589个氨基酸,并含有一个NAD(P)-binding结构域;蛋白分子结构预测结果表明,三角褐指藻PDS蛋白(PtPDS)分子呈亲水性,含有转运肽、信号肽、跨膜结构域等结构。系统进化树分析显示,PtPDS与新型微藻的PDS蛋白亲缘关系较近,且在所选取的藻类中进化地位较为原始。诱导表达结果表明,Me JA、ASA、AA、ACS等4种诱导子均能促进Ptpds基因的表达,且在4种诱导子处理下,三角褐指藻中的岩藻黄素含量变化与Ptpds基因的表达水平变化呈现高度的一致性,说明Ptpds基因是Me JA、ASA、AA、ACS等诱导子促进三角褐指藻岩藻黄素的生物积累的关键酶基因之一。本研究结果为探究藻类岩藻黄素合成机理提供了依据,并为利用代谢工程手段提高岩藻黄素含量奠定了理论基础。     

氮、磷富营养及海带对赤潮三角褐指藻生长的影响

三角褐指藻是极具危害的赤潮藻之一。本文研究了不同氮磷营养浓度对三角褐指藻生长的影响,以及海带对赤潮藻生长的抑制作用。结果表明,不同的氮磷浓度及配比对三角褐指藻的生长有显著影响,氮浓度为12.35mg/L,磷浓度为1mg/L时最适宜三角褐指藻的生长;海带对三角褐指藻生长有较好的抑制作用,抑制率可达到78.8%;用海带组织培养水滤出液培养三角褐指藻7d,三角褐指藻的生长也受到明显抑制。     

高粱SbJAZ1基因克隆与表达分析

JAZ1基因是编码TIFY家族JAZs蛋白的基因之一。为克隆高粱SbJAZ1基因及研究其响应胁迫表达特性,本试验以高粱品种BTx623为研究材料,提取其总RNA,反转录获得cDNA,以cDNA为模板扩增SbJAZ1基因,并对其进行生物信息学、基因表达和原核表达分析。结果显示,SbJAZ1基因全长606 bp,编码201个氨基酸,蛋白质等电点为7.70,分子量大小为21.15 kDa;SbJAZ1与玉米相应同源基因亲缘关系最近,为亲水性蛋白;二级结构中α螺旋占25.37%、延伸链占9.95%、β转角占4.98%,无规则卷曲占59.70%。qRT-PCR分析表明,SbJAZ1在高粱根、茎、芽和叶组织中均有表达,且具有组织表达特异性,在茎中表达量最高;茉莉酸(JA)处理1 h后,SbJAZ1在高粱茎中表达量最高;吲哚乙酸(IAA)和PEG-6000可诱导SbJAZ1的表达。原核表达结果显示,SbJAZ1在大肠杆菌Rosetta(DE3)菌株诱导表达的最佳条件为:温度30℃,异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)浓度0.8 mmol·L^-1。本研究结果为SbJAZ1基因的生物学功能研究提供了基础。     

谷子MDH基因非生物逆境响应特性研究

为揭示谷子MDH基因对逆境胁迫的响应,本研究通过序列比对得到2个谷子苹果酸脱氢酶(malate dehydrogenase, MDH)基因SiMDH1、SiMDH2,并对SiMDH1和SiMDH2的编码蛋白特征、基因结构、功能、进化等性状进行了系统的分析和预测,用荧光实时定量PCR(qPCR)检测了SiMDH1和SiMDH2在苗期不同逆境及关键生育期干旱胁迫和不同光照强度下的表达。蛋白特征参数和序列分析表明,SiMDH1和SiMDH2蛋白特征参数相似度很高,序列非常保守,都含有MDH基因的特征功能域苹果酸酶NAD结合域和苹果酸酶C端功能域。亚细胞定位预测显示,SiMDH1和SiMDH2主要定位于叶绿体、细胞质和线粒体。启动子区域顺式元件分析发现,在SiMDH1和SiMDH2启动子区域含有大量光应答、激素类和其他类应答元件。苗期逆境qPCR表达谱分析发现,SiMDH1和SiMDH2受脱落酸(ABA)、聚乙二醇(PEG)、高盐和低温不同程度诱导,揭示SiMDH1和SiMDH2参与了谷子苗期非生物逆境胁迫应答。进一步分析发现,SiMDH1和SiMDH2参与了谷子在拔节、抽穗、灌浆期的干旱应答,而光照强度会显著影响SiMDH1和SiMDH2基因在不同生育期的表达。本研究为进一步分析MDH逆境应答机制以及利用基因工程方法改善作物抗逆性提供了试验和理论支持。     

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。     

4种梨实生苗硝态氮和铵态氮利用特性研究

为探讨不同梨实生苗对硝态氮和铵态氮的利用特性,以一年生杜梨、豆梨、川梨、木梨为试验材料,采用¹⁵NH₄NO₃和$NH_{4}^{15}$NO₃分别标记的方法,研究不同氮素形态对4种梨实生苗生长发育、根系形态及氮素吸收的影响。结果表明,木梨的地上部干重和总干重均最大,分别为20.56和29.21 g,其次是川梨和豆梨,杜梨最小。川梨根系干重最大,为8.80 g,其次是木梨,二者均显著高于豆梨和杜梨。根系总表面积、总根长、根尖数均以川梨最大,杜梨最小;根系活力以木梨最大,为2.04 mg·g^-1·h^-1,杜梨最小。4种实生苗标记硝态氮处理各器官吸收分配到的¹⁵N量对该器官全氮量的贡献(Ndff)均高于标记铵态氮处理;不管是标记硝态氮还是铵态氮,¹⁵N分配率均以叶最高,其次是根和茎。4种实生苗对硝态氮的利用率均高于铵态氮,其中木梨对硝态氮的利用率最高,为16.37%,且显著高于其他3种实生苗;川梨对铵态氮的利用率最高,为7.92%,但与木梨差异不显著,显著高于杜梨和豆梨。本研究为不同梨实生苗的氮素吸收特性和氮素营养管理的深入研究提供了科学依据。     

杏山梨醇脱氢酶基因克隆及其在果实发育过程中的表达与酶活性分析

为研究杏山梨醇脱氢酶(SDH)的基因序列特征、在杏果实发育过程中的表达及其酶活变化,以金太阳杏为试验材料,采用同源克隆的方法克隆杏NAD⁺依赖的SDH编码基因的cDNA序列,命名为PaSDH,并利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)分析PaSDH在杏果实发育过程中的表达水平,检测酶活变化。序列分析结果表明,PaSDH基因全长1 104 bp,编码367个氨基酸,其编码蛋白具有含锌乙醇脱氢酶特征,具有催化锌结合位点、结构锌结合位点和NAD结合位点;与蔷薇科李属梅、桃和李的NAD⁺-SDH编码基因进化关系最接近,cDNA序列相似性达98%以上。随着杏果实的生长,NAD⁺-SDH酶活性与PaSDH相对表达量总体呈下降趋势;花后7 d,NAD⁺-SDH酶活性及PaSDH相对表达量最高,说明其可能在杏坐果和果实早期发育中具有重要作用,转录水平的调控可能是PaSDH表达调控的关键环节。本研究为探索杏果实营养积累和品质形成的机理提供了参考。     

费菜黄酮对柑橘意大利青霉菌抑制作用的研究

为研究费菜黄酮对意大利青霉的抑菌效果并揭示其抑菌机制,本试验采用损伤接种法接种意大利青霉至柑橘,观察0、0.3、0.6、1.2 mg·mL^-1费菜黄酮对柑橘青霉病的控制效果,探究其对意大利青霉细胞膜通透性、细胞成分释放、菌丝表面结构、菌丝丙二醛(MDA)和过氧化氢(H₂O₂)含量等指标的影响。结果表明,费菜黄酮能够显著抑制菌丝生长,1.75 mg·mL^-1浓度下的抑制率为75.82%,7.00 mg·mL^-1 浓度下的抑制率达到100%。经费菜黄酮处理后,意大利青霉细胞膜通透性显著增加,糖类等胞内物质释放至细胞外;扫描电镜显示菌丝体结构遭到破坏,菌丝体表面出现褶皱、塌陷;同时引起H₂O₂和MDA含量增加;柑橘果实的发病率和病斑直径减小。本研究结果为天然杀菌剂的研制以及抑菌机制的后续研究提供了一定的理论依据。     

百香果低温胁迫转录组及茉莉酸代谢基因分析

为研究百香果低温胁迫响应机制,以紫果百香果(Passiflora edulia Sims)为试验材料在0℃下低温胁迫处理,以常温处理为对照组(CK),采用Illumina HiSeq测序平台进行转录组测序,并对茉莉酸代谢相关基因进行挖掘。结果显示,共获得百香果转录组数据45.30 Gb,组装得到39 521条Unigene和5 311 个差异基因;GO分类显示注释的Unigene分为细胞组件、分子功能及生物过程三大类,其中差异基因数量最多为生物过程大类的代谢过程,包括甾醇生物合成、类黄酮糖脂化、酪氨酸代谢、L-苯丙氨酸生物合成、软木脂生物合成、芥子油苷代谢及长链脂肪-酰基辅酶A代谢等。KEGG途径富集分析结果显示,核糖体途径、淀粉与蔗糖代谢途径、植物激素信号转导途径及植物与病原体互作途径为百香果响应低温胁迫的重要代谢途径。实时定量PCR(qRT-PCR)分析表明,百香果低温胁迫后其茉莉酸代谢途径相关基因AOC、AOS、JAR1、MYC2、PYL和JAZ均上调表达,该结果与测序获得FPKM值变化趋势较为相似,说明测序结果较为准确。但低温胁迫后,COI1的表达水平呈下调趋势。研究发现,在百香果中茉莉酸对低温胁迫的响应机制大体上与模式植物一致,关于COI1和MYC2等基因的调控方式还有待进一步功能验证。本研究结果为进一步明确百香果抗寒机制提供了科学参考。     

胜红蓟精油复合微乳液体系构建及其对芦柑保鲜的影响

为更好的资源化利用入侵植物胜红蓟,提高芦柑的保鲜效果,本研究以胜红蓟精油为油相,吐温-80为表面活性剂,乙醇为助表面活性剂,碳酸钠和羧甲基壳聚糖水溶液为水相,采用拟三元相图筛选最优纳米级复合微乳液体系,并检测其在不同浓度(2.5、5.0、10.0和20.0 mg·mL^-1)下对意大利青霉、指状青霉和扩展青霉的抑菌活性和芦柑染菌抑制效果,用最优浓度处理芦柑果实,探究其对芦柑在不同贮藏条件下(25℃和4℃)的保鲜效果。结果表明,最优复合微乳液体系(A₈₀)的配方为胜红蓟精油∶乙醇∶吐温-80∶3%碳酸钠∶0.5%羧甲基壳聚糖=0.13∶0.38∶0.13∶1∶3,其粒径为34.47 nm。复合微乳液体系浓度为20 mg·mL^-1时,对意大利青霉、指状青霉和扩展青霉的抑菌效果最好,抑制率分别为64.86%、60.23%和86.96%,对芦柑的染菌抑制率为76.48%。此浓度复合微乳液A₈₀对4℃贮藏条件的芦柑保鲜效果最好,贮藏30 d后芦柑失重率为22.24%,对照组失重率为26.47%,腐烂率为11.33%,较对照组降低50%。构建的胜红蓟精油复合微乳液体系处理芦柑,不仅可以有效抑菌,延缓芦柑果实水分散失和重量损失,而且能延长芦柑的保鲜期。本研究结果为胜红蓟精油天然保鲜剂的开发和芦柑储藏保鲜提供了一定的理论基础。     

脉冲强光处理对双孢蘑菇贮藏品质的影响

为探索脉冲强光(IPL)处理对采后食用菌贮藏品质的影响,本试验以新鲜双孢蘑菇为原料,采用不同强度(28.8、48.0、67.2 mJ·cm^-2)的IPL进行前处理,研究其在25℃贮藏期间生理指标及品质的变化。结果表明,随着贮藏时间的延长,IPL处理能有效延缓双孢蘑菇开伞、质量损失、褐变及脂膜氧化,在一定程度上保持原有硬度。同时,IPL处理可显著抑制双孢蘑菇中过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)活性(P<0.05),可减缓其总酚和维生素C含量的下降(P<0.05),其中48.0 mJ·cm^-2处理组效果最佳;贮藏第8天,总酚和维生素C含量分别较对照提高39.06%、53.63%。本研究结果为IPL技术在控制食用菌品质方面的应用提供了一定的理论依据。     

高温胁迫下坛紫菜中红藻糖苷及其异构体的含量变化

为了解热激应答下坛紫菜中红藻糖苷和异红藻糖苷含量的变化,以及两者与坛紫菜高温耐受性之间的联系,以ME-05坛紫菜为样品,采用高效液相色谱三重四级杆质谱联用技术(HPLC-MS)分析35℃高温胁迫和20℃恢复培养条件下,坛紫菜中红藻糖苷及其异构体含量的变化趋势,通过两者的含量波动,探讨其与坛紫菜耐受性之间的关系。结果表明,相同品种、相同日龄但生长地点不同的坛紫菜中,红藻糖苷含量稳定;不同生长阶段的坛紫菜经35℃高温胁迫后,红藻糖苷和异红藻糖苷含量减少,经恢复培养3 h后发现红藻糖苷和异红藻糖苷含量逐渐回升并超过对照组;红藻糖苷和异红藻糖苷的变化率为:Ⅲ组(生长期第75天)>Ⅳ组(生长期第135天)>Ⅱ组(生长期第45天)>Ⅰ组(丝状体),红藻糖苷的变化更为敏感且具有规律。综上,红藻糖苷与坛紫菜的生长状况和抗逆能力相关,可作为紫菜选育的指标物。本研究结果为进一步探讨坛紫菜在高温胁迫下的生理响应及健康养殖奠定了理论基础。