NAC转录因子参与调控竹笋木质化

NAC是植物特有的转录因子家族之一，参与衰老、信号转导以及次生细胞壁合成等多种生物过程，然而关于竹子中NAC转录因子的功能尚不清楚，尤其是与次生细胞壁（SCW）合成相关的NAC更未见报道。本研究在毛竹（Phyllostachys edulis）基因组中鉴定了94个NAC同源基因（PeNAC1~PeNAC94）。系统进化树分析表明，毛竹与拟南芥的NAC蛋白共聚类为16个分支，PeNACs分布于11个分支中，其中2个分支中的15个PeNACs与次生细胞壁合成相关。用这15个基因共表达分析，预测出与PeNACs共表达的基因396个，其中包括参与木质素分解代谢和纤维素生物合成的基因分别有16个和55个。qRT-PCR分析表明，随着竹笋高度增加木质化程度加深，15个PeNACs基因的表达均上调，并呈现持续上升及先上升后下降2种趋势，表明这些PeNACs可能参与毛竹笋次生细胞壁合成以及木质化的过程。同时发现，15个PeNACs中有7个PeNACs与7个PeMYBs呈现正向共表达关系，且在毛竹不同高度笋中这些PeMYBs具有与PeNACs相似的表达趋势。另外，在16个PeNACs中发现了miR164的靶点，其中与次生细胞壁合成相关的3个PeNACs在毛竹笋中具有与miR164相反的表达趋势，证明miR164与PeNACs存在调控关系。由此表明，竹笋木质化调控将是一个由miRNA、NAC等转录因子和结构基因构成的复杂调控网络。本研究全面展示了毛竹NAC基因家族的信息及其与竹笋木质化的关系，对于进一步研究PeNACs的功能、揭示竹材材性形成的分子调控机制具有重要意义。     

转录组-代谢组联合分析揭示低温下采后雷竹笋木质化分子调控机制

雷竹（Phyllostachys violascens）笋是中国传统的山珍之一，是一种天然绿色食品。但其采后易消耗大量水分和营养而快速老化，在一般条件下难以贮藏。文中首次通过“转录组—代谢组”联合分析揭示了低温贮藏条件下雷竹笋木质化的调控机制，研究表明：与常温贮藏相比，低温可显著抑制采后竹笋中PAL、POD酶活性，降低失水率和总木质素含量，从而将竹笋保鲜时间至少延长20 d。通过“转录组—代谢组”联合分析表明，低温下竹笋木质素前体物质、茉莉酸含量呈上升趋势，并在后期显著富集，说明低温可诱导茉莉酸积累、抑制木质素合成。对低温响应、茉莉酸合成和木质素合成通路关键基因进行筛选，并通过共表达分析发现，低温信号可能通过“低温—木质化”和“低温—茉莉酸—木质化”2种通路共同抑制采后竹笋中木质素合成，延缓其保鲜时间。上述结果可为揭示采后竹笋木质化分子调控通路研究提供了一定依据。     

毛竹HB转录因子调控木质素的生物合成

同源异型盒（homeobox，HB）蛋白是一类重要的转录因子，在植物生长发育的各个方面起着重要的调控作用，然而对竹子中HB的功能了解甚少。该研究在毛竹中鉴定了115个HB基因（PeHB001~PeHB115），分为13个不同的亚类，各亚类成员的数量在2~24。在115个PeHBs中共发现20个保守基序，其中基序1最为常见。GO分析表明，有19个PeHBs被注释为参与木质部发育、木质部和韧皮部形态形成。基因共表达网络分析显示，这19个PeHBs中有10个具有共表达相关性，其中3个属于KNOX亚类的枢纽蛋白与MYB、bHLH和OVATE互作，并通过酵母双杂交得到了验证。转录组表达谱显示，除PeHB017外，其它所有PeHBs均检测到表达，其中有90个PeHBs在所有组织中均有表达。对19个PeHBs表达定量分析结果显示，随着笋高度的增加，大部分PeHBs的表达量均上调。此外，在参与木质素合成的关键基因（Pe4CL、PeC3H、PeCCR、PeCOMT）的启动子中均有KNOX的结合位点，这些基因与5个KNOX基因的表达呈正相关。对冬笋贮藏过程中的基因表达与木质化的研究也得到了类似的结果。该研究为揭示PeHBs在竹子木质化过程中的功能，实现人为调控木质素组分、含量具有重要参考价值。     

褪黑素处理对高节竹笋低温贮藏过程中木质化的影响

【目的】探讨褪黑素处理条件下,高节竹笋采后低温(4℃)贮藏过程中木质素形成、抗氧化酶活性、转录因子基因表达的变化模式,为阐明褪黑素处理对竹笋采后木质化过程的影响及其调控机制提供参考。【方法】以高节竹笋为试验材料,分析低温(4℃)贮藏过程中(0、3、6、9、12天)褪黑素(1. 0 mmol·L-1)处理组和对照组竹笋硬度、黄度、亮度,木质素、纤维素含量,木质素合成相关的苯丙氨酸裂解酶(PAL)、过氧化物酶(POD)活性,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸还原酶(APX)活性以及NAC、MYB转录因子基因表达等指标。【结果】与对照相比,外源褪黑素处理减缓笋体变硬和黄化的速度以及木质素和纤维素的积累速度,显著抑制PAL和POD活性,提高了SOD、CAT和APX活性,有效延缓高节竹笋木质化的发生进程;转录因子MYB20、MYB63、MYB85、SND2和VND7的表达随竹笋采后贮藏时间的延长均受到不同程度的诱导,而MYB42、MYB43、NST1和KNAST7的表达量则有所下降。褪黑素处理一定程度上抑制了MYB20、MYB42和KNAT7的表达,促进了MYB43、MYB63、MYB85和SND2的表达。【结论】外源褪黑素处理有效延缓了高节竹笋采后低温贮藏过程中木质化的发生进程,其机制可能是褪黑素处理降低了木质素生物合成相关酶的活性,提高了抗氧化能力。此外,褪黑素也可能参与竹笋木质化的转录调控过程。     

采后竹笋老化生理研究

4月份出笋期挖取毛竹春笋和高节竹笋,测定了笋体从基部向顶部0、5、10、15、20、25cm各位段的苯丙氨酸解氨酶（PAL)和过氧化物酶（PO）活性,以及纤维素和木质素含量。竹笋在25℃放置96h自然老化,测定了24、84、72、96h,5、10、15、20、25cm各位段的苯丙氨酸解氨酶和过氧化物酶活性,以及10cm位段24、48、72、96h纤维素和木质素含量的变化。结果表明：PAL和PO活性以及纤维素和木质素的含量从基部向顶部逐渐降低,呈梯形分布,木质化进程是从基部向顶部推进的;竹笋离体后,PAL和PO活性大幅度增高,纤维素和木质素含量大量增加加速了老化进程。讨论了PAL和PO在竹笋老化过程中的活性变化,及其在竹笋老化过程中的作用。     

毛竹肉桂酰辅酶A还原酶基因PeCCR功能初步研究

[目的]为研究肉桂酰辅酶A还原酶(CCR)基因表达对竹子木质素生物合成的影响,对毛竹(Phyllostachys edulis (Carrière) J. Houz.)中PeCCR基因的表达情况进行分析,并对PeCCR基因功能进行研究,以期为利用CCR基因在竹子中开展基因工程育种提供参考依据。[方法]采用实时定量PCR(qRT-PCR)方法对PeCCR基因在毛竹不同组织以及不同高度笋中的表达进行了分析,采用RT-PCR方法克隆了PeCCR基因的编码区,构建了基因过量表达载体,采用蘸花法转化拟南芥(Arabidopsis thaliana L.),采用溴乙酰法测定转基因植株茎木质素的含量。[结果]qRT-PCR结果表明:在毛竹实生苗根中PeCCR的表达量最高,其次是笋中,而未展开叶中最低;在野外随着笋高度的增加,木质化程度加强,PeCCR基因的表达量呈上升趋势,在6.7 m笋中达到最高。克隆获得PeCCR编码区长度为1 026 bp,编码一个341 aa的蛋白,具有家族蛋白特有的保守结构域"NWYCYGK"。与野生型拟南芥相比,转PeCCR基因植株叶片明显增大,且抽苔时间提前3~4 d。茎横切的组织化学染色观察发现:转基因植株茎的木质部和束间纤维组织染色面积均大于野生型;木质素含量测定表明,2个过表达PeCCR1转基因株系中的木质素含量均明显高于野生型,分别为野生型对照的123.1%和116.7%。[结论]PeCCR基因在毛竹不同组织的表达存在差异,在笋中随高度增加其表达量上调。过量表达PeCCR促进了转基因拟南芥植株的生长发育,提高了木质素含量。     

离体毛竹笋纤维素和木质素含量及POD和PAL活性研究

研究了离体后毛竹笋纤维素、木质素含量以及苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(POD)活性的变化.结果显示:笋体纤维素、木质素含量从笋尖到笋基部逐渐增加;PAL、POD活性笋尖明显高于笋基部.离体后贮藏的竹笋纤维素、木质素含量随贮藏时间的延长而增加,在前5 d纤维素的增加速度极快,在后5 d增加速度明显趋缓,但木质素含量随贮藏时间的延长基本呈匀速态势增加;POD、PAL活性随贮藏时间的延长,活性均显著增加.对离体竹笋进行低温处理(4 ℃)可显著降低竹笋的PAL、POD活性,减少木质素和纤维素合成,低温对纤维素的影响高于木质素.     

木质素单体生物合成途径及其修订

对上世纪90年代以来木质素单体生物合成途径的发展进行了综述，对木质素的组成、木质素生物合成途径中的步骤及其涉及到的酶类、近年来对合成途径的修订以及我国在木质素方面的研究现状进行了介绍。提出今后我国木质素研究将主要集中在改良木材的材性和改善草类的消化性方面，通过调节木质素合成中关键酶基因的表达，以改变木质素的含量或单体组成，以满足工业不同用材的需要及畜牧用草的需要。     

竹笋采后涂膜保鲜对其木质化的影响

为了给竹笋采后保鲜和竹笋膳食纤维的加工提供理论指导,将采回的毛竹春笋的不同部位在3℃冷藏条件下,进行壳聚糖涂膜保鲜对竹笋中苯丙氨酸解氨酶（PAL）和过氧化物酶（POD）活性以及纤维素和木质素含量影响的研究.结果表明：从顶部到基部,竹笋各区段部位PAL和POD活性逐渐增强,纤维素和木质素含量增大;与对照相比,各种涂膜保鲜处理均显著降低竹笋的PAL和POD活性及纤维素和木质素的生成,加入亚硫酸钠能延缓竹笋的木质化进程.     

火炬松速生材构造变异规律的研究

对火炬松（ＰｉｎｕｓｔａｅｄａＬ．）速生材５个高度木材的基本密度、年轮宽度、生长率、晚材率和管胞弦壁纤丝角进行系统测量、统计和分析，结果表明，木材基本密度随树干高度的增加而降低．但各高度之间的差异不显著；生长率从髓心向外，南北方向都是随年轮数的增加而减小，在高度上是随树干高度的增加而增大．但其差异性均不显著．晚材率与木材基本密度呈线性正相关，与纤丝角呈线性负相关；木材基本密度与纤丝角呈负相关；纤丝角与生长率呈正相关．其相关显著性均随树干高度的增加而减弱．这些规律，为火炬松速生材的有效利用和林木生长调控提供了理论依据．     

竹子退笋现象研究现状与展望

文章从退笋的概念、退笋的形态特征及发生规律、影响退笋的主要因素和调控措施等方面,总结了已有的研究结果。综合分析表明,刚竹属竹子的退笋率,随竹笋出土时间的延后呈直线上升;95.3%的退笋,其高度≤35 cm,但当竹笋生长到一定高度之后,发生退笋的概率将迅速降低。施肥对退笋率的影响,未有一致的研究结论,主要与竹种和施肥方式有关。竹笋的水分生理、笋期营养在“源—库”之间的分配、竹笋生长的基因调控,是研究退笋内在发生机理的切入点。在生产实践中,有效降低退笋率的竹林抚育技术是研究重点。     

橡胶树HbMYB20基因的克隆及其对拟南芥次生壁发育的调控

【目的】MYB转录因子是调控植物木质素合成和次生壁形成的重要转录因子之一。本文分离克隆到一个与拟南芥AtMYB20高度同源的橡胶树MYB转录因子基因HbMYB20,并在拟南芥中对其功能进行研究,以期了解其在橡胶树木质素合成和次生壁发育的分子调控中的作用,为橡胶树木材形成的分子调控机制研究及其遗传改良奠定基础。【方法】采用 blast分析从树皮转录组中筛选出与拟南芥 AtMYB20序列同一性较高的橡胶树 MYB 基因HbMYB20;设计 ORF区特异性引物,以树皮 cDNA 为模板进行扩增得到该目的基因 cDNA 序列。实时荧光定量PCR检测该基因在橡胶树叶片、胶乳、茎干以及木质部与韧皮部的相对表达量。构建 HbMYB20过表达植物载体,使用农杆菌蘸花法转化拟南芥,获得该基因过表达转基因株系。采用乙酰溴法和间苯三酚染色法,分析转基因、野生型拟南芥茎的木质素含量以及木质素在拟南芥茎基部横截面中的分布。对转基因、野生型拟南芥茎基部横截面切片进行甲苯胺蓝染色,并测量分析导管、木质纤维和维管束间纤维细胞的细胞壁厚度。最后,采用实时荧光定量PCR分析转基因及野生型拟南芥木质素和纤维素合成相关酶基因的表达。【结果】克隆得到1个橡胶树 MYB 转录因子基因 HbMYB20,该基因开放阅读框( ORF)为927 bp,编码309aa 的蛋白,氨基酸序列分析显示,HbMYB20与AtMYB20/43和 AtMYB85/42同源性较高,属 R2R3MYB转录因子 G8亚组成员。表达分析显示 HbMYB20在橡胶树茎干和木质部中高表达,胶乳中表达最低。对 HbMYB20过表达拟南芥分析显示,该基因在3个转基因株系中均表达;相对野生型拟南芥,转 HbMYB20拟南芥植株生长抑制,木质部和维管束间纤维的木质素染色面积较少、染色程度变浅,茎的木质素含量和木质纤维、导管及维管束间纤维的细胞壁厚度均显著低于野生型;同时转基因株系中木质素合成关键酶基因4CL1和 CCoAOMT的表达量以及纤维素合成关键酶基因 CesA8的表达显著下调。【结论】橡胶树 MYB转录因子 G8亚组成员 HbMYB20,在茎和木质细胞中高表达。拟南芥中过表达 HbMYB20导致转基因植株的矮小,细胞壁变薄,阻碍木质部中木质素的合成和积累,同时木质素和纤维素合成相关酶基因的表达显著下降。由此推测 HbMYB20对拟南芥的木质素和纤维素合成都具有负调控作用,可能是1个橡胶树次生壁发育的负调控因子。     

大熊猫栖息地森林群落乔木层与林下泥巴山筇竹关系研究

为探索森林群落乔木层与林下大熊猫取食竹的相关关系，利用样线法和样方法，对大相岭大熊猫栖息地森林群落乔木层结构特征与林下泥巴山筇竹（Qiongzhuea multigemmia）生长指标进行调查，构建广义线性混合模型（GLMM）和线性混合模型（LMM）进行分析。结果表明：（1）乔木郁闭度对一年生、多年生泥巴山筇竹笋的基径，以及泥巴山筇竹活竹株数、死竹株数和笋高度的影响差异均显著；乔木株数对泥巴山筇竹发笋量、死竹株数和活竹株数的影响差异均显著；乔木平均高度对泥巴山筇竹发笋量、一年生和多年生泥巴山筇竹的高度及基径的影响差异均显著。（2）泥巴山筇竹发笋量随乔木株数和平均高度增加而减少；活竹株数和死竹株数均随乔木层郁闭度和乔木株数增加而减少；一年生泥巴山筇竹平均高度随乔木平均高度增加而减少；一年生泥巴山筇竹平均基径均随乔木层郁闭度和乔木平均高度增加而减少；多年生泥巴山筇竹平均高度和基径均随乔木平均高度增加而增加；泥巴山筇竹笋高度随乔木层郁闭度增加而增加；多年生泥巴山筇竹平均基径和笋基径均随乔木层郁闭度增加而减少。本研究能为该区域大熊猫栖息地的恢复提供量化依据。     

毛竹漆酶基因启动子序列分析及基因表达模式

漆酶在细胞壁形成、逆境胁迫、花青素形成和酚类物质催化等过程中均发挥着重要作用，其基因表达受到多种外界因素的影响。为揭示竹子中漆酶基因的表达模式，以毛竹（Phyllostachys edulis）为对象，利用生物信息学手段分析了其中42个漆酶基因（PeLACs）启动子序列，利用已有的转录组数据分析了其中PeLACs的表达模式，克隆漆酶基因PeLAC20的启动子序列PeLACp，并构建了瞬时表达载体，在拟南芥（Arabidopsis thaliana）中瞬时表达。结果表明，在42个PeLACs启动子序列中包含多种与激素以及非生物胁迫相关的顺式作用元件，在GA₃处理以及低温和干旱胁迫下各基因表现为不同的表达模式，表明它们参与激素和非生物胁迫的应答，而且功能存在着一定的差异。PeLACs在毛竹不同生长阶段根和笋中的表达模式也证明了各基因功能的差异性。克隆的PeLACp序列为2 000 bp，利用GUS染色法检测启动子PeLACp的活性显示，PeLACp主要在转基因拟南芥的根中表达。研究结果为进一步揭示毛竹漆酶基因的生物学功能提供了参考依据。     

木质素生物合成及其基因调控的研究进展

木质素是地球上数量仅次于纤维素的有机物, 在植物生长发育中具有重要的生物学功能, 也是生物质能源的来源之一, 但在制浆造纸过程中, 将木材原料中木质素与纤维素分离, 不仅能耗高, 成本高, 而且废弃物还污染环境.林木木质素改良对于提高纸浆得率和质量、降低造纸经济成本以及环境保护, 都具有重要意义.文中介绍了木质素生物合成途径及其基因调控的研究进展, 此外, 还介绍了木质素生物合成基因调控的研究趋势, 主要是木质素特异性启动子、双价和多基因结构的共抑制以及转录因子的调控.     

日本落叶松木质部发育相关基因筛选及其共表达网络构建

【目的】鉴定日本落叶松木质部发育相关基因,构建核心基因与木质部发育相关基因的共表达网络,为后期开展日本落叶松木材形成相关研究提供参考。【方法】对日本落叶松木质部、韧皮部和针叶3个组织进行二代和三代转录组测序,利用R软件的DEseq2包筛选木质部相对韧皮部和木质部相对针叶的差异表达基因,通过整合2组差异基因获得木质部特异表达基因,借助GO、KEGG及BLASTN等生物信息学分析手段探索基因功能,利用WGCNA分析构建木质部特异表达基因共表达网络。【结果】共获得2 596个木质部特异的高表达和低表达基因;GO分析结果显示这些基因在代谢过程、细胞过程、定位膜、细胞、细胞组件、催化活性、位点结合和转运活性等分类中显著富集; KEGG分析结果显示这些基因在淀粉和蔗糖代谢、类黄酮生物合成和代谢途径通路中显著富集,在苯丙烷代谢途径及淀粉和蔗糖代谢途径中分别富集到38个和196个基因;鉴定出木材形成相关基因,包括木质素合成相关基因PAL4、CCR1、C4H、HCT、COMT1、PER12、PER52、CYP98A3、LAC12和LAC17等,纤维素和半纤维素合成相关基因DEC、CEL1、Csl、CTL2和SPS3等; 2 596个木质部特异的高表达和低表达基因经WGCNA分析后筛选出与木质部发育相关基因关联度较高的17个核心基因。【结论】筛选的日本落叶松木质部发育相关基因参与半乳甘露聚糖合成、木葡聚糖合成、纤维素微纤丝形成、细胞壁纤维素合成、次生细胞壁形成过程、纤维伸长过程、调控合成木质素的碳代谢流、木质素生物合成及降解、木质素单体聚合、木质素单体甲基化和细胞程序化死亡等木材形成相关生物学过程;在共表达网络中筛选出的17个核心基因可作为今后研究的重点来探索其在木材形成过程中的具体功能。     

木质素合成关键酶基因与造纸植物转基因改良应用研究

木质素是自然界数量仅次于纤维素的自然有机物质,但在造纸业中是主要的污染来源。木质素生物合成过程十分复杂,涉及了大量酶体系。综述了木质素合成途径中的关键调控酶特性及其基因调控情况,从培育低木质素、易降解木质素的造纸植物为出发点,分析了这些关键基因在转基因造纸植物应用中的潜力和存在的主要问题,并提出了应从改变植物体内木质素含量、改变木质素单体构成比例这两个方面进行转基因的研究思路。     

维管植物4-香豆酸:辅酶A连接酶(4CL)研究进展

在大多数维管植物中4CL以基因家族形式出现.4CL基因成员在植物组织中差异表达,参与不同的苯丙烷类衍生物的生物合成.4CL基因的表达受发育调控,其表达还能被环境因子激活,如各种伤害、病原菌侵染、紫外线辐射等.4CL具有高度趋异的底物偏好性及底物特异性,决定4CL同工酶底物特异性的因素可能是结合沟的空间限制而不是底物和多肽链之间的特异性相互作用.在4CL氨基酸序列中存在2个保守的肽基序(motif),肽基序Box Ⅰ,SSGTFGLPKGV,肽基序BoxⅡ,GEICIRG.应用反义技术已经成功地将4CL基因用于调控模式植物拟南芥、烟草及木本植物美洲山杨、毛白杨木质素的生物合成.未来的研究应侧重以下方向:应用多种技术分离、鉴定出更多木本植物的4CL基因;通过生物技术来增加木本植物木质素含量的研究也值得期待;建立4CL蛋白结晶体系,从原子水平解析4CL蛋白的结构,从而从根本上阐明4CL蛋白结构与功能之间的关系.     

雷竹笋采后贮藏生理的研究

研究了雷竹笋采后在常温 (2 5℃ )贮藏期间的相对含水量、粗蛋白质含量、过氧化物酶 (POD)活性、苯丙氨酸解氨酶 (PAL)活性、木质素含量的相互关系和变化规律 ,结果表明 ,相对含水量和蛋白质含量呈下降趋势 ,POD、PAL等酶活性呈先上升后下降趋势 ,木质素含量不断增加。POD、PAL酶活性的提高与笋体内木质素的增加密切相关     

金丝楸木材化学成分的不均一性

【目的】研究金丝楸木材化学成分在纵向不同高度及径向心、边材中的含量和组成特点,为金丝楸木材加工利用提供科学依据。【方法】分析金丝楸木材纵向不同高度心、边材苯醇抽提物、聚糖和木质素含量,采用细胞壁全溶法结合二维异核单量子核磁共振(2D HSQC NMR)技术对相应部位的原生木质素分子结构进行表征。【结果】金丝楸木材边材苯醇抽提物含量高于心材,且心材中靠近树心部分的苯醇抽提物含量高于靠近边材部分。心、边材苯醇抽提物化学成分存在差异,但不同高度相同径向区域苯醇抽提物含量及其成分差异较小且并未随树高不同体现出特定变化规律。边材木质素含量低于心材,但心、边材木质素含量在树高方向上无明显变化规律。金丝楸木材木质素为典型G/S型木质素,纵向不同高度区域木质素大分子结构基本一致,但心材木质素分子结构中β-5'连接的相对含量高于边材。木聚糖是金丝楸木材半纤维素的主要组分。边材聚糖相对含量高于心材,但心、边材聚糖含量并未随树高不同体现出特定变化规律。【结论】金丝楸木材径向心、边材化学成分含量及相应成分分子结构具有规律性差异,边材向心材过渡过程中主要变化为木质素成分的积累和发色物质的生物合成。木材纵向不同高度相应区域中各化学成分含量也存在一定差别,但并未随树高不同发生规律性变化。木材纵向不同高度相同径向区域中各组分的化学成分和分子结构基本一致。对金丝楸木材进行加工利用时,应重点关注其径向方向的化学成分含量和性质差异。