热胁迫下水仙花叶片的转录组分析

为研究水仙响应高温胁迫过程中相关基因的表达及响应热应激的分子机制,本研究以漳州水仙花为材料,使用BGISEQ-500测序技术,对高温（30、35 ℃）处理及正常生长条件（15 ℃）的水仙叶片进行转录组学的测序分析。使用Trinity软件对15（对照）、30、35 ℃（高温胁迫）处理24 h的水仙叶片测序数据进行从头组装,利用BLAST软件进行基因比对注释,通过DEGseq和PossionDis检测差异表达基因,并对差异表达基因进行GO和KEGG富集分析。结果表明：本次水仙花叶片测序共获得112 160条总长度为128 733 815 bp、平均长度为1147 bp的Unigene,其N50以及GC含量分别为1770 bp和42.33%。Nr比对注释匹配度最高的物种为石刁柏,利用KOG数据库进行比对,5560条Unigene序列分布于25个功能区域。差异表达基因GO富集显示与光合系统及膜系统相关的GO term被显著富集,KEGG分析显示次生代谢物的生物合成、苯丙烷类生物合成、代谢途径、光合作用、糖胺聚糖降解、乙醛酸和二羧酸代谢、光合作用-天线蛋白、单萜类生物合成等8条代谢途径在3个比较组中均显著性富集,硫胺素代谢途径是唯一在高温胁迫条件下均显著富集的代谢途径。本研究注释了大量相关基因序列,通过本研究为改善水仙花植物的耐热性及耐热性品种的培育提供了丰富的数据资源和分子基础。     

小麦质膜Na+/H+逆转运蛋白TaSOS1的表达分析

为探讨小麦质膜Na⁺/H⁺逆转运蛋白TaSOS1在逆境条件下的生物学功能,采用荧光定量PCR（RTPCR）方法,对 TaSOS1基因在4种不同胁迫条件下（200 mmol·L^-1 NaCl、4℃低温、100 μmol·L^-1 ABA和15% PEG6000）的表达水平进行了定量分析。结果表明,在正常条件下,小麦根中 TaSOS1的mRNA表达量要高于叶中的表达量。盐胁迫处理下,根中 TaSOS1特异性上调表达,说明 TaSOS1基因在根中的功能更强,其表达与盐胁迫有关且具有组织特异性;在4℃低温处理下, TaSOS1在叶中上调表达;而在ABA和PEG6000两种处理条件下, TaSOS1的表达没有规律性,推测 TaSOS1的表达途径可能为非ABA依赖型且与盐离子的特异性有关。生物信息学分析的结果表明,小麦质膜Na⁺/H⁺逆转运蛋白TaSOS1与拟南芥和水稻的质膜Na⁺/H⁺逆转运蛋白AtSOS1和OsSOS1具有高度的同源性,由此可以推测小麦TaSOS1具有与AtSOS1和OsSOS1类似的功能,可以把植物体内Na⁺排出体外,以减轻Na⁺对植物的毒害。     

基于转录组测序的火龙果果肉不同发育时期淀粉和蔗糖代谢途径相关基因差异表达分析

采用Illumina Novaseq 6000测序技术对火龙果果肉3个时期（幼果期、转色期、成熟期）的样品进行转录组测序,对获得的Unigene进行7大数据库注释,共有3617个Unigene成功注释在所有数据库中,进一步筛选与淀粉和蔗糖代谢途径相关的5个酶基因并进行实时荧光定量PCR（qPCR）基因表达验证。结果表明：转录组测序共得到115 193条转录本和47 855条Unigene,N50为2000。GO功能富集分析结果表明,18 582个Unigene在GO功能注释中被分为生物过程、细胞组成及分子功能3大类。KOG功能分类结果表明,6203个Unigene在KOG注释中被分为25个组,其中翻译后修饰、蛋白质周转、伴侣包含的Unigene最多,共854个。KEGG代谢通路注释结果表明,6554个Unigene获得功能注释,共有119条代谢途径,其中碳水化合物代谢所占比例最高。筛选出UGP2、glgC、glgA、Cluster-12747.5831、Cluster-12747.16617等5个参与淀粉和蔗糖代谢合成途径的关键酶基因,qPCR检测表达水平与转录组测序结果一致。     

盐碱混合胁迫对小麦幼苗阳离子吸收和分配的影响

为探讨盐碱胁迫下小麦阳离子吸收和分配特点,采用两种中性盐（NaCl和Na₂SO₄）和两种碱性盐（NaHCO₃和Na₂CO₃）混合模拟不同浓度盐碱胁迫条件,对龙麦26和克旱16两种不同基因型春小麦幼苗进行14 d胁迫处理,测定和分析了叶片和根系中Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺含量的变化。结果表明,盐碱混合胁迫增加了小麦幼苗Na⁺含量,且随着盐浓度的增加和碱性盐比例的提高,Na⁺含量逐渐增加;龙麦26幼苗K⁺的吸收规律与Na⁺相同,而克旱16幼苗K⁺含量变化与之相反;盐碱混合胁迫通过降低植株的K/Na限制了Ca²⁺、Mg²⁺的吸收量,且阻碍了Ca²⁺、Mg²⁺由根向地上部的运转,致使叶片中Ca²⁺、Mg²⁺含量降低。盐碱混合胁迫下,小麦对Na⁺、K⁺等一价阳离子与Ca²⁺、Mg²⁺等二价阳离子的吸收上表现为拮抗作用。     

高等植物K+吸收机制研究进展

从高亲和性和低亲和性K⁺吸收两个方面较详细介绍了K⁺营养的吸收机制。高亲和性K⁺吸收机制包括H⁺-K⁺交换ATPase、K⁺-ATPase、H⁺-K⁺ symporter和Na⁺-K⁺ symporter;低亲和性K⁺吸收机制也被称为“协助扩散”,研究表明是通过K⁺通道进行的,但K⁺通道的确切结构尚无定论。综述了植物K⁺吸收的调节,并对相关问题进行了展望。     

燕麦植物激素信号转导通路中响应干旱胁迫的关键基因

植物激素信号转导通路是响应胁迫的重要通路，该通路中基因的表达调控作物的抗旱性。为挖掘燕麦植物激素信号转导通路中响应干旱胁迫的关键基因，本研究对燕麦幼苗进行不同干旱胁迫处理，取叶片进行转录组测序，分析不同处理下基因的表达。结果表明，与正常水分条件相比，轻度干旱胁迫（PEG 10%）诱导624个基因表达发生显著变化（DEGs），重度干旱胁迫（PEG 20%）诱导13 063个。GO富集分析显示，重度干旱胁迫下，DEGs主要富集在对胁迫反应的调节；KEGG分析显示，轻度干旱胁迫下，植物激素信号转导通路中1个ARF和2个CRE1基因表达显著下调，表达量较高，可能为燕麦在该通路中响应轻度干旱胁迫的基因；而重度干旱胁迫下，植物激素信号转导通路富集169个DEGs，其中生长素和脱落酸信号转导过程DEGs较多，分别占植物激素信号转导通路总DEGs的20.7%和15.9%；在8条激素信号转导过程中筛选出12个表达量较高的基因，可能为燕麦在该通路中响应重度干旱胁迫的关键基因。本研究将为今后燕麦抗旱基因的克隆和验证提供依据。     

盐生草HgNHX1基因在大麦株系中的功能验证

为了探讨盐和干旱环境胁迫对转盐生草液泡膜型Na⁺/H⁺逆向转运蛋白基因HgNHX1大麦幼苗生长及抗逆性生理指标的影响,以转HgNHX1基因大麦及野生型株系为材料,分析盐(150 mmol· L^-1 NaCl)和自然干旱环境下转基因大麦幼苗的生长特性及生理指标的变化。结果表明,在盐胁迫条件下,随着胁迫时间的延长,转基因株系中HgNHX1 基因相对表达量逐渐上升;干旱胁迫条件下,转基因株系中HgNHX1 基因相对表达量呈先上升后下降的趋势,在处理3 d时达到最高。且在胁迫处理的三个不同时间点,转基因株系的相对含水量和游离脯胺酸含量均高于野生型株系,而相对电导率和丙二醛含量均低于野生型株系。这些结果说明,转基因株系中HgNHX1基因能够应答盐和干旱胁迫,具有提高大麦耐盐、抗旱性的功能。     

小麦近等基因系幼穗二棱期转录组分析

抽穗期是与小麦适应性直接相关的一个很重要的性状,直接或间接影响小麦的产量和抗性。为明确控制抽穗期的关键表达基因,以抽穗期分别为196d和184d的小麦近等基因系Y57和96-2为材料,对其二棱期幼穗分别构建转录组测序文库,利用Illumina HiSeq 2500平台进行RNA-seq测序;将获得的clean read与中国春参考序列比对,得到unique read,采用FPKM法计算基因表达量,对差异表达基因进行功能注释、GO和COG功能分类以及KEGG通路分析。结果表明,供试材料经过测序获得质量不低于30的碱基比例(Q30)均高于85.5%;Y57和96-2分别有60 246 194和60 963 580条clean read,其中63.11%和69.51%能与参考基因组序列匹配。共筛选到395个差异表达基因,有382个基因得到功能注释;有298个基因获得GO功能注释,主要涉及细胞组分、结合、细胞反应和代谢过程;COG注释的基因主要涉及一般功能、信号转导机制和转录;KEGG功能注释分析发现,显著富集在光合作用-天线蛋白通路上的基因均上调表达。编码丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶2A的基因在Y57中几乎不表达,而在96-2中表达量较高。进一步分析发现,多个与生长发育、抽穗开花相关的转录因子在两个材料中的表达差异显著。此结果可为深入研究抽穗期相关基因和穗发育调控机制奠定基础。     

软腐病菌侵染下菜心叶片的转录组分析

为探讨软腐病菌侵染下菜心转录组功能基因信息,采用BGISEQ-500高通量测序技术对软腐病菌侵染下菜心叶片进行转录组测序,平均每个样获得47.27 M clean reads,Q20值均大于95%,共检测到表达的Unigene为36 760个,其中已知的有35 327个,预测新Unigene有1 433个;共检测出19 549个新转录本,其长度主要集中在300~2000 nt。功能注释结果显示,有32 047个Unigene在Nr数据库获得注释,其中注释到芸薹属白菜上的Unigene最多;GO功能共注释到12 588个Unigene;KEGG数据库注释到18 583个Unigene,涉及到137个代谢通路。共获得21 776个组间差异表达基因（differential expression genes, DEGs）,其中对照与发病前期组间的DEGs有15 007个,6 137个上调表达,8 870个下调表达;发病前期与发病中期组间DEGs有13 118个,10 278个上调表达,2 840个下调表达;发病中期与发病后期组间DEGs有11 293个,1 790个上调表达,9 503个下调表达。DEGs的Ven图分析显示5 110个基因在每组间均存在差异,DEGs功能分析显示DEGs参与泛素蛋白降解途径、过氧化物酶体途径、光合碳固定途径、糖酵解途径等多种生命活动。本研究结果为深入开展菜心抗软腐病基因组学和分子生物学研究奠定基础。     

烟草疫霉侵染前后剑麻叶片转录组学研究

为克隆剑麻受斑马纹病病原菌烟草疫霉侵染后的应答基因,以病原菌侵染前后的剑麻H.11648叶片为材料,构建剑麻转录组Unigene数据库;组装得到非冗余Unigene 131 422个,其中,500~1 000 bp的Unigene占总数65.39%,Unigene的数量随其长度递减。GO分类分析发现:在得到的所有Unigene中,注释到生物过程的基因最多(152 835);细胞组分其次(129 197);参与分子功能的最少(47 420)。KEGG代谢通路分析将剑麻转录组unigene分成128类,其中,参与生化代谢通路的Unigene最多,有9 354个,占总数27.09%;参与植物-病原互作代谢通路的基因有1 795个,占总数5.2%。基因表达丰度RPKM值显示上调基因9 415个,下调基因28 980个,其中参与病原互作的基因占680个。     

Salinity stress and sodium-potassium interactions in micropropagated potatoes

Summary Increased potassium (K) fertilization of saline soils has been implicated in alleviating salt stress in plants. We examined whether varying K concentrations in Murashige & Skoog (MS: 1962) basal medium could affect salt (NaCl) stress in micropropagated potatoes. Plantlets of cvs Sierra and Russet Burbank were evaluated after 1 month of growth in a medium containing 0. 40, or 80 mM NaCl and 6,20, or 30 mMK. The medium K was adjusted using KNO₃ while total nitrogen was kept constant using NH₄NO₃. Growth parameters were less affected in Sierra than Russet Burbank, and roots were less affected than shoots, as the medium salinity increased. Tissue Na levels were greater when the medium K was 6 mM compared with 20 mM MS control. The medium K concentration 50% greater than MS control did not promote growth and did not limit tissue Na levels. While this should be confirmed by field assessment, our results suggest that while K deficiency promotes salt damage, its addition beyond the usual fertilizer recommendations is not beneficial in alleviating salinity stress.     

小麦钾离子通道蛋白基因TaAKT1的功能分析

小麦AKT1具有钾离子转运功能。为了给小麦钾离子吸收转运机制的研究提供参考,本研究从普通小麦品种石4185中扩增得到TaAKT1基因,其编码区序列全长2 694bp,生物信息学分析表明,TaAKT1蛋白包含897个氨基酸,相对分子质量为100.92kDa,具有钾离子通道蛋白的特征序列TxxTxGYGD。多序列比对发现,TaAKT1蛋白与大麦HvAKT1蛋白的进化关系最近,相似性达97.22%。利用qRT-PCR分析发现,在正常条件下TaAKT1基因在小麦根部表达量约为叶片中表达量的5倍,低钾环境下TaAKT1的表达量在小麦根部明显上调,叶部的表达量无明显变化。利用酵母功能互补实验发现,转TaAKT1基因的酵母在含有5mmol·L~(-1) KCl的AP培养基上正常生长,而转空载体的酵母长势受到抑制,说明TaAKT1具有钾离子转运功能。同时转TaAKT1基因与TaCIPK23基因的酵母能在含60μmol·L~(-1) KCl的AP培养基上生长,而转空载体与转TaAKT1基因的酵母菌株均不能生长,说明TaCIPK23可以增强TaAKT1的钾离子吸收能力。     

乌拉尔图小麦WOX基因的克隆与表达分析

WOX基因家族是一类植物特有的转录因子基因家族,在植物的生长发育过程发挥重要作用。本研究通过同源克隆的方法,得到乌拉尔图小麦(Triticum urartu)WOX基因家族的6个成员: TuWOX1、 TuWOX2、 TuWOX3、 TuWOX4、 TuWOX5和 TuWOX3a。生物信息学分析表明, TuWOX2、 TuWOX3和 TuWOX3a属于WUS支/进化支, TuWOX4属于古老支, TuWOX5属于中间支。除这三个分支外, TuWOX1自成一支,说明在乌拉尔图小麦中可能出现了不同功能的WOX家族基因。利用qRT-PCR技术对得到的WOX基因在乌拉尔图小麦不同组织的表达模式以及幼苗在不同非生物胁迫处理下的表达情况进行了分析,结果表明,WOX基因在乌拉尔图小麦各组织中均有表达,但在不同组织中的表达量差异较大,说明WOX基因在不同的组织中发挥作用;非生物胁迫条件下WOX基因表达水平发生了变化,表明其可以响应外界的胁迫。     

青稞 HVA1和 blt4.9基因对模拟水分胁迫的响应差异及其在抗旱育种中的应用

为了解青稞 HVA1和 blt4.9基因在抗旱方面的作用及其差异,以青稞品种昆仑12号为材料,利用RT-PCR从8个候选内参基因( DHN1、 GAPDH、 Actin-1、 Actin-2、 18SrRNA-1、 18SrRNA-2、 TC139057和 PKABA)中筛选出在15%PEG模拟水分胁迫下表达稳定的基因,同时以筛选到的稳定表达的基因为参照,采用qRT-PCR技术研究青稞 HVA1基因和 blt4.9基因在模拟水分胁迫条件下的表达差异及在不同抗旱性青稞品种鉴定中的应用。结果表明:(1)筛选到1个在干旱胁迫下青稞叶片中能稳定表达的内参基因 TC139057;(2)在1%～30%PEG模拟干旱胁迫下,随着胁迫时间的延长,青稞 HVA1和 blt4.9基因表达量呈先增后降趋势,25%PEG处理下表达量最高,且在较低浓度PEG处理下基因表达量为 HVA1 blt4.9,而在较高浓度PEG处理下反之;(3)15%PEG处理1～144h,两基因表达量也呈先增后降趋势,胁迫48h后 HVA1基因表达量最高,胁迫96h后 blt4.9基因表达量最高,且处理前期基因表达量为 HVA1 blt4.9,后期反之;(4) 1～500μmol·L~(-1) ABA处理下,两基因表达量仍呈先增后降趋势, HVA1基因比 blt4.9基因敏感,且在较低ABA浓度下基因表达量为 HVA1 blt4.9,在较高浓度下反之;(5)获得转青稞 HVA1和 blt4.9基因拟南芥植株,其主要抗旱性生理指标优于野生型;且在较轻胁迫下,转 HVA1植株的生理指标优于转 blt4.9植株,而在较重胁迫处理下情况相反;(6)在模拟水分胁迫下,青稞叶片中两基因的表达量,抗旱性强的显著高于抗旱性弱的材料(P0.01),且较轻胁迫下 HVA1基因较敏感,反之 blt4.9基因敏感。本研究结果为 HVA1和 blt4.9基因在青稞抗旱育种中的应用奠定了基础。     

小麦BES1转录因子基因 TaBEH3的克隆及表达分析

BES1(油菜素内酯不敏感1-甲磺酸乙酯-抑制剂1)是一类植物特有的转录因子家族, TaBEH3基因是小麦 BES1基因家族成员之一,为进一步了解该基因的功能,以中国春为材料,克隆了 TaBEH3基因,将其3个同源基因分别命名为 TaBEH3-A、 TaBEH3-B和 TaBEH3-D。序列分析显示,3个同源基因均包含2个外显子,分别编码356、354和358个氨基酸,启动子区含有大量与植物生长发育、激素响应相关的顺式作用元件,其中,分生组织表达元件（CAT-box）和脱落酸响应元件（ABRE）在3个基因中普遍存在。系统进化树分析显示, TaBEH3基因在麦类作物中具有更近的亲缘关系。基于qRT-PCR进行的时空表达分析显示, TaBEH3基因在不同组织和不同器官间均有组成性表达,表明 TaBEH3基因在植物生长发育（特别是花器官的发育和形成）过程中具有重要的作用。 TaBEH3-A、 TaBEH3-B和 TaBEH3-D基因响应ABA激素胁迫处理,且3个基因的表达量变化趋势一致。     

玉米大斑病菌亲环素基因的克隆及表达规律分析

利用简并引物PCR结合RACE技术获得S. turcica中亲环素基因的全长,并通过Real-time PCR技术检测该基因在病菌侵染结构发育过程中的表达模式。结果表明,玉米大斑病菌亲环素基因开放阅读框全长1 125 bp,3′UTR 154 bp,5′UTR 93 bp,编码374个氨基酸,将此基因命名为CyPs1,并将其cDNA序列提交GenBank,获得登录号EU679371.1,Protein ID为ACD62431.1。系统发育树分析显示,CyPs1与玉米小斑病菌(Bipolaris maydis)、蓝莓枯枝病菌(Neofusicoccum parvum)等物种的亲环素同源性可达到90%以上。该基因在病菌分生孢子萌发、附着胞形成及侵染阶段均有表达,至附着胞形成和侵染菌丝形成阶段,转录水平分别升至分生孢子时期的2倍和3倍。     

狗牙根对铝胁迫响应及临界浓度的研究

以狗牙根为研究对象,利用水培法进行耐铝鉴定,初步研究不同铝浓度胁迫对狗牙根叶色、耐铝指数、坪用质量、枯黄率、相对地上部干重、相对根系干重的影响。结果表明,在250、500、750、1 000、1 250μmol/L铝浓度处理下,狗牙根受胁迫影响较小,不同浓度处理之间差异不明显。在1 500、1 750、2 000、2 250μmol/L铝浓度处理下,狗牙根随着胁迫时间的增长,叶色、均一性逐渐降低。在2 500、2 750、3 000、3 250、3 500μmol/L铝浓度处理下,狗牙根受胁迫影响较大,叶色、均一性明显降低,与对照相比表现出显著差异或极显著差异。通过建立回归方程,以狗牙根耐铝指数下降到60%作为狗牙根存活临界铝离子浓度,求得狗牙根致死临界铝浓度为2 520μmol/L。     

基于生物信息学的小麦ALAD基因的鉴定和分析

5-氨基乙酰丙酸脱水酶(δ-aminoaevulinic acid dehydratase,ALAD)是生物体所有四吡咯化合物生物合成所必需的酶。为了给ALAD基因功能研究奠定基础,本研究根据模式植物拟南芥和水稻的ALAD基因序列,利用生物信息学手段对普通小麦ALAD基因进行鉴定和分析。结果表明,普通小麦有6个ALAD基因,其中TaALAD-A1、TaALAD-B1和TaALAD-D1基因位于第七同源群染色体长臂,而TaALAD-A2、TaALAD-B2和TaALAD-D2基因位于第六同源群染色体短臂。6个ALAD基因均含有保守的ALAD结构域,但系统发育分析中可分为2组。转录组数据表达分析结果显示,TaALAD-1基因在各个组织中的表达量均高于TaALAD-2,但两者在叶片中的表达量均最高。干旱胁迫对小麦TaALAD-1和TaALAD-2的表达几乎无影响;TaALAD-1的表达量在热胁迫1h下调,而在热胁迫6h时上调;热胁迫1h和6h对TaALAD-2的表达几乎无影响。通过小麦TILLING数据库分析,6个TaALAD基因都找到了数量不同的突变位点,其中一些突变位点为起始位点突变、无义突变、转录终止位点突变和剪切位点突变,可能影响该基因的功能。     

玉米PRC2基因在子粒发育过程中的表达分析

以玉米自交系昌7-2授粉后不同天数的玉米子粒为研究对象,通过实时荧光定量PCR技术,对玉米中3个Polycomb Repressive Complex 2基因(PRC2)Mez1(Maize enhancer of zeste 1)、Fie1(Fertilization independent endosperm 1)和Vef101(VEF family protein 101)在授粉后不同天数的表达情况进行研究。结果表明,Mez1、Fie1和Vef101在授粉后子粒发育不同阶段均有表达,Fie1在子粒发育过程中呈先上升后下降的趋势,授粉后10 d表达量最高,表明Fie1可能在子粒由胚胎形成到干物质积累的过渡时期发挥调控作用;Mez1在子粒发育过程中呈先下降后上升的趋势,授粉后10 d表达量最低,子粒发育后期表达量明显上升,表明Mez1可能在子粒淀粉积累过程中发挥调控作用;Vef101只在授粉后5 d的子粒中呈现高表达,其他时期表达量均较低,表明Vef101可能在玉米子粒发育早期胚胎形成过程中发挥调控作用。     

Effect of leaf age on photosynthesis,carbon transport and carbon allocation in potato plants

Summary Photosynthetic characteristics, carbon allocation and partitioning of newly-fixed¹⁴C among the various carbohydrate fractions were studied in leaves of potato plants (Solanum tuberosum L. cv. Désirée) of different ages. The higher photosynthetic rate of young leaves was associated with higher levels of starch and reducing sugars. After 24 hours, in young leaves the fixed¹⁴C had been partitioned mainly to the residue and starch fractions, while in older leaves there was an increase in partitioning to sucrose and reducing sugars. The activities of the various sink organs were found to be dependent upon their distance from the source leaf. Tuber activity, however, was affected similarly by all fully expanded leaves. Although young fully expanded leaves are thought to be the major source of assimilates for tuber growth, it seems that a vast potential for contributing to plant productivity and tuber yield lies also in the older leaves, which translocate most of their photoassimilates to the tubers.