水曲柳TCP4转录因子克隆及胁迫和激素下的表达分析

TCP转录因子家族是植物特异的一类调控生长发育和逆境胁迫的重要转录因子。本文揭示了水曲柳FmTCP4在非生物胁迫及激素信号诱导调控的表达特征,为该基因在水曲柳中调控生长发育以及逆境胁迫响应功能的研究奠定基础。通过前期研究克隆获得了水曲柳TCP4基因序列,并命名为FmTCP4,应用生物信息学软件对水曲柳FmTCP4基因的分子结构特征进行了分析,利用4 ℃低温、盐(NaCl)以及干旱(PEG6000)进行非生物胁迫处理,利用脱落酸(ABA)和赤霉素(GA₃)进行激素信号诱导,分析FmTCP4基因的表达特征。生物信息学分析表明该基因全长1 251 bp,具有完整的开放阅读框,编码416个氨基酸。FmTCP4具有螺旋-环-螺旋结构,为亲水性的不稳定蛋白,不存在信号肽,具有跨膜能力,亚细胞定位预测存在于细胞核中,并在细胞质到细胞核的调控中起作用。同源序列比对结果表明,FmTCP4与芝麻、烟草等物种的同源蛋白序列相比具有很高的同源性。非生物胁迫处理后,FmTCP4的表达量随处理时间而改变,但其变化趋势不同,表明FmTCP4明显响应了这3种非生物胁迫。激素信号诱导结果表明,外源植物激素调控了FmTCP4基因的表达,基因表达量相对于对照组具有显著性差异。非生物胁迫和激素信号诱导下的基因表达分析表明,FmTCP4响应了寒冷、盐、干旱等非生物胁迫以及激素信号,说明其参与了植物的生长发育和逆境胁迫的平衡。      

A novel cold-inducible promoter,P<Emphasis Type="Italic">ThCAP</Emphasis> from <Emphasis Type="Italic">Tamarix hispida</Emphasis>, confers cold tolerance in transgenic <Emphasis Type="Italic">Arabidopsis thaliana</Emphasis>

Our previous studies have revealed that the ThCAP gene plays a vital role in transgenic Populus (P. davidiana × P. bolleana) in response to cold stress. However, the regulatory mechanism of ThCAP gene expression has been unclear. In this study, the 5′ flanking region of the ThCAP promoter (PThCAP) was cloned using a genome-walking method. By analyzing cis-acting regulatory elements of PThCAP, a DRE motif and MYC and MYB elements were found to be located in the promoter. To identify the regulatory elements that control the expression of the ThCAP gene promoter, a series of deletion derivatives of PThCAP, P1–P5, from the translation start code (?1538, ?1190, ?900, ?718 and ?375 bp), were fused to the GUS reporter gene, and then each deletion was stably introduced into Arabidopsis thaliana plants. Deletion analysis of the promoter suggested that only the P2 fragment had strong GUS expression in leaves and roots of A. thaliana exposed to low temperature stress. These results suggest that this 290-bp region (?1190 to ?900 bp), as an important part in PThCAP, was associated with cold tolerance of A. thaliana. Our results provide evidence for the regulatory mechanism of ThCAP gene involved in the response to cold stress, and that the gene is promising candidate gene for genetic improvement of crops.     

日本落叶松不同种源及家系生长性状变异分析

目的研究日本落叶松不同种源及家系生长性状变异,为日本落叶松遗传改良提供可靠依据。方法本文以4个种源的169个日本落叶松半同胞家系为材料,对不同树龄日本落叶松的树高和胸径进行方差分析、遗传参数分析、相关性分析以及家系选择。结果各指标在种源和家系间均达极显著差异水平(P＜0.01),各家系间的树高和胸径的表型变异系数(4.00%~37.37%和24.89%~26.48%)和遗传变异系数(1.94%~20.93%和8.93%~13.68%)均随树龄的增加而上升。树高和胸径的家系遗传力变化范围分别为0.881~0.972和0.877~0.879,单株遗传力变化范围分别为0.406~0.664和0.301~0.410。各性状变异系数及遗传力均属于较高水平,有利于优良家系的评价选择。相关分析表明种源内不同树龄树高和胸径相关性均达到极显著正相关。利用多性状综合评价法,以10%的入选率进行优良家系选择,17个入选家系的树高和胸径平均值分别为11.10 m和13.82 cm,现实增益分别为11.68%和17.98%,遗传增益分别为11.35%和15.80%。以5%的入选率进行优良家系内优良单株的选择,25个入选单株的树高和胸径平均值分别为12.58 m和17.72 cm,遗传增益分别为8.54%和12.50%。结论在本研究中,种源和家系间均存在丰富的变异,可以进行优良种源、家系和单株的选择,为建立改良种子园和二代种子园提供育种材料,也为日本落叶松的遗传改良提供理论依据。      

赤霉素GA_(4+7)处理下白桦无性系生长及差异基因表达分析

[目的]为研究赤霉素GA4+7对白桦生长的调控机制。[方法]试验利用1个白桦无性系的分株材料,连续2年分别叶面喷施浓度为0.2 g·L~(-1)(T1)、0.4 g·L~(-1)(T2)的GA4+7溶液,对实验苗木的生长情况进行跟踪调查,并对相应顶端生长组织进行转录组测序和差异基因分析。[结果]对2个年份的苗高、地径等性状分析发现,不同处理间苗高与地径的差异均达到显著或极显著水平,GA4+7对高生长有明显的促进作用,2年后的T2白桦苗高较CK提高了19.65%。于6月28日取GA4+7连续处理2年的白桦顶芽开展RNA-seq分析,结果显示:0.4 g·L~(-1)GA4+7(T2)处理与对照(CK)间的差异基因数量最多,即上调表达的基因有181个,下调表达的基因有55个,这些差异基因在叶绿体类囊体膜、红光、远红光及蓝光的细胞响应等方面富集明显。Pathway富集分析显示:氧化磷酸化途径与光合途径中的8条基因呈上调表达,认为施加0.4 g·L~(-1)GA4+7处理后,上述基因的上调表达加快电子传递进程、催化ATP的合成,从而促进白桦光合作用增强,提高苗期生长量。[结论]对白桦外源施加赤霉素GA4+7后,可上调氧化磷酸化途径和光合途径相关基因的表达,进而促进苗木的高和地径生长。研究结果可为白桦生长相关途径基因的克隆提供参考。     

杨树PtROP家族基因的表达分析与功能预测

[目的]为探究ROP基因在林木中的功能。[方法]本研究以杨树为模式,在全基因组水平上对ROP基因的家族成员、基因结构、保守结构域、氨基酸序列相似性及表达模式进行了分析。[结果]显示,杨树PtROP基因家族包含13个成员,不同成员间在进化上相对保守,均存在与GTP结合与水解相关的结构域。这些基因在不同组织、不同胁迫条件下的表达具有明显差异,说明它们参与不同的生物学过程。通过构建功能基因网络(functional gene network for poplar)发现PtROP基因主要参与了信号转导过程。[结论]杨树PtROP基因家族包含13个成员参与不同的生物学过程,可能主要参与了信号转导过程。     

落叶松体细胞胚萌发能力研究

[目的]研究落叶松体细胞胚萌发能力,为落叶松在应用方面规模化繁殖提供理论依据。[方法]以落叶松体胚性细胞系S287的成熟体细胞胚为材料,区分了落叶松体细胞胚的不同子叶形态;进行树脂切片及显微观察后,对其萌发能力进行了统计;并利用外源施用激素的方法研究了影响落叶松体胚再生成苗的重要因子。[结果]成熟的落叶松体细胞胚主要以四种形态存在,分别是正常子叶胚(NC≥4),裂生子叶胚(2NC4),杯状胚(NC=1)以及畸形胚。纵切结构观察显示前三种体胚都能发育出完整的SAM和RAM,萌发率依次为17.2%,12.4%和5.7%,而畸形胚不具有完整的SAM和RAM,在萌发培养基上不能生根,并很快死亡。针对萌发率低的现状,进一步施用不同浓度的GA3和IAA发现,只有2 mg·L-1IAA对落叶松体胚生根具有明显的促进作用,其萌发率达到了56%,且在后期存活率仍能保持较高水平。[结论]IAA在落叶松体细胞胚萌发中发挥重要的调控作用。     

Effects of environmental factors on seedling growth and anthocyanin content in <Emphasis Type="Italic">Betula</Emphasis> ‘Royal Frost’ leaves

Determining the influences of environmental factors on seedling growth and leaf color may improve our understanding of the chromogenic mechanisms in leaves and the biosynthesis of anthocyanin. To determine the optimum conditions for Betula ‘Royal Frost’ seedling cultivation, we assessed seedling growth and anthocyanin content under natural conditions. The temperature had a significant influence on height but not on radial growth. Between June and September, the anthocyanin content was significantly positively correlated with light intensity and air moisture and significantly negatively correlated with temperature. In single-factor experiments to determine the variation in anthocyanin content in the greenhouse, anthocyanin content increased with increasing soil water content and at first increased, then decreased with increasing pH of the irrigation water and temperature, but decreased with increasing light intensity. K₂SO₄ can increase the anthocyanin content. So to maintain leaf color, seedlings should be cultivated with < 200 μmol m^?2 s^?1 light intensity at 20 °C and soil moisture content between 60 and 90%, and the irrigation water should be neutral or alkaline. Additionally, spraying with K₂SO₄ can be beneficial.     

Growth variations and stability analyses of seven poplar clones at three sites in northeast China

Growth characteristics have complex inheritance patterns and genotype(G) by environment(E) interaction make predicting tree response to environmental changes difficult.In this study,the growth of seven poplar clones at three different sites was taken as the research focus,and heights and basal diameters were investigated in the second growing season.An ANOVA showed that all main effects,site,clone number and their interactions were highly significant in the overall F-tests.The coefficients of variation and repeatability of different traits ranged from 15.5 to 43.9%and from 0.549 to 0.912,respectively.AMMI(Additive Main Effects and Multiplicative Interaction) analysis results showed that genotype,environment and G × E interaction were significantly highly correlated.The stability analysis indicated that different clones showed different growth traits on different sites,which suggests that elite clones should be selected separately for different sites.Based on the growth traits,under a 10% selection rate,three clones were selected for different sites and the genetic gains of growth traits ranged from 4.7 to 11.2%.The three selected clones could be used to establish plantations in the future in different sites.     

楸树无性系对楸蠹野螟抗性的研究及评价

研究楸树无性系对梓属重要害虫楸蠹野螟的抗虫性,分析不同楸树无性系对楸蠹野螟抗性的差异,筛选合理的评价指标,初步建立楸树无性系对楸蠹野螟抗性的评价体系。在楸蠹野螟为害期,以排粪孔、虫瘿和羽化孔为主要依据,调查13个1年生和11个2年生楸树无性系的楸蠹野螟为害情况,并测量1年生楸树的株高和胸径,计算楸树的被害率、虫口密度、被害指数、相对生长量影响率和活力系数,并以此为指标评价和分析不同楸树无性系对楸蠹野螟的抗虫性及耐虫性。结果表明,调查的楸树无性系均受楸蠹野螟的为害,属易感品系,且8月和10月被害较重,但不同无性系间的抗性仍存在一定的差异。1年生楸树无性系中,9-1、8-11、1-3和63的虫口密度和被害指数相对较低,抗虫性较强,反之,2-7、19-01、1-4、1-1和5-8抗虫性较差。楸蠹野螟为害对楸树株高生长具有不同程度的抑制作用,但能刺激个别楸树无性系的胸径增长。63的相对生长量影响率最大,耐虫性最差,5-8、1-4和19-01次之;而6-7和2-7的相对胸径和相对株高生长量影响率最低（P<0.05）或较低,耐虫性最好,1-3、1-1和9-1次之。楸树的活力系数在不同无性系间虽有显著差异,但与被害程度无显著相关性。2年生楸树被楸蠹野螟为害较早,但抗虫性较1年生苗木有所提高,7月的被害率和被害指数最低,6月虫口密度最低,这3个指标的最高值多出现在8月和10月。5-8、128、63和4-1的被害水平处于最高或较高水平,对楸蠹野螟的易感性较强,抗虫性较差;反之9-1、2-8和19-27的抗虫性相对较强。8月和10月楸蠹野螟的为害较重,2年生楸树对楸蠹野螟的抗性较1年生有所提高,其中9-1的抗虫性和耐虫性都较强,而5-8的抗虫性和耐虫性都较弱。6月和8月是抗虫性调查的关键时期,被害指数和相对胸径生长影响量可以作为楸树无性系抗虫性和耐虫性评价的主要依据指标。     

杉木人工林土壤微生物对林分密度的响应

  目的  为研究不同密度杉木Cunninghamia lanceolata人工林土壤微生物对碳源的利用情况及土壤理化性质与微生物多样性的相关关系。  方法  运用Biolog微平板技术,对江西大岗山5种不同密度38年生杉木人工林（密度分别为1 667、3 333、5 000、6 667和10 000株·hm-2,造林前3 a抚育,后基本无人工干扰）土壤微生物的功能多样性进行研究,探讨了土壤微生物碳代谢对林分密度的响应及土壤理化性质与微生物碳代谢的关系。  结果  在杉木存活密度为2 600~4 600株·hm-2时,反映土壤微生物代谢功能多样性的平均颜色变化率较高。该密度范围下土壤微生物多样性高,适合有机质的分解和养分的转化与积累;不同密度杉木人工林土壤微生物对6种碳源的利用量不同,密度在2 600~4 600株·hm-2时,土壤微生物利用的主要碳源为糖类,其次为羧酸类和氨基酸类,但密度小于或超出这一范围时,土壤微生物对羧酸类的利用大于对糖类的利用;主成分分析结果显示:α-D-乳糖对土壤微生物的利用贡献最大,是杉木人工林中利用最多的物质;相关性分析结果显示:全氮和碱解氮与微生物多样性显著相关（P < 0.05）,是微生物利用碳源的决定性因素。  结论  综合考虑微生物碳代谢与土壤理化性质,符合杉木人工林可持续发展要求的理想林分密度为2 600株·hm-2。