稻曲病菌交配型基因MAT1-2-1和MAT1-2-8的特性分析

 有性生殖在真菌的生活史和进化过程中具有重要作用,而交配型基因是控制有性生殖的关键因子。前期研究发现稻曲病菌(Villosiclava virens)MAT1-2型菌株中包含MAT1-2-1和MAT1-2-8两个交配型基因,但是它们如何调控稻曲病菌有性生殖依然不清楚。本文研究了它们在不同侵染和生长发育时期的表达模式和编码的蛋白结构特性。研究表明MAT1-2-1在侵染不同阶段一直下调表达;而MAT1-2-8在侵染早期(5 dpi)上调表达,在侵染后期下调表达。与营养菌丝阶段比较,MAT1-2-1和MAT1-2-8在有性发育过程菌核形成、菌核萌发、子座原基形成和子座成熟4个阶段的表达量都是下降的,在菌核形成阶段表达量最低。生物信息学分析显示MAT1-2-1和MAT1-2-8具有磷酸化位点,为非分泌蛋白,无明显的跨膜结构域。蛋白同源比对分析表明MAT1-2-1与香柱菌(Epichloë typhina)的MAT1-2-1同源性最高,而MAT1-2-8与绿僵菌(Metarhizium)的MBR_08192蛋白同源性最高。进一步研究发现MAT1-2-1和MAT1-2-8能够互作,并分别主要定位在细胞核和细胞基质中。通过质谱技术鉴定到MAT1-2-1的一些候选互作蛋白,如假定Ran交换因子Prp20/Pim1(KDB12229.1)、假定rRNA处理蛋白Ebp2(KDB12923.1)及组蛋白H1(KDB12711.1)等。因此,以上结果为研究稻曲病菌交配型基因MAT1-2-1和MAT1-2-8调控有性生殖的生物学功能奠定了基础。     

过表达ZmIBH1-1提高玉米苗期抗旱性

【目的】干旱是严重影响玉米生长发育进程的一个重要因素。挖掘玉米抗旱相关基因,通过转基因功能验证和转录组分析,解析关键基因在响应干旱胁迫过程中的分子调控机制,为抗旱分子育种和遗传改良提供理论依据。【方法】以玉米自交系B104（WT）为背景材料,利用农杆菌介导方法构建过表达ZmIBH1-1转基因株系（ZmIBH1-1-OE）;通过对转基因植株进行草铵膦抗性筛选、标记基因和目的基因PCR检测,以及运用实时荧光定量PCR检测目的基因的表达情况,鉴定阳性植株和株系;以WT和ZmIBH1-1-OE转基因株系为材料,通过干旱处理（20% PEG6000）,进行表型鉴定和耐旱生理生化指标测定,验证ZmIBH1-1的抗旱功能;通过对干旱胁迫下玉米4叶期转录组的比较分析,鉴定出差异表达的基因（differentially expressed genes,DEGs）;结合DAP-seq（DNA affinity purification sequencing）分析,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的下游靶基因,利用基因组可视化软件IGV（integrative genomics viewer）分析ZmIBH1-1蛋白结合候选靶基因的位置,然后通过Dual-Luciferase试验验证ZmIBH1-1蛋白与靶基因的调控关系。【结果】通过玉米遗传转化获得12个转化事件;T₃代中,能同时检测到标记基因Bar和目的基因ZmIBH1-1的植株有458个,实时荧光定量PCR检测结果表明,ZmIBH1-1-OE中ZmIBH1-1的表达量显著高于WT,株系3和株系8表达量最高,将其自交获得T₄代转基因株系用于后续试验。在干旱胁迫条件下,ZmIBH1-1-OE株系存活率、叶片相对含水量、叶绿素含量、可溶性蛋白含量及其生理生化指标（超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性）均显著高于WT,说明玉米中过量表达ZmIBH1-1赋予玉米更高的耐旱性。转录组分析结果表明,WT与ZmIBH1-1-OE株系在干旱胁迫下有1 214个差异表达基因;Gene Ontology（GO）功能富集分析结果表明,差异表达基因主要涉及生物过程、细胞组分和分子功能,如在生物过程中主要涉及到光合作用、应激响应、脱水响应等;KEGG富集分析表明,差异表达基因主要参与植物激素信号传导、新陈代谢等过程。结合转录组显著差异表达基因和DAP-Seq分析所得到ZmIBH1-1蛋白的靶基因,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的11个候选靶基因,包括2个钙信号相关基因、3个半胱氨酸代谢相关基因、1个bHLH转录因子、1个应激响应蛋白、1个谷胱甘肽转移酶、1个氧化还原过程蛋白和2个乙烯响应因子;基因组可视化结果显示ZmIBH1-1蛋白可以结合靶基因启动子区;随后通过Dual-Luciferase试验进一步表明,ZmIBH1-1蛋白可以直接作用于11个候选靶基因,其中,ZmIBH1-1蛋白可以促进ZmCa-M、ZmSYCO、ZmbHLH54、ZmGlu-r1、ZmCLPB3和ZmP450-99A2的表达,抑制ZmAGD12、ZmCYS、ZmCYSB、ZmERF-107和ZmEIN3的表达。此外,在干旱胁迫下NAC、WRKY、MYB等转录因子在ZmIBH1-1-OE和WT株系中也存在差异表达。【结论】ZmIBH1-1的过表达可以增强玉米苗期的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控乙烯信号通路中的ZmERF-107和ZmEIN3的表达提高玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控钙信号相关基因ZmCa-M和ZmAGD12增强玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白可能通过间接调控NAC、WRKY、MYB等转录因子响应干旱胁迫。     

发根农杆菌介导的白花草木樨毛状根转化体系的建立

白花草木樨（Melilotus albus Medic.ex Desr.）是草木樨最常见的栽培用种之一，具有较强的抗逆性和固氮能力。为了开发一套高效的草木樨转化体系，本研究以白花草木樨为材料，以结瘤基因MaROP6为目的基因，建立了发根农杆菌（Agrobacterium rhizogenes）介导的高效白花草木樨毛状根转化体系。结果表明：利用该方法可以在两周左右获得毛状根，其发生率可达78%，MaROP6基因的毛状根转化率可达70.8%。qRT-PCR鉴定结果表明，MaROP6转基因毛状根的平均相对表达量为对照的36.87倍。毛状根转化体系的建立为白花草木樨基因功能的验证奠定了基础。     

根系修剪对枳生长及相关基因表达的影响

以枳实生苗为试验材料,通过两年重复试验分析了不切除主根、切除1/3主根、切除1/2主根、切除2/3主根等4个不同水平根系修剪处理下枳实生苗生长发育、根系构型和营养吸收的情况,并检测了不同水平根系修剪处理对侧根发育关键基因表达量的影响。结果表明,切除1/2主根处理增加了枳实生苗的株高、茎粗、地上部鲜重和根系鲜重,改善了根系构型参数(侧根数、总根长、根表面积和平均长度),增加了根系P、K、Ca、B、Fe、Na和Zn等营养元素含量。另外,实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测发现,根系修剪处理诱导了侧根发育关键基因HOX1和CYP2的积累,并抑制了IAA11和IAA13的表达。综上所述,适度根系修剪可能通过诱导HOX1、CYP2基因的上调和IAA11、IAA13基因的下调来调控枳实生苗侧根的生长发育,改善根系构型,从而提高枳实生苗对营养元素的吸收能力及植株的生长发育。     

滞绿突变对大豆叶片蔗糖代谢相关基因表达的影响

为研究大豆滞绿突变对叶片衰老过程中蔗糖代谢相关基因表达产生的影响，以晋大滞绿1号及其亲本晋大74号为试验材料，测定了大豆开花后至成熟期间叶片可溶性糖含量的变化趋势，并对比了不同基因型大豆品种叶片衰老过程中蔗糖代谢相关基因的表达差异。结果表明:1)花后至成熟期间，2个供试大豆品种可溶性总糖含量均呈波动升高然后降低的变化趋势。花后14至42天，晋大滞绿1号可溶性总糖含量高于晋大74号；2)花后29至42天，晋大滞绿1号蔗糖磷酸合成酶基因SPS4，转化酶基因CInv、CWInv2以及蔗糖合酶基因SS1、SS2-2表达水平显著高于非滞绿品种晋大74号；己糖激酶和果糖激酶基因Hxk和Frk表达量也高于非滞绿品种晋大74号；3)除 SUT4-1外，其余6个蔗糖转运体基因SUTs的表达模式具有明显的品种特异性。花后29至42天，晋大滞绿1号叶片SUTs表达水平较高。综上，滞绿突变对于大豆蔗糖代谢相关基因的表达产生了明显的影响，特别是在鼓粒初期和中期等大豆籽粒形成的关键时期，滞绿品种晋大滞绿1号蔗糖代谢相关基因的表达更加活跃。     

小球藻遗传转化技术研究进展

小球藻( Chlorella )是一种单细胞真核藻类,属绿藻门、绿藻纲、绿球藻目、小球藻科、小球藻属 [1] 。作为最早开发的真核微藻之一,具有高营养价值、生长快速、结构简单、易工业化集成等显著优点。其细胞形态为球形或椭圆形,直径3~12 μm,呈单生或聚集成群状生长 [2] ,分布广泛,多见于淡水、咸水和土壤中。作为地球上最早的生命之一,小球藻基因比较稳定,至今未见有关其基因自发突变的报道。因其富含蛋白质、脂质、维生素、活性代谢产物等多种营养物质而被公认为具有高附加值和医疗保健作用,已经被广泛应用于保健食品 [3] 、水产养殖 [4] 、生物能源 [5] 等方面,关于小球藻生物技术的研究主要集中在基因组学 [6] 、分子遗传学 [7] 、代谢机理 [8] 、大规模培养 [9] 等方向。     

Expression of Anti-Lipopolysaccharide Factor Isoform 3 in Chlamydomonas reinhardtii Showing High Antimicrobial Activity

Antimicrobial peptides are a class of proteins with antibacterial functions. In this study, the anti-lipopolysaccharide factor isoform 3 gene (ALFPm3), encoding an antimicrobial peptide from Penaeus monodon with a super activity was expressed in Chlamydomonas reinhardtii, which would develop a microalga strain that can be used for the antimicrobial peptide production. To construct the expression cluster, namely pH2A-Pm3, the codon optimized ALFPm3 gene was fused with the ble reporter by 2A peptide and inserted into pH124 vector. The glass-bead method was performed to transform pH2A-Pm3 into C. reinhardtii CC-849. In addition to 8 μg/mL zeocin resistance selection, the C. reinhardtii transformants were further confirmed by genomic PCR and RT-PCR. Western blot analysis showed that the C. reinhardtii-derived ALFPm3 (cALFPm3) was successfully expressed in C. reinhardtii transformants and accounted for 0.35% of the total soluble protein (TSP). Furthermore, the results of antibacterial assay revealed that the cALFPm3 could significantly inhibit the growth of a variety of bacteria, including both Gram-negative bacteria and Gram-positive bacteria at a concentration of 0.77 μM. Especially, the inhibition could last longer than 24 h, which performed better than ampicillin. Hence, this study successfully developed a transgenic C. reinhardtii strain, which can produce the active ALFPm3 driven from P. monodon, providing a potential strategy to use C. reinhardtii as the cell factory to produce antimicrobial peptides.     

甜菜BvGSTU9基因的生物信息学及在镉胁迫下的表达分析

为了进一步研究甜菜谷胱甘肽转移酶BvGSTU9 (LOC104894060)在重金属胁迫过程中的功能。本研究以‘780016B/12优’为实验材料,对该基因序列特征、结构、功能进行预测分析,并利用qPCR检测该基因在不同浓度镉胁迫下的表达量变化。结果显示甜菜BvGSTU9基因全长925 bp,开放阅读框675 bp,编码了由224个氨基酸组成的不稳定膜外蛋白。BvGSTU9与菠菜、藜麦的氨基酸序列相似性较高,与系统发育进化树分析结果基本相符。二级和三级结构预测表明该基因主要由α-螺旋、β-折叠、延伸链及无规则卷曲组成。qPCR显示BvGSTU9基因在不同浓度的镉胁迫下均受到不同程度的诱导,因此可以推断甜菜BvGSTU9基因无论从结构还是功能上,与镉逆境胁迫存在着一定的应答关系。研究结果也为甜菜耐重金属镉机制研究提供参考依据。     

生态文明教育系统:一个亟待完善的服务系统

生态文明教育是形成生态意识和生态行为的重要途径,是影响生态文明建设进程的重要因素。理想的生态文明教育系统是包含家庭教育、学校教育、企业教育和社会教育四大分系统在内的、拥有完整功能和流程的服务系统;各分系统在时间维度上相互衔接、在空间维度上相互独立,并在不同时空发挥各自的作用。但现行的生态文明教育系统尚未意识到其服务属性,在自我定位、系统设计和流程安排上仍按照传统教育模式进行,不利于形成节约资源和保护环境的生态意识和生态行为。因此,提出重新设计从受教者角度出发、以产生生态行为为根本目的的生态文明教育系统,是实现生态文明教育目标的有效途径。     

Metal leaching and toxicity of denitrifying woodchip bioreactor outflow—Potential reuse application

The denitrifying woodchip bioreactor is designed to remediate nitrate-rich water, including those produced from aquaculture effluents. Reuse of treated bioreactor outflows in recirculating aquaculture would offer considerable water savings and valuable alkalinity recuperation. However, such bioreactors may leach detrimental wood-bound contaminants, preventing outflow reuse. To determine water reuse potential, woodchip media from two hardwood species (white ash, Fraxinus americana; Norway maple, Acer platanoides) were evaluated for 206 d under a range of operating conditions (start-up, steady-state, reducing conditions, and drying-rewetting cycles) for a spectrum of potentially harmful dissolved contaminants. Aerated outflows also were evaluated for acute and chronic toxicity to the biologically sensitive invertebrate Ceriodaphnia dubia. Dissolved metal leaching subsided within the first few weeks of operation, though initial concentrations of copper and zinc were detected at concentrations of concern. Elevated concentrations of tannins-lignin and total ammonia nitrogen were detected throughout the study and were influenced by operational phase. Acute toxicity was not generally detected, though chronic toxicity was observed during drying-rewetting cycles in the maple outflows. The measured toxicity was not correlated with water chemistry, indicating an additive effect of several toxicants. Overall, significant differences in outflow water quality between ash and maple wood species were negligible. Results indicated that bioreactor outflows may be applicable for aquacultural reuse, though reusing outflows immediately following start-up or restarting after a dry period would not be recommended.