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。     

海藻生物肥对草莓产量和品质的影响

为探究新型海藻生物肥对草莓产量和品质的影响,以红颜草莓为试验材料,对其叶面喷施不同浓度的新型海藻生物肥,以喷施清水为对照。喷施处理后,计算草莓产量,测定盛果期草莓可溶性固形物含量、可滴定酸、糖酸比、还原糖含量、硬度、抗坏血酸、总酚、花青素和类黄酮含量。结果表明,不同浓度海藻生物肥处理的草莓产量均有提升,其中在1 500倍海藻生物肥处理下,草莓果重、结果数和产量均极显著提高(P<0.01),分别较对照增加了42.96%、14.67%和63.93%。品质结果表明,1 500倍液海藻生物肥处理下,草莓的可溶性固形物含量、糖酸比、还原糖含量和硬度均达到最大值,且较对照均显著增加(P<0.05),高于市售2种海藻肥处理;低浓度(2 500~1 500倍)海藻生物肥对草莓抗氧化物质积累有促进作用,其中1 500倍海藻生物肥处理下,草莓Vc含量达到最大值,且较对照提高50.20%;在 2 500倍海藻生物肥处理下,花青素与类黄酮含量均极显著增加(P<0.01),较对照分别增加42.00%与30.56%,而高浓度(1 000~500倍)则抑制花青素与类黄酮的积累。综上,合理喷施新型海藻生物肥能提高草莓产量,提高抗氧化活性物质含量,改善草莓品质。本研究结果为新型海藻生物肥的规模化生产应用提供了理论依据。     

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GPAT生物信息学及表达差异分析

三羧酸甘油酯(TAG)是植物细胞中油脂的主要储存形式,甘油-3-磷酸酰基转移酶(GPAT)是TAG生物合成过程中的第1个限速酶。为探明三角褐指藻油脂含量变化与GPAT基因表达量之间的关系,本研究利用转录组测序结果设计引物,采用RT-PCR技术克隆了三角褐指藻GPAT的cDNA全长,并对其进行生物信息学分析;通过RT- qPCR研究不同光照强度和温度下三角褐指藻GPAT的表达差异及总脂含量。结果表明,三角褐指藻GPAT的cDNA全长序列为1 743 bp,含有1个长度为1 305 bp的ORF,编码434个氨基酸,含有3个保守序列区。保守结构域分析表明, 三角褐指藻GPAT属于LPLATs超家族,且具有GPAT特征性的酰基结合位点。系统进化分析表明,三角褐指藻GPAT与大洋洲海链藻的亲缘关系最近。RT- qPCR结果显示,随着光照强度和温度的提高,三角褐指藻GPAT表达量均呈先上升后下降的趋势,且在25℃、37.5 μmol·m^-2·s^-1时达到最大值,与藻体内总脂含量变化趋势一致;此外,GPAT表达量与总脂含量随着温度的变化呈显著正相关(r=0.980, P<0.05),推测三角褐指藻GPAT可能是三角褐指藻脂类代谢途径的关键基因。本研究为今后利用基因工程手段提高植物体内油脂含量提供了优质的基因资源,同时为进一步揭示三角褐指藻脂类物质合成的分子调控机制奠定了一定的理论基础。     

不同浓度海水对蔬菜种子萌发、生长及其品质的影响

以普通白菜品种改良京春绿、七宝青、上海抗热605及羽衣甘蓝品种东方绿嫩为试材,研究不同浓度海水(0~100%)对种子萌发、植株生长及其品质的影响。结果表明,供试的4种蔬菜中,改良京春绿耐盐能力最强,当相对海水浓度为40%~60%时,种子萌发率最高(100%),当相对海水浓度为80%时,种子萌发率仍达40%;当相对海水浓度为40%时,改良京春绿、七宝青、上海抗热605及东方绿嫩的可溶性蛋白质、VC、叶绿素(除上海抗热605外)和β-胡萝卜素含量均显著高于对照,可溶性蛋白质含量分别比对照提高了142.5%、99.2%、101.5%和117.5%,叶绿素含量分别比对照提高了59.0%、18.4%和16.8%,VC含量分别比对照提高了101.0%、75.9%、31.2%和5.2%,β-胡萝卜素含量分别比对照提高了77.8%、48.9%、77.5%和51.9%,表明一定浓度的海水可提高水培蔬菜的营养品质。     

紫色马铃薯查尔酮合成酶基因(CHS)的克隆及分析

【目的】从紫色马铃薯中克隆CHS的cDNA全长序列,并分析其组织表达水平以及诱导剂处理后基因的表达与花青素含量积累之间的关系。【方法】采用RT-PCR和RACE方法克隆紫色马铃薯CHS的cDNA全长序列,通过在线软件进行核苷酸序列和氨基酸序列分析,半定量RT-PCR检测StCHS在紫色马铃薯组织中的表达特异性以及蔗糖和赤霉素处理后StCHS的表达。采用分光光度计法测定紫色马铃薯花青素含量。【结果】克隆获得紫色马铃薯CHS的cDNA全长1 490 bp,包含1 170 bp的ORF,该基因编码389个氨基酸。推测StCHS蛋白含有Cys164、Phe215、His303和Asn336 4个活性位点,构成CHS蛋白的催化中心。StCHS的表达具有组织特异性,在茎、叶柄和叶中表达较强,在根、块茎和叶轴中几乎检测不到CHS的表达。赤霉素能促进CHS的表达从而促进花青素的积累;蔗糖能够显著促进紫色马铃薯花青素的积累,但对CHS的表达影响不明显。【结论】从紫色马铃薯中克隆获得CHS的cDNA全长序列,该基因表达具有组织特异性,StCHS是紫色马铃薯花青素合成途径中的一个限速酶基因。     

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。     

绿色杜氏藻香叶基焦磷酸合成酶基因(GPS)生物信息学与诱导表达分析

香叶基焦磷酸合成酶(GPS)在植物体内催化二甲烯丙基焦磷酸与异戊烯基焦磷酸结合成萜类化合物前香叶基香叶基焦磷酸(GPP)。为深入理解GPS蛋白在类胡萝卜素生物合成过程中的作用,本研究采用高通量测序方法获得绿色杜氏藻GPS基因(Gen Bank序号:KT751181)c DNA全长序列,并研究乙酰水杨酸(ASA)、硫酸铈铵(CAS)和花生四烯酸(AA)3种诱导子对绿色杜氏藻GPS基因表达的影响。测序结果表明,绿色杜氏藻GPS基因c DNA全长2 281 bp,开放阅读框为1 449 bp,编码463个氨基酸。绿色杜氏藻GPS蛋白的分子量为53 714.9,理论等电点(p I)为6.66,该蛋白分子呈亲水性,无信号肽和跨膜结构域。二级结构分析显示,该蛋白分子中螺旋结构占主导地位,占47.7%。系统进化树结果表明,绿色杜氏藻GPS蛋白与莱茵衣藻亲缘关系最相近。诱导表达分析显示,62.5 mg·L-1AA、0.2~0.8 mg·L-1ACS和10 mg·L-1ASA可极显著提高绿色杜氏藻GPS基因表达;同时,类胡萝卜素含量也极显著升高,这一结果表明GPS基因与类胡萝卜素合成有关,GPS基因可能通过控制GPP的去向,间接影响绿色杜氏藻类胡萝卜素合成。本研究结果为揭示藻类类胡萝卜素合成机理及利用代谢工程策略提高类胡萝卜素含量奠定了理论基础。