基于SLAF-seq技术鉴定苹果砧木耐涝候选基因

【背景】苹果（Malus×domestica Borkh）是我国主要栽培果树树种之一,但部分苹果产区由于夏、秋季的大量集中降雨和排水不良等造成果园涝害频繁发生,导致苹果树叶片黄化、脱落,果实品质和产量下降。【目的】鉴定苹果耐涝相关基因,为苹果耐涝分子标记辅助育种和优质高产栽培提供依据。【方法】以耐涝苹果砧木G41和不耐涝苹果砧木新疆野苹果（M. sieverii (Ledeb) Roem.）及其构建的包含495个F₁杂交后代为材料,从F₁杂交群体中挑选出耐涝和不耐涝株系各50株,构建两个极端性状DNA混池,采用简化基因组测序（SLAF-seq）技术,开发SLAF标签和SNP标记,结合苹果基因组信息和遗传关联性分析,对苹果耐涝基因进行定位及候选基因预测,并对候选基因在耐涝差异的株系中进行淹水胁迫下的表达分析。【结果】以‘金冠’苹果为参考基因组,共开发119 072个SLAF标签,其中多态性SLAF有11 133个。通过序列分析和检测SNP位点,共获得6 237 071个SNP,其中高质量SNP有170 617个。通过ED和SNP-index方法关联分析,获得一个与耐涝性状紧密关联的候选区域,位于苹果第10号染色体1.94—3.25 Mb,关联区域大小为1.31 Mb,关联区域内包含120个基因。对该区域内基因进行功能注释,发现一个与呼吸代谢相关的基因—乙醇脱氢酶基因ADH1（MD10G1014500）,在淹水处理后1、2、4和6 d,该基因在耐涝植株中的表达量显著高于不耐涝植株。【结论】将苹果耐涝基因定位于第10号染色体1.94—3.25 Mb处,筛选到可能与苹果耐涝相关的候选基因MD10G1014500,可用于苹果耐涝基因的克隆和功能解析。     

外源ABA对苹果砧木叶片解剖结构 及内源激素含量的影响

通过光镜和透射电镜分别观察外源脱落酸（ABA）处理下楸子（Malus prunifolia）、平邑甜茶（M. hupehensis）和新疆野苹果（M. sieversii）叶片解剖结构及叶绿体超微结构的变化，利用扫描电镜和酶联免疫法分别研究ABA处理对叶片气孔特征及其内源激素含量的影响。结果表明：与对照相比，ABA处理下楸子、平邑甜茶和新疆野苹果的叶厚分别减少了7.93%、0.25%和0.81%，栅栏组织厚度分别减少了31.43%、8.53%和4.99%（P＜0.05），海绵组织厚度分别增加了10.34%、6.14%和5.63%（P＜0.05），叶肉组织结构疏松度（SR）分别增加了19.59%、6.55%和6.50%。ABA处理下楸子和平邑甜茶的栅栏组织/海绵组织厚度比值（P/S）及叶肉组织结构紧密度（CTR）较对照显著减少（P＜0.05），其中，P/S值分别下降37.86%和13.82%，CTR分别下降25.46%和8.29%，而新疆野苹果的P/S值和CTR下降但不显著。此外，ABA处理下楸子和平邑甜茶的上表皮细胞厚度较对照分别增加了5.82%和6.43%，新疆野苹果的较对照减少了26.23%（P＜0.05）；楸子和新疆野苹果的下表皮细胞厚度较对照增加了12.09%和14.21%（P＜0.05），平邑甜茶的较对照减少了12.56%。平邑甜茶和新疆野苹果叶片上下角质层厚度较对照显著增加（P＜0.05），而楸子的变化不显著。在ABA诱导下，3种砧木的气孔密度、气孔大小（长度×宽度）及其开口度和开张比均不同程度地下降，其中，楸子的较对照分别下降了3.62%、7.12%×19.59%、67.60%和86.66%，平邑甜茶的分别下降了3.50%、4.99%×20.65%、32.42%和58.24%，新疆野苹果的分别下降了8.54%、0.92%×12.06%、20.37%和16.35%。ABA处理下3种砧木叶片细胞中叶绿体的数量变少，类囊体结构排列疏松，叶绿体上的淀粉粒趋于变小。外施ABA使3种砧木叶片内源ABA和玉米素核苷（ZR）的含量极显著增加（P＜0.01），其中楸子ABA和ZR含量比对照分别增加30.83%和13.31%，平邑甜茶的分别增加62.40%和45.28%，而新疆野苹果的分别增加了37.07%和17.06%。楸子和新疆野苹果叶片的吲哚乙酸（IAA）和赤霉素（GA）含量无显著变化，而平邑甜茶叶片的IAA及GA含量比对照分别增加了62.62%和20.62%（P＜0.01）。总之，在ABA处理下，3种苹果砧木的叶片组织解剖结构和气孔特征都发生旱生性结构变化，叶肉细胞中淀粉粒趋于变小，叶片内源ABA和ZR水平增加显著，而IAA和GA水平变化因基因型不同而存在差异。     

猕猴桃GalUR表达与抗坏血酸积累的关系

 通过RT-PCR从美味猕猴桃（Actinidia deliciosa）果实中克隆了D–半乳糖醛酸还原酶（GalUR）全长 cDNA序列,并分析其序列特征,进行原核表达,制备特异抗体,分析其mRNA及蛋白表达水平与果实发育过程及不同组织中抗坏血酸（AsA）合成和积累的关系。结果表明：克隆的GalUR cDNA（GenBank登录号为GU339035）包含的最大开放阅读框（open reading frame,ORF）为990 bp,编码329个氨基酸残基,预测分子量为37 kD,与报道的草莓等其他植物GalUR具有较高的相似性。构建的pET-32a（＋）-GalUR载体在大肠杆菌BL21（E. coli BL21）中异源表达后,获得了主要以包涵体存在约58 kD的融合蛋白GalUR-His（His约21 kD）。以该蛋白制备抗体,与重组蛋白的Western杂交表明该抗体能与GalUR蛋白发生特异反应。对猕猴桃可溶性蛋白杂交显示,猕猴桃体内GalUR蛋白的分子量约37 kD。在猕猴桃不同组织和发育过程中,GalUR表达水平与AsA含量表现为高度一致,但前体饲喂发现,与L–半乳糖相比,D–半乳糖醛酸并不能有效促进猕猴桃AsA的合成。这些结果表明以单体形式存在的GalUR与猕猴桃AsA合成有着密切关系,但它可能并不是猕猴桃AsA积累的主要调控环节。     

苹果L-半乳糖-1-磷酸磷酸酶cDNA克隆及其表达

 【目的】了解苹果果实L-半乳糖-1-磷酸磷酸酶(L-galactose-1-phosphate phosphatase, GPP)基因的特性,探索苹果GPP基因表达特性及其与抗坏血酸(ascorbic acid,AsA)水平的关系。【方法】通过RT-PCR从苹果果实中克隆GPP 全长 cDNA,分析其序列特征,进行原核表达,制备GPP特异抗体,分析GPP mRNA及其蛋白表达水平与苹果不同组织AsA的关系。【结果】从‘嘎啦’苹果果实中克隆的GPP cDNA(GenBank登录号为 FJ752240)包含的最大开放阅读框(open reading frame,ORF)为813 bp,编码270个氨基酸残基,预测分子量为29 kD,该基因与其它植物报道的GPP基因具有较高的相似性,但与肌醇-1-磷酸磷酸酶基因差异较大。构建的pET-32a(＋)-GPP载体在大肠杆菌BL21(E. coli BL21)中异源表达后,获得主要以包涵体存在约50 kD的融合蛋白GPP-His(His约21 kD)。以该蛋白制备抗体,与重组蛋白的Western杂交表明该抗体能与GPP发生特异反应。对苹果可溶性蛋白杂交显示,苹果体内GPP蛋白约33 kD。在苹果不同组织中,GPP mRNA与蛋白质的相对表达水平与AsA含量存在明显的一致性。【结论】以单体形式存在的苹果GPP蛋白具有翻译后修饰特性,且该基因的表达在苹果AsA合成调控中可能起重要作用。     

反季节杧果花器官结构对胚胎败育的影响

[目的]研究反季节杧果花器官结构对胚胎败育的影响。[方法]观察反季节杧果生产中花器官和胚胎的结构,探索反季节杧果胚胎败育过程中"金煌"品种的细胞学结构变化,研究胚胎败育的细胞学机理。[结果]"金煌"雄蕊退化,花粉囊间发育差异十分显著,花粉囊小的花粉数量少,而花粉囊大的花粉数量多且发育至成熟,仅有少部分花粉囊的花粉退化,花粉生活力为76.9%。雌器官出现子房萎缩变形、胚珠横生现象;胚珠周围的输导组织断裂现象普遍;在胚囊8核期间,在同一或不同胚珠中出现极核细胞消失或者退化,反足细胞个别退化、助细胞个别或者全部退化的现象。[结论]以上因素都会影响胚珠受精,引起授粉受精不良。     

苹果PGIP基因部分家族成员启动子的克隆与功能分析

根据已发表的苹果基因组序列设计特异引物,克隆了苹果（Malus × domestica Borkh.）品种‘秦冠’和‘太平洋玫瑰’中PGIP家族基因PGIP1和PGIP2的启动子片段,序列分析结果表明PGIP1与PGIP2启动子序列相似度为71%,‘秦冠’和‘太平洋玫瑰’的PGIP1、PGIP2启动子相似度都达到了99%。两个品种PGIP1启动子中TATA-box和CAAT-box的数量明显多于PGIP2,PGIP1和PGIP2启动子分别存在茉莉酸甲酯和水杨酸响应元件,暗示PGIP1和PGIP2存在不同的抗病响应途径。构建了启动子︰︰GUS融合表达载体,通过对农杆菌介导法转化烟草叶片中的GUS活性分析,比较了不同启动子的活性。结果表明：PGIP1启动子活性在品种间差异不显著;PGIP2启动子活性在品种间差异显著,‘秦冠’是‘太平洋玫瑰’的2.37倍,可能与品种抗病性差异有关;同一品种中PGIP1启动子活性显著高于PGIP2。     

不同基因型柿果实抗氧化物成分分析

对不同基因型柿(Diospyros)果实抗氧化物成分中的总酚、总类黄酮、总黄烷醇及Vc含量进行测定分析发现,不同基因型柿果实之间总酚、总类黄酮、总黄烷醇及Vc含量存在很大差异。野生种君迁子的总酚、总类黄酮、总黄烷醇及Vc含量明显高于栽培种的含量;在栽培种中,涩柿品种的总酚、总类黄酮、总黄烷醇及Vc含量明显高于甜柿品种。相关性分析表明抗氧化活性物质总酚、总类黄酮及总黄烷醇的含量与各抗氧化能力间的相关性均达到显著性差异(TBARS和HRSA除外)。这说明柿果实中所含有的这些多酚类物质是柿果实抗氧化作用的重要因子之一。     

抗坏血酸过氧化物酶基因转化苹果的研究

利用根癌农杆菌介导法对"嘎啦"苹果叶片进行遗传转化,获得"嘎啦"苹果的转基因植株.2 d的预培养,OD600值约为0.6 的工程菌液浓度,侵染时间10 min,3 d的共培养,延迟筛选10 d获得较高的转化效率.PCR检测和Gus染色表明,APX基因已整合到苹果基因组中.     

苹果PGIP基因植物表达载体的构建及转化番茄的研究

为了验证苹果多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(PGIP)基因表达产物对植物病原真菌的作用,获得转基因植株,培育抗病新品种,本研究用限制性内切酶SalⅠ、BamHⅠ将已克隆的苹果PGIP基因从克隆载体pMD-18T上切下,定向插入到植物表达载体pWR306的ED35s启动子和TNOS终止子中间,成功构建了苹果PGIP基因植物表达载体pWR306-PGIP及工程农杆菌,以番茄中蔬四号叶片及茎段为受体,通过农杆菌介导法转化,获得了8株PCR检测阳性的番茄植株.