菠萝酸性转化酶基因家族初步生物信息学及表达分析

酸性转化酶（acid invertase, AIN）在菠萝采后蔗糖降解过程中起着重要作用,基于菠萝全基因组数据库,预测菠萝AIN家族基因并进行生物信息学分析,解析其在采后菠萝不同贮藏温度下的表达变化情况,为阐明AIN基因在采后菠萝果实贮藏特性中的作用奠定基础。以水稻AIN家族基因为探针,在菠萝全基因组中鉴定到2个菠萝细胞壁酸性转化酶基因（cell wall acid invertase, CWIN）和2个液泡酸性转化酶基因（vacuolar acid invertase, VIN）,分别命名为AcCWIN1、AcCWIN2、AcVIN1、AcVIN2,设计编码区引物进行测序验证,并进行生物信息学分析。进化分析结果表明,AcCWIN1、AcCWIN2和AcVIN1、AcVIN2蛋白分别归于细胞壁酸性转化酶和液泡酸性转化酶2个进化支上,且均属于糖基水解酶家族GH32,基因结构、保守域和保守基序均一致。荧光定量分析结果表明,菠萝果肉中AcVIN1和AcVIN2在果实采后贮藏过程中表达量升高,且AcVIN1在发生黑心病的部位大量表达,而AcCWIN1和AcCWIN2在采后贮藏过程中表达量逐渐降低,且随着贮藏温度的升高其表达量降低,预示AcVIN1、AcVIN2较AcCWIN1、AcCWIN2在菠萝采后蔗糖降解和黑心病的发生方面发挥着更为重要的作用。     

植物液泡膜H+-ATPase和H+-PPase研究进展

植物液泡膜 ATP 酶（H+-ATPase）和液泡膜焦磷酸酶（H+-PPase）是液泡膜上两个含量丰富的蛋白，其功能的正常发挥在植物生长发育过程中扮演着重要角色。液泡膜 H+-ATPase 和 H+-PPase 水解底物释放能量，同时产生大量 H+由胞质泵入液泡内，形成细胞质与液泡间的 H+ 电化学势梯度，为多种溶质分子的跨膜主动运输提供驱动力，维持细胞内的离子稳态和渗透平衡，为细胞内各种生理生化反应的正常运行提供保障。此外，液泡作为植物细胞离子养分的储存库，其膜上 H+-ATPase 和 H+-PPase 能够通过改变其活性来调控硝酸盐在胞质和液泡间的分配比例，进而影响植物的氮素利用效率。在逆境胁迫条件下，提高液泡膜 H+-ATPase 和 H+-PPase 的活性有利于提高植株对逆境的适应能力，从而减少逆境胁迫对植株生长发育造成的不利影响。介绍了植物液泡膜 H+-ATPase 和 H+-PPase 的结构特征及其在植物生长发育过程中的生理功能，并对其在植物抵御非生物逆境胁迫过程中发挥的重要作用进行阐述，为进一步提高作物的氮素利用率及逆境适应能力提供方向。     

Effects of late planting on fiber quality and within-boll yield components as mediated by sucrose metabolism in cotton bolls

ABSTRACT

The objective of this study was to examine the effect of late planting on sucrose metabolism in cotton bolls and the relationship to fiber properties and within-boll yield components. Two cotton lines A201 and A705 were employed in a sowing date experiment where two temperature regimes during boll maturation period were created at mean daily temperature of 26.8°C, 28.3°C for early planting and 25.2°C, 23.1°C for late planting in 2016 and 2017, respectively. Boll size, seed mass per boll, seed index and fiber length were increased, and lint percentage was decreased by late planting. Greater cell wall invertase activity and the resultant hexose concentration in fibers were observed in late planting, and thus led to decreased osmotic potential accounting for the enhanced fiber length. Similarly, late planting increased the maximum of vacuolar invertase activity in ovules occurring at 5 days post anthesis (DPA) and hexose concentrations in embryos from 10 DPA afterwards which may favor embryo cell division, and thus increase final seed size. Our data indicate that acid invertase and hexose are implicated in the formation of within-boll yield components and fiber properties as affected by the lower temperature regime due to late planting.     

尕海湿地区沼泽草甸退化对土壤氮转化酶活性的影响

为探讨高寒湿地退化对土壤氮转化酶活性的影响,以青藏高原东缘尕海湿地未退化（ND）、轻度退化（LD）、中度退化（MD）和重度退化（HD）4种不同退化程度0~40 cm土层沼泽草甸为研究对象,研究不同退化与土层中土壤氮转化酶（蛋白酶、脲酶、硝酸还原酶和亚硝酸还原酶）活性的变化特征及其与土壤理化性质之间的关系。结果表明：1）随沼泽草甸退化程度加剧,土壤含水量、全氮、铵态氮和微生物生物量氮含量均显著降低,土壤温度与硝态氮含量却显著增加。2）随退化程度加剧,各土层土壤脲酶活性增加、蛋白酶活性降低,且仅在20~40 cm土层存在显著差异;硝酸还原酶活性增加、亚硝酸还原酶活性降低,在0~20 cm土层存在显著差异。3）各退化程度中,土壤脲酶、蛋白酶、亚硝酸还原酶活性均随土层深度的增加而显著下降,硝酸还原酶活性仅在HD显著下降。4）退化程度和土层对4种土壤氮转化酶活性均存在显著影响,且对土壤硝酸酶和亚硝酸还原酶活性存在显著交互作用。5）冗余分析表明土壤含水量对土壤氮转化酶活性变化的贡献率高达67.1%,其是驱动尕海沼泽草甸退化演替过程中土壤氮转化酶活性变化的主导因素。研究结果可为高寒湿地生态系统退化中的土壤酶活性变化规律提供理论依据。     

蔗糖转化酶家族基因进化、表达及对草莓果实糖分积累的影响

在草莓蔗糖碱性/中性转化酶家族基因(Fa.A/N-Inv)成员序列分析的基础上,以‘申阳’和‘红颜’草莓为材料,利用实时定量PCR技术分析了Fa.A/N-Inv家族基因在不同条件下的表达模式,利用分光光度法测定了果实发育过程中A/N-Inv酶活性,利用高效液相色谱法分析了果实发育阶段糖分积累规律。结果表明:(1)Fa.A/N-Inv是由8个成员组成的多基因家族;(2)4个Fa.A/N-Invs不仅具有组织特异性,还具有果实发育阶段特异性和品种特异性表达特点;(3)4个Fa.A/N-Invs的表达受细胞分裂素(BA)、赤霉素(GA)和生长素(IAA)诱导;(4)蔗糖和葡萄糖作为A/N-Inv酶促反应的底物和产物,分别对4个Fa.A/N-Invs转录表达起正、负反馈调节作用,此外蔗糖还可作为一种信号分子诱导Fa.A/N-Invs表达;(5)‘申阳’草莓A/N-Inv酶活性在绿果阶段低于‘红颜’,其余阶段均高于‘红颜’;(6)成熟果实中蔗糖含量‘红颜’(50.7 mg·g~(-1) FW)约为‘申阳’(23.2 mg·g~(-1) FW)的2倍。     

芒果中性/碱性转化酶MiNI基因的克隆与表达分析

采用RT-PCR技术克隆了1个编码NI基因的cDNA序列,命名为MiNI基因,并对不同来源的中性/碱性转化酶的分子特征及系统进化进行比较分析。结果表明：MiNI基因开放阅读框为2034 bp,编码677个氨基酸,相对分子量为76.6 kDa,理论等电点为6.24;生物信息学分析结果显示,NI二级结构α螺旋占38.85%,无规则卷曲占35.45%,伸展链占18.91%,β折叠占6.79%;MiNI具有glycoside hydrolase family 100结构保守域,与克里曼丁桔、龙眼、巴西橡胶树和番木瓜都具有一致的motif位点;MiNI基因编码的氨基酸序列与克里曼丁桔、龙眼氨基酸序列同源性最高;构建NI系统进化树分析表明,与芒果遗传距离最近的是克里曼丁桔,最远的是玉米和枸杞。qRT-PCR分析显示,果皮MiNI基因表达量远高于果肉;花后10~40 d,果皮MiNI基因表达量显著下降;花后40~100 d,果皮MiNI基因表达量维持在一个相对稳定水平;花后100~130 d,随着果实成熟,果皮MiNI基因表达量又显著上升;而花后10~40 d,果肉MiNI基因表达量显著下降,至果实发育后期果肉MiNI基因表达量始终处于极低水平。该研究为进一步了解MiNI基因在芒果果实蔗糖代谢过程中的作用以及从分子角度阐明芒果糖代谢机理奠定理论和技术基础。     

Comparison of Salt and Drought‐Stress Effects on Maize Growth and Yield Formation with Regard to Acid Invertase Activity in the Kernels

The long‐term effects of salt stress (11 dS m^?1) and drought stress (35 % WHC) were investigated for two maize genotypes, focusing on the relation between metabolic changes around the time of pollination and the impact on yield determinants at maturity. The relatively salt‐resistant hybrid Pioneer 3906 and the relatively drought‐resistant hybrid Fabregas were compared. The experiments were conducted in large plastic containers in a vegetation hall in two consecutive years (2011 and 2012). Plant height and leaf area were significantly reduced under both stress conditions. The transpiration rate was only slightly reduced under drought stress; but under salt stress, a significant reduction occurred 40–53 days after sowing. As a significant increase in sucrose concentrations was observed in the salt‐treated maize kernels 2 days after pollination, the availability of assimilates was not limiting and the plants could afford to save water by reduced stomatal opening. Although under both stress conditions the soluble acid invertase activity was reduced 2 days after pollination, concomitantly, an increase in hexose concentrations was observed. Thus, in these experiments, the delivery of hexoses by acid invertase activity did not limit kernel development. Differences in grain yield at maturity between salt and drought stress were most likely caused by salt‐specific effects (Na⁺ toxicity), Fabregas being more affected than Pioneer 3906.     

鲜黄梨果实糖积累及山梨醇转化相关酶活性的变化

对鲜黄梨果实发育中糖积累及山梨醇转化相关酶活性的变化进行了研究。结果表明:果实发育前期以积累山梨醇和淀粉为主,后期以积累果糖为主。果实整个发育过程中,葡萄糖、果糖、蔗糖、可溶性总糖含量逐渐增加,山梨醇和淀粉含量先增加后降低。山梨醇脱氢酶和山梨醇氧化酶在果实发育早中期活性逐渐增高,后期活性降低,但较前期高,两者共同对山梨醇的转化起调控作用。     

赤霉素对发育的大豆种子中同化物卸出和积累的影响

用微注射法将不同浓度的赤霉素 (GA3 )引入开花后 30 d的大豆种子幼胚的 2片子叶中间的质外体空间 ,同时给叶片饲喂 14 CO2 ,以种皮和子叶中放射性强度来比较分析 GA3 对同化物卸出的影响。分析了种皮和子叶中的酸性转化酶活性 ,发现 GA3 1× 10 -5mol.L-1使种皮中酸性转化酶活性提高而子叶中酶活性降低 ,从而促进种皮同化物的卸出和向子叶的分配。实验结果还表明 ,引入 GA3 影响了种子内源脱落酸 (ABA)水平 ,而且子叶中的 ABA含量变化和同化物积累相关 ,GA3 1× 10 -5mol.L-1使子叶中 ABA水平上升 ,伴随总糖、蔗糖和蛋白质的积累增加 ,GA3 1× 10 -4 mol.L-1却使 ABA水平下降 ,而且物质积累也减少     

黄土高原不同苹果园土壤酶、有机质、微生物及树体产量品质的调查研究

测定了黄土高原苹果主栽区洛川县6个苹果园土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶的活性、土壤有机质的含量和微生物数量,调查了6个果园土壤微生物的分布情况,并对土壤酶活性、土壤有机质含量、土壤微生物数量及与苹果品质的相关性进行了分析。结果表明:①6个果园三种土壤酶活性均随着土层剖面加深呈现下降趋势。在0~20 cm土层范围酶活性较高,20 cm土层以下开始迅速下降,之后趋势减缓。②6个果园土壤有机质含量较低,平均为0.945%。③不同树龄果园微生物总量的变化为:盛果期果园(15 a)>老龄期果园(20 a)>幼龄期果园(7 a),微生物类群数量的分布规律为:细菌>放线菌>真菌,其中细菌和真菌的数量相差100倍以上。不同树龄的果园随着土层的深入,土壤细菌、放线菌和真菌在数量上均呈现出减少的趋势。0~20 cm的表层土是菌群分布比较集中的区域。④有机质与脲酶、磷酸酶和蔗糖酶均呈正向相关,r值分别为0.400、0.565和0.788,且三种酶之间也有很强的相关性。⑤三种土壤酶、土壤有机质、土壤微生物与苹果品质的5个指标之间均呈正相关,说明这三类因素可以影响苹果品质。