甘蔗果糖-6-磷酸,2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酯酶基因(F2KP)的克隆及其功能研究

果糖-6-磷酸,2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酯酶(fructose-6-phosphate,2-kinase/ fructose2,6-bisphosphatase,F2KP)是影响生物碳积累和分配的调控关键酶,同时也是一个具有激酶和酯酶两种催化活性的双功能酶.本研究在已获得甘蔗(Sacc harum officinarum)蔗叶F2KP(命名为SoF2KP-L)的基础上,以蔗茎cDNA为模板克隆获得不同长度的同源片段,分别命名为SoF2KP-S1、SoF2KP-S2和SoF2KP-S3.生物信息学分析结果显示,SoF2KP-L翻译的蛋白具有完整的激酶和酯酶结构域,SoF2KP-S1、SoF2KP-S2和SoF2KP-S3所含开放阅读框长度均小于SoF2KP-L,其中SoF2KP-S1翻译的蛋白只具残缺的激酶结构域;SoF2KP-S2翻译的蛋白具完整激酶结构域但缺失酯酶结构域;SoF2KP-S3只能翻译数个氨基酸即终止翻译.选择双功能域完整的SoF2KP-L构建表达载体,农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导转化烟草(Nicotiana tabacum).RT-PCR证实,SoF2KP-L在转基因植株成熟叶中转录表达.碳水化合物等生理指标测定结果表明,转基因植株成熟叶片中可溶性总糖/淀粉、还原糖/淀粉、蔗糖/淀粉比值均有不同程度的升高,碳水化合物含量和相关分配比率发生改变.研究结果提示,甘蔗中可能存存不同的F2KP转录产物,并初步证实甘蔗SoF2KP-L在光合组织中对蔗糖和淀粉的分配起到一定的调控作用,为进一步研究甘蔗F2KP基因的功能及为甘蔗分子育种提供参考依据.     

小麦耐热相关转录因子基因TabZIP28的分离及功能分析

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper,bZIP)是植物中广泛存在的一类转录因子,参与多种胁迫响应与生长发育过程.本研究从小麦(Triticum aestivum)中克隆到一个热胁迫诱导的bZIP家族转录因子基因TabZIP28 (GenBank登录号:KT753298.1),ORF长度为1 713 bp,编码570个氨基酸.生物信息学分析结果表明,TabZIP28与拟南芥bZIP家族转录因子中B亚组的3个基因Atb ZIP17、AtbZIP28和AtbZIP49归为一类.氨基酸序列比对结果表明,该蛋白具有bZIP和跨膜结构域(transmembrane domain,TMD)两个保守结构域以及规范的位点1蛋白酶(site 1 protease,S1P)剪切位点.对该基因起始密码子ATG上游1 699bp的序列进行顺式作用元件分析,发现该基因的启动子区域包含众多激素和逆境胁迫响应元件.通过qRT-PCR对该基因在逆境胁迫下的表达模式进行分析,结果表明,TabZIP28在热胁迫处理1h即上调表达且达到最大值;用20％PEG 6000模拟干旱环境处理小麦幼苗后,TabZIP28在处理6h达到最大值,并在12h时急剧下降;对5mmol/L H2O2处理响应比较缓慢,在处理12h才上调表达;该基因不受到二硫苏糖醇(dithiothreitol,DTT)处理的诱导表达.在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中过量表达TabZIP28基因,转基因株系在高温胁迫后的成活率和种子发芽率较野生型明显提高,说明该基因可能对植物的耐热性有贡献,可以作为耐热性育种的候选基因.     

Comprehensive Analysis of Plant Gene Expression in Soybean Root Nodules at Different Growth Stages

Gene expression profiles in early (12 d after sowing, DAS), mature (35 DAS) and senescent (77 DAS) soybean ( Glycine max (L.) Merr. cv. Enrei) root nodules were analyzed using Lotus japonicus cDNA macroarray. The cDNA macroarray membranes contained 18,144 independent cDNAs of L. japonicus isolated from various organs. The membranes were hybridized to ³³P-labeled single-strand cDNAs transcribed from mRNA extracted from the soybean root nodules at three different growth stages. The results showed that over 75% of the cDNA clones gave a relative signal intensity (RSI) lower than 300, irrespective of the soybean growth stage. cDNA with an RSI value over 5,000 accounted for 2.1, 1.2 and 0.5% of the total cDNA clones at 12, 35 and 77 DAS, respectively. The highest RSI value was detected in a clone hybridized to putative pectinesterase (MWM097c10_r) at 12 DAS, while the RSI value of lycopene β-cyclase (MWL025d06_r) was the highest at 35 and 77 DAS. At 77 DAS, the percentage of transferase gene cDNA clones accounted for 20.5% of the total cDNA clones showing an RSI value over 500, a value clearly lower than that at 12 and 35 DAS. On the other hand, the percentage of hydrolase gene cDNA clones accounted for 45.2% at 77 DAS, a value around 1.5 times higher than that at 12 and 35 DAS. The chronological RSI profiles of individual cDNA clones were classified into nine patterns, and the profiles of the cDNA clones belonging to 15 homologous gene groups encoding enzymes of nitrogen and carbon metabolism, nodule specific proteins, enzymes of RNA and protein hydrolysis, and synthesis of jasmonic acid precursor were compared within and between groups. As a result, significant variations both within- and between-groups were revealed.     

不同生态区烟草叶片基因表达谱的分析

烟叶香气类型受到生态环境和栽培条件的影响,为解析生态环境对烟叶香气风格形成的影响,本研究利用定制的烟草(Nicotina tabacum L.cv.)芯片对种植在河南平顶山(浓香型)、云南省玉溪(清香型)和贵州遵义(中间香型)3个不同生态区的同一烟草品种K326的同一叶位(中部叶)、相同叶龄(60 d)的叶片基因表达谱进行了比较研究,共发现有效差异表达基因920个。通过功能注释和代谢途径分类发现,初生代谢途径中碳水化合物的代谢可能对不同香型风格烟叶的形成起到了较大影响作用,而氮代谢的影响较小。而在次生代谢中,苯丙烷类合成、生物碱合成、萜类代谢途径起到较大的作用。另外,氨基酸的代谢可能也对不同香型风格烟叶的形成起到了重要作用;其中,光合作用中起到重要作用的磷酸烯醇式丙酮酸碳羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase 1,PPC1)、碳水化合物中淀粉代谢相关的细胞壁转化酶(cell wall invertase 1,CWINV1)、萜类代谢关键酶3-羟-3甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coA reductase,HMGR1)和萜类合成酶(terpene synthase 21,TPS21)、以及生物碱合成相关基因均在河南平顶山烟叶中表达量最高,贵州遵义次之,云南玉溪最低;类胡萝卜素合成关键基因八氢番茄红素合成酶(phytoene synthase,PSY)的表达量在河南平顶山最低,其次是云南玉溪,在贵州遵义表达量最高。而类胡萝卜素降解关键酶9-顺式-环氧类胡萝卜素双氧合酶(nine-cis-epoxycarotenoid dioxygenase,NCED4)基因表达量表现出云南玉溪最高,贵州遵义次之,河南平顶山最低。淀粉降解相关的葡聚糖磷酸化酶(α-glucan phosphorylase,PHS1)基因在云南玉溪表达量最高,河南平顶山次之,贵州遵义最低。结果提示,这些基因的差异表达可能对不同香型风格烟叶的形成起到了重要作用,该研究为进一步采用农艺措施调控提供了理论支撑。     

钾用量与灌溉方式互作对土壤-烤烟系统钾素及烟叶品质的影响

旨在探究钾用量与灌溉方式互作对土壤-烤烟系统钾素变化及烟叶质量的影响问题。采用大田裂区设计,研究了不同灌溉方式与钾用量互作对土壤-烤烟系统钾素及烟叶内在化学成分的影响。同一灌溉方式下,增施钾肥显著提高土壤钾素含量,土壤速效钾和缓效钾含量随钾肥用量的增加而增加;与不施钾相比,施钾显著提高烟叶钾含量,但常规施钾与高量施钾处理间烟叶钾含量差异不显著。相同施钾量下,3种灌溉方式相比,以交替对1/2区域灌水处理土壤速效钾和缓效钾含量最低,烟叶钾含量以固定对1/2区域灌水处理最高,但与交替对1/2区域灌溉处理差异不显著。烟叶采收结束时,9个处理的土壤速效钾含量均随土层深度的增加,呈先降低再增加的趋势,至60~100 cm土层趋于稳定。灌水方式和钾用量互作对烟叶化学成分有一定影响,以常规施钾与固定1/2区域灌水处理组合的烟叶化学成分协调性最佳。在常规施钾量下,固定1/2区域灌水处理不仅改变了钾素在不同土层的分布,而且提高了烟叶钾含量,且减少了灌溉用水,建议可在黄淮烟区进行示范应用。     

优化的VHb基因和融合杀虫基因在烟草中的表达

将人工合成的、密码子优化后的透明颤菌血红蛋白(VHb)基因(vgbM)与含有融合杀虫基因(GFMcryIA和CPTI)表达载体pGBIF4ABC构建成双价基因植物高效表达载体pGBIF4ABCVHB,通过根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导转化烟草(Nicotiana tabacum),经PCR及Southernblot检测,证实了双价基因在32株转基因烟草基因组中整合。Westernblot检测证实了vgbM基因的表达,杀虫实验表明,融合杀虫基因表达的毒蛋白具有杀虫活性,转基因烟草平均每株干重高于非转基因烟草植株8%。表明VHb基因和融合杀虫基因烟草在烟草中的表达可使烟草可增产,又具抗虫性。     

云南保山烟区土壤与烟叶钙镁含量分布特征及相关性

探讨了云南保山烟区土壤交换性钙镁和烟叶钙镁含量的分布特征以及两者之间关系,为烟区钙镁肥料的合理施用提供理论依据。选择烟区76个代表性烟田采集土样和烟样,测定了其钙镁含量,应用描述性统计分析和多重比较进行了分布特征研究,应用相关分析和回归分析进行了土壤与烟叶相关性研究,建立了回归方程。结果表明,保山植烟土壤交换性钙和镁含量分别介于130～7300 mg kg^-1和20～1880 mg kg^-1,平均分别为1811.93 mg kg^-1和354.93 mg kg^-1,整体处于高含量范围;但是施甸、隆阳、昌宁和龙陵分别有44.44%、53.33%、41.18%和64.28%的土样钙/镁比低于5,腾冲100%和91.67%的土样交换性钙和镁含量处于低和很低范围。保山烟叶钙和镁含量分别介于0.53～2.67%和0.10～0.91%,平均含量分别为1.56%和0.32%,均低于全国烟叶平均水平;其中腾冲、龙陵和昌宁烟叶钙含量低于1.5%的分别达到91.67%、64.29%和64.71%,腾冲25.00%的烟叶镁含量低于0.15%。保山土壤交换性钙和镁含量与土壤pH呈极显著正相关,烟叶钙含量与土壤pH、交换性钙和镁含量极显著正相关,烟叶镁含量与土壤pH和交换性镁含量呈显著性正相关。土壤pH值对烟叶钙含量的影响最大,交换性镁对烟叶镁含量影响最大。因此,建议烟区针对土壤的交换性钙镁含量以及烤烟钙镁含量,科学进行分区管理。     

城市土壤重金属污染特征分析

目前越来越多的大城市的土壤受到不同程度的重金属污染,这将深刻影响到城市环境质量和人体健康。因受人类活动的强烈扰动,城市土壤重金属污染特征与传统意义上的土壤重金属污染特征差别很大,文章就城市土壤重金属污染特征做了详细的分析,并提出了一些相应的管理对策。     

唾液腺特异表达植酸酶转基因猪的制备及分析

猪(Sus scrofa)对饲料中植酸磷的消化利用效率很低,其粪便中排放大量未吸收的磷,对环境产生严重污染,在猪唾液腺中表达分泌植酸酶是解决猪粪磷污染的一条新途径.为了制备唾液腺特异表达植酸酶的新型减磷排放转基因猪,本研究构建了一条由猪腮腺分泌蛋白基因(parotid secretory protein,PSP)启动细菌源植酸酶基因appA(acid phosphoanhydride phosphohydrolase)表达的转基因载体,并利用体细胞核移植技术获得14头原代(F0)转基因克隆猪,经PCR鉴定,其中8头为阳性猪.PCR分析显示,appA基因在转基因猪的唾液腺组织特异表达,但在肾脏、肝脏、心脏、十二指肠等组织中不表达.营养代谢分析证明,转基因猪粪磷排放量比非转基因猪显著减少了16％(P＜0.05),而转基因猪对干物质和能量的表观消化率以及对Ca、P的消化率均高于野生型猪,但未达到显著水平.外源基因从F0转基因猪稳定遗传至F1,并且Southern blot分析显示,外源基因是以单拷贝形式整合至转基因猪基因组.F1转基因猪的appA表达模式与F0转基因猪相似,其只在唾液腺中特异表达,且以颌下腺表达最高,其次是腮腺和舌下腺,在肾脏、心脏、肝脏等组织不表达.本研究成功获得唾液腺特异表达植酸酶转基因猪,为培育新型减磷排放的环保转基因猪新品种提供了科学依据.     

河南南阳烟区土壤生态指标的主成分分析

采用主成分分析法对南阳烟区13个不同生态类型土壤的物理、化学及生物学性状指标进行分析,结果表明,南阳烟区土壤化学生态指标中第一主成分为有机质的综合指标;第二主成分为pH。南阳烟区土壤物理生态指标中第一主成分为容重、孔隙度;第二主成分为土粒密度。南阳烟区土壤生物学生态指标中第一主成分为脲酶活性、过氧化氢酶活性的综合指标;第二主成分为纤维菌数、放线菌数、氨化菌数的综合指标。南阳烟区土壤物理和化学生态指标中第一主成分为容重、孔隙度;第二主成分为土粒密度。南阳烟区土壤物理、化学和生物生态指标中第一主成分为有机质的综合指标;第二主成分为脲酶活性、过氧化氢酶活性、真菌数等生物学的综合指标;第三主成分为pH、土粒密度、容重等理化综合指标;第四主成分蛋白酶活性和放线菌数的生物学综合指标。为抓住主要矛盾从不同层次研究和改良南阳烟区土壤生态条件提供理论依据。     

多重PCR筛查检测进口转基因玉米

为获得进口转基因玉米筛查检测策略,并根据策略建立多重PCR方法,对15个进口转基因玉米分子特征进行分析。结果表明,将P-Ca MV 35S、T-NOS等2个基因组合作为检测策略可全部检出15个进口转基因玉米至少1次;将P-Ca MV 35S、P-ract1、T-NOS、bar、pat、PMI等6个基因组合作为检测策略,除MON810检出1次外,其他每个转化体可检出至少2次。同时,利用获得的筛查检测策略建立多重PCR体系,对2个基因组合的策略优化,结果表明适宜退火温度为58℃,适宜引物终浓度(μmol·L-1)配比为0.2∶0.2;对6个基因组合的策略优化,结果表明适宜退火温度为60℃,引物终浓度配比为0.2∶0.1∶0.1∶0.1∶0.1∶0.05。采用已知样品对多重PCR体系进行验证,图谱显示与转化体分子特征完全一致。该研究结果将为进口转基因玉米筛查检测提供参考。     

云烟优质适产的气候条件分析

通过对云南主烟区与省外,国外主要区的气候条件对比分析,揭示烟优质适产的天气气候特点,为烤烟种植与区划提供科学的参考依据。     

植物激活蛋白Ap36在苏云金芽胞杆菌的表达及抗病作用

以含有植物激活蛋白(Activator protein)基因ap36的质粒pMYE为摸板,设计一对特异引物,通过PCR反应扩增出激活蛋白基因开放读码框序列,使用XbaI和SphI双切PCR产物,插入到用这两酶双切的pBMB982-304质粒slh motif的下游,构建重组表达质粒pBMB0588,转化苏云金芽胞杆菌无质粒突变株BMB171。结果表明,目标蛋白以融合蛋白的形式成功表达。为探讨表达植物激活蛋白的重组菌是否能够诱导植物获得抗性,用重组菌在28℃培养24小时发酵液原液处理番茄幼苗和土豆片。结果显示,发酵液处理90min后,番茄叶片过氧化物酶(POD)和脯氨酸含量较对照分别提高了57.14%和131.59%;4d后苯丙氨酸解氨酶(PAL)含量较对照也有所提高;经重组菌发酵液处理的马铃薯片,对马铃薯软腐病表现出很强的抗病性。     

天津市不同污染梯度树木吸滞重金属及硫能力分析

以天津市主要绿化树种为研究对象,对叶片中重金属元素和硫含量进行了分析。结果表明:各研究区域内重金属污染程度为:昆仑桥(市区)水上公园(近郊公园区)蓟县(远郊园林区)杨柳青庄园(远郊风景区),随着市中心到远郊污染程度降低,不同区域各树种叶片吸滞重金属程度也随之降低,4个区域树木叶片吸滞污染元素排序大致均为:SAsPbCuCrCd;在昆仑桥柳树对各元素的吸滞能力均比较强,槐树吸滞As和Cr能力较强,杨树吸滞Pb和Cr能力较强,白蜡吸滞Cu和As能力较强;水上公园桧柏吸滞Cd和Cr能力较强,龙柏吸滞Cd和As能力较强,白蜡对Pb和Cu吸滞能力较强,柳树对S吸滞能力较强,雪松对各种元素的吸滞能力较强,杨树吸滞各元素能力相对较弱;杨柳青庄园桧柏吸滞Cr能力较强,雪松和龙柏吸滞Pb能力较强,杨树对Cd和Cu吸滞能力较强,杜仲对As和S吸滞能力较强;蓟县雪松吸滞Cr的能力较强,杨树吸滞Cd,S和Cu的能力较强,柳树对各元素的吸滞能力均较强,龙柏对各元素吸滞能力均相对较弱。     

冻融作用对黑土重金属Zn形态转化的影响

通过对重金属Zn污染的黑土进行冻融频次和不同含水量的实验研究得到,随着冻融次数的增加,重金属Zn交换态含量,铁锰氧化物结合态含量和有机结合态含量均呈不同程度的降低趋势,残渣态含量明显增加,表明冻融作用可使土壤重金属Zn生物有效态含量降低。重金属Zn各赋存形态含量与土壤所经历的冻融次数之间呈二次多项式的函数关系,相关系数在0.948和0.988之间。随着土壤含水量的增加,冻融作用对重金属Zn交换态含量影响不大,铁锰氧化物结合态含量降低,有机结合态含量增加,而残渣态含量明显增加。     

番茄侧根原基发生相关基因RSI-1在烟草中功能的初步研究

为探讨番茄(Lycopersiconesculentumvar.cerasiforme)侧根原基发生相关基因RSI-1在形态发育过程中的作用及其在获得具超量侧根的转基因作物的应用前景,研究分析了RSI-1基因在烟草(Nicotianatabacum)中超量、反义抑制和RNA干扰表达后植株形态及转基因植株内侧根发生相关植物激素含量的变化特征。结果显示,RSI-1超量表达后,植株株高下降,叶片数和分支数有明显增加,而RSI-1反义抑制和RNA干扰表达后植株形态及赤霉素、生长素、脱落酸和玉米素及核苷的含量均没有发生显著变化。推测RSI-1的表达可以促进植物分枝的发生,但其在高等植物中的同源性可能较低,利用该基因定向改造弱根系作物时还需结合根特异启动子的应用。     

采煤沉陷区土壤重金属含量对土壤酶活性的影响

为探明煤矿沉陷区土壤受重金属污染情况,探讨重金属含量对酶活性的影响,以焦作韩王煤矿沉陷区为例,通过野外调查与采样和室内分析,研究煤矿沉陷区土壤中重金属累积特性与土壤酶活性的变化。结果表明:研究区土壤中重金属Cu、Zn、As、Mo、Hg、Pb、Cd等含量均高于对照小区的含量,且有明显的空间异质性;沉陷区各种酶活性大都低于对照点,其在空间分布上受重金属的影响,重金属Co、Ni对大多数酶有促进作用,As、Mo则对酶活性有抑制作用,重金属对酶活性的影响取决于重金属的类型与含量;在研究区,蔗糖酶对重金属污染较为敏感,表明蔗糖酶可作为评估煤矿沉陷区土壤环境质量变化的有效指标。     

反向重复RNA介导转基因烟草对花生条纹病毒抗性

构建携带花生条纹病毒（Peanut stripe virus, PStV）外壳蛋白基因（cp）反向重复序列植物表达载体pKcp，转化农杆菌菌株GV3101，叶盘法转化本生烟，卡那霉素筛选得到的转化植株5~6叶期摩擦接种PStV。通过症状观察和ELISA检测，T0代转基因烟草植株87%表现免疫，T1代不同系植株的免疫比例为60~100%，T2代多数系植株免疫比例达到100%。利用PStVcp特异探针对转基因植株T1代进行特异siRNA的Northern blot检测，转基因植株都含有不同量的特异siRNA，而非转基因植株不含特异siRNA；接种前，免疫植株比感病植株体内siRNA含量高；不同转化系免疫植株在接种前、接种15天和50天后的叶片中都检测到特异siRNA，同一植株不同时期，siRNA含量相对稳定；不同转化系植株体内siRNA含量存在差异。本试验成功利用dsRNA获得对PStV具有较高比例抗性的转基因烟草植株。     

植物GH3基因家族的生物信息学分析

植物生长素在植物的生长发育过程中至关重要,GH3基因家族是植物生长素早期应答的成员。本研究采用比较基因组学的方法,利用已经分离的拟南芥GH3(Gretchen Hagen3)蛋白为检索序列,在全基因组水平上搜索拟南芥、水稻、葡萄、白杨和苜蓿的GH3基因的同源序列。最终确定了59个GH3候选基因,其中拟南芥19个,水稻14个,葡萄9个,白杨14个,苜蓿3个。对同源序列作进一步的多序列联配、MEME、ESTs和系统发生表达分析,结果表明:GH3基因家族的基本特征在单双子叶植物分离之前就已经形成;GH3结构域在蛋白质间较保守,可以分为3个亚家族,其中个别蛋白发生了基序丢失;59个同源蛋白中的40个成员找到了ESTs的证据,且表达部位多样,不同成员之间的表达部位存在差异。该研究结果将为植物的GH3基因家族的研究提供参考。     

钾肥和营养调节剂对烤烟含钾量及重金属含量的效应研究

通过田间试验,采用二元二次饱和D-最优设计,研究了钾肥与营养调节剂(NR)对烤烟产量、含钾量和重金属Cu、Zn、Cd、Pb含量的影响,并对烤烟中重金属Cd、Pb的潜在危害性进行了初步评估。结果表明:钾肥和营养调节剂(NR)配合施用能够显著提高烤烟的产量和含钾量,其中施高量钾并配施较高量NR的处理5效果最佳,与单施低量钾的处理1相比,产量增加了29.03%,上、中、下各部位烤烟含钾量分别增加了109.09%、115.54%和86.29%;钾肥配施营养调节剂(NR)有效地降低了烤烟重金属Cu、Zn、Cd、Pb含量,其中施较高用量钾并配施高量NR的处理6降低效果最明显,与单施低量钾的处理1相比,分别降低了27.30%,9.74%,34.46%,39.01%。供试烟区中烤烟重金属Cd、Pb的人均日暴露量都低于FAO/WHO规定的允许摄入量(ADI值),施用营养调节剂降低了烤烟重金属Cd、Pb人均日暴露量,从而降低了烤烟中重金属对人体的潜在危害性。