异源授粉山核桃果皮光合能力差异的转录组分析

【目的】探讨采用薄壳山核桃花粉授粉增强山核桃果皮光合能力的分子机理,为花粉直感的深入研究奠定基础。【方法】以山核桃花粉(记为hp)和薄壳山核桃花粉(记为pp)授粉的山核桃果皮为研究材料,在山核桃果实快速膨大期(授粉后65天,65DAP),对不同花粉授粉后山核桃果皮进行转录组测序,通过对叶绿素合成、光反应、碳同化等通路的基因富集分析,结合叶绿素含量、光合速率及光合关键酶活性的变化,筛选出增强山核桃果皮光合能力的相关基因。【结果】65DAP时,pp授粉的山核桃果皮中叶绿素含量、光合速率、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)活性、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)活性分别是hp授粉的1.31倍(P=0.047)、1.12倍(P=0.000 43)、1.65倍(P=0.036)和1.23倍(P=0.001 3)。转录组测序共产生32 908条scaffolds,并从1 894个差异基因(P<0.05,foldchange>1.5倍)中筛选出66个与山核桃果皮光合相关的基因,主要富集在叶绿素合成通路及光合固碳途径中,其中叶绿素合成途径中镁螯合酶编码基因(CHLH)、镁-原卟啉单甲酯环化酶编码基因(CRD)和叶绿素b还原酶编码基因(NYC)表达量明显上调,脱酶叶绿酸编码基因(PAO)表达量则显著下降;光合碳同化途径中有16个基因以及Rubisco活化酶编码基因(RCA)和碳酸酐酶编码基因(CA)表达量均明显上调;与光保护相关的42个基因表达量也明显上调。【结论】在山核桃果实快速膨大期,薄壳山核桃花粉授粉的山核桃果皮中的镁螯合酶编码基因(CHLH)、镁-原卟啉单甲酯环化酶编码基因(CRD)、叶绿素b还原酶编码基因(NYC)、捕光蛋白编码基因(LHCⅡ)、光修复相关蛋白编码基因(PSAN、PSAB27、STN7)和38个热激蛋白编码基因(HSP)、Rubisco活化酶编码基因(RCA)以及碳酸酐酶编码基因(CA)均显著上调,表明薄壳山核桃授粉的山核桃果皮光合能力的增强与其叶绿素合成、光能捕获和碳固定等光合作用相关通路的基因表达上调有关。     

麻竹笋转录组测序及苦涩味物质合成基因差异表达分析

[目的]研究避光处理对麻竹笋苦涩味物质合成相关基因表达的影响。[方法]利用Illumina HiSeq~(TM)2500平台对自然生长(CK)和覆土处理(EP)2种类型的麻竹笋进行转录组测序,并对差异表达基因进行分析。[结果]转录组测序共获得36.45 Gb原始数据,经组装去冗余处理得到53 388个Unigene,将所得Unigene比对到Nr、Pfam、COG、Swissprot、GO和KEGG数据库中进行功能注释,发现共有31 462条Unigene与其它物种的基因具有同源性。对CK和EP处理所测得的Unigene进行表达量的比较分析,筛选出1 846个差异基因,其中,在EP处理中上调表达基因998个,下调表达基因848个。由KEGG代谢通路分析发现,差异基因显著地富集在32个代谢途径中,其中,包含与苦涩味物质合成相关的糖酵解途径、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸合成途径等。进一步研究发现,参与麻竹笋芳香族氨基酸、单宁合成的PFK、ENO、PPY-AT/HPP-AT、LAR等酶基因在EP处理中表达量下降,荧光定量PCR验证结果与测序结果基本一致。[结论]避光处理抑制了苯丙氨酸、酪氨酸、单宁生物合成关键酶基因的表达,可能最终影响麻竹笋苦涩味物质的合成。     

重金属胁迫下白骨壤数字基因表达谱分析

[目的]从转录组水平研究重金属污水胁迫处理下白骨壤的基因表达变化,以揭示白骨壤响应重金属污染胁迫的机制。[方法]采用基于高通量测序的数字基因表达谱(DGE)技术对重金属污水胁迫处理组和对照组白骨壤材料进行转录组测序分析。[结果]与对照组相比,重金属处理下白骨壤共有10 459个差异表达基因,其中,8 685个表达量上升,1 774个表达量下降。Me V聚类表明:大部分基因在重金属处理样本中的表达量受到极大的诱导。GO功能注释发现,差异表达基因主要定位于叶绿体以及细胞内各种膜结构,参与"细胞代谢"、"细胞组分的组合和生物合成"、"对刺激的响应"等过程。KEGG代谢通路分析显示,差异表达基因分布于126条Pathways,涉及"核糖体"、"光合作用"、"乙醛酸盐代谢"、"丙酮酸代谢"等途径。重金属胁迫还促进萜类、黄酮类化合物生物合成的关键酶基因(牻牛儿基焦磷酸合酶(0009238)、黄酮醇合成酶(0001833))的表达,进而促进白骨壤有效成分的积累;显著诱导细胞分裂素水解酶编码基因CKX7(0057124)、油菜素内脂信号转导组分基因BSK(0043741)等的表达,进而提高白骨壤对重金属胁迫的适应能力。此外,转录因子分析发现,b HLH、NAC、MYB-related和WRKY在重金属胁迫中发挥重要作用。实验选取8个与环境刺激响应密切相关的基因,通过qRT-PCR验证了它们在重金属污水胁迫处理下的表达差异,结果与数字基因表达谱分析的结果较一致,证实了差异表达基因数据的有效性。[结论]重金属处理影响了白骨壤大量的新陈代谢、光合作用、小分子酸合成、激素合成与信号转导及次生代谢产物合成相关基因的表达。     

偏肿革裥菌在木质环境下转录组构建与相关基因表达分析

【目的】对白腐菌偏肿革裥菌在木质和非木质环境下的转录组进行测序,为白腐菌降解木材的机制研究提供支持。【方法】采用高通量测序技术对木屑和非木屑处理条件下的菌丝样本进行转录组测序。利用eggNOG、GO、KEGG等数据库对转录本进行注释和比较分析,预测和筛选出偏肿革裥菌与木材降解有关的基因。应用荧光定量PCR(qPCR)检测mnp2等11个与木质素降解相关的差异基因在木屑处理5天条件下的表达量,结合转录组数据对这些基因的表达量变化趋势进行分析。【结果】偏肿革裥菌转录组测序共得到38.9 Gb Clean Data,各样品Clean Data平均达到6.49 Gb,各样品的Reads与参考基因组的比对效率在71.23%~74.25%之间。使用edgeR软件进行差异表达分析,得到差异表达基因898个,其中上调351个、下调547个。差异基因被注释到GO数据库的有251个,注释到KEGG数据库的有223个,注释到eggNOG数据库的有704个。eggNOG分析表明,差异基因表达多聚集在能量产生和转换、转录后修饰、蛋白质代谢、伴侣关系、次生代谢物的生物合成、碳水化合物的运输和分解代谢等功能分类下。GO分析表明,显著性富集与频率较高的生物过程是丙酮酸代谢过程、类异戊二烯生物合成过程、天冬氨酸家族氨基酸代谢过程和木质素分解过程。在KEGG通路分析中,差异基因分布到86个不同的生物途径,差异基因显著富集的代谢通路主要为:碳代谢、柠檬酸循环、芳香化合物降解、乙醛酸代谢。qPCR结果表明在木屑处理条件下基因mnp2、mnp3、lip9、lip2、laccase1和nadp的表达量明显上调;mnp10 s、mrp、cyp450-1、GroES1和GroES2的表达量明显下调,qPCR与转录组测序结果在表达量差异倍数上存在较小偏差,但整体趋势一致,可以证明转录组测序结果是正确可靠的。【结论】偏肿革裥菌降解木材与碳代谢、芳香化合物降解等通路密切相关;与木质素分解等生物过程密切相关。根据基因功能注释的结果得到11个与白腐菌降解木质素相关的重要差异表达基因。     

Improving drought tolerance of <Emphasis Type="Italic">Casuarina equisetifolia</Emphasis> seedlings by arbuscular mycorrhizas under glasshouse conditions

Effects of mycorrhizal association on improving tolerance of host plant under stress environments have received attentions in recent years. In this paper, six isolates of AMF (arbuscular mycorrhizal fungus) were inoculated to Casuarina equisetifolia seedlings under glasshouse conditions to investigate the effects of AMF on growth and drought tolerance of host plants. All the six isolates which belong to Glomus showed high mycorrhizal colonization (88.5–96.0%) with C. equisetifolia seedlings. Seedlings were subjected to drought stress without watering for 7 days and survival of the seedlings inoculated with Glomus caledonium Gc90068, G. versiforme Gv9004 and G. caledonium Gc90036 increased by 36.6, 23.3 and 16.6%, respectively compared with uninoculated seedlings. Limited influence of AMF on seedling height growth was found, but the effects of AMF on total biomass increment were very significant; the increment ranged from 25.7 to 118.9% compared with uninoculated treatment, and it was noted that AMF exerted more influences on root biomass than shoot biomass. Based on the changes in physiological and biochemical parameters among different treatments caused by drought stress, it was concluded that AM (arbuscular mycorrhizal) associations improve the drought tolerance of C. equisetifolia seedlings by means of some physiological and biochemical responses, such as lowering permeability of plasma membrane and MDA (malondialdehyde) contents, enhancing concentrations of P nutrition, soluble sugar, soluble protein and activities of POX (Peroxidase) of C. equisetifolia seedlings.     

Na2SO4盐胁迫对紫穗槐酶活性的影响

对紫穗槐幼苗进行不同浓度的Na2SO4处理,测定并分析了其幼苗叶中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）及过氧化物酶（POD）活性的变化。结果表明：1）300 mmol/L的盐浓度是适宜紫穗槐生长的临界土壤盐浓度。2）紫穗槐幼苗体内活性氧的保护酶体系主要途径是由SOD催化超氧自由基,再由POD和CAT共同协作来清除SOD催化超氧自由基的产物。     

丛枝菌根真菌诱导紫穗槐产生类防御反应的研究

在温室盆栽条件下研究丛枝茵根（AM）真菌诱导紫稳槐产生的类防御反应,结果表明：在AM真菌侵染宿主植物的早期阶段,防御酶POD和PPO活性瞬时增加,分别在紫穗槐出苗后17天和19天达到最大值28．8U／mg·min和11．7U／mg·min;而MDA含量下降,尤其在紫穗槐出苗后21天,接种AM真菌处理MDA含量降低37．6％。文中测定了几丁质诱导子降解产物GlcN含量的变化情况,结果在防御酶失活的同时GlcN含量增加,由此推测几丁质诱导子的降解是AM真菌诱导紫穗槐产生类防御反应的原因之一。     

赤霉素GA_(4+7)处理下白桦无性系生长及差异基因表达分析

[目的]为研究赤霉素GA4+7对白桦生长的调控机制。[方法]试验利用1个白桦无性系的分株材料,连续2年分别叶面喷施浓度为0.2 g·L~(-1)(T1)、0.4 g·L~(-1)(T2)的GA4+7溶液,对实验苗木的生长情况进行跟踪调查,并对相应顶端生长组织进行转录组测序和差异基因分析。[结果]对2个年份的苗高、地径等性状分析发现,不同处理间苗高与地径的差异均达到显著或极显著水平,GA4+7对高生长有明显的促进作用,2年后的T2白桦苗高较CK提高了19.65%。于6月28日取GA4+7连续处理2年的白桦顶芽开展RNA-seq分析,结果显示:0.4 g·L~(-1)GA4+7(T2)处理与对照(CK)间的差异基因数量最多,即上调表达的基因有181个,下调表达的基因有55个,这些差异基因在叶绿体类囊体膜、红光、远红光及蓝光的细胞响应等方面富集明显。Pathway富集分析显示:氧化磷酸化途径与光合途径中的8条基因呈上调表达,认为施加0.4 g·L~(-1)GA4+7处理后,上述基因的上调表达加快电子传递进程、催化ATP的合成,从而促进白桦光合作用增强,提高苗期生长量。[结论]对白桦外源施加赤霉素GA4+7后,可上调氧化磷酸化途径和光合途径相关基因的表达,进而促进苗木的高和地径生长。研究结果可为白桦生长相关途径基因的克隆提供参考。     

刺槐和紫穗槐抗旱性比较试验

通过采取不同时间的水分控制处理对刺槐（Robinia pseudoacacia）和紫穗槐（Amorpha fruticosa）2树种的抗旱能力进行了试验比较,结果表明：当受到水分胁迫时,2种植物体内Pro含量均有不同程度的升高,紫穗槐Pro含量的峰值为184.37μg·g-1,刺槐的峰值为119.35μg·g-1,刺槐的耐脱水能力比紫穗槐弱;从干旱胁迫条件下2植物体内超氧化物歧化酶活性、丙二醛含量、相对含水量和水分饱和亏缺等指标的变化也得出紫穗槐的抗旱性强于刺槐。     

三种灌木耐旱性研究

用盆栽法设置三种土壤相对含水量，研究紫穗槐，沙棘，柠条的耐旱能力。测定了生长指标，计算出耐旱生产力；研究了水分胁迫对蒸腾日进程和叶保水力的影响；用压力室和ＰＶ技术测定并计算了水分胁迫对苗木渗透调节能力和水分状况等影响。综合上述三类指标，得出柠条的耐旱性最强，其耐旱生产力，蒸腾，保水力和渗透调节能力最高。沙棘和紫穗槐的耐旱性接近，沙棘的蒸腾和保水力的调节能力大于紫穗槐，但渗透调节能力却低于紫穗槐，它     

杉木施肥引发基因表达响应机制的转录组分析

【目的】从基因表达水平上,研究施肥引起杉木基因表达变化规律,为杉木施肥理论与MAS育种实践,提供科学依据。【方法】以开化1年生的杉木无性系开6扦插苗为研究对象,4种施肥处理,每处理三个重复,采用Illumina HiSeq4000高通量测序技术进行测序,对测序结果进行无参转录组分析。【结果】1)转录组测序共产生clean reads5.0E+07 nt到7.1E+07 nt,总拼接长度724341090 nt,通过Trinity组装,获得了74288个unigenes(基因),然后将组装序列在6个数据库(Nr,Swiss-prot,eggNOG,KEGG,Pfam,GO)进行BLASTX分析,获取功能注释信息;2)韦恩图揭示基因对不同施肥处理的响应是:在-P-N1-VS-WT比较组中,未施肥处理,有4650个特异表达基因,其中包含了若干耐性基因,其它比较组也获得了相应的结果。杉木施肥诱导一些基因的开启和上调,同时也导致一些基因表达的关闭或下调;不同处理间的表达差异基因数在不同施肥组间变化很大,显著差异表达基因从施磷与对照比较组的429个到施磷与施氮比较组的4942;3)差异表达极显著基因的热聚类分析结果,揭示同一比较组,不同处理间基因表达是互补的关系:同一基因要么高表达,要么低表达;4)GO富集与分类显示施肥对杉木影响显著的基因主要定位在叶绿体、细胞骨架、细胞膜、细胞核、细胞质上;5)GO富集分析的结果表明施氮(磷)肥,不仅可以促进氮(磷)的吸收与代谢,而且也能促进磷(氮)的吸收与代谢;6)对施磷肥与氨酰基-tRNA大分子化合物合成的生理生化过程进行了分析。基于以上研究结果:今后可对转录组分析获得的重要基因进行研究,其结果可用于指导杉木施肥和杉木营养遗传育种MAS选择。【结论】RNA-seq高通量测序技术,对于研究非模式植物(包括基因组比较大的针叶树)施肥分子机制,是一种快速而简便的方法。研究结果表明,施肥不仅激活了与N、P的吸收、转运和利用有关的基因表达,还下调了与生长发育和光合作用有关的基因表达。施肥促使杉木的生长发育向着适应环境、竞争资源和生长发育的方向发展。     

濒危树种极东锦鸡儿(Caragana fruticosa)种子的萌发特性

以濒危树种极东锦鸡儿成熟种子为材料,研究极东锦鸡儿种子物理性状和温度对其种子萌发及幼苗生长的影响。结果表明:极东锦鸡儿种荚结实率较低,且约有1/4种子受虫害;成熟种子含水量为6.6%,千粒重18.6 g。种子长、宽和厚存在一定变异。种子长度平均为0.42 cm,宽度平均为0.27 cm,厚度平均为0.24 cm,长宽比为0.64。种皮透水性良好。不同温度条件对种子发芽率具有极显著影响。25℃条件下种子发芽率最高,为38.33%。随着温度的升高或降低,种子发芽率降低。发芽试验的第八天是计算种子发芽势的适宜时期。不同温度条件对极东锦鸡儿幼苗高度的影响极显著,对胚根长度影响显著。25℃有利于幼苗高度和胚根长度的增加,较高温度(30℃)有利于幼苗生物量增加。