毛白杨4-香豆酸：辅酶A连接酶(4CL3)的酶学特征研究

为了进一步研究杨树4CL基因,以毛白杨为材料克隆到一个新的毛白杨4CL3基因.生物信息学分析结果显示:该基因和其他4CL基因一样含有4CL基因家族2个保守框Box Ⅰ和Box Ⅱ.将4CL3基因连接至原核表达载体pQE30,表达纯化后测定其蛋白的比活力,结果显示:4CL3基因对不同底物表现出了不同的催化效率.对该基因的最适温度和最适pH值测定后发现:4CL蛋白的最适温度为40℃,最适pH值为8.5,且在pH =9.0时有60％的活力.采用HPLC-MS的方法,分析了4CL3蛋白对混合底物的催化情况,结果显示:在混合底物下,4CL3蛋白对4-香豆酸、阿魏酸和肉桂酸都表现较高的活力,而对芥子酸和咖啡酸没有活力.     

木质素生物合成及其基因调控的研究进展

木质素是地球上数量仅次于纤维素的有机物, 在植物生长发育中具有重要的生物学功能, 也是生物质能源的来源之一, 但在制浆造纸过程中, 将木材原料中木质素与纤维素分离, 不仅能耗高, 成本高, 而且废弃物还污染环境.林木木质素改良对于提高纸浆得率和质量、降低造纸经济成本以及环境保护, 都具有重要意义.文中介绍了木质素生物合成途径及其基因调控的研究进展, 此外, 还介绍了木质素生物合成基因调控的研究趋势, 主要是木质素特异性启动子、双价和多基因结构的共抑制以及转录因子的调控.     

七彩虹竹4-香豆酸辅酶A连接酶基因(Ih4CL)的克隆及功能分析

4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)是苯丙烷类代谢途径的关键酶,在上游调控木质素代谢、黄酮代谢。本研究根据转录组数据设计的1对特异引物,采用逆转录PCR(RT-PCR)方法从七彩红竹1年生红秆中克隆到4-香豆酸辅酶A连接酶基因Ih4CL,该基因包含1 677bp完整的c DNA开放阅读框,编码558个氨基酸;生物信息学方法对Ih4CL编码的氨基酸蛋白序列进行的分析表明,Ih4CL与禾本科植物4CL蛋白具有较近的亲缘关系,其中与短花药野生稻的同源性达88%;荧光定量PCR检测结果显示Ih4CL基因在七彩红竹的嫩叶中的表达量明显低于茎秆中的表达量。     

多穗柯4-香豆酸辅酶A连接酶基因的克隆和表达分析

为了克隆多穗柯4-香豆酸辅酶A连接酶(4-coumarate-CoAligase,4CL)基因,了解其表达情况,从而为深入研究4CL基因分子功能及黄酮类化合物生物合成奠定基础,依据多穗柯转录组测序结果,设计特异性引物,PCR扩增得到4CL基因cDNA全长序列,利用相关软件进行生物信息学分析;采用qRT-PCR法检测4CL基因在不同器官中的表达情况,使用SPSS18.0软件分析其表达量与根皮苷含量间的关系。结果表明:多穗柯4CL基因cDNA全长1704bp,包含长1629bp的开放阅读框,编码含542个氨基酸的蛋白质。该蛋白定位于细胞质中,属亲水性蛋白。多穗柯4CL基因在除根以外的各个器官中均有表达,且表达量与根皮苷含量间呈极显著的正相关关系(P<0.01)。     

尾叶桉GLU4肉桂酰-辅酶A还原酶基因克隆及原核表达

肉桂酰-辅酶A还原酶(Cinnamoyl Co-A Reductase,CCR)是木质素合成中的关键酶,根据植物中CCR保守序列设计引物,以尾叶桉GLU4嫩茎为材料克隆到其CCR基因,命名为Eu CCR。该基因g DNA长2 918bp,c DNA长1 045 bp,CDS区编码336个氨基酸。EuCCR核酸序列与Gen Bank已登录的桉属植物CCR基因同源性达到96%以上,与伞房属、杯果木属植物CCR的同源性达85%以上,其编码的氨基酸序列经比对发现具有完整FR_SDR_e结构域及NADP结合位点和底物结合位点,与可可树等植物中CCR基因编码序列同源性也在84%以上,确定为CCR基因。对EuCCR蛋白序列理化性质及结构进行生物信息学分析,利用MEGA软件对基因序列进行系统进化树分析。采用pQE30/M15系统对EuCCR进行原核表达,重组质粒成功表达分子量约36 kD的目的蛋白。本研究从尾叶桉GLU4中克隆得到EuCCR基因并原核表达,为该基因的酶学分析以及利用该基因转化调控尾叶桉木质素合成奠定基础。     

木质素合成关键酶基因与造纸植物转基因改良应用研究

木质素是自然界数量仅次于纤维素的自然有机物质,但在造纸业中是主要的污染来源。木质素生物合成过程十分复杂,涉及了大量酶体系。综述了木质素合成途径中的关键调控酶特性及其基因调控情况,从培育低木质素、易降解木质素的造纸植物为出发点,分析了这些关键基因在转基因造纸植物应用中的潜力和存在的主要问题,并提出了应从改变植物体内木质素含量、改变木质素单体构成比例这两个方面进行转基因的研究思路。     

巴拉圭瓜多竹CAD基因的克隆与分析

肉桂醇脱氢酶(cinnamyl alcohol dehydrogenase,CAD,EC1.1.1.195)是木质素生物合成途径中的最后关键酶,在木质素的生物合成中发挥关键作用。本研究依据转录组数据设计特异性引物,采用RT-PCR方法成功地从巴拉圭瓜多竹中克隆得到一个全新CAD基因的c DNA全长序列,命名为GPCAD(Gene Bank登录为KJ784465)。序列分析结果表明,GPCAD基因片段包含完整的c DNA开放阅读框(ORF),序列全长1 080bp,编码含有359个氨基酸残基的蛋白质。Blast比对结果显示该蛋白质属于CAD家族蛋白;系统进化分析结果显示巴拉圭瓜多竹与禾本科植物亲缘关系较近;荧光定量PCR技术检测结果显示GPCAD在茎秆中表达量最高,叶中的表达量最低。本研究对巴拉圭瓜多竹CAD基因进行克隆与分析,为深入研究巴拉圭瓜多竹木质素代谢途径相关基因以及通过分子生物学手段对木质素的含量和单体比例进行调控提供科学依据。     

查尔酮合酶与查尔酮异构酶基因特征及转基因应用

查尔酮合酶和查尔酮异构酶一起构成了黄酮类化合物生物合成的限速酶.底物先是由查尔酮合酶的作用形成袖皮素查尔酮化合物,然后再由查尔酮异构酶异构化成不同的黄酮类化合物.查尔酮合酶和查尔酮异构酶广泛存在于多种植物中,涉及了苯丙氨酸代谢途径中各种具有防御性产物的生物合成,在植物的抗菌机制、抗胁迫、细胞的发育和分化、色素的积累和外源基因的表达等方面起着重要的作用.就查尔酮合酶和查尔酮异构酶的结构特点、编码基因的克隆及序列特征、基因的表达调控以及转基因应用等方面进行了系统的综述,并对其今后进一步的研究提出了适宜的建议.     

光皮桦MYB基因的克隆及表达和调控分析

【目的】MYB转录因子是植物中一类重要的转录因子,在调控次生壁纤维素和木质素等的合成中具有重要作用。为了挖掘参与光皮桦木材形成的MYB基因,本研究通过克隆MYB基因,分析其序列特征、表达模式和下游调控基因,以期为后续功能深入解析和分子辅助育种提供理论依据和基因资源。【方法】利用RACE技术分离到4个光皮桦BlMYB基因的cDNA片段。利用生物信息学工具对这些基因的序列特征进行分析,利用实时荧光定量PCR分析BlMYB及预测的下游基因在不同器官(雌花序、雄花序、嫩芽、嫩叶、成熟叶、茎)、组织(内外层木质部、韧皮部、形成层)中,以及应拉木诱导早期阶段的表达差异。以2个木质部特异表达的BlMYB为指导基因,采用相互排名法和Cytoscape软件构建共表达网;使用Plant CARE在线查询共表达的下游基因启动子区元件。【结果】分离到4个BlMYB的全长cDNA序列,分别命名为BlMYB1、BlMYB2、BlMYB3和BlMYB4,它们编码的蛋白分别由395、252、258、320个氨基酸残基组成,且在靠近N端都有R2R3结构域。4个BlMYB氨基酸序列间一致性27%～37%,而与它们同源的拟南芥AtMYB氨基酸序列间的一致性为39%～55%。4个BlMYB基因都含有1～2个内含子。进化树构建分析发现4个BlMYB分属于4个不同的分支,其中BlMYB2、BlMYB4分别与细胞次生壁形成相关的MYB聚在一起。BlMYB1、BlMYB3在成熟叶片中优势表达,且随叶片成熟表达水平呈递增趋势,可能与叶片的发育有关。BlMYB2在木质化茎段的木质部强烈表达,而在叶片、韧皮部等组织中的表达相对较弱;在应拉木诱导形成的早期阶段,应拉木中BlMYB2呈下调表达,尤其是拉弯处理48 h和7天时的相应数值均显著低于直立木。BlMYB4在茎的木质部、成熟雄花序中优势表达,在根、嫩叶中的表达水平较低;同时,在应拉木诱导形成早期阶段,BlMYB4在应拉木和对应木中分别呈现上调和下调表达。另外,基于共表达分析和特异性AC元件筛选,推测FRK、COMT、HCT、CesA3、CesA4、4CL、CCoAOMT 7个纤维素、木质素合成酶基因可能受BlMYB2和BlMYB4所调控。【结论】获得的4个光皮桦BlMYB基因属于R2R3-MYB家族,具不同的基因结构。4个基因呈现不同的表达模式暗示它们可能参与调控不同代谢途径。结合光皮桦应拉木特征和共表达分析结果,可初步推测BlMYB2和BlMYB4可能参与光皮桦木材形成过程的调控。     

橡胶树HbMYB20基因的克隆及其对拟南芥次生壁发育的调控

【目的】MYB转录因子是调控植物木质素合成和次生壁形成的重要转录因子之一。本文分离克隆到一个与拟南芥AtMYB20高度同源的橡胶树MYB转录因子基因HbMYB20,并在拟南芥中对其功能进行研究,以期了解其在橡胶树木质素合成和次生壁发育的分子调控中的作用,为橡胶树木材形成的分子调控机制研究及其遗传改良奠定基础。【方法】采用 blast分析从树皮转录组中筛选出与拟南芥 AtMYB20序列同一性较高的橡胶树 MYB 基因HbMYB20;设计 ORF区特异性引物,以树皮 cDNA 为模板进行扩增得到该目的基因 cDNA 序列。实时荧光定量PCR检测该基因在橡胶树叶片、胶乳、茎干以及木质部与韧皮部的相对表达量。构建 HbMYB20过表达植物载体,使用农杆菌蘸花法转化拟南芥,获得该基因过表达转基因株系。采用乙酰溴法和间苯三酚染色法,分析转基因、野生型拟南芥茎的木质素含量以及木质素在拟南芥茎基部横截面中的分布。对转基因、野生型拟南芥茎基部横截面切片进行甲苯胺蓝染色,并测量分析导管、木质纤维和维管束间纤维细胞的细胞壁厚度。最后,采用实时荧光定量PCR分析转基因及野生型拟南芥木质素和纤维素合成相关酶基因的表达。【结果】克隆得到1个橡胶树 MYB 转录因子基因 HbMYB20,该基因开放阅读框( ORF)为927 bp,编码309aa 的蛋白,氨基酸序列分析显示,HbMYB20与AtMYB20/43和 AtMYB85/42同源性较高,属 R2R3MYB转录因子 G8亚组成员。表达分析显示 HbMYB20在橡胶树茎干和木质部中高表达,胶乳中表达最低。对 HbMYB20过表达拟南芥分析显示,该基因在3个转基因株系中均表达;相对野生型拟南芥,转 HbMYB20拟南芥植株生长抑制,木质部和维管束间纤维的木质素染色面积较少、染色程度变浅,茎的木质素含量和木质纤维、导管及维管束间纤维的细胞壁厚度均显著低于野生型;同时转基因株系中木质素合成关键酶基因4CL1和 CCoAOMT的表达量以及纤维素合成关键酶基因 CesA8的表达显著下调。【结论】橡胶树 MYB转录因子 G8亚组成员 HbMYB20,在茎和木质细胞中高表达。拟南芥中过表达 HbMYB20导致转基因植株的矮小,细胞壁变薄,阻碍木质部中木质素的合成和积累,同时木质素和纤维素合成相关酶基因的表达显著下降。由此推测 HbMYB20对拟南芥的木质素和纤维素合成都具有负调控作用,可能是1个橡胶树次生壁发育的负调控因子。     

Wundfäule in Fichtenwaldungen mit alten Schälschäden

Wound decays in spruce stands following bark stripping . 2083 trees in 91 sample plots on four trial areas (24 ha) were examined for bark stripping and decay. Only 25% of trees showed no injury. Of the injured trees, 73% showed some degree of decay, 10% discoloration. and 17% neither decay nor discoloration. Of the wood destroying fungi isolated Fomes annosus was dominant and appeared to be the most important and widespread of the wound inhabiting fungi in the test area. Besides the Basidiomycetes a considerable number of other fungi was isolated. The most frequent was Cylindrocarpon cylindroides var. tenue.     

Natural phosphodiesterase-4 (PDE4) inhibitors from Crotalaria ferruginea

Bioassay-guided fractionation of the ethanol extract of the Chinese folk medicine Crotalaria ferruginea led to the isolation of a new isoflavonoid, 4′-hydroxy-2′-methylalpinum-isoflavone (1), and eight known analogs (2–9). Their structures were elucidated by spectroscopic analysis. Compounds 1, 2, 5, and 8 showed inhibitory activities against phosphodiesterase-4 (PDE4), a therapeutic target of asthma, with IC₅₀ values ranging from 2.57 to 8.94 μM. The possible action mechanism and the structure–activity relationship (SAR) of the active isoflavonoids were explored by using molecular docking and molecular dynamics (MD) simulation methods. Our study herein may explain the anti-inflammatory function of this plant in Chinese folk medicine.     

Zusammenhänge zwischen Kronenschäden und dem Stärkegehalt der Wurzeln bei Fagus sylvatica L.

Correlation between root starch content and crown damage of European beech (Fagus sylvatica L.). During a research project on forest decline in European beech stands the starch content of woody roots apparently of healthy and trees with dieback symptoms were examined by a histochemical method developed by Wargo . A comparison of affected and apparently healthy trees indicated no correlation between starch content of coarse roots and damage class derived from crown symptoms. However, results of these preliminary studies on distribution of starch in the root system of European beech confirmed the data reported in the literature.     

SECTION 4:INTEGRATED ASSESSMENTS

Abstract

Reforestation of degraded lands is occurring on a limited basis in portions of the Panama Canal Watershed (PCW). In theory, markets for ecosystem services could encourage more extensive reforestation and ensure that reforestation efforts provide more than just timber. The most relevant ecosystem markets for the PCW are carbon sequestration, watershed services, and four biodiversity markets-bioprospecting, certification of biodiversity friendly products, ecotourism, and existence value. This paper examines the possibility for a land owner or land manager to participate in two or more of these markets. Two land use scenarios-native forest plantation and small-holder agroforestry-emerge as likely candidates for participation in multiple ecosystem service markets. These scenarios are examined to determine whether the strength of incentives to provide a bundle of timber and ecosystem services is sufficient to encourage expansion of these land uses with the Panama Canal Watershed.     

Endophytische Pilze in Blättern und Ästen gesunder und geschädigter Buchen (Fagus sylvatica L.)

Endophytic fungi in leaves and twigs of healthy and diseased beech trees (Fagus sylvatica L.). Endophytic fungi were isolated from surface-sterilized leaves and twigs of healthy and diseased trees. Three fungal species could be isolated frequently: Apiognomonia errabunda, Diaporthe eres and Bisporella sp. D. eres occurred in leaves of healthy trees more frequently, than in those of diseased trees. It has been hypothesized, that less capacity of water and nutrient uptake of diseased trees is responsible for this effect. A mutualistic symbiosis of A. errabunda and D. eres with beech trees is supposed and discussed.     

4-脱氧-4-己烯糖醛酸水解动力学

利用紫外光谱测定了云杉硫酸盐4-脱氧-4-己烯糖醛酸在甲酸钠中水解动力学。结果表明该水解反应为一反应速度较快的拟一级反应。此外,该水解反应的选择性较高,可望应用在无元素氯(ECF)和全无氯(TCF)漂白技术中。