菠萝AcSOC1基因调控因子筛选

菠萝（Ananas comosus）是我国热区种植的主要经济作物之一,农业种植上常通过施用乙烯利促其成花,但关于乙烯诱导菠萝成花的分子机制与植物体内已知的五大成花途径之间关系尚不清楚。SOC1（SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CO1）是一种开花整合因子,能够整合多种成花信号,诱导植物成花。有实验数据显示,AcSOC1（XM_020238379.1）基因响应乙烯诱导,在乙烯处理菠萝后,AcSOC1表达量上升。为了深入了解SOC1在菠萝成花中的作用及乙烯诱导菠萝成花与五大成花途径之间的关系,本研究以乙烯敏感品种‘台农4号’为材料,克隆AcSOC1启动子,构建pAbAi-pAcSOC1诱饵载体,利用酵母单杂技术,筛选AcSOC1候选调控因子,并用双荧光素酶实验进行验证。结果显示：共筛选出4个AcSOC1候选转录的调控因子:GHD7 （Heading Date7）、SVP1（SHORT VEGETATIVE PHASE 1）、SVP2（SHORT VEGETATIVE PHASE 2）、AP1（APETALA1）,只有AcSVP1、AcSVP2与pAcSOC1存在互作关系。SVP是一种开花抑制因子,乙烯能够抑制菠萝AcSVP基因表达。因此推断认为,乙烯诱导菠萝成花,可能是通过抑制AcSVP基因实现的,即乙烯通过抑制AcSVP的表达,从而降低了AcSVP对AcSOC1表达的抑制作用,AcSOC1表达增强,加快了乙烯诱导成花的过程。     

菠萝R2R3-MYB基因家族鉴定与表达分析

R2R3-MYB转录因子参与植物众多生命活动的调控,在植物生长发育中至关重要。本研究采用生物信息学分析方法,从菠萝基因组中筛选鉴定R2R3-AcMYB转录因子,并对其基因结构、编码蛋白和系统进化进行了分析;基于转录组数据和荧光定量PCR分析,研究了乙烯利处理后菠萝顶端分生组织MYB基因的表达模式。研究结果显示,菠萝基因组含有103个R2R3-AcMYB转录因子,其中67个的基因结构组成为3（外显子）+2（内含子）,17个为2（外显子）+1（内含子）。103个R2R3-AcMYB蛋白中,有31个偏碱性,55个显酸性和17个呈中性。亚细胞定位预测显示,有67个编码蛋白定位于细胞质,20个定位于细胞核。保守基序分析发现,有91个R2R3-AcMYB的序列包含SANT结构的motif 1和motif 2。系统进化树分析表明,81个R2R3-AcMYB转录因子可以分别被归入18个亚组,其余22个R2R3-AcMYB转录因子则未能进行明确归类。基于转录组数据和荧光定量PCR分析结果,发现菠萝顶端分生组织中多个MYB基因的表达受到乙烯利的诱导或抑制,暗示这些基因可能参与了乙烯利诱导条件下菠萝生长发育（包括开花诱导等）调控。这些研究结果为进一步挖掘菠萝激素响应、生长发育和开花调控等基因,揭示菠萝生长发育调控机制提供了数据支持。     

多花水仙WRKY转录因子的克隆与序列分析

以‘黄花水仙2号’和‘金盏银台’为材料,根据课题组已克隆出的多花水仙转录因子WRKY基因片段设计特异引物,通过RACE技术分别从2个水仙品种中克隆出2个不同的WRKY基因,命名为Nt WRKY40a和Nt WRKY40b,开放阅读框(ORF)长度分别为945和951个碱基。序列分析结果表明,两序列均含有WRKYGQK保守结构域;‘黄花水仙2号’与‘金盏银台’、拟南芥、葡萄、青蒿、小麦和粳稻的相似系数分别为:97.27%、45%、43%、47%、41%和43%。Real-time PCR分析结果表明:WRKY基因在花瓣和副冠开花过程中的表达量发生变化,说明其可能参与多花水仙花朵的衰老过程。     

宁夏小麦TaNrx-B1和TaFer-A1基因组成及其与相对发芽率的关系

为给抗旱小麦品种选育和评价提供依据,以117份宁夏小麦品种(系)为材料,鉴定种子萌发期相对发芽率,并利用抗旱相关分子标记检测TaNrx-B1和TaFer-A1基因组成,分析两基因组成分布特点,通过表型与基因型比较分析评价2个基因分子标记的有效性,同时筛选抗旱相关基因组成。结果表明,宁夏地区小麦种子萌发期总体平均相对发芽率为73.3%,变异范围为25.8%~98.2%;中等及以上抗旱性等级品种(系)占75.2%,达到供试材料的四分之三。宁夏小麦品种(系)中TaNrx-B1基因存在2种单倍型TaNrx-B1a和TaNrx-B1b,分别占供试材料总数的65.0%和35.0%,平均相对发芽率分别为71.4%和62.6%;TaFer-A1基因也存在两种单倍型TaFer-A1a和TaFer-A1b,分别占总数的74.4%和25.6%,平均相对发芽率分别为67.3%和62.2%。在两个基因的4种单倍型组合中,TaNrx-B1a/TaFer-A1a、TaNrx-B1a/TaFer-A1b、TaNrx-B1b/TaFer-A1a和TaNrx-B1b/TaFer-A1b依次占46.2%、8.5%、15.4%和29.9%,其种子的平均相对发芽率依次为70.7%、68.3%、65.1%和61.8%;相关分析发现,TaNrx-B1a/TaFer-A1a单倍型组合是抗旱类型组合,TaNrx-B1b/TaFer-A1b单倍型组合是非抗旱类型组合。综上所述,宁夏小麦种子萌发期总体抗旱性较强,以TaNrx-B1a/TaFer-A1a组合类型品种(系)的平均相对发芽率最高,所占比例也最多,两个基因的抗旱相关分子标记可用于小麦抗旱性初步鉴定和筛选。     

菠萝开花诱导及其生理与分子基础

菠萝开花分为自然开花和诱导开花两大类。由于菠萝自然开花的时间和开花率受环境因素影响较大,具有较大的不确定性,在实践中常常通过施用乙烯利或CaC2诱导菠萝开花达到调节菠萝上市时间的目的。通过合理安排种植时间与使用开花诱导技术,目前已经实现反季节生产和周年生产菠萝的目标。笔者对近年来菠萝自然开花、诱导开花及其生理、分子基础方面的研究进展进行了综述,并展望了该领域今后的研究方向。     

茶树花Cu/Zn-SOD酶活性及其基因表达分析

为研究Cu/Zn-SOD基因在茶树花不同发育阶段、不同品种间的表达规律以及Cu/Zn-SOD基因表达量与酶活性之间的关系,本研究将‘龙井43’品种茶树花分为4个发育阶段,选择15个品种的茶树花为研究对象,采用实时荧光定量PCR技术对3个Cu/Zn-SOD基因表达水平进行定量分析,同时测定Cu/Zn-SOD酶活性。结果表明:在茶树花的4个发育阶段中,第4阶段Cu/Zn-SOD酶活性最低,与其他3个阶段具有显著差异;不同品种的茶树花Cu/Zn-SOD酶活性有较大差异,其中‘紫鹃’茶树花Cu/Zn-SOD酶活性最高,其次是‘黄金芽’和‘白叶1号’,‘黄观音’的Cu/Zn-SOD酶活性最低。茶树花不同发育阶段中Cu/Zn-SOD基因表达水平存在较大差异,细胞质型Cu/Zn-SOD1基因表达水平远高于叶绿体型Cu/Zn-SOD2和过氧化物酶体Cu/Zn-SOD3;不同品种茶树花Cu/Zn-SOD基因表达水平有较大差异,Cu/Zn-SOD1基因在‘黄牡丹’茶树花中表达量最高,Cu/Zn-SOD2基因在‘白叶1号’和‘黄观音’茶树花中表达量最高,Cu/Zn-SOD3基因在‘紫鹃’茶树花中的表达量最高。相关性分析得知‘龙井43’茶树花不同发育阶段Cu/Zn-SOD酶活性与Cu/Zn-SOD基因表达量之间的相关性不明显,而不同品种茶树花的Cu/Zn-SOD酶活性与Cu/Zn-SOD3基因表达量存在显著相关性。本研究初步明确了Cu/Zn-SOD酶活性较高的茶树品种和茶树花适宜的采摘时间,为茶树花SOD进一步研究提供参考。     

早钟6号枇杷两个ETR基因成员的克隆及序列分析

以早钟6号枇杷的试管苗叶片为材料,采用同源克隆方法得到乙烯受体基因ETR的两个成员Ej-ETR1a和Ej-ETR2a的cDNA全长序列,在GenBank上的登录号为JX307084和JX307089.Ej-ETR1a序列全长2771 bp,包括227bp 5’-UTR、2226 bp ORF及318 bp 3’-UTR; Ej-ETR2a序列全长2594 bp,包含2226 bp ORF及366 bp 3’-UTR.Ej-ETR1a、Ej-ETR2a均编码741个氨基酸,且氨基酸序列具有95.28％的相似性.生物学信息分析表明:枇杷Ej-ETR1a和Ej-ETR2a均属于乙烯受体ETR1亚家族,为一个具有跨膜结构的非分泌蛋白,具有疏水性.2个ETR成员的克隆为进一步研究枇杷乙烯受体作用机制奠定了基础.     

菠萝SVP基因对乙烯利刺激的响应

SVP（short vegetative phase）是一类开花抑制基因,通过调节开花相关基因的表达,影响植物从营养生长阶段向生殖生长阶段的转变进程。根据公布的菠萝基因组信息,从‘台农4号’菠萝中克隆到2个AcSVP基因AcSVP1和AcSVP2。结果表明：AcSVP1和AcSVP2分别编码225和230个氨基酸,均含有MADS-box、K-box保守结构域,二者所编码蛋白均属MADS-box基因家族成员。定量PCR分析结果显示,2个AcSVP基因在菠萝茎尖、茎基和叶中均有不同程度的表达,乙烯利处理后主要表现为下调。乙烯利处理8 h内,AcSVP1在茎尖、叶中的表达显著下调,但在茎基组织中呈现先下调后上升的趋势;乙烯利处理后8 h,茎基组织中AcSVP1的相对表达量略高于对照。与AcSVP1不同,乙烯利处理8 h内AcSVP2在茎尖、茎基、叶3种组织中均明显下调;乙烯利处理后8 h,AcSVP2在茎尖、茎基、叶组织中的相对表达量只有对照的8%、44%和33%。SVP是目前已知的最重要的一类开花抑制基因,AcSVP在响应乙烯利的过程中表达显著下调,表明其在乙烯利诱导菠萝成花过程中可能发挥重要作用。     

菠萝品种间糖积累差异的研究

以‘巴厘’和‘无刺卡因’菠萝为试材,测定了同一季节成熟的菠萝果实的生长发育及其发育过程中糖积累及蔗糖代谢相关酶活性。结果表明,两种果实的生长曲线都符合单‘S’曲线模型,幼果期果实生长较缓,迅速生长期果实生长加快,成熟期果实生长又减缓,整个生长周期仅有一个生长高峰;不同菠萝品种主要积累糖的种类也不同,‘巴厘’品种以积累蔗糖为主,己糖与蔗糖的比值约为0.65;而‘无刺卡因’品种是以积累己糖为主,己糖与蔗糖的比值约为5.92。不同的蔗糖代谢酶活性决定了不同品种果实中糖积累的不同,‘巴厘’果实中主要调控蔗糖积累的酶包括SPS、中性转化酶NI(Netural invertaseI)和酸性转化酶AI(Acid invertase),而‘无刺卡因’果实主要由NI和AI调控。     

核盘菌诱导后向日葵防卫及激素信号传导相关基因差异表达分析

为探讨向日葵抗菌核病分子机制，在已构建的核盘菌诱导向日葵转录组差异表达基因分析基础上，筛选了8个向日葵防卫相关基因和水杨酸（SA）、茉莉（JA）及茉莉酸-乙烯（JA/ET）信号途径中的关键调控基因进行了qRT-PCR诱导表达分析。结果表明，当核盘菌侵染向日葵时，向日葵防御酶基因表达量与对照相比均有显著的变化，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和谷胱甘肽-S转移酶（GST）基因在6h表达量分别为对照25.02、22.34和26.25倍；苯丙氨酸解氨酶（PAL）、过氧化氢酶（CAT）和查尔酮合成酶（CHS）基因也上调表达，表达量在12h均达到最高，分别为对照的23.89、24.23和24.89倍；β-1，3-葡聚糖酶（GLU）基因在0～6h下调表达，之后又迅速升高，24h表达量达到最高，为对照的23.66倍；几丁质酶（CHI）基因先是下调表达，12h后开始上调表达，36h时表达量达到最高，为对照的22.13倍。SA、JA及JA/ET信号途径中的调控基因与未经诱导的相比均有明显的转录水平变化，而且JA/ET途径“节”点基因PDF1.2和SA-JA“节”点基因NPR1、MPK4和EDS1也明显上调表达。研究结果表明核盘菌诱导激发了向日葵多种抗病信号传导途径及防御反应，暗示向日葵对核盘菌侵染响应的分子机制受到多基因网络系统的调控。     

光照敏感型新梢白化茶新品种‘御金香’春梢化学成分研究

用HLPC法检测了光照敏感型新梢白化茶品种‘御金香’春梢生物碱、儿茶素类、氨基酸类和光合色素类化合物含量,并以温度敏感型新梢白化茶品种‘白叶1号’和常规茶树品种‘福鼎大白茶’为对照。结果显示,‘御金香’咖啡碱和可可碱含量显著高于‘福鼎大白茶’和‘白叶1号’;儿茶素类总含量显著低于‘福鼎大白茶’和‘白叶1号。光照敏感新梢白化茶‘御金香’和温度敏感型新梢白化茶‘白叶1号’的氨基酸含量显著高于‘福鼎大白茶’,但叶绿素a和叶绿素b、β-胡萝卜素、黄体素和新黄质等光合色素含量显著低于‘福鼎大白茶’。‘御金香’呈现黄色叶片的白化现象主要是因为叶绿素含量低,而并非类胡萝卜素含量高所致。     

白叶1号白化过程中叶绿体蛋白质组差异分析

白叶1号是一种温度敏感型白化茶树品种,叶绿体的变化是其产生阶段性白化现象的关键因素。本研究以白叶1号鲜叶叶绿体为研究对象,采用双向电泳、质谱鉴定结合生物信息学分析,研究阶段性白化过程中叶绿体蛋白的表达差异,探讨白叶1号阶段性白化现象的分子机制。结果表明,在白叶1号白化前期、白化期和复绿期叶绿体中分别识别726、748、718个蛋白质,其中差异表达的蛋白59个,质谱成功鉴定22个差异表达蛋白。生物信息学分析表明,差异表达蛋白直接或间接参与了光合作用、应激响应、核酸代谢、物质代谢和未知功能等,其中与光合作用相关的差异表达蛋白最多,占31.82%,表明阶段性白化现象可能与这些生理功能相关。通过荧光定量PCR分析发现,差异蛋白的基因表达与蛋白表达存在一定差异,这可能是由于蛋白质翻译后加工及修饰造成的。上述研究为进一步揭示白叶1号阶段性白化现象产生的分子机制奠定了理论基础。     

不同粒型花生品种品质形成规律

为明确不同粒型花生品种品质形成规律,在大田试验条件下,以大粒型品种花育22、中粒型品种铁引花2号和小粒型品种农花16为试材,采用完全随机设计,研究了不同粒型花生品种荚果成熟过程中水分含量、粗蛋白含量、粗脂肪含量、可溶性糖含量以及淀粉含量的动态变化规律。试验结果表明：花生荚果成熟过程中含水量逐渐下降,大粒型品种籽仁含水量大于中粒型和小粒型,差异显著（P＜0.05）;籽仁粗蛋白和粗脂肪含量逐渐积累,中粒型品种粗蛋白含量始终高于小粒型品种和大粒型品种,而粗脂肪含量是小粒型品种高于其它两品种,差异均达显著水平（P＜0.05）;结荚期花生荚果可溶性糖含量及淀粉含量均呈下降趋势,小粒型品种淀粉含量高于中粒型和大粒型,差异显著（P＜0.05）。对不同粒型花生品种品质的相关性分析表明,在荚果的发育过程中,籽仁粗脂肪含量与粗蛋白含量之间呈负相关关系,可溶性糖与淀粉含量之间呈显著的正相关,粗蛋白和粗脂肪含量与可溶性糖和淀粉含量呈极显著的负相关。本研究结果可结果可为选育优质专用花生品种提供理论依据。     

Differential responses to high temperature during maturation in heat-stress-tolerant cultivars of Japonica rice

High-temperature stress during the grain-filling stage reduces grain quality of rice, and this is a serious problem in Japan, especially in the Kyushu region. To solve this problem, various heat-tolerant cultivars have been bred, such as ‘Nikomaru’, ‘Kumasannochikara’, ‘Genkitsukushi’, ‘Sagabiyori’, and ‘Otentosodachi’. When cultivated under high temperature after flowering, these heat-tolerant cultivars had lower percentages of chalky grains than in the heat-sensitive cultivar ‘Hinohikari’. All the heat-tolerant cultivars markedly decreased the nonstructural carbohydrate content in the stem under the high temperature compared to control condition during early grain-filling stage, which is considered to be a common trait of heat tolerance. Notably, ‘Sagabiyori’, ‘Genkitsukushi’, and ‘Nikomaru’ maintained a nucellar epidermis at 17 days after flowering (DAF) under high temperature, whereas the nucellar epidermis disappeared in ‘Hinohikari’. In addition, the expression of AGPS2b, thought to be a rate-limiting enzyme in starch synthesis, in ‘Kumasannochikara’, ‘Otentosodachi’, and ‘Nikomaru’ did not decrease under high temperature, whereas ‘Hinohikari’, ‘Sagabiyori’, and ‘Genkitsukushi’ could not maintain expression of the gene at 17 DAF. Moreover, the expression of Amy3E, a starch-degradation-related gene considered to induce grain chalkiness, in ‘Kumasannochikara’ at 17 DAF was not increased by high temperature. These results suggest that the heat-stress-tolerant cultivars have various mechanisms for dealing with high-temperature stress.     

HXKs基因在香蕉果实后熟过程中功能初探

香蕉是世界主要水果之一,对乙烯非常敏感,属于呼吸跃变型果实。目前,香蕉果实后熟机理还未完全探明,后熟过程中己糖激酶(HXK)与乙烯的关系还不清楚。通过BLAST比对从香蕉基因组数据库中发现HXK基因家族的11个成员,经克隆获得这些基因的序列,并研究HXKs基因在香蕉果实自然后熟过程中的转录表达谱,重点研究乙烯利、甘露糖、NAG和1-MCP对HXKs基因表达、HXK酶活和内源乙烯生物合成的影响。结果表明:在香蕉果实后熟过程中HXKs基因呈现差异性表达,乙烯利上调大多数HXKs基因的表达和HXK酶活,1-MCP的作用正好相反,这表明外源乙烯正作用于HXK。另一方面,甘露糖加快内源乙烯生物合成,NAG却推迟内源乙烯生物合成,这说明HXK正作用于内源乙烯生物合成。所以,在香蕉果实后熟过程中乙烯和HXK之间存在相互促进的关系。这将为进一步阐明香蕉果实后熟机制提供理论依据,也将为香蕉果实保鲜新技术的挖掘提供新思路。