大豆GmPIN2b调控根系响应低磷胁迫的功能研究

目的 研究生长素转运蛋白PIN基因家族在大豆Glycine max 根系适应低磷胁迫中的功能。方法 对大豆23个GmPIN家族成员进行进化树分析和表达模式分析,并进一步对GmPIN2b进行功能分析。结果 大豆23个GmPIN家族成员分散在7个不同的亚族,其中,GmPIN2a、GmPIN2b和GmPIN9a、GmPIN9d与拟南芥Arabidopsis thaliana的AtPIN2位于同一亚族。不同GmPIN家族成员在大豆中的组织表达定位及其受低磷调控的表达模式不同,其中,GmPIN2b在大豆根系中的表达水平在低磷胁迫6 d后显著上调,回补表达GmPIN2b能够部分恢复Atpin2突变体的表型。无论在低磷还是高磷条件下,回补表达GmPIN2b的转基因植株鲜质量和主根长均显著高于Atpin2突变体;而且回补表达GmPIN2b显著提高了Atpin2突变体在低磷条件下的一级侧根数,以及高磷条件下根系对重力的敏感性。结论 GmPIN2b在大豆根系形态建成响应低磷胁迫的过程中起重要的调控作用。     

磷胁迫不同基因型大豆根系生长和吸磷动力学反应

在控磷水培条件下，研究了３个基因型大豆（长农４号，长农５号和吉林２７号）其根生长特点和吸收Ｈ２ＰＯ４＾－动力学参数的变化。随供磷水平降低，各基因型大豆冠／根比减小，根吸Ｈ２ＰＯ４＾－动力学参数Ｋｍ、Ｃｍｉｎ降低，Ｉｍａｘ提高。     

不同基因型春小麦根系对低磷胁迫的生物学响应

选用3个春小麦品种(加春1号、2号、4号)作为试验材料,研究了低磷胁迫下不同基因型春小麦根系的形态学与生理学特征,结果表明:(1)在缺磷环境中,小麦的根重、根数、总根长、总吸收面积、根活力、根系SOD及POD活性、根系活性吸收面积均明显降低,但根冠比与根系分枝密度明显增加。不同基因型间变化趋势相似,但变化幅度存在明显差异。(2)根系的形态与生理学特征存在着明显的基因型差异,而且在低磷水平下这种差异表现的更为突出。表明作物品种之间对磷胁迫反应存在差异。(3)根系形态学和生理学特征可以作为筛选高效吸磷小麦品种的参考指标。在供试的三个基因型中,加春1号对低磷环境的适应性最强。     

不同花生品种磷吸收速率和根系形态对低磷胁迫的响应

为研究不同花生品种对低磷胁迫的适应能力,本试验选用10个花生品种,其幼苗分别在足磷(0.6 mmol/L KH2PO4)和低磷(0.01 mmol/L KH2PO4)营养液生长16～18 d,将生长16 d的幼苗移入磷浓度为0.2 mmol/L KH2 PO4的营养液中处理,测定单株磷吸收速率,取生长18 d的幼苗用以...     

低磷胁迫下不同水稻品种根系生理特性的研究

以4个对低磷反应不同的典型水稻品种为材料,对低磷处理10 d后各品种根系有机酸分泌量、酸性磷酸酯酶活性、根系活力等根系生理特性进行了比较研究。结果表明,低磷胁迫能促使水稻耐低磷品种根系分泌更多的有机酸,其有机酸分泌总量较对照平均增加了1.96倍,而敏感品种与对照之间无显著差异;低磷胁迫下各品种根系活力均有显著提高,2个耐低磷品种升幅相对较大,其根系TTC相对氧化强度平均为5.91,而敏感品种仅为1.83;各品种根系释放的酸性磷酸酯酶活性均明显高于对照,且敏感品种升幅相对较大。处理10 d后耐低磷品种根系生物量略高于对照。处理25 d后各品种根系生物量均显著高于对照,且耐低磷品种增幅更大。耐低磷品种植株生物量与对照无明显差异,而敏感品种则有明显降低。     

水稻低磷胁迫研究进展

缺磷是农业生产中限制水稻产量的一个重要因子。通过对磷在土壤中的存在形式,低磷胁迫对水稻根系、光合作用、磷亲和力的影响,以及水稻耐低磷基因型的筛选和耐低磷基因分子定位的进展进行综述,并对今后水稻低磷胁迫的研究趋势作出预测,以期为水稻耐低磷研究及磷高效水稻品种改良提供新的思路和理论依据。     

根系分泌物调控植物适应低磷胁迫的机制

磷是植物生长发育的必需营养元素,土壤中有效磷含量低是限制作物高产的主要因素。由于长期不当施肥,土壤中累积大量磷素,其中大部分磷是植物难以直接吸收的难溶性无机磷和有机磷。植物在长期进化过程中形成了一系列适应低磷胁迫的机制,其中根系分泌物参与土壤磷活化利用的机制一直是研究的热点问题。本文总结了近十年来关于低磷胁迫调控根系分泌物(有机酸和紫色酸性磷酸酶)合成和分泌的研究进展,对根系分泌物在根际微生态中的重要作用提出了展望,旨在阐明通过控制作物根系分泌物来提高作物磷效率的途径,为培育磷高效作物品种和优化磷肥的田间管理提供思路和奠定理论基础。     

低磷胁迫下植物的形态响应研究进展

磷是植物生长发育不可缺少的大量元素之一,参与了植物的能量转移、代谢调节、蛋白质激活等多种细胞活动。磷素供应不足将导致植物生长受阻,产量受制,开展磷高效利用育种已成为世界性的研究热点之一。本文从根系形态和构型变化、叶片形态特性以及碳水化合物分配格局等方面入手,对低磷胁迫下植物的形态适应性变化进行综述,指出了当前研究中存在的主要问题,并对今后的研究进行了展望。     

不同供磷浓度对杉木苗根系和盆栽土壤的影响

【目的】研究不同供磷浓度下盆栽杉木Cunninghamia lanceolate苗根系形态和生理响应机制及土壤养分和微生物变化规律。【方法】设置缺磷(P0)、正常供磷(P1)及高浓度供磷(P2)3个处理,测定不同供磷处理盆栽杉木苗根系形态和生理指标及土壤养分和微生物数量的时间动态。【结果】处理第30天时,P0植株地上部和整株干物质累积量最小,而根系干物质累积量和根冠比最大,分别是P1的2.07和5.37倍,差异显著;处理第15天时,P0根系磷吸收率最低而利用率最高,第30天时,其根系磷吸收率为P1的43.18%,而磷利用率为P1的231.59%;根系表面积和根尖数随处理时间增加呈增长趋势,第30天时,P0根系表面积为3.46 cm2,根尖数为56个,显著高于P1、P2处理;磷处理期间,酸性磷酸酶、超氧化物歧化酶活性和丙二醛含量均以P0最高,并与P1、P2差异显著;较之P1、P2处理,P0的土壤碱解氮明显升高,有效磷严重匮乏,p H、速效钾和阳离子交换量变化不大,酸性磷酸酶活性显著增强,真菌数量则有所降低。【结论】较之正常和高浓度供磷处理,缺磷胁迫导致杉木苗根系干物质累积量增加,根冠比增大,根系表面积和根尖数随胁迫时间延长而增大和增多;缺磷处理根系磷吸收率下降而利用率提高,根系的酸性磷酸酶、超氧化物歧化酶活性和丙二醛含量显著增大,同时盆栽土壤酸性磷酸酶活性显著增强,碱解氮含量明显增加,有效磷含量匮乏且真菌数量最少,表明缺磷处理对杉木苗根系生长及土壤养分和微生物数量影响显著。     

不同磷质量分数下马尾松幼苗根的生理生化特征

【目的】研究不同质量分数度下马尾松Pinus massoniana幼苗根系生理生化特征,以探究马尾松应对磷胁迫的生理生化机制,为低磷区域的马尾松人工林经营提供理论支持。【方法】以2年生马尾松幼苗为材料,采用石英砂盆栽的方法,基于全国马尾松林土壤有效磷质量分数(2.250 0 mg·kg^-1),设计0 (P₀)、0.562 5 (P₁)、1.125 0 (P₂)、2.250 0 (ck)、4.500 0 (P₃)、9.000 0 (P₄) mg·kg-1共6个有效质量分数度,分析了2个采样时间[8月(处理1.5个月)与9月(处理3.0个月后)]马尾松幼苗根系活力及酸性磷酸酶(ACP)活性、有机酸质量摩尔浓度、丙二醛(MDA)质量摩尔浓度以及3种抗氧化保护酶活性[超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)]的差异。【结果】①随着磷质量分数的增加,ACP活性与有机酸质量摩尔浓度均呈下降趋势。其中,P₀处理的ACP活...     

Functional characterization of caffeic acid O-methyltransferase in internode lignification of switchgrass (Panicum virgatum)

Caffeic acid O-methyltransferase (COMT) is a crucial enzyme that mainly methylates phenylpropanoid meta-hydroxyl of C₅ in the biosynthesis of syringyl lignin in angiosperms. A putative COMT, named as PvCOMT1, was isolated from switchgrass (Panicum virgatum), a C₄ warm-season dual-purpose forage and bioenergy crop. Our results showed that recombinant PvCOMT1 enzyme protein catalyzed the methylation of 5-OH coniferyl alcohol, 5-OH coniferaldehyde (CAld5H) and 5-OH ferulic acid. Further in vitro studies indicate that CAld5H can dominate COMT-mediated reactions by inhibiting the methylation of the other substrates. Transgenic switchgrass plants generated by an RNAi approach were further employed to study the function of COMT in internode lignification. A dramatic decrease in syringyl lignin units coupled with an obvious incorporation in 5-OH guaiacyl lignin units were observed in the COMT-RNAi transgenic plants. However, the constitutive suppression of COMT in switchgrass plants altered neither the pattern of lignin deposition along the stem nor the anatomical structure of internodes. Consistent with the biochemical characterization of PvCOMT1, a significant decrease in sinapaldehyde was found in the COMT-RNAi transgenic switchgrass plants, suggesting that CAld5H could be the optimal intermediate in the biosynthesis syringyl lignin.     

溶珊瑚弧菌hapR基因的敲除及功能研究

溶珊瑚弧菌(Vibrio coralliilyticus)是多种珊瑚的致病菌。hapR是弧菌群体感应系统核心的泛调控基因。前期实验中发现,溶珊瑚弧菌在感染佳丽鹿角珊瑚时,致病力与其接种密度密切相关,推测溶珊瑚弧菌的群体感应系统可能是调控其毒力的关键因子。笔者利用同源重组技术成功构建了溶珊瑚弧菌hapR缺失株△hapR-Vc450和回补株ChapR-Vc450,表型测试结果表明,hapR的缺失影响溶珊瑚弧菌的菌落形态,但不影响细菌的运动性和鞭毛结构;hapR缺失后,细菌最大生长量明显减少,但生物膜的形成量显著增加;用溶珊瑚弧菌人工感染鹿角珊瑚,结果显示,hapR缺失后菌株毒力增加,表明hapR在溶珊瑚弧菌中可能具有与霍乱弧菌hapR相似的功能,可以抑制毒力基因的级联激活。     

大丽轮枝菌VdLac基因克隆与功能分析

为探讨漆酶基因VdLac在大丽轮枝菌中的功能,克隆该基因并利用农杆菌介导的遗传转化方法和PEG介导的原生质体转化方法对VdLac进行敲除和功能回复,获得敲除和互补突变体。以野生型JY为对照,对敲除突变体和互补突变体进行生物学功能测定。结果显示,VdLac基因全长1 978bp,cDNA序列全长1 713bp,编码570个氨基酸组成的蛋白质;VdLac基因缺失突变体(△VdLac)对硝化压力更敏感,其在CM培养基上仍可产生漆酶,但产生漆酶的能力降低;表明大丽轮枝菌漆酶基因VdLac不影响菌株的营养生长、产孢、致病力以及黑色素合成。     

大豆GmCYP85A2基因克隆与表达特性分析

【目的】克隆大豆GmCYP85A2基因并进行表达特性分析,为进一步研究GmCYP85A2基因的功能及其对大豆叶柄角的调控机制奠定基础。【方法】以郑豆196作为试验材料,利用同源克隆技术克隆GmCYP85A2基因,对其编码蛋白进行生物信息学分析,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)方法检测GmCYP85A2基因在大豆植株不同组织（根、茎、叶片、叶柄、花、花芽和豆荚）及不同光照处理时间（0,4,8,12,16,20,24 h）下叶柄中的相对表达量,分析该基因的表达特性。【结果】成功克隆了大豆GmCYP85A2基因,其长1 524 bp,开放阅读框长1 401 bp,编码466个氨基酸;编码蛋白分子质量为53.4 ku,理论等电点（pI）为9.00,具有典型的P450超家族保守结构和蛋白三级结构,亚细胞定位结果表明该蛋白为分泌型蛋白。启动子分析结果表明,该基因转录起始位置ATG上游2 kb的基因组序列含有多个响应光照以及与生长发育、逆境胁迫相关的顺式作用元件。基因表达特性分析结果表明,GmCYP85A2基因主要在花、花芽、豆荚及叶柄中表达,且以花中的表达量最大;在营养生长时期,叶柄中GmCYP85A2的表达量受光照影响而上调,并伴随着叶柄角的变大。【结论】克隆了大豆GmCYP85A2基因,并研究了该基因的表达特性,分析了其在叶柄角调控中的可能机制。     

陆地棉磷高效基因GhMGD3的克隆与表达分析

  目的  基于前期陆地棉Gossypium hirsutum根部低磷胁迫基因表达谱芯片差异表达序列数据分析,挖掘相关基因,并对其克隆与表达分析。  方法  克隆GhMGD3基因并进行基因组DNA与cDNA测序分析,借助生物信息学方法分析GhMGD3的基因结构和进化关系;采用半定量RT-PCR技术与实时荧光定量PCR (RT-qPCR)的方法检测该基因在根、茎、叶、花4个组织中的基因表达量的变化以及低磷胁迫下的表达模式。  结果  成功克隆了陆地棉GhMGD3基因。GhMGD3基因的编码序列全长为681 bp,共编码226个氨基酸,存在3个内含子,分子量是26 610.54 Da,等电点为8.74,是稳定的亲水碱性蛋白。二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主。该蛋白不存在信号肽、跨膜结构域、N-糖基化位点,但含有多个磷酸化位点。亚细胞定位结果显示:该基因编码的蛋白定位于叶绿体。GhMGD3蛋白与木槿Hibiscus syriacus氨基酸序列相似性较高,其亲缘关系最近。半定量RT-PCR和RT-qPCR试验结果均表示:GhMGD3基因主要表达于根,中量表达于茎,微量表达于叶和花,在低磷胁迫72 h时其相对表达量达到最高值。  结论  首次成功克隆到了陆地棉GhMGD3基因,获得了GhMGD3基因的组织表达以及低磷胁迫下的表达模式,GhMGD3基因在棉花磷高效利用信号调控中具有重要作用。图7表1参27     

光和磷对苔草属植物胡萝卜状根形成及分布格局的影响

为了了解光照和土壤中磷对苔草属植物胡萝卜状根形成及分布格局的影响，2006年夏季在加拿大麦吉尔人工气候室内，对北美苔草属植物进行了不同光照强度和磷浓度组合的处理，以诱导苔草属植物胡萝卜状根的形成。结果发现：（1）苔草属植物的胡萝卜状根主要在低磷条件下形成，其中54％的植株在低磷条件下形成胡萝b状根，而高磷条件下只有4％的植株形成；（2）在相同的光照和磷处理条件下，处理时间对苔草属植物胡萝b状根的形成无显著影响；（3）遮荫影响苔草属植物胡萝b状根的形成，其中在“低磷＋全光照”条件下形成胡萝b状根的植株占处理植株总数的52％，而在“低磷＋遮荫”条件下形成胡萝卜状根的植株只占22％；（4）在苔草属植物中，胡萝卜状根只发生在苔草亚属（Subgen．CaYex）植物中，其中23组81种苔草亚属中78％的种类形成胡萝卜状根，而在二柱苔草亚属（Subgen．Vignea）植物中，5组9种苔草植物均无胡萝卜状根形成。可见，胡萝卜状根的形成不仅受环境因素（养分、光照）的影响，而且还与其系统发育有关。     

桂花OfPSY、OfPDS和OfHYB基因启动子克隆及表达特性分析

【目的】探究高温和外源脱落酸对桂花Osmanthus fragrans类胡萝卜素生物合成的3个相关基因,包括八氢番茄红素合成酶基因(PSY)、八氢番茄红素脱氢酶基因(PDS)、β-胡萝卜素羟化酶基因(HYB)的调控作用,为阐释桂花类胡萝卜素代谢调控的机制提供研究基础。【方法】根据桂花基因组数据库的序列,从桂花品种‘堰虹桂’‘Yanhong Gui’中克隆OfPSY、OfPDS、OfHYB基因的启动子序列,并进行生物信息学分析,再构建PCAMBIA3301-LUC载体在烟草Nicotiana benthamiana中瞬时表达,结合高温(37℃)和200 mg·L^-1脱落酸处理,分析启动子活性。【结果】获得OfPSY、OfPDS、OfHYB基因的部分启动子,其长度分别为1 908、1 521及1 830 bp。作用元件分析表明：3个启动子中均存在TATA-box和CAAT-box等启动子基本元件、光响应元件、脱落酸响应元件以及MYB和MYC结合位点。此外,在OfPSY启动子中,存在赤霉素响应元件;在OfPDS启动子中,存在茉莉酸甲酯响应元件、赤霉素响应元件、厌氧诱导型...