高羊茅光合作用与激素信号对低氮胁迫的转录组响应

养分胁迫直接影响高羊茅的生长发育,为研究高羊茅对低氮胁迫响应的分子机制,利用Illumina技术从高羊茅幼苗中获得了超过6000万个序列信息,拼接得到72666个unigenes并进行了分析。差异性分析显示,共检测到13112个响应低氮胁迫的基因,其中2346个上调基因,10766个下调基因。GO注释和KEGG显著性富集分析发现,差异基因主要富集在代谢过程、RNA转运、mRNA监测、次生代谢物的合成及胞吞作用通路中。在低氮胁迫下,光合作用相关基因被显著抑制,特别是捕光叶绿素a/b结合蛋白基因,这些基因的下调导致光合活性下降,有机质积累减少;植物激素相关基因大规模上调,表明氮信号与植物激素之间存在反馈调节。qRT-PCR分析表明,选出的差异表达基因与高通量测序结果基本一致。     

低氮胁迫对高羊茅苗期生理特性的影响

以‘黔草1号’高羊茅(Festuca arundinacea)为材料,通过低氮条件下高羊茅的生物学特性、抗氧化酶活性、内源激素和氨基酸含量等指标探究低氮条件对高羊茅生理特性的影响。结果表明：低氮胁迫下高羊茅的株高、生物量与蛋白质含量显著降低,而高羊茅叶片中的超氧化物歧化酶、过氧化物酶与谷氨酰胺合成酶活性受低氮胁迫诱导显著升高。液相质谱分析高羊茅叶片中的游离氨基酸成分表明,在低氮胁迫下大部分的游离氨基酸含量与正常处理组相比显著下降。随着胁迫时间的延长,油菜素内酯、细胞分裂素、生长素的含量呈现先升后降的趋势,赤霉素与脱落酸的含量呈现逐渐升高的趋势。表明低氮严重影响了高羊茅的正常生长,而高羊茅通过调节自身抗氧化酶活性、内源激素与氨基酸含量的变化来适应低氮胁迫。     

低氮胁迫对高羊茅IAA生长素代谢组影响的研究

氮是植物生长发育必须的大量元素之一,增施氮肥虽然有利于植物产量的提高,但是不利于土壤的可持续利用。牧草类作物相对于其他农作物受贫瘠土壤胁迫的危害更加严重,然而相应的理论研究还比较滞后。本文以禾本科牧草资源高羊茅为研究对象,利用LC-ESI-MS(液相色谱电离串联质谱)分析了正常和低氮条件下高羊茅叶片中的代谢组分,两种材料中分别稳定检测到1424和1251种代谢产物,利用OPLS-DA(正交偏最小二乘法判别分析)分析方法,鉴别到低氮处理后主要有13种代谢物质的含量发生变化,其中包括了生长素IAA。利用荧光定量PCR的方法检测8个IAA信号途径相关基因的表达,发现其表达在低氮处理后均被诱导,另外通过测定IAA激素的含量,也证实了IAA在高羊茅缺氮处理后升高这一事实。本研究为高羊茅氮缺乏的分子机理提供了重要的线索,也为在生产中通过喷施IAA来缓解植物应对氮缺乏的措施提供了理论依据。     

盐碱胁迫下紫花苜蓿叶片蛋白组的初步分析

以紫花苜蓿（Medicago sativa）品种"WL343HQ"为材料,对其幼苗进行150 mmol·L^-1的Na₂CO₃和NaHCO₃混合盐碱胁迫,采用iTRAQ技术结合反相液相色谱与液相串联色谱,分析盐碱胁迫叶片中蛋白表达的变化,并对获得的差异蛋白进行生物信息学分析。结果表明,在盐碱胁迫处理下共鉴定到318个显著差异蛋白,包括172个上调蛋白和146个下调蛋白,这些差异蛋白的功能涉及多种代谢途径,其中与光合作用相关的蛋白质表达量总体下调,与苯丙素生物合成、苯丙氨酸代谢和类黄酮生物合成相关的蛋白质表达量总体上调。通过蛋白组学分析技术可有效筛选紫花苜蓿叶片中差异表达蛋白,可为深入研究紫花苜蓿应对盐碱胁迫的分子机制提供一定的理论基础。     

基于转录组数据库的高羊茅HD-ZipⅠ转录因子的鉴定及表达模式解析

高等植物特有的同源异型-亮氨酸拉链蛋白(HD-Zip)家族转录因子在调控植物发育与逆境响应中起着重要作用。以生产中广泛应用的冷季型草高羊茅为研究材料,利用其目前已有的转录组序列,在Bioedit软件构建本地数据库。以水稻14个HD-ZIP I蛋白序列作为搜索请求,搜索本地数据库获得高羊茅中对应序列。结合序列分析及PCR克隆技术得到高羊茅13个HD-Zip I类成员的全长序列。系统进化树及MEME结构域分析发现,高羊茅13个HD-Zip I成员与水稻HD-Zip I家族成员进化关系接近,蛋白结构域的数目及排布方式也基本一致。采用荧光定量PCR技术分析短期及长期聚乙二醇6000模拟的干旱处理下11个FaHD-Zip I基因在高羊茅根颈中的mRNA相对表达水平。结果表明,短期干旱胁迫下,除FaHOX4和FaHOX6外,其余基因相对表达水平均发生一定程度的上调或者下调,且FaHOX22的响应程度最大;长期干旱胁迫下,所有基因的表达水平均在7或者14 d上调,FaHOX22在14 d时的表达水平比对照上调76.3倍。为基因组序列缺乏的非模式植物快速有效地进行基于转录组数据库的基因家族克隆及其功能研究提供了一种很好的方法。     

家蚕丝腺响应高低温胁迫的转录组分析

丝腺是家蚕合成和分泌丝蛋白的唯一器官，温度在丝腺合成丝蛋白的过程中具有重要调控作用，对蚕丝产量和品质都有重要影响。了解丝腺对饲养温度的响应机制对有效调控熟蚕吐丝有重要借鉴作用，以实用蚕品种贵蚕7号为研究对象，在丝腺发育和丝蛋白合成关键时期(5龄期)分别采用20℃、25℃和30℃不同温度条件进行饲养，并取游走期丝腺进行转录组比较分析。结果发现高温组(30℃)和低温组(20℃)与正常适宜饲养温度组(25℃)相比，共鉴定到109 053个差异表达基因。其中30℃饲养条件下存在67个显著上调表达基因，196个显著下调表达基因；20℃饲养条件下存在101个显著上调表达基因，124个显著下调表达基因。高温组和低温组之间分别存在4个和7个特异差异表达基因。进一步对这些差异基因进行GO和KEGG功能富集分析，发现高温组差异表达基因主要集中于氨基酸代谢、保幼激素代谢和能量代谢等与丝蛋白合成紧密相关的信号通路，低温组差异表达基因主要富集于苯丙素的生物合成、谷胱甘肽代谢等与物质代谢合成相关的信号通路，共同富集的通路主要集中于物质运输和能量代谢。这说明高温和低温胁迫影响丝腺发育或丝蛋白合成分泌的分子途径既存在...     

低磷胁迫下高羊茅生理响应及基因组DNA甲基化多态性分析

用KH_2PO_4浓度为0.005mmol/L的Hoagland全营养液模拟低磷胁迫,对低磷环境下高羊茅的生长特性、生理响应以及基因组DNA甲基化进行分析,探讨高羊茅对低磷胁迫的响应。结果表明:低磷胁迫15d后高羊茅的植株生长受到抑制,分蘖数明显降低;地上部、地下部的鲜重和干重受低磷胁迫影响较大,生物量的分配更倾向于地下部;低磷胁迫对高羊茅叶片生理生化指标的影响不一致,叶片中可溶性蛋白(SP)含量显著降低(P0.05),超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性显著降低(P0.05),而过氧化物酶(POD)活性显著升高(P0.05);低磷环境下玉米素(ZA)含量较对照无显著差异,而脱落酸(ABA)含量显著下降(P0.05),赤霉素(GA_3)和植物生长素(IAA)含量则显著升高(P0.05),其中IAA相对变化率最大。甲基化敏感扩增多态性(MSAP)分析发现,与对照相比,低磷组总甲基化率下降2.46%,低磷组甲基化模式的变化主要以甲基化为主,磷胁迫诱导的高羊茅DNA甲基化变化可能参与了对环境的适应性调节。     

草地早熟禾NAC基因鉴定及非生物胁迫下表达模式分析

草地早熟禾(Poa pratensis)是世界上广泛应用的草坪草种,其抗逆基因的挖掘对抗逆新品种的选育具有重要意义.NAC基因家族是植物特有的转录因子之一,在植物逆境响应中起到重要作用.以二穗短柄草(Brach ypodium distach yon)的NAC蛋白序列为请求序列,从草地早熟禾转录组数据库序列比对分析得到15个草地早熟禾PpNACs基因的cDNA全长序列,具有完整的开放阅读框.运用生物信息学方法预测早熟禾NAC家族成员的理化性质和保守结构域,发现15个PpNACs转录因子都是酸性蛋白,除PpNAC16外都属于不稳定蛋白,疏水性蛋白,具有相似的结构,通过聚类分析可将15个PpNACs成员分为3类.荧光定量PCR结果显示,在重金属胁迫下显著上调表达的基因有Pp-NAC10、PpNAC18、PpNAC19和PpNAC24,在盐胁迫过程下显著上调表达的基因有PpNAC10和PpNAC24,在干旱胁迫下显著上调表达的基因有PpNAC1、PpNAC6、PpNAC10和PpNAC13,在低温胁迫下显著上调表达的基因有PpNAC1、PpNAC10和PpNAC18,在高温胁迫下显著上调表达的基因有PpNAC20.其中,PpNAC10在重金属、盐、干旱和低温胁迫下均被显著诱导上调表达,Pp-NAC18在重金属、干旱和低温胁迫下均被显著诱导上调表达,PpNAC10和PpNAC18可作为草地早熟禾逆境胁迫响应的候选基因.     

干旱胁迫下高羊茅叶片的代谢组学分析

以禾本科牧草高羊茅为研究对象,采用液相色谱电离串联质谱(LC-ESI-MS)分析了干旱胁迫条件下高羊茅叶片中的代谢组学变化。其中,共稳定检测到282种代谢产物发生变化,148种下调表达,134种上调表达。利用MZmine软件处理原始数据,用主成分分析(PCA)与正交偏最小二乘法判别分析(OPLS-DA)方法,鉴定出4种代谢产物在干旱处理后下调,6种代谢产物上调。其中,芳香族化合物酰基基诺内酯、芳香族游离氨基酸、苏合香脂、甲烷呋喃都表现为上调;油脂代谢产物氢过氧化硬脂丁二酸酐、3-氧代十二烷酸酯、3-羟基十八烷基碳稀酸表现为下调,过氧化三甲基胺甲脂表现为上调;其他代谢产物如羟甲基茉莉酸葡萄糖苷(糖苷类)上调,胡椒新碱(生物碱)下调。芳香族化合物和脂代谢产物可能在高羊茅抗旱过程中起关键调控作用。     

低磷与干旱胁迫下百脉根代谢组学分析

为了探究百脉根(Lotus corniculatus)在低磷和干旱胁迫下代谢物质的变化,本实验选择对照(CK)、低磷(LP)和干旱胁迫(PEG)三种处理下的百脉根作为实验材料,利用代谢组学对低磷和干旱胁迫下的百脉根进行代谢物的分析。结果表明,干旱胁迫样本共测到390种差异代谢产物,其中314种下调表达,76种上调表达,注释到70条代谢通路。低磷胁迫样本共检测到332种代谢产物发生变化,其中209种下调表达,123种上调表达,注释到58条代谢通路。干旱胁迫样本主要聚类为脂肪酰基、羧酸及其衍生物、有机氧化合物、类黄酮,富集程度最显著的途径为类固醇生物合成。低磷胁迫样本主要聚类为脂肪酰基、羧酸及其衍生物、有氧化合物、类黄酮,富集程度最显著的途径为苯乙烯、二芳庚烷和姜酚的生物合成。研究利用代谢组学方法对百脉根组织部位中的代谢物进行分析鉴定,探究在低磷和干旱胁迫条件下百脉根组织部位中的代谢物以及差异代谢物种类和含量,为以后百脉根非生物胁迫的研究提供数据基础。     

过量表达Fa14-3-3C促进拟南芥对低氮胁迫耐受性的研究

氮元素是植物生长发育过程必不可少的营养元素之一,对禾本科作物生长的影响更加明显。本研究采用RACE技术从高羊茅叶片中克隆获得Fa14-3-3C基因全长,并对其亚细胞定位与分子功能进行系统研究。在烟草表皮细胞中观察发现Fa14-3-3C-GFP主要定位在细胞质中与细胞膜上。将Fa14-3-3C基因在拟南芥中过量表达获得3个单拷贝转基因株系(抗性分离比为3∶1)。在低氮胁迫反应中,Fa14-3-3C过量表达株系OE-1与OE-3的根鲜重显著比野生型高,而OE-2与野生型差异不显著,通过荧光定量PCR分析发现OE-1与OE-3过量表达明显而OE-2没有过量表达,说明Fa14-3-3C对植物耐低氮胁迫调节具有剂量效应。定量观察植物根系生长发现在低氮处理早期OE-1转基因株系就显著优于野生型,主要是通过补偿根系生长的方式缓解低氮胁迫对植物的伤害。因此本研究不仅获得了耐低氮胁迫候选基因,而且验证了其在模式植物中的分子功能,为进一步通过基因工程等手段培育耐低氮胁迫种质资源奠定基础,具有重要理论研究价值与生产应用前景。     

高羊茅应答盐胁迫的AtSOS途径基因的效应分析

本研究在2015年采用基因工程技术改良高羊茅耐盐性,通过种植转基因耐盐草坪草达到改良土壤改善生态环境的目的。以草坪草成熟种子诱导的胚性愈伤组织为受体,通过农杆菌介导法将拟南芥AtSOS途径基因AtSOS1、AtSOS2-AtSOS3和AtSOS1-AtSOS2-AtSOS3分别导入高羊茅爱瑞3号中,经PCR检测、Southern blotting分析和RT-PCR鉴定,获得了能稳定表达的转基因株系。以转不同组合AtSOS基因的高羊茅植株和野生型植株为材料进行盐处理,每次处理重复3次,测定其生理生化指标、株高、Na⁺、K⁺离子含量、叶绿素含量,结果显示,盐胁迫下转基因植株的过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)的活性都显著高于对照植株,而丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)含量的增加幅度均显著低于对照植株;盐胁迫下转基因和野生型植株叶片中的Na⁺、K⁺含量都增加;盐胁迫下所有植株的株高均呈下降趋势,各株系的叶绿素含量也减少,但是转基因(AtSOS1-AtSOS2-AtSOS3)植株的叶绿素含量增加。转AtSOS基因的高羊茅通过发挥AtSOS途径的作用,促进了植物体内Na⁺的外排,减轻了盐胁迫所导致的伤害,提高了植物的耐盐性。     

Allocating forage to fall-calving cow-calf pairs strip-grazing stockpiled tall fescue

In a 2-yr study, we evaluated the effect of different forage allocations on the performance of lactating beef cows and their calves grazing stockpiled tall fescue. Allocations of stockpiled tall fescue at 2.25, 3.00, 3.75, and 4.50% of cow-calf pair BW/d were set as experimental treatments. Conventional hay-feeding was also evaluated as a comparison to grazing stockpiled tall fescue. The experiment had a randomized complete block design with 3 replications and was divided into 3 phases each year. From early December to late February (phase 1) of each year, cows and calves grazed stockpiled tall fescue or were fed hay in the treatments described above. Immediately after phase 1, cows and calves were commingled and managed as a single group until weaning in April (phase 2) so that residual effects could be documented. Residual effects on cows were measured after the calves were weaned in April until mid-July (phase 3). During phase 1 of both years, apparent DMI of cow-calf pairs allocated stockpiled tall fescue at 4.50% of BW/d was 31% greater (P < 0.01) than those allocated 2.25% of BW/d. As allocation of stockpiled tall fescue increased from 2.25 to 4.50% of cow-calf BW/d, pasture utilization fell (P < 0.01) from 84 +/- 7% to 59 +/- 7%. During phase 1 of both years, cow BW losses increased linearly (P < 0.02) as forage allocations decreased, although the losses in yr 1 were almost double (P < 0.01) those in yr 2. During phases 2 and 3, few differences were noted across treatment groups, such that by the end of phase 3, cow BW in all treatments did not differ either year (P > 0.40). Calf ADG in phase 1 increased linearly (P < 0.01) with forage allocation (y = 0.063x + 0.513; R(2) = 0.91). However, calf gain per hectare decreased linearly (P < 0.01) as stockpiled tall fescue allocations increased (y = -26.5x + 212; R(2) = 0.97) such that gain per hectare for cow-calf pairs allocated stockpiled tall fescue at 4.50% BW/d was nearly 40% less (P < 0.01) than for those allocated 2.25% of BW/d. Allocating cow-calf pairs stockpiled tall fescue at 2.25% of BW/d likely optimizes its use; because cow body condition is easily regained in the subsequent spring and summer months, less forage is used during winter, and calf gain per hectare is maximized.     

高羊茅遗传转化研究进展

高羊茅Festuca arundinacea是一种在世界温带地区广泛种植的很重要的多年生冷季型牧草和草坪草,长期以来其品种改良主要依靠常规育种方法。植物基因工程技术的发展为高羊茅新品种选育提供了一种很有潜力的手段,目前国內外的许多公司和实验室都在利用转基因技术改良谊草种的耐逆性、病虫害和除草剂抗性以及品质等性状。本文从受体材料、转化方法、目标基因、影响因素、转基因遗传等多个方面综述了迄今为止高羊茅遗传转化研究所取得的进展。     

3种冷季型草坪草对持续干旱、高温及其互作的生理生态响应

对3种冷季型草坪草黑麦草（Lolium perenne L.）、高羊茅（Festuca arundinacea L.）和早熟禾（Poa pratensis L.）进行持续干旱、高温及其互作处理,通过测定生理生态指标,揭示3种冷季型草坪草对持续干旱高温环境的生理响应机制。结果表明,处理28 d时,各处理下3种草坪草的草坪外观质量TQ和叶片萎蔫系数LWS均显著降低,干旱和高温互作对TQ的影响具有叠加效应,干旱胁迫对LWS起到关键作用。28 d时,各处理下黑麦草和早熟禾叶片相对含水量均低于50%,比胁迫第21 d分别下降了36.2%和46.9%,说明逆境胁迫明显导致草坪草叶片水分亏缺,而高羊茅叶片持水能力强于黑麦草和早熟禾,早熟禾叶片脱水速度最快。各处理下草坪草根系生物量的下降幅度高于地上部分,逆境对根系生长的影响比地上部分更敏感。3种草坪草的光合速率在逆境下显著降低,相反地叶片暗呼吸速率显著增加,两者互作下的降低或增加幅度高于单一胁迫下。各处理下早熟禾的脯氨酸和可溶性糖含量的变化幅度均高于黑麦草和高羊茅,且对干旱高温互作胁迫表现的更为敏感。通过隶属函数综合分析方法对试验测定的9个生理指标进行综合评价,3种冷季型草坪草抗干旱高温能力由强到弱依次为：高羊茅>黑麦草>早熟禾。     

Influence of endophyte-infected tall fescue on serum prolactin and progesterone in gravid mares.

Thirty mares in late gestation were used in a 3-yr study to assess effects of the tall fescue endophyte Acremonium coenophialum on serum prolactin (PRL) and progesterone. Two paddocks of each treatment, 0 or 100% infected 'Kentucky 31' tall fescue, were grazed by the mares for 21 d. Blood was collected three times per week until parturition. At 7-d intervals, mares were challenged with thyrotropin-releasing hormone (TRH) while grazing and blood was collected postinjection. Mares grazing 100% infected tall fescue (E+) had decreased serum PRL compared with mares grazing the 0% infected tall fescue (E-) in 2 of 3 yr. Within 8 d postgrazing, serum PRL for E+ mares equaled or surpassed values of the E- mares. Serum PRL was not different during the 3rd yr. In response to TRH, serum PRL rate of increase was similar between treatments but remained elevated (P less than .01) in the E+ mares at the 180-, 240-, and 300-min sample times. Serum progesterone was lowered (P less than .05) by E+ but increased to control values within 10 d postgrazing. It is concluded that serum PRL and progesterone in the gravid mare were decreased by the presence of A. coenophialum in 'Kentucky 31' tall fescue grass but normal levels were reestablished within 2 to 3 wk.     

结缕草草坪复播高羊茅及种群竞争机理研究

本文研究在结缕草草坪复播高羊茅的方法，１９９４－１９９７年连续三年测定群落中高羊茅和结缕草的密度，美国度和频度，进而探讨较为适宜的复播方法和复播效果。结果表明，每平方米复播０ｇ高羊茅是加之划土深度３ｃｍ是较适宜的复播产加复播量和加深划土深度，将增加高羊茅的优势度而减少结缕草的优势度，从而导致复合草坪群落趋向以高羊茅为优势的方向演替。     

苇状羊茅育种研究进展

苇状羊茅（Festuca arundinacea Schred）是我国广泛用于牧草生产、草坪绿化、生态修复等方面的草本植物。本文主要对苇状羊茅品种及育种进展进行总结。研究表明：苇状羊茅在我国存在大面积适宜区，适合大面积推广种植；近20年，一共有14个品种通过国家审定，其中5个自育品种均由常规育种技术得来；生物技术方面，已获得转Leafy-ipt，CRY8DB等基因的高抗病虫害株系，EST-SSR分子标记、指纹库也在建设中。未来苇状羊茅育种工作应该广泛收集野生资源；重视培育高消化率、抗腐霉病以及具有生态修复价值的新品种；育种进程结合高新技术，尝试引入“智慧育种”的概念；积极开发分子工具；引导使用国产优良种质，推动草产业发展。     

Thiamin supplementation and the ingestive behavior of beef cattle grazing endophyte-infected tall fescue

Livestock grazing endophyte (Acremonium coenophialum Morgan-Jones and Gams)-infected tall fescue (Festuca arundinacea Schreb.) perform poorly due to tall fescue toxicosis, especially when animals are under heat stress. In order to determine whether thiamin promotes recovery from tall fescue toxicosis, 1 or 0 g of thiamin per day, as mononitrate, was fed orally to adult Angus (Bos taurus) cows (380 +/- 8 kg) grazing either tall fescue pasture with and without endophyte or alfalfa (Medicago sativa L.). A tethered grazing system employing a split-plot design was used to estimate intake and components of ingestive behavior. No significant differences attributable to thiamin supplements were seen in rates of intake and biting, grazing time and intake per bite when cows grazed endophyte-infected tall fescue during the first 4 d of exposure. When cows grazed endophyte-infected (greater than 95%) tall fescue with 2,091 micrograms/g loline alkaloids after 4 d of exposure, the untreated animals ingested herbage dry matter (DM) at 1.19 kg/h, whereas the cows receiving thiamin ate 1.57 kg/h (P less than .05). Cattle achieved these rates of DM intake by forming bites of 1.0 and 1.2 g DM at 24 and 26 bites/min when treated with 0 and 1 g of thiamin per day, respectively. Thiamin supplements had no effect on ingestive behavior of cows grazing endophyte-free tall fescue or alfalfa after exposure to these forages for 4 d. Responses to thiamin generally were greater when cattle grazing endophyte-infected tall fescue were exposed to heat stress. Oral thiamin supplementation may alleviate tall fescue toxicosis of beef cattle during warm weather.