光质和光敏色素在植物逆境响应中的作用研究进展

光敏色素是植物感受外界光环境变化最重要的光受体之一,不仅参与调控植物生长发育,还介导植物对各种生物和非生物胁迫的响应。已有研究表明,光敏色素缺失会导致植物对病原菌、害虫等生物胁迫以及低温、高温、干旱、盐等非生物胁迫的抗性发生改变;改变光质（如调节红光远红光比率）可提高植物对上述逆境胁迫的抗性,并且通过水杨酸、茉莉酸和脱落酸等激素信号途径诱导植物的抗性。在系统综述近年来光敏色素在逆境响应中的作用以及防御机制研究进展的基础上,讨论了在园艺植物生产中通过利用光质和对光敏色素信号途径相关基因进行遗传改良,提高作物抗性,促进作物增产和改善作物品质的重要性。     

马铃薯块茎形成的光周期调控机理研究取得新进展

<正>2018年12月15日,《The Plant Journal》在线发表了华中农业大学马铃薯团队题为"Phytochrome F plays critical roles in potato photoperiodic tuberization"的学术论文。论文揭示了光敏色素F和光敏色素B以异源二聚体的形式介导马铃薯光周期块茎形成的潜在调控模式,深化了对马铃薯长日照适应性进化的认知。研究发现,长日照抑制结薯决定了马铃薯对栽培区域的适应性,其调控机制既是马铃薯进化研究     

转反义PHYA基因对番茄红素合成的影响

 通过根癌农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）介导法,以番茄叶片作外植体,将番茄（Solanum Lycopersicum L.）反义光敏色素A（PHYA）基因片段导入番茄。通过PCR扩增、Sourthern blot检测,证明反义光敏色素A的基因片段已整合到番茄基因组.在转基因番茄材料中,PHYA基因表达受到抑制,番茄红素的合成显著减少,果实没有表现出正常的红色果皮;转基因果实成熟过程中乙烯能够正常合成,与对照番茄之间没有显著差异.推测在调控番茄红素合成的模式中,光敏色素可能位于乙烯的下游位点起作用,二者共同调控番茄红素的合成。     

植物防御反应及其光信号调控途径

植物防御反应主要包括对草食性动物和病原微生物的免疫应答和对邻近植物竞争的防御反应。该研究介绍了植物对草食性动物和病原微生物的信号识别及其防御激素水杨酸和茉莉酸的信号转导途径,概述了光在响应邻近植物竞争防御反应的调控作用及其光受体光敏色素B、隐花色素和UVR8,并讨论了防御反应中的光信号R∶FR、光受体和防御激素信号转导途径之间的关系。指出光受体对竞争信号的感受可抑制对草食性动物和病原微生物的防御反应,其主要原因是低R∶FR导致茉莉酸和水杨酸信号转导途径受到抑制,还可导致光敏色素B失活,从而改变DELLA蛋白和茉莉酸ZIM结构域蛋白之间的平衡,进而抑制茉莉酸信号反应。     

雏菊rbcL基因的克隆及其生物信息学分析

以雏菊为试验材料,采用PCR方法扩增雏菊rbcL基因并测序,并用DNAstar、PAML等生物软件对该基因进行生物信息学及其适应性进化研究。结果表明:雏菊rbcL基因序列全长1 508bp,编码区全长1 458bp,共编码485个氨基酸,与基因库中菊科其它属植物比较,核苷酸和氨基酸序列的同源性均超过了96%。rbcL蛋白二级结构主要有20个α螺旋、17个β折叠、33个转角以及一些无规则卷曲,适应性进化检测发现共有3个正选择氨基酸位点(94E,149Q,309M)。获得完整雏菊rbcL基因有助于更深地研究雏菊对其生境的适应,rbcL蛋白大亚基正选择位点的空间结构对于维持核酮糖结构具有重要的作用。     

柑橘黄龙病菌亚洲种的泛基因组分析

利用34个柑橘黄龙病菌亚洲种“Candidatus Liberibacter asiaticus”(CLas)基因组进行泛基因组（Pan-genome）构建,并对其进化和拷贝数变异（Copy number variations,CNV）等方面进行了深入分析。结果表明此泛基因组共含有36 593个基因,1 188个基因簇,其中核心基因簇有872个、可变基因簇271个和个体特有基因簇45个。对所有基因簇进行选择压力分析,发现159个基因簇经历了适应性进化。结合GO注释数据,本研究中挖掘出CLas中两个基因可能与致病性或治疗耐药性相关。对所有的基因簇进行拷贝数进行统计,同时深入分析其中8个基因簇,结果发现其中5个基因簇与CLas的致病性或抗性有关,因此推测拷贝数增加的基因可能与抗药性相关。     

光照对番茄果实中番茄红素生物合成的调控研究进展

概述了光照对番茄红素生物合成调控的研究进展,探究光照在基因转录、转录后、光胁迫、光合产物等层面对番茄红素生物合成的辅助调控机制.结论表明:红光/远红光对PSY基因转录调控是主要方式之一,红光/远红光、蓝光及紫外光信号转导中存在交叉联系,HY5、PIF及COP1等光响应因子同时参与多种不同光质的信号转导过程.红光/远红光...     

葡萄ZTL、COP1基因的鉴定及其在不同光质和转光条件下的表达分析

【目的】在葡萄试管苗离体培养下,研究不同波长对基因ZTL、COP1表达的影响。【方法】以‘红地球’葡萄(Vitis vinifera‘Red Globe’)试管苗为材料,经RT-PCR法克隆获得葡萄ZTL、COP1基因全长cDNA,并利用生物信息学分析了以上基因的理化性质、蛋白质二级结构、亚细胞定位以及系统进化树。利用q RT-PCR技术分析了以上基因在不同光质处理下表达量的变化情况。利用荧光参数系统分析不同光质对葡萄试管苗生长的影响。【结果】ZTL的分子式为C1972H3107N553O576S20,是亲水性稳定蛋白,脂溶性较差;COP1的分子式为C832H1291N209O225S9,是疏水性稳定蛋白,脂溶性较好。ZTL和COP1的二级结构均由α-螺旋、β-转角、无规则卷曲和延伸链结构组成;亚细胞定位分析结果显示,ZTL、COP1均位于细胞质中;系统进化分析表明,ZTL与桃的亲缘关系最近,COP1与其他物种的亲缘关系均较远,单独聚为一个亚族。在不同光质处理后ZTL均为上调表达,其中白光转蓝光、红光、红光转白光、红光转蓝光和蓝光转红光处理后分别上调达11.2、22.3、12.0、32.9和19.6倍。不同光质处理后COP1基因的表达呈现不同的变化趋势:红光转蓝光处理后,COP1上调1.97倍,红光处理后表达量无显著变化,其他光质处理后均为下调表达,其中蓝光转白光和蓝光转红光处理后下调达18倍。荧光参数分析表明,qP、qN、NPQ和F_v/F_m在转光培养中表达活跃,均在红光转蓝光的转光培养下表达量最高。【结论】ZTL在葡萄转光培养中表达活跃,均呈显著上调趋势,而COP1总体表现为下调趋势。     

光质对三种蔬菜生长特性及品质的影响

以紫叶生菜、紫菘及紫甘蓝为试材,设置红光和蓝光2种光质(以白光为对照)进行处理,采用乙醇研磨法、蒽酮-H₂SO₄法、3,5-二硝基水杨酸法及碘量法,研究了3种蔬菜在不同光质下光合色素含量以及营养品质指标的变化,以期为不同种类蔬菜育苗期间光质条件提供参考依据。结果表明：3种蔬菜对不同光质的适应性存在差异,与白光相比,红蓝光可促进紫甘蓝种子萌发且红光效果较好;红光对3种蔬菜胚根、下胚轴长度、叶长和叶柄长度均具有促进作用,同时红光可增加紫叶生菜和紫甘蓝叶绿素a、类胡萝卜素、可溶性总糖及淀粉含量,但抑制维生素C合成,蓝光对3种蔬菜类胡萝卜素和维生素C合成具有促进作用。因此,可根据不同植物物种设置不同的光质条件,从而提高蔬菜的生长特性或改善其品质。     

基于叶绿体DNA分析的楸子种质遗传多样性研究

利用4对叶绿体DNA引物扩增49份楸子[Malus prunifolia（Willd.）Borkh.]种质资源的4个叶绿体DNA基因间区trnH-psbA、trnS-trnG spacer + intron、trnT-5′trnL和5′trnL-trnF序列,基于4个叶绿体DNA基因间区的序列变异,从母系遗传的角度评价楸子的遗传多样性水平。结果显示：4个叶绿体DNA基因间区序列经测序、拼接、比对和合并之后的片段长度为3 790 bp,共有173个多态性变异位点,其中包含2个单一突变位点、20个简约信息位点和151个插入/缺失位点。在49份楸子种质中,trnH-psbA、trnS-trnG spacer + intron、trnT-5′trnL和5′trnL-trnF区域的变异位点的数量分别为26个、25个、120个和2个,单倍型数量分别为9个、7个、8个和3个,合并之后的叶绿体DNA片段的单倍型有14个。核苷酸多样性和单倍型多样性最高的区域均为trnH-psbA（Hd = 0.775,Pi = 0.02143）,最低的为5′trnL-trnF（Hd = 0.481,Pi = 0.00072）。49份楸子种质4个叶绿体DNA区域合并后的遗传多样性较高（Hd = 0.854,Pi = 0.00949）。Tajima’s D检验中,4个叶绿体DNA区域在P > 0.10水平上均不显著,楸子的4个叶绿体DNA区域在进化上遵循中性进化模型。楸子的遗传变异主要存在于群体内部,不同居群间基因交流频繁,多数居群间遗传分化较少,与地理距离不完全相关。     

牡丹泛素延伸蛋白基因ubiquitin克隆及其作为内参基因的研究

以牡丹品种‘洛阳红’（Paeonia suffruticosa‘Luoyanghong’）为试验材料,采用RT-PCR方法获得一个牡丹泛素延伸蛋白基因Psubiquitin（PsUBI）,其cDNA开放阅读框（ORF）长度为447 bp,编码148个氨基酸,GenBank登录号为KP742952。序列比对发现,该基因与其他23种植物泛素延伸蛋白核苷酸序列的相似性均在81%以上,氨基酸序列的相似性达96%。进化分析表明,牡丹泛素延伸蛋白与棉花泛素延伸蛋白的亲缘关系最近。实时荧光定量PCR结果显示,在牡丹不同组织器官中,相对于其他5个常用看家基因（GAPDH、GAPDH1、tubulin、tubulin2、18S rRNA）,ubiquitin的PCR扩增曲线的CT值最为恒定,尤其是在不同花器官中的CT值完全一致。进一步分析发现该基因在牡丹的根、茎、叶片、花、雄蕊和心皮组织中均恒定表达,特别是花器官中的表达量几乎完全一致。以ubiquitin作为内参基因探讨控制花器官发育的基因PsAG的表达情况,结果显示PsAG的表达模式与其作用位点相吻合,ubiquitin更适宜作为牡丹花器官研究的内参基因。     

四重PCR技术鉴定番茄Ty-1、Ty-2、Mi和Cf-5基因研究

以番茄为试材,只利用1次PCR反应体系,同时对与番茄黄化曲叶病毒病(Tomatoyellow leaf curl virus)的Ty-1、Ty-2基因、番茄根结线虫病(Root-knot nematode)的Mi基因和番茄叶霉病(Leaf mold)的Cf-5基因紧密连锁的SCAR标记进行了筛选.结果表明:扩增的特异性片段和单引物扩增的片段吻合,即对与Ty-1基因、Ty-2基因、Mi基因和Cf-5基因紧密连锁的片段特异性扩增,所获得的片段大小分别是395、900、750和960 bp.经TaqI酶切后所获得的特异性片段大小与前人试验所得大小基本相同,初步证明了四重PCR检测的准确性.该体系可对Ty-1、Ty-2、Mi和Cf-5 4个抗病基因进行同时筛选,在苗期辅助选择.降低了生产成本,节约时间、人力、物力,为分子标记辅助选择育种奠定了基础.     

矮牵牛PDS基因的克隆及其在shRNA介导的基因沉默中的应用

以矮牵牛(Petunia hybrida)自交系‘Mitchell Diploid’(MD)为材料,通过3′RACE和5′RACE获得了其八氢番茄红素脱氢酶基因(PhPDS)的cDNA序列,进而通过PCR扩增出编码区的基因组序列。分析结果显示,PhPDS的cDNA序列全长2 182 bp,编码区序列1 746 bp,编码582个氨基酸。推测的蛋白质序列具有类胡萝卜素脱氢酶的保守结构域特征。编码区的基因组序列长7 609 bp,结构与番茄和拟南芥等PDS基因相似,具有14个外显子和13个内含子。利用博德研究所的小发夹RNA(shRNA)设计程序设计了两个针对PhPDS的shRNA,构建植物表达载体转化矮牵牛后,从其中一个载体的转化子中获得白色愈伤组织和幼枝,对白色幼枝的RT-PCR检测表明,其PDS基因的cDNA累积量减少,表明shRNA基因沉默技术能在矮牵牛中应用。以PDS基因为靶基因比用花色素合成基因研究基因沉默技术能更快地分析基因沉默的效果,全长序列的获得将有助于PDS基因在矮牵牛基因沉默技术研究中的应用。     

甜瓜抗病基因目录

2002年国际葫芦科遗传协会发表了一份最新的甜瓜基因目录,它包括162个已知甜瓜基因,与1998年发表的基因目录(刘文革已翻译,并刊登在<中国西瓜甜瓜>2000(2)上)相比较,有46个新基因.     

差异显示技术在马铃薯基因功能研究中的应用

近年来,包括马铃薯在内的植物功能基因组学研究得到飞速发展。基因差异表达技术的日趋完善,为探讨动植物特定的遗传现象、规律及抗逆机制研究提供了极大的方便。文章论述抑制性消减杂交技术、cDNA—AFLP技术、cDNA微阵列（也称为cDNA芯片）等技术在马铃薯基因功能研究中的最新进展。     

利用VIGS技术研究草莓FaMYB5的功能

以‘丰香’草莓(Fragaria×ananassa‘Toyonaka’)为材料,采用病毒诱导的基因沉默技术(Virus-induced Gene Silencing,VIGS)对果实中类黄酮化合物代谢相关转录因子基因FaMYB5进行沉默,并对沉默后果实类黄酮化合物代谢途径相关的结构基因和其他转录因子基因表达量进行半定量RT-PCR及RT-qPCR分析。并分别采用HPLC和香草醛—硫酸比色法对沉默后果实中花青素苷和原花青素含量进行测定。成功构建了pTRV2-FaMYB5的VIGS沉默载体,并建立了草莓果实VIGS沉默体系,FaMYB5基因沉默效率达60%;FaMYB5基因沉默处理与阴性对照相比,草莓类黄酮化合物代谢途径相关结构基因和转录因子表达量均发生改变,其中FaMYB9、FaLAR、FaDFR、FaANR表达量显著增加,从而导致果实中原花青素含量增加;而花青素合成相关基因FaANS的表达量减少1/2,FaMYB10表达量变化并不显著。此外,bHLH家族的转录因子基因FabHLH3和FabHLH3Δ随着FaMYB5的沉默表达量显著下降,而FaGL3显著升高。结果进一步证明FaMYB5转录因子对草莓类黄酮化合物代谢途径中的原花青素合成途径起负调控作用。     

辣椒花器官发育以丹基因和PDS基因VIGS载体的构建及鉴定

以辣椒恢复系121C为材料．采用RT—PCR技术从121C花药中克隆得到控制花器官发育B类基因朋丹的部分序列，片段长379bp，阳性对照八氢番茄红素脱氢酶基因（phytoenedesaturae，PDS），片段长323bp，然后通过酶切分别连接pTRV2质粒，获得重组载体pTRV2-pPAP3和pTRV2-PDS。利用PCR进行初步鉴定后进行序列测定。结果表明，辣椒尉丹基因和PDS基因已插入到pTRV2载体上，VIGS载体构建成功。该研究为下一步分析基因沉默和辣椒花器官的发育提供了试验基础。     

番茄多茸毛基因Womz的遗传表现及其利用价值

 按孟德尔质量性状遗传研究设计, 以普通番茄多茸毛品系LS1371 与普通品系强力62 配制的六世代遗传群体, 研究番茄多茸毛形态突变基因Wo^mz的遗传机理, 通过各世代的表现型和基因型关系的研究分析, 提出控制该多茸毛性状的Wo^mz基因为单基因不完全显性遗传。在实际育种中, 比较Wo^mz基因与Wo基因的避虫性表现, 表明Wo^mz基因在番茄抗虫育种中更有利用价值。     

茄子TRV-VIGS体系的优化及SmIAA19基因功能初步分析

以经过改造的烟草脆裂病毒（Tobacco rattle virus,TRV）载体PYL156为工具,采用叶片注射法侵染茄子（Solanum melongena L.）叶片,通过表型比较、TRV病毒分子检测和荧光定量PCR技术分析,探究环境温度、植株大小、目的基因插入片段大小对茄子TRV-VIGS沉默体系的影响。结果表明,昼夜温度为（25 ± 3）℃和（20 ± 2）℃时,接种茄子幼苗子叶的植株沉默效果明显,侵染后植株叶片中目的基因表达量与阴性对照相比明显降低;早春日光温室和秋季日光温室条件下,侵染植株表型性状和基因表达量差异不显著。沉默片段大小为200 bp左右时目的基因的沉默效果最好;侵染茄子幼苗子叶期植株出现明显病毒斑,而接种6周龄真叶则无明显表型差异。用茄子生长素诱导基因（SmIAA19）为靶基因对其进行验证,结果表明显著抑制了SmIAA19的表达,其在叶片中的表达量和生长素含量均显著降低,表明SmIAA19是1个与生长素代谢途径相关的基因。     

甜瓜白粉病抗病基因的定位及候选基因分析

以甜瓜高抗白粉病自交系MR-1为母本,易感白粉病自交系Top Mark为父本,构建BC_1P_2和F_2群体,经13个国际通用的甜瓜白粉病生理小种鉴别寄主鉴定,2015年东北农业大学设施园艺工程中心的白粉病发病病菌为P.xanthii生理小种1,甜瓜MR-1对P.xanthii生理小种1的抗性由单显性基因控制。通过对266个F2分离群体的抗病性鉴定和CAPS标记分析,采用复合区间作图法对甜瓜抗白粉病性状进行QTL分析,最终构建了1张包含203个CAPS标记的甜瓜遗传连锁图谱,并将抗病基因PXR定位在第12号染色体上M12-GH和M12-TE 2个标记之间,该基因与两侧翼标记间的距离分别为0.63 c M和0.42 c M,两侧翼标记间在甜瓜参考基因组上对应的物理距离为303 kb,该区域内含有60个预测基因,其中10个基因含有非同义单碱基突变。10个基因荧光定量分析结果显示,在抗病与感病甜瓜表达量存在较大差异的4个基因MELO3C002434、MELO3C002437、MELO3C002441、MELO3C002457为甜瓜白粉病抗病候选基因。