组学在大豆耐盐研究中的应用

大豆是重要的经济作物,但土地的盐碱化却严重影响大豆的产量。了解大豆耐盐的遗传和分子机制有助于挖掘盐碱地大豆产量潜力。栽培大豆(Glycine max)和野生大豆(Glycine soja)基因组的完成,极大推动了组学的发展进程,而基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等在大豆耐盐机理研究中的应用为大豆的耐盐机理研究聚集了大量重要数据,为解决盐碱地大豆生产瓶颈建立了基础。本文主要对近期运用组学进行大豆耐盐机理研究的论文进行了综述。表6,参47。     

南方型紫花苜蓿叶片响应盐胁迫蛋白质组和转录组关联分析

为了从基因和蛋白质水平上揭示南方型紫花苜蓿适应盐胁迫环境的分子机制,以南方型紫花苜蓿Millennium为材料,对正常培养和盐胁迫条件下的2个样品叶片进行转录组和蛋白质组关联分析。结果表明,定量蛋白和基因关联系数为0.2485;变化趋势相反差异蛋白和基因表达的关联系数为-0.2440;变化趋势相同差异蛋白质和基因表达的关联系数为0.8122。鉴定出109个与差异基因表达趋势相同的差异蛋白,其中77个上调,32个下调,这些差异蛋白功能涉及光合作用、抗氧化物、信号传递、翻译后修饰、翻译和分子伴侣、胁迫防御、能量产生与转运、代谢和其它未知功能蛋白等。下调表达的蛋白主要与光合作用相关,而上调表达的蛋白主要参与了抗氧化物、信号传递和胁迫防御等。此外,关联发现了与紫花苜蓿盐胁迫响应相关的III类过氧化物酶、铁蛋白、谷胱甘肽S-转移酶、磷脂酰肌醇特异性磷脂酶C、LRR类受体激酶、ABA反应蛋白、钙联接蛋白2、液泡H+-ATP酶C亚基和NADP-苹果酸酶等差异蛋白。本研究通过高通量多组学数据的关联分析,发现一些可能作为紫花苜蓿耐盐潜在靶标蛋白(基因),这为深入认识紫花苜蓿盐胁迫的应答分子调控机制奠定了坚实的基础。     

荆芥幼苗对盐胁迫的生理响应

为探究盐胁迫对荆芥幼苗生理特性的影响,采用盆栽砂培试验,研究不同浓度盐胁迫(0、25、50、75和100 mmol·L^-1 NaCl)下荆芥幼苗生长、质膜稳定性、渗透调节、抗氧化酶系统、离子吸收和分配的变化。结果表明,随着盐浓度的增加,荆芥盐害指数逐渐升高,幼苗株高增加速率和比叶面积均逐渐降低,单株干重和叶绿素含量均呈先增加后减少的趋势,且均在25 mmol·L^-1 NaCl处理下达到最大;叶片中丙二醛(MDA)含量和电解质渗漏率均显著增加;可溶性蛋白和脯氨酸含量均呈先增加后减少趋势,且分别在50和75 mmol·L^-1 NaCl处理下达到最大,而可溶性糖含量则不断上升;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性均呈先上升后下降的趋势,在25 mmol·L^-1 NaCl处理下达到最大,而过氧化物酶(POD)活性则持续下降。盐胁迫下,荆芥的根、茎、叶大量积累Na^+,但主要集中在地上部分,同时各部位K^+、Ca²⁺含量及K^+/Na^+、Ca²⁺/Na^+值均显著下降。综上,荆芥幼苗对盐胁迫极为敏感,但对低浓度的盐胁迫(25 mmol·L^-1 NaCl)具有一定的耐受性。本研究结果为荆芥的规范化栽培和抗逆驯化研究奠定了理论基础。     

基于代谢组学的湖南典型地方茶树种质资源代谢物差异研究

湖南处于茶树遗传演化的过渡带,茶树种质资源丰富,这些资源不仅在植物学特征上差异显著,而且在茶类适制性、适应性、耐寒性等方面各有特点,然而目前对湖南茶树资源功能成分差异的深度解析尚缺乏深入研究.为了进一步探明湖南典型地方茶树种质资源的功能成分差异,本研究采用超高效液相色谱-串联四极杆质谱(UPLC-MS/MS)分析技术,...     

利用转录组测序技术鉴定紫花苜蓿根系盐胁迫应答基因

盐害是影响紫花苜蓿生产力的主要非生物因素之一,鉴定控制这一复杂性状的基因将为苜蓿育种计划提供关键信息。为揭示紫花苜蓿在盐胁迫下基因表达谱的变化,以紫花苜蓿Millennium为材料,对正常培养(WT_CK1)和盐胁迫(WT_N1)条件下的2个样品根系进行转录组分析,同时利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对部分关键基因的表达特点进行验证。结果表明,紫花苜蓿根系在250 m M Na Cl胁迫72 h时,共检测到31 907个基因表达量发生了改变,2 758个基因的表达量差异达到2倍以上,包括199个转录因子,其中1 338个表达量上调,1 420个表达量下调,这些差异表达基因功能主要涉及次生代谢、代谢途径、激素代谢及信号转导和植物病原菌互作等。qRT-PCR分析表明,6个随机选择的基因在胁迫前后的表达特点与表达谱测序结果一致。综上,紫花苜蓿根系对盐胁迫响应是一个多基因参与、多个生物代谢过程反应协同调控的过程,基因表达量的变化可能是调控的主要方式。此外,本研究候选了一系列胆汁酸:Na+共转运蛋白、晚期胚胎发生富集蛋白、谷胱甘肽-s-转移酶基因和转录因子等与紫花苜蓿盐胁迫相关的应答关键基因,为揭示紫花苜蓿耐盐分子机制奠定了基础。     

延迟采收对豫中烤烟上部叶生理指标和代谢组学的影响

为探究延迟采收对豫中烤烟上部叶生理指标和代谢组学的影响,本研究以中烟100为试验材料,研究延迟采收对上部叶抗氧化性指标、氮代谢关键酶活性、还原糖含量以及代谢组学的影响。结果显示,随着延迟采收时间的延长,烟叶中抗氧化系统中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性逐渐降低,丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)含量较常规采收时上升。与常规采收相比,延迟采收8 d时烟叶中还原糖含量达到最高,增加了97.10%。氮代谢中的关键酶硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性随着采收期延长逐渐降低,延迟16 d时活性达到最低。不同处理的上部叶代谢物经过时间序列分析(STEM)发现变化趋势相似的代谢物聚为一类,经过代谢途径分析(KEGG)发现,随着采收期的延长,主要富集在萜类化合物和类固醇的生物合成,D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代谢、不饱和脂肪酸的生物合成,托品烷、哌啶和吡啶生物碱的生物合成等代谢途径中的代谢物表达持续下调,富集在淀粉和蔗糖代谢途径、酪氨酸代谢、植物激素的生物合成等途径中的代谢物在延迟采收8 d时表达下调。综上表明,豫中烟区烤烟上部叶延迟采收8 d为最佳采收期。本研究为确定豫中上部烟叶的适宜采收时间,科学指导田间采收提供了重要的理论依据。     

海稻86响应碱胁迫调节氮代谢的生理与分子机制

海稻86是原生长于沿海滩涂的水稻品种,具有强耐碱性.为探究海稻86耐碱胁迫的生理和分子机制,本研究以海稻86和对碱敏感的水稻品种珍汕97为材料,采用pH值9.0的碱处理液处理水稻幼苗,并检测其根和叶中含氮物质含量、氮代谢相关酶活性和基因表达量.结果 表明,碱胁迫下,海稻86根和叶中硝态氮和可溶性蛋白含量降幅低于珍汕97...     

盐敏感型与耐盐型高粱对盐胁迫反应的转录组差异分析

  【目的】  研究高粱盐胁迫的生理学差异及其分子机制,发掘高粱在盐胁迫过程中的关键调控基因,筛选高粱耐盐和盐敏感材料,探讨高粱耐盐胁迫的机制。  【方法】  本试验以耐盐材料“67B”及盐敏感材料“3560R”为研究对象,加入150 mmol/L NaCl溶液进行盐胁迫,测定叶片生长指标、进行转录组测序和生物信息学分析。  【结果】  盐分胁迫下,耐盐材料生长速率快,表现出较强的耐盐性,耐盐材料可以提高Na+的选择吸收及其在植株体内的积累与分配。盐胁迫下耐盐材料可以维持较高的过氧化氢酶活性,受到盐胁迫后该酶活性升高幅度相对较大,进而保持了较强的过氧化氢清除能力,能够及时清除过量积累的活性氧。盐胁迫下两个品系共有5040个差异表达基因。盐敏感材料和耐盐材料对盐胁迫的响应途径是相同的,两者差异表达基因在KEGG各pathway中的分布趋势差别很大,排名前五的基因数条目有3条相同,分别为苯丙烷类合成、植物激素信号转导和碳代谢通路,盐敏感材料中另外两条不同的条目为淀粉与蔗糖代谢及氨基酸生物合成通路,与基础代谢有关,盐敏感材料中差异基因主要集中在基础代谢和次生物质合成途径,是造成两个材料耐盐性差异的重要原因。  【结论】  高粱的耐盐机制调控是一个复杂的过程,是由不同通路一系列基因表达共同作用的结果,依赖于多个基因在复杂网络中的平衡表达。     

不同苜蓿品种种子发芽对盐胁迫的响应

[目的]针对内蒙古西部地区草地土壤盐碱化,选择盐碱土壤的主要成分NaCl和Na_2SO_4配成混合盐溶液进行室内发芽试验,筛选适合当地种植的耐盐苜蓿品种,为内蒙古西部盐碱草场的苜蓿种植提供理论依据。[方法]将NaCl和Na_2SO_4按摩尔浓度1∶1,用蒸馏水配成含盐量0.0%,0.2%,0.4%,0.6%,0.8%,1.0%,1.2%,1.4%,1.6%,1.8%,2.0%共11个梯度盐溶液,对25个苜蓿品种进行发芽试验,测定种子发芽率、相对发芽指数、种子相对简易活力指数,进行耐盐类型的划分。[结果]轻度盐分胁迫(0.2%和0.4%盐浓度)促进了苜蓿种子发芽,提高了种子的发芽率、相对发芽指数、种子相对简易活力指数;不同苜蓿品种间种子发芽的适宜盐浓度、半致死浓度、极限浓度差异较大。多数苜蓿品种的种子发芽适宜盐浓度是0.0%~0.6%,半致死盐浓度为0.8%,中草3号高达1.4%;极限盐浓度在1.0%~2.0%。[结论]综合聚类分析和种子发芽指标的表现得出,中草3号、新苜2号品种表现出较强的耐盐性,属于耐盐品种,magnumV-wet、赤草1号耐盐性较差,属盐敏感品种     

水稻耐盐生理及分子调节机制

土壤钠盐积累导致的土壤盐渍化程度越来越严重,已成为制约水稻产量和品质的重要因素之一。钠离子是引起水稻盐胁迫伤害的主要离子,研究钠离子在水稻植株体内的吸收运输机制,及水稻应对盐胁迫的生理分子调节机制,有助于抗盐品种的选育以及盐碱地的综合治理与利用。本文综述了水稻对盐信号的感应及盐分在水稻体内的吸收转运特征;分析了盐分进入水稻机体后对植株形态及生长发育的影响;探讨了水稻为缓解盐分伤害,诱发的渗透调节、养分、抗氧化系统、激素等生理调节机制,以及通过抗逆蛋白差异性表达和耐盐相关基因应激表达,来控制水稻体内离子平衡,保护膜系统及光合系统的分子调节机制。同时,本文对提高水稻耐盐性提出了外源调控措施,并对该领域的研究进行了展望。     

Effect of Biochemical and Physiological Response to Salt Stress in Camelina sativa

Camelina sativa is a promising low-input, high yielding biodiesel crop that can be suitable to grow on marginal lands and is a good source of omega-3 fatty acids. The objective of the study was to compare the rate of growth in different varieties of C. sativa in response to salt stress. Three biological replicates were collected from three varieties of C. sativa grown in vitro in a controlled growth room. The Blaine Creek, Cheyenne and Suneson varieties of C. sativa were analyzed for their physiological and biochemical response to salt stress using the following criteria: germination rates, measurement of length, dry weights, fresh weights, and stomatal size. The biochemical measurements focused on proline, chlorophyll, and flow cytometry analysis. Blaine Creek’s growth during salt stress was overall the most affected, while Suneson and Cheyenne generated higher amounts of biomass, thus indicating that C. sativa can be grown on saline soils.     

PEG预处理对盐及镉胁迫下黑麦草生理代谢的影响

为了探讨PEG预处理对盐胁迫和镉胁迫下多年生黑麦草幼苗生理特性的影响,将黑麦草幼苗分别用0,5%,10%,15%,20%,25%(对应水势分别为0,-0.05,-0.15,-0.30,-0.50,-0.77 MPa)的PEG-6000营养液进行预处理后,分别用含150 mmol/L NaCl和Cd~(2+)浓度为10 mg/L的胁迫液培养,然后测定黑麦草幼苗叶片的光合色素含量、MDA含量、游离脯氨酸含量、可溶性糖含量及抗氧化酶(SOD、POD、CAT、APX)活性。结果表明:盐胁迫下15%(-0.30 MPa)PEG预处理和镉胁迫下10%(-0.15 MPa)PEG预处理可以有效提高多年生黑麦草的光合色素含量,降低MDA、游离脯氨酸含量,增加可溶性糖含量,提高抗氧化酶活性。PEG预处理下多年生黑麦草在遭受逆境胁迫时,受到多种生理生化的调节,其生理指标的动态变化是黑麦草应答逆境因子胁迫的重要调节机制,体现了其对逆境胁迫的适应能力以及在多种逆境胁迫下的交叉适应能力。     

蔬菜硝酸盐累积的生理和分子生物学机理

蔬菜是易累积硝酸盐的植物,弄清硝酸盐在蔬菜体内的累积和分布机理是降低蔬菜体内硝酸盐含量的基础。综述了蔬菜累积硝酸盐的主要影响因素、硝酸盐累积的生理和分子生物学机理,并对今后蔬菜硝酸盐的研究方向进行展望。     

酸枣的生长及生理特性对盐胁迫的响应

[目的]探讨酸枣幼苗对盐胁迫的适应机制及耐性机理,为盐碱地栽培品种的选择提供参考。[方法]以1年生酸枣幼苗为材料,采用盆栽控水试验,研究不同浓度0(CK),1.5,3,4.5,6,7.5g/L NaCl处理对酸枣幼苗的生长、叶绿素含量、气体交换参数、抗氧化酶活性等的影响。[结果](1)当Nacl浓度为0~3g/L时,酸枣的存活率和生长状况影响不大。当Nacl浓度3g/L,酸枣的存活率显著下降,尤其在6~7.5g/L的高浓度胁迫下,其生长受到严重抑制,3g/LNaCl浓度是适生耐盐范围的最大阈值。(2)随着盐浓度和胁迫时间的增加,酸枣幼苗叶片中超氧化物岐化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性呈先上升后下降的趋势,丙二醛(MDA)含量和脯氨酸(Pro)含量均为增加的趋势;(3)光和色素含量呈下降趋势,净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)以及蒸腾速率(Tr)呈现下降趋势,而胞间二氧化碳浓度(Ci)呈先下降后上升的趋势,其Pn的下降前期是由气孔因素引起,后期是由非气孔限制因素引起。[结论]低浓度(3g/L)NaCl胁迫对酸枣的存活率和生长状况影响不大,但随着浓度的增加,酸枣幼苗的叶绿素含量、抗氧化酶系统等均受到抑制,植株的生长发育受到严重影响。     

欧洲鹅耳枥幼苗对盐胁迫的生长及生理响应

[目的]探讨欧洲鹅耳枥(Carpinus betulus)对盐胁迫的响应及其耐盐性。[方法]以两年生欧洲鹅耳枥幼苗为材料,用不同浓度NaCl(0%,0.1%,0.2%,0.3%,0.4%,0.5%)溶液处理幼苗,研究不同盐分胁迫对其幼苗生长及生理生化指标的影响。[结果](1)随着盐胁迫的加剧,欧洲鹅耳枥幼苗受到损害程度逐渐加重,相对苗高生长、相对地径生长和总干重均呈下降趋势,而根冠比则逐渐增大;(2)叶片相对含水量随着盐胁迫程度的增加而下降,且盐浓度越高,时间越久,变化幅度越大;(3)叶片叶绿素总量、SOD活性、POD活性、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量随着盐胁迫程度的增加表现出先升高后降低的趋势;(4)随着盐浓度的增加和盐害时间的持续,幼苗叶片MDA含量、相对电导率和脯氨酸含量总体上呈增大趋势,并在胁迫末期达到最大值。[结论]欧洲鹅耳枥幼苗在0.1%~0.2%盐胁迫下能通过调节保护酶活性和渗透调节物质来减轻危害;而在0.3%胁迫下,幼苗自我调节能力受影响,0.4%~0.5%胁迫对其造成严重的损害,表明欧洲鹅耳枥耐盐性较弱,不宜在滨海地区生长。     

山桃幼苗响应镉胁迫的生理机制研究

为探究山桃(Amygdalus davidiana)幼苗响应镉(Cd)胁迫的生理机制,通过盆栽试验研究了山桃幼苗在10 mg·kg^-1Cd处理后1、15、30、90 d的生理响应和富集特征。结果表明,山桃幼苗叶片O2-·和丙二醛(MDA)相对含量随Cd处理时间的延长而上升,叶绿素a含量、叶绿素b含量、净光合速率(Pn)则逐渐降低。叶绿素a/b值在Cd处理后1~15 d上升,而在30~90 d下降,表明Cd处理前期对叶绿素b的影响较大,而后期主要影响叶绿素a的合成。Mg、Mn元素相对含量随Cd处理时间延长而显著降低,而Cu、Fe含量上升,表明Cd胁迫诱导的山桃幼苗叶绿素合成受限和Pn的降低与Mg、Mn的降低紧密相关,这是由于Mg、Mn分别参与叶绿素合成和光系统Ⅱ(PSII)反应过程。超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性在Cd处理1~15 d显著上升,30~90 d则逐渐降低;过氧化物酶(POD)活性则在处理1~15 d无显著性差异,在30~90 d显著上升;谷胱甘肽还原酶(GR)活性、还原型谷胱甘肽(GSH)和抗坏血酸(AsA)含量均随着Cd处理时间的延长显著上升;ATP硫酸化酶活性和半胱氨酸含量均随着Cd处理时间的延长而显著上升,硫醇代谢物非蛋白硫醇(NPT)和植物螯合素(PCs)在Cd处理前期(1~15 d)差异不显著,而在30 d后显著上升。综上,山桃幼苗在Cd处理前期主要发挥抗氧化酶(SOD、CAT)的功能,并促进抗氧化物质(GSH、AsA)的合成,而Cd处理后期,则以POD、GSH、AsA的功能为主,并增强NPT和PCs的合成,从而促进Cd向液泡中转移,这与Cd处理后期液泡中Cd含量增加的变化趋势一致。本研究结果为山桃可作为重金属植物修复材料提供了理论依据。     

盐胁迫诱导玉米苗期DNA甲基化变异的研究

为研究不同浓度盐处理下玉米叶片DNA甲基化情况,以耐盐玉米自交系黑玉米为材料,利用甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术,分析不同盐浓度胁迫7 d后,玉米苗期叶片胞嘧啶甲基化水平和模式的变化。结果表明,经0(CK)、50、100、150、200、250 mmol·L~(-1)NaCl处理后,基因组DNA甲基化比率分别为52.79%、57.47%、51.98%、47.39%、49.16%、47.06%,其中只有50 mmol·L~(-1)NaCl处理高于CK,其他处理呈降低趋势,去甲基化变化幅度相对较大(1.8%~12.2%);回收差异片段后测序并对序列进行同源比对,结果发现16个甲基化位点涉及植物生长发育的多个基因。本研究结果为玉米耐盐机理的深入研究提供了一定的依据。