湖北海棠的研究进展及应用前景

现对湖北海棠生物学特性、植物区系、居群特征、起源、遗传多样性、抗逆性及育苗与栽培方面研究现状以及在分类学中的地位进行了综述,并对野生湖北海棠资源现状调查与保护、种质保存以及资源利用等方面提出了一些见解,同时对湖北海棠的市场开发进行了前景展望.     

珠美海棠MzWRKY基因家族盐胁迫应答模式研究

对苹果属植物现有的58个WRKY 的EST序列进行分析,得到了37条uniESTs。珠美海棠（Malus zumi Mats）是耐盐的优良苹果砧木,能在土壤全盐含量为0.6%的盐碱地上存活。根据已知的37条uniESTs序列,通过半定量RT-PCR研究了珠美海棠中MzWRKY基因家族的盐应答模式。28个MzWRKY基因能检测到RT-PCR的产物,其中21个基因受盐诱导,1个受盐抑制。根据MzWRKY基因盐应答模式可将这些基因分为两组,基因表达模式的差异说明MzWRKY在珠美海棠的盐应答中角色的多样性。     

湖北海棠二价融合表达载体MhT2AC的构建及转化烟草耐盐性分析

 利用口蹄疫病毒2A序列将湖北海棠MhTGA2转录因子和几丁质酶基因（Mhchitl）两个抗病相关基因融合在同一个开放阅读框下,构建二价融合植物双元表达载体,命名为MhT2AC。将该载体转化烟草,获得了8个转基因株系,MhTGA2基因和Mhchitl基因在烟草中共表达,并且转基因株系中NtSOD、NtAPX和NtPPO等抗逆基因的表达量均加强;转基因烟草T₁代植株抗盐性增强。     

水杨酸对湖北海棠活性氧代谢及超微弱发光的影响

 以50 μg·mL ^{- 1}水杨酸( SA) 喷施湖北海棠(Malus hupehensis Rehd. ) 幼苗, 结果显示: 超氧阴离子O^·₂ 的产生速率在处理后12～48 h明显高于对照, 而在72 h以后明显低于对照; H₂O₂ 含量在水杨酸处理后, 始终高于对照, 并在处理后第12和48小时出现两次峰值。POD活性在处理12 h后逐渐增加,SOD活性则在处理48 h后才有显著的增加, 而CAT在处理后24 h内活性高于对照, 48 h后明显低于对照。SA还明显促进了脂过氧化产物丙二醛(MDA) 的产生, 也明显促进了叶片的超微弱发光, 超微弱发光值在处理后的120 h内始终高于对照, 但在整个试验过程中超微弱发光的变化趋势与H₂O₂ 含量及O^·₂ 的产生速率的变化趋势明显不同。     

水分胁迫下湖北海棠根系线粒体及细胞死亡特性研究

用20% PEG6000处理湖北海棠(Malus hupehensis Rehd. ) 根系, 研究了水分胁迫条件下根系线粒体膜电位(Δψm) 、线粒体H₂O₂含量、细胞程序性死亡关键酶类caspase23 /7活性的变化。结果显示,在20% PEG6000处理前6 d, 根系线粒体Δψm缓慢降低, 第6天后急剧下降。线粒体H₂O₂含量在处理的第1～6天里缓慢升高, 第6天后则快速上升。TUNEL原位检测显示, PEG6000处理能够使根系切片上出现清晰的阳性反应斑点, 且随着处理时间的延长阳性反应斑点增多; 处理第3天和第6天, 根系中类caspase23 /7活性较低, 而处理第9天和第12天时类caspase23 /7活性成倍升高, 这表明20% PEG6000能够诱导湖北海棠根系细胞程序性死亡。     

基于转录组测序的湖北海棠抗白粉病机制分析

为研究湖北海棠[Malus hupehensis(Pamp)Rehd.]响应白粉病菌胁迫过程中相关基因的表达及分子机制,取同一时期爆发白粉病的‘青砧1号’、‘青砧1号’/湖北海棠嫁接苗的接穗部分和湖北海棠等3份材料的叶片,使用BGISEQ-500测序技术对其进行转录组测序分析。结果表明:青砧1号、青砧1号/湖北海棠和湖北海棠对白粉病的抗性依次增加;GO富集显示代谢过程和催化活性相关的GO term在青砧1号、青砧1号/湖北海棠和湖北海棠中被显著富集;KEGG分析显示亚油酸代谢、植物病原体相互作用、磷酸肌醇代谢、油菜素类固醇生物合成和磷脂酰肌醇信号系统等5条代谢途径在‘青砧1号’/湖北海棠和湖北海棠中均显著富集,碳代谢途径只在抗性强的湖北海棠中显著富集。与白粉病抗性相关基因家族表达分析显示,WRKY70、WRKY33、NPR3和WRKY40等转录因子基因在青砧1号/湖北海棠和湖北海棠中较青砧1号显著上调表达。实时荧光定量PCR结果证实了转录组测序结果的准确性。     

湖北海棠植物络合素合酶MhPCS基因克隆及表达分析

【目的】为了探明植物络合素酶参与植物解毒重金属的作用,【方法】以湖北海棠(Malus hupehensis)为试材,克隆其植物络合素合酶基因(MhPCS)编码区序列,并研究该基因的表达特点。【结果】结果表明MhPCS基因编码区全长为1 494 bp,编码497个氨基酸。序列分析表明,MhPCS编码的氨基酸序列由2个典型的植物络合素合酶亚家族结构域组成,具有3个相邻的Cys-Cys元件(331-332、351-352和369-370位氨基酸)和植物络合素合酶蛋白的特征位点(Cys-56、Cys-90/91和Cys-109)。【结论】湖北海棠MhPCS与杜梨PbPCS蛋白同源性最高(94%),属于系统发生树的同一分支。MhPCS基因为组成型表达,各器官表达水平存在差异,其中根的表达量最高;100μmol.L-1CdSO4处理48 h内,MhPCS基因的表达量迅速上升;不同金属离子对其上调表达的诱导能力为:Cd2+>Cu2+>Pb2+。这为揭示重金属胁迫下湖北海棠环境适应的分子机制奠定了基础。     

基于转录组分析垂丝海棠响应盐碱胁迫的分子机制

以干旱盐碱生境苹果属垂丝海棠(Malus halliana Koehen)为试验材料,通过RNA-Seq测序筛选响应盐碱复合胁迫的差异表达基因,为苹果砧木耐盐碱性机制提供理论依据.以正常供水(Hoagland营养液)为对照,进行混合盐碱胁迫(Hoagland营养液+100 mmol·L-1 NaCl+ NaHCO3)处...     

喀西茄WRKY基因的分离及其受黄萎病诱导的表达分析

利用已获得的喀西茄（Solanum aculeatissimum）接种黄萎病前后的根部转录组数据库,前期筛选得到了4个与植物WRKY转录因子蛋白一致性较高的Unigene序列。系统进化分析表明,这4个转录因子均含有典型的WRKY结构域,分别属于WRKY蛋白家族的第IC类、IIa类和III类。利用实时荧光定量PCR技术分析了这4个WRKY基因在喀西茄不同组织（根、茎和叶）以及接种黄萎病后根部不同时期的表达情况,结果表明,Unigene6502和Unigene20920在根部的表达量显著高于茎部和叶片,而CL1273.Contig2和CL3641.Contig1在叶片的表达量显著高于根部和茎部。这4个WRKY基因在喀西茄根部接种黄萎病菌后具有不同的表达模式,Unigene6502和Unigene20920接种后呈先上调后下调的表达模式,CL1273.Contig2和CL3641.Contig1分别呈上调和下调的表达模式。     

辣椒全基因组WRKY转录因子的分析

基于已公布的辣椒全基因组数据,利用生物信息学方法对辣椒WRKY转录因子家族进行全面鉴定和系统命名,并在此基础上对基因分类、染色体定位、系统进化关系和结构域序列保守性进行了研究。结果表明:辣椒CaWRKY家族包含71个基因,根据WRKY结构域的数量及锌指结构的特征可将其分为GroupⅠ、GroupⅡ和GroupⅢ等3大类,GroupⅡ又可分为Ⅱ(a)、Ⅱ(b)、Ⅱ(c)、Ⅱ(d)和Ⅱ(e)等5个亚类。辣椒12条染色体上均有WRKY转录因子分布,其中第1号染色体上分布最多,共有10个,第4号染色体上分布最少,仅有2个。辣椒每类/亚类WRKY几乎含有相同的保守基序。辣椒WRKY编码的蛋白在132~869个氨基酸范围内,平均氨基酸数量为373个。     

高温对平邑甜茶幼苗生物发光与能量代谢的影响

 以平邑甜茶[Malus hupehensis (Pamp) Rehd. var pingyiensis Jiang]当年实生苗为材料,研究了高温胁迫对幼苗生物发光的影响以及ATP含量、总呼吸、抗氰呼吸等的变化。结果表明,高温胁迫初期,平邑甜茶幼苗叶片超弱发光和荧光强度均下降,但随着高温胁迫时间的延长,两者均逐渐回升,并在48h时基本恢复到对照水平;但叶片磷光强度在高温胁迫的48h内一直逐渐升高;高温胁迫下,叶片的总呼吸速率降低,抗氰呼吸速率升高,同时ATP生成量也明显降低,显示高温胁迫下平邑甜茶叶片的生物发光与呼吸途径和能量代谢的改变密切相关。     

平邑甜茶幼苗生长、根构型及吸收特性的容器调控

 以平邑甜茶[Malus hupehensis (Pamp.) Rehd.] 幼苗为材料, 研究了栽培容器形状对幼苗新梢生长、幼苗根构型特征及根系营养吸收特性的影响。结果显示, 生长在“深窄盆”中的幼苗新梢生长量最大, 主根粗, 侧根多且短, 毛细根丰富, 对钙及锌的吸收能力较强, 但根系活力及根系对磷、铁的吸收能力较弱; “等高径盆”中幼苗新梢生长量小, 根冠比接近1, 主根细短、一级侧根少且粗长, 对钾的吸收能力较强; “浅宽盆”幼苗根冠比最大, 一级侧根数量、长度和粗度居中, 二级侧根粗长, 根系活力及根系对磷、铁的吸收能力较强, 但对钾、钙及锌的吸收能力弱。     

缺氮和缺铁对平邑甜茶幼苗根系构型的影响

 研究水培条件下缺氮、缺铁对平邑甜茶幼苗根系总长度、表面积、体积、根尖数、分枝角度、分形维数等根系构型参数的影响。结果表明：缺氮或缺铁处理后,幼苗细根比例增大,根系直径变小;一级侧根与主根的夹角整体上增大,大夹角植株数量普遍增多,根系趋向于水平分布;根系分形维数降低。其中缺氮使幼苗根系总长度、根系总表面积、根系总体积以及二级侧根数显著增加,但根系活力显著下降;缺铁使根尖数和主根的长度显著增加,根系活力和根系总表面积均下降;缺铁比缺氮时根系分形维数下降更多。     

低磷胁迫下平邑甜茶根构型与磷吸收特性的变化

为揭示苹果适应低磷胁迫的机制,以平邑甜茶[Malus hupehensis （Pamp）Rehd.]为材料,采用水培方式研究了缺磷和复磷条件下根系磷吸收和根构型参数的变化。结果显示,平邑甜茶幼苗在缺磷营养液中培养120 h期间,根系磷最大吸收速率始终高于对照,并趋向一个较稳定的差值;缺磷处理最初12 h内根系磷吸收米氏常数Km值提高,但72～120 h明显下降。缺磷处理的平邑甜茶幼苗转到完全营养液中培养12～120 h,根系对磷的转运效率影响不大,而与磷的亲和力下降,并逐渐恢复到正常状态。平邑甜茶幼苗在缺磷条件下培养至11 d时,一级侧根总长度低于对照,但在17～26 d时,一级侧根总长度明显提高。结果表明,平邑甜茶在短期内主要通过磷吸收动力学的变化来适应缺磷胁迫,较长时期则通过根构型的变化来适应。     

平邑甜茶延长根和吸收根抗凋亡基因的表达差异及其对2,4-D 的响应

 以3 年生平邑甜茶[Malus hupehensis（Pamp）Rehd. var. pinyiensis Jiang]盆栽树为材料,通过2,4-D 水溶液灌根处理,探讨了新根（延长根和吸收根）细胞死亡及其抗凋亡基因的表达特征。结果表明,在60 mg · L^-1 2,4-D 处理后的70 d 内,新根细胞死亡量和类caspase3/7（半胱天冬酶）活性先上升后下降,ATP 含量和根系活力的变化与之相反。平邑甜茶抗凋亡基因MhBAG、MhBI-1 与MhHSP70 在新根中均受2,4-D 诱导,随着2,4-D 处理时间的延长,MhBAG 基因的表达水平先下降后逐渐升高,MhBI-1 与MhHSP70 则先升高后下降。在2,4-D 处理下,吸收根细胞死亡量与根系活力的变化幅度明显高于延长根,吸收根MhBI-1 与MhHSP70 表达量的早期升高幅度大于延长根,表明吸收根细胞对2,4-D 的敏感性高于延长根;但在基因表达高峰时,延长根抗凋亡基因表达量的升高倍数明显高于吸收根,暗示延长根比吸收根有更强的抗凋亡能力。     

生长素和细胞分裂素对平邑甜茶组培苗PAs和NO含量的影响

 以平邑甜茶继代组培苗为试材,研究了NAA、IBA、ZT和6-BA作用下组培苗的生长、内源多胺（PAs）和一氧化氮（NO）含量的变化。结果表明,在MS培养基中添加0.02 ~ 1.00 mg·L^-1的NAA或IBA后,外植体鲜样质量增加率和蛋白质含量以及多胺含量和一氧化氮含量均明显增加,其中浓度在0.10 ~ 0.50 mg·L^-1 时增加最高;同样浓度下,NAA处理的外植体鲜样质量增加率和腐胺含量高于IBA。在0.08 ~ 4.00 mg·L^-1范围内,随着ZT或6-BA浓度的升高,外植体鲜样质量增加率、可溶性蛋白含量、多胺含量和一氧化氮含量均逐渐升高;同样浓度下,6-BA处理的外植体鲜样质量增率和腐胺含量高于ZT。生长素和细胞分裂素促进组培苗生长与促进内源PAs和NO的生成相伴随,组培苗生长动态与内源多胺和一氧化氮含量的变化趋势一致。     

平邑甜茶MhHSP70的特征及其对镉和渗透胁迫的反应

 以平邑甜茶为试材,通过RT-PCR及RACE技术,获得了一个热激蛋白基因HSP70的全长cDNA序列,命名为MhHSP70,GenBank登录号为HQ876864;该基因全长2 307 bp,序列高度保守,编码650个氨基酸,与苹果、番茄和烟草亲缘关系最近。在根系和叶片中,热激蛋白基因MhHSP70的表达均受镉和渗透胁迫（非热胁迫）诱导,并且随着硫酸镉和氯化钠处理浓度的升高以及聚乙二醇（PEG）处理时间的延长,MhHSP70的表达量逐渐增强。     

一氧化氮在吲哚丁酸诱导平邑甜茶幼苗侧根形成中的作用

本实验以平邑甜茶（Malus hupenhensis Rehd.）实生苗为材料,研究了一氧化氮（NO）对侧根的诱导效果、吲哚丁酸（IBA）对根系内源NO含量的影响以及NO在 IBA诱导侧根形成中的作用。结果表明,外源NO能够促进平邑甜茶侧根的形成与生长,并有明显的剂量效应,其中10 μmol/L NO供体硝普钠（SNP）处理后新根最长,50 μmol/L SNP处理后新根数量最多。100 μmol/L IBA处理后15~30 min和48~96 h,幼苗根系NO生成量出现两次显著升高,而IBA处理96 h后侧根原基数量大量增加。此外,蛋白激酶抑制剂Quercetin明显抑制IBA对NO的诱导。