表达中国小麦花叶病毒（CWMV）外壳蛋白基因增强烟草对CWMV的抗病性

  目的  中国小麦花叶病毒（Chinese wheat mosaic virus,CWMV）是引起小麦黄花叶病的重要病原之一。获得表达CWMV外壳蛋白（coat protein,CP）的转基因烟草Nicotiana benthamiana（OECP）并分析其抗病性,为培育小麦抗病材料奠定工作基础。  方法  利用体外重组DNA技术构建含有CWMV外壳蛋白基因的表达载体,并通过农杆菌介导的转化方法,获得OECP。进一步利用Western Blot和PCR检测明确CWMV的外壳蛋白在OECP中能够正常的表达。  结果  部分转基因阳性植株出现矮化表型。此外,OECP阳性植株接种CWMV后7 d的定量分析表明,OECP中CWMV运动蛋白的表达量显著受到抑制。  结论  在烟草中表达CWMV的CP蛋白基因可显著增强烟草对CWMV的抗病性。     

光皮桦AP2/ERF基因家族鉴定与表达分析

  目的  深入研究AP2/ERF基因家族在光皮桦Betula luminifera生长发育及环境胁迫响应中的生物学功能。  方法  利用光皮桦基因组数据,通过生物信息学方法开展AP2/ERF基因家族鉴定、基因特征、系统进化、基因结构、保守基序、顺式作用元件、蛋白互作和表达分析。  结果  在光皮桦基因组中共鉴定到77个AP2/ERF基因,其编码的蛋白理化性质存在差异,大多数蛋白(60个)的理论等电点小于7.0。系统进化分析显示:这77个AP2/ERF转录因子属于5个亚家族,其中ERF亚家族最大,包含34个成员。光皮桦AP2/ERF各亚家族间的基因结构存在较大差异,其中AP2亚家族成员均具有6~9个内含子,而DREB亚家族基因则没有内含子;但AP2/ERF各亚家族内的不同成员具有相似的保守基序类型和分布。同时,AP2/ERF基因启动子上都存在大量与激素、调节、胁迫响应及生长发育相关的顺式作用元件。此外,互作网络分析预测不同的光皮桦AP2/ERF亚家族蛋白间存在广泛的互作关系。进一步的表达分析显示:绝大多数光皮桦AP2/ERF基因(71个)的表达存在较强组织特异性,且在高温胁迫下,多数ERF或DREB基因的表达发生显著变化,表明ERF和DREB基因在高温胁迫应答中可能发挥着重要作用。  结论  通过生物信息学分析获得光皮桦77个AP2/ERF基因,分属于5个亚家族。不同亚家族基因具有相似的基因结构、保守基序等特征。基因启动子区含激素、胁迫响应等相关的作用元件。基因表达具有较强的组织特异性,且多数ERF或DREB基因对高温胁迫有明显响应。图6表1参39     

毛竹早期光诱导蛋白基因克隆及功能分析

  目的  探究早期光诱导蛋白(ELIP)基因在竹子光保护中的作用,为进一步阐述竹子光保护机制提供参考依据。  方法  以毛竹Phyllostachys edulis实生苗为材料,在前期研究的基础上克隆毛竹ELIP基因,利用qRT-PCR技术研究其在不同光照诱导下的表达谱,同时通过在拟南芥Arabidopsis thaliana中异位表达对1个基因的功能进行初步鉴定。  结果  克隆获得了3个毛竹ELIP基因(PeELIP1、PeELIP2和PeELIP3),分别编码165、179和182个氨基酸。蛋白结构分析表明:3个PeELIPs蛋白均具有典型的捕光叶绿素a/b结合蛋白功能域,含3个α-螺旋跨膜结构,属于叶绿素a/b结合蛋白超家族。序列比对及进化分析表明:PeELIPs与水稻Oryza sativa、玉米Zea mays等单子叶植物的ELIPs相似性较高,同源性达72%以上,聚类在同一分支。qRT-PCR分析表明:3个PeELIPs基因在毛竹黄化苗中仅检测到微弱表达,光照处理使3个基因的表达量均显著上调;同时在正常毛竹实生苗叶片中,随着光照强度的增强和强光胁迫处理时间的延长,3个PeELIPs基因的表达量都显著上调。过表达PeELIP3可减缓转基因拟南芥在强光下F_v/F_m的下降幅度,但未影响转基因植株的非光化学猝灭系数。  结论  毛竹中至少存在3个PeELIPs,且其表达均受光照的诱导。过量表达PeELIP3能够减缓转基因拟南芥受光抑制的程度,具有一定的光保护作用。图8表1参40     

过表达毛白杨线粒体APX基因烟草提高抗逆能力的研究

  目的  为了研究毛白杨线粒体APX（PtomtAPX）在抗逆过程中的作用,本研究对过表达PtomtAPX的转基因烟草进行抗逆研究。  方法  对过表达PtomtAPX烟草和野生型烟草进行干旱、盐、氧化胁迫处理后,测量相对含水量、叶绿素含量、丙二醛含量、APX活性、AsA消耗量、NADP/NADPH比值和SOD活性。  结果  通过对比转基因烟草植株与野生型植株的生长差异发现,在氧化胁迫、盐胁迫和干旱胁迫下,转PtomtAPX基因烟草的APX活性、相对含水量、叶绿素含量、AsA消耗量、NADP/NADPH比值升高量均明显高于野生型,其中转PtomtAPX基因烟草的APX活性为野生型的1.77倍,平均相对含水量为野生型的1.15倍,叶绿素含量为野生型的1.6倍,AsA消耗量为野生型的1.11倍,NADP/NADPH值为野生型的1.18倍,表明过表达PtomtAPX转基因植株清除活性氧的能力更强。  结论  在非生物胁迫下,PtomtAPX能消除H₂O₂,防止细胞损伤,在植物抗逆中发挥重要作用。      

白桦BpPAT1基因的表达模式及耐盐性分析

  目的  GRAS家族是植物特有的具有高度保守羧基末端的转录因子家族,已有研究表明GRAS转录因子是植物胁迫反应中关键的转录调节因子之一。本研究拟对白桦中GRAS转录因子基因BpPAT1基因是否具有耐盐能力进行分析,为阐明白桦GRAS转录因子响应盐胁迫的分子调控机制奠定基础,进一步丰富木本植物GRAS转录因子响应逆境胁迫分子机制的研究。  方法  从盐胁迫白桦转录组数据中筛选并获得了1条GRAS转录因子基因,将其命名为BpPAT1。利用蛋白多序列比对及系统进化树来分析BpPAT1与其他GRAS家族蛋白的亲缘关系。利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）技术分析盐胁迫及非胁迫条件下白桦根、茎和叶组织中BpPAT1的表达模式,初步鉴定其是否响应盐胁迫。为了进一步分析BpPAT1的抗逆功能,构建其植物过表达载体（pROKII-BpPAT1）与抑制表达载体（pFGC5941-BpPAT1）,利用农杆菌介导的高效瞬时遗传转化体系,获得BpPAT1基因瞬时过表达、抑制表达及对照白桦植株。在盐胁迫下分别对BpPAT1瞬时表达及对照植株的耐盐相关生理指标进行测定,鉴定BpPAT1是否能调控白桦的耐盐能力。  结果  多序列比对及系统进化树分析结果表明BpPAT1蛋白具有GRAS家族的序列特征,且与拟南芥中AtPAT1蛋白的亲缘关系较近。qRT-PCR结果表明:在盐胁迫6 h后,BpPAT1在白桦植株中的表达量显著上升（P < 0.05）,说明该基因能响应盐胁迫。抗逆生理指标的测定结果表明:在白桦中过表达BpPAT1能够使过氧化物酶（POD）及超氧化物歧化酶（SOD）活性显著增强（P < 0.05）,同时增加了白桦组织中的脯氨酸含量,降低了电解质渗透率及丙二醛含量。  结论  白桦BpPAT1基因能响应盐胁迫,过表达BpPAT1显著增加了白桦POD、SOD酶活性和脯氨酸含量,降低了电解质渗透率及丙二醛含量,进而提高了ROS清除能力,有效增强了白桦的耐盐能力。      

毛竹磷转运蛋白Ⅰ家族基因鉴定及表达模式

  目的  鉴定毛竹Phyllostachys edulis磷转运蛋白Ⅰ (phosphate transporter 1, PHTⅠ)家族基因,分析其表达模式。  方法  利用生物信息学方法,鉴定毛竹PHTⅠ家族成员,分析基因启动子调控元件、编码蛋白的理化性质、基因结构、氨基酸保守基序、基因在染色体的位置、组织表达特异性、基因适应性进化及系统进化等。  结果  毛竹中共鉴定出20个PHTⅠ家族基因 (PePHTs),分布在10条染色体上,均定位于细胞膜。每个基因都含有1~2个内含子,PePHTs启动子序列中包含干旱、低温等非生物胁迫以及赤霉素等激素类响应元件。毛竹PHTⅠ大部分为碱性蛋白质,分子量为48.61~76.37 kDa,理论等电点为6.84~9.30,疏水性值均大于0,都属于疏水蛋白。基因适应性进化分析显示:大多数PePHTs的选择压力值小于0,说明多数基因受到负选择压力。转录组表达图谱表明:PePHTs在不同组织中的表达存在差异性,说明该基因家族在毛竹生长发育过程中发挥着不同的作用。系统进化树表明:PePHTs都聚类在第Ⅰ亚家族,并且优先和水稻Oryza sativa聚类在同一支上。  结论  PHTⅠ家族在植物吸收和转运磷的过程中扮演了重要作用。本研究结果为深入研究毛竹PHTⅠ家族基因的功能奠定了理论基础。图5表1参45     

固沙樟子松种子萌发与幼苗生长对干旱胁迫的响应及抗旱性评价

  目的  明确引种区不同生命周期阶段樟子松Pinus sylvestris var. mongolica固沙林在种子萌发期的天然更新优势。  方法  以科尔沁沙地南缘不同林龄樟子松固沙林种子为材料,采用聚乙二醇（PEG 6000）溶液（0、-0.054、-0.177、-0.393和-0.735 MPa）模拟不同干旱胁迫处理（ck、T₁、T₂、T₃和T₄）的方法,研究了其种子萌发与幼苗生长对干旱胁迫的响应特征及抗旱性。  结果  在干旱胁迫下,樟子松种子总体表现为萌发率下降,种子萌发时滞增加,萌发速率下降,萌发历时T₄处理下显著缩短（P < 0.05）;樟子松种子萌发对干旱胁迫的响应还存在林龄间差异,28年生樟子松种子萌发率响应干旱胁迫的阈值最大,林龄小的种子萌发历时延长。在干旱胁迫下,幼苗生长相对值均有所下降,且总体随着干旱胁迫的加强先增大后减小,胚根长则有所增大,胚芽长和胚轴直径随着干旱胁迫的加强呈减小的趋势;林龄小的幼苗生长对干旱胁迫的响应更敏感。采用隶属函数法综合分析,不同林龄樟子松在种子萌发期抗旱性由强到弱依次为16、28、35、54年生。  结论  樟子松种子通过降低萌发率、推迟萌发、延长萌发持续时间、减缓萌发速率、增加胚根生长适应干旱胁迫,种子萌发期的抗旱性随林龄的增加而降低,宜选用青壮年樟子松种子,结合立地条件进行人工促进樟子松固沙林的天然更新。     

PEG-6000和NaCl胁迫对转GbWRKY32基因烟草种子萌发及苗期生长的影响

【目的】研究GbWRKY32基因的抗旱及耐盐功能。【方法】以转GbWRKY32基因烟草以及本生烟草为材料,研究在不同浓度PEG-6000(0%、5%、10%、15%)以及不同浓度NaCl(0 mm、100 mm、150 mm、200 mm)处理下,对转GbWRKY32基因烟草种子萌发、全苗长、根系以及干重、鲜重的影响。【结果】(1)随着PEG-6000浓度的不断增加转GbWRKY32基因烟草种子与本生烟草种子萌发率全苗长、根系以及干重、鲜重不断降低;(2)在PEG-6000浓度达到15%处理14 d后,三个转GbWRKY32基因烟草株系的种子萌发率、全苗长、根系以及干重、鲜重明显高于本生烟草种子;(3)随着NaCl浓度的不断上升,其整体趋势与PEG胁迫相同;在NaCl浓度达到150 mm时,处理14 d以后三个转GbWRKY32基因烟草株系的种子萌发率、全苗长、根系以及干重、鲜重明显高于本生烟草种子;【结论】GbWRKY32基因转入烟草中可以明显提高烟草对干旱以及盐胁迫的抵御能力。     

景宁木兰PIF转录因子的生物信息学分析及极端遮阴条件下的表达模式

  目的  群落所造成的遮阴是导致景宁木兰Magnolia sinostellata濒危的重要因素之一。PIF家族转录因子在光信号传导和植物生长发育中起到重要作用。对PIF家族转录因子进行系统分析和研究,为探究其在景宁木兰光信号转导机制中的作用奠定基础。  方法  从景宁木兰转录组数据中鉴定获得PIF家族转录因子并进行生物信息学分析,利用实时荧光定量聚合酶链式反应(qRT-PCR)技术对其在极端遮阴条件下的表达模式进行分析。  结果  从景宁木兰转录组中共筛选出9个MsPIFs转录因子基因,其编码的蛋白质长度为188~735 个氨基酸,蛋白质大小为20 314.56~78 957.02 Da,理论等电点范围为5.18~8.22。MsPIFs基因编码的蛋白质均为不稳定蛋白质,所有蛋白质均为亲水性蛋白质。亚细胞定位预测结果显示所有蛋白质均定位于细胞核。9个蛋白质均具有丝氨酸(Ser)、苏氨酸(Thr)和酪氨酸(Try)磷酸化位点。qRT-PCR结果表明:极端遮阴条件下,9个MsPIFs家族基因表达均发生不同程度的变化。其中,MsbHLH23的表达变化较其他基因更为明显,遮阴处理5和10 d时的表达量分别上调为对照的52.77与20.03倍。  结论  景宁木兰PIF转录因子家族均能响应遮阴,为后续对MsPIFs进行生物学功能鉴定奠定了基础。图7表3参32     

2023 年 1 期目次

  目的  Wuschel (WUS)相关的同源异型盒(Wuschel-related homeobox,WOX)转录因子家族在植物生长发育中发挥重要作用。本研究旨在探索WOX转录因子在杜仲Eucommia ulmoides中的分布及表达特征。  方法  以杜仲基因组数据库为基础,利用生物信息学方法对杜仲WOX家族进行全基因组鉴定;基于转录组数据分析EuWOXs在叶片发育及杜仲胶形成中的表达特征,通过实时荧光定量PCR (RT-qPCR)检测EuWOXs在‘紫叶’杜仲‘Ziye’叶片不同发育时期的表达模式。  结果  杜仲基因组中共鉴定出8条EuWOXs,分布于8条染色体;EuWOXs蛋白质长度为182~352个氨基酸,理论等电点为5.10~6.47,分子量为20.7~40.4 kDa;亚细胞定位预测EuWOXs均定位在细胞核中,均为亲水性蛋白。根据系统进化关系,杜仲WOX家族包括3个亚家族,分别含2、1和5个EuWOXs基因。EuWOXs均含有内含子,并包含多个基序,启动子中富含激素、胁迫和光周期响应元件。大部分EuWOXs在杜仲叶片中表达量较低,EuWOX13-1随叶片发育表达量逐渐降低,EuWOX13-2在生长叶中表达量最高。  结论  杜仲中有8个EuWOXs基因,EuWOX13-1和EuWOX13-2可能在杜仲叶片发育中发挥重要作用。图10表2参50     

成熟度对5个常规粳稻种子质量的影响

  目的   探讨成熟度对常规粳稻Oryza sativa种子质量的影响。  方法   以‘春江糯6号’‘Chunjiangnuo 6’、‘绍糯9714’ ‘Shaonuo 9714’、‘秀水121’‘Xiushui 121’、‘秀水14’‘Xiushui 14’和‘浙粳70’‘Zhejing 70’等5个常规粳稻品种为材料,比较并分析成熟度对鲜种子含水量、千粒重及发芽率的影响。  结果   鲜种子含水量随成熟度增加不断降低。与正常收获时期（‘绍糯9714’在盛花期后68 d,其他品种在盛花期后73 d）的种子相比,5个粳稻品种的干千粒重于盛花期后50~55 d达最大值,增加了0.9%~2.6%,以‘春江糯6号’和‘绍糯9714’增长最为明显。5个粳稻品种种子的发芽率随收获期延长先增加后降低,发芽率均于盛花期后50 d达到最大,与正常收获时期的种子相比发芽率增加了1.0%~7.1%,以‘秀水121’增长最为明显。相关分析表明:鲜种子含水量和千粒重均与发芽率显著或极显著相关。对不同粳稻品种鲜种子含水量与发芽率进行二次项建模可较好地预测种子发芽率,回归方程为:y=-0.099 6x2+5.739 5x+15.883 0。  结论   随成熟度增加,粳稻不同品种种子质量逐渐升高,千粒重和发芽率在达到最大值后趋于平稳,如收获过迟则会引起种子质量下降。     

3种杉木种子活力测定方法比较

  目的  建立一种快速简便的杉木Cunninghamia laneolata种子活力测定方法。  方法  以3个不同品种杉木种子为材料，以标准发芽法为参照，比较四氮唑法(TTC)和紫外分光光度计法(UVS)测定种子活力时的准确性和便捷性。  结果  标准发芽法测定种子活力最为准确，但耗费时间长，难以开展大批量测定；TTC法测定杉木种子活力准确度不稳定，且操作繁琐；UVS法的测定值与真实萌发率比较接近，有较高可信度，且操作简便。  结论  UVS法可作为快速测定杉木种子活力的优选方法。图2表5参21     

云冷杉针阔混交林枫桦种子雨时空分布及种子萌发特性研究

  目的  研究东北云冷杉针阔混交林枫桦种子雨时空分布规律和种子萌发状况,为云冷杉针阔混交林物种多样性保护提供理论依据。  方法  基于在吉林省汪清林业局设立的9块1 hm2固定样地,按对角线五点取样法在每块样地布设5个（9块样地共布设45个）种子收集器收集枫桦种子,采用方差/均值（C_x）、负二项指数（K）、聚集度指标（David和Moore丛生指标,I）、Cassie. R. M.指标（C_A）等4种空间分布类型评价方法判别种子雨空间分布状态,此外,从9、10月份收集的种子中,每块样地随机抽取300粒枫桦种子进行种子萌发试验,分别测定种子千粒质量、发芽势和发芽率。  结果  从7—11月份,共收集到69 100粒种子;枫桦落种高峰期为10月份;种子分布方差/均值（C_x）达1116.30、负二项指数（K）达4.75、聚集度指标（David和Moore丛生指标,I）达1115.30、Cassie. R. M.指标（C_A）达0.41,4个指标均显示种子空间分布呈聚集分布;9月份与10月份收集的平均种子千粒质量分别为（0.398 ± 0.064）g和（0.353 ± 0.040）g,9月份种子千粒质量显著高于10月份（P < 0.01）;9月份收集的种子平均发芽率为（29.84 ± 11.68）%,显著高于10月份（23.52 ± 8.23）%（P < 0.05）。  结论  在云冷杉针阔混交林中,枫桦种子小结实量大,且具有明显的时间分布特征,由于在一定程度上种子扩散受到限制,使得枫桦种子呈聚集分布状态。该区域枫桦种源丰富但种子萌发能力差,这些特性将会影响枫桦分布格局,从而影响该地区云冷杉针阔混交林群落结构和物种多样性。      

镉胁迫下美洲黑杨无性系‘中菏1号’转录组分析

【目的】通过转录组测序和分析,发掘美洲黑杨无性系‘中菏1号’耐镉关键功能基因,揭示美洲黑杨在镉胁迫下的响应机制。【方法】以‘中菏1号’为试验材料,通过沙培试验法对处在不同质量浓度(0 mg/L(ZH1C0),10 mg/L(ZH1C1),20 mg/L(ZH1C2))Cd²⁺环境下的无性系进行胁迫处理,而后采集叶片,提取RNA,并使用Illumina HiSeq TM2500系统对转录组进行高通量测序。【结果】主成分分析确定PC1作为区分不同Cd²⁺浓度样本的标准;经过差异表达分析,在ZH1C0和ZH1C2之间共检测到4 109条差异基因,其中2 741条基因显著上调表达,1 368条基因显著下调表达;在ZH1C1和ZH1C2之间检测到3 710条差异基因,其中1 969条基因显著上调表达,1 741条基因显著下调表达;不同数据库之间的注释表明Cd²⁺不仅会影响叶绿体、线粒体等细胞器的微结构,而且会干扰光合作用和呼吸作用中的电子传递。转录因子分析发现,WRKY、MYB、ZIP、ERF、bHLH在镉胁迫响应和耐受中具有重要...     

耐贮水稻种质资源的筛选及生理特性

【目的】水稻Oryza sativa种子的耐贮性是与种用价值、种源和粮食安全密切相关的重要性状。研究水稻种子耐贮特性,对水稻种质资源保存以及保障国家粮食安全具有重要意义。【方法】基于220份水稻品种,经过5～6 a的自然老化,通过室内标准发芽实验筛选出耐贮水稻品种,并进一步测定不同耐贮品种间的生理特性。【结果】随着自然老化时间的延长,不同水稻品种的发芽率和发芽势均呈现逐步降低的趋势。与种子初始质量相比,常规粳稻、常规籼稻、杂交稻的发芽率平均降低了62.2%、23.4%、45.3%;发芽势平均降低了55.0%、38.1%、50.7%。以发芽率下降幅度<5%且发芽势下降幅度<15%作为耐贮品种的评价标准,筛选出以‘南粳44’‘Nanjing 44’、‘沈稻18’‘Shendao 18’、‘天稻丰’‘Tiandaofeng’为代表的耐贮常规粳稻;‘赣晚籼35号’‘Ganwanxian 35’、‘赣晚糯7号’‘Ganwannuo 7’、‘甬籼69’‘Yongxian 69’为代表的耐贮常规籼稻;‘两优培九’‘Liangyou Peijiu’、‘中浙优1号’‘Zhongzheyou ...     

杜仲CONSTANS-like全基因组鉴定、系统进化及表达模式分析

  目的  揭示CONSTANS-like在杜仲Eucommia ulmoides基因组中的分布、结构特征及表达模式。  方法  利用生物信息学方法，对杜仲CONSTANS-like基因家族进行鉴定及理化性质、进化关系、基因结构、启动子元件和表达模式分析。  结果  杜仲基因组中共鉴定到8个EuCOLs基因，分别命名为EuCOL1~EuCOL8，氨基酸数目为315~469，理论等电点分布范围为5.10~6.47，分子量为35.21~52.65 kDa。亚细胞定位预测均定位在细胞核中，为亲水性蛋白，分布于8条染色体。系统进化分为2个亚家族(群组Ⅰ和群组 Ⅲ)，分别包含2和6个EuCOLs蛋白，同一亚家族基序具有相似性。EuCOLs基因结构简单，启动子中含有多个光周期响应元件。表达模式分析显示:EuCOLs在杜仲叶片发育中表达水平相对较低，EuCOL7在杜仲胶形成中表达量最高，各家族成员表达特征存在差异。蛋白互作预测显示:EuCOL7可与多个光周期响应蛋白互作。  结论  杜仲CONSTANS-like基因家族含有典型的CCT和B-box结构域，可能参与叶片发育及杜仲胶的形成。图8表1参56     

黄瓜AQP基因家族的鉴定与生物信息学分析

  目的  深入研究黄瓜Cucumis sativus水通道蛋白(aquaporin, AQP)基因家族(CsAQP)的相关功能。  方法  通过全基因组分析技术鉴定其家族成员,对其蛋白质理化性质、系统进化关系、选择压力、基因结构、保守基序、顺式作用元件、蛋白质互作进行分析。  结果  黄瓜基因组共有33个AQP基因,含有2~5个数量不等的外显子,在染色体上不均匀分布;根据物种进化关系将黄瓜AQP基因家族划分为5个亚家族;基因组重复序列分析表明:5号和6号染色体上各有2~3对基因串联重复;计算这些基因的同义替换(synonymous, K_s)和非同义替换(nonSynonymous, K_a)的比率,结果显示均小于1,表明其进化受纯化选择作用;顺式作用调控元件分析发现,大部分基因启动子区所含元件与激素调节、光响应、胁迫密切相关。  结论  通过黄瓜全基因组扫描,获得黄瓜基因组的33个AQP家族成员,分属于5个亚族,映射于7条染色体上。上游启动子区含逆境相关作用元件,且部分基因参与串联复制,历经纯化选择。图6表4参26