贝母属植物叶绿体基因组候选SNP位点应用分析

贝母属植物是中国中药材的宝库,由于形态上难以区分,在民间应用、临床应用和中药市场中还存在混淆应用、以次充好的现象,急需开发基于新型分子标记位点的精准检测方法。本研究应用多重序列比对、SNP筛选等生物信息学分析手段,对贝母属15种植物28条叶绿体基因组序列进行分析。结果发现,贝母属叶绿体基因组DNA同源性达97.22%,通过分析共发现SNP位点5879个,其中川贝母类鉴别候选位点71个,川贝母鉴别候选位点4个,瓦布贝母鉴别候选位点37个,太白贝母鉴别候选位点147个,浙贝母鉴别候选位点91个,湖北贝母鉴别候选位点271个,平贝母鉴别候选位点1393个,伊贝母鉴别候选位点89个。本研究还对SNP位点在精准鉴定、精确定量应用方面进行了讨论,可为川贝母中药资源鉴定提供技术支撑。     

基于叶绿体基因组探讨地黄属及其近缘类群的系统发育关系

利用叶绿体基因组序列对地黄属及其近缘类群的系统发育关系进行研究。基于GenBank公共数据库,下载地黄属及相关类群的叶绿体全基因组序列52条(50个物种),包括广义玄参科物种23种、近缘类群17种和外类群8种(木犀科和苦苣苔科),分别采用最大似然法及贝叶斯推断进行系统发育分析。结果表明,叶绿体全基因组数据能够显著提高系统发育分析的支持率;广义玄参科不是一个单系;除外类群外,我们共得到5个分支,分别为列当科、泡桐属、肉果草属、玄参属、车前科。地黄属形成一个单系,为列当科其它属的基部类群。列当科内物种间叶绿体基因组大小及所包含的基因数目均差异显著。本研究结果支持APG系统对相关科属的处理,包括将婆婆纳属、腹水草属、毛地黄属从广义玄参科移出至车前科;火焰草属、钟萼草属、马先蒿属、地黄属移出至列当科;泡桐属独立为泡桐科。     

二穗短柄草叶绿体RNA编辑位点的预测及其鉴定

RNA编辑是陆生植物叶绿体转录后基因表达调控的一种重要方式。为进一步探讨单子叶植物RNA编辑功能及其发生机制,本研究通过生物信息学方法,对二穗短柄草叶绿体的81个蛋白编码基因的RNA编辑位点进行了预测和鉴定分析,结果发现78个基因存在编辑位点,共检测到176个编辑位点,都是C到U的转换。其中ndhB最多,为14个编辑位点。为验证预测结果,利用blast工具比对了NCBI的二穗短柄草EST数据库,最终确定存在于17个基因中的34个编辑位点是真实存在的,其中19个为沉默编辑,15个为有效编辑。与5个不同单子叶禾本科物种18个蛋白编码基因的RNA编辑位点的比较发现,在rpoB-206位点,只有二穗短柄草发生了编辑,且只有ndhD-295(293)为部分编辑位点。     

增铵对小白菜生长和叶绿素含量的影响

在营养液中添加一定量的铵态氮能提高作物生物量和叶绿素含量。为研究增铵对植物生长及叶绿素含量的影响机理,采用了6个NO3-∶NH4 浓度比为5·0∶0·0、5·0∶2·5、5·0∶5·0、5·0∶7·5、5·0∶10·0和0·0∶5·0的处理对小白菜进行培养试验。结果表明,在5mmolL-1硝态氮存在时,适当添加一定量的铵态氮(2·5mmolL-1)小白菜生物量和叶面积分别增加39·6%和16·3%,叶面积与生物量显著相关(r=0·941,p<0·01)。营养液中铵态氮浓度与叶片SPAD值、活性铁及叶绿体蛋白质含量均显著相关,相关系数r分别为0·914、0·954和0·964。适当提高铵态氮浓度增加小白菜产量的机制在于其促进了叶片扩展,提高了总光合面积,其原因可能是适当提高铵态氮浓度促进了叶片细胞分裂。进一步研究表明,提高铵态氮浓度提高叶绿素含量的原因,可能在于其促进了小白菜体内全铁的再利用,从而提高了叶片活性铁含量和叶绿体蛋白质含量。     

叶绿体型转昆虫抗冻蛋白基因烟草的耐寒性

根据已构建的大豆叶绿体表达载体pJY01,设计特异性引物,将昆虫抗冻蛋白基因MpAFP149插入此载体中构成叶绿体表达载体pJY01-MpAFP149,利用基因枪轰击法转化烟草,经壮观霉素筛选获得4株叶绿体型转抗冻蛋白基因烟草株系。PCR和PCR-Southern结果显示外源基因已整合至烟草叶绿体基因组中但同质化水平不高,RT-PCR结果也表明昆虫抗冻蛋白基因已发生了转录。将野生型烟草、叶绿体型转抗冻蛋白基因烟草及核转化T₁代转抗冻蛋白基因烟草(pCAMBIA1302- MpAFP149)于–1℃低温处理3 d,观察耐寒表型及测定相对电导率。结果表明, 叶绿体型转基因烟草的耐寒表型优于野生型烟草,但与核转化的T₁代转抗冻蛋白基因烟草无显著差异。处理3 d时,叶绿体型转基因烟草和T₁代转抗冻蛋白基因烟草的电导率分别为39.2%和38.2%,而野生型烟草已达73.7%。本实验获得的异质化转叶绿体抗冻蛋白基因烟草与转核基因烟草的耐寒力无差异。     

芝麻黄化突变体YL1的叶片解剖学及光合特性

表型性状标记在作物遗传育种中具有重要的应用价值。在芝麻地方种质"庙前芝麻"中发现了能够稳定遗传的黄化突变体YL1,对该突变体的叶片解剖特征、光合特性及农艺性状的比较分析表明,突变体YL1黄化心叶和平展叶在各个发育时期的叶绿体结构均与同时期野生型存在明显差异,下表皮气孔保卫细胞数是正常叶的2倍左右。YL1的叶绿素a、总叶绿素、类胡萝卜素含量均只有同时期正常含量的30%~40%,叶绿素b含量只有正常叶的20%;光合速率在初花期及以前均显著低于同期正常叶,但到终花期与正常叶相当;YL1的生育期和初花期显著推迟,株高和单株蒴果数明显降低,每蒴粒数和千粒重略微降低。显微观察表明,YL1的叶绿体形态结构发育不规则,基粒和基粒片层数目明显少于野生型,使得叶绿素含量过低,属于叶绿体发育异常导致的叶绿素缺少型突变体。     

生物学自主设计型实验探索——以叶绿体DNA提取为例

指出了分子生物学是生命科学相关学科的主干课程,具有很强的实践性。同时,学生掌握分子生物学的实验方法和技术手段,对培养自身科研能力具有重要意义。结合当前高校对于绿色植物叶绿体DNA提取的实验,从丰富教学方法、更新教学手段、改进考核方式等方面进行了改革与探索。以期提高学生学习质量,强化实验技能及综合能力培养,为高校培养高素质创新型人才奠定基础。     

部分箬竹属植物的叶绿体DNA分析（摘要）

[目的]研究箬竹属植物和赤族属植物的亲缘关系。[方法]以箬竹属13个竹种及其近缘的赤竹属3个竹种为材料,采用PCR方法扩增叶绿体trnL-trnF间隔区基因片段,并对其进行序列分析,构建系统树。[结果]利用已发表的trnL-trnF序列通用引物扩增出长度为1008～1103bp的trnL-trnF片段,比较长度为940bp。cpDNA序列聚类将箬竹属与赤竹属竹种混合聚在一起,同源性为99%以上,可分为五组。其中,髯毛箬竹、广东箬竹、小叶箬竹、华箬竹、毛鞘箬竹、矮箬竹、胜利箬竹、箬竹、箬叶竹、粽巴箬竹、翠竹和菲白竹12个竹种聚为一组;泡箬竹、天目箬竹、阔叶箬竹和美丽箬竹4个竹种各自成一组。[结论]竹种间的同源性极高表现为较慢的进化速率,提供的信息位点很少,不能很好地解决箬竹属种间的系统学问题。     

不同发育时期板栗叶肉细胞中叶绿体淀粉和质体小球的变化

对板栗在春季折叠的幼叶和平展生长的幼叶、夏季成熟叶和秋季老叶的叶肉细胞中的叶绿体做了透射电镜观察,结果表明,春季折叠的幼叶的叶绿体中不含淀粉和质体小球,平展生长的幼叶含淀粉粒没有质体小球;夏季成熟叶的叶绿体中淀粉最多并出现极少量质体小球;秋季衰老叶的叶绿体中淀粉粒减少直至消失,质体小球数量激增;有的质体小球在叶绿体内被一层膜包围并降解。根据染色特点,可将质体小球分为黑色和灰色2类。淀粉减少及质体小球增多与叶绿体功能衰退相关。     

Studies of clomazone mode of action

Intact spinach chloroplasts were used to determine if clomazone, 5-OH clomazone, and/or 5-keto clomazone inhibited the chloroplastic isoprenoid pathway. When isopentenyl pyrophosphate was used as a precursor, neither clomazone nor the clomazone metabolites (5-OH clomazone and 5-keto clomazone) inhibited the formation of products separated by HPLC in the organic phase. However, when pyruvate, a substrate for the first committed step of the pathway, was used as a precursor, both 5-keto clomazone and fosmidomycin reduced the formation of a non-polar product and increased the formation of a polar product in the organic phase. Only 5-keto clomazone, not 5-OH clomazone or clomazone, inhibited the formation of an additional product other than fosmidomycin in the aqueous phase from pyruvate incorporation. In an in vitro assay, 5-keto clomazone inhibited DXP synthase, the enzyme catalyzing the first committed step of the chloroplastic isoprenoid pathway. Therefore, our studies show that neither clomazone nor 5-OH clomazone inhibits the chloroplastic isoprenoid pathway, only 5-keto clomazone does.