海南龙血树无色花色素还原酶基因DcLAR1的克隆和表达分析

无色花色素还原酶(leucoanthocyantin reducase,LAR)是植物类黄酮生物合成途径中的一个关键酶。本研究根据海南龙血树(Dracaena cambodiana)转录组数据,利用RT-PCR技术克隆1个编码无色花色素还原酶基因DcLAR1,结果表明:该基因全长1 355 bp,包含一个1 011bp的开放阅读框,编码336个氨基酸。DcLAR1蛋白具有典型的植物无色花色素还原酶结构特征,包含3个保守的结构域RFLP、ICCN和THD。表达分析结果表明,DcLAR1在根、茎、花、叶和果中具有不同程度的表达;DcLAR1表达受到血竭诱导剂的诱导,与血竭积累正相关,推测该基因可能在海南龙血树类黄酮生物合成过程中具有重要功能。     

3种龙血树PAL基因克隆及分子鉴定

该研究以3种龙血树(剑叶龙血树、海南龙血树和岩棕)的DNA和总RNA为模板,采用同源克隆法克隆龙血竭3种基源植物的苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase)基因PAL,利用DNAMAN、MEGA7等软件进行生物信息学分析,以探讨龙血竭3种基源植物的分子鉴定方法,为生产实际中对不同来源的龙血竭原料的鉴定提供理论依据。结果表明:(1)在龙血竭3种基源植物中分别获得长度为718 bp的PAL片段,序列分析发现,3种龙血树PAL片段高度一致(99.69%),仅存在5处碱基突变;系统进化分析表明,龙血树PAL片段与百合科植物PAL基因聚为一类。(2)RT-PCR分析发现,PAL基因在3种龙血树的根、茎、叶中均有表达,同种龙血树不同组织的表达量差异较小,且PAL基因在岩棕中的表达量较高,在剑叶龙血树和海南龙血树中表达量较低。(3)利用保守引物进行分子鉴定发现,同种龙血树PAL序列一致,3种龙血树PAL片段存在5处碱基突变,且这些碱基突变为稳定遗传,表明3种龙血树PAL基因高度保守。(4)根据突变位点建立了龙血竭3种基源植物的分子鉴定方法,进一步分子鉴定结果表明,剑叶龙血树的碱基位置为GCGGG,海南龙血树的碱基位置为CTGGC,岩棕的碱基位置为GTTTG。该研究结果为龙血竭原材料溯源和质量控制奠定了理论与技术基础。     

海南龙血树茉莉酸受体基因DcCOI1的鉴定和表达分析

茉莉酸是植物响应生物和非生物逆境胁迫的关键激素之一,而茉莉酸信号受体蛋白(Coronatine-insensitive protein 1, COI1)在茉莉酸信号转导过程中发挥着关键作用。本研究基于海南龙血树转录数据中的转录本序列,利用注释拼接和RT-PCR的方法首次鉴定了1个编码海南龙血树茉莉酸受体COI1基因(命名为DcCOI1, GenBank登录号为MF193604),DcCOI1基因长度为2 274 bp,包含一个1 785 bp的完整开放阅读框,编码594个氨基酸,Dc COI1蛋白与芦笋COI1序列的一致性为94%,系统进化分析中与芦笋、剑兰划为同一分支,同属于单子叶植物大类。生物信息学分析显示,其编码蛋白包含COI1的蛋白的F-box特征结构域,分子量为64.14 k D,理论等电点为6.09,为非分泌型蛋白,且不含跨膜结构域,包含52个磷酸化位点,主要在细胞质中发挥生理作用;二级结构主要有α螺旋(43.10%)和无规则卷曲(29.63%)构成。实时荧光定量PCR检测发现DcCOI1在海南龙血树根、茎、叶和花中均有表达,根和茎中的表达量较高,而花中的表达量最低。此结果为阐明海南龙血树血竭形成过程中茉莉酸的调控作用研究奠定了基础。     

集胞藻6803中ndhK基因启动子结构与功能的初步分析

ndhK是蓝藻NDH-1复合体的1个亚基编码基因,其表达受低浓度CO2和高光的诱导,对于蓝藻应对低CO2胁迫起着重要的作用。为进一步阐明ndhK基因的转录调控机制,本研究利用5′-RACE(Rapid Amplification of cDNAEnds,cDNA末端快速扩增)技术鉴定了该基因的转录起始位点,利用生物信息学预测发现ndhK基因含有4个可能的启动子,构建了含增强型黄色荧光蛋白报告基因的启动子探针型载体,并利用蛋白免疫印迹的方法进行检测。结果表明:在集胞藻6803的ndhK基因上游的-374～-274bp,-438～-374bp,-604～-543bp,+1～+52bp区域具有较高的启动子活性,而-543～-440bp区域则可能存在1个抑制ndhK基因表达的转录因子。     

黄花蒿转录因子AaW D40的克隆

黄花蒿(Artemisia annua L.)是菊科(Asteraceae)蒿属(Artemisia)一年生草本植物。WD40转录因子基因与植物叶片表面腺毛发育、次生代谢相关。本研究利用RACE技术从黄花蒿中克隆出Aa WD40基因(GenBank登录号:KY411922),并对其进行了生物信息学分析。AaW D40基因的cDNA全长1 498 bp,其中5'末端非翻译区为209 bp,3'末端非翻译区为183 bp。开放阅读框(ORF)的长度为1 106 bp,编码368个氨基酸残基,DNAMAN分析预测其等电点为4.64,分子量为41.29 kD。对AaW D40氨基酸序列进行同源性分析,发现其与多种植物具有较高的同源性。生物信息学分析发现AaW D40氨基酸序列含有4个典型的WD40重复区域,符合WD40基因的特征,所以命名为AaW D40。利用Swiss-Model对AaW D40蛋白进行三级结构分析,AaW D40蛋白空间结构错综复杂,与多种植物WD40空间结构域非常相似。系统发育树分析AaW D40与其他WD40均源于同一祖先,并且AaW D40与DpWDR、GhTTG4的亲缘关系最为接近。荧光实时定量PCR分析显示,AaW D40在根、茎、叶中都可以检测到表达,其中根的表达量最高,其次为叶,再次为茎。本研究为进一步研究AaW D40与黄花蒿次生代谢的关系提供了理论基础。     

多刺绿绒蒿WD40基因家族的鉴定及生物信息学分析

WD40转录因子家族广泛参与调节植物生长、发育、次生代谢物积累和环境适应等过程。为了探究WD40家族在多刺绿绒蒿生长、发育和次生代谢物积累以及抗逆方面的作用,该研究基于全长转录组测序数据,鉴定了多刺绿绒蒿WD40基因家族成员,并对这些基因及其编码的蛋白进行了生物信息学分析。结果表明:(1)共鉴定到19个WD40基因,编码的蛋白均具有WD40结构域,氨基酸数目为109～758 aa,分子量介于11 830～84 130 Da之间,预测大多数蛋白定位在细胞核中且都为亲水性蛋白;(2)系统进化树分析表明多刺绿绒蒿与罂粟、博落回亲缘关系较近;(3)WD40基因启动子区域均存在数量不等的激素或逆境响应元件,表明该家族基因可能参与植物生长、发育和次生代谢物积累等多种生物学进程的调节;(4)蛋白三级结构显示这些蛋白在进化过程中发生了不同程度的进化。这些结果可为深入研究多刺绿绒蒿WD40基因家族在其响应逆境胁迫和次生代谢物积累等方面的具体机制提供前期基础。     

甘薯IbGL3的克隆和表达分析

紫色甘薯富含花青素,具有较高的食用和药用价值。花青素的生物合成受到结构基因和调节基因的控制。bHLH(basic helix-loop-helix protein)转录因子能够调节多个花青素结构基因的表达,在花青素生物合成途径中具有重要的调控作用,但目前在甘薯中还没有关于bHLH调控花青素生物合成的相关报道。为进一步了解IbGL3基因在甘薯花青素生物合成的功能和作用机理,该研究根据甘薯转录组数据,利用RT-PCR技术在甘薯中克隆了一个2 120 bp的bHLH基因IbGL3,该基因包含一个1 878 bp的开放阅读框,编码625个氨基酸,蛋白质分子量69.08 kD,理论等电点(pI)5.20。IbGL3蛋白和其他植物中类黄酮合成相关的bHLH蛋白具有较高的同源性,都包含保守的MIR区、bHLH结构域和ACT类似结构域。系统发育进化树分析结果显示,IbGL3与其他植物类黄酮相关bHLH蛋白聚为一类,属于Ⅲf 亚类成员。表达结果显示,IbGL3基因在紫色甘薯中的表达量最高,在浅紫色甘薯中的表达量次之,在白色甘薯中表达量最低, 与花青素积累正相关,因此推测其在甘薯花青素生物合成途径中具有重要的调控作用。     

纤枝短月藓LEA5基因表达及耐盐性分析

该研究以纤枝短月藓为材料,利用RT-PCR和HiTail-PCR技术分别克隆得到纤枝短月藓LEA5基因的ORF和启动子序列,并进行生物信息学、基因表达及耐盐性分析,为进一步研究LEA5蛋白的保护机制奠定基础。结果显示:(1)LEA5基因包含267 bp的开放阅读框(ORF),编码88个氨基酸。(2)LEA5基因启动子序列为1 053 bp,利用PlantCARE在线工具预测顺式作用元件显示,该启动子不仅具有典型的CAAT box元件,还含有ABRE、MYB、MYC、MYB结合位点(MBS)等其他元件。(3)荧光定量分析表明,LEA5基因在纤枝短月藓不同时期和不同组织中都有表达。(4)LEA5蛋白的异源表达提高了大肠杆菌对盐胁迫的耐受性,表明LEA5蛋白可能在耐盐性中起重要作用。     

牡丹WD40类转录因子基因PsWD40-1和PsWD40-2的分离与序列分析

利用已构建的牡丹‘洛阳红’花瓣转录组数据库,筛选得到2个与植物花青素苷合成WD40蛋白同源性较高的Unigene序列,分别命名为PsWD40-1和PsWD40-2。利用RT-PCR技术,设计特异性引物对PsWD40-1和PsWD40-2最大阅读框(ORF)序列进行扩增,测序结果表明PsWD40-1序列包含一个1 035 bp的ORF,编码一个344 aa的肽链;PsWD40-2序列包含一个1 032 bp的ORF,编码一个343 aa的肽链。牡丹PsWD40-1和PsWD40-2基因推测所编码蛋白序列均具有典型的WD40结构域。PsWD40-1蛋白序列与葡萄VvWDR2相似性为96%,PsWD40-2蛋白序列与葡萄VvWDR1相似性为87%。系统进化树分析发现,PsWD40-1与葡萄VvWDR2、拟南芥AtAN11、陆地棉GhTTG2等序列聚在MP1分支,而PsWD40-2与葡萄VvWDR1、矮牵牛PhAN11、紫苏PfWD40等序列聚在另一分支TTG1/PAC1分支。     

霍山石斛DhGMDS基因克隆及低温胁迫下表达

基于霍山石斛转录组数据库,利用染色体步移技术,克隆霍山石斛GDP-甘露糖4,6-脱水酶基因(DhGMDS)及其启动子,采用实时荧光定量PCR方法检测该基因的组织表达模式及低温处理下的表达,为进一步解析霍山石斛抗寒机制和遗传改良提供理论依据。结果表明：(1)成功克隆获得DhGMDS基因(GenBank登录号MW855573),其cDNA序列为1 134 bp, gDNA序列为1 523 bp,无内含子。(2)序列一致性分析显示,DhGMDS蛋白与黄花石斛(Dendrobium catenatum)的GMDS蛋白序列相似性达到99.03%;系统进化树分析表明,霍山石斛DhGMDS基因与黄花石斛GMDS基因处于同一进化节点上,二者亲缘关系近。(3)启动子序列分析发现,在DhGMDS基因上游启动子区含有光、低温、干旱和ABA响应元件,且具有MYB等转录因子识别和结合位点。(4)实时荧光定量PCR分析显示,DhGMDS基因在霍山石斛的花中表达量最高,其次为茎、叶,根中表达量最低;经4℃低温处理72 h后,DhGMDS基因受低温胁迫诱导上调表达,且在低温处理24 h的相对表达量最高,表明DhGMD...     

人工诱导海南龙血竭的化学成分研究

为了解人工诱导海南龙血树(Dracaena cambodiana)所产血竭的化学成分,从其乙醇提取物中分离得到10个化合物,经波谱分析分别鉴定为socotrin-4?-ol(1)、homoisosocotrin-4?-ol(2)、(E)-3-(3,4-dihydroxybenzylidene)-7-hydroxy-chroman-4-one(3)、5-hydroxy-7-methoxy-3-(4?-hydroxybenzyl)-4-chromanone (4)、3-去氧苏木查耳酮(5)、苏木查耳酮(6)、7,4?-二羟基黄酮(7)、7,4?-二羟基-8-甲基黄酮(8)、丁香树脂醇(9)和邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(10)。化合物1～10均为首次从人工诱导海南龙血树所产血竭中分离得到,其中化合物8为新天然产物,化合物3～6为首次从血竭中分离得到。化合物7和8对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌具有生长抑制作用。     

濒危植物海南龙血树的种群结构与动态

了解种群的生存现状与动态趋势对濒危植物的保护至关重要。为了更好地保护濒危海南龙血树种群,对海南岛不同生境的11个海南龙血树(Dracaena cambodiana)种群进行了调查;并利用个体基径数据建立各种群的年龄结构和静态生命表,得到种群年龄结构动态指数,绘制种群存活曲线和生存函数曲线,从而获得海南龙血树的种群结构与动态。结果表明:海南龙血树种群年龄结构与种群所处的生境关系密切,海边的NS和YL种群结构为衰退型,LN和CH居群为稳定型,而非海边种群为增长型,没有老龄个体;11个种群中,EXL种群显示出最高的增长趋势和最好的种群稳定性,NS和YL种群稳定性最差,种群抗干扰能力极低;11个种群的存活曲线均属于Deevey-Ⅰ型,但生存函数分析显示海南龙血树种群生活史早期和晚期脆弱,中期稳定,这表明海南龙血树种群所处的生境更适合成年个体生存,现有的生境对幼龄个体的环境筛作用较强。海南龙血树属于退偿物种,针对其种群的生存现状,应采取多种方法相结合的方式进行保护与复壮。     

中国沙棘HrANR基因及黄酮类累积与抗旱的关系

花青素还原酶(anthocyanidin reductase, ANR)是合成黄酮类物质的关键酶之一,为明确其编码基因结构及干旱胁迫下的表达模式和黄酮类物质含量及二者之间的相关性,该文从中国沙棘转录组数据中筛选获得1个ANR基因,命名为HrANR基因。采用生物信息学软件对基因序列及编码蛋白进行分析,并对不同胁迫下各组织中HrANR基因的表达量和叶中黄酮类化合物含量进行相关性分析。结果表明:(1)中国沙棘HrANR基因ORF为1 017 bp,编码338个氨基酸,为稳定的亲水性蛋白,其ANR同源蛋白具有明显的科属特性。(2)干旱胁迫下HrANR基因在中国沙棘根、茎、叶中均有表达,但表达趋势不同,其中在根中的表达呈先升高后降低再升高的趋势,在茎中呈持续下降的趋势,在叶中呈先升高后持续降低的趋势。(3)通过芦丁标准曲线获得不同胁迫程度下中国沙棘叶内黄酮类的含量,表明黄酮类含量呈先持续上升,随后略有下降,复水后上升至最高点的变化趋势,表明干旱胁迫初期叶黄酮类含量与干旱胁迫呈正相关,在严重胁迫下黄酮类含量与胁迫呈负相关。(4)叶和茎的HrANR基因表达量与黄酮类含量呈负相关(P_叶=-0.751,P_茎=-0.934),根中呈正相关(P_根=0.444)。综上表明,中国沙棘HrANR基因的表达及黄酮类含量变化与其抗旱性密切相关,其结果为中国沙棘抗旱机制的阐明提供了依据。     

濒危植物海南龙血树种子休眠机理及其生态学意义

通过对中国西双版纳与泰国都有分布和栽培的641种植物的傣、泰土著名字相似性比较,发现这两个民族具有基本相同的民间植物命名的“双名法”。西双版纳傣族与泰国的兰纳地区、北—东北部和其它地区泰族的植物土著名相同、相似的分别占0.69、0.57和0.37,主要包括药用植物在内的经济植物和与南传上座部佛教文化密切相关的植物。其主要成因包括他们的语言文字、宗教信仰、生活习俗等的傣、泰历史渊源及其所具有的传统文化密切程度相关。其中,兰纳地区地处泰国北部,它不仅邻近西双版纳,而且在历史上,它们曾经同属于“兰纳王国”,两地的边界曾是“犬牙交错”,成为“曼比勐农”（兄弟之邦）。这样,使包括土著名字在内的佛教植物、野生植物和栽培植物等的交流比泰国其它地区更加密切,相似性便最高。西双版纳傣族和兰纳泰族被视为尚存的标准“Tai”人区。因此,该研究对于中国Dai、泰国Thai、缅甸Siam和老挝Laos等国家民族的科学文化交流及其植物资源的利用和保护等具有重要的意义。 关键词： 民族植物学研究, 中国西双版纳傣族与泰国泰族, 相同植物的民间命名方法, 相似的植物土著名字, 相似的历史渊源成因, 科学与文化交流的意义     

Localization and antioxidant capacity of flavonoids from intertidal and subtidal Halophila johnsonii and Halophila decipiens

In this study, flavonoid localization, content and total antioxidant capacity in leaves of subtidal Halophila decipiens were compared to intertidal and subtidal Halophila johnsonii. H. johnsonii leaves had significantly higher flavonoid content (3.5 and 3.8 nmol quercetin equivalent mm⁻² leaf for intertidal and subtidal H. johnsonii, respectively) and antioxidant capacity (101.7 and 224.2 nmol Trolox equivalent mm⁻² leaf for intertidal and subtidal H. johnsonii, respectively) than H. decipiens leaves (1.4 nmol quercetin equivalent mm⁻² leaf and 21.0 nmol Trolox equivalent mm⁻² leaf). Flavonoid content did not significantly differ between intertidal and subtidal H. johnsonii, however, antioxidant capacity was significantly higher in subtidal plants. Confocal laser scanning microscopy of fresh leaf cross sections indicated that both species contained flavonoids in the cuticle, but only H. johnsonii contained intracellular flavonoids. Intracellular flavonoids are better situated to perform antioxidant functions in planta. These results suggest that flavonoid compounds in H. johnsonii are capable of sunscreen and antioxidant functions while an antioxidant role for flavonoids within H. decipiens is not supported.     

遮阴对柠檬香茅类黄酮及其合成酶基因差异表达研究

为了解柠檬香茅(Cymbopogon citratu)中类黄酮及其合成酶基因信息,以阳光直射及遮阴环境下生长的柠檬香茅嫩叶为材料,进行代谢组、转录组结合qRT-PCR验证分析。结果表明,柠檬香茅中含有11类共69种黄酮化合物,其中芦丁、去甲基托罗沙黄酮、紫云英苷及葡萄糖醇等类黄酮化合物在遮阴环境下相对含量显著降低;类黄酮生物合成涉及10类酶54个基因,其中类黄酮3''羟化酶(c99177.1)等4个酶基因在遮阴环境下相对表达量显著降低,而异黄酮合成酶(c51975.0)等6个酶基因相对表达量正好相反;其中5个类黄酮合成酶基因在光照及遮阴柠檬香茅中的上下调表达趋势与转录组测序结果中FPKM值变化一致,而二者检测结果中差异表达倍数存在差异。遮阴使柠檬香茅中大多黄酮类化合物相对含量降低,而其合成酶基因上下调表达趋势规律不明显。     

金边红苞凤梨叶片的超微观察和AbGLK1的克隆与表达分析

为了解Golden2-like (GLK)转录因子在金边红苞凤梨(Ananas comosus var. bracteatus ‘Chiyan’)绿白嵌合叶片形成中的作用,采用RT-PCR技术克隆得到了AbGLK1基因, 其开放阅读框全长1 371 bp,编码456个氨基酸,含有1个GARP-DNA结合域和1个C末端结构域GCT box (GOLDEN2 C-terminal box),属于GLK转录因子家族,在酵母中具有转录因子的转录激活活性。烟草亚细胞定位表明AbGLK1蛋白定位在细胞核。RT-qPCR分析表明,AbGLK1基因在金边红苞凤梨的根、茎、叶中均有表达,但具有组织器官差异性,在叶片中的表达量显著高于根和茎(P < 0.05)。AbGLK1基因在叶片边缘白化组织中的表达量显著低于绿色组织,约为绿色组织的1/3 (P < 0.05)。叶片白化组织叶绿体内膜系统模糊,无类囊体存在,含有大量囊状小泡,质体小球数量多且体积较大。因此,推测AbGLK1基因可能参与了金边红苞凤梨中的叶绿体发育,其下调表达可能导致叶片白化组织中叶绿体发育不成熟。     

蓝亚麻花瓣中类黄酮化合物及代谢途径分析

花色是观赏植物重要的观赏性状之一,而类黄酮是其主要的呈色物质。该研究以蓝亚麻花瓣为研究对象,将蓝亚麻开花过程分为5个阶段,并用高效液相色谱—光电二极管阵列检测技术(HPLC-PAD)和高效液相色谱—电喷雾离子化—质谱连用技术(HPLC-ESI-MS)分析不同开花阶段花瓣中类黄酮化合物的成分和含量。结果表明:蓝亚麻花瓣中积累飞燕草素苷、矢车菊素苷和锦葵素苷,未检测到天竺葵素苷,其中以酰基化的飞燕草素苷为主要呈色物质;而总花青素苷含量在第2阶段达到最高。根据花青素苷终产物和类黄酮中间代谢产物推定了蓝亚麻花瓣中类黄酮代谢途径,其中以F3'5'H所引导的分支途径占优势,其主要原因可能是F3'5'H酶活高于F3'H。     

遮阴对浙江三叶青生理生化及总黄酮的影响

为探究抗癌药物浙江三叶青在不同遮阴处理下其有效成分总黄酮含量及生理生化响应,该研究设置5个光照梯度(全光照CK、遮阴30%、50%、70%、90%),以三叶青二年生扦插苗为材料,处理6个月后,测定三叶青在不同遮阴梯度条件下的生长指标、生化指标以及不同部位(叶片和块根)的总黄酮含量。结果表明:遮阴70%的处理中植株长势最佳,随着光照强度的减弱,三叶青生物量呈现先增高后降低趋势;比叶重呈降低趋势;叶片中的可溶性蛋白(SP)、游离脯氨酸(FP)和超氧化物歧化酶(SOD)含量均在全光照下最高,遮阴70%时最低,分别比全光照降低了33.36%、17.22%、46.88%,表现出光胁迫特点;总黄酮含量为叶片块根,且均以遮阴70%下含量最高,从整体来看,总黄酮含量随着遮阴度的增大而呈现先增加后降低的趋势。这表明光照强度是影响浙江三叶青生长及有效成分积累的重要因素,且高光强在一定程度上抑制三叶青植株的生长,适当遮阴对三叶青植株的生长起促进作用,但块根和叶片中的总黄酮含量对光强的响应却不同,这为今后科学栽培种植及合理有效开发三叶青提供了科学依据。