石斛小菇促进天麻种子萌发的转录组研究

天麻Gastrodia elata种子细小而无胚乳,自然条件下需要石斛小菇Mycena dendrobii等真菌共生来完成种子萌发和生长。为了探讨天麻种子接菌萌发过程中的基因表达变化,本研究利用高通量RNA测序技术,对共生真菌石斛小菇、天麻成熟种子以及接菌萌发后的天麻原球茎进行比较分析,共获得42 263条注释unigenes,并筛选到5 409条差异表达基因。GO分析表明,差异表达基因主要参与代谢、离子结合等生物学通路中。KEGG功能富集分析结果表明,差异基因参与了植物激素信号传导、碳代谢、苯丙素生物合成、淀粉与蔗糖代谢以及氨基酸生物合成中。真菌和植物细胞壁多糖经降解产生的寡糖激发子,可以诱导宿主产生多种防御反应,参与到宿主与真菌互作中。在共生萌发过程中,真菌细胞壁降解相关基因的表达显著提高,如几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶基因表达甚至上调了20倍之多。此外,植物细胞壁木聚糖酶和果胶酶基因表达显著升高。这类基因表达可释放寡糖激发子,在天麻种子对石斛小菇的防御过程中起到重要的作用。本文全面分析天麻种子接菌萌发前后基因表达变化,为进一步研究天麻重要功能基因的功能鉴定提供基础。     

种子蛋白质组的研究进展

蛋白质组学是通过对全套蛋白质动态的研究, 来阐明生物体、组织、细胞和亚细胞全部蛋白质的表达模式及功能模式。大量可用的核苷酸序列信息和灵敏高速的质谱鉴定技术, 使得蛋白质组学方法为分析模式植物和农作物的复杂功能开辟了新的途径。目前, 种子蛋白质组研究主要集中在两个方面: 一方面是鉴定尽可能多的蛋白, 以创建种子特定生命时期的蛋白质组参照图谱; 另一方面主要集中在差异蛋白质组, 通过比较分析不同蛋白质组, 以探明关键功能蛋白。该文综述了近年来种子蛋白质组的研究进展, 内容包括种子发育过程中蛋白质组的变化, 与种子休眠/萌发相关的蛋白质组、翻译后修饰蛋白质组、细胞与亚细胞差异蛋白质组以及环境因子对种子蛋白质组的影响; 并对种子蛋白质组研究的热点问题进行了展望。     

种子蛋白质组的研究进展

蛋白质组学是通过对全套蛋白质动态的研究,来阐明生物体、组织、细胞和亚细胞全部蛋白质的表达模式及功能模式。大量可用的核苷酸序列信息和灵敏高速的质谱鉴定技术,使得蛋白质组学方法为分析模式植物和农作物的复杂功能开辟了新的途径。目前,种子蛋白质组研究主要集中在两个方面：一方面是鉴定尽可能多的蛋白,以创建种子特定生命时期的蛋白质组参照图谱;另一方面主要集中在差异蛋白质组,通过比较分析不同蛋白质组,以探明关键功能蛋白。该文综述了近年来种子蛋白质组的研究进展,内容包括种子发育过程中蛋白质组的变化,与种子休眠/萌发相关的蛋白质组、翻译后修饰蛋白质组、细胞与亚细胞差异蛋白质组以及环境因子对种子蛋白质组的影响;并对种子蛋白质组研究的热点问题进行了展望。     

猪苓菌丝形成菌核差异蛋白质组学研究

药用真菌猪苓菌丝形成菌核分子机制一直是人们关注的热点问题。本研究首次对猪苓进行了系统的蛋白质组学研究。基于液质联用技术并在数据依赖性采集模式下,成功鉴定了猪苓菌丝形成菌核的初始期、菌核生长期和成熟期的蛋白质组,共鉴定蛋白1 391个(global FDR 1%)。采用先进的SWATH MSALL的非标记定量方式对初始期菌丝和菌核进行了差异蛋白质组学研究,从中定量蛋白1 234个,占鉴定蛋白数量的88.7%。猪苓菌丝形成菌核过程中有378个蛋白差异表达。差异蛋白GO注释结果表明,在猪苓菌丝形成菌核过程中,差异蛋白参与的蛋白功能和生物学过程多样,以催化和结合为主,还参与感知环境刺激、信号转导、电子转移、过氧化活性、菌丝生长及胞壁合成等功能。进一步推测分析表明,猪苓菌丝形成菌核可能是由于缺氧或温差等多种环境胁迫诱导所致,生成活性氧并形成氧化应激状态。信号通过丝裂原活化蛋白激酶通路(MAPK通路)途径向下游传递,可能调控了胞壁蛋白糖基化修饰,进而促进猪苓菌丝极性生长和菌丝形态学变化而形成菌核。KEGG代谢通路分析表明,差异蛋白还主要参与了糖、脂质和氨基酸等初级产物以及甾醇、多聚乙酰等次级代谢物的合成与代谢。因此,对差异蛋白质组的深入解析和研究有利于揭示猪苓菌丝形成菌核的蛋白分子机制,具有较强的理论和现实意义。     

蜜环菌菌索分化的差异蛋白质组学研究

菌索是蜜环菌与宿主互作的组织结构,蜜环菌菌丝形成菌索的分子机制尚不清楚。本研究采用SWATH-MS^ALL非标记定量蛋白质组学技术,首次对Armillaria mellea菌丝形成菌索过程的蛋白质组学进行了系统研究。在蜜环菌菌丝和菌索中共鉴定蛋白1 724个（global FDR 1%）,定量蛋白1 179个。与菌丝相比,蜜环菌菌索差异表达蛋白640个（上调表达256个,下调表达384个）。差异表达蛋白GO注释结果表明,蜜环菌菌索分化的生物学过程较复杂,差异蛋白参与的主要生物学过程包括有机含氮化合物代谢、有机物生物合成、小分子代谢、氧化还原反应等。分子功能富集结果提示,电子转运活性的富集因子最高,而氧化还原反应的富集P值最显著,这与KEGG注释的氧化磷酸化代谢活跃的结果一致。进一步的推测分析表明,蜜环菌菌丝形成菌索可能是受到氧化应激所致,菌索的形成可能促使诸如硫氧还蛋白样等毒力蛋白和富马酸的合成和释放增多,抑制宿主免疫而有利于蜜环菌侵染和定植于宿主。因此,对差异蛋白质组的进一步研究和深入解析不仅有利于揭示蜜环菌菌索形成的蛋白分子机制,同时也具有较强的理论和现实意义。     

~(60)Co-γ射线诱发皖麦50 Glu-1A亚基等位基因突变体差异蛋白质组学研究

研究了皖麦50及~(60)Co-γ射线诱发的Glu-1A突变体的比较蛋白质组学,结果表明,突变体蛋白质含量增加,2-D电泳图上有11个蛋白质斑点表达差异显著,其中3个蛋白点上调,8个蛋白点下调。经MALDI-TOF/TOF质谱鉴定,差异蛋白点涉及44个蛋白质。通过GO分析,参与生物过程的差异蛋白中,18个蛋白质参与代谢过程,18个蛋白质参与细胞过程,8个蛋白质参与刺激响应。参与分子功能差异蛋白中,18个蛋白质参与催化活性,10个蛋白质参与链结,7个肽段为分子功能调解剂,9个肽段为未知蛋白。参与细胞成分的差异蛋白中,12个蛋白质为胞外区蛋白,12个蛋白质为细胞,9个蛋白质为细胞器,2个蛋白质为膜,9个蛋白质为未知蛋白。KEGG通路注解表明,差异蛋白质中,4个蛋白质参与淀粉和蔗糖代谢,3个蛋白质参与氨基糖和核苷酸糖代谢,1个参与丙酮循环,1个参与半胱氨酸和甲硫氨酸代谢,1个参与丙酮酸代谢,1个参与乙醛酸和二羧酸代谢,1个参与光合生物碳固定,1个参与碳代谢信息通路。     

白癜风患者病变表皮与正常表皮的比较蛋白质组学研究（英文）

目的 本文通过开展白癜风患者病变表皮与正常表皮的比较蛋白质组学研究，发现和鉴定白癜风患者病变表皮与正常表皮之间的差异表达蛋白，以探讨白癜风患者表皮发生病变的分子机制。方法 首先，建立和优化了表皮样品中蛋白质的最佳酶切条件。其次，采用基于串联质谱标签（TMT）标记的定量蛋白质组学技术策略开展了稳定期白癜风患者病变表皮与正常表皮的比较蛋白质组学研究，并筛选了差异表达蛋白。最后通过生物信息学分析工具及数据库（GO、KEGG、STRING、GSEA）对差异蛋白进行功能富集分析。结果 优化所得到的最佳酶解条件是由Lys-C （酶∶底物，1∶100）和胰酶（酶∶底物，1∶50）组合而成的顺序酶切。比较蛋白质组学研究共鉴定4 496个蛋白质，其中181个蛋白质为白癜风患者病变表皮中的差异表达蛋白。生物信息学分析表明差异表达蛋白主要与代谢、免疫、氧化还原和细胞黏附相关。其中119个上调蛋白主要参与角质化、转录、氧化应激及蛋白酶解等过程。62个下调蛋白主要参与细胞内物质运输、谷胱甘肽代谢和肌动蛋白细丝封端等过程。结论 比较蛋白质组学研究揭示了白癜风患者病变表皮与正常表皮之间主要存在角质化、免疫、脂质代谢...     

花粉蛋白质组学研究进展

花粉是高度退化的生物体(雄配子体), 在植物有性生殖过程中具有重要作用。解析花粉发育、花粉-柱头识别、萌发和花粉管生长等细胞学过程的分子机制是当前研究的热点问题之一。近年来, 应用高通量的蛋白质组学技术平台, 对水稻、拟南芥和裸子植物花粉的蛋白质组学研究揭示了花粉中表达蛋白质的功能类群特征。花粉中参与细胞壁代谢、蛋白质代谢、细胞骨架动态和信号转导的蛋白质被高度代表, 并且近1/4蛋白质有多个同工型。本文综述了花粉蛋白质组学的研究进展。     

花粉蛋白质组学研究进展

花粉是高度退化的生物体（雄配子体）,在植物有性生殖过程中具有重要作用。解析花粉发育、花粉-柱头识别、萌发和花粉管生长等细胞学过程的分子机制是当前研究的热点问题之一。近年来,应用高通量的蛋白质组学技术平台,对水稻、拟南芥和裸子植物花粉的蛋白质组学研究揭示了花粉中表达蛋白质的功能类群特征。花粉中参与细胞壁代谢、蛋白质代谢、细胞骨架动态和信号转导的蛋白质被高度代表,并且近1／4蛋白质有多个同工型。本文综述了花粉蛋白质组学的研究进展。     

强休眠玉米种子休眠前后的蛋白差异表达

以强休眠玉米自交系08-641为试验材料,分别对处于休眠状态下的新鲜收获种子和经过10 d后熟作用破除休眠的种子进行了蛋白质组学差异表达分析。结果表明,通过双向电泳技术在3次重复试验下休眠状态的08-641鲜种子蛋白2-DE图谱上共检测到约600个蛋白质点,在经过10 d后熟作用破除休眠的08-641种子蛋白2-DE图谱上共检测到约620个蛋白质点,其中下调表达蛋白质点4个,上调表达蛋白质点4个,新增蛋白质点8个,缺失表达蛋白质点7个。经过质谱鉴定的差异表达蛋白质主要涉及球蛋白、胚胎晚期丰富蛋白、豆球蛋白等贮藏物蛋白质;蛋白酶体、山梨醇脱氢酶等参与物质代谢的蛋白质;热激蛋白等参与蛋白质结构、细胞功能调控的蛋白质。推测08-641种子休眠是由于种子内休眠相关蛋白的过量表达或缺失抑制了种子的正常萌发。     

兰科药用植物手参种子的真菌共生萌发

手参Gymnadenia conopsea是一种地生型兰科植物,是我国的传统中药,同时也是蒙药、藏药常用药,在西藏地区亦作食用。现代药理学研究表明手参具有非常好的药理活性,然而当前手参还不能进行人工栽培,市场需求完全依赖野生资源,因此资源短缺仍然是制约该种药用植物进一步开发利用的瓶颈。兰科植物种子萌发及早期的幼苗生长均需真菌参与,基于此,本文从手参根系中进行了真菌分离,并获得一株菌株,分子鉴定为角担菌属Ceratobasidium GS2。将GS2菌株与手参种子进行共培养,可明显促进手参种子的原球茎的形成并最终分化成幼苗。手参种子共生萌发的成功对于实现手参的种质保育、人工栽培和野生居群的生态恢复均具有重要的意义。     

Proteome changes in Oncidium sphacelatum (Orchidaceae) at different trophic stages of symbiotic germination

Mutualistic symbioses between plants and fungi are a widespread phenomenon in nature. Particularly in orchids, association with symbiotic fungi is required for seed germination and seedling development. During the initial stages of symbiotic germination, before the onset of photosynthesis, orchid protocorms are fully mycoheterotrophic. The molecular mechanisms involved in orchid symbiotic germination and development are largely unknown, but it is likely that changes in plant energy metabolism and defense-related responses play a central role in these processes. We have used 2D-LC-MS/MS coupled to isobaric tagging for relative and absolute quantification to identify proteins with differential accumulation in Oncidium sphacelatum at different stages of mycorrhizal protocorm development (achlorophyllous and green protocorms) after seed inoculation with a Ceratobasidium sp. isolate. We identified and quantified 88 proteins, including proteins putatively involved in energy metabolism, cell rescue and defense, molecular signaling, and secondary metabolism. Quantitative analysis showed that the expected changes in carbon metabolism in green protocorms were accompanied by enhanced accumulation of proteins involved in the modulation of reactive oxygen species homeostasis, defense-related responses, and phytoalexins and carotenoid biosynthesis. Our results suggest profound metabolic changes in orchid protocorms during the switch from the fully mycoheterotrophic to the photosynthetic stage. Part of these changes may be also related to the obligatory nature of the interaction with the endomycorrhizal fungus.     

Predicting the global areas for potential distribution of Gastrodia elata based on ecological niche models

Aims Previous studies on the globally suitable areas for growing the medicinal plant Gastrodia elata is lacking. This study aims to predict the global areas for potential distribution of this plant based on multiple ecological niche models. Methods A total of 220 global distribution points of G. elata and 19 ecological variables were compiled and eight environmental variables were selected for the model training. Three ecological niche models, including BIOCLIM, DOMAIN, and MAXENT, were used to predict the global areas for potential distribution of G. elata. The resulting data of different models were analyzed and compared with two statistical criteria: the area under the receiver operating characteristic curve (AUC) and Kappa value. Important findings The predictions of the three models are basically identical, showing that the global areas for potential distribution of G. elata are predominantly in the range of 20° N to 50° N in Asia, mainly in China, South Korea and Japan. A small proportion of the suitable areas occur in India, Nepal and the European countries near Mediterranean. The most suitable areas distribute in provinces close to the Sichuan Basin and the central East China, the mid-eastern parts of South Korea such as Chungcheongbuk-do, Gyeongsangbuk-do and Gyeongsangnam- do, and the Kyushu region and the Shikoku region on Japan’s main island. Therefore, these three countries can be used as the main production areas of G. elata for its commercial development. The AUC average values of the three models are all above 0.9 and the Kappa average values all above 0.65, justifying their applications for predicting the potential areas of G. elata. Among them, the MAXENT model appears to perform the best, followed by DOMAIN and BIOCLIM.     

天麻栽培用蜜环菌的遗传多样性、生长和水解酶

蜜环菌Armillaria是一种广泛分布的担子菌,是栽培中药天麻所必须的共生菌。为揭示我国天麻栽培用和鄂西地区部分野生蜜环菌资源的遗传多样性和生物学特性,本文收集了9个省市EF-1-α的19个蜜环菌商品菌株和鄂西地区20株野生蜜环菌菌株,以IGS、ITS和elongation factor-1-alpha（EF-1-α）为分子标记对这些菌株进行系统发育与遗传多样性分析,并对影响与天麻共生的生物学特性（菌索发育和胞外水解酶活性）进行对比研究。结果表明,这19株蜜环菌商品菌株分别归属于2个clade。其中,有18个菌株聚在cladeⅢ,说明不同来源的蜜环菌商品菌株之间系统发育关系很近;通过对蜜环菌的系统发育、菌索生长以及胞外水解酶活性的研究,总体上商品种优于鄂西的野生蜜环菌生物种。从鄂西野生蜜环菌中筛选出4个具有潜在栽培价值的菌株。本研究为天麻栽培生产中蜜环菌菌种的选择提供参考。     

Proteomic analysis of arabidopsis seed germination and priming

To better understand seed germination, a complex developmental process, we developed a proteome analysis of the model plant Arabidopsis for which complete genome sequence is now available. Among about 1,300 total seed proteins resolved in two-dimensional gels, changes in the abundance (up- and down-regulation) of 74 proteins were observed during germination sensu stricto (i.e. prior to radicle emergence) and the radicle protrusion step. This approach was also used to analyze protein changes occurring during industrial seed pretreatments such as priming that accelerate seed germination and improve seedling uniformity. Several proteins were identified by matrix-assisted laser-desorption ionization time of flight mass spectrometry. Some of them had previously been shown to play a role during germination and/or priming in several plant species, a finding that underlines the usefulness of using Arabidopsis as a model system for molecular analysis of seed quality. Furthermore, the present study, carried out at the protein level, validates previous results obtained at the level of gene expression (e.g. from quantitation of differentially expressed mRNAs or analyses of promoter/reporter constructs). Finally, this approach revealed new proteins associated with the different phases of seed germination and priming. Some of them are involved either in the imbibition process of the seeds (such as an actin isoform or a WD-40 repeat protein) or in the seed dehydration process (e.g. cytosolic glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase). These facts highlight the power of proteomics to unravel specific features of complex developmental processes such as germination and to detect protein markers that can be used to characterize seed vigor of commercial seed lots and to develop and monitor priming treatments.     

菌根真菌对白及种子萌发和幼苗生根的作用

自然条件下,兰科植物需要依赖菌根真菌获得营养才能萌发。本研究对白及根和原球茎中分离的4株菌根真菌（WQ17-33、WQ17-43、JST-3和SL15-7）进行分子鉴定,并评价光照和黑暗条件下不同菌株促白及种子萌发和幼苗生根的效果。结果表明,4个菌株分别隶属于鬼伞属Coprinus、胶膜菌属Tulasnella、腊壳菌属Sebacina和Serendipita。在种子萌发前期（未形成叶子）进行暗培养较光照对菌株JST-13和SL15-7处理组原球茎阶段萌发具有显著的促进作用。不同菌株共生萌发效果不同,菌株SL15-7较其他处理原球茎和幼苗发育阶段的萌发率高。菌株JST-13和SL15-7处理组形成的幼苗较其他处理组强壮,定殖的菌丝团也较多,其幼苗生根效果也较对照组好。该研究表明白及可与多种不同类群的菌根真菌菌株形成共生关系,这些真菌在促进白及种子萌发和生根能力方面存在差异。     

感染羽茅的香柱菌属内生真菌对丛枝菌根真菌孢子萌发的影响

内生真菌与丛枝菌根(AM)真菌是构成草原生态系统的重要组成部分.内生真菌会抑制其宿主植物的AM真菌侵染率.本研究以感染2种香柱菌属内生真菌[Epichloё gansuensis(Eg)和E. sibirica(Es)]的天然禾草羽茅为供试材料,进行体外纯培养的内生真菌培养滤液、感染内生真菌的羽茅叶片(包括鲜叶和枯叶)浸提液,以及根系分泌物对摩西球囊霉(Gm)和幼套球囊霉(Ge)2种AM真菌孢子萌发影响试验.结果表明: 香柱菌属内生真菌的培养滤液会显著抑制2种AM真菌孢子的萌发,而感染香柱菌属内生真菌的羽茅根系分泌物只对Ge孢子萌发有显著抑制作用,且上述抑制作用与内生真菌种类无关;鲜叶浸提液对Gm和Ge的孢子萌发率均无显著影响,而枯叶浸提液对Ge的孢子萌发有显著抑制作用.在自然生态系统中,香柱菌属内生真菌通常存在于宿主植物体内,可能通过影响宿主植物的根系分泌物来影响AM真菌孢子的萌发.     

兰科植物种子共生萌发真菌多样性及共生萌发机制研究进展

自然环境下,兰科植物种子细小无胚乳,需要和适宜的真菌共生才能萌发,因而与真菌有天然的共生关系。自身繁殖率低加之近年来栖息地环境破坏导致兰科植物资源更加濒危,而通过筛选适合的真菌进行种子的共生萌发可以有效地实现兰科植物的种质保育及濒危种类野生居群的生态恢复。本文对地生型、附生型以及腐生型等兰科植物已发现的萌发真菌的多样性进行了系统地梳理,发现担子菌门的胶膜菌科、角担菌科以及蜡壳耳目真菌为已报道共生萌发真菌的主要类群;同时对兰科植物种子的共生萌发机制,包括形态学机制、营养机制和分子机制等方面的相关研究进行了归纳论述,但是当前关于兰科植物和真菌互作机制方面的研究还相对较少,许多问题需要进一步明确。本文对共生萌发真菌在兰科植物保育和繁育中的应用以及共生萌发机制的研究等方面具有一定的参考价值。