红树植物秋茄类黄酮代谢及其抗氧化活性对高盐胁迫的响应

以红树植物秋茄为试验材料,设置不同浓度NaCl(0、200和500mmol·L-1)处理的砂培实验,应用qRTPCR分析秋茄叶片中类黄酮物质合成上游的4个关键酶基因——苯丙氨酸解氨酶基因(PAL)、肉桂酸羟化酶基因(C4 H)、4-香豆酰辅酶A连接酶基因(4CL)和查尔酮合成酶基因(CHS)的转录水平,并对关键酶活性进行了分析,同时测定了幼苗生物量、钾钠离子含量、类黄酮含量及其抗氧化活性,以探讨秋茄耐盐性与类黄酮物质的关系,为揭示木本植物耐盐机制奠定基础。结果显示:(1)在盐处理条件下,秋茄叶片中PAL、4CL、C4 H和CHS4个关键酶基因的转录水平显著上调,PAL、4CL、C4H酶活性和CHS含量随着盐浓度的增加而明显上升。(2)与对照相比,秋茄根、茎、叶干重在盐处理3d和15d后均无显著变化,而秋茄株高仅在200mmol·L-1盐处理15d后显著增加,其余浓度和时间均未发现有显著性变化。(3)随着盐浓度的升高,秋茄叶片类黄酮含量显著增加,K+/Na+明显下降,丙二醛含量显著降低,活性氧自由基清除率显著增加。研究表明,盐处理加强了秋茄叶片中类黄酮代谢过程中相关酶基因的表达,类黄酮物质的累积有助于其抗氧化能力的提高,进而提高秋茄的抗盐性,维持盐胁迫下秋茄的正常生长。     

红花查尔酮异构酶基因的克隆及表达分析

实验通过下载已报道查尔酮异构酶基因序列,设计简并引物,利用RACE克隆红花查尔酮异构酶基因全长,克隆了两个红花查尔酮异构酶基因,分别命名为CtCHI1和CtCHI2,NCBI登录号分别为MF996507和MF996508。用在线软件对序列进行分析,并用MEGA进行进化树分析,CtCHI1全长967 bp,CtCHI2全长997bp,属查尔酮异构酶家族基因。定量PCR分析红花查尔酮异构酶基因表达得出,CtCHI1在花中且在时期2表达量较高,而在叶、茎及根中不表达,CtCHI2仅在茎中有少量表达。实验还发现,MeJA显著促进CtCHI1基因的表达,而对CtCHI2无调控作用,推测CtCHI1参与红花花中类黄酮的生物合成。实验成功克隆了两个查尔酮异构酶基因并对其进行表达分析,为红花类黄酮的生物合成及调控机理研究奠定基础。     

毛竹APX家族基因鉴定和表达分析

为了解毛竹(Phyllostachys edulis)抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase, APX)基因家族成员在不同组织和非生物胁迫下的表达模式,利用生物信息学方法从毛竹基因组数据库中鉴定得到7条APX同工酶基因(PeAPXs),根据亚细胞定位预测结果可分为3个亚类。各个基因启动子序列中存在低温、干旱以及光响应元件。毛竹PeAPXs在7个组织中的表达丰度不同,具有组织特异性。qRT-PCR结果表明,在干旱、盐和低温胁迫下各基因的表达模式存在着较大差异,其中PeAPX2在3种胁迫下均维持着较高的表达水平;低温胁迫对PeAPXs有诱导作用,其表达量均呈上调趋势;干旱胁迫下,PeAPX1的表达量下调,未检测到PeAPX3、PeAPX6、PeAPX7表达;盐胁迫下,除PeAPX3和PeAPX6外,其余基因表达量上调。因此,毛竹APX基因可能参与到不同的非生物胁迫过程并在毛竹的生长发育阶段发挥着重要的作用。     

柠条锦鸡儿F3H基因克隆及功能分析

柠条锦鸡儿为豆科灌木,对各种环境胁迫具有较强的适应能力,类黄酮是天然的抗氧化剂,花青素属类黄酮化合物,逆境胁迫会影响植物体内花青素的合成,而黄烷酮3-羟化酶(F3H)是花青素生物合成所必需的一种关键酶。该研究成功分离克隆了柠条锦鸡儿的F3H基因,命名为CkF3H。CkF3H基因的开放阅读框(ORF)为1095 bp,编码364个氨基酸,推测的蛋白质分子量为41.3 kDa,理论等电点为5.9。生物信息学分析发现,CkF3H基因序列与其它植物F3H有较高的一致性,推测CkF3H蛋白与其它植物F3H蛋白具有相似的功能。利用染色体步移法克隆得到CkF3H起始密码子ATG上游468 bp的启动子序列,PlantCARE软件分析表明,该序列具有启动子的基本元件CAAT-box和TATA-box以及多种与逆境胁迫相关的顺式调控元件。实时荧光定量PCR分析表明,CkF3H在柠条的根、茎和叶中均有表达,没有组织特异性;CkF3H的表达受低温、高盐、干旱和高温胁迫的诱导,并且在低温胁迫下,CkF3H的表达还受到光周期的影响。综上所述,研究结果表明CkF3H基因在柠条锦鸡儿适应低温、高盐、干旱和高温胁迫的过程中发挥作用。     

花青素生物合成关键酶的研究进展

花青素是植物花呈现不同色彩的物质基础,其生物合成途径主要受到查尔酮合成酶(CHS)、查尔酮异构酶(CHI)、黄烷酮3-羟化酶(F3H)、类黄酮3'-羟化酶(F3'H)、类黄酮3’,5’-羟化酶(F3'5'H)、二羟基黄酮醇还原酶(DFR)、花色素苷合成酶(ANS)以及类黄酮3-O-糖基转移酶(UFGT)等关键酶的控制.主要介绍花青苷生物合成途径、关键酶晶体结构及利用基因工程改造花色的研究进展,讨论目前花色改造存在的问题,并对今后的研究前景进行展望.     

干旱胁迫及复水对马铃薯类黄酮合成途径中关键酶及基因表达的影响

为研究干旱胁迫及复水对马铃薯(Solanum tuberosum)类黄酮合成途径影响的机制,以‘克新1号’为试验材料,利用高通量测序技术分析了苗期干旱处理(40%土壤相对含水量维持14 d,DT)与对照(70%土壤相对含水量维持14 d,DCK)、复水处理(40%土壤相对含水量持续14 d,然后恢复到70%土壤相对含水量维持7 d,RT)与对照(70%土壤相对含水量维持21 d,RCK)之间类黄酮合成途径中基因表达的差异。结果表明,干旱胁迫后,马铃薯中类黄酮合成途径变化显著(P0.01),该途径共有10个基因发生了差异表达,影响7个酶的合成,其中查尔酮合酶(EC 2.3.1.74)、柚皮素3-双加氧酶(EC 1.14.11.9)、类黄酮3′,5′-羟化酶(EC 1.14.13.88)的基因表达显著上调,从而可能促进了异黄酮、黄酮醇和黄酮以及高圣草素、二氢杨梅素的形成。PGSC0003DMG400019110和PGSC0003DMG400003563的上调表达导致查尔酮合酶和柚皮素3-双加氧酶的合成加快。复水对类黄酮合成途径的恢复效果较好,差异表达基因减少到2个,除莽草酸邻羟基肉桂酰转移酶(EC 2.3.1.133)与咖啡酰CoA-O-甲基转移酶(EC 2.1.1.104)的基因表达仍存在显著差异外,其余酶均已无差异。     

藤茶黄烷酮3-羟化酶基因AgF3H的克隆及表达分析

该研究以藤茶叶片为材料,利用RACE技术克隆得到1个黄烷酮-3-羟化酶(flavanone 3-hydroxylase,F3H)基因,命名为AgF3H(登录号为JX087441)。AgF3H基因的cDNA全长为1 323 bp,其中开放阅读框长1 092 bp,编码363个氨基酸,含有双加氧酶家族的2个特征性结构域和5个保守基序。序列比对与系统进化树分析显示,AgF3H与其他物种F3H的氨基酸序列具有较高的相似性,且与葡萄、山葡萄和圆叶葡萄的亲缘关系最近。qRT-PCR结果显示,AgF3H基因在藤茶不同组织部位都有表达,在芽中的表达量最高,嫩茎中最低,在叶片中的表达量随着成熟度的增加而逐渐降低;不同组织中的AgF3H基因表达量与藤茶类黄酮主要成分二氢杨梅素的含量呈显著正相关。构建AgF3H基因过表达载体并导入烟草中,获得5株转基因植株,其中4株烟草的叶片总黄酮含量比野生型对照有不同程度提高,最高株系提高了26.8%。研究表明,AgF3H基因可能在藤茶类黄酮的生物合成中起重要作用,研究结果为进一步研究藤茶高黄酮含量形成的分子机制奠定了基础。     

不同成熟度树葡萄叶片中类黄酮合成转录组基因分析

为了解树葡萄(Myrciaria cauliflora)类黄酮合成相关酶差异表达基因信息,对其幼叶和成熟叶进行全转录组测序并比较分析。结果表明,从树葡萄幼叶和成熟叶中获得59 321条单基因簇(Unigenes),在8大数据库共注释到32 912条Unigenes信息,其中类黄酮合成代谢相关酶基因77个,在成熟叶片中显著下调表达的基因6个,包括2个CHI、1个CHS、1个F3H、1个2-羟基异黄酮脱水酶基因和1个ANS。5个差异表达基因经qRT-PCR验证的结果与转录组测序结果相符合。因此,树葡萄叶片中含有大量不同种类黄酮合成代谢相关酶家族基因,成熟叶片中类黄酮含量显著减少是由于少量相关基因显著下调。     

液质联用法测定干旱胁迫下红砂(Reaumuria soongorica)叶片F3H、DFR酶活性

黄烷酮3-羟化酶(flavanone 3-hydroxylase,F3H)和二氢黄酮醇4-还原酶(di-hydroflavonol 4-reductase,DFR)是类黄酮合成途径中的2个关键酶,研究其活性的变化对探讨类黄酮合成途径的调控有重要的意义。以荒漠植物红砂(Reaumuria soongorica)为材料,建立了类黄酮合成途径关键酶F3H、DFR活性的液质联用检测法,研究干旱胁迫对红砂叶片F3H、DFR酶活性的影响。结果表明,F3H酶作用的底物柚皮素和DFR酶作用的底物二氢槲皮素的检测含量线性范围分别为0.04～1.20μg(r=0.998)和0.08～2.40μg(r=0.998)。因此,本方法可用于测定F3H、DFR酶活性。根据以上建立的方法,对干旱胁迫处理下,不同处理时间的红砂植株叶片进行F3H、DFR酶活性的测定,结果表明,干旱胁迫下,F3H酶活性随着干旱胁迫处理时间的延长,先升高后降低至处理前水平。DFR酶活性随干旱胁迫时间的延长逐渐升高。表明干旱胁迫对红砂叶片F3H、DFR酶活性有诱导作用。     

胡杨Ring finger E3连接酶PeRH2提高烟草耐旱机制研究

近期研究表明泛素化在植物胁迫响应中扮演一个关键的角色。作为泛素-蛋白酶体系统(UPS)中的关键酶,泛素E3连接酶更是在细胞的新陈代谢中起着重要的作用。本文从胡杨中克隆了一个C端含有Ring finger结构域的蛋白(152个氨基酸)编码基因(Pe RH2),经过序列比对推断该基因编码产物为泛素E3连接酶,属于Ring finger家族中的Ring-H2构型。研究显示,甘露醇胡杨苗木在255 mmol/L甘露醇胁迫下,叶片Pe RH2表达量上调。拟南芥原生质体中瞬时表达融合质粒p Yellow0029-Pe RH2的研究表明,Pe RH2蛋白定位于细胞核。以农杆菌介导法将Pe RH2转入烟草,Sq RT-PCR结果显示,Pe RH2在转基因烟草中获得过表达。在255 mmol/L甘露醇处理下,转基因烟草幼苗耐受渗透胁迫的能力高于野生型和转空载体烟草。干旱处理后,转基因烟草的叶片保水力明显高于野生型和转空载体烟草,而叶片相对电导率、MDA的含量也要低于野生型和转空载体烟草。因此,过表达Pe RH2能够提高烟草的抗旱能力。     

毛竹油菜素内酯受体激酶基因的分子特征及表达模式分析

为探究毛竹(Phyllostachys edulis)油菜素内酯(brassinolide,BL)受体激酶基因的分子特征和表达模式,采用生物信息学方法对毛竹中BL受体激酶基因进行了分析,并应用实时定量PCR技术对基因的表达模式进行了研究。结果表明,在毛竹基因组中共获得8条BL受体激酶基因同源序列(PeBRLs),分别属于4个亚家族。8个PeBRLs编码858~1 224氨基酸,分子量为92~130 kDa。PeBRLs结构相对保守,激酶区均具有BL受体激酶特有的3个保守结构域;除PeBRL1-1具有2个跨膜结构域外,其余PeBRLs只有1个跨膜结构域。8个PeBRLs全部定位在细胞膜上,属于典型的膜嵌合蛋白。实时定量PCR结果显示,每个亚家族成员基因的组织特异性表达模式基本一致,但不同亚家族之间差异明显;在不同发育阶段的竹笋中,PeBRLs的表达呈现为4种变化趋势。因此,8个PeBRLs在毛竹不同组织和笋的不同发育阶段可能发挥着不同的作用。     

Activation of flavonoid biosynthesis by solar radiation in bilberry (<Emphasis Type="Italic">Vaccinium myrtillus</Emphasis> L.) leaves

The effect of solar radiation on flavonoid biosynthesis was studied in bilberry (Vaccinium myrtillus L.) leaves. Expression of flavonoid pathway genes of bilberry was studied in the upper leaves of bilberry, exposed to direct sunlight, in the shaded leaves growing lower in the same plants and in fruits. Bilberry-specific digoxigenin–dUTP-labeled cDNA fragments of five genes from the general phenylpropanoid pathway coding phenylalanine ammonia-lyase and from the flavonoid pathway coding chalcone synthase, flavanone 3-hydroxylase, dihydroflavonol 4-reductase, and anthocyanidin synthase were used as probes in gene expression analysis. Anthocyanins, catechins, proanthocyanidins, flavonols and hydroxycinnamic acids from the leaves and fruits were identified and quantified using high-performance liquid chromatography combined with a diode array detector. An increase in the expression of the studied flavonoid pathway genes was observed in leaves growing under direct sun exposure. Also, the concentrations of anthocyanins, catechins, flavonols and hydroxycinnamic acids were higher in the leaves exposed to direct sunlight. However, the concentration of polymeric procyanidins was lower in sun-exposed leaves, whereas that of prodelphinidins was slightly increased. The results give further support for the protective role of flavonoids and hydroxy cinnamic acids against high solar radiation in plants. Also, the roles of different flavonoid compounds as a defense against stress caused by sun exposure is discussed.Abbreviations ANS Anthocyanidin synthase - CHS Chalcone synthase - DFR Dihydroflavonol 4-reductase - F3H Flavanone 3-hydroxylase - GPD Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase - PAL Phenylalanine ammonia-lyase     

两种芒箕覆盖度下毛竹林土壤团聚体的稳定性及生态化学计量特征比较研究

为了解毛竹林下不同盖度芒萁种群对土壤碳含量和养分状况的影响，研究了四川长宁县芒萁(Dicranopteris dichoyoma)盖度分别为7.75%(PE)和63.25%(DD)下的毛竹(Phyllostachys edulis)林土壤团聚体稳定性和生态化学计量特征。结果表明,DD样方土壤大团聚体含量显著低于PE样方，进而导致团聚体稳定性降低。DD样方土壤总有机碳(TOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量显著低于PE样方，且TP降幅最大，使得土壤C:N、C:P和N:P显著增加。毛竹凋落叶和细根的TOC、TN、TP、C:N、C:P和N:P在DD和PE样方间无显著差异，但DD样方芒萁凋落叶和细根的TN和TP含量显著高于毛竹。相关分析表明PE毛竹细根的TP含量仅与大团聚体的TP含量呈显著正相关；DD毛竹和芒萁细根的TP含量与大团聚体、微团聚体和中团聚体的TP含量均呈显著正相关。毛竹林下高盖度的芒萁种群降低了土壤团聚体稳定性和土壤C、N、P含量，通过改变土壤生态化学计量特征进而增加毛竹和芒萁细根对土壤不同粒径团聚体N和P的吸收，尤其是对P的吸收。因此，在川南地区粗放经营毛竹林中应考虑调整林下...     

毛竹C4H基因的鉴定及其表达模式分析

为了解毛竹（Phyllostachys edulis）中肉桂酸-4-羟化酶基因（C4H）的分子特征及其表达模式,采用生物信息学方法在毛竹基因组数据库中鉴定出6个C4H成员（PeC4H1~PeC4H6）,基因编码区长度为1 506~1 695 bp,推测编码501~564 aa,均具有保守的血红素结合域、苏氨酸结合槽基序和5个特征性底物识别位点,属于细胞色素P450超家族。系统进化分析表明,6个PeC4Hs可分为2类,分别含有2和4个成员。转录组数据分析表明,PeC4Hs在毛竹26个组织中的表达量存在明显差异,不同高度笋中PeC4Hs的表达差异显著。PeC4Hs启动子序列中含有多种响应逆境胁迫和激素信号的顺式调控元件,PeC4Hs表达受干旱和GA₃的影响,干旱时,仅PeC4H3/4在根中显著上调表达,其余成员均呈下调表达;GA₃处理下叶中PeC4H3/6迅速响应,呈先显著上调后逐渐降低的趋势,根中PeC4H2/5在处理前1 h短暂下调后又显著上调,至8 h时恢复到处理前的表达水平。因此,PeC4Hs可能在毛竹笋的木质化过程和应对非生物胁迫中发挥着重要作用。     

四个竹秆变异毛竹变型的全基因组序列分析

毛竹是我国重要的经济竹种,在长期栽培适应过程中产生了丰富的变异。为揭示毛竹竹秆变异变型的全基因组突变类型,以黄皮毛竹、金丝毛竹、绿皮花毛竹和花毛竹4个毛竹变型为实验材料,采用高通量重测序技术获得全基因组序列,进行单核苷多态性(SNP)、小片段插入缺失(InDel)和结构变异(SV)检测和注释,并将变异基因进行功能注释。结果表明:花毛竹基因组检测得到的基因变异数最多,为12 555个; 金丝毛竹样品变异位点数最少,为11 923个; 4个样品都有7 000多个变异基因得到功能注释。GO注释分类包括细胞组件、分子功能和生物过程三个基因功能分类体系的56个功能组。在细胞组件方面,叶绿素合成相关基因有2 431个; 在生物过程方面,参与类胡萝卜素合成过程的基因有75个,参与花青素合成过程中的调控以及紫外光下组织中花青素积累的相关基因有80个。COG分类表明参与复制、重组和修复的基因数为369个,信号转导机制的基因数为291个,转录的相关基因为222个。通过KEGG数据库系统地分析变异基因参与的黄酮类、类胡萝卜素等物质代谢合成途径。深入研究这些差异基因的调控途径,从DNA水平上解释竹秆的变异机制,可为深入研究毛竹种内丰富的多态性和遗传变异提供数据支持,阐析不同变异类型的基因家族、功能基因等遗传基础。     

川南地区毛竹和林下植被芒箕细根分解特征

揭示竹林与其林下植被细根单独和混合分解特征,探讨竹林细根与其林下植被细根之间相互影响的潜在机制,为毛竹林林下植被的合理经营管理提供理论参考。采用原位分解袋法研究了四川长宁毛竹(Phyllostachys edulis)与林下植被芒箕(Dicranopteris pedata)细根分解和养分释放过程,试验周期为1年。结果表明(1)毛竹和芒箕细根初始化学组分有着明显差异,碳(C)含量、碳氮比(C/N)和碳磷比(C/P)毛竹显著高于芒箕(P0.05),而氮(N)含量、磷(P)含量和氮磷比(N/P)均芒箕高于毛竹(P0.05)。(2)毛竹和芒箕细根分解系数(k)分别为0.66±0.04和0.42±0.41,毛竹细根分解速率显著高于芒箕;土壤温度与分解速率呈显著正相关,是影响细根分解速率的关键环境因子。(3)毛竹和芒箕细根碳(C)、氮(N)、磷(P)养分释放均表现为净释放,毛竹细根碳(C)释放速率高于芒箕,但细根氮(N)和磷(P)释放率均低于芒箕。(4)混合分解的实测值和期望值对比结果表明毛竹和芒箕细根混合对分解速率和磷(P)元素的释放没有显著影响,但显著促进了碳(C)元素的释放,抑制了分解初期氮(N)元素的释放。毛竹与林下植被芒箕单独细根分解和养分释放特征均表现不同;细根混合分解速率无显著混合效应,但养分释放的混合效应表现出不同阶段性和不同方向(正或负),说明林下植被通过影响细根养分释放而影响竹林生态系统的养分循环。     

水培条件下不同磷水平对毛竹实生苗生长发育的影响

以毛竹(Phyllostachys edulis)实生苗为材料,采用Hoagland营养液水培方法,研究不同磷浓度下毛竹生长、根系发育、激素含量等的差异。结果表明:磷浓度较低时,可以促进毛竹实生苗根系长度及根系总表面积的增长。随着磷浓度的增加,实生苗生物量干重及根冠比呈先上升后下降趋势,磷浓度为1 mmol L-1时达到最大。无磷处理时,根中的IAA、ZR、GA3和ABA等4种内源激素含量随着处理时间的延长均先升高再降低;其他浓度磷处理根中IAA、ZR和GA3(0.5 mmol L-1磷除外)含量随着处理时间的延长大致呈先降低后升高的趋势,而ABA(0.5 mmol L-1磷除外)含量随着处理时间的延长变化不明显。不同浓度磷处理,叶片中IAA、GA3和ABA含量总体上呈下降趋势,ZR含量总体上呈上升趋势。以上结果表明不同浓度的磷处理对毛竹内源激素含量的变化有显著的影响,而内源激素含量变化与毛竹实生苗根系变化密切相关。     

毛竹对大气臭氧胁迫的生理响应变化

以毛竹1年生盆栽苗为材料,运用开顶式气室(OTCs)模拟环境背景大气O3浓度(AA,40～45 nL·L-1)和高O3浓度(EO,92～106 nL·L-1)情景,分析毛竹叶片光合生理、脂质过氧化及抗氧化酶等主要生理指标的变化,为气候变化背景下的竹林培育应对策略提供理论依据.结果显示:(1)EO较AA在同一处理时间的毛竹叶片O3通量均显著升高,且二处理的叶片O3通量均随着处理时间的延长呈升高趋势.(2) EO较AA的光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和可溶性糖含量均显著下降,且叶片叶绿素(ChD含量、胞间CO2浓度(Ci)显著下降的时间点分别出现在EO处理的60 d和92 d,可溶性蛋白在处理60 d后显著升高;随处理时间的延长,EO的叶片Pn、Ci、Chl含量均呈下降趋势,可溶性糖和可溶性蛋白含量呈先升高后降低的趋势;Pn下降由气孔限制因素引起.(3)超氧自由基(O2)含量、丙二醛(MDA)含量、相对电导率分别在处理29 d、60 d、60 d后均显著升高,且随着处理时间的延长呈升高趋势.(4)超氧化物歧化酶(SOD)活性在高浓度O3处理60 d时显著升高,后显著下降,而POD活性均显著升高,且SOD和POD活性均随着处理时间呈先升高后降低的趋势.研究表明,毛竹对大气高O3胁迫存在着短时间的主动生理生化适应,但长期高O3胁迫会对毛竹造成严重的过氧化伤害,从而影响毛竹的正常生长.