毛竹APX基因系统进化与表达分析

抗坏血酸过氧化物酶(aseorbate peroxidase, APX)是植物活性氧代谢中重要的抗氧化酶之一,尤其是叶绿体中清除H₂O₂的关键酶,也是维生素C代谢的主要酶类。该文基于生物信息学方法,利用毛竹的基因组及转录组数据鉴定毛竹中的APX基因家族成员,并对其编码的蛋白基本理化性质、基因结构、启动子元件、系统进化及共线性关系、重复串联基因、GO注释及表达模式进行综合分析,共鉴定出21种编码APX的基因。结果表明:(1)PeAPX基因家族成员多为不稳定疏水蛋白,基因结构、基序及结构域相对较为保守,大多数APX基因具有高度保守的内含子模式。(2)系统进化关系显示毛竹APX基因与水稻APX基因有着较高的同源性关系,PeAPX具有较高的进化保守性。(3)Ka/Ks分析表明PeAPX基因都经历了纯化选择压力,此外在每个APX基因的启动子序列中发现有许多与应激反应和植物激素相关的顺式作用元件,结合表达量分析,表明毛竹APX基因在毛竹生长发育中起着正向促进作用。该研究为进一步了解毛竹APX基因家族基本功能及其抗氧化机制提供了一定的参考,为毛竹APX基因功能的深层次鉴定提供了重要依据。     

重庆地区眉溪小车轮虫及其与近缘种的比较

通过活体显微观察和银染法, 文章对采自重庆地区不同宿主的眉溪小车轮虫Trichodinella myakkae (Mueller, 1937) ?rámek-Hu?ek, 1953的3个株系进行了详细的形态学描述, 并与近缘种周丛小车轮虫Trichodinella epizootica (Raabe, 1950) ?rámek-Hu?ek, 1953和纤细小车轮虫Trichodinella subtili (Lom, 1959) Lom & Haldar, 1977进行了比较。结果显示: 眉溪小车轮虫各株系在形态上无明显差异, 但与周丛小车轮虫及纤细小车轮虫有明显差异。基于所获眉溪小车轮虫的分子数据, 详细分析了眉溪小车轮虫的分子特征, 研究了眉溪小车轮虫种内分化, 结果显示: 眉溪小车轮虫各株系的18S rDNA序列相似度为99.2%—100%, 遗传距离为0.000—0.003, T. myakkae (HM)与T. myakkae (AN)的18S rDNA几乎一致, 但T. myakkae (PP)与T. myakkae (HM和AN)的18S rDNA存在7个变异位点, 且在18S rRNA 四个高变区 (V3、V4、V5和V7) 均具有一致的二级结构构型, 表明三株系的18S rDNA相似度和遗传变异属于种内水平, 但T. myakkae (PP)与T. myakkae (HM和AN)则显示出分子分化。系统发育分析显示: 眉溪小车轮虫与周丛小车轮虫相互独立, 眉溪小车轮虫各株系与其宿主鱼一致的系统发育关系显示出两者具有协同进化的趋势。     

三级串联垂直潜流人工湿地的脱氮性能及微生物学特征

探究了3种水力负荷(HLR)下三级串联垂直潜流人工湿地(T-VFCWs)对农村生活污水的处理效果,并解析了系统中的氮素转化机制。结果表明: 当系统HLR由0.10增至0.20 m³·m^-2·d^-1时,T-VFCWs始终保持着对农村生活污水高效的处理效果,系统出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。T-VFCWs中顺次连接的3个VFCW单元(标记为V-1、V-2和V-3)在限氧环境下因其进水水质的差异可形成各自不同的氮素转化途径,并通过协同作用实现系统的高效脱氮。当T-VFCWs在试验期间连续运行时,V-1、V-2和V-3中主要的脱氮途径分别为短程硝化/反硝化作用、基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)作用和反硝化作用,上述3单元对进水中总氮(TN)和NH₄⁺-N去除的贡献率分别为(51.3±4.4)%和(63.7±2.6)%、(30.9±4.8)%和(35.5±4.5)%、(17.8±5.0)%和(0.8±0.1)%。该研究可为组合式人工湿地的研发及工程化应用提供科学依据和技术支撑。     

蔷薇科果树类受体激酶的研究进展

类受体激酶(receptor like kinase,RLK)参与调控植物几乎所有的生命活动,是植物生长发育和环境适应的“中央处理器”。该文对近年来国内外有关蔷薇科果树RLK基因鉴定、进化特征及其在各器官生长发育、非生物和生物逆境中的作用及调控机制等方面的研究进展进行了综述。蔷薇科果树基因组中存在数目庞大的RLKs,不同树种间的RLK数目和各亚家族成员数目都存在较大差异,而且蔷薇科果树RLK存在极为普遍的部分重复和串联重复现象,是导致家族成员迅速变化的重要原因。有研究发现,一些RLKs调控蔷薇科果树器官发育和对环境的适应性。在器官发育方面,LRR RLK亚家族成员调控根系发育,CrRLK1L、LysM RLK和LRR RLK亚家族部分成员参与调控果实发育,CrRLK1L亚家族成员参与调控花粉管发育,LRR RLK、LysM RLK、L LEC RLK和B Lectin RLK亚家族部分成员调控蔷薇科果树对生物逆境的适应。今后RLK功能研究可侧重于蔷薇科果树特色性状,通过提高目标基因的筛选和验证的效率,加速主效RLKs的筛选进程,并通过筛选主效RLKs诱导方式和加速分子育种进程等途径,将研究成果应用于实际生产。     

丽水市早期新冠肺炎无症状感染者SARS-CoV-2全基因组序列分析

对1例新型冠状病毒肺炎疫情流行早期的无症状感染者临床标本进行SARS-CoV-2实验室鉴定和全基因组测定,在分子水平了解新型病毒的基因特点和变异情况,追溯病毒潜在来源.实时荧光定量PCR扩增丽水市庆元县首例确诊患者密切接触者的痰液标本SARS-CoV-2核酸,阳性RNA逆转录为cDNA构建文库后进行基于NGS的宏基因组深度测序,生物学软件分析处理数据.该密接无任何症状及体征,痰液标本SARS-CoV-2核酸阳性.测序数据包含有足够的病毒序列,组装成功后hCoV-19/Lishui/LS556/2020长29 887bp,G+C含量37.99％,在ORF1ab和N区域发现4个SNP,对应1个错义突变和3个同义突变.LS556与SARS-CoV-2参考序列核苷酸/氨基酸同源性在99.2％/97.4％以上,不同序列之间存在4～17个核苷酸差异,与蝙蝠病毒RaTG13核苷酸差异仅3.7％,存在1141个SNP,与穿山甲病毒Guangdong/1相似性90.9％.LS556属于β冠状病毒Lineage B谱系,与LS003和ZJU-06共享完全相同的病毒,与蝙蝠/穿山甲冠状病毒进化上最相关.结合流行病学、核酸诊断、病毒溯源判定其为无症状感染者.LS556组成和结构符合SARS-CoV-2典型的基因特征,为高覆盖率序列,在流行早期与其他SARS-CoV-2基因组具有高度的同一性,突变率保持在较低水平,多数导致氨基酸位点保守置换.     

含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(caspase-1)对猪伪狂犬病毒复制的影响

猪伪狂犬病是伪狂犬病毒(Pseudorabies virus,PRV)感染引起的一种烈性接触性传染病,其感染宿主会触发机体先天免疫应答,引起I型干扰素(Type I interferon,IFN-1)和炎性细胞因子等细胞因子的产生,为研究可诱导产生炎性细胞因子的含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(Cysteinyl aspartate specific proteinase 1,caspase-1)的基因敲除对PRV复制的影响,本试验利用近年来发展迅速的一项规律性短重复回文序列簇/Cas9核酸酶(Clustered regulatory interspaced short palindromic repeat/CRISPR associated system 9,CRISPR/Cas9)基因定点修饰技术构建猪肾上皮细胞(Porcine kidney epithelial cells,PK15)caspase-1基因稳定敲除细胞系,并通过T7核酸酶检测敲除效率;细胞毒性(Cell counting kit-8,CCK-8)试剂盒检测PK15敲除caspase-1增殖影响;采用流式细胞术检测PRV-GFP感染PK15以及PK15-caspase-1^-/-的增殖差异;实时荧光定量PCR(Real-time quantitative PCR,RT-PCR)检测PRV-gB、TK及白细胞介素1β(Interleukin-1β,IL-1β)、IFN-β、干扰素刺激基因(Interferon-stimulated genes 20,ISG20)mRNA的表达;Western Blot检测PRV-gB蛋白表达;滴度测定检测子代病毒滴度。结果表明,2对特异性单链引导RNA(Single guide RNA,sgRNA)均能对caspase-1进行基因编辑,但经T7核酸酶酶切进行基因编辑效率分析结果表明sgRNA2的基因编辑效率较高;CCK-8试剂盒检测细胞活力结果表明caspase-1基因敲除对PK15以及PK15-caspase-1^-/-细胞活力无影响(P>0.05);流式细胞仪检测结果表明PRV-GFP在PK15-caspase-1^-/-中的增殖显著低于PK15细胞(P<0.05);定量RT-PCR结果表明PRV-gB、TK基因在PK15-caspase-1^-/-的mRNA表达显著低于PK15细胞(gB:P<0.05,TK:P<0.05),而IFN-β、ISG20基因在PK15-caspase-1^-/-的mRNA表达显著高于PK15细胞(gB:P<0.05,TK:P<0.05);Western Blot结果表明,PRV的gB蛋白在PK15-caspase-1^-/-的表达显著低于PK15细胞(P<0.05);滴度测定结果表明,敲除caspase-1能够抑制PRV子代病毒的增殖。以上结果均表明caspase-1基因敲除可抑制PRV在PK15细胞中复制。     

硅素对水稻幼苗镉积累及抗胁迫应答的调节效应

施硅(Si)可以显著缓解镉(Cd)胁迫对水稻生长发育的毒害效应。本研究通过水培分根试验,研究了Si对水稻幼苗Cd积累及胁迫应答的调节效应。结果表明: Cd胁迫下水稻幼苗的生物量显著降低,加Si可以显著缓解Cd对水稻幼苗生长的抑制效应。水稻幼苗对Cd的吸收、转运和积累明显受到Si的影响,单侧根系Cd胁迫下加Si(Si-Cd+Si,Si-Cd)使根系对Cd的滞留系数达83.3%～83.6%,限制了Cd从根向地上部转移。单侧根系Cd胁迫下非胁迫侧加Si(Si-Cd)处理的植株对Cd的吸收和累积明显增加,尤其是根中Cd的积累量较单侧根系Cd胁迫下无Si(CK-Cd)处理增加了48.2%;而单侧根系Cd胁迫下双侧加Si(Si-Cd+Si)处理则显著降低了根和地上部对Cd的吸收,较CK-Cd处理分别降低了36.7%和54.9%。双侧Cd胁迫下单侧加Si(Cd-Cd+Si)则使根和地上部对Cd的吸收量显著减少,较双侧根Cd胁迫(Cd-Cd)处理分别降低了57.8%和46.5%。Cd胁迫下水稻幼苗根中含较高浓度的Si,加Si则使Cd胁迫下根和地上部积累更多的Si。加Si也影响了水稻幼苗对其他金属元素如钙(Ca)、镁(Mg)、锰(Mn)的吸收,Cd-Cd+Si处理显著增加了根系和地上部的Ca、Mg浓度,但Mn浓度的变化则因Cd胁迫程度而表现不同。加Si对Cd胁迫下根系超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性有一定的影响,尤其是Si-Cd处理的胁迫侧POD和非胁迫侧SOD活性显著上升,有利于清除Cd胁迫产生的氧自由基。总之,Si对Cd胁迫下水稻幼苗生长、Cd和Si等的吸收及根系的抗氧化反应有一定的调节效应,植株体内较高的Si浓度有利于增强植株对Cd的耐受性。     

2020年发表的全球维管植物新种

为了解世界维管植物新物种的基本信息, 明确生物多样性面临的威胁, 总结未来研究方向, 本文对2020年世界维管植物新物种的数据进行了统计分析。根据国际植物名称索引(IPNI)的记录, 截至2021年2月1日, 2020年全球发现1,747种维管植物新种, 由1,544名植物学家(264位中国植物学家, 1,280位国外植物学家)发表在103种期刊和5本书中。1,747种维管植物新种包括被子植物1,689种、蕨类植物52种、裸子植物6种。其中大部分来源于维管植物最大的几个科, 例如菊科、兰科和胡椒科。植物学家描述的美洲南部和热带亚洲维管植物新种超过828种, 是2020年维管植物新种发现最重要的两个地区。中国、巴西和马达加斯加是2020年贡献维管植物新种最多的前三位, 分别有247、223、99个新种。值得关注的是, Phytotaxa和PhytoKeys是2020年发表维管植物新种的主要期刊, 分别发表644种和168种。在各物种新名称中, 有5个无效名称和2个不合法名称。尽管近年来对生物多样性的关注日益增加, 但世界上仍有许多物种尚未被发现, 需要对各个地区植物进一步调查和研究, 尤其是生物多样性热点地区和岛屿地区。     

鼎湖山南亚热带常绿阔叶林植物功能性状变异与不同垂直层次个体生长的关联

建立植物功能性状与群落动态之间的关联是功能生态学的核心问题之一。本文基于鼎湖山1.44 ha塔吊样地的两次调查数据, 通过采集样地内所有4,142株个体的6种植物功能性状, 对比分析了个体水平植物功能性状和物种水平功能性状均值对不同垂直层次(灌木层、亚冠层和林冠层)个体生长的影响差异。首先, 分析了不同垂直层次下各植物功能性状的变化趋势; 其次, 计算了不同垂直层次下各植物功能性状的种内和种间变异水平; 最后, 运用结构方程模型探讨了植物功能性状、光竞争以及地下竞争对不同垂直层次树木生长的影响。结果表明: (1)不同垂直层次下的植物功能性状表现出明显的分异, 由灌木层至林冠层, 叶面积、比叶面积和能量供求关系指数显著降低, 而叶片厚度和叶片干物质含量显著升高; (2)不同垂直层次下植物功能性状的种间变异均大于种内变异, 且林冠层的种内功能性状变异均大于灌木层和亚冠层; (3)基于个体水平植物功能性状的结构方程模型较物种水平功能性状均值对生长具有更高的解释程度, 且个体水平植物功能性状的引入更有利于提高对灌木层个体生长的预测能力; (4)光竞争和地下竞争主要通过影响功能性状间接影响植物生长。由灌木层至林冠层, 同种间的相互作用逐渐减弱, 异种间的相互作用逐渐增强。综上, 将个体水平植物功能性状纳入分析有助于更好地理解群落的结构和动态。     

喜旱莲子草对模拟全天增温的可塑性: 引入地和原产地种群的比较

植物可以通过关键功能性状的表型可塑性来适应气候变暖背景下环境温度的增加。表型可塑性增强进化假说(evolution of increased phenotypic plasticity hypothesis)认为外来植物在引入地进化出了更强的表型可塑性。以往对该假说的验证多集中于外来植物对光照、水分、养分、邻体以及天敌等的可塑性进化, 而对增温条件下植物生长和功能性状可塑性进化的研究相对较少。仅有的几项研究多集中在温带地区, 且多集中于研究植物生长相关的性状, 而对植物的抗性和草食作用对增温的响应的关注相对较少。本研究采用同质园实验比较了喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)引入地(中国)和原产地(阿根廷)各8个种群的生物量、功能性状和草食作用在热带地区(广州市增城区)对模拟全天增温2℃的响应差异。结果表明: (1)模拟全天增温显著降低了喜旱莲子草总生物量(-7.8%)、贮藏根生物量(-12.8%)、分枝强度(-11.6%)和茎端取食率(-34.4%)。(2)模拟全天增温造成的引入地种群总生物量降低幅度大于原产地种群; 模拟全天增温使引入地种群的比茎长和茎端取食率降低, 而原产地种群则相反。(3)无论是否模拟全天增温, 引入地种群的贮藏根生物量(+31.5%)、分枝强度(+38.5%)、比茎长(+30.2%)、根冠比(+24.5%)和比叶面积(+20.0%)均高于原产地种群, 茎端取食率则低于原产地种群(-35.8%)。这些结果表明, 热带地区全天增温2℃对喜旱莲子草是一种胁迫; 引入地种群的生物量对模拟全天增温2℃的响应更强, 而其株形相关性状(比茎长)和草食作用(茎端取食率)对模拟全天增温的可塑性方向与原产地种群相反。由于引入地种群在热带地区模拟全天增温条件下生物量的下降和草食作用的增加明显高于原产地种群, 因此在未来全球气候变暖的背景下, 热带地区温度升高可能不利于喜旱莲子草种群多度的增加。