铁皮石斛DoSMT2基因的克隆与表达分析

为了解SMT2基因在铁皮石斛（Dendrobium officinale）甾醇代谢过程中的作用,利用RACE技术克隆到1个DoSMT2基因,开放阅读框为1 089 bp,编码362个氨基酸,DoSMT2相对分子量为40.345 kD,理论等电点为8.13,属于稳定的亲水性蛋白。经BLAST P检索,DoSMT2蛋白属于AdoMet-MTases超级家族,含有4个S-腺苷蛋氨酸结合位点、1个甲基转移酶保守结构域和1个甾醇甲基转移酶C末端保守结构域。系统进化分析表明,DoSMT2与深圳拟兰（Apostasia shenzhenica）的SMT2亲缘关系最近,确定其属于SMT2家族。qRT-PCR分析结果表明,DoSMT2基因在茎和叶都能表达,10月份的表达量最高,叶片的表达量显著高于茎,推断叶片的甾醇代谢比茎活跃。构建了pET-29a-DoSMT2原核表达载体,并转化大肠杆菌BL21（DE3）,IPTG诱导表达出预期大小的蛋白。这为铁皮石斛DoSMT2的甲基化机制及甾醇化合物代谢研究奠定基础。     

转录组和代谢组分析瘤菌根菌对铁皮石斛的促生机制

为筛选出促进铁皮石斛(Dendrobium officinale)生长的差异表达基因和差异代谢物,对瘤菌根菌与无菌盆栽铁皮石斛苗共生后形成的侧根根系进行转录组、代谢组和双组学联合分析。结果表明,转录组分析共找到262条差异表达基因富集到了35条通路中,其中内质网蛋白质加工通路途径的差异基因最多,其次为氨基糖和核苷酸糖代谢通路。代谢组分析共检测出194个差异代谢物富集到33个KEGG通路中,其中代谢途径的差异代谢物最多有133个,其次为不同环境的微生物代谢途径的差异代谢物有70个。通过联合分析,有9个差异基因的差异表达导致丝氨酸、谷氨酸、D-甘露糖和激素等代谢物的积累量发生变化,这可能是瘤菌根菌促进铁皮石斛生长的重要原因。因此,推测瘤菌根菌促进铁皮石斛生长与氨基酸、糖、植物激素的积累及相关基因的表达变化有关。     

瘤菌根菌对铁皮石斛根系形态的影响及其共生关系的研究

为了解瘤菌根菌(Epulorhizasp.)与铁皮石斛(Dendrobiumofficinale)根系的共生关系及其对根系农艺性状的影响,用液体培养瘤菌根菌浇灌无菌盆栽铁皮石斛苗根部共培养,观察石斛根的表型和超微结构变化,并用分子检测鉴定菌丝是否定殖根中。结果表明,瘤菌根菌菌丝能侵入根的皮层细胞,诱导生成菌丝团形成共生关系。共生后的菌丝能提高IAA含量,诱导根系结构发生改变生成侧根,增大了根系体积,促进根系的生长并显著提高根系活力。瘤菌根菌与铁皮石斛根共培养后建立共生关系形成菌根且能定殖于根中,诱导根系结构的变化,侧根的形成对石斛生长具有重要作用。     

铁皮石斛DoSMT2基因的功能分析

为了揭示铁皮石斛(Dendrobium officinale)甾醇C-24甲基转移酶2基因(DoSMT2)在甾醇代谢过程的功能,该研究通过根癌农杆菌介导法将来源于铁皮石斛的DoSMT2基因转化烟草(Nicotiana tabacum),并采用qRT-PCR技术检测DoSMT2基因在转基因烟草叶片中的表达,采用气相色谱质谱法分析菜油甾醇和谷甾醇的含量。结果显示:(1)成功获得DoSMT2基因的开放阅读框(1 119 bp),并成功构建正义植物表达载体质粒pCXSN-DoSMT2,经农杆菌介导的烟草叶盘转化法转化烟草并鉴定,获得4株阳性转基因烟草植株。(2)Southern blot结果表明,4株转基因烟草植株都有1条杂交信号带,而非转基因烟草植株没有,说明外源DoSMT2基因都以单拷贝整合到4株转基因烟草基因组中。(3)qRT-PCR检测显示,非转基因烟草未检测到外源DoSMT2基因的表达,4株转基因烟草都能检测到DoSMT2基因的表达,且表达水平差异极显著,各株系表达量高低依次为P3P1P2(P4)。(4)气相色谱质谱分析显示,转DoSMT2基因烟草叶片的菜油甾醇含量均极显著低于非转基因烟草叶片,而谷甾醇含量均极显著高于非转基因烟草叶片。研究表明,DoSMT2具有催化24-亚甲基胆甾烯醇转化形成24-亚乙基胆甾烯醇活性。     

基于转录组测序的铁皮石斛植物甾醇生物合成相关基因分析

为了解铁皮石斛(Dendrobium officinale)植物甾醇的生物合成途径,利用Illumina HiSeq 4000高通量测序技术对茎和叶进行转录组测序,比较植物甾醇生物合成关键酶基因的表达。结果表明,共获得43 085条Unigenes,其中24 459条在Nr、Swiss-prot、KOG和KEGG数据库获得注释,7 333条获得共同注释。KEGG代谢途径分析表明,铁皮石斛植物甾醇生物合成分为3个阶段,共有50个Unigenes (30种酶)参与。表达分析表明,DXR和HMED的表达量明显高于MK和MVD;成熟期茎、叶SMT1的表达量比生长期高,SMT2则生长期高于成熟期;同一时期,SMT1和SMT2在叶的表达量都比茎高。这为铁皮石斛植物甾醇的开发利用和调控植物甾醇生物合成研究提供了科学依据。     

中国水仙水杨酸甲酯合成酶基因克隆与表达分析

为了解中国水仙(Narcissus tazetta var. chinensis)花香气形成的分子机理,以花发育形成相关基因的SSH文库获得的cDNA片段为基础,利用RACE技术从中国水仙花朵中克隆了水杨酸甲酯合成酶基因,命名为NtSAMT1 (GeneBank No. JX273470),其cDNA全长1323 bp,包含1个1131 bp完整阅读框架,编码376个氨基酸,具有Methyltransf_7 superfamily蛋白保守区,与仙女扇(Clarkia breweri) SAMT蛋白(1m6eX)的三维结构相似。系统进化树分析表明,中国水仙与粳稻的SAMT蛋白亲缘关系最近。原核表达结果表明NtSAMT1在大肠杆菌中能高效表达。半定量RT-PCR分析表明,NtSAMT1在花蕾期就有表达,第1天完全开放时各部位均有表达,以雄蕊与雌蕊的表达量最高,第8天已检测不到表达。     

薯瘟菌对甘薯叶片光合特性及叶绿体结构的影响

为探讨甘薯(Dioscorea esculenta)被薯瘟菌(Ralstonia solanacearum)侵染后的响应,以抗病品种‘湘薯75-55’和感病品种‘胜利百号’为材料,对甘薯叶片的光合特性和叶绿体结构进行了研究。结果表明,薯瘟菌侵染后,‘胜利百号’叶片的细胞膜透性(MP)明显增大,叶绿素(Chl)含量下降,净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)下降,胞间二氧化碳浓度(Ci)和内源ABA含量急剧升高,且细胞膜完整性被破坏,叶绿体数目减少、膨胀模糊、基粒片层松散解体以及淀粉粒变小;而‘湘薯75-55’的各个指标变化不大,细胞膜结构完整,叶绿体基粒片层排列整齐。因此,薯瘟菌侵染后不同抗病品种甘薯叶片在光合特性和叶绿体结构上表现出显著的差异。