马铃薯StSnRK2.1基因克隆与生物信息学分析

SnRK2基因对植物的逆境胁迫具有重要的调节作用,以马铃薯‘陇薯3号’(Solanum tuberosum)为试材,采用RT-PCR方法从马铃薯试管苗中克隆得到1个SnRK2.1基因cDNA,命名为StSnRK2.1,提交GenBank注册,注册号为JX280911。通过生物信息学分析,该基因开放阅读框全长1 008 bp,编码335个氨基酸。预测蛋白质分子量约为37.77 kD,等电点为5.37,蛋白质二级结构预测α-螺旋42.39%,延伸链16.42%,β-折叠7.46%,无规卷曲33.73%,具有疏水性,为膜内蛋白。亚细胞定位显示该基因出现在细胞质及微体中的可能性较大。肽链可能有7处丝氨酸磷酸化位点,2处苏氨酸磷酸化位点,以及3处酪氨酸磷酸化位点,因此推测该基因在植物抗逆中有重要的作用。     

美洲南瓜CCR基因表达特点的研究

采用qRT-PCR方法对2种(有壳和裸仁)美洲南瓜的胚珠、授粉后10～60d的种皮以及叶片、茎秆、柱头等组织中CCR基因表达进行了分析。结果显示:(1)从胚珠到授粉后60d,2种美洲南瓜种皮中CCR基因的表达量均呈增加-降低-增加-再降低的趋势,且不同时间(天)CCR基因的表达量存在显著或极显著差异。(2)2种美洲南瓜胚珠中CCR基因的表达量存在差异但不显著,裸仁美洲南瓜CCR基因的表达量为有壳美洲南瓜的1.2倍。(3)随授粉后时间的延长,有壳美洲南瓜种皮中CCR基因的表达量逐渐高于裸仁美洲南瓜,在授粉后10～60d时,有壳美洲南瓜种皮中CCR基因的表达量均显著或极显著大于裸仁美洲南瓜,且分别为裸仁美洲南瓜的1.2～5.1倍。研究表明,CCR基因参与美洲南瓜种皮发育与形成,CCR基因在裸仁美洲南瓜叶片、茎秆、柱头等组织中的表达量均大于有壳美洲南瓜,且同一品种、不同组织中CCR基因的表达量存在组织特异性,表达量与组织木质化的程度呈正相关。     

木质素生物合成酶CCR基因的生物信息学分析

肉桂酰辅酶A还原酶(Cinnamoyl-CoA reductase,CCR)是催化木质素特异途径的第一个关键酶,是调节碳素流向木质素潜在的控制关节点,对木质素单体的生物合成起着重要作用。通过NCBI数据库收集来自裸子植物、单子叶植物及双子叶植物的35条CCR基因的完整信息,对35条CCR基因的cDNA及其编码的氨基酸序列的进化规律、理化性质、结构域、导肽、信号肽、跨膜结构域、亲/疏水性以及蛋白质结构等性状进行了生物信息学分析与预测,构建了CCR基因的系统发育树。分析结果表明,单子叶植物CCR基因中GC的含量明显高于双子叶植物;CCR基因编码的氨基酸序列存在9个保守区域;所编码氨基酸的理化性质基本一致,但单子叶、双子叶及裸子植物的CCR基因编码主要氨基酸的种类和含量存在着差异;CCR蛋白的N-端存在一个脱氢酶/差向异构酶/辅酶Ⅰ结合蛋白的结构域,无导肽、信号肽及跨膜结构域,属亲水性蛋白;进化树绘制以及同源建模结果表明,CCR基因的进化和植物的进化基本一致,CCR蛋白三级结构模型的空间结构稳定,建模结果可靠。分析结果对于深入研究CCR蛋白在木质素合成中的作用具有一定的理论指导意义。     

马铃薯块SGAs合成途径关键基因表达量的GGE双标图分析

糖苷生物碱(steroidal glycoalkaloid,SGAs)含量密切关系马铃薯块茎的食用品质和加工品质。本文利用GGE-biplot双标图分析了红光处理6、12、24 h后,5个马铃薯品种块茎中调控糖苷生物碱合成途径7个主要基因的表达情况。pvs1、sgt1和sgt3这3个基因的表达量均远高于其他4个基因的表达。在所测基因型中,sgt3的表达量不仅高而且还相对于pvs1和sgt1来说比较稳定,而在不同处理时间之间差异较大,稳定性较差。在12与24 h处理后所有基因表达的趋势比较接近,但是除了pvs1基因的表达量,其他6个基因的表达量均低于6 h处理的。从基因型的角度分析,所有基因在野生种HA和当地栽培种ZH-3中表达量较高而且表达趋势比较一致。通过比较调控糖苷生物碱合成途径的不同阶段的基因的表达量,发现不同阶段关键基因的表达量在基因型之间存在显著差异。所以,通过GGE-biplot分析,结果展示了7个基因在不同基因型马铃薯块茎的表达趋势,而且也根据基因表达量直观的展示了处理时间与各基因型之间的聚类与关系,为将来进一步分析不同光质在基因水平调控马铃薯糖苷生物碱的生物合成提供了重要参考。     

基于层次分析法和GGE双标图对引进马铃薯种质资源的综合评价

基于层次分析法和GGE双标图法对引进于国际马铃薯中心的97份马铃薯种质资源的主要农艺性状以及适应性、稳定性、丰产性等方面进行综合分析,筛选与鉴定优良可利用种质资源,同时为构建马铃薯种质资源的综合评价体系提供理论依据。结果表明,农艺性状、产量性状和品质性状所占权重大小为0.075、0.70和0.23,其中农艺性状中株高和茎粗所占权重为0.38和0.29,产量性状中产量权重为0.73,品质性状中干物质含量和蛋白质含量权重分别为0.4和0.2。C77和C51适合在甘肃省白银市景泰地区推广种植,C116、C89、C27、C66和C98在甘肃省定西市地区适应性强;参试品系稳定性大小为C49C46C116C112C93;丰产性为C89C116C93C97C112C49C46C67。层次分析法与GGE双标图综合分析可知:C46、C49、C112、C116综合表现较好,可以作为优良品系参加品种审定试验,也可以作为亲本材料。层次分析法和GGE双标图相结合可以作为引进马铃薯种质资源综合评价体系的标准。     

马铃薯StSnRK2家族转录表达对渗透胁迫的响应及生理指标相关性分析

蔗糖非酵解相关蛋白激酶家族2(Sucrose Non-Fermenting Related protein Kinases 2,Sn RK2)是一类植物中高度保守的蛋白激酶,也是植物响应干旱、盐碱等导致渗透性胁迫的主要调控原件。本研究以马铃薯品种‘陇薯3号’为材料,观察试管苗在0、25、50、100、200 mmol/L Na Cl 2周、4周和6周盐胁迫下和0、2%、4%、6%、8%PEG 2周、4周和6周干旱胁迫下马铃薯地上部分组织中StSnRK2基因的表达模式。结果显示,盐和干旱胁迫下马铃薯StSnRK2基因表达模式不尽相同:在盐胁迫下StSnRK2.4和StSnRK2.6表达均上调;干旱胁迫下StSnRK2.3的表达量上升,而且随PEG浓度的增加StSnRK2.3表达量也随之增高;同一基因在不同胁迫处理下表达趋势也有差异,StSnRK2.5基因在盐胁迫下表达下调,在干旱胁迫下StSnRK2.5基因表达量高于对照;不同胁迫处理下基因的表达与生理指标的相关性也不同,盐胁迫下,StSnRK2.6基因与CAT和SOD活性呈极显著正相关,与气孔面积呈显著负相关,干旱胁迫下,StSnRK2.6基因的表达量与脯氨酸含量呈显著正相关。本文通过研究不同渗透胁迫条件下StSnRK2基因的表达模式,进一步解析了马铃薯对盐及干旱胁迫响应的机理,可为马铃薯抗逆品种的选育提供依据。     

干旱和盐胁迫对马铃薯试管苗亚细胞结构及生理生化指标的影响

以‘陇薯3号’脱毒试管苗为材料,研究了不同浓度PEG-4000(0、2%、4%、6%、8%)和NaCl(0、25、50、100、200mmol/L)对马铃薯2周大小试管苗根系生长、叶肉细胞超微结构及部分生理生化指标的影响,为筛选耐盐抗旱马铃薯种质提供理论依据。结果显示:(1)随着PEG-4000和NaCl浓度的增加,马铃薯试管苗根总长、根体积、根数均呈现下降趋势,并且胁迫浓度越高时间越长其下降趋势越明显,而盐胁迫处理的下降幅度明显大于PEG胁迫处理。(2)随着PEG-4000和NaCl浓度的增加,马铃薯试管苗叶肉细胞细胞壁明显变厚,发生明显的质壁分离,嗜锇颗粒显著增加,出现大量囊泡,叶绿体损害逐渐加剧,直至完全解体。(3)随着PEG-4000和NaCl浓度的增加,马铃薯试管苗脯氨酸(Pro)含量显著增加,过氧化氢(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性显著增强,而其丙二醛(MDA)含量迅速增加,但叶片叶绿素含量持续下降。研究表明,在PEG-4000模拟干旱和NaCl胁迫条件下,马铃薯试管苗叶片叶绿体结构受到严重损害,叶绿素含量显著降低,且胁迫程度越强损害越严重、下降幅度越大;同时,干旱和高盐胁迫也诱导马铃薯试管苗脯氨酸含量和抗氧化酶CAT和SOD活性显著上调,一定程度上缓解了干旱和高盐胁迫的伤害。