被子植物小热激蛋白家族的比较基因组学分析

小热激蛋白(sHSP)是一类重要的响应外界环境变化以及调控植物生长发育的蛋白家族。基于在睡莲(Nymphaea colorata)、水稻(Oryza sativa)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)和葡萄(Vitis vinifera)中分别鉴定到的33个NcsHSPs、24个OssHSPs、17个AtsHSPs和47个VvsHSPs, 表明sHSP家族可分为12个亚家族, 不同亚家族包含不同的sHSP成员数目、保守基序、基因结构以及复制基因数目。在4种模式被子植物的sHSP成员中共鉴定到12个基因复制事件, 片段复制事件和串联复制事件均与sHSP成员的扩增有关, 且片段复制事件发生的时间早于串联复制事件。在所有sHSP成员中, 拟南芥和葡萄的sHSP成员的同源性最高, 其次为睡莲和葡萄的sHSP成员。sHSP家族在被子植物中可能向更短的氨基酸长度、更小的分子量、更简单的基因结构以及更集中的染色体分布进化。此外, 在睡莲、水稻、拟南芥和葡萄中鉴定了一些可能与调控植物生长发育相关的候选基因。研究结果为4种模式被子植物sHSP家族的比较基因组学研究奠定了重要基础, 并为其它被子植物sHSP家族的研究提供重要参考。     

水稻籽粒灌浆过程中蛋白质表达特性及其对氮肥运筹的响应

采用大田栽培的方式,研究了大穗型水稻金辉809籽粒灌浆过程中蛋白质的差异表达变化模式以及同一施氮量下不同的氮肥施用比例(总施氮量225 kg/hm2,基蘖肥:穗粒肥分别为7∶3和6∶4)对强弱势粒灌浆影响的分子机制。获得了水稻不同灌浆时段籽粒总蛋白的表达图谱,共发现32个在灌浆过程中发生显著差异表达的蛋白点,涉及籽粒的淀粉合成,能量代谢,激素信号转导,基因表达调节和抗逆响应等。在此基础上,进一步构建了不同灌浆发育时段水稻强弱势籽粒响应不同氮肥比例调控的蛋白表达图谱,结果发现强势籽粒响应氮肥调控出现差异表达的蛋白点有8个,而弱势籽粒有26个,可见强势籽粒灌浆具有更强的环境稳定性,相对地,弱势籽粒灌浆则易被环境所调节。在总施氮量不变的情况下,适当增加生育后期氮肥的施用量,有利于增强弱势籽粒中信号转导,促进相关基因的表达,提高物质调运与能量代谢速率,增强抗逆性,增强弱势籽粒的代谢水平,延长其灌浆时期,提升弱势籽粒活性和灌浆强度,增加结实率和千粒重,最终实现高产高效。研究结果对于进一步明确氮素调控水稻强弱势粒灌浆的分子生态特性具有重要的理论与实际意义。     

施用生物质炭和羊粪对宿根连作茶园根际土壤微生物的影响

茶树长期宿根连作会导致土壤酸化严重、土壤营养不平衡、根际土壤微生态结构恶化.研究生物质炭、羊粪对宿根连作茶树生长以及土壤微生物群落结构和功能的影响,探讨其对宿根连作茶树土壤环境的调节效果,可为宿根连作茶园土壤微生态的改善提供理论依据.本研究以宿根连作20年的茶园土壤为对象,利用Biolog技术和磷脂脂肪酸(PLFA)方法,研究施用生物质炭(40 t·hm^-2)和羊粪替代部分化肥对连作茶树产量和品质、土壤化学性质、根际土壤微生物群落功能和结构的影响.结果表明:施用生物质炭、羊粪1年后酸化茶园土壤的p H和土壤养分显著提高,并提高了茶叶产量.与常规施肥相比,施用生物质炭、羊粪替代部分化肥处理显著提高了茶树根际土壤微生物的碳源代谢活性和微生物多样性,对胺类、碳水化合物和聚合物的相对利用有所增加.生物质炭和羊粪处理的根际土壤总PLFA含量分别比常规施肥处理提高了20.9%和47.5%,羊粪处理还显著降低了总饱和/总单一不饱和脂肪酸比例.生物质炭和羊粪可改善茶园土壤酸化状况和土壤肥力,对宿根连作茶树的生长具有促进作用,两种措施均不同程度地增加了土壤微生物的代谢活性和微生物量、提高了多样性指数、改善了微生物群落结构.施用生物质炭和羊粪可作为调节宿根连作茶园根际土壤微生态的有效措施.     

水稻化感作用及其分子生态学研究进展

综述了近年来国际上研究水稻化感作用的新进展,比较分析了当前常用于室内评价水稻化感作用潜力的几种生物测试法的优缺点,指出了琼脂迟播共培法是较为理想的室内生物测试法并已广泛应用于化感作用研究中。在此基础上,分析了水稻化感作用的数量遗传特性及其QTL定位的研究现状;阐明了水稻化感作用的遗传多样性及其分子生态特性;并就当前普遍关注的焦点问题：逆境条件（如低氮或高伴生杂草密度胁迫）常引起水稻化感作用潜力增大的生理过程与分子机制作了阐述。结合近年来应用差异蛋白组学和生物信息学的研究实例,阐明了逆境引起水稻化感作用增强与其酚类合成代谢相关酶蛋白表达丰度增加,萜类合成代谢相关酶蛋白表达丰度下降有关。就究竟什么是水稻的化感物质及其作用方式等问题作了分析与讨论．指出水稻的化感抑草效应是其众多化感物质综合作用的结果,应重视区分化感物质对靶标杂草的原生作用和进入土壤生态系统中经生物转化后的次生作用。根据当前植物化感作用研究的发展趋势,阐明了进一步研究水稻化感作用的焦点问题,提出了水稻化感作用的根际生物学特性与分子生态学机制,是未来国际上竞相角逐的重点研究领域,并认为以现代系统生物学理论为指导,运用基因组学、蛋白质组学和代谢组学等技术方法,是揭示这一分子生态学过程与机制的重要技术选择和优先研究领域。     

茶树连作障碍形成机制及调控措施研究进展

茶树多年宿根连作后茶园土壤退化严重, 茶叶产量和品质大幅下降, 严重制约了我国茶叶的可持续生产。面对如何维持茶树高产高质这一科学难题, 连作障碍机制及其调控措施成为当前茶树栽培中急待解决的科学问题。据此文章从土壤养分失衡、土壤酸化、自毒作用、土壤微生物群落结构失衡、根际微生态等方面概述了茶树连作障碍形成机制的研究进展, 同时从化学改良、增施有机肥、生物质材料、生物菌肥、茶园多样性栽培等方面介绍缓解茶树连作障碍的主要措施, 并对今后茶树连作障碍形成机制的进一步研究及防控技术的发展方向提出展望, 以期为解决茶树连作障碍问题提供一些科学依据。     

不同化感潜力水稻(Oryza sativa L.)苗期的氮素养分效率及相关基因的表达

为了阐明养分水平引起水稻(Oryza sativa L.)化感抑草潜力变化的生理生态机制,研究了不同N素营养处理下,不同化感潜力水稻苗期对N素营养逆境的响应特性及N素养分效率的差异,并运用实时荧光定量RT-PCR技术(FQ-PCR)检测与N素代谢和次生代谢关键酶的基因表达.结果表明:弱化感水稻品种Lemont对N素营养胁迫较敏感,强化感水稻品种PI312777对资源波动的适应性较强,N素养分效率较高.FQ-PCR分析结果显示,在低N条件下Lemont中的亚硝酸还原酶基因(nir),谷氨酰胺合成酶基因(gs)相对表达量均有不同幅度的下调, PI312777分别下调了1.2倍和1.4倍,而Lemont分别下调了3.0倍和1.8倍, Lemont下调的幅度分别是PI312777的2.5倍和1.3倍,但对于苯丙氨酸解氨酶基因(pal)与3-羟基-3甲基戊二酰辅酶A还原酶基因(hmgr)而言, PI312777叶组织中的pal和hmgr均上调表达,与对照相比上调了6.0倍和1.6倍,而Lemont中对应的基因均下调表达,分别下调了1.3倍和6.8倍,佐证了上述差异的分子生态学特性.