镉胁迫下麻疯树转录组测序分析

麻疯树是一种能适应多种恶劣环境条件的能源植物,目前关于其抵抗重金属胁迫的分子调控机理尚不清楚。从组学水平整体分析其基因表达模式对于筛选关键基因、解析镉胁迫响应调控网络和促进分子育种具有重要意义。利用Illumina测序技术对水培条件下培养的处理组(Cd 100)和对照组(CK)麻疯树幼苗叶的转录组进行高通量测序,两个数据库的测序数据经de novo组装得到50448条高质量的Unigene。两个样品中发现了2551条差异表达基因,其中539条上调基因,2012条下调基因。根据不同数据库的注释信息,发现麻疯树镉胁迫引起叶片中多种代谢途径的变化,包括碳代谢,光合作用,植物激素信号转导以及植物病原响应途径。DAVID分析显示镉胁迫引起了麻疯树叶中与离子转运相关基因的变化,导致叶片中Na离子和铁离子稳态的变化。转录因子分析发现WRKY和ZIP在镉胁迫中发挥重要作用。用qRT-PCR技术对随机挑选的5个基因进行荧光定量验证,结果与测序数据一致,证实了差异表达基因数据的有效性。深入探讨了麻疯树镉胁迫的分子机理,为进一步应用于基因工程和植物修复提供基础。     

麻疯树的二萜成分

从麻疯树（Jatropha curcas L.)的根中分离得到3个二萜,鉴定为麻疯树酚酮A（iatropholone A)。麻疯树酚酮B（jatropholone B)和一个新的二萜,其结构推定为16－羟基麻疯树酚酮（16-hydroxyjatropholonc),定名麻疯树醇（jatrophol),同时还得到麻疯素（jatrophin),β-谷甾醇－β-D－葡萄糖甙（β－D－glucoside-β-sitosterol),tomentin,蒲公英脑（taraxerol)以及β-谷甾醇。     

麻疯树几丁质酶性质的研究

为了评价麻疯树几丁质酶的性质,本研究采用不同pH的提取缓冲液提取麻疯树种子的几丁质酶,并比较分析了不同温度、不同反应时间对几丁质酶活性的影响。结果表明,在提取液pH为7．0时获得的几丁质酶活性最高;且在55℃时与底物胶体几丁质温育60min后可达最高酶活性。同时,本研究还提取麻疯树幼苗不同器官几丁质酶,并比较其比活力,结果表明,在叶中几丁质酶比活力最高,而根中比活力最低。实验结果为进一步研究麻疯树提供了理论依据。     

麻疯树乳汁管的解剖学研究

麻疯树(JatrophacurcasL.)的乳汁管能分泌含有多种药用成分的乳汁。采用石蜡切片、冰冻切片和半薄切片技术,在光学显微镜下观察麻疯树乳汁管的类型、分布和大小。结果表明,麻疯树中存在有节连接和非连接乳汁管、无节分枝和不分枝乳汁管;乳汁管普遍分布在皮层和韧皮部,茎和叶脉的木质部存在少量的乳汁管,茎、叶柄、花梗和果柄的髓部有少量分布;靠近维管组织的皮层中的乳汁管直径较大,而靠近表皮的皮层中的乳汁管直径较小,如茎中靠近维管组织的乳汁管直径为40-60μm,而靠近表皮的乳汁管直径为5-18μm。     

重金属铜、锌、镉复合胁迫对麻疯树幼苗生理生化的影响

该研究以Cu~(2+)、Zn~(2+)、Cd~(2+)单一胁迫为对照,探讨不同浓度的Cu~(2+)、Zn~(2+)、Cd~(2+)复合胁迫对麻疯树幼苗生理生化指标的影响。结果表明:随着Cu~(2+)、Zn~(2+)、Cd~(2+)浓度的增加,麻疯树幼苗叶片中的蛋白质(Pro)、丙二醛(MDA)含量均逐渐增加,其叶片叶绿素含量随着Zn~(2+)胁迫浓度的增加呈现出先降后升的趋势,在中等浓度(100 mg·L-1)的Zn~(2+)胁迫时含量最低、随着Cu~(2+)胁迫浓度的增加叶绿素含量先升高后降低,在Cu~(2+)浓度为200 mg·L-1时含量最高,达到1 200 mg·g-1FW; Cd~(2+)胁迫对叶绿素含量和根系活力无明显影响。根系活力在Zn~(2+)浓度为100 mg·L~(-1)时最强,随着Cu~(2+)浓度的增加而减弱。低浓度的Cu~(2+)、Zn~(2+)、Cd~(2+)对过氧化物酶活性和可溶性糖含量都具有促进作用。Cu~(2+)、Zn~(2+)、Cd~(2+)复合胁迫时对可溶性蛋白、叶绿素和丙二醛含量均无明显影响,随着复合胁迫时浓度的增加,可溶性糖含量和根系活力先增后减。这表明麻疯树对三种重金属的胁迫具有一定的抗性,过高浓度的胁迫会影响麻疯树幼苗生理生化的一些指标,但是麻疯树可以通过自身的防御系统使伤害降到最小。此外,重金属复合胁迫可以在一定程度上减轻单一胁迫对麻疯树幼苗造成的毒害作用。     

麻疯树毒素的分离及其某些性质

用磷酸盐缓冲液萃取,硫酸铵盐析及葡聚糖凝胶G-100柱层析后,从麻疯树种子分离出三个蛋白组分。其表观分子量分别约为34000、27000和9500道尔顿;等电点分别为8.1、8.8和8.8.它们在紫外区呈现典型的蛋白吸收光谱。组分Ⅰ毒性最大,小鼠腹腔注射半致死量(LD₅₀)为6.39mg。     

麻疯树根的化学成分研究

从麻疯树（Ｊａｔｒｏｐｈａ ｃｕｒｃａｓ Ｌ．）的根中分离到１３ 个化合物,经理化常数和波谱鉴定（ＩＲ、１Ｈ－ＮＭＲ、１３Ｃ－ＮＭＲ、ＥＩＭＳ和ＦＡＢＭＳ）分别为∶５α－豆甾烷－３,６－二酮（１）、川皮甙（２）、β－谷甾醇（３）、蒲公英脑（４）、２Ｓ－正二十四饱和脂肪酸甘油酯－１（５）、５－羟基－６,７－二甲氧基香豆素（６）、麻疯树酚酮Ａ（７）、麻疯树酚酮Ｂ（８）、６－甲氧基－７－羟基香豆素（９）、ｃａｎｉｏｊａｎｅ （１０）、３－羟基－４－甲氧基－苯甲醛（１１）、３－甲氧基－４－羟基苯甲酸（１２）和胡萝卜甙（１３）． 其中,化合物５ 为未见报道的新化合物,化合物１、２、９、１０、１１、１２ 为首次从该植物中分得,１０ 为含有过氧基团的二萜化合物． ７ 和８ 为一对四环二萜的立体异构体,并在碱中相互转化     

木本油料植物麻疯树的研究进展

近来,麻疯树(Jatropha curcas L.)因可以作为生物柴油的原料而受到广泛关注。虽然麻疯树具有含油量高且可在边际土地种植的优势,但同时存在理想品种缺乏、种植面积限制、基础研究薄弱等方面的问题。为了使常规育种和生物技术改良工作者更好地了解麻疯树的研究进展,确定日后麻疯树育种和遗传改良的方向,综述了麻疯树种质资源与遗传多样性分析、生理及对环境适应性、组学研究、油脂合成功能基因研究、育种等方面国内外的最新进展。     

麻疯树核糖体失活蛋白基因的克隆和表达

麻疯树(Jatropha curcas L.)核糖体失活蛋白(curcin)是存在于麻疯树种子中的一种毒性较强的蛋白,它与蓖麻毒蛋白和相思子毒蛋白的性质相似,属Ⅰ型核糖体失活蛋白.从麻疯树种子中分离得到一种分子量为28.2 kD的蛋白质,其对无细胞系统中蛋白质合成的抑制活性较强,IC50为(0.19±0.01)nmol/L,具有RNA N-糖苷酶活性.依据curcin的N端部分氨基酸设计简并引物,通过RT-PCR和5'-RACE技术从未成熟种子总RNA中克隆到curcin全长cDNA序列.该cDNA全长由1 173个碱基组成,包含一个编码293个氨基酸的前体蛋白,前42个氨基酸为信号肽.推测的多肽序列与测定的蛋白质N端序列相同,与多种己发表的Ⅰ型核糖体失活蛋白和Ⅱ型核糖体失活蛋白的A链有一定的同源性.将curcin的编码区与表达载体pQE-30相连后,转入大肠杆菌(Escherichia coil)M15菌株中得到了有效的表达.将表达的融合蛋白纯化后发现,它具有抑制无细胞系统蛋白质合成的能力.     

麻疯树皮的化学成分研究

从麻疯树(Jatrophac curcus L.)的树皮中分离得到12个化合物,经理化常数和波谱鉴定(IR,1H NMR,13C NMR,EI-MS)分别为二十六酸甲酯(1),β-谷甾醇(2),蒲公英萜醇(3),蒲公英甾醇(4),伪蒲公英甾醇(5),curcusones A(6),curcusones B(7),jatropholone A(8),jatropholone B(9),3,3′,4-三甲氧基鞣花酸(10),胡萝卜甙(11),蔗糖(12)。其中化合物1,4,5,10,12为首次从该植物中分离得到。     

镉胁迫下植物促生菌密歇根克雷伯氏菌TS8和Lelliottia jeotgali MR2对拟南芥生长及镉富集的影响北大核心CSCD

为了研究镉胁迫下植物促生菌密歇根克雷伯氏菌(Klebsiella michiganensis)TS8和Lelliottia jeotgaliMR2对拟南芥(Arabidopsis thaliana)生长及镉富集的影响,文中以野生型拟南芥为试验材料,将其种植在不同镉浓度的土壤基质中,并施入MR2和TS8菌悬液。低浓度镉处理组(LC)为购买的基质营养土,初始镉浓度为14.17 mg/kg,高浓度处理组(HC)为在购买的基质营养土上额外喷洒200 mg/kg Cd^(2+)。结果表明,相比对照组,不同浓度镉胁迫下喷施MR2菌悬液均可显著促进拟南芥的生长,而TS8和MR2_TS8混合菌液仅在高浓度镉胁迫下表现出一定的促生效果。但值得关注的是,不同浓度镉胁迫下TS8菌悬液可显著降低拟南芥的地下部对重金属镉的富集(60%和59%),并有效提高地上部对重金属镉的富集(234%和35%)。此外,单菌和混合菌均能显著提高土壤中可还原态镉向酸可提取态镉转化,促进植物吸收,降低土壤总镉含量。因此,针对不同环境下,合理配施植物促生细菌在提高作物产量或修复土壤镉污染中具有一定的应用价值。     

麻疯树种子发育过程中JcOle14.3和JcOle16.6基因的表达模式研究

油质蛋白基因对种子中油体的形成至关重要,该研究通过实时荧光定量PCR,对麻疯树的两个油质蛋白基因JcOle14.3和JcOle16.6在种子不同发育时期的表达模式进行了分析。结果表明:两个基因在种子发育初期(10~30 d)表达量逐渐升高,但表达水平均较低;40 d时表达量急剧增加并达到最高,而种子发育后期(50~55 d)两个基因表达水平均逐渐降低。由此可初步推测,JcOle14.3和JcOle16.6基因的表达量可能与种子油脂积累量存在正相关。该研究结果为麻疯树油体形成机理和油质蛋白的深入研究提供了理论基础。     

巨菌草根部促生菌的筛选及其促生效应

为进一步开发植物促生菌,该研究以巨菌草根部为主要材料进行巨菌草促生菌的筛选,采用解磷、固氮和产IAA等筛选标准对初筛菌株分别进行多项促生能力的测定。通过形态观察、生理生化特性和16S rDNA序列同源性分析对促生效果最好的菌株YB-07进行分类和鉴定,分别测定其促生能力后从中筛选出促生效应强的11个菌株进行盆栽试验,并通过对这些菌株单独回接和多菌混接的小麦盆栽试验测定其对小麦的促生效应。结果表明:从巨菌草根部分离得到了101株促生菌株,分类鉴定结果显示菌株YB-07归属于根瘤菌属(Rhizobium),其溶磷量为20.1 mg·L^-1、产IAA量为23.7mg·L^-1,同时具有产氨能力。盆栽试验测定结果显示,多菌混合接种对小麦的促生效应在株高、干重、鲜重和叶绿素含量上,分别较对照组增加了24.49%、31.84%、28.06%和34.14%。单菌接种对小麦的促生表现在株高、干重、鲜重和叶绿素含量上,分别较对照组增加了13.54%、20.45%、16.84%和35.19%。所筛选到的菌株具有良好的促生长作用,能为进一步构建巨菌草促生菌菌群提供良...     

Cd~(2+)胁迫对小桐子幼苗叶片抗氧化系统的影响

以小桐子幼苗为材料,设置不同浓度CdCl_2处理,测定Cd~(2+)胁迫对小桐子幼苗叶片中可溶性蛋白、丙二醛(MDA)含量,以及5种抗氧化酶活性和2种抗氧化剂含量的变化,探讨镉胁迫对小桐子幼苗抗氧化系统的影响。结果表明:(1)Cd~(2+)胁迫导致小桐子幼苗叶片中可溶性蛋白含量降低、MDA含量增加;(2)随着镉胁迫时间的延长,幼苗叶片中愈创木酚过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸专一性过氧化酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)等抗氧化酶活性表现出先升高然后降低的变化趋势;(3)幼苗叶片中还原型抗坏血酸(ASA)和还原型谷胱甘肽(GSH)含量随着胁迫时间延长而降低,但其中氧化型抗坏血酸(DHA)和氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量则升高。研究表明,镉胁迫初期能诱导小桐子幼苗抗氧化系统活性显著增强,提高其抗氧化能力,但随着胁迫时间的延长,致使其抗氧化酶的活性和抗氧物质含量下降,植株遭受明显氧化胁迫,幼苗生长受到镉的严重毒害。     

野大豆内生假单胞菌YDX26的鉴定及促生抗逆特性

[背景] 野大豆具有栽培大豆所不具有的一些优良特性,这与其特有内生菌有关,已成为当下研究热点。[目的] 对野大豆内生细菌进行分离鉴定,并从中筛选出具有促生和抗逆潜能菌株。[方法] 以组织分离法和涂布划线法进行细菌分离培养;根据形态特征、生理生化特性及基于16S rRNA基因序列系统发育分析对菌株进行菌种鉴定;通过选择性培养基或比色法等对菌株进行促生特性分析,采用水培试验分析菌株对水稻幼苗生长的影响;利用盐胁迫及聚乙二醇（Polyethylene Glycol,PEG）-6000模拟干旱胁迫探究菌株抗逆性。[结果] 分离得到一株编号为YDX26的细菌,基于菌株形态、理化特性和16S rRNA基因序列系统发育分析,将菌株YDX26初步鉴定为假单胞菌（Pseudomona s sp.）。该菌株溶磷量为46.12 mg/L,吲哚-3-乙酸（Indole-3-Acetic Acid,IAA）活性为19.97 μg/mL, 1-氨基环丙烷-1-羧酸（1-Amino-Cyclopropane-1-Carboxylic Acid,ACC）脱氨酶活性为3.95μmol/（mg·h）。菌株YDX26对水稻幼苗株高、根长、地上部干重与地下部干重均有明显促进作用,分别提高了17.34%、12.19%、5.32%和10.70%。相较于对照菌株DX22,在盐胁迫和干旱胁迫下,菌株YDX26表现出较好的耐盐和抗旱能力。[结论] 野大豆内生细菌菌株YDX26具有较好的促生、耐盐和抗旱能力,可以作为农业生产上新的菌种资源。     

铊和镉胁迫对芦竹生长及光合特征的影响

芦竹(Arundo donax)对多种重金属都有较好的耐受性,是植物修复技术较理想的选择,而关于芦竹对Cd和Tl胁迫生理反应的相关研究却较少,为了有效治理Cd和Tl的污染,本研究以芦竹为材料,通过添加不同浓度重金属Tl(4,10和20 mg·kg~(-1))、Cd(50,100和200 mg·kg~(-1))进行芦竹盆栽试验,测定芦竹的株高、分蘖数、叶绿素含量、光合生理指标以及Tl和Cd在芦竹中的累积量,探讨芦竹对Tl和Cd胁迫的响应机制。结果表明:Tl(4~20 mg·kg~(-1))和Cd(50~200 mg·kg~(-1))对芦竹株高、分蘖数以及叶绿素含量均无显著影响(P0.05);芦竹体内Tl和Cd含量随着Tl和Cd浓度的升高呈上升趋势,芦竹体内Tl含量的分布规律为根茎叶,Cd含量的分布规律:Cd浓度50 mg·kg~(-1)时为茎叶根,Cd浓度100和200 mg·kg~(-1)时为根茎叶,表明Tl和Cd主要分布在根部,芦竹对Tl、Cd有一定的富集能力。Cd和Tl处理均显著降低芦竹叶片的胞间CO2浓度,在Tl浓度为10 mg·kg~(-1)时,净光合速率、气孔导度和蒸腾速率得到显著提高,当Cd浓度为50 mg·kg~(-1)时,净光合速率、气孔导度和蒸腾速率得到显著提高。这表明芦竹对重金属Cd和Tl有较强的耐受性,可为Cd和Tl污染土壤的治理和修复提供参考。     

达乌里胡枝子产铁载体根瘤内生细菌的鉴定及其促生抗逆效应

【背景】根瘤是植物-微生物共生的特殊结构,蕴含丰富的微生物资源。产铁载体根瘤内生细菌对促进结瘤固氮具有重要作用,但目前关于其是否对植物具有促生作用尚不明确。【目的】筛选鉴定达乌里胡枝子(Lespedeza daurica)根瘤产铁载体内生细菌,明确其促生作用,为丰富植物促生菌资源提供新的途径。【方法】利用铬天青(chrome azurol S, CAS)培养基初筛产铁载体根瘤内生细菌,对目的菌株进行鉴定;通过液体发酵试验确定其产铁载体能力;利用促生功能培养基测定其他促生特性;利用不同盐浓度(0.01%-9.00%)、不同pH值(3.0-12.0)的酵母甘露醇(yeast mannitol,YMA)液体培养基和不同培养温度(4-60℃)确定其抗逆特性;通过盆栽试验初步验证其对植物的促生作用。【结果】48株根瘤内生细菌可产铁载体,其中9株为高产铁载体细菌,分别为TG4、TG9、TG13、TG15、TG28、TG32、TG38、TG76和TG78,铁载体相对表达量为26%-93%;经鉴定,除了TG28为巨大普里斯特氏菌(Priestiamegaterium),其余8株菌均为耐寒短杆菌(Bre...     

Differential responses of a mine tailings Pseudomonas isolate to cadmium and lead exposures

We examined cadmium and lead resistance in Pseudomonas sp. S8A, an isolate obtained from mine tailings-contaminated soil. Resistant to soluble metal concentrations up to 200 mg l⁻¹ cadmium and 300 mg l⁻¹ lead, S8A produced both exopolymer and biosurfactant. Upon growth, this pseudomonad diverged into two morphologically distinct colony subtypes; small and round or large and flat. In the presence of lead and in the no metal control the large morphotype appeared only in late stationary phase. With cadmium the large morphotype appeared immediately following exposure. Results show that the large morphotype produced greater amounts of surfactant than the small morphotype, suggesting a unique subpopulation response to cadmium toxicity. Results also indicate that an unidentified 28 kDa protein was expressed following exposure to >10 mg l⁻¹ cadmium. This study demonstrates new links between surfactant production, differential subpopulation response and metal exposure.     

广西葛根内生细菌的分离鉴定及其促生特性

【背景】植物内生菌长期与宿主共生,对宿主生长发育产生影响。葛根作为重要的药食两用作物,葛根内生菌的研究具有重要实践意义。【目的】对广西葛根根部内生细菌进行分离、鉴定及促植物生长特性分析,旨在了解该药食同源植物内生细菌种群结构及其促生特性,为分析内生菌群体在药食同源植物产量和品质形成的作用及其内生细菌资源的开发利用提供参考。【方法】采用6种不同的培养基从广西葛根的根瘤、根系和根愈伤组织分离内生细菌,16S rRNA基因测序和系统发育分析内生细菌的分布特征和遗传多样性,采用生理生化方法测定分离菌株的固氮活性、溶磷特性、产生嗜铁素、分泌吲哚乙酸(indole-3-aceticacid,IAA)等促生特性。【结果】从葛根根瘤、根系和根部愈伤组织中共分离得到223个菌株,16S rRNA基因测序鉴定这些菌株隶属于2门4纲10科19属,其中芽孢杆菌属、假单胞菌属、土壤杆菌属、肠杆菌属为葛根优势菌群;内生细菌数量和群落组成存在明显的组织特异性,其数量表现为根瘤>根系>根愈伤组织,但其种群多样性表现为根愈伤组织>根系>根瘤。不同培养基分离出的细菌种群丰富度有差异。从供试菌株中筛...     

水稻种子内生泛菌(Pantoea spp.)系统发育多样性及其促生功能

【目的】Pantoea菌株是广泛分布在自然界中的一类功能多样的细菌。本研究对分离自水稻种子内生的Pantoea菌株进行系统发育分析及功能评价,从而确定分类地位、种类多样性、分布特征及功能特性。【方法】采用乙醇-次氯酸钠联合灭菌方法进行水稻种子的表面灭菌,进行内生细菌的分离与纯化;其次将纯化后的菌株进行16Sr RNA基因PCR扩增及序列分析,通过MEGA7软件构建系统发育树;将分离得到的菌株进行功能实验检测,如溶磷、产IAA、产铁载体、拮抗病原真菌等特性,最后检测菌株的溶血性;水稻分型采用SSR方法,并对水稻农学性状如分蘖数、株高、植株重及产量进行调查。【结果】本研究对分离自8个不同基因型水稻种子中的146株内生Pantoea菌株进行系统发育分析及功能评价,结果发现所分离到的泛菌菌株主要属于Pantoea dispersa、Pantoea agglomerans、Pantoea cypripedii以及Pantoea brenneri四个种,其中P. dispersa的菌株数量最多,分布最广,并且存在于所有的8个水稻种子样品中。对其中66株菌进行功能检测,发现86.3%和69.7%的菌株具有溶磷和产IAA能力,有7株菌具有产铁载体能力,未发现对真菌病害Fusarium moniliforme有拮抗作用的菌株,并发现3株菌具有溶血性;本实验未发现泛菌组成与水稻系统发育及农学性状存在明显的相关性。【结论】本研究首次对水稻种子中泛菌的多样性及其功能进行报道,发现不同基因型的水稻种子所含Pantoea种类及组成存在差异,种子选择性地积累了Pantoea类群,大部分菌株具有一定的促生特性。该研究结果有助于进一步探究微生物与植物的共进化、种子微生物的传播途径及作用方式。