利用SCoT分析柳枝稷遗传资源的多样性

本研究利用SCoT标记对96份柳枝稷种质的亲缘关系和遗传变异进行了研究。筛选出20条引物对96份供试材料进行PCR扩增,共获得445条带,其中多态性条带402条,平均多态性条带比率(PPB)达90.31%,多态性信息含量(PIC)为0.166~0.410,平均值为0.332,标记指数(MI)为10.20。遗传相似系数(GS)为0.498~0.912,平均值为0.688。表明SCoT标记能够揭示柳枝稷种质间的遗传变异。通过UPGMA分析表明,96份种质资源聚为高地型和低地型两大类。经POPGENE1.32软件分析结果显示:96份柳枝稷基因多样性指数(H)为0.285,Shannon指数(I)为0.431,表明供试的种质间遗传多样性丰富,遗传多样性水平高。经AMOVA 1.55方差分析揭示:96份柳枝稷生态型内的遗传变异占总变异的72.85%,生态型间遗传变异占总变异的27.15%,结果表明ScoT可用于柳枝稷遗传多样性研究,该研究结果可为柳枝稷种质资源的进一步开发利用提供重要信息。     

柳枝稷的生物学研究现状及其生物能源转化前景

柳枝稷(Panicum virgatum,L.)是起源于北美的一种热带草原高秆草,具有优良的草料特性和水土保持功能。因其有很大的能源利用前景,而目前全球能源紧缺,因此全世界范围内已有许多国家把研究柳枝稷转化生物能源这一利国利民的项目提到议事日程,展开了全方位的研究。这篇论文综述了柳枝稷的生物学研究现状以及其生物能源转化前景。     

水培条件下pH值对柳枝稷幼苗生长发育的影响

土壤的p H值是限制植物生长发育的一个关键因素。柳枝稷是一种可作为牧草,水土保持的多年生C4能源植物。试验在水培条件下,利用裂区试验设计,以柳枝稷品种(系)为主区,水培液p H值为副区,对反映柳枝稷幼苗生长发育状况的指标进行统计分析。结果显示,随水培液p H值的酸碱强度增大,柳枝稷不同品种(系)幼苗的分蘖数、株高、苗鲜重、根冠比、根系活力以及净光合速率都极显著降低(P0.01),而幼苗保护酶活性以及丙二醛(MDA)含量则极显著升高(P0.01)。尤其是当PH值低于5.0时,幼苗的受到的胁迫更为明显,幼苗超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性反而急剧下降。与酸胁迫(p H值7.0)相比,柳枝稷对碱胁迫(p H值7.0)的适应能力更强,其中以西稷2号的抗逆性表现最好。因此应用柳枝稷在边际土壤地区推广种植时,要尽量避免强酸性土壤(p H值5.0),且选用西稷2号品系较为适宜。     

盐胁迫对柳枝稷苗期生长和生理特性的影响

2010年,在人工气候室中设置了0、50、100、150和200 mmol·L-15种NaCl浓度处理,分析盐胁迫对柳枝稷苗期生长的影响.结果表明:随着NaCl浓度的增加,柳枝稷的生长明显受到抑制,株高降低、叶片变小、光合叶面积减少、净光合速率下降,干物质积累量显著降低,表现出甜土植物的特点.柳枝稷的耐盐能力较强,在200 mmol·L-1NaCl溶液中处理30 d后仍能存活,单株绿叶面积为491.9 cm2,净光合速率为0.93 μmol CO2·m-2·s-1.本试验条件下,以生长量下降50％为标准求得柳枝稷的耐盐阈值为178.6 mmol·L-1.     

柳枝稷长链非编码RNA PvLINC090588的功能研究

长链非编码RNA(long noncoding RNA, lncRNA)是一类长度大于200个核苷酸、无蛋白编码能力或蛋白编码能力较低的功能性RNA分子,可通过调控基因的表达影响植物的生长发育和对非生物胁迫的适应性。柳枝稷(Panicum virgatum L.)是一种抗旱性较强的禾本科(Poaceae)C₄生物能源模式作物。本研究从柳枝稷中克隆了1个新预测的lncRNA,将其命名为PvLINC090588。对该基因的表达模式分析显示：20%聚乙二醇、150 mmol/L氯化钠和50μmol/L脱落酸可诱导其表达,100μmol/L赤霉素抑制其表达,表明PvLINC090588的表达受多种非生物胁迫的诱导。过表达PvLINC090588转基因拟南芥(Arabidopsis thaliana)在100 mmol/L氯化钠、300 mmol/L甘露醇处理下其根长显著(P<0.05)大于野生型的,显示过表达株系的根系在胁迫下生长能力更强。与野生型相比,转基因株系在干旱和250 mmol/L氯化钠处理后其丙二醛含量降低,可溶性糖和脯氨酸含量显著升高(P<0.0...     

青贮对柳枝稷制取燃料乙醇转化过程的影响

青贮是一种传统的生物质原料保存方法,广泛应用于纤维素乙醇炼制领域尚需要考察其对原料品质和下游乙醇转化过程的影响。文中以秋季(初、中和末)收割的柳枝稷为原料,通过青贮、高温水热(LHW)预处理、纤维素酶水解和同步糖化与发酵(SSF)实验对上述问题予以回答。结果显示,秋季初收割的柳枝稷以不同湿度青贮后pH均小于4.0,干重损失小于2%,各主要成分与青贮前相比无明显变化;LHW预处理中青贮样品半纤维素水解率普遍高于未贮存样品,但青贮同样使原料获得了更高的发酵抑制物产生水平;青贮柳枝稷葡萄糖、木糖和半乳糖产量(预处理+酶水解)高于未贮存柳枝稷;经过168 h的SSF,青贮样品乙醇浓度为12.1 g/L,未贮存的秋季初、秋季中和秋季末柳枝稷为底物的浓度分别为10.3 g/L、9.7 g/L和10.6 g/L。综上,青贮有助于提高柳枝稷LHW预处理效率、酶水解率和乙醇产量。     

半干旱黄土丘陵沟壑区柳枝稷（Panicum virgatum）的生物质形成

为深入认识半干旱黄土丘陵沟壑区引种能源植物柳枝稷生物质生产的开发潜力及其约束机制,调查了农田、植丛尺度上早熟和晚熟柳枝稷年度生命周期内生物量累积、分株建成动态,以及土壤水分供求平衡过程。研究发现,植丛尺度早熟柳枝稷抽穗比例近100％,分株生殖发生大小阈值依赖基本丧失,高度大小分布近似正态,种群内光资源竞争强度明显弱化,与晚熟类型形成明显差异。农田尺度晚熟柳枝稷生物质产量可以达到15t／hm^2,高出早熟类型近1倍,但是其立地80～400cm土层的含水量稳定在7％以下,土壤干旱已经发生,早期干旱胁迫导致的生长停滞,以及生长中后期的成片倒伏现象在两年的观测周期内连续出现。早熟柳枝稷立地则形成相对稳定的白草、柳枝稷复合优势植被结构,深层土壤水分含量稳定在10％以上,实现了跨年度的土壤水分供求平衡。植丛尺度的生物质形成在一定程度上取决于分株生殖发生的大小依赖程度和分株间竞争关系格局,基于植丛尺度普遍的生殖发生和明显弱化的光资源竞争,早熟柳枝稷表现出更为高效的生物质形成机制。农田尺度晚熟柳枝稷尽管在雨热同步期的降水资源利用效率上存在明显比较优势,但是在降水资源利用分配策略和效应上,早熟柳枝稷表现出了综合的生态适宜性优势。保证雨热同步期降水资源利用和保蓄的平衡,是半干旱黄土丘陵沟壑区生物质生产应该遵循的基本原则之一。     

黄土丘陵半干旱区引种禾草柳枝稷的生物量与水分利用效率

加强优良引种禾草植物的生态适应性研究对促进我国黄土高原半干旱区草地建设和草业科学发展具有十分重要的意义。比较研究了引种禾草柳枝稷(Panicumvirgatum)在黄土丘陵半干旱区不同立地条件下地上生物量的大小和季节累积差异及其水分利用特征。2001~2002年川地柳枝稷草地地上生物量达13000~16000kg/hm2,山地梯田和坡地为2300~2650kg/hm2。不同立地条件柳枝稷返青后的生物量累积过程呈二次或三次多项式。柳枝稷的绝对生长速率(AGR)在整个生长季内呈双峰曲线变化,川地柳枝稷草地的现存量和总量AGR最大值分别为158.93和169.83kg/(hm2·d),梯田分别为27.31和38.25kg/(hm2·d),坡地为37.0和36.69kg/(hm2·d)。坡地柳枝稷生物量较大值和AGR最大值出现时间最早。不同立地柳枝稷生物量相对生长速率(RGR)在整个生长季内呈双峰曲线变化,均以返青后的20d内最大,平均AGR以川地最大,坡地和梯田相近,但坡地两峰值高于梯田。不同立地柳枝稷草地土壤水分主要利用层次为0~2m,月平均含水量顺序为梯田>坡地>川地。川地柳枝稷叶片和整体生物量水分利用效率均最高,梯田整体生物量水分利用效率大于坡地,但二者叶片水分利用效率相近。川地和山地地表下5cm生育期平均地温均为17.60℃,但4~5月份川地地温高出山地1.2~2.8℃,川地4~10月份平均气温较山地高1.5℃,这些差异影响不同立地条件柳枝稷草地水分利用和生长进程。     

狐源犬瘟热病毒H基因和F基因的克隆与序列分析

根据GenBank发表的犬瘟热病毒(CDV)核酸序列[CDV5804(AY386315)、CDV01-2689(AY649446)、CDV A75-17(AF164967)、CDV 00-2601(AY443350)、CDV 98-2645(AY445077)、CDV 98-2654(AY466011)和CDV Onderstepoort (AF378705)],分别设计合成扩增CDV H基因和F基因的引物.采用RT-PCR技术扩增狐源CDV泰安株(CDV-FOX-TA)H基因和F基因,分别将H基因与F基因克隆进这pMD18-T载体,进行序列分析.结果表明,CDV-FOX-TA株H基因有1个ORF,全长1 842bp,编码607个氨基酸,与CDV Onderstpoort、CDV Convac的同源性分别为89.2%和90.6%,与CDV LP的同源性为98.7%.CDV-FOX-TA F基因有1个ORF,全长1 889bp,编码662个氨基酸,CDV F蛋白信号肽区域易发生突变,但F0蛋白裂解点(RRQRR)、13个半胱氨酸残基、4个潜在的天冬氨酰糖基化位点和2个疏水区都高度保守.CDV H基因和F基因系统发生分析表明,CDV-FOX-TA与CDV A75-17和CDV LP亲源关系较为密切.     

柳枝稷青贮用乳酸菌复合系的组成多样性及其代谢特性

摘要:【目的】筛选一组乳酸产量高、组成稳定的柳枝稷青贮用乳酸菌复合系。【方法】通过连续限制性培养方法获得乳酸菌复合系SGL,使用变性梯度凝胶电泳(DGGE)和高通量测序技术分别分析其群落结构的稳定性和组成多样性。在培养基中添加不同氮源,测定氮源对SGL菌体生长和代谢产酸的影响。【结果】连续限制性培养8代,SGL的菌群结构趋于稳定,主要菌种为同型发酵乳酸菌,包括Lactobacillus nantensis (78.78%)、Lactobacillus plantarum(7.92%)、Lactobacillus pantheris(5.27%)、Bacillus coagulans(4.41%)和Lactococcus lactics(3.31%),是现有唯一的同时包含Lactobacillus、Lactococcus和Bacillus的乳酸菌复合系。酵母浸粉是促进SGL菌体生长和产乳酸的最好氮源,最适添加量为20 g/L。当(NH4)2SO4和酵母浸粉中N的比例为1:4时,菌体生长量和乳酸产量与20 g/L 酵母浸粉等同。【结论】乳酸菌复合系SGL 多样性高、组成稳定、可利用无机氮源,作为青贮饲料添加剂,具有很大的应用潜力,本研究为SGL的培养和应用提供了理论依据。     

不同盐胁迫对柳枝稷生物量、品质和光合生理的影响

为明确不同盐胁迫对柳枝稷生物量、品质及光合生理的影响,以无盐胁迫作为对照(CK),选取0.40%Na Cl、0.80%Na2SO4和0.80%Na HCO3进行了土柱试验。结果表明:(1)与CK相比,Na Cl、Na2SO4、Na HCO3胁迫下柳枝稷地上生物量、地下生物量、总生物量、籽粒产量及根冠比均显著降低(P0.05),总生物量分别降低49.39%、60.52%、76.45%,Na HCO3对柳枝稷的生长抑制作用最强,Na Cl最弱;(2)Na Cl胁迫下柳枝稷地上生物质灰分含量显著增高14.89%,Na2SO4胁迫下硫(S)含量显著增高262.32%,纤维素含量显著降低13.71%,Na HCO3胁迫下钾(K)含量显著增高54.95%,半纤维素含量显著增高10.87%,灰分和S含量的增高不利于柳枝稷地上生物质的燃烧利用,纤维素含量的降低和半纤维素含量的增高不利于其转化利用;(3)Na Cl、Na2SO4、Na HCO3胁迫下柳枝稷叶片净光合速率(Pn)分别显著降低21.89%、29.54%和24.59%,气孔限制因素可能是其光合作用受到抑制、生物量下降的关键因素。     

混播下柳枝稷叶绿素荧光参数及对水氮条件的响应特征

采用盆栽试验,按照白羊草(Bothriochloa ischaemum)与柳枝稷(Panicum virgatum)株数比设置5个混播比例(0∶8、2∶6、4∶4、6∶2、8∶0),在两种氮肥处理(不施氮和0.1g N·kg-1)下,测定分析柳枝稷叶绿素荧光参数对土壤水分短期自然干旱并复水[土壤含水量从80%FC(田间持水量为20%)逐渐降至20%FC后再复水至80%FC]的响应,以期揭示不同水氮及混播比例下柳枝稷与白羊草竞争关系的生理生态机制。结果显示:(1)随干旱胁迫加剧,柳枝稷最大光化学效率(Fv/Fm)、光化学猝灭(qP)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)和表观光合量子传递速率(ETR)逐渐下降,复水后第2天各指标均可恢复到对照水平;(2)两氮肥处理下,单播柳枝稷的ETR显著高于混播,施氮处理下单播的qP显著高于混播,但非光化学猝灭系数(NPQ)相反(P0.05),且柳枝稷比例越小各指标降幅越大,表明混播后柳枝稷PSⅡ反应中心活性下降,显示出其对混播竞争的适应;(3)施氮显著提高了柳枝稷的ΦPSⅡ(13.64%~23.53%)和qP(6.12%~11.11%),降低了NPQ值(9.76%~12.82%)(P0.05),表明施氮可提高其光能利用能力,增强其与白羊草的竞争力。研究认为,不同水氮条件下,柳枝稷表现出较强的混播竞争适应性,施氮会提高其对白羊草的生态竞争能力。     

转基因香石竹中F3’5’H基因的克隆、表达和免疫学鉴定

在研究转基因香石竹品系月之霓裳（Moonshade）、月之伊人（Moonlite）中外源基因F3’5’H的表达中,本文克隆了F3’5’H全长基因1.5kb,构建获得工程菌株Escherichia coli BL21（DE3）（＋F3＇5＇H）。SDS-PAGE分析的结果显示,该菌株高效表达出F3’5’H重组蛋白,约占菌体总蛋白的30%。用经纯化的F3’5’H重组蛋白作为抗原,制备F3’5’H重组蛋白的抗血清,经ELISA免疫学分析表明,该抗血清的效价为1：25600。Western blot结果表明F3’5’H重组蛋白具有良好的IgG结合活性,且抗血清与转基因香石竹品系月之霓裳和月之伊人中的外源基因F3’5’H所表达的蛋白发生明显的抗原抗体反应。这样,月之霓裳和月之伊人用于评价转基因香石竹品系的环境安全性在我国也得到了验证。     

硝酸镧浸种对NaCl胁迫下柳枝稷种子萌发及幼苗生理特性的影响

为探讨镧对NaCl胁迫下柳枝稷种子萌发及幼苗生理特性的影响,该研究以柳枝稷(Panicum virgatum L.)种子为研究材料,通过不同浓度(0、0.05、0.1、0.5和1.0mmol/L)La(NO3)3溶液浸种24h处理后,添加100mmol/L NaCl溶液,以蒸馏水为对照,在种子发芽箱中培养并观察柳枝稷种子萌发和幼苗生长,测定幼苗叶片相对电导率、丙二醛、脯氨酸和叶绿素的含量。结果显示:(1)0.05mmol/L La(NO3)3浸种处理可缓解100mmol/L NaCl对种子发芽的影响。(2)不同处理对幼苗苗长无显著影响,0.1mmol/L La(NO3)3浸种显著增加了幼苗的鲜重和叶面积,当浓度≥0.5mmol/L时根长、根冠比、鲜重和叶面积受到抑制。(3)幼苗叶片相对电导率和脯氨酸含量随La(NO3)3浓度的增加呈先降低后增加的趋势,其中0.05和0.1mmol/L La(NO3)3浸种处理下效果较好,丙二醛含量随La(NO3)3浓度的增加持续降低,但各浓度处理间差异不显著,叶绿素含量在0.05mmol/L La(NO3)3浸种处理下较NaCl处理显著增加,当浓度≥0.5mmol/L随着浸种浓度的增加呈下降趋势。(4)不同指标间发芽势与发芽率、根长和叶绿素含量间呈极显著正相关关系,与根冠比、电导率和脯氨酸含量均呈极显著负相关关系,而与苗长不相关。研究表明,低浓度(0.05mmol/L)La(NO3)3可缓解NaCl胁迫对柳枝稷种子萌发及幼苗生长的影响,而高浓度(1.0mmol/L)的La(NO3)3则会加重NaCl的胁迫危害。     

曲霉高效基因编辑技术研究进展

曲霉Aspergillus spp.是自然界中分布极为广泛的一大类真菌,在工业上如黑曲霉等已经被人们广泛利用于食品添加剂等生产。因此,曲霉在工业、农业、医药领域均发挥着重要的作用。然而,有些曲霉如黄曲霉能够分泌致癌物黄曲霉毒素从而污染农产品;在临床上还有一类以烟曲霉为主的引起侵袭性真菌感染的条件致病曲霉菌。因此,曲霉就像一把双刃剑影响着人们的生活。曲霉菌丝具有发达的隔膜形成多细胞菌丝体并能在分生孢子梗上产生大量的分生孢子进行无性繁殖。研究曲霉的基因编辑技术对于控制医学和农业上有害曲霉的增殖和促进工业上有益曲霉的生长和代谢都具有非常重要的意义。长期以来,同源重组和随机整合一直是被用于研究曲霉基因功能的传统基因编辑方法,然而其操作费时费力且效率低、难以达到预期的要求。随着第三代基因编辑技术CRISPR/Cas9即成簇的规律间隔的短回文重复序列及其相关系统CRISPR/Cas9（Clustered regulatory interspaced short palindromic repeats-associated protein 9）建立以来,CRISPR/Cas9以编辑高效、操作简便等优势被广泛应用到不同物种中。目前,世界上多个研究团队已经建立了有效地用于不同曲霉物种的CRISPR-Cas9 基因编辑体系。本文概述了有关曲霉基因编辑的历史和进展,以期为尚未建立完整遗传编辑体系的其他曲霉物种或者丝状真菌引入高效CRISPR-Cas9体系提供帮助。     

木质素生物合成途径及其基因调控的研究进展

木质素是植物体内含量仅次于纤维素的一类高分子有机物质,在植物体的机械支持、水分运输及抵抗外界不良环境的侵袭方面起着重要的作用。然而,它的存在严重影响植物材料在造纸工业、纺织业、畜牧业生产中的应用。木质素代谢过程中存在多基因现象使得木质素的合成途径出现多样性,利用共抑制、反义抑制等转基因技术开发低木质素含量的优良新品种具有重要的意义。     

木质素生物合成中C3H/HCT的研究进展

木质素是由三种不同的木质素单体聚合而成的,其含量和单体组成与植物体的综合利用密切相关。木质素单体的生物合成途径涉及到许多酶的参与,C3H/HCT是发现较晚的两个酶,在从对-香豆酰辅酶A（p-coumaroyl CoA）到咖啡酰辅酶A（caffeoyl CoA）的羟基化过程中起作用,是控制木质素H-单体与G/S-单体相互转化的关键酶。该文主要对C3H/HCT的研究进展及在木质素生物合成中的作用进行了阐述。     

CRISPR/Cas9编辑绒山羊FGF5基因细胞株的建立

拟利用CRISPR/Cas9技术建立编辑FGF5基因的绒山羊细胞株。在FGF5基因的第一外显子设计靶点并合成gRNA靶点引物,构建2个编辑FGF5基因的Cas/gRNA真核表达质粒载体。电穿孔法转染绒山羊成纤维细胞后T7核酸内切酶（T7E1）检测载体活性,选择活性最高的载体转染细胞,单细胞接种并扩繁,提取基因组DNA,PCR及测序鉴定。经测序分析共获得20个FGF5基因敲除细胞株（包括FGF5^+/-和FGF5^-/-）,总突变率为14.81%。双敲除突变细胞株可作为供体细胞进行重构胚构建,为创造高产绒性状的FGF5基因编辑绒山羊奠定基础。     

中国H5N1禽流感病毒HA基因的分子进化分析

为了阐明中国H5N1禽流感病毒血凝素(HA)基因的分子进化规律,从GenBank下载中国近年来分离的27株禽流感H5N1病毒的HA基因,利用LaserGene软件包中的EditSeq程序剪切共同序列并翻译成氨基酸序列,与DNAMAN软件进行比对,并以LaserGene软件包中的MegAlign程序构建分子进化树,结合背景资料分析其传播流行规律。结果显示:①在HA裂解位点上游毗邻的位置,gdch04、gddu04、gxch0405、gxdu05、gxqu0502、hkcph05、stch05、stqu05、ynch0502株都缺失了三个碱基;②27株毒株在HA裂解位点上游毗邻的位置存在多个连续的碱性氨基酸;③来自广西的gxch0405、gxdu05、gxqu0502和来自香港的hkcph05、hkgh04的序列同源性很高,很可能与苍鹭的迁移有关;④来自广西的gxqu0502和来自香港的hkcph05亲源关系很近,很可能来自同一祖先。     

猪POU1F1基因5’侧翼区克隆及序列分析

POU1F1基因是POU基因家族的成员之一,对哺乳动物的早期发育和相关基因启动表达起重要的调控作用。本文利用染色体步移技术,从长白猪基因组中首次克隆到了约1．5kb的POU1F1基因5’侧翼区序列,并利用相关软件对其进行了序列分析和物种间POU1F1基因5’侧翼区序列比对及进化树构建。结果表明所克隆的片段中含典型的TATA盒（-57）和类CAAT盒序列（-87）。TESS软件分析发现在启动子附近有一系列潜在的重要的转录因子结合位点。序列比对结果表明不同物种POU1F1基因的转录起始点上游-150bp区域保守性较强,可能是启动子的核心序列。其中猪与牛的同源性最高,其次是黑猩猩、人、狗,与大鼠、小鼠和鸡同源性较低,与斑马鱼序列同源性最低。同源序列主要集中在转录起始点上游-150bp至-1000bp区域。Vista中的MLAGAN程序构建的系统进化树真实反应了物种间进化关系。