甜荞FaesSTK基因在长花柱长雄蕊突变体lpls中的表达分析

采用RACE技术,从甜荞(Fagopyrum esculentum Moench)中克隆获得3种花型的STK同源基因Faes STK,并对其序列特征进行分析。结果显示,甜荞3种花型植株STK同源基因序列一致,全长为967 bp,包含长689 bp的完整开放阅读框,编码一个由225个氨基酸残基组成的D类MADS-box转录因子。蛋白序列比对及系统发育分析结果表明,Faes STK蛋白属于MADS-box转录因子中的STK进化系。包含1个由57个氨基酸残基组成的高度保守的MADS结构域; 1个由82个氨基酸残基组成的次级保守区域的K结构域,在C端的转录激活区还含有另外2个高度保守的基序(AGⅠ和AGⅡ)。实时荧光定量检测结果显示,Faes STK基因主要在甜荞lpls突变体的雄蕊、雌蕊和不同发育时期的幼果中表达,在根和花被片中仅能检测到微弱的转录信号,在叶和茎中不表达,其中在雌蕊和果实中的表达量极显著高于其他组织。推测该基因在花发育过程中可能主要参与调控甜荞lpls突变体雌蕊和果实的发育。     

FaesAP2B基因在甜荞长雌蕊长雄蕊突变体lpls的表达分析

为弄清甜荞（Fagopyrum esculentum Moench.）长雌蕊长雄蕊突变体lpls花和籽粒发育调控的分子机制,从甜荞中克隆出1个长1 788 bp的AP2同源基因的cDNA序列,命名为FaesAP2B（GenBank登录号为MK290847.1）。序列结构分析表明：FaesAP2B基因包含1个长1 380 bp的完整开放阅读框（Open Reading Frame,ORF）,编码1个由459个氨基酸残基组成的AP2/ERF家族转录因子,该转录因子含有2个高度保守的AP2结构域,第1个AP2结构域前还存在1个由10个氨基酸残基组成的核定位信号区。用qPCR检测FaesAP2B基因在甜荞lpls突变体根、茎、幼叶、花被片、雄蕊、雌蕊以及发育4 d的果实共7种器官中表达的组织特异性显示：FaesAP2B在甜荞突变体lpls营养组织和生殖结构中均有表达,但其在花器官和果实等生殖结构中的表达量明显高于营养组织,且在雄蕊中的表达量最高,极显著高于其在其他6种组织中的表达量（LSD,P<0.01）,同时,FaesAP2B在花被片、雌蕊和发育4 d的果实中的表达量均极显著高于其在根、茎和叶等营养器官中的表达量（LSD,P<0.01）,但该基因在其根、茎、叶间的表达量无显著性差异。推测该基因可能主要参与调控甜荞lpls突变体花和果实的发育。     

甜荞FaesAP2基因的克隆与表达分析

本研究采用同源克隆和RACE技术,从甜荞（Fagopyrum esculentum Moench.）品种'西农9976'中分离出调控花器官发育的FaesAP2基因,该基因序列全长1668 bp,包含1个长为1374 bp的完整开放阅读框,共编码457个氨基酸。序列比对以及系统发育分析结果发现,FaesAP2蛋白拥有2个高度保守的AP2（APETALA2）结构域,在第1个AP2结构域前端有1段由10个氨基酸残基组成的高度保守的核定位信号区;系统发育分析显示其与拟南芥（Arabidopsis thaliana（L.） Heynh.） AP2转录因子的亲缘关系较近。基因表达模式分析表明,该基因在甜荞pin型和thrum型花的雄蕊和雌蕊中有明显的表达,但在幼叶和花被片中不表达,且其表达量在2种类型花不同发育时期呈现明显的变化,均在花药迅速膨大期达到最高值,因此推测该基因在甜荞花发育过程中可能参与了花器官发育的调控。     

甜荞查尔酮合酶基因Chs的克隆及序列分析

利用RT-PCR技术从甜荞中克隆得到查耳酮合酶(CHS)的cDNA开放阅读框(ORF)序列,命名为FeChs,NCBI登录号为GU172166.1.该序列长1 179 bp,编码392个氨基酸,与其它植物CHS基因的同源性为78%～92%,其推导的氨基酸序列含有CHS高度保守的活性位点及CHS的标签序列GFGPG.     

蕙兰CyfaSTK基因的克隆与表达分析

采用同源克隆的方法,从蕙兰（Cymbidium faberi Rolfe）花芽中克隆获得CyfaSTK基因的cDNA序列,并对其进行生物信息学分析及基因表达分析。结果显示,该基因全长843 bp,其中开放阅读框（ORF）长705 bp,共编码234个氨基酸和1个终止密码子。同源蛋白序列比对及分子系统发育分析结果表明,CyfaSTK蛋白属于D类MADS-box转录因子STK-like进化系,含有MADS、I、K和C等4个结构域,其C末端转录激活区含有2个保守的基元：AG motifⅠ和AG motifⅡ,此外,还具有一个在天门冬目植物中相对保守的基元MD motif。基因表达的组织特异性分析结果显示：蕙兰CyfaSTK基因在花萼、花瓣、唇瓣、药帽、子房中均有表达,但在叶片中不表达,其中在子房中的表达量与其他组织相比,差异达到极显著水平;CyfaSTK在花芽经过休眠后的萌动期表达量最高,且在开花当天该基因表达量有上升趋势。研究结果表明CyfaSTK基因不仅参与调控蕙兰花器官的发育过程,且对子房及合蕊柱的正常发育具有重要作用。     

甜荞FeFUL2基因的克隆与表达分析

为了探索甜荞FUL同源基因参与花与籽粒发育调控的分子机制,该文采用同源克隆的方法从甜荞(Fagopyrum esculentum)长花柱和长雄蕊突变体(lpls)中克隆到1个长837 bp的FeFUL2基因(GenBank登录号为MG779493.1),其包含长690 bp的完整开放阅读框,编码1个由229个氨基酸残基组成的MADS-box转录因子。通过对FeFUL2进行分子系统发生、同源蛋白比对与转录因子结构分析,结果显示FeFUL2与核心真双子叶植物AP1/FUL亚家族转录因子中的euFUL进化系聚于1个进化分支,属甜荞euFUL型MADS-box转录因子,且包含1个57个氨基酸残基长的高度保守的MADS结构域、1个69个氨基酸残基长的次级保守的K结构域,其C末端转录激活区在序列长度和氨基酸残基组成上与其他euFUL型转录因子差异较大,但仍含有2个euFUL型转录因子特有的保守基元:FUL motif和paleo AP1 motif。用qPCR检测基因表达的组织特异性显示:FeFUL2基因在甜荞lpls突变体的根、茎、叶、花被片、雄蕊、雌蕊和发育4 d的幼果中均有表达,但其在花被片中表达量极显著高于该基因在其他器官中的表达量(LSD,P0.01)。综合转录因子的结构与基因的表达模式推测,FeFUL2基因与其他euFUL型基因的功能可能存在一定差异,其在花发育过程中可能主要参与甜荞花被片的发育调控。     

烟草花发育基因Nfbp6在花粉和胚珠形成过程中的特异表达

Nfbp6是从烟草中克隆的一种调节花发育的基因 ,与已知的C类基因有很高的同源性 .应用RNA原位杂交技术 ,对其在烟草花发育的各个阶段的表达进行了研究 .结果表明Nfbp6在花器官原基的早期分化、形成过程中有一定表达 .在后期花芽发育过程中 ,Nfbp6的转录加强 ,尤其在花粉和胚珠发育过程中表达强烈 .同时 ,Nfbp6在花柱引导组织和花药裂缝细胞、早期环式细胞簇中也有一定表达     

水稻无内稃突变体的遗传分析和基因定位

花器官发育异常的突变体是研究植物花发育分子遗传机制的良好实验材料,以水稻无内稃突变体为父本,生47、N625和CDR22为母本配制杂交组合进行性状遗传分析,根据F2代表型及X^2测验结果表明,突变性状是由单隐性基因控制的,选用突变体为父本,生47为母本杂交的F2群体作定位群体,利用SSLP标记的和RFLP标记将与突变性状相关的基因定位在第6染色体短臂上RFLP标记C498和RZ450之间,暂定名为npa-1。为进一步的基因克隆及功能研究奠定了基础。     

甜荞柠檬酸转运蛋白基因FeFRD3的克隆及表达分析

该研究采用同源克隆策略,从甜荞中克隆到1个柠檬酸转运蛋白基因FeFRD3(GenBank登录号为MG462907)。FeFRD3基因含一个1 554bp开放阅读框,编码517个氨基酸,预测蛋白分子量为55.83kD,等电点为8.48。生物信息学分析显示,FeFRD3蛋白含有8个跨膜区,定位于质膜和液泡膜上。蛋白序列分析结果表明,FeFRD3与拟南芥、大豆和水稻的FRD3同源蛋白有较高的序列一致性。系统进化树分析表明,FeFRD3属于具有将铁由根向地上部位长距离转运功能的柠檬酸转运蛋白,且与拟南芥AtFRD3亲缘关系最近。qRT-PCR分析结果表明,FeFRD3基因在甜荞根、茎、叶和种子中均有表达,但在根中的表达量最高,在种子中的表达量最低;缺铁胁迫没有影响FeFRD3基因在根中的表达,但高铁胁迫明显诱导了该基因在根中的表达。研究结果为进一步深入研究FeFRD3基因在甜荞铁长距离转运中的功能奠定了基础。     

中国水仙NtAP1基因的克隆与表达分析

采用RT-PCR和RACE技术,从中国水仙(Narcissus tazetta var.chinensis)幼嫩花芽中分离得到1个与花发育相关的MADS-box基因,将其命名为NtAP1(GenBank登录号为JN704304)。该基因全长1 155bp,含有1个762bp的开放阅读框,编码253个氨基酸。系统进化分析表明,该基因属于AP1-like基因。半定量RT-PCR分析表明,该基因在水仙品种‘金盏银台’和‘玉玲珑’的花瓣、副冠、雄蕊和雌蕊中均有表达,且在雌蕊中的表达量最高。研究认为,该实验分离出的NtAP1基因在‘玉玲珑’重瓣的形成过程中没有发挥重要的作用。     

Characterization of heat-induced aggregates of globulin from common buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench)

Some physicochemical properties and the microstructure of heat-induced aggregates of globulin from common buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench) (BWG) formed at 100 °C in 0.01 M phosphate buffer containing 1.0 M NaCl, pH 7.4 were studied. Differential scanning calorimetric (DSC) analysis shows a re-distribution of native and extensively denatured proteins in the heat-induced aggregates of BWG, particularly in the ISA fraction. Sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoretic (SDS-PAGE) analysis suggests the occurrence of both dissociation and association of molecules and the involvement of intermolecular disulfide linkages during thermal aggregation. Transmission electron microscopy (TEM) reveals that native BWG appeared as uniform compact globules with diameters ranging between 11.7 and 12.5 nm. TEM examination of the buffer-soluble aggregates, fractionated by sucrose density gradient ultracentrifugation, demonstrates the formation of strand-like small aggregates and large compact globular soluble macroaggregates.     

日光紫外线B辐射对甜荞苯丙烷代谢的影响

对甜荞(Fagopyrum esculentum Moench)苯丙烷次生代谢受紫外线B辐射的响应进行了研究.结果表明:不仅卢丁、槲皮素等黄酮类化合物含量在紫外线B辐射下显著升高,而且叶片苯丙烷单环酚类化合物,如阿魏酸含量等也大幅度升高,两类化合物的应激提高对甜荞的UV-B胁迫提供了重要的保护作用.     

不同荞麦品种对铅胁迫的耐性差异

用不同浓度的铅处理荞麦7 d后,研究了植株对铅胁迫的耐性差异。结果表明,低浓度铅胁迫对荞麦根的生长表现出一定的促进作用;随着铅浓度的升高,根系生长受到抑制程度加重,但不同品种之间有差异,其中以西荞1号抑制最为严重,九江苦荞比较轻微,晋荞1号处于二者之间。在高浓度铅处理下(1 500μmol.L-1),不同荞麦品种的质膜相对透性均比对照有不同程度上升,以西荞1号升高幅度最大,九江苦荞变化相对较小;而叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素含量均有不同程度下降,其中西荞1号下降幅度最大,九江苦荞变化较小;植株可溶性蛋白质含量均低于对照,其中西荞1号下降幅度最大,而九江苦荞几乎没有变化。所测试的3个荞麦品种对耐铅性存在明显差异,其中以九江苦荞耐铅能力最强,西荞1号最差。     

AtNHX1基因对荞麦的遗传转化及抗盐再生植株的获得

通过农杆菌介导法将拟南芥液泡膜Na /H 反向转运蛋白基因AtNHX1转入荞麦中,在2·0mg/L6-BA、0·1mg/LIAA、1mg/LKT、50mg/L卡那霉素和500mg/L头孢霉素的MS培养基上进行选择培养,从来源于864块外植体的36块抗性愈伤组织中共获得426棵再生植株(转化频率为4·17%)。经PCR、Southern印迹分析、RT-PCR和Northern检测,初步证实AtNHX1基因已整合至荞麦基因组中。用200mmol/L的盐水对转基因植株和对照植株进行胁迫处理6周,转基因植株能够生存,而对照植株死亡。用不同浓度的NaCl溶液处理转基因植株和对照植株,发现Na 及脯氨酸含量在转基因植株中的积累水平显著高于对照植株,而K 的含量在转基因植株中的积累水平低于对照植株。次生代谢产物黄酮类化合物芦丁在转基因植株根、茎和叶片中的含量也比对照植株明显要高。这些结果表明利用基因工程手段提高作物的耐盐性是可行的。     

Anther culture and androgenetic plant regeneration in buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench)

Anther culture for haploid induction of buckwheat was studied over a period of five years. Approximately 24,000 anthers were isolated and cultured on different culture media. The regeneration capacity was generally very low. Data are presented for experiments that included 7278 anthers on which 99 calluses were formed and 20 buds regenerations were noted. Regeneration occurred most readily on gellan-gum solidified media, with 90 g l^-1 maltose, 2.5 mg l^-1 BA, 0.5 mg l^-1 IAA, and preferably in darkness. Haploid cells, as established by chromosome counts, were observed in eight regenerants. Several abnormalities of pollen development in vitro were detected. Starch presence in pollen as a possible sign of androgenic capacity was studied. Microspores in uninucleate and early binucleate stages contained only proplastids, while in adult pollen grains a number of amyloplasts were present.Abbreviations BA benzyladenine - IAA indole-3-acetic acid - 2,4 D-2,4-dichloro-phenoxyacetic acid - IBA indole-3-butyric acid - 2iP 6- c,c-dimethylallylaminol-purine - NAA -naphthalene acetic acid     

外源蔗糖对盐胁迫荞麦幼苗根系生长的缓解效应

实验结果表明,盐胁迫下,添加外源蔗糖后,荞麦根系伸长生长和根系活力增加,超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性下降,过氧化氢酶（CAT）活性升高,丙二醛（MDA）含量下降,总黄酮含量和苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性极显著升高。     

苦荞和甜荞查尔酮合成酶基因的克隆及序列比较

以苦荞品种‘西农9920’和甜荞品种‘西农9976’为材料,根据其它植物查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS)基因DNA序列的保守区域设计的一对简并引物,进行PCR扩增,从2种荞麦基因组中克隆出了长度均为860 bp的CHS基因片段,对其进行回收、克隆,挑选阳性克隆测序;序列分析表明这2个片段含有CHS基因的N端和C端的结构域,分别为苦荞和甜荞的CHS基因片段,命名为FtCHS和FeCHS。对获得的2种荞麦CHS基因的DNA序列进行比较分析,发现两者间存在多达43处单碱基多态性,这些单碱基多态性可能是苦荞和甜荞种子中类黄酮含量差异的重要原因之一。苦荞和甜荞CHS与其它植物CHS的氨基酸序列的进化分析表明,其与同为蓼科的掌叶大黄和石竹科的满天星的同源性较近。     

Somatic Embryogenesis and Bud Formation on Cultured Fagopyrum esculentum Hypocotyls

An indirect somatic embryogenesis via the development of proembryogenic cell complexes (PECC) was observed in the in vitro cultured hypocotyl explants of 4–5-day-old buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench.) seedlings. PECC development was shown to depend on culturing conditions, including 2,4-D concentration and the period of explant exposure to 2,4-D, sucrose concentration, and explant density. The culturing protocol was designed to ensure the development of buckwheat somatic embryos in two-month period. The cytogenetic analysis demonstrated that this protocol did not affect the chromosome numbers in the regenerated plants.     

Pb hyperaccumulation and tolerance in common buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench)

Common buckwheat grown in Pb-contaminated soil was found to accumulate a large amount of Pb in its leaves (8,000 mg/kg DW), stem (2,000 mg/kg DW), and roots (3,300 mg/kg DW), without significant damage. This indicates that buckwheat is a newly recognized Pb hyperaccumulator, which is defined as a plant containing over 1,000 mg/kg of Pb in its shoots on a dry-weight basis. Moreover, it was shown that application of the biodegradable chelator methylglycinediacetic acid trisodium salt at concentrations of up to 20 mmol/kg resulted in a more than five times higher concentration of Pb in the shoot without notable growth inhibitation at up to 10 mmol/kg. These results indicate that buckwheat is a potential phytoremediator of Pb-contaminated soils.