陆生念珠藻的耐干旱机制

念珠藻(Nostoc)是一类典型的耐干旱植物,它们的分布相当广泛,许多种都可在极端干燥的条件下生存。目前,对念珠藻尤其是陆生念珠藻耐干旱机制的探讨及其耐旱相关问题的研究是许多学者关注的热点。从总体上来说,念珠藻耐干旱的机制是其结构、生理及分子水平上协调作用的综合反映。作者对与高等植物不同的念珠藻特有的耐干旱机制进行了综述。     

不同温度对念珠藻生理生化特性的影响

文章尝试比较不同温度对念珠藻（Nostocsp.）细胞生长和生理特性的影响。主要内容是分别在10℃、25℃、35℃和40℃环境中对念珠藻进行9 d的室内培养，然后测定不同温度下念珠藻的生物量、光合活性、总多糖、总蛋白质和总脂质含量。研究结果表明，低温（10℃）对念珠藻细胞生长的促进与光合活性的提高基本无影响；而高温（35℃、40℃）会促进藻细胞的生长和光合活性的提升。也就是说，低温时念珠藻细胞的多糖含量几乎不变，蛋白质含量与脂质含量先升高后降低；而高温时多糖含量和蛋白质含量增加，脂质含量降低。以上结果说明温度胁迫会使念珠藻对生物大分子物质进行调控用于抵抗环境变化。     

发状念珠藻藻殖段的分化及其光合特性的研究

发状念珠藻 (NostocflagelliformeBorn .etFlah .)存在着两个重要而明显的个体发育阶段 ,即营养藻丝体和藻殖段。采用弱光 (铺垫砂粒遮光 ) ,红光或在白光下向培养基中加入DCMU (3,4_dichlorophenyl_1,1_dimethylurea)等方法 ,可促进营养藻丝体转变成藻殖段。用可见光吸收光谱、低温荧光发射光谱和光合放氧活性表示发状念珠藻藻丝体与藻殖段的光合特性 ,表明营养藻丝体和藻殖段的可见光吸收光谱和色素含量差别不大。而两者在不同光强范围 (110～ 12 0 0 μmol·m-2 ·s-1)和不同温度 (15～ 45℃ )下的光合放氧活性 ,表明发状念珠藻的藻殖段比营养藻丝体可能更适合在低光强下和较高的温度下生长。从荧光发射光谱可以看出 ,在光合能量传递中营养藻丝体比藻殖段在两个光系统之间的光能分配上更加均衡 ;但是藻殖段中藻胆体吸收光能向两个光系统的传递比营养藻丝体的更加有效。可以认为藻殖段的形成对光合作用的结构与功能产生影响。     

念珠藻生长特性研究

研究了念珠藻的生长周期、固氮特性、生长条件等生长特性.得出本实验念珠藻可以固氮;磷能有效制约其生长;需要长时间的光照等结果.     

利用16S rRNA基因分析3种念珠藻的亲缘关系

通过基因克隆和序列测定,获得了地木耳、发菜和葛仙米的16S rRNA序列。以集胞藻为外类群,采用邻接法(NJ)和最大简约法(MP),对14株念珠藻的16S rRNA基因序列进行系统发育分析,两种方法得到的系统发育树基本一致。结果显示:(1)三者间的遗传距离(0.0129~0.0261,平均值0.0203)均大于普通念珠藻的种内遗传距离(0.0007~0.0118,平均值0.0074),超过了种内差异程度,在系统树中这3种念珠藻分别聚簇在不同的分支上;(2)地木耳、发菜和葛仙米与裂褶念珠藻等其它7种念珠藻间的遗传距离(0.0423~0.0996,平均值0.0561)大于三者间的遗传距离,在系统树中聚类较近,而与其它念珠藻聚类较远。据此,可将地木耳、发菜和葛仙米归为念珠藻属3个不同的种,并且它们的亲缘关系较近。     

念珠藻属植物hetR基因的适应性进化分析

以念珠藻属(Nostoc)及其近缘类群hetR基因的51条序列为研究对象,对hetR基因的编码蛋白进行生物信息学分析和系统发育分析,并使用分支模型、位点模型和分支-位点模型进行该基因位点的适应性进化研究。系统发育分析结果显示,51条hetR基因蛋白序列可分为4个大分支。适应性进化分析结果表明,在3种进化模型中,大多数分支及藻株都没有检测到统计学上具有显著性的正选择位点,说明检测的位点大多处于负选择压力下。但在普通念珠藻(Nostoc commune,CHAB2802)中检测到正选择位点(126T),提示念珠藻属植物hetR基因发生了适应性改变。     

普通念珠藻营养物质及其利用

本文测定了普通念珠藻的粗蛋白、粗脂肪、糖及矿物质营养元素的含量.并研究普通念珠藻的提取物作为植物生长促进剂. 普通念珠藻的提取物用于小白菜、萝卜、生菜、绿豆及水稻种子能提高发芽率.例如,提取物粉末1g溶于1升水中,这种溶液稀释到1.25—5ppm,并浸种,在发芽率方面可观测到提高.     

发状念珠藻干旱胁迫响应基因NfGR的克隆与鉴定

该研究采用PCR技术,从发状念珠藻细胞中克隆了谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase,GR)基因,命名为NfGR,其开放阅读框长1 374bp,编码458个氨基酸,蛋白相对分子量为49.42kD,理论等电点为5.49。氨基酸序列分析表明,NfGR蛋白具有NADPH结合位点超家族(NADB-Rossmann superfamily)和吡啶氧化还原酶二聚体超家族(Pyr_redox_dim superfamily)2个结构域,与点形念珠藻(Nostoc punctiforme)的相似性达93%。系统进化树分析表明,NfGR与点形念珠藻处在同一进化枝上,亲缘关系较近。qRT-PCR表达分析表明,在不同浓度PEG-6000处理下,NfGR基因均保持上调表达,其中,PEG-6000浓度为8%时,NfGR基因的相对表达量达到峰值(32.69)。研究推测,谷胱甘肽还原酶可能参与了发状念珠藻对干旱胁迫过程的响应。     

发状念珠藻NfwspA3基因的克隆及其耐旱能力分析北大核心CSCD

水分胁迫蛋白(WSP,Water stress protein,)在植物耐干旱过程中起着重要作用。发状念珠藻具有极强的耐旱、耐盐和抗辐射等能力。本研究以发状念珠藻基因组DNA为模板,利用PCR技术克隆到一个发状念珠藻水分胁迫蛋白基因的开放阅读框(ORF)序列,命名为NfwspA3,其序列全长1017 bp。生物信息学预测表明,该基因可编码338个氨基酸残基,预测等电点为4.85,分子量为37.48 kD,为亲水性稳定蛋白,分布在细胞质中。构建了NfwspA3基因的重组表达菌株pET32aNfwspA3,以聚乙二醇-6000(PEG-6000)对其模拟干旱胁迫,发现重组菌株最高可忍耐60%浓度的PEG-6000,表现出较强的耐旱性,且具有较高的半乳糖苷酶活性。研究结果为探知发状念珠藻WSP蛋白逆境响应机制及其遗传改良提供了理论依据和基因元件。     

念珠藻属植物nifH基因的适应性进化分析

念珠藻(Nostoc)固氮过程关键在于固氮酶的催化,而固氮酶复合物中的铁蛋白(NifH)是由高度保守的nifH基因编码的,该基因是进化史上现存最古老的功能基因之一。该研究选取念珠藻属及近缘类群的nifH基因序列共40条,采用最大似然法构建系统发育树;运行PAML4.9软件,对nifH基因编码蛋白进行生物信息学分析,并使用分支模型、位点模型和分支-位点模型检测该基因的选择位点,探讨nifH基因的适应性进化特征。结果表明:(1)最大似然树显示内类群中该研究物种共分为6个分支(A、B、C、D、E和F),其中D和E是2个大的分支,每个大分支中又各包含2个特殊的小分支A、F和B、C,其中F分支包含新疆古尔班通古特沙漠采集到的9株念珠藻,A分支包含F分支及该研究测定序列的4株葛仙米,B分支包含本研究测定序列的4株地皮菜和3株未定种的念珠藻,C分支包含NCBI数据库中下载的5株念珠藻、鱼腥藻序列和本研究测定序列的1株念珠藻。(2)在所分析的3种进化模型中,仅通过分支-位点模型检测出14个统计学上显著的正选择位点,即1F、2S、3S、4T、5A、6F、7F、8I、9S、10C、17I、27Y、29D和31R位点,表明念珠藻属植物的nifH基因发生了适应性变化,分支-位点模型是研究藻类基因适应性进化较好的模型。