兰科菌根真菌对干旱胁迫下铁皮石斛生长和抗氧化能力及相关基因表达的影响

利用盆栽的方式研究了干旱胁迫下接种兰科菌根真菌(OM)对铁皮石斛生长的影响,并分析了铁皮石斛叶片相对含水量、游离脯氨酸含量、电解质渗透率、丙二醛(MDA)含量、活性氧成分、抗氧化酶活性变化,用定量PCR技术分析了相关抗氧化酶基因的表达特性,以探讨菌根真菌对铁皮石斛干旱胁迫的缓解作用及其机制。结果表明：(1)与正常水分条件相比,干旱胁迫显著降低了铁皮石斛幼苗的生物量和叶片相对含水量,提高了叶片电解质渗透率、脯氨酸含量、MDA含量、O-·2产生速率和H2O2水平。(2)菌根真菌能显著提高干旱胁迫下铁皮石斛叶片相对含水量,降低叶片电解质渗透率、脯氨酸含量、MDA含量、O-·2产生速率和H2O2水平;在不同水分条件下,菌根真菌均能有效促进铁皮石斛幼苗生长,其株高、根重、茎叶重和总生物量均大于未接种组。(3)菌根真菌可诱导干旱胁迫下铁皮石斛超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)基因的表达,提高SOD、POD和CAT的活性,有效缓解干旱胁迫对质膜的过氧化伤害。研究认为,菌根真菌能提高干旱胁迫下铁皮石斛的抗氧化酶活性及其相关基因表达水平,增强铁皮石斛抗氧化防御能力,有效缓解干旱胁迫对铁皮石斛幼苗生长的抑制。     

硝酸镧和兰科菌根真菌对铁皮石斛生理特性的影响

利用盆栽的方式研究了不同硝酸镧水平(0、1.0、3.0、5.0和7.0mg·L-1)下接种兰科菌根真菌对铁皮石斛生物量、多糖和蛋白质合成的影响,并分析了叶绿素含量、丙二醛(MDA)含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性的变化,以探讨硝酸镧和兰科菌根真菌对铁皮石斛生理特性的影响。结果表明:(1)添加适量的硝酸镧有利于菌根真菌侵染和菌根发育,提高铁皮石斛幼苗生物量。(2)在接种菌根真菌的同时添加5.0mg·L-1的硝酸镧,铁皮石斛的根重、茎叶重和总生物量均达到最大,分别是未添加硝酸镧以及未接种对照组的4.26倍、4.98倍和4.87倍,其菌根侵染率也高达92.8%;而且可显著提高叶片中叶绿素含量,并显著降低细胞内的丙二醛含量。(3)在适量(5.0mg·L-1)的硝酸镧水平下接种菌根真菌能促进铁皮石斛幼苗多糖和蛋白质的合成,并显著提高细胞内SOD、CAT和POD活性。研究认为,菌根真菌与适宜浓度硝酸镧(5.0 mg·L-1)联合使用能显著促进铁皮石斛菌根的形成,增强植株的生理活性和适应能力,提高其生物量和多糖等活性成分的积累,有效改善铁皮石斛的药用品质。     

铁皮石斛组培苗菌根真菌接种效应

本研究以铁皮石斛无菌组培苗为材料,通过接种菌株建立组培苗菌根共生培养体系,对接种共生的组培苗各生长阶段进行比较研究,以探讨接菌菌株对无菌组培苗生长的影响并筛选出最佳菌株,为铁皮石斛快速优质繁殖提供思考和借鉴。结果表明:D1菌株、D2菌株和D3菌株对铁皮石斛无菌组培苗地上部分生长和根系生长均有明显促进作用,组培苗D1、D2、D3处理的平均鲜重增长率分别比对照组(CK)高27.4%、9.8%、19.7%,与CK相比差异均达极显著水平(p0.01);组培苗D1、D2、D3、D5处理的根增长率分别比CK高23.1%、34.7%、49.1%、36.5%,与CK相比较差异达极显著水平(p0.01)。除了D4以外的大多数菌株可明显促进铁皮石斛组培苗叶片光合色素的累积,为植物生长提供充足的营养物质,进而促进组培苗的生长。     

兰科石斛属植物菌根真菌研究进展

石斛属(Dendrobium)隶属于兰科(Orchidaceae)树兰亚科(Epidendroideae)石斛兰族(Dendrobiinae),是兰科最大的属之一,终生附生于树上或岩石上。石斛属很多种类具有很高的药用价值与观赏价值。由于人为过度采挖和野生生境的破坏,使得野生石斛资源濒临灭绝。石斛属植物为典型的兰科菌根植物,在自然条件下需要与真菌共生,才能完成生活史。菌根真菌对于石斛属植物的种子萌发和植株生长具有重要的作用。对石斛属植物菌根的形成、菌根真菌的作用、菌根真菌多样性及菌根技术在石斛属植物中的应用做了评述,并对今后的研究内容和重点提出了一些思路。     

铁皮石斛DobHLH33转录因子启动子的克隆及表达分析

为初步探究碱性螺旋-环-螺旋（basic helix-loop-helix, bHLH）家族成员DobHLH33基因在铁皮石斛（Dendrobium officinale Kimura et Migo）中的生物学功能,本研究从铁皮石斛中克隆了DobHLH33基因的启动子序列。结果显示,克隆出DobHLH33基因起始密码子上游启动子序列1 821 bp,经PlantCARE预测分析该序列包含逆境胁迫顺式作用元件、光响应元件、激素响应元件、TATA-box、CAAT-box和CAAT-box核心启动子元件等。构建了DobHLH33启动子的β-葡萄糖苷酸酶（β-glucuronidase, GUS）融合表达载体并通过花序浸染获得拟南芥转基因植株。GUS染色结果显示,该启动子能够驱动GUS基因在幼苗及各器官部位叶、花、果、柱头、花粉和叶脉中表达,其中在幼苗中表达最强;转基因幼苗在甘露醇和氯化钠胁迫下,DobHLH33启动子活性受诱导,转基因幼苗GUS染色明显加深。综上所述,DobHLH33可能参与铁皮石斛生长发育以及高盐和渗透胁迫响应,为铁皮石斛bHLH家族的功能研究提供基础和参考依据。     

铁皮石斛内生真菌分布

本研究从铁皮石斛(Dendrobium officinale)根、茎和叶中分离得到内生真菌67株,经形态学和分子生物学鉴定分别归属于16个属,Fusarium和Alternaria为铁皮石斛内生真菌的优势种群。研究发现,铁皮石斛根、茎、叶中内生真菌分布存在较大差别,具有一定的组织差异性,不同石斛植物中内生真菌的存在情况差别较大,具有一定的宿主差异性。本研究丰富了真菌资源,为石斛属药用植物内生真菌资源的开发利用提供了基础理论依据。     

铁皮石斛体细胞胚胎发生类受体激酶基因DoSERK的克隆和表达分析

为了解铁皮石斛(Dendrobium officinale)中的体细胞胚胎发生类受体激酶基因DoSERK 的功能,在转录组测序数据的基础上克隆了DoSERK 的全长cDNA。结果表明,DoSERK 与其他植物的SERK 高度同源,编码633 个氨基酸。生物信息学分析表明,DoSERK蛋白为亲水蛋白并定位于质膜,具有1 个信号肽、1 个富脯氨酸区域、1 个跨膜区、5 个富亮氨酸重复序列以及1 个保守的蛋白激酶活性结构域,属于SERK 蛋白家族成员。系统进化树分析表明,DoSERK 与同为兰科植物的文心兰(Cyrtochilum loxense)以及卡特兰(Cattleya maxima)的SERK 亲缘关系最近。组织表达分析表明,DoSERK 在铁皮石斛中广泛表达,以幼嫩小苗根部的表达量最高。这些说明DoSERK 除了可能参与铁皮石斛体胚发生过程以外,还参与其他生长发育过程。     

兰科植物菌根真菌的研究进展

兰科（Orehidaceae）是仅次于菊科（Composltae）的一个兴盛、复杂的植物类群,广布于全球,多数种是著名的药用植物和珍贵花卉。兰科植物具有三大特点：第一、其花形状奇特,色彩艳丽,芳香宜人,授粉机制独特而复杂;第二、种子细小,仅具未分化的原胚;第三、在生活史中,与真菌共生形成内生苗根。因而,长期以来受到人们的普遍喜爱,带来了较高的商业利益,科学家,园艺工作者也从各个角度对兰科植物作了大量的研究。本文从兰科菌根的共生物之———菌根真菌的角度对有关其分类及与植物之间的专一性的研究状况进行了分析讨论,旨在为从…     

铁皮石斛组培苗与菌根真菌共培养过程中的相互作用

由于人为的滥采滥挖和野外生境的退化, 使得铁皮石斛 (Dendrobium officinale) 这种名贵的中药材一直处于极度濒危的状态。为了从菌根真菌的角度给人工保育铁皮石斛提供理论指导, 对铁皮石斛的组织培养苗人工接种‘GDB181’菌株 (Epulorhiza sp.) 。培养60d后, 接菌苗平均鲜重增长率比对照苗高出了84.8%。在营养元素含量方面, 接菌苗的B、Si、Fe、Cu和Mn元素含量的净增率分别为780%、533%、192%、191%和128%, 均在100%以上;其他元素含量也有不同程度的增加 (除Zn外), 结果证明两者有效地建立了共生关系。在显微和超微结构的观察中发现:真菌菌丝随机破坏铁皮石斛的根被入侵到外皮层, 并从外皮层细胞不断扩展延伸到皮层的大型细胞, 最后在大型细胞中被分解消化。在真菌侵染过程中, 被侵染的皮层细胞的细胞壁严重扭曲变形, 菌丝在皮层细胞形成菌丝结, 菌丝结常位于细胞核附近或包围细胞核。在皮层的大型细胞中, 菌丝细胞被植物的溶酶体包围, 部分或全部被消解, 出现脱壁或失去细胞质甚至成为空腔等变化, 最终形成衰败的菌丝残骸, 溶酶体也随之消失。溶酶体分布越多的部位, 菌丝细胞消解变形越严重。含有菌丝残骸的皮层细胞可被新侵染的菌丝重新定殖, 这一菌丝侵染被消化再侵染的过程在铁皮石斛生长发育过程中可不断重复发生。     

铁皮石斛SAPK基因家族鉴定及表达模式分析

为研究铁皮石斛(Dendrobium officinale)应激活化蛋白激酶(stress-activated protein kinase, SAPK)基因家族的功能,综合多种生物信息学技术鉴定铁皮石斛SAPK (DoSAPK)家族成员,分析它们的理化特性、染色体定位、系统进化树、基因结构和启动子顺式作用元件等,并通过荧光定量PCR技术检测它们在不同组织、低温处理及盐胁迫处理后的表达量。结果表明,铁皮石斛有8个SAPK家族成员,分为group I、group II和group III亚家族,分布在7条染色体上,且2对基因间存在复制关系。在同一亚族中的家族成员具有类似的基因结构、保守基序和蛋白质二级结构。DoSAPK家族基因的启动子区域富含大量激素响应和胁迫应答相关的调控元件。不同DoSAPK成员在铁皮石斛各组织中均有不同程度的表达,具有组织表达特异性。在低温和盐胁迫处理下呈现差异化表达,可能受到低温和盐胁迫的调控,特别是DoSAPK1在铁皮石斛逆境应答过程中可能起着重要的作用。本研究为铁皮石斛DoSAPK家族基因及其功能的深入研究提供了参考。     

铁皮石斛类唾液酸转移酶基因的分子鉴定

利用RT-PCR和RACE技术,从珍稀濒危药用植物铁皮石斛(Dendrobium of ficinale)中分离到一个类唾液酸转移酶(sialylt ransferase-like proteins,STLP)基因,命名为DoSTLP1(GenBank注册号KC178574).序列分析结果表明,DoSTLP1基因全长cDNA为1 340 bp,编码1条由367个氨基酸组成的肽链,分子量41.66 kD,等电点8.64;DoSTLP1蛋白具有唾液酸转移酶和糖基转移酶29家族的保守结构域(分别为1～357,87～346位氨基酸)、信号肽(1～27)和跨膜结构域(3～25,285～311).多序列比对和系统进化结果显示,DoSTLP1与多种植物的STLPs基因有较高的相似性(44.7％～53.7％),而且与水稻、玉米等单子叶植物STLPs基因的亲缘关系较近.实时定量PCR分析显示,DoSTLP1基因在铁皮石斛根、茎、叶器官中为组成型表达,其转录本在石斛根中的相对表达量较高,为叶中的2.857倍,茎和叶中的表达量无显著差异.该研究为进一步解析该基因在铁皮石斛生长发育过程中的生物学功能奠定基础.     

铁皮石斛蔗糖磷酸合成酶基因的克隆与原核表达

应用同源序列克隆法克隆了铁皮石斛蔗糖磷酸合成酶(SPS)基因cDNA全长,并进行了原核表达分析,为进一步研究该基因的时空表达、功能分析及多糖合成机理提供理论依据。结果表明:(1)铁皮石斛SPS基因cDNA全长3 502bp,编码区3 186bp,GenBank登录号JF423929。该基因编码1 061个氨基酸,与文心兰的SPS基因氨基酸序列的一致性最高为93%,与其他科植物SPS基因的氨基酸序列的一致性均高于60%。(2)原核诱导表达结果显示,SPS基因在大肠杆菌中的重组蛋白分子质量约为118.7kD,其表达与序列分析推测的结论一致。(3)生物信息学分析表明,铁皮石斛SPS基因的二级结构包括了螺旋、β-折叠和无规则卷曲,是非跨膜结构的亲水性不稳定蛋白,有2个功能结构域,分别是蔗糖合成功能域及糖基转移功能域。     

美花石斛菌根真菌接菌方式与接种效应初步研究

自然条件下,兰科菌根真菌的共生对于兰科植物种子萌芽和植株生长是必不可少的。为探讨有益共生真菌对兰科植物生长的促进作用,特别是在实验室环境下接菌方式的改变与接种效应直接的联系,本研究从野生美花石斛(Dendrobium loddigesii Rolfe.)新鲜营养根中分离、筛选出3种菌根真菌（M1、M2和M3）,采用单一接菌和混合接菌的接种方式,分析3个菌株及其不同接种方式对美花石斛生长的影响。研究得到优势菌株M1和M3,并证实混合接菌对美花石斛的生物量增长具有较好的正效应,两两混合接种方式M1-M2、M2-M3及3个混合接种方式M1-M2-M3均能较好的促进美花石斛生物量的积累。充分发挥混合接菌对兰科植物生长发育所产生的效能,提高生产效率,具有较强的现实意义。     

铁皮石斛钙网蛋白基因DoCRT1的分子克隆与表达研究

该研究采用RACE克隆铁皮石斛钙网蛋白(calreticulin,CRT)基因DoCRT1,进行生物信息学分析,并借助定量PCR检测基因表达模式,为揭示该基因在铁皮石斛生长发育及逆境生理中的分子作用奠定基础。结果表明:(1)DoCRT1基因(GenBank登录号KT957551)cDNA全长1 672bp,ORF长1 275bp,编码一条由424个氨基酸组成的多肽,分子量49.05kD,等电点4.42,具有CRT蛋白保守的钙网蛋白/钙联接蛋白P结构域(205~320)和类伴刀豆球蛋白凝集素/葡聚糖酶结构域A(20~222)以及多个基序;蛋白N端含有一个信号肽(1~23)和一个跨膜区域(8~24),预测结果显示主要定位于细胞液泡、胞外,与多种植物CRT蛋白一致性很高(80%~87%)。(2)DoCRT1蛋白与OsCRT1/2、ZmCRT1亲缘关系近,聚在CRT进化树的CRT1/2分支。(3)qRT-PCR检测结果显示,DoCRT1基因转录本在石斛根中表达量较高,为叶中的2.23倍,且茎与叶中表达量无显著差异。     

铁皮石斛M型硫氧还蛋白基因的分子特征

利用RT-PCR和RACE技术,从珍稀濒危兰科药用植物铁皮石斛中分离到1个编码M型硫氧还蛋白(TRX)基因cDNA全长,命名为Do TRXm1(GenBank注册号KC178573).序列分析结果表明,DoTRXm1基因长850 bp,ORF(570 bp)编码1条由189个氨基酸组成的肽链,分子量20.32 kD,等电点9.44;DoTRXm1蛋白具有保守的硫氧还蛋白结构域(第87～187位氨基酸)和催化位点(106～124).多序列比对和系统进化分析结果显示,DoTRXm1与植物M型TRXs基因有较高相似性(53％～70％),与水稻、玉米以及高梁等单子叶植物TRXs聚在1个分支,隶属于M型TRXs基因进化系统的Ⅱ类群.实时定量PCR分析显示,DoTRXm1基因为组成型表达,其转录本在石斛根中的相对表达量较高,为叶中的5.63倍,茎中次之(2.35倍),叶中最低.该研究为进一步解析DoTRXml在铁皮石斛生长发育、逆境胁迫等过程中的生物学功能奠定基础.     

铁皮石斛DORCA基因的克隆及表达分析

为了研究铁皮石斛的光合特性,根据Rubisco活化酶(RCA)基因的保守序列设计兼并引物,采用RT-PCR和RACE方法从铁皮石斛叶中分离到一个RCA基因,命名为DORCA(GenBank登录号KT205841)。DORCA基因cDNA全长为1 724bp,包含1 317bp开放阅读框(ORF),编码438个氨基酸。系统进化分析显示,DORCA与马蹄莲ZaRCA(AAK25801.1)亲缘关系最近。生物信息学分析表明,DORCA与其他植物的RCA蛋白具有较高一致性,属于RCA的β亚基。DORCA蛋白具有定位于叶绿体的N端转运肽,2个保守的ATP结合结构域和多个磷酸化位点。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析表明,DORCA基因在茎、叶中表达;在自然光周期条件下,DORCA基因在8:30时表达量最高,20:30时表达量最低,具有明显的光诱导表达特性。