基于叶绿体基因组分析我国苜蓿属植物演化路径

全球苜蓿属植物约87种,我国有15种,大多为广布种,可生活在不同的生境当中。该属植物由于荚果等形态变异复杂,繁育系统多样,其进化历史一直是本领域关注的热点问题之一。随着分子生态学的发展,利用基因组学的方法解决生态学问题不断报道,但目前我国苜蓿属物种的叶绿体基因组数据缺乏,有关其演化路径的研究尚少有开展。为此,选取了我国苜蓿属10个代表物种和胡卢巴属1种,测序比较其叶绿体基因组结构特征,基于叶绿体基因组和核ITS序列构建分析其系统发育关系,并结合物种地理分布生境特征探究我国苜蓿属植物的演化路径。结果显示,以上苜蓿属植物的叶绿体基因组大小为121-127 kb,均为非典型的"四区"结构,缺失反向重复区。在10个苜蓿属物种的叶绿体基因组中共检测到1,273个SSR位点,这些SSR位点可以作为潜在的分子标记用于我国苜蓿属植物资源的鉴定。供试苜蓿属物种的叶绿体基因组共发生6次基因倒位。天蓝苜蓿的2个倒位发生在基因atpB到ycf3、ndhC到trnL^UAA之间的区域;青海苜蓿和花苜蓿的叶绿体基因组共享4个倒位,分别位于基因psbM到psaA、ndhB到trnN^GUU、ndhB到rpoA以及clpP到rpl20区间。天蓝苜蓿中还存在clpP、rpoC1和atpF基因内含子的丢失现象。基于叶绿体基因组及ITS序列构建的苜蓿属系统发育关系,支持传统上将苜蓿属划分为紫苜蓿组、南苜蓿组、阔荚苜蓿组和天蓝苜蓿组的分类处理。其中,直果胡卢巴、单花胡卢巴与毛荚苜蓿形成一支,位于系统树的基部,支持中国苜蓿属和胡卢巴属之间存在过渡类型"类苜蓿植物"的观点。分析我国苜蓿属植物的分化原因可能与这些物种的生境有关,特别是年平均温度可能是导致苜蓿物种分化的决定性因素。     

常绿阔叶林下石生藓类对森林植被发育的影响

为探讨石生藓类在森林植被稳定性、完整性维持中的作用,分析了浙江龙王山常绿阔叶林5种异质性生境缀块中石生藓藓丛维管植物的分布格局．结果表明,藓丛维管植物组成及分布受藓丛生长态势、蓄土持水能力及生境干扰程度等众多因子的综合影响．缀块1、5原生生境保持较好,藓丛平均厚度、干重、最大持水量、蓄土量以及土壤自然吸湿率等显著高于遭受不同程度干扰的缀块2、3、4,如藓丛平均厚度排序为缀块5(2．2cm)>缀块1(2．0cm)>缀块2(1．5cm)>缀块3(1．1cm)>缀块4(0．9cm),藓丛维管植物种数排序为缀块5(16)>缀块1(14)>缀块3(9)>缀块2(8)>缀块4(7),藓丛维管植物盖度排序为缀块3(30．0％)>缀块1(28．5％)>缀块5(26．5％)>缀块2(17．0％)>缀块4(4．5％)．认为在森林被发育过程中,林下石生藓类具有涵养水分、蓄积土壤、截留枯落物、富积养分、溶蚀岩面及成土等功能,对改良林下岩面生境条件具有重要作用．有利于森林维管植物更新,对森林植被范围拓展及各类干扰地植被恢复与保持具有积极意义．     

金花菜应用研究进展

金花菜是一年生或越年生苜蓿,可作为绿肥、蔬菜、饲草等利用。本文对金花菜的植物学特征,科学分类及分布进行了简述。总结了金花菜在我国的利用情况,包括菜用价值,饲用价值,药用价值,绿肥作用等。最后,展望了金花菜今后的发展方向,提出应加强种质资源的保护与利用,加强高产、优质、多抗新品种的选育和下游功能产品的开发,对金花菜产业的进一步发展具有参考价值与指导意义。     

苜蓿根瘤菌自生与共生状态下核糖体蛋白的比较

苜蓿根瘤菌在与宿主植物建立共生关系的过程中,以自生状态进入宿主植物细胞,经过分化发育转变为共生状态的类菌体(Bacteroid)。由于生存环境发生了变化,类菌体在形态、结构和功能方面都产生了很大的改变,其中最为明显的改变是类菌体获得了共生固氮的能力。此时,类菌体中许多与共生相关的基因被激活,蛋白的表达量显著增加。为了探明这种改变是否与合成蛋白质的细胞器-核糖体有关,比较分析了苜蓿根瘤菌在自生和共生状态下核糖体蛋白的表达谱。蛋白质双向电泳结果显示二者之间没有明显的差别,说明类菌体的分化发育过程中核糖体蛋白的形成没有改变。     

胶质苜蓿种质资源苗期抗旱性综合评价

采用反复干旱法,研究了自国外引进的15份胶质苜蓿种质材料苗期抗旱性差异,并通过主成分分析及隶属函数法对不同来源胶质苜蓿种质资源的抗旱性进行综合评价.结果表明:13个苜蓿抗旱鉴定指标归纳为地下生物量因子、生长发育因子、地上生物量因子、根系因子、胁迫指数因子5个主成分,其中根冠比、地下生物量胁迫指数、根冠比胁迫指数、株高、叶面积、根长/株高、地上生物量、地下生物量、地上生物量胁迫指数、侧根数、叶面积胁迫指数等11个指标与胶质苜蓿抗旱性关系密切;根据隶属函数平均值的大小对15份胶质苜蓿种质资源抗旱性进行了排序.通过该方法旨在筛选出抗旱性较强的种质资源.     

不同苜蓿品种人工草地土壤呼吸及对土气温度反应

用便携式土壤呼吸测定仪(Li-6400)测定不同苜蓿品种人工草地的土壤呼吸,并同步测定土壤层的温度、大气温度和土壤含水量.结果表明:5个苜蓿品种土壤呼吸速率日变化总体呈"双峰"曲线,黄花苜蓿、龙牧801和肇东苜蓿草地土壤呼吸的日最高值出现在6:00,最低值分别出现在14:00,8:00和12:00,俄罗斯苜蓿和杂花苜蓿草地土壤呼吸速率最大值均出现在8:00,最低值出现在14:00和12:00;5个苜蓿品种草地土壤呼吸速率值,总体变化趋势是杂花苜蓿>肇东苜蓿>黄花苜蓿、俄罗斯苜蓿>龙牧801;土壤呼吸与土壤温度呈线性正相关,与大气温度呈一元二次线性正相关.     

豆科植物SHR-SCR模块——根瘤“奠基细胞”的命运推手

豆科植物-根瘤菌共生固氮是可持续性农业氮肥的最重要来源。根瘤作为豆科植物共生固氮的一种特化植物侧生器官, 提供了根瘤菌生物固氮必需的微环境, 是根瘤菌的安身之本, 因此, 根瘤的正常发育是实现豆科植物-根瘤菌共生固氮的结构基础。根瘤器官的从头发生主要起始于根瘤菌诱导的根皮层细胞分裂。通常认为豆科植物的根皮层具备有别于非豆科植物根皮层的某种特异属性, 从而响应根瘤菌并与之建立固氮共生, 但长期以来该属性决定的分子机制一直不明确。近日, 中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛团队以蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)等豆科植物和拟南芥(Arabidopsis thaliana)等非豆科植物为研究对象, 发现豆科植物中保守的SHR-SCR干细胞模块决定了其皮层细胞分裂潜能从而赋予根瘤器官发生的命运。该研究揭示了豆科植物根瘤发育的全新机制, 提供了研究和理解植物-根瘤菌固氮共生进化的重要线索, 对提高豆科作物固氮效率和非豆科作物固氮工程具有重要意义。     

苜蓿叶绿素合成酶(CHLG)编码基因的表达及对生物量的影响

叶绿素由一系列酶促反应催化生成,其最后一步是叶绿素合成酶(chlorophyll synthase, CHLG)催化合成叶绿素a和叶绿素b。该实验主要以蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)生态型R108和两种不同秋眠级紫花苜蓿(Medicago sativa)为材料,采用生物信息学方法对蒺藜苜蓿叶绿素合成酶(MtCHLG)的进化关系和基因结构进行分析,采用实时荧光定量方法分析MtCHLG对光照/黑暗、脱落酸(ABA)及聚乙二醇(PEG)的响应,利用叶绿素酸酯a加氧酶(MtCAO)突变体确定其与MtCHLG的上下游关系,并分析豆科牧草紫花苜蓿中MsCHLG表达量与其株高和产量的关系。结果表明:(1)植物CHLG功能域保守,其基因结构高度一致,植物在向陆生进化的过程中,CHLG基因数目略有增加,内含子长度明显增长。(2)克隆到MtCHLG的CDS为1,137 bp,其编码378个氨基酸,蛋白与紫花苜蓿MsCHLG相似性高达99.2%。(3)qRT-PCR分析显示,MtCHLG基因主要在蒺藜苜蓿幼嫩叶中表达且受光诱导和黑暗抑制,表现为显著的昼增夜降的表达特征;100μmol·L~(-1)的ABA在短时间(2 h)处理后叶片中MtCHLG基因表达量下降为对照的26%(P0.05);5%的PEG长时间(24 h)处理后MtCHLG基因表达量降低至对照的42%(P0.05)。(4)瞬时表达重组蛋白MtCHLG-GFP于烟草(Nicotiana benthamiana)表皮细胞,荧光检测结果显示,该蛋白主要定位在叶绿体上。(5)定量分析发现,mtcao突变体中几乎检测不到MtCAO基因的表达,且MtCHLG基因的表达水平约为野生型的44%,证明MtCAO功能缺失导致了MtCHLG转录水平降低,表明MtCHLG位于MtCAO的下游。(6)高秋眠级紫花苜蓿材料的株高为低秋眠级材料的2.5～3.5倍,其平均产量约为低秋眠级材料的2.1倍,且前者中MsCHLG基因的表达量略高于后者(1.2～1.5倍);相关性分析发现,紫花苜蓿中MsCHLG基因的表达水平与株高、产量成正相关。研究暗示,MsCHLG表达可作为苜蓿产量早期预测的参考指标,CHLG基因也可作为培育高产豆科饲草的备选基因。     

杆状病毒核衣壳组装相关蛋白研究进展

杆状病毒生命周期中会产生包埋型和芽生型两种病毒粒子,这两种病毒粒子的包膜组成存在明显的差异,但拥有相同的核衣壳结构.杆状病毒核衣壳是由衣壳蛋白和杆状病毒基因组两部分组成,核衣壳的正常组装对两种病毒粒子的形成都是不可或缺的,因此核衣壳的正常组装在病毒的整个感染传播过程中发挥着重要作用.尽管越来越多参与核衣壳组装的蛋白被鉴定出来,目前还有许多核衣壳组装细节不明了,例如这些衣壳蛋白之间的互作关系是怎样的,宿主通过何种方式参与到病毒核衣壳组装过程等.本文主要以杆状病毒模式物种苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒(Autographa californica multiple nucleopolyhedrovirus,AcMNPV)为例综述了参与杆状病毒核衣壳组装的相关蛋白,并对一些参与核衣壳运输有关的核衣壳蛋白也做了阐述.     

苜蓿银纹夜蛾核多角体病毒E25序列突变对其入核定位和芽殖型病毒体增殖的影响

为了认识杆状病毒E25不同区段序列对其入核运输和定位及对病毒复制的作用,用egfp依次替代苜蓿银纹夜蛾核多角体病毒e25不同区段序列或插入其不同位点构建7个e25突变体,分别插入e25缺失型或野生型bacmid构建了14个e25突变型bacmids,用于对Sf9细胞的转染-感染实验。免疫荧光和共聚焦显微镜分析显示,由EGFP替代E25 2～45aa构成的融合蛋白在被转染细胞质中弥散分布;EGFP插入1aa/2aa处构成的融合蛋白沿核膜外侧分布,未入核;EGFP替代46～118aa或插入118aa/119aa处形成的E25-EGFP在细胞核膜内、外侧和核质中呈稀疏点块状分布。EGFP替代119～228aa或插入45/46aa或C-末端的融合蛋白的定位与野生型bacmid转染细胞中的E25相似,呈环状或弥散分布。这些结果显示虽然E25N-端序列对其定向入核运输和膜定位是必需的;但其中间段序列对其入核运输和定位也有一定影响。在正常E25和E25-EGFP突变子同时存在的情况下,不同的E25-EGFP突变子与正常E25呈现共定位特征,显示E25可能以二聚体或多聚体形式存在。在转染-感染实验中,只有兼含正常e25和2～45aa编码序列被替代的e25突变体的bacmid能够产生高感染性芽殖型病毒体(Budded virus,BV);其它e25突变型bacmids只能产生少量或完全不能产生感染性BV,显示E25结构严谨,所有替代和插入突变都导致其功能丧失或异常。