基于代谢组和转录组的银缕梅叶片退红机制初探

为了探究银缕梅〔Parrotia subaequalis(H.T.Chang)R.M.Hao et H.T.Wei〕叶片在春季由红转绿的物质基础和分子机制,采用代谢组和转录组联合分析对银缕梅幼叶和成熟叶中差异花色苷类成分含量及差异表达基因进行比较分析,并对花色苷合成关键酶基因进行生物信息学分析。结果表明:幼叶中花色苷类成分的总相对含量约为成熟叶的27倍;幼叶中锦葵色素3-O-葡萄糖苷、锦葵色素3-O-半乳糖苷和芍药花素3-O-葡萄糖苷的相对含量明显高于其他花色苷类成分,且极显著(p<0.01)高于成熟叶中对应成分的相对含量。比较幼叶和成熟叶的转录组数据,共筛选出11000个差异表达基因。GO功能富集结果显示富集到催化活性的差异表达基因最多(3000个);KEGG富集分析结果显示差异表达基因显著富集在植物激素信号转导通路和苯丙烷生物合成通路。通过与葡萄(Vitis vinifera Linn.)中已知的花色苷合成关键酶氨基酸序列进行比对,共筛选出9个银缕梅花色苷合成酶基因,并且这9个基因在幼叶中的相对表达量明显高于成熟叶。qRT-PCR结果表明:PsCHS1、PsF3′H、Ps3GT和PsAOMT的相对表达量极显著高于成熟叶。PsCHS1、PsF3′H、Ps3GT和PsAOMT分别包含393、528、461和323个氨基酸残基;4个蛋白的二级结构均以α螺旋和无规卷曲为主,其中,PsF3′H不含β转角,其余3个蛋白均由α螺旋、β转角、延伸链和无规卷曲构成;4个蛋白的三级结构均含有相应蛋白家族的保守结构。系统进化树显示:PsCHS1与红花檵木(Loropetalum chinense var.rubrum Yieh)的LcCHS,PsF3′H与枫香树(Liquidambar formosana Hance)的LfF3′H,Ps3GT与可可(Theobroma cacao Linn.)的Tc3GT,以及PsAOMT与枫香树的LfAOMT分别首先聚在一起。综上所述,锦葵色素3-O-葡萄糖苷、锦葵色素3-O-半乳糖苷和芍药花素3-O-葡萄糖苷可能是银缕梅叶片退红的主效花色苷类成分,PsCHS1、PsF3′H、Ps3GT和PsAOMT可能是银缕梅叶片退红的关键基因。

南京椴花化学成分鉴定及不同发育时期黄酮类化合物差异分析

【目的】研究南京椴花化学成分及其主要成分黄酮类化合物在不同发育时期的变化规律,为后续采用多组学手段探究椴树花中重要药用化合物的代谢通路及调控机制解析奠定基础,同时为椴树花的采收提供理论依据。【方法】以10年生南京椴为试验材料,用超高效液相色谱串联质谱(UPLC-MS/MS)技术分析南京椴花中代谢物组分及类黄酮含量差异。【结果】(1)南京椴花中共鉴定得到46种化合物,其中有机酸及其衍生物13种、香豆素及其衍生物4种、酯1种、类黄酮28种。(2)盛花期是南京椴花中代谢物发生显著变化的分界点,与蕾期相比,开花期间代谢物变化更明显。(3)多重比较分析显示:26种黄酮类化合物在不同时期花中含量差异显著(P<0.05),阿福豆苷、山奈苷、槲皮苷、橙皮苷、花旗松素和芹菜素-7-O-葡萄糖醛酸在盛花期相对含量较高,原花青素A2和3种原花青素三聚体在末蕾期含量较高。【结论】发育状态可作为判断南京椴花中次级代谢物含量的重要因素,末蕾期的标志性化合物是原花青素A2,盛花期的标志性化合物是芹菜素-7-O-葡萄糖醛酸,末蕾期和盛花期均具有采收价值。

南京椴天然居群的表型性状多样性及变异分析

以江苏省和安徽省的南京椴(Tilia miqueliana Maxim.)5个天然居群为研究对象,对其叶片、种子和果的11个表型性状进行测定,比较各居群表型性状的差异、多样性水平和变异程度;并据此进行相关性分析、主成分分析和聚类分析,以期揭示南京椴天然居群表型性状的多样性特征和变异规律。结果显示:南京椴的叶柄长、叶片长、叶片宽、种柄长、种子横径、种子纵径、苞片柄长、苞片长、苞片宽、苞果合生长度和果序柄长的均值依次为42.23、86.36、75.22、9.72、8.61、9.46、1.75、107.46、17.82、53.34和37.51 mm,不同居群间各表型性状均存在极显著(P<0.01)差异,但在居群内仅叶片长、叶片宽、苞片长和苞片宽存在极显著或显著(P<0.05)差异。11个表型性状的变异系数(CV)和Shannon-Wiener多样性指数(H′)均不同,其中,种子横径的CV值(10.80%)最小,苞片柄长的CV值(70.29%)最大,且仅种子横径和种子纵径的CV值小于15%;种柄长的H′值(1.74)最小,叶片宽和果序柄长的H′值(2.10)最大,表明南京椴种子表型性状的变异程度和多样性水平相对较低。11个表型性状的方差分量百分比在居群间的均值(43.50%)明显大于居群内(14.16%);各表型性状的居群间表型分化系数为66.12%~86.09%,其中,仅果序柄长的表型分化系数为66.12%,其他表型性状的表型分化系数均在70%以上。进一步分析结果表明:3个叶片表型性状间呈极显著正相关;在3个种子表型性状中,仅种子横径与种子纵径呈极显著正相关;在5个果序表型性状中,苞片长、苞片宽、苞果合生长度和果序柄长间呈极显著正相关。总体上看,种子表型性状与叶片和果序表型性状间大多无显著相关性,而叶片表型性状与果序表型性状间大多具有极显著或显著相关性。前5个主成分的累计贡献率达82.96%,可基本反映南京椴表型性状的大部分信息,其中,第3主成分主要反映种子特征,而第1、第2、第4和第5主成分主要反映叶片和果序的特征。基于表型性状进行聚类分析,可将5个居群分为3组,江苏省南京市牛首山和江苏省镇江市宝华山以及安徽省滁州市琅琊山3个居群聚为一组,其他2个居群各自独立成组,聚类结果与居群间的地理分布有一定关联。综合分析结果表明:南京椴天然居群的表型性状变异较为丰富,表型性状多样性水平较高,且居群间的变异是其表型性状变异的主要来源。

椴树属果实表型性状变异分析及其分类学意义

椴树属植物个体间形态变异较大,种间分类关系存在较大的争议。对我国5个省的南京椴、紫椴、糠椴、糯米椴共25份野外种质及山东省引种的欧洲小叶椴、欧洲大叶椴、银毛椴和美洲椴4份栽培种质果实的4个表型特征进行测量,通过方差分析、多重比较、相关性分析及聚类分析,量化评价椴树属果实表型性状变异。结果表明,椴树属果实性状变异丰富,属内变异主要来源于物种间,南京椴变异主要来源于群体内;果实性状在不同基因型间呈显著差异;果实百粒重与果实的纵径和横径呈显著的正相关;依据果实性状聚类可将椴树属物种划分为壳果组小果型、木果组大果型和木果组小果型3类。

南京入江河道口草本植物群落特征及多样性

为了探明南京入江河道口草本群落分布规律,选取硬质化程度较低的南京长江段5个支流的入江河流道口(三江河、划子口河、高旺河、秦淮新河、江宁河)作为调查样区,采用植物样方调查法对5个岸带开展草本植物群落调查。结果表明,5个岸带共有草本植物68种,隶属于23科62属,草本群落简单,物种组成较少,多样性水平较低,生态较为脆弱。多样性分析显示,三江河口多样性最高,分布较为平均;秦淮新河口多样性最低,分布较为随机。聚类分析显示,三江河口、秦淮新河口及高旺河口草本类型相近,划子河口与江宁河口相近。草本群落特征及分布未呈现明显地理分布相关性,可能与人为干扰有关。

南京地区5个入江河道口河岸植物资源调查及区系分析

在对南京地区5个入江河道口岸带植物调查的基础上,分别就5个地点植物种类的差异和植物资源进行区系分析,结果显示:5个典型河道口植物种类较少;以草本植物为主,木本植物种类不足; 5个调查地物种的异质性较为明显;植物区系中以世界广布为主,且植物区系具有明显的从亚热带向暖温带的过渡性。本研究阐明南京地区岸带植物现状,对生态护坡建设过程中植物的选择提供依据。

南京椴胚性愈伤组织的诱导

以江苏省中国科学院植物研究所保存的南京椴组织培养无菌幼苗为材料,通过对不同组织来源的植物材料、不同光照强度及植物生长调节剂处理条件下愈伤组织的诱导速度及诱导率进行观察统计,确定出适宜的南京椴胚性愈伤组织诱导培养基配方及条件。试验结果表明,高效诱导南京椴愈伤组织最佳外植体为叶柄;诱导培养基配方为MS+0.1 mg/L BA+1.5 mg/L 2,4-D;处理条件为外植体暗培养10 d,之后在光照强度500 lx下光培养5-7 d,然后再转到光照强度2000 lx下培养。

南京椴群体遗传多样性和遗传结构分析

【目的】南京椴(Tilia miqueliana)为江苏省重要的乡土树种,野外资源稀缺。南京椴野外群体遗传多样性和遗传结构的探索,可为资源保护、品种选育及遗传改良提供依据。【方法】以南京椴5个天然群体[江苏宝华山(P1)、牛首山(P2)、安徽皇藏峪(P3)、安徽蜀山(P4)和浙江天台山(P5)]93个体为实验材料,选用15对多态性EST-SSR引物,进行遗传多样性及群体遗传结构分析。【结果】(1)用15对引物共检测等位基因数(A)总和为96,平均值为6.4,四倍体基因型(G)和四倍体特异基因型(Gi)总和分别为441和251,特异基因型比率(R1)和种质鉴别率(R^(2))均值分别为45.73%和17.99%。(2)在5个群体中,每个位点等位基因数(Aloc)和四倍体基因型丰富度均值(Gloc)分别为5.50±2.43和9.41±4.29;平均观测杂合度(Ho)和平均期望杂合度(He)为0.61±1.43和0.62±0.14。参考各群体Gloc和He值,确定遗传多样性较高的群体为P1和P3。(3)群体间遗传分化较小,遗传分化系数(Gst)仅为0.030;AMOVA分子变异分析显示,群体多样性水平变异来自于群体内(96%)。(4)聚类和遗传结构Structure分析显示,5个群体可划分为2组(组1包括P1、P2和P5;组2包括P3和P4)。Mental检验结果表明遗传距离与地理距离之间无显著相关。【结论】南京椴群体均具有丰富的遗传多样性,其中宝华山群体和皇藏峪群体多样性较高,群体扩张可能是以这两个种群为中心,经人类活动迁移至其他区域。但南京椴群体间未形成明显分化,主要是由于植株寿命长,群体缺乏自然更新,加之群体间存在人为种子传播。因此,本研究提出通过建立隔离区,明确优先保护群体、加大植株异交,并采用人工繁育及种质回迁的方式保护南京椴野外群体。