金鱼草KNOX基因家族鉴定及调控其雄蕊瓣化的候选基因挖掘

【目的】KNOX(KNOTTED1-like homeobox)转录因子家族在植物生长发育及花器官发育中发挥重要作用。文章旨在鉴定并分析金鱼草(Antirrhinum majus)KNOX转录因子,挖掘出调控金鱼草雄蕊瓣化的关键候选基因。【方法】采用生物信息学方法,在金鱼草全基因组水平鉴定AmKNOX基因,并对其基因结构、蛋白理化性质、亚细胞定位、系统进化关系、染色体定位、启动子顺式作用元件及转录因子结合位点等进行分析,并利用金鱼草雄蕊瓣化和非瓣化材料进行RNA-seq分析和qRT-PCR验证,挖掘出候选基因。【结果】从金鱼草中共鉴定出11个AmKNOX基因,都具有KNOXⅠ、KNOXⅡ、ELK和HOX 4个相对保守的区域,分为ClassⅠ(AmKNOX1、AmKNOX2、AmKNOX3、AmKNOX9和AmKNOX11)和ClassⅡ(AmKNOX5、AmKNOX4、AmKNOX7、AmKNOX10、AmKNOX6和AmKNOX8)2类。AmKNOXs蛋白包含282~406个氨基酸,均定位于细胞核中。启动子顺式作用元件分析结果显示,AmKNOXs家族成员可参与植物生长、激素和非生物胁迫响应,且AmKNOXs存在大量与植物生长发育、器官分化和逆境生理调节相关的转录因子结合位点。RNA-seq和qRT-PCR分析表明AmKNOX家族基因在金鱼草正常雄蕊和瓣化雄蕊中显著差异表达。【结论】本研究共鉴定出11个AmKNOX成员,最终挖掘出5个正向(AmKNOX5、AmKNOX10、AmKNOX6、AmKNOX4和AmKNOX9)以及1个负向(AmKNOX11)调控雄蕊瓣化的AmKNOX候选基因。其中AmKNOX5基因在瓣化雄蕊中的表达量比正常雄蕊中高2703%,推测其功能非常重要,该研究为后期深入解析金鱼草花型发育分子机制和遗传改良奠定了基础。

金鱼草WAK/WAKL基因家族鉴定及抗核盘菌候选基因挖掘

【目的】鉴定金鱼草细胞壁相关受体激酶(Wall-associated kinase,WAK)及类WAK蛋白(WAK-like kinases,WAKL)基因家族成员,并挖掘抗核盘菌的候选基因,为深入解析金鱼草抗核盘菌的WAK/WAKL分子调控机制提供理论参考。【方法】以拟南芥WAK/WAKL家族蛋白为参考序列,利用生物信息学方法从金鱼草基因组数据库中鉴定出WAK/WAKL基因家族成员,并对其理化性质、系统发育、基因结构、保守基序、顺式作用元件及共线性关系等进行预测分析,并通过转录组测序和实时荧光定量PCR对该家族基因在金鱼草抗感核盘菌材料中的表达模式进行分析。【结果】从金鱼草基因组中共鉴定出27个WAK/WAKL基因家族成员,其中WAK家族基因16个(AmWAK1~AmWAK16),WAKL家族基因11个(AmWAKL1~AmWAKL11),编码的氨基酸数量为615~1085个;理论等电点(pI)为4.94~8.69,绝大多数蛋白呈酸性;所有蛋白的总平均亲水性指数(GRAVY)值小于0,均为亲水性蛋白;大多数蛋白亚细胞定位于细胞质膜区域,少部分定位于细胞外、液泡、高尔基体和细胞核。27个WAK/WAKL基因家族成员不均匀地分布在金鱼草的8条染色体上,且与拟南芥WAK/WAKL家族基因存在7对共线性同源基因;基因启动子区域含有与防御和胁迫响应、茉莉酸甲酯响应及水杨酸响应等顺式作用元件。通过叶片离体接种核盘菌试验,筛选出抗性差异明显的易感病品种Am1和抗病品种Am6。有12个WAK/WAKL家族基因在金鱼草抗感材料中显著差异表达(P<0.05),有9个基因表达模式与转录组测序结果基本一致。这9个基因中,有5个基因(AmWAK7、AmWAKL2、AmWAKL8、AmWAK6和AmWAK13)在金鱼草的根、茎和叶组织中高表达,而剩余4个基因(AmWAK2、AmWAK8、AmWAK9和AmWAK12)在根、茎和叶中基本不表达。【结论】筛选出的27个金鱼草WAK/WAKL基因家族成员,具有相似的基因结构和蛋白功能结构域,其中AmWAK6、AmWAK7、AmWAK13、AmWAKL2和AmWAKL8为金鱼草抗核盘菌的关键候选基因,具有介导抗病的潜在功能。

外源水杨酸和植物促生菌对低温弱光胁迫下金鱼草生长及生理的缓解效应

以金鱼草为试材,在低温弱光(5℃,光照强度100μmol·m^(-2)·s^(-1))条件下处理金鱼草,研究不同浓度水杨酸(SA)和植物促生菌(PGPB)配施对金鱼草幼苗生长及生理指标的影响,以期为增强金鱼草抗低温弱光环境的特性提供参考依据。结果表明:低温弱光胁迫下金鱼草生长受抑制,光合作用下降,ASA-GSH循环受阻,而低温弱光胁迫下添加各浓度SA以及SA+PGPB处理对金鱼草生长均具有显著的促生效应,明显提高金鱼草的株高、茎粗、叶面积、总生物量和根系活力。低温弱光胁迫下,2 mmol·L^(-1)SA+PGPB处理的金鱼草叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素(a+b)、类胡萝卜素含量分别比对照处理增加了162.1%、128.6%、149.0%和102.3%,金鱼草Fv/Fm、Fv/Fo和ΦPSⅡ分别比对照增加136.4%、57.4%和200.0%,NPQ则下降47.6%;金鱼草气体交换参数Pn、Tr和Gs分别增加107.7%、237.5%和91.8%,Ci则下降30.4%;低温弱光胁迫下2 mmol·L^(-1)SA+PGPB对金鱼草提高ASA、GSH、ASA/DHA以及GSH/GSSG的效果最好,而抗坏血酸过氧化物酶(APX)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)以及谷胱甘肽还原酶(GR)活性也达到常温常光处理下的水平。结果可知,低温弱光胁迫下各浓度SA或SA+PGPB处理能够通过增加叶绿素含量,提高根系活力,改善植物光合特性以及叶绿素荧光参数,提高ASA-GSH相关抗氧化物质以及酶活性来促进植物生长,其中以2 mmol·L^(-1)SA+PGPB缓解金鱼草受低温弱光胁迫的效果最好。

金鱼草鲜切花生产与采后处理

了解鲜切花金鱼草的现有品种,从金鱼草的栽培种植、采收和鲜切花采后保鲜技术、以及未来金鱼草的发展方向,阐述金鱼草作为鲜切花从生产到作为观赏花卉的系列过程和处理技术。

三色堇、金盏菊、雏菊、金鱼草新品种选育

三色堇、金盏菊、雏菊、金鱼草新品种选育金波，王月新，刘春（中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京１０００８１）关键词三色堇，金盏菊，雏菊，金鱼草，新品种ＢｒｅｅｄｉｎｇａｎｄＳｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆＡｎｎｕａｌａｎｄＢｉｅｎｎｉａｌＯｒｎａｍｅｎｔａｌＰｌ...

不同倍性金鱼草基因组DNA随机扩增多态性研究

利用25个10碱基的引物,对金鱼草3个不同花色品系的二倍体及其同源四倍体基因组DNA进行随机扩增(RAPD)。结果表明:二倍体与其同源四倍体金鱼草指纹图谱的差异,随不同花色品系及不同引物而变化;四倍体金鱼草在诱导过程中除了染色体数目加倍外,基因组DNA的核苷酸碱基序列也可能改变,这为培育四倍体金鱼草新品种提供了丰富的育种资源。指纹图谱的建立为金鱼草新品种的鉴定提供分子水平的依据,为新品种保护奠定初步基础。

中药材浸提液对金鱼草切花瓶插寿命的影响

为研制廉价、无毒、绿色环保的生物切花保鲜剂,研究天麻、桂皮和甘草等3种中药材浸提液对金鱼草切花瓶插寿命的影响,分析瓶插液电导率、pH值、微生物数量和花瓣POD活性等与切花寿命相关的生理生化指标。结果显示:3种中药材中桂皮浸提液保鲜效果较好,瓶插寿命平均可延长3～4 d,其中以7.5%(表示每500 mL瓶插液中含有37.5 mL中药材浸提原液)处理效果最佳;桂皮浸提液对提高花瓣POD活性和保护细胞膜完整性具有优势。

金鱼草下胚轴组织培养的研究

1 目的与材料方法 金鱼草(Antirrhinum majus L.)又名龙头花,属玄参科多年生草本花卉,是世界上广泛栽培的花草之一。植物异花授粉,种子繁殖后代会发生分离,严重影响观赏效果。如应用组织培养技术对优良品种的金鱼草进行快速繁殖,将有利于种质资源的保存,优良品种的应用与推广。本文试图建立一个高频率的金鱼草植株再生系统,为今后利用基因转化技术改良品质提供可行途径。

金鱼草基因转化和转基因植株再生

本实验采用根癌农杆菌ＬＢＡ４４０４（ｐ３５ＳＧＵＳＩＮＴ与金鱼草下胚轴切段共培养，将ＧＵＳ基因导入金鱼草细胞，通过不定芽发生途径获得抗Ｇ４１８再生植株．经ＤＮＡ／ＤＮＡ斑点杂交及ＧＵＳ活性原位组织检测初步证实外源基因ＧＵＳ已整合进金鱼草基因组并得到表达．

金鱼草嫩茎组织培养及无性系建立的研究

以金鱼草变异植株的嫩茎为外植体,采用不同培养基对其愈伤组织的诱导与分化、不定芽生根、试管苗移栽和扦插等进行研究,以建立金鱼草变异植株的无性系。试验结果表明:MS+6-BA 0.8mg/L+IBA 0.1mg/L+2,4-D 0.5mg/L+蔗糖30g/L是诱导金鱼草嫩茎愈伤组织的理想培养基,MS+AgNO30.6mg/L+6-BA 0.2mg/L+NAA 0.1mg/L+蔗糖30 g/L是诱导愈伤组织和不定芽分化的理想培养基,1/3MS+IAA 0.6mg/L+蔗糖10g/L是金鱼草试管苗生根培养和生根继代培养的理想培养基;炉灰渣是试管苗移栽扦插的最适合基质,移栽成活率为96%,扦插成活率为93%。移植于花坛的试管苗具有保持有利变异的特点。

不同品种金鱼草多倍体诱变方法的研究

用秋水仙素水溶液对3个不同品种金鱼草种子进行多倍体诱变,设计采用18种处理方法进行试验。研究结果:不同品种的诱变剂适宜浓度范围不同,红色及矮生品种适于低浓度处理。白色品种则诱变剂范围较宽。筛选出红色品种以0.05％,48 h最好,诱变率为36％;白色品种以0.2％,24 h最好,诱变率为17％,矮生品种为0.03％,96 h最好,诱变率为22％。对各种处理变异苗存活数目的动态变化进行观察、分析其原因。发现不同品种金鱼草的气孔大小不同,其矮生品种气孔较小,加倍植株均比二倍体植株叶绿体数多1.5—2.5倍。

金鱼草高效植株再生体系的建立

[目的]探索利用组织培养技术对优良品种的金鱼草进行快速繁殖的研究。[方法]以金鱼草无菌苗不同部位为外植体,在MS+2.0mg/LBA+0.2mg/LNAA的培养基上进行再生频率比较。[结果]结果表明,下胚轴的再生率最高;把下胚轴再生的芽接种到增粗培养基上进行再生芽的诱导,可以得到100%的再生率。[结论]该研究为金鱼草的高效转化提供了试验依据。

预处液对金鱼草切花的保鲜效应

在室温18～23℃,相对湿度60%～70%的条件下,采用STS,AgNO3,6-BA,8-HQC和蔗糖,配成4组预处液,对金鱼草切花进行预处理,随后在密封的鲜花专用箱中模拟空运36h,取出置于自来水中瓶插,观测其鲜重变化、瓶插寿命、开花品质。结果表明,处理D(10g/L蔗糖+300mg/kg8-HQC浸泡12h)的保鲜效果最好,能有效延缓切花衰老,提高其观赏品质。

不同倍性金鱼草形态学与染色体观察

多倍体育种在花卉育种具有重要意义。通过对二倍体和四倍体金鱼草的形态学和细胞学作了初步研究,结果表明多倍体具有很大优势。体现在四倍体金鱼草器官的巨大性,生长旺盛等,四倍体在植株的高度、叶片数、花苞数、花径大小、分枝数、气孔长和宽分别为二倍体的248.2%,185.4%,148.9%,136.9%,136.5%,162.4%,123.3%,其差异达到显著水平。在花粉粒特征上,四倍体和二倍体花粉粒均为球形,差异不显著。染色体鉴定表明,二倍体染色体数为2n=2x=16,四倍体染色体数为2n=4x=32。

金鱼草茎尖培养与植株再生

为应用与推广金鱼草优良品种,以茎尖为外植体进行组织培养。将其组织放在附加BA5.0—10.0mg/l,NAA0.5mg/l,GA_3 1.0mg/l成分的MS培养基上,不定芽的增殖效果最好;在附加NAA0.5mg/l,IAA0.1—0.5mg/l成分的1/2MS培养基上生根效果最好;在MS+BA10mg/l+NAA0.5mg/l+蔗糖3％的培养基上生长缓慢,有利于室温条件下进行种质保存;蔗糖浓度由3％提高到5％,可以比较明显地延缓试管苗退化。

金鱼草DUS测试数量性状分析与分组性状判定

【目的】验证国际植物新品种保护联盟(UPOV)发布的金鱼草品种特异性、一致性和稳定性(DUS)测试指南中数量性状在我国的适应性,为建立金鱼草种质数量性状的科学评价方法、研制适应我国生态气候的金鱼草DUS测试指南奠定基础。【方法】以UPOV发布的金鱼草新品种测试指南(TG/221/1)为标准,对40份金鱼草种质开展种植试验,对植株、叶、花等部位的13个主要数量性状进行数据采集,应用SPSS软件对采集数据进行变异程度、数量性状分级和主成分分析。【结果】11个指南性状与2个非指南性状种间变异系数为16.9%~65.9%,种内变异系数为5.3%~12.2%,符合指南性状的选择标准;通过最小显著差法得到13个性状的表达状态分级,可作为金鱼草种质鉴定和DUS指南研制的参考;通过主成分分析法得到4个重要因子并新增了2个指南分组性状。【结论】通过金鱼草种质数量性状数据分析,初步确定了各性状不同分级的数值范围,验证了UPOV指南在我国的适应性并对其中花序长度的分级数量进行优化,新增主茎长度和主茎一级分枝数量作为指南分组性状候选,为我国金鱼草指南的研制提供支持。

不同品种切花金鱼草对低温胁迫的生理响应及抗寒性分析

以4个品种切花金鱼草为试材,研究了不同低温处理对其叶片可溶性蛋白质含量、可溶性糖含量、游离脯氨酸含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响,探讨不同品种金鱼草对低温胁迫的响应特性和耐寒适应能力。结果表明:在不同低温胁迫下,切花金鱼草叶片可溶性蛋白质含量、可溶性糖含量在10^-10℃范围先升后降,但各品种间升高降低的幅度不同;4个品种切花金鱼草叶片游离脯氨酸含量变化与可溶性蛋白质含量一致;随着低温胁迫的加强,植物体内的保护酶SOD活性变化呈现先上升后下降的趋势,但不同品种酶活性下降后仍能维持高于CK的酶活性水平;品种的抗寒性顺序为"将军"粉红双色(A2)>"将军"紫色(A1)>"卡丽玛"粉色(C2)>"卡丽玛"黄色(C1)。

水杨酸对金鱼草种子萌发和幼苗生长的影响

为了研究水杨酸(SA)对金鱼草种子萌发及幼苗生长的影响,设置5个不同浓度的SA处理(分别为20 mg/L、60 mg/L、100 mg/L、140 mg/L、180 mg/L)和1个清水处理(ck)。结果表明:各浓度的SA处理对金鱼草种子的萌发有促进作用,可以提高种子的发芽率和发芽势;各浓度处理均能显著降低植株的高度,增加根重和胚根长度及鲜重根冠比;增加根系活力、可溶性糖含量,提高过氧化物酶活性;SA对促进壮苗和提高抗性生理指标有进一步增强的作用。研究表明,处理4与ck相比,发芽率提高约18%,发芽势提高约48%,胚根长度增加约29%,幼苗植株高度降低约22%,幼苗植株的根冠比提高约31%,根系活力提高约62%,可溶性糖含量提高约11%,过氧化物酶活性提高约24%。

金鱼草切花瓶插生理和保鲜效应研究

以金鱼草切花为试材,以羟基喹啉、柠檬酸、盐、蔗糖、磷酸二氢钠混合液、硝酸银为保鲜剂,研究了不同保鲜剂配方对金鱼草鲜切花瓶插寿命、花径、鲜重、吸水量、蒸腾量等外观品质和花色素苷含量、细胞膜透性、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、维生素C含量等内含物质的影响,以期为切花保鲜提供参考。结果表明:在瓶插保鲜试验中,以200mg/L 8-羟基喹啉柠檬酸盐+3%蔗糖+150mg/L柠檬酸+75mg/L磷酸二氢钠混合液的保鲜效果最好;与对照相比,该保鲜液可延长切花寿命9d;达盛开期晚4d;到瓶插的第21天,切花鲜重比对照增加26g、水分平衡值高1.9g;在细胞膜透性变化方面,瓶插后期的第21天,导电率为83.6%,比对照少8.1%;其可溶性糖含量的最大值比对照高0.1g/100g样品;可溶性蛋白含量在第13天达到最大值,且后期以该处理的下降幅度较为缓慢;在瓶插后期的第21天,维生素C含量比对照高44.2839mg/100g样品。

消毒时间、光照和温度对金鱼草种子萌发的影响

以金鱼草种子为研究对象,研究了用质量分数2%NaClO消毒不同时间、不同温度、变温、光照和黑暗处理对种子萌发的影响。结果表明:用2%NaClO消毒6min为金鱼草种子适宜的消毒时间。黑暗处理使幼苗徒长,光照条件下植株生长健壮,黑暗和光照处理对种子萌发率影响不大。金鱼草种子在25℃时发芽率最高,为88.89%。种变温30℃/20℃处理加快了种子的萌发,整体提高了种子发芽率。