新一代测序技术在植物转录组研究中的应用

随着DNA测序技术的发展,新一代测序技术以其高通量、低成本的特点,成为越来越多的生物学研究者在开展工作时的首选。在所有的新一代测序技术中,454测序系统是最早实现商业化且发展相对成熟的一种,目前被广泛的应用于各个领域的生物学研究中。文章以454测序系统为例,综述了新一代测序系统的原理、优缺点,及其在植物转录组研究中的应用,并对其在植物研究领域中可能的发展应用方向进行了展望。

中国杜鹃花属植物地理分布型及其成因的探讨

依据植物分类学和地理学研究成果,尤其是从中国东部到西端喜玛拉雅杜鹃花类群分布及其现代与历史环境变化和规律,在已有的3个亚属级分布型的基础上,尝试建立了由7组和49亚组构成的11个杜鹃花属组与亚组级分布型体系。研究结果表明,该分布型体系展示了我国杜鹃花属植物类群在我国东部到西端的4个基本地理单元的分布面貌,尤其是展示了以杜鹃花亚属和常绿杜鹃亚属为主的不同大小、不同性质与不同进化程度的亚组级单位在上述分布体系中的位置与数量分布,从而揭示了我国东西向地形阶地由低到高和新生代以来生物地史由较稳定区到巨变区延展变化对杜鹃花属类群分布格局带来的巨大影响。指出,我国杜鹃花属植物的组与亚组级中的大类群、较广布群、原始群和常绿杜鹃类群的分布区或集中分布区偏向狭义横断山及其以东;反之,小类群、狭域与特有群、进化类群和有鳞类群的分布区或分布重心偏向(狭义)横断山及其以西。川西山地、狭义横断山、喜玛拉雅山既是杜鹃花属植物的集中分布区,也是某些类群扩散、迁移的地理屏障,对我国现代杜鹃花分布区及其分布格局的形成具有重要影响;东西向的地理环境变化是我国杜鹃花植物属下类群及其分布型变化的主轴。

羊草种子的落粒性及其相关特征的研究

羊草(Leymus chinensis)是多年生根茎型乡土草,存在落粒性特征,为揭示羊草的落粒情况及其相关因素,通过对羊草穗结构的显微观察发现,在其种子成熟过程中,小穗轴和种柄之间形成离层,它是导致种子自然脱落的重要原因。羊草小穗最基部的种子虽然在种柄基部有发育完全的离区,但不易脱落。通过采集不同品系和不同时期的羊草小穗并对其上的种子数量等数据的研究发现,羊草落粒性在不同品系间存在明显差异,其落粒率的范围在22.8%～79.9%之间,结实率范围在23.1%～98.4%之间,羊草颖果宽度与落粒率成正相关。研究还发现,S4-3和S5-3等羊草材料的种子成熟后自然落粒并很快萌发,说明这些品系的种子不存在休眠现象。

羊草DREB转录因子的系统发育和功能研究

羊草是兼具经济价值和生态价值的重要牧草,具有耐寒、耐旱和耐盐碱的特点。在植物应对非生物胁迫的过程中,DREB转录因子起到关键作用。然而,目前在GenBank的核酸数据库和EST数据库中羊草仅有2条DREB序列,其中只有1个DREB基因的功能得到实验验证。本研究从羊草转录组测序数据中1次挖掘了26条DREBEST。用羊草EST和拟南芥基因组中DREB基因的蛋白序列构建了系统发育树,LcDREB21位于第4类群,是DREB2类转录因子基因。通过RACE,获得了LcDREB21编码区全长(Genbank登入号:JN860437)。荧光定量PCR结果表明,其表达受干旱和高盐诱导。另外,通过酵母单杂交实验证明了LcDREB21具有转录激活功能;通过表达GFP融合蛋白证明其专一性定位在细胞核中。总之,LcDREB21是一个具有转录激活功能和细胞核专一定位能力的转录因子,可能在植物应对干旱和高盐胁迫的过程中起作用。本实验结果丰富了羊草抗逆基因数据库,为植物改良提供了基因资源。

观赏蕨类植物组织培养研究进展

综合国内外蕨类植物,尤其是观赏蕨类植物组织培养的研究现状,介绍了对蕨类植物进行组织培养的方法(外植体取材、培养基成分、培养条件的选择),及无性生殖(无孢子生殖、无配子生殖)的诱导,并提出蕨类组织培养存在的问题。

药用植物母菊的成分和功能研究进展

母菊(Matricaria recutita)为菊科母菊属一种多用途的芳香、药用植物。综述了近年来国内外学者在母菊活性成分、生物活性、功能应用等方面的研究概况,以期为进一步深入研究和开发母菊属植物资源提供有价值的信息。

1-MCP处理复合薄膜包装对青皮鲜核桃采后品质的影响

以青皮鲜核桃为试材,研究不同水平1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)处理的青皮鲜核桃加聚乙烯袋(厚度40μm)包装,在冷藏(0±0.5)℃期间采后生理及品质变化特点。结果表明:1-MCP结合聚乙烯袋包装处理能有效降低果实霉腐率,延缓劣变进程,保持青皮核桃的原有水分和色泽,有效降低乙烯生成速率,延缓酸价的升高,提高青皮鲜核桃过氧化氢酶的活性,并使多酚氧化酶和脂氧合酶活性维持在较低的水平,使青皮核桃的贮藏期延长到90 d。在实验设计的处理中,3μL/L的1-MCP结合聚乙烯袋包装处理达到了最好的保鲜效果。

羊草Δ1-吡咯琳-5-羧酸合成酶(LcP5CS1)基因的克隆与分析

羊草具有耐寒、耐盐和耐旱等特点,是一种兼具经济价值和生态价值的多年生重要牧草。脯氨酸是植物在渗透胁迫下积累的主要渗透调节物质之一。Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)是脯氨酸的谷氨酸合成途径中的关键酶。根据前期Solexa测序结果的数据,设计同源引物,从羊草中克隆了一个P5CS基因,该基因cDNA序列全长2 197bp,推断其编码730个氨基酸,根据序列比对将其蛋白命名为LcP5CS1。同源性分析表明:LcP5CS1与单子叶植物短柄草P5CS的同源性为95%,而与双子叶植物的P5CS同源性较低。表达模式分析表明,在叶鞘、叶和茎中,LcP5CS1均有较高表达;在冷、ABA、盐和干旱胁迫下,该基因明显受胁迫诱导,并随胁迫时间的延长,其表达量总体呈上调趋势。对羊草人工创伤处理后的Solexa测序差异表达数据分析表明:LcP5CS1在处理2和6h后表达量明显提高,推测羊草创伤处理后体内脯氨酸含量升高可能是其耐牧的一种适应性机制。

采后不同时期1-MCP处理对苹果果实质地的影响

为探讨采后不同时期1-甲基环丙烯(1-MCP)处理对苹果果实质地的影响,以富士苹果为试材,应用质构仪质地多面分析(TPA)方法对苹果果肉质地参数差异变化进行研究。结果表明:苹果果肉脆度与硬度、凝聚性、回复性、咀嚼性均呈较好的正相关性,黏着性与其他参数指标呈现较好的负相关性,回复性与咀嚼性、凝聚性呈显著的正相关性;1-MCP处理可以显著抑制果实的软化,但其作用效果随着采后处理时间的延迟而降低,采后9d处理的果实质地品质均显著低于其他处理组。为了达到采后较好的1-MCP处理保鲜效果,处理前的常温放置时间最好不超过一周。实验也表明TPA测试能够较好地反映苹果果实各质地指标的差异,适用于苹果质地品质的客观评价。

1-甲基环丙烯结合ξ-聚赖氨酸对贮后货架期富士苹果的品质及挥发性成分的影响

以富士苹果为实验材料,采后立即用1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)(1μL/L)处理后在精准温控库(-(0.5±0.3)℃)贮藏10个月后出库,再用不同质量浓度的ξ-聚赖氨酸(500、1 000、1 500 mg/L)进行喷雾处理,研究1-MCP结合不同质量浓度ξ-聚赖氨酸对贮后常温货架期间苹果品质的影响,采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱(head space solid-phase microextraction with gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPMEGC-MS)联用技术分析不同处理间的挥发性成分变化规律。结果表明:与未经过处理的对照相比,1-MCP结合ξ-聚赖氨酸处理有效维持了果实的硬度,减缓了苹果的可溶性固形物、可滴定酸质量分数和VC含量的降低,其中1 000 mg/L的ξ-聚赖氨酸处理效果最好。利用HS-SPME-GC-MS检测出苹果的主要挥发性物质有正己醇、正己醛、反式-2-己烯醛、乙酸-2-甲基丁酯等。结果表明:对于醛类物质,CK组相对含量先上升后下降,货架末期低于初期;1 000、1 500 mg/L处理组呈现上升趋势,1-MCP处理组先下降后上升,500 mg/L处理组先上升后下降,且这两组的醛类物质相对含量在货架末期均高于初期。对于酯类物质,CK、1 000、1 500 mg/L处理组相对含量呈现上升趋势,500 mg/L处理组先下降后上升,1-MCP处理组先上升后下降。对于醇类物质,1-MCP、1 500 mg/L处理组相对含量先下降后上升,CK组、500 mg/L处理组上升,1 000 mg/L处理组下降。货架期间,1 000 mg/L处理组的醛类物质相对含量始终最高,且该处理有效减缓了酯类主要呈味物质乙酸2-甲基丁酯、醇类主要呈味物质2-甲基-1-丁醇相对含量的下降。1-MCP结合ξ-聚赖氨酸处理能较好地保持苹果的品质和风味,1 000 mg/L的ξ-聚赖氨酸效果最为显著。

水杨酸在诱导番茄抗冷性中的作用

以番茄为试验材料,探讨了叶面喷施水杨酸对于番茄幼苗抗低温能力的影响.实验结果表明番茄叶片中的SA在常温下主要以结合态形式存在.低温下SA质量分数大幅上升,而造成其上升的主要原因是游离态SA的大量积累.对番茄叶面喷施不同浓度SA,24 h后番茄叶片中游离态SA和结合态SA均大量积累,并且积累程度与喷施浓度呈显著正相关.低温下番茄叶片的抗氧化防御系统被明显激发,但并不足以减缓低温胁迫对植物所造成的氧化损伤.对番茄幼苗进行不同浓度的SA预处理,发现0.5 mmol/LSA能够显著提高其抗冷性.0.5 mmol/LSA预处理24 h后,低温下番茄叶片的相对电导率、MDA浓度较对照明显降低,而H2O2质量分数以及CAT,POD,APX,GR的活性则显著上升,叶片内c(AsA)/c(DHA)与c(GSH)/c(GSSG)维持在相对稳定的水平.因此,我们推测对番茄幼苗进行适宜浓度的SA预处理能够使其叶片中的SA质量分数上升至一定程度,从而诱导H2O2的适量积累,上调植物的抗氧化能力,使植物细胞在低温下维持相对稳定的氧化还原状态,从而缓解了低温对植物所造成的氧化损伤,提高了其抗冷性.

植物叶片解剖结构的量化及其在C4植物高粱中的应用

测量切片内所有细胞或细胞器的总周长,并乘以切片厚度和校正因子是一种量化植物叶片解剖结构的常用方法。前人在使用该方法时因忽视了细胞大小、切片厚度等影响估算精确度的因素,从而导致计数样本偏少并产生较大误差。通过分析该方法误差产生的原因及其与精确度的关系,明确了该方法在实际应用中不同精确度所要求对应的切片数量。在此基础上,将该方法用于C4植物高粱(Sorghum bicolor)叶片结构的量化,提出叶肉细胞与维管束鞘细胞接触面积(CABM)等参数,发展并完善了植物叶片解剖结构的量化方法。

1-MCP和真空包装对冰温贮藏磨盘柿品质的影响

为了探讨磨盘柿脱涩保脆新途径,研究了不同处理对柿果的贮藏品质、生理生化指标以及软化酶系的影响。结果表明:冰温(-0.5～-0.2℃)贮藏条件下,1-MCP可以有效抑制柿果硬度的下降、乙醇的积累、细胞膜透性的上升、可滴定酸的减少、PG和CX活性的增加;1-MCP结合真空包装不仅可以有效抑制柿果硬度的下降,还能促进可溶性单宁向不溶性单宁的转化,可溶性单宁在60 d下降为0.03%(完全脱涩),硬度为17.58 kg/cm2,贮藏期延长30 d。

青皮鲜核桃低温贮藏后货架期品质的变化

以青皮鲜核桃为试材,研究不同厚度PE包装的青皮鲜核桃结合低温贮藏60d后,转入常温货架期间果实品质及生理的影响。结果表明:在货架期间,经厚度为40、50μm的PE袋包装处理过的青皮鲜核桃能有效地保持其原有水分和色泽,降低呼吸强度,提高青皮鲜核桃仁过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性,并使脂氧合酶(LOX)活性维持在较低的水平,能够有效保持青皮鲜核桃的品质,延缓果实衰老。与对照组相比,经厚度为40μm的PE袋包装处理过的青皮鲜核桃货架期延长到9d,保鲜效果良好。

杜鹃属植物迁地保育适应性评价

适应性评价是衡量植物迁地保育成功与否的关键。采用生长发育、抗逆性与繁殖能力指标,作者评价和研究了华西亚高山植物园位于四川都江堰海拔1,800m的龙池基地的中国产杜鹃属(Rhododendron)植物中5亚属7组33亚组172种(含17亚种或变种)的迁地保育适应性,计246种次,每种次5-20个个体。结果表明:(1)杜鹃属植物对于保育地的适应性与其区系地理的同质性、海拔的接近度、类群的进化程度和关键功能性状具有较为密切的联系;(2)中国-日本森林植物亚区分布的杜鹃属植物的适应性优于中国-喜马拉雅森林植物亚区;(3)与保育地海拔愈接近的类群及种类其适应性愈高,由较高海拔向较低海拔的引种适应性高于反向引种;(4)杜鹃属中的原始类群及以我国东部分布为主的中等进化程度类群的适应性明显高于进化类群,尤其高于向西分化的高山杜鹃类群;(5)具有叶片大型化、无毛或少毛、少鳞片等关键功能性状的杜鹃类群及其种类,更适宜阴湿与低辐射环境。结果表明,有关适应性理论能解释杜鹃属迁地保育适应性,但也有局限性。

玉米D亚族bZIP转录因子基因的数据库挖掘、分析、克隆与表达

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper,bZIP)是真核生物特有的转录因子家族,在高等植物基因表达与调控中起重要作用。本文通过对玉米基因组数据库中收录的全长cDNA序列全基因组范围的bZIP分析,发现其中25个序列编码D亚族bZIP转录因子。针对这些序列进行生物信息学分析、染色体分布和直系同源组的分类分析,发现部分序列可能是由同一基因座编码,但不同方式剪切形成的。对部分基因克隆和测序发现了更多的剪切形式。定量检测其中3个基因在ABA和干旱胁迫条件下的表达发现,其中1个受ABA诱导,2个受ABA抑制,但均不受干旱胁迫影响。表明玉米中D亚族基因可能参与ABA响应。

走向未来——建设北京国家植物园

野生植物资源中储备着大量涉及抗寒、抗旱、耐盐、速生、早熟等特性的有用基因或物种，这些基因或物种影响到国家的兴衰，甚至可以左右一个国家的经济命脉。因此，保护野生植物资源具有长远的战略意义。

栽培地区、采收季节和株龄对迷迭香精油成分和抑菌活性的影响

采用气相色谱-质谱联用的方法,研究了不同提取部位、栽培地区、采收季节和株龄对迷迭香精油提取率、成分和抑菌活性的影响。结果表明,在贵州栽培的迷迭香叶子中精油的主要成分为α-蒎烯(31.88%–39.09%)、1,8-桉叶素(8.82%–10.97%)和樟脑(7.63%–11.59%);茎中精油的主要成分为龙脑(26.62%–39.05%)、樟脑(11.41%–15.27%)和α-蒎烯(7.23%–17.80%);茎中精油的抑菌活性强于叶中精油。北京地区栽培的迷迭香,其叶子中精油的主要成分为樟脑(27.92%)和L-β-蒎烯(25.28%),抑菌活性强;茎中精油和贵州栽培的成分和活性均相似。对于采收季节,夏季采收的迷迭香精油提取率高,抑菌活性强。而株龄对精油的成分和抑菌活性影响不大。该研究为我国引种迷迭香的合理配置栽培、采收、生产条件和高效开发利用其抑菌活性提供了科学的依据。

拟南芥中myo-肌醇-多磷酸合成与代谢及其信号

在酵母、真菌、动物和植物等真核生物中,以myo-肌醇为基石通过不同位点的磷酸化形成各种myo-肌醇-多磷酸及其衍生物。过去10年的研究发现这些肌醇多磷酸参与了膜脂定向转运、蛋白结构稳定、离子通道调控、RNA转运以及DNA修复和染色质重塑等细胞生物学的基本进程。近些年在模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)的研究中,许多调控植物生长发育和环境胁迫应答的重要基因被发现,并证实这些基因参与myo-肌醇-多磷酸的合成与代谢。该文概述了拟南芥中myo-肌醇-多磷酸合成与代谢的基因调控机理,综述了不同肌醇多磷酸作为信号分子的功能,提出肌醇多磷酸如同一类信息代码传递着植物细胞有序进程的基本指令。

用气相色谱-质谱联用比较牛耳草代谢物的提取方法

通过比较不同的提取方法对牛耳草新鲜和脱水叶片中代谢物的提取效率,旨在建立一种可以有效鉴定并分析牛耳草脱水过程中关键小分子代谢物的种类和含量变化的方法,为研究植物耐脱水分子机制提供技术方法。本研究以气相色谱-质谱联用(GC-MS)为分析方法,对复苏植物牛耳草代谢物提取方法进行比较。从提取总色谱峰数目、提取效率、代谢物保留时间和提取效率稳定性等方面比较甲醇溶液(A法)和甲醇-氯仿-水溶液(B法)两种提取方法的提取效果。对牛耳草新鲜样品提取结果表明,B法提取的总色谱峰数目多于A法;对9种共有代谢物的提取效率比较结果表明,B法的提取效率高于A法;对10种色谱峰的保留时间和提取效率的方法学考察结果表明,两者保留时间RSD(相对标准偏差)值均小于1%,A法提取效率的RSD值≤10%的比例为50%,B法的为100%。A法对干样的提取色谱峰数目远少于鲜样,而B法对干样的提取色谱峰数目和鲜样没有显著差异,保留时间RSD值均小于1%,提取效率的RSD值与鲜样没有差异,稳定性良好。