基于转录组学和代谢组学解析氮调控花生结瘤固氮的机理

花生是一种重要的豆科作物,能与根瘤菌共生固氮,但该过程受到土壤中氮素的严格调控,施氮量过高时会形成“氮阻遏”效应。目前关于氮素调控花生结瘤固氮机理的研究较少。本研究以花育22号为试验材料,设置90 kg/hm^(2)氮处理和对照(不施氮),统计根瘤数、测定固氮酶活性并进行转录组学、代谢组学及双组学联合分析。结果表明,施氮处理显著减少根瘤数,降低根瘤固氮酶活性。经转录组分析,共鉴定出3123个差异表达基因,富集在生物过程、细胞组成和分子功能三大类;从中筛选出13个与氮调控花生结瘤固氮有关的基因,分别编码生长素应答蛋白和响应因子、鸟氨酸脱羧酶、天冬酰胺合成酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合酶、苹果酸脱氢酶、苹果酸酶等。经液相色谱串联质谱法分析,共鉴定到201种差异代谢物,包括酚酸、黄酮、氨基酸等共12大类物质,其中黄酮类代谢物占比最高,约占19.9%。通过对转录组学和代谢组学的联合分析发现,氮素主要通过植物激素信号转导、次生代谢物生物合成、氮代谢等途径调控花生结瘤固氮。本研究结果可为深入研究氮素调控花生结瘤固氮的分子机理提供信息基础。

转录组和代谢组分析钙调控花生结瘤固氮的机理

作为一种重要的豆科作物,花生能与根瘤菌共生固氮,该过程受到钙元素的调控。目前,关于钙调控花生结瘤固氮的机理少有报道。本研究以花育22号为试验材料,对CaO处理组和对照组的花生根系进行转录组、代谢组以及双组学联合分析。转录组分析共鉴定出2313个差异表达基因,主要富集在代谢途径,包括精氨酸和脯氨酸代谢等。基于液相色谱串联质谱法进行的代谢组分析共鉴定出48种差异代谢物,包括黄酮、氨基酸、酚酸等12大类物质。研究表明,CaO处理使花生根系的精氨酸和组氨酸含量增加,对根瘤菌的趋化作用增强,有利于根瘤菌侵染,进而促进结瘤。花生根瘤中编码谷氨酸合成酶/谷氨酰胺合成酶的基因上调,有利于NH_(3)被同化为谷氨酰胺,这可能与钙促进根瘤固氮有一定相关性;根瘤中编码蔗糖合酶和苹果酸脱氢酶的基因上调,固氮所需的能量增加可能是钙促进根瘤固氮的另一原因。本研究结果将为深入研究钙调控花生结瘤固氮的分子机理提供信息基础。

小麦遗传改良中的重要基因源——冰草

通过远缘杂交创制育种新材料并应用于小麦新品种培育,对拓宽小麦的遗传基础和提高育种水平具有重要意义。冰草属(Agropyron)物种具有较强的抗旱、抗寒、耐盐和抗病特性,是小麦遗传改良的重要基因源。本研究对小麦与冰草杂交、小麦-冰草异染色体系的创制、小麦背景中冰草染色质的鉴定和冰草有益性状向小麦导入等方面的研究进展进行总结,以期为更好地开发利用该属物种提供依据。