生长素和脱落酸在草莓果实发育过程中的作用

草莓果实是非呼吸跃变型果实,关于其发育成熟的机理研究较少。以八倍体草莓甜查理为试材,分析了果实发育过程中脱落酸ABA和生长素IAA的含量,同时用ABA和IAA处理转色期的草莓果实,发现ABA能加速果实着色软化,抑制IAA的积累;相反IAA抑制果实着色软化,抑制ABA的积累。进一步分析表明ABA能降低IAA合成代谢路径中基因的表达水平,而IAA能降低ABA合成代谢路径中基因的表达水平。ABA能促进果实成熟相关基因的表达,包括与果实上色有关的基因如查尔酮合酶等,和与果实软化有关的基因如伸展蛋白基因等;但IAA表现为抑制。果实上色与软化直接影响草莓成熟进程。这些结果说明ABA和IAA协同调控了草莓果实的发育进程,为以后草莓果实品质的改善和育种提供了思路。

铜胁迫下葡萄植株的生理响应和铜转运蛋白基因VvCTR1的克隆及分析

[目的]本文旨在研究重金属铜对葡萄植物生长发育的影响,为揭示重金属铜对植物的伤害机制提供理论依据。[方法]采用过量的硫酸铜以及硫酸铜与其螯合剂混合液处理葡萄植株幼苗,以Hoagland溶液为对照,分析根和叶片的发育情况,叶绿素含量以及铜在植株中的分布情况;克隆了铜转运蛋白基因VvCTR1,分析其在果实发育过程中的表达量,并对其结构特征和物种间的同源性进行分析,同时分析铜胁迫下葡萄根、茎和叶中的VvCTR1表达情况。[结果]与对照相比,过量的硫酸铜、硫酸铜与柠檬酸或EDTA混合处理可以抑制葡萄植株新根的发育数量和长度,促进叶片叶绿素的降解和落叶速率,增加叶柄基部乙烯的产生以及多聚半乳糖醛酸酶和纤维素酶活性,尤其以硫酸铜和EDTA混合处理伤害更明显。Cu^(2+)在植株叶、茎、根中的含量从小到大分别依次为上部叶片、中部叶片、下部叶片,上部茎、中部茎、下部茎,老根、幼根;硫酸铜处理植株中的Cu^(2+)含量高于对照,并且随着处理时间的延长含量不断升高,尤其是硫酸铜与柠檬酸或者EDTA混合处理植株中Cu^(2+)含量更高。克隆的铜转运蛋白基因VvCTR1中无内含子,其编码的蛋白含有3个跨膜区TMD1~3,N端含有1个甲硫氨酸富含区。VvCTR1基因的表达量随着果实发育逐渐降低。无论在根中还是在不同部位的茎和叶中,VvCTR1都能被铜诱导。[结论]过量的铜会对葡萄植株造成伤害,尤其与Cu^(2+)的螯合剂柠檬酸或EDTA同时存在时,能使更多的Cu^(2+)进入植物体内,最终引起葡萄植株死亡。

转录因子ABI4调控草莓果实成熟的分子机制

[目的]探讨转录因子ABI4在草莓果实发育过程中的作用。[方法]以八倍体草莓品种‘甜查理’为试材,利用基因同源克隆技术获得了1个草莓转录因子Fa ABI4编码基因,运用Clustal X软件和MEGA 5软件分析了草莓中Fa ABI4与其他物种间的序列同源性和亲缘关系,并利用荧光定量PCR技术分析了Fa ABI4基因随着草莓果实发育的表达模式。通过植物双元表达载体p BI121构建的基因瞬时表达系统对草莓果实中的Fa ABI4基因表达水平进行了调控,Fa ABI4基因表达量瞬时调控出现表型后,分别采取空载体p BI121和干扰载体p BI121-Fa ABI4侵染过的草莓果实并且去掉种子,分析其果实色素含量、脱落酸含量、果实硬度和蔗糖含量等生理指标,以及Fa CHS和Fa UFGT基因的表达水平变化。[结果]获得了1个编码330个氨基酸的Fa ABI4转录因子,与AP2家族的特征一样,含有1个57个氨基酸残基的AP2结构区域,与其他物种如梅花、葡萄和苹果的亲缘关系很近。Fa ABI4基因表达量在草莓果实发育前期很低,在果实发育中期和后期表达量剧烈上升。草莓果实瞬时干扰Fa ABI4基因14 d后发现,与注射空载体p BI121相比,注射p BI121-Fa ABI4的草莓果实表面出现了部分不能正常上色现象。切取不能上色部分的果肉进行生理和分子指标分析发现,与对照果实p BI121相比,p BI121-Fa ABI4降低了果实花色苷和蔗糖含量,促使果实硬度变大,但对ABA含量未有影响,同时降低了花色苷合成路径中的2个关键酶基因Fa CHS和Fa UFGT的表达水平。[结论]草莓中的转录因子Fa ABI4跟其他物种一样具有典型的AP2结构域,属于AP2家族。Fa ABI4正向调控草莓果实发育,可通过影响Fa CHS和Fa UFGT基因表达水平影响花色苷积累,同时可影响果实硬度及蔗糖积累,最终调控草莓果实的发育成熟进程。

葡萄基因组无内含子基因生物信息学及其表达分析

[目的]本文旨在研究葡萄(Vitis vinifera)无内含子基因的结构特征、功能以及表达特点。[方法]对葡萄19条染色体上4 906个(占整个基因组的13.8%)无内含子基因情况进行分析,并研究了无内含子基因的亚细胞结构、GO功能类型以及基因在不同组织的表达情况。[结果]葡萄无内含子基因数与每条染色体长度和染色体的基因总数存在正相关关系,每条染色体上无内含子基因占染色体上基因总数的1.2%~1.5%,同时无内含子基因在同一条染色体上的分布是不均匀的,更偏向富集于染色体的两端。葡萄无内含子基因的平均长度为997 bp,比总基因的平均长度短,是总基因长度的1/5。葡萄无内含子基因的亚细胞定位表明,基因产物分布在叶绿体上的数最多,线粒体上几乎没有。基因功能预测结果表明,葡萄无内含子基因主要为生长因子、转录调控、电压门控离子通道以及结构蛋白4种,其中更多参与生长调节。葡萄无内含子基因在不同组织中的表达水平低于有内含子的基因。[结论]葡萄无内含子基因与有内含子基因相比长度较短,表达水平较低。

铜胁迫对植物生长发育影响与植物耐铜机制的研究进展

铜(Cu)是植物生长发育必需的微量营养元素,在光合作用、呼吸作用、抗氧化系统及激素信号转导等多种生理过程中发挥至关重要的作用,其在植物体内含量过高或不足均会影响植物的正常生理代谢。近年来由于含铜杀菌剂的广泛使用及工业含铜污染物的排放,铜污染对植物生长发育的危害备受关注。研究铜离子对植物生长发育的影响以及植物响应铜胁迫的分子机制,对人们了解植物的耐铜性和铜污染区的植物修复具有重大意义。本文从植物对铜离子的吸收转运及积累,铜胁迫对植物生长发育的影响及植物对铜胁迫的抗性机制3个方面,系统总结了国内外关于植物铜胁迫的研究进展,并提出了需要进一步加强铜胁迫分子调控机制及植物修复方面的研究。

国际葡萄品种目录数据库的使用与分析

葡萄是世界上最重要的果树之一,在世界范围内拥有上万份的种质资源,其遗传多样性非常丰富。近年来,随着葡萄产业与计算机信息通信技术的飞速发展,建立葡萄种质资源网络数据库显得尤为重要。1984年,德国Geilweilerhof葡萄育种研究所在国际植物遗传资源委员会(IPGRI,现更名Bioversity International)与国际葡萄和葡萄酒组织(OIV)支持下,建立了世界上最丰富的葡萄种质数据库——国际葡萄品种目录(VIVC,Vitis International Variety Catalogue)。为了让广大葡萄育种者和科研人员更好地认识VIVC的功能及其所登录的大量葡萄种质的特点,达到促进对葡萄种质资源的利用与创新,本研究介绍了VIVC的主要功能与数据库中登录的葡萄种质资源的情况,并对这些葡萄种质的育种地区、用途、果皮色泽、花器类型、种子有无等性状以及SSR标记在葡萄种质鉴定中的利用等进行了分析。

葡萄BBX基因家族的鉴定与表达分析

BBX转录因子家族参与植物幼苗的光形态建成、开花、光周期调控及避荫反应等,在高等植物的生长发育过程中起到重要作用。为了解葡萄中BBX基因家族功能,本研究利用生物信息学方法对葡萄BBX基因家族成员的数量、结构、启动子、氨基酸特性、染色体定位及基因进化进行分析。结果表明,葡萄BBX家族有25个成员,以酸性蛋白为主;亚细胞定位表明,有4个分泌途径信号肽,VvBBX2、VvBBX5、VvBBX7、VvBBX20;有2个叶绿体转运肽,VvBBX23、VvBBX24;有1个线粒体靶向肽VvBBX1。染色体定位分析发现,25个VvBBXs基因主要分布在1、3、4、5、7、9、11、12、14、18、19共11条染色体上;系统发育进化分析发现葡萄BBX家族成员分为5个亚家族;葡萄与拟南芥的同源性分析发现,葡萄BBX蛋白家族有很强的保守性;在葡萄BBX基因启动子序列中含有光相应元件、激素类响应元件、低温响应元件等多种顺式作用元件。葡萄BBX基因家族在不同发育时期不同葡萄组织中的表达谱显示,该基因家族具有一定时空表达特异性;不同光照条件下,葡萄BBX基因的相对表达量有显著变化,这表明葡萄BBX基因家族与光形态建成及光合作用有着密切的关系。本研究结果为葡萄BBX基因家族的进一步功能分析提供了重要研究基础。

昆虫病原线虫Heterorhabditidoides rugaoensis及其共生菌Serratianema todiphila R187与黒腹果蝇免疫系统的互作研究

[目的]本研究通过Heterorhabditidoides rugaoensis/Serratia nematodiphila R187侵染黑腹果蝇的免疫突变体,来研究该类昆虫病原线虫/共生菌成功侵染果蝇成虫的相关机制。[方法]分别利用携带共生菌的线虫侵染、钨针沾共生菌菌悬液针刺和人工饲喂共生菌3种方法将S.nematodiphila R187植入果蝇血腔或肠道;通过果蝇死亡率、细菌菌落计数,结合果蝇体液免疫信号系统调控的2种抗菌肽——Diptericin和Drosomycin表达的Q-PCR检测,研究H.rugaoensis-S.nematodiphila R187与果蝇体液免疫系统的互作。[结果]H.rugaoensis携带共生菌和共生菌针刺侵染后同时激活果蝇的Toll和Imd途径;荧光定量PCR结果显示侵染过程中Diptericin和Drosomycin的相对表达均呈先上升再逐渐减弱的趋势;共生菌侵入果蝇血腔后,FADD突变体的Drosomycin相对表达量在6 h达到最高(100%),Dif突变体和野生型的Diptericin的相对表达量在12 h达到最高(90%)。共生菌侵染果蝇肠道时,仅在18 h时检测到抗菌肽的微弱表达。3种侵染方法均可导致果蝇死亡;Dif突变体果蝇和野生型果蝇的死亡进程相似,略慢于FADD突变体;以共生菌针刺侵染的致病力最强,20 h果蝇全部死亡。[结论]S.nematodiphila R187侵染果蝇时,Toll途径和Imd途径都被激活;果蝇抵抗S.nematodiphila R187入侵的体液免疫信号通路主要是其Imd途径;S.nematodiphila R187可能采用免疫逃避机制从其肠道成功侵染果蝇。

葡萄重要性状基因定位及其应用

葡萄是具有重要经济价值的果树之一,其遗传育种学广受研究者关注。由于葡萄童期长、遗传杂合度高,传统杂交育种选育新品种通常耗时长、效率低。因此,通过构建葡萄遗传连锁图谱、对数量性状位点(quantitative traits locus,QTL)进行定位能够解析葡萄杂交群体中分子标记与表型之间的关系,更有针对性地选择育种亲本并对后代杂交群体进行早期鉴定,开展分子标记辅助育种(marker-assisted selection,MAS),加快育种进程。随着分子生物学和基因组测序技术的发展,自2000年开展了基因定位研究后,越来越多的QTL得到了解析。本文对近20年来发现的葡萄抗霜霉病、抗白粉病、抗根瘤蚜、浆果大小、无核、果皮颜色等重要基因的QTL定位情况进行了综述,重点介绍了葡萄色泽性状相关Myb基因定位及其在MAS中的应用,以期挖掘葡萄种质资源中与抗性、品质性状形成和调控相关的关键基因,推动葡萄定向分子设计育种进程,以及提升我国葡萄育种水平。

葡萄HB基因家族全基因组鉴定及表达分析

[目的]本文旨在利用生物信息学方法鉴定葡萄同源异型盒(homeobox,HB)基因家族,对其序列和结构特征,进化特征和表达特性进行系统分析,筛选响应芽休眠及多种胁迫的候选葡萄HB基因。[方法]利用本地BLAST程序,以拟南芥HB基因为靶序列与葡萄全基因组蛋白序列进行比对。利用ExPASy预测葡萄HB基因家族蛋白理化性质,并使用MapGene2Chro定位染色体。基于邻近法,利用MEGA X软件构建葡萄和拟南芥HB基因家族成员系统进化树。同时使用TBtools软件分析HB家族成员基因结构、保守结构域及启动子顺式作用元件特征。采用MCScanX分析HB基因家族成员在葡萄与拟南芥之间的基因组共线性。基于已有的转录组数据,分析HB基因在芽休眠、果实发育和不同非生物胁迫下的表达情况。[结果]在葡萄基因组中共鉴定出80个HB基因家族成员,分布在18条染色体上,根据进化分析将其分为9个亚族。家族成员氨基酸数量为66~1772,相对分子质量为(8.28~198.55)×103,等电点为4.60~10.03,亚细胞定位预测其主要定位于叶绿体之中。基因结构分析发现,葡萄HB基因家族成员均包含外显子,数量为1~20个。葡萄HB基因家族存在2对串联重复基因和23对共线性基因,在拟南芥和葡萄间存在82对共线性基因对。启动子顺式作用元件分析表明,HB家族含有光响应元件、多种激素响应元件、逆境胁迫响应元件和组织特异性响应元件等。葡萄HB家族蛋白中KNOX与BEL亚家族成员间互作关系最为密切。通过葡萄HB基因家族的表达谱分析发现,绝大部分HB家族成员在芽休眠和干旱胁迫下有显著差异表达,并且还发现了7个HB家族成员可能参与芽休眠调控,其中VvHB9和VvHB34可参与多种非生物胁迫。[结论]本研究鉴定并分析了葡萄HB家族成员的基本信息,基于转录组数据,筛选了多个参与芽休眠调控和能够响应多种非生物胁迫的关键基因。

论我国长租公寓发展的制约因素及其对策研究

为使得我国长租公寓保持可持续发展态势,本文在总结长租公寓发展的制约因素的基础上,对制约因素进行了分析和筛选。将典型案例分析和专家评分法用于量化制约因素间的相关性,并基于DEMATEL模型对制约因素之间的因果关系进行分析。根据分析结果对长租公寓的发展提出了政府要完善长租公寓的顶层制度设计,增设必要的管理层级,同时应牵头与企业和行业协会共同研究和制定长租公寓产业发展金融支持计划,政府也要逐步推动资产证券化和信托基金等资产支持政策。

FaASR基因超表达促进草莓果实着色

以‘甜查理’草莓为试材,在克隆草莓ASR同源基因的基础上,对草莓中Fa ASR基因进行生物信息学、时空表达分析,通过调控草莓果实中ASR基因表达水平,分析果实的着色、蔗糖、ABA、色素和果实硬度等生理指标的变化,以及与色素代谢相关基因CHS、UFGT的表达水平,揭示ASR基因调控草莓果实成熟的机制。草莓ASR含有一个典型的与果实成熟和抗逆有关的ABA/WDS区域,ASR基因过量表达可以促进草莓果实提前上色,促进果实内源ABA积累、蔗糖含量增加和果实变软,并且促进与果实花色苷积累相关的关键基因CHS和UFGT的转录水平。该研究有助于深入揭示果实发育信息传递的分子机制,也为今后草莓的分子改良育种奠定重要的基础。

叶面喷施NaH_2PO_4,K_2SO_4以及KH_2PO_4对葡萄磷钾吸收相关基因表达的影响

为了研究叶面喷施磷、钾以及磷钾复合肥的时效性。以‘魏可’葡萄为试材,选择葡萄花序展露期、果实膨大期和转色期,喷施磷钾相关肥料,统计分析其相关生理指标,测定磷、钾8个吸收相关基因的表达情况。叶面喷施三种肥料后,葡萄叶片的新梢生长率,叶绿素含量,果实大小等生理指标均有不同程度的提升。植株应答外源磷钾从基因水平、时间长短等与生长发育情况基本一致。喷施磷肥后基因应答效果在果实膨大期最佳,喷施钾肥则是在转色期最佳。磷钾吸收相关基因在6 h就已经开始表达,在12~24 h达到最高,并在需求高的时期可持续至48 h,磷素一般在24 h达到最高,钾素一般在12 h达到最高。综合生理指标和基因表达两个方面三种肥料的肥效为KH_2PO_4>K_2SO_4>Na H_2PO_4。可以利用磷钾吸收相关基因表达情况预先判断植株生长发育的情况,即可以利用该基因信息判断喷施磷钾肥对葡萄生长发育的影响。

葡萄砧木对渗透胁迫的抗性差异及生理响应机理

对10个葡萄砧木品种的干旱、涝害以及盐胁迫的耐受性进行研究,以筛选综合抗性较强的品种。砧木‘520A’综合表现最好,对3种胁迫均有较强的抗性;‘420A’对2种胁迫有较强的抗性;‘3309M’‘1103P’和‘110R’分别只对其中的1种胁迫有较强的抗性;‘贝达’和‘101-14’则对3种胁迫的抗性均较弱。渗透胁迫下砧木的抗性与其可溶性糖、脯氨酸、MDA以及Ca;的积累呈正相关,而与总叶绿素含量呈负相关。

葡萄种质资源果形性状的分析

通过分析葡萄种质的果形性状以及不同类型的果形特点,为认识葡萄种质资源果粒形状特点和育种亲本选择提供一定依据。选取820份葡萄种质材料(286份的性状来自田间实地调查,534份来自《中国葡萄志》和《中国葡萄品种》记载),对不同类型、种(species)和用途的葡萄果形特点、不同果形单果质量的分布、以及质量与其纵径和横径的相关性、不同年代选育不同果形的数量等进行分析。结果表明,倒卵圆形和长椭圆形的果粒较大,而圆形的果粒较小。欧亚种葡萄中长椭圆形和卵圆形的较多,欧美杂种葡萄中倒卵圆形的较多。鲜食葡萄较酿酒、制干和制汁葡萄果形更丰富且更狭长。黑色葡萄以圆形和近圆形为主,白色和红色葡萄中果形较为丰富。从育种进程来看,早期选育的葡萄果形以圆形为主,之后变为以圆形、近圆形和椭圆形为主,现代越来越多果形相继出现。圆形、卵圆形和倒卵圆形果粒的横、纵径与果粒质量拟合度较好。同一个葡萄品种果粒形状可能存在差异,其中椭圆形变化较为普遍。

葡萄果粒形状简化基因组关联分析

为了寻找控制葡萄果粒形状的基因位点,本研究中对304个葡萄种质的果形性状了进行简化基因组关联分析。对葡萄种质材料的基因组DNA进行测序,平均测序深度为8.13×,共开发466 618个SLAF标签,其中多态性SLAF标签有392 374个。比对测序分析获得了4 241 729个SNP标记,进一步根据完整度大于0.8以及次要基因型频率大于0.05的标准进行过滤,共得到481 192个SNP。本次检测到的控制葡萄果粒形状的相关位点为首次报道,除基于一般线性模型的SNP rs26137624外,其余检测表型遗传变异贡献率均大于11%。基于一般线性模型和混合线性模型分别关联到7个和3个显著性SNP标记,且均位于2号染色体上。通过筛选每个显著性SNP标记上下游区域,对关联区域进行功能基因挖掘,共得到10个有预测功能注释的基因和7个未知功能的基因。

逆境胁迫对‘宁玉’草莓叶片自噬小体数量及其相关基因表达的影响

为探索自噬在草莓叶片响应逆境胁迫中的作用,以‘宁玉’草莓为试材,研究了在黑暗、高盐、涝害、高温和干旱胁迫处理下,叶片自噬活动的情况以及Fa ATG5、Fa ATG6、Fa ATG7、Fa ATG8C、Fa ATG8F、Fa ATG12这6个自噬相关基因在草莓叶片中的半定量和定量表达情况。结果显示:在5种胁迫条件下,草莓叶片自噬小体的数量发生变化,都达到4个以上,其中在盐胁迫3 d时达到最多,为35个,在高温胁迫和干旱胁迫下出现先上升后下降的现象,说明高温和干旱胁迫对草莓伤害最为严重。在5种胁迫条件下,自噬相关基因表达总体呈上升趋势,并且在高温胁迫条件下,Fa ATG5、Fa ATG7、Fa ATG8F、Fa ATG12表达水平先升高后下降。在干旱胁迫条件下,Fa ATG6、Fa ATG8C、Fa ATG8F表达水平先升高后下降。Fa ATG8C和Fa ATG8F这两个基因对草莓叶片中自噬小体的形成以及应答不同胁迫中的作用更为重要。

干旱胁迫下‘宁玉’草莓生长发育及相关基因表达特点

为分析基因诊断草莓在干旱逆境条件下生长状态的可行性,以‘宁玉’草莓为试材,调查了不同干旱胁迫条件下的生长特点以及与生长素合成、脱落酸合成、花果发育、色素合成相关的10个基因的表达情况。研究结果表明:在不同干旱条件下草莓均可完成从营养生长到生殖生长的生命周期,所选基因也都行使并完成了其调控功能。与对照植株相比,在轻度和中度干旱胁迫(50%~65%土壤持水量)条件下,草莓植株的物候期较对照(80%土壤持水量)提早,而在严重干旱胁迫(35%土壤含水量时)条件下延缓,随着干旱胁迫条件的加重,草莓植株、叶片、果实明显变小,果实着色加深。每个基因在不同干旱条件下表达水平的变化趋势基本一致,且都与相应的物候期以及生长发育时间长短的变化情况相一致,但所选基因在几种干旱条件下其表达开始的早晚、表达水平的高低以及表达相应程度持续时间的长短存在不同。在轻度和中度干旱条件下,这些基因的表达时间提早,但持续时间较短,表达水平高于对照;而在重度干旱条件下,这些基因的表达开始的时间较对照延缓,表达水平较低但持续时间拉长。上述研究结果表明,利用基因的表达信息可以提前推断草莓植株在不同干旱条件下的生长发育状态,了解干旱胁迫对草莓生长发育的影响以及为是否需要提早采取管理措施等提供重要依据。