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。

银杏叶绿素a/b结合蛋白基因(GbLhcb4)及其启动子克隆

为了探究银杏中叶绿素a/b结合蛋白基因(Gb Lhcb4)的结构及其相关的转录调控元件,基于Roche454高通量测序获得的Gb Lhcb4基因片段,采用RACE技术分离得到该基因的c DNA序列,并通过染色体步移技术获得该基因启动子序列,结合生物信息学技术分析基因序列的特征、系统进化地位及启动子区域的转录调控元件。序列分析表明,Gb Lhcb4基因全长1 200 bp,含有一个834 bp开放阅读框,编码277个氨基酸,相对分子量为30.65 k D,等电点为5.17。同源分析表明,该基因编码蛋白与北美云杉Ps Lhcb4蛋白(Gen Bank登录号:ABK21281.1)相似性最高,为74.7%。启动子顺式作用元件预测表明,启动子区域包含多个光响应元件及逆境响应元件,同时还存在激素响应、组织特异性表达、细胞周期等相关调控元件。此研究分离得到银杏Gb Lhcb4基因及启动子序列,并进行了相关的生物信息学分析,为探究银杏Gb Lhcb4基因应答环境信号的转录调控机制提供了分子基础。

金叶植物叶片特点及叶色成因的研究进展

金叶植物因其独特的叶色近年来在城市园林绿化中越来越受到人们的重视,然而就其叶色特点和成因还未有详尽而系统的阐述。从叶片的解剖结构、色素组成和光合特性3个方面综述了金叶植物叶片特点的研究概况,并从遗传因素和外部因素两个方面总结影响植株叶色形成的原因,进而对未来黄叶植株的研究方向提出了展望,以期为黄叶植株新品种的选育和叶色的改良提供帮助。

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。

不同地理种源南京椴个体生长规律

采用目标种取样法,在宝华山自然保护区、皇藏峪自然保护区和牛首山森林公园内选取椴树较为集中的地段设置样地,运用解析木分析方法,分别从树高、胸径、材积3个方面揭示南京椴个体生长规律,并分析不同地理种源南京椴个体生长规律的差异。结果表明:(1)南京椴树高生长速生期和成熟期早于胸径和材积生长,树高生长在30 a左右达到成熟期,而材积生长在60 a内并未进入成熟期;(2)3个地理种源南京椴个体生长存在一定差异,其中安徽皇藏峪南京椴速生期生长量高于其它2个地理种源,而材积生长的成熟期晚于其它2个地理种源。研究结果可为南京椴用材林的栽培及抚育管理提供参考。

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。

高等植物脂肪酸去饱和酶及编码基因研究进展

生物膜是细胞、细胞器与外界环境连接的界面,是温度胁迫伤害发生的原初位点。细胞膜脂不饱和脂肪酸含量和组分是影响生物膜相变的主要因素,进而影响植物在温度胁迫下的抗性。脂肪酸去饱和酶是脂肪酸代谢过程中的关键酶,调节细胞膜中脂肪酸的含量和组分。笔者根据脂肪酸去饱和酶在催化反应中的先后顺序将其分为3类,分别阐述这3类脂肪酸去饱和酶与温度胁迫下植物适应性的关系,综述了近年来国内外脂肪酸酶去饱和酶及编码基因的克隆、功能鉴定、表达调控等方面的研究进展,对应用基因工程技术培育出温度抗性较强植物品种的研究进行了展望。

温度和光照强度对银杏叶黄酮合成的影响

为了探索温度和光照强度对银杏叶黄酮合成及调控机制,本研究对两年生银杏盆栽苗进行温度和光强的两因素三水平的处理,测定黄酮类黄酮类化合物的含量、代谢过程中关键酶基因表达量并建立黄酮类含量与基因表达的相关性,结果表明:T1Q3处理40 d后和T2Q2处理20 d后,单株银杏黄酮含量相较处理前显著增加;大部分处理中,黄酮类化合物的增量存在显著的温度效应,部分处处理中,黄酮类化合物的增量存在显著光强效应和温度、光强交互效应;黄酮代谢过程基因表达量存在显著或极显著的温度、光强及温度、光强交互效应;相关性分析表明;仅在处理10 d时,槲皮素的含量与F3H、FLS和ANS基因的表达量呈现明显的正相关。

微量元素对银杏愈伤组织诱导及生长的影响

为优化银杏愈伤组织培养,通过对5种微量元素(钼、硼、锰、铜及钴元素)及其不同质量浓度配比的研究,探讨这些微量元素对银杏愈伤组织诱导及生长的影响。结果表明:微量元素及其质量浓度显著影响了银杏愈伤组织的诱导率、褐化率及生长量指标(p<0.01)。其中对该3个指标影响最大的元素分别为Co、Mo和Cu元素。在所有处理组合中,愈伤组织诱导率最佳的微量元素组合为:Na2MoO4.2H2O 1.250 mg.L-1、H3BO324.800mg.L-1、MnSO4.4H2O 22.300 mg.L-1、CuSO4.5H2O 0.013 mg.L-1、CoCl2.6H2O 0.125 mg.L-1;而褐化率最低的微量元素组合为Na2MoO4.2H2O 0.125 mg.L-1、H3BO324.800 mg.L-1、MnSO4.4H2O 66.900 mg.L-1、CuSO4.5H2O 0.500 mg.L-1、CoCl2.6H2O 0.250 mg.L-1;愈伤组织生长量最大的组合为:Na2MoO4.2 H2O 0.125 mg.L-1、H3BO3 24.800 mg.L-1、MnSO4.4H2O 66.900 mg.L-1、CuSO4.5H2O 0.500 mg.L-1、CoCl2.6H2O 0.250 mg.L-1。

银杏GbSAD基因对非生物胁迫的响应及原核表达

以悬浮培养的银杏愈伤组织为材料,采用荧光定量RT-PCR研究了Gb SAD基因在高盐和不同外源激素处理条件下的表达模式。结果表明:外施100μmol·L^(-1)水杨酸(SA)后,Gb SAD表达量发生显著变化;外施100μmol·L^(-1)脱落酸(ABA)、40μmol·L^(-1)乙烯利(ETH)、100μmol·L^(-1)茉莉酸甲酯(Me JA),Gb SAD表达量未呈现显著变化;外施200 mmol·L^(-1)氯化钠(Na Cl),Gb SAD表达量小幅度降低。Gb SAD组织表达分析表明基因在根、茎、叶、雄花和雌花中均有表达,在叶中表达量最高。SAD氨基酸序列同源比对发现,Gb SAD与其他被子植物的序列相似度较高,表明Gb SAD在进化上较保守。将银杏Gb SAD克隆到原核表达载体p ET-32a(+)中,转化大肠杆菌(Escherichia coli)BL21(DE3)并诱导表达。结果表明,Gb SAD蛋白在1 mmol·L^(-1)IPTG的诱导下,培养2 h即能实现融合蛋白的高效表达,为进一步纯化目的蛋白及研究其功能奠定了基础。

温度和光强对银杏生长的影响

为了探索合理的栽植措施以提高银杏生长量,以1年生银杏盆栽苗为试验材料,在人工气候室中设定不同温度和光强处理,测定40 d内银杏苗高、地径、茎容量指数、干物质的增量、生长率及根冠比的变化规律。研究结果显示:随着温度和光强的增加,苗高、地径及茎容量指数的变化未呈现显著的规律变化,其中温度25℃(白天均温)/15℃(夜间均温)、光强300μmol/(m2·s)时,植株苗高、地径及茎容量指数最高;随着温度的升高,植株生物量增量、生长速率和根冠比呈现下降的趋势;而随着光强的升高,上述参数未呈现明显的变化趋势。

江苏油用牡丹的发展思考

油用牡丹是我国原产的多年生小灌木,耐寒,耐旱,耐贫瘠,适应性强,在我国大面积的干旱贫瘠地区以及丘陵山区都适合油用牡丹的生长。牡丹籽油富含亚油酸和亚麻酸,具有很高的营养价值,对一些疾病具有很好的预防和治疗作用。江苏地区推广和发展油用牡丹对缓解粮油供需矛盾,增加农民收入,改善生态环境具有重要的意义,但目前也面临许多问题,需通过政府职能部门加强领导,合理规划,科技人员加强科研,做好科技服务工作等来解决。

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。

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。

高温胁迫下不同叶色银杏嫁接苗光响应曲线的拟合

选取采自同一银杏植株上黄叶及绿叶银杏的2年生嫁接苗,通过测定不同温度下黄叶及绿叶银杏光响应曲线,采用4种常用模型(直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数模型和改良直角双曲线模型)分别拟合响应曲线并计算相关参数。结果表明,改良直角双曲线模型为银杏光响应曲线拟合的最优模型。同时,比较不同温度下嫁接苗光合参数(改良直角双曲线模型)发现:在相同温度下,黄叶银杏的光饱和点及最大净光合速率(Pn,max)显著低于绿叶银杏;当温度升高至阈值时,表观量子效率(Φ)、暗呼吸速率(RD)和光补偿点显著下降,黄叶银杏温度阈值(4月时为≥28℃,7月时为≥38℃)明显低于绿叶银杏(4月时为≥30℃,7月时为≥40℃)。