杨树MYC基因家族成员表达模式研究

[目的]探究bHLH亚家族成员MYC基因在杨树生长发育及对环境响应中的表达模式,为解析茉莉酸信号通路关键基因MYC调控杨树生长发育及抗逆响应提供参考。[方法]利用生物信息学方法鉴定杨树基因组中的MYC基因家族成员并对各成员的基因结构、保守基序进行了系统分析;在此基础上,采用实时荧光定量PCR技术检测了MYC成员在不同组织、不同植物激素响应及逆境胁迫下的表达模式。[结果]毛果杨基因组中含有10个MYC成员,这些成员在进化上相对保守,均具有典型的bHLH结构域,根据进化关系将其分为3个分支。组织表达分析发现,大部分MYC家族成员在根中均具有较高表达量,分枝Ⅱ两对基因在茎中呈相反表达模式。不同激素处理及非生物胁迫条件下MYC基因存在显著表达差异,但基因对之间多存在类似的表达模式。[结论]杨树MYC基因家族成员可能参与不同的生物学过程,研究结果为深入解析杨树MYC基因的功能奠定了基础。

李果实发育过程中糖、酸、维生素C含量的变化

分析测定了大石早生、龙园秋李、黑宝石、安哥诺4个李品种的果实生长动态,及其主要糖、酸、维生素C含量的变化规律。结果表明,李果实发育过程中主要糖的变化规律基本一致,即其发育早期,几乎没有蔗糖的积累,果糖含量也较低,而葡萄糖含量相对较高;随着果实的发育,果糖含量持续增加,葡萄糖含量增长缓慢,发育后期蔗糖显著积累。但不同品种含糖量差异较大,龙园秋李总糖含量最高,安哥诺次之,黑宝石和大石早生较低。不同李品种的各类糖含量不同大石早生、龙园秋李蔗糖含量最高,果糖次之,而葡萄糖含量极低;黑宝石以葡萄糖和蔗糖为主,果糖含量相对较低;安哥诺则以果糖和葡萄糖为主。果酸和维生素C含量则随果实发育呈逐渐下降的趋势。

草莓果实成熟期花青苷、酚类物质和类黄酮含量的变化

以春星和全明星为试材,研究了不同成熟度草莓果实酚类物质、类黄酮及花青苷的动态变化。结果表明,随着果实的成熟,酚类物质和类黄酮在绿熟期有较高的含量,之后随着果实的成熟先下降,至紫红期又开始大量积累;花青苷含量随着果实的成熟逐渐增加,紫红期达最大值;低温贮藏的草莓果实酚类物质、类黄酮含量首先下降,之后随着贮藏天数的增加而不断上升;花青苷含量逐渐增加,但增加的趋势比较缓慢。

李果实发育过程中果皮色素、糖和总酚含量及多酚氧化酶活性的变化

大石早生、龙园秋李、黑宝石、安哥诺4个李品种在果实发育过程中,果皮叶绿素、类胡萝卜素、总酚以及类黄酮含量呈下降趋势,可溶性总糖、蔗糖、果糖、葡萄糖、花青苷含量及多酚氧化酶(PPO)活性逐渐增加。除安哥诺的蔗糖、葡萄糖外,果皮花青苷与不同种类糖含量之间呈显著正相关或极显著正相关,大石早生蔗糖含量与花青苷含量呈极显著正相关,相关系数为0.9688,龙园秋李、黑宝石则呈显著正相关,相关系数分别为0.9481、0.9447;黑宝石、安哥诺果糖与花青苷含量呈显著正相关,相关系数分别为0.9358、0.8925,大石早生、龙园秋李则呈极显著正相关,相关系数分别为0.9438、0.9763;大石早生、龙园秋李、黑宝石果皮葡萄糖与花青苷含量呈显著正相关,相关系数分别为0.8940、0.9022、0.9424。龙园秋李、黑宝石这2个品种果皮总酚含量与PPO活性呈极显著负相关,相关系数分别为-0.9896、-0.9664。

冰核活性细菌(INA bacteria)对杏花器官ABA、IAA和可溶性蛋白质含量的影响

试验以2个杏品种花器官为试材,研究低温及INA细菌处理下,花瓣、雄蕊及雌蕊ABA、IAA、可溶性蛋白质含量变化。结果表明:随温度下降,未接菌杏花器官内ABA和可溶性蛋白质含量呈上升趋势,-5℃是花器官的受害温度。接种INA细菌后,ABA、可溶性蛋白质含量下降,杏花器官在-3^-4℃受到伤害。接种INA细菌与对照花器官间ABA与可溶性蛋白质含量差异达显著或极显著水平。在低温及INA细菌影响下,IAA在杏花器官间无规律变化。

杨树Na^+/H^+反向运输蛋白基因(PtNHX_1、PtNHX_6)的克隆和检测

Na+/H+反向运输蛋白基因(NHX)是在细菌、植物和动物体内普遍存在的一类膜蛋白基因家族。迄今已在模式植物拟南芥中分离出AtNHX1、AtNHX2、AtNHX3、AtNHX4、AtNHX5和AtNHX6共6个成员,并发现部分成员对盐胁迫有不同程度的响应。以AtNHX1和AtNHX6的cDNA核苷酸序列为信息探针,基于可利用的杨树EST数据库和毛果杨全基因组测序结果,通过电子杂交辅助的克隆技术,从毛白杨形成层cDNA中分离得到长度分别为1635bp和1709bp的2个cDNA,其分别含有编码544个和526个氨基酸残基的完整开放阅读框。由它们所推导的蛋白质序列与拟南芥、水稻、小麦和玉米的NHX1和NHX6基因的蛋白质序列高度同源,同源性分别为79%、76%、69%和74%以及82%、82%、27%和26%,故将其命名为PtNHX1和PtNHX6(GenBank注册号分别为AY660749和AY832912)。Southern杂交分析表明,PtNHX1和PtNHX6均为低拷贝基因(或有一些高度同源的基因),在杨树基因组中以1～4个拷贝形式存在。组织特异性RT-PCR结果显示,PtNHX1和PtNHX6基因在杨树根、茎和叶片中均有表达,但其表达模式稍有不同:PtNHX1在根部、形成层、未成熟木质部、成熟叶和嫩叶中均高度表达,在韧皮部和成熟木质部中有少量表达,而PtNHX6在根部、成熟叶和嫩叶中表达丰度较高,在韧皮部、形成层、未成熟木质部表达丰度较低,在成熟木质部中表达丰度极低。NaCl诱导的杨树叶片差异表达RT-PCR检测结果初步表明,PtNHX1和PtNHX6基因均受盐诱导表达,当溶液中NaCl浓度在100～400mmol.L-1内,随着盐浓度的提高,PtNHX1和PtNHX6基因的表达丰度逐渐增强,但超过400mmol.L-1后,其表达丰度均有所降低,这与所测定的叶片ABA含量匹配。

利用拟南芥基因芯片和突变体对木材形成相关基因的初步分析

木材形成是木本植物特有的生物学过程,拟南芥在适当的诱导条件下也能形成类似"木材"的维管组织,因而可以借助拟南芥丰富的基因资源研究木材形成的分子机制。利用前期建立的毛白杨次生维管系统再生实验体系,通过拟南芥表达谱芯片分析再生过程中的基因表达变化,获得149个差异表达基因。选择其中转录因子等调控基因及功能未知基因共89个基因的总计151个拟南芥突变体,经次生诱导培养发现,20个突变体的发芽率或成活率降低,10个突变体表型变化明显,出现维管系统次生生长发育受到抑制、生长速度减慢等,推测这些基因参与调控拟南芥的次生生长。将木本植物与草本植物的研究体系相结合,利用拟南芥次生生长诱导体系研究木材发育相关基因功能,为木材发育的基因功能研究提供一条可行、有效,快速解析基因功能的新途径。

拟南芥MYB基因对次生维管系统发育的影响

根据拟南芥ATH1全基因芯片分析毛白杨维管再生过程中基因表达谱的结果,选取了在芯片中特异表达且表达量较高的MYB转录因子家族的7个基因,通过拟南芥突变体研究其对次生维管系统发育的影响及与木材形成相关的关系。通过"三引物法"的纯杂合鉴定和切片显微观察,发现其中1个突变系只有纯合突变体没有杂合体,并且茎基部维管束间纤维细胞壁和野生型相比明显增厚,细胞数量减少,细胞腔也随之减小,推测该突变体可能与次生壁的沉积有关系。

杨树二氢黄酮醇-4-还原酶基因(DFR)的克隆及反义表达对儿茶素合成的影响

为了验证二氢黄酮醇-4-还原酶基因(DFR)在杨树上的功能,明确DFR对抗病物质儿茶素合成的影响,利用抗病基因防治树木溃疡病提供候选基因。以接种欧美杨细菌性溃疡病菌后6 d的一年生中林46杨树苗干的树皮为材料,利用RT-PCR技术克隆DFR基因的ORF序列,并构建DFR的反义表达载体anti-p BI121-DFR。采用农杆菌介导叶盘法转化84K杨,获得了转反义DFR基因的84K杨4株。用高效液相色谱法检测转基因植株叶片中的儿茶素质量分数,结果显示,4株转反义DFR株其内源儿茶素质量分数分别为0.97、2.4、1.6和0.87 ng/g,与84K野生型植株中儿茶素质量分数(8.9 ng/g)相比显著降低。上述结果表明DFR基因参与了杨树类黄酮生物合成途径,该基因与儿茶素的合成有关。

杨树形成层区域扩张蛋白PtEXP1基因的克隆与分析

以矮牵牛的cDNA核苷酸序列为基础,利用杨树EST数据库和毛果杨基因组测序结果,通过序列的拼接设计合成了基因特异引物,从毛白杨形成层cDNA中扩增出一个长为1 009 bp的cDNA片段,将该片段连接到pGEM-T载体中并测序。测序结果表明,该片段含有完整的开放阅读框,共编码258个氨基酸残基。蛋白序列系统进化分析结果表明,该基因属于exp ansin基因家族-αexp ansin中的A亚家族,编码的氨基酸序列与芒果、欧洲山杨×美洲山杨杂交种、拟南芥和矮牵牛的-αexp ansin基因编码的氨基酸序列同源性分别为91%,88%,86%和86%。

应用nanoLC-MS/MS分析毛白杨次生维管系统的蛋白质表达谱

基于1DE的nanoLC-MS/MS方法分析毛白杨次生维管系统的蛋白质组,成功鉴定:14个蛋白质参与细胞分裂,7个转录因子,22个与细胞骨架相关蛋白质,31个与细胞信号转导相关蛋白质,14个与细胞壁相关蛋白质。显示这些蛋白质相应基因参与形成层活动的调控,为进一步了解木材形成的分子机制奠定基础。

超量表达FBL1对84K杨根系和生长量影响研究

生长素及其信号转导系统对植物的生长发育具有重要的影响。本研究从银腺杨‘84K’(Populus alba×P.glandulosa cl.‘84K’)中分离了生长素受体基因Ptr FBL1,利用PMDC32构建了PMDC32-Ptr FBL1超量表达载体,并通过遗传转化获得了超量表达植株17个。对温室定植的3个转基因株系和对照植株的根系、生长量和光合指标等性状分析结果显示:转基因株系总根长和总根面积达到显著或极显著差异,而根系干质量、平均不定根系长度、平均不定根直径差异不显著;株高、平均节间长、地径和高径比皆高于对照,且大多数转基因株系达到显著差异;除气孔限制值(Ls)低于对照外,气孔导度(Cd)、水分利用效率(WUE)、光能利用效率(LUE)和叶绿素相对含量皆高于对照,且大多数转基因株系达到显著或极显著差异。以上结果表明,可能是FBL1超表达增加了转基因株系根系面积,提高了水分和养分的吸收利用,进而导致转基因株系光能吸收和转化效率提高,引起转基因株系生长加快。

烟草和毛白杨次生维管发育相关MYB转录因子分析

[目的]烟草具有典型的次生维管发育过程,为了阐明烟草可用于次生维管发育相关基因功能的研究,[方法]通过高通量测序技术获得了烟草维管组织发育的相关MYB转录因子,比对毛白杨基因组数据库,得到烟草和杨树的直系同源基因。利用烟草和毛白杨的基因表达谱,分析了MYB基因表达量变化,并进一步采用荧光定量PCR进行了不同组织的表达分析。[结果]分析得到48对烟草和毛白杨的MYB直系同源基因,可分为23个亚组。15对MYB同源基因在烟草和毛白杨中的表达模式相似。[结论]可以利用烟草所建立的快速基因鉴定系统分析MYB转录因子在维管发育过程中的调控作用。

APETALA1基因启动子的克隆与功能分析

为了分析AP1的表达调控模式,本研究克隆了拟南芥花异常株系AFDL的AP1启动子,启动子元件预测结果表明:AP1启动子中含有3个结合MADS调控因子的CArG box(从5'依次编号为CArG1、CArG2、CArG3),通过删减AP1启动子长度以及改变CArG box数量构建了5个GUS表达载体并转化野生型拟南芥。测序结果显示:AFDL的AP1启动子在核苷酸序列上与野生型拟南芥完全一致,这表明AP1在AFDL中的表达显著降低并不是启动子序列突变引起的;转基因植株的GUS表达模式说明了CArG1在花发育早期及后期激活基因的表达,CArG2在整个后期都对基因的表达有抑制作用,而CArG3在花发育初期就能抑制基因的表达,并且在中后期仍然保持了对下游基因的抑制作用,CArG box1、2、3对AP1的表达有显著但非决定性的影响。此外,还推测在AP1启动子0-3 579 bp范围之外存在影响AP1在第4轮花器官表达的调控元件,-3 579 bp至-1 752 bp区域可促进AP1的表达,而AP1启动子-1 759 bp至-1 359 bp区域除CArG2外的其它元件对调节其表达无明显作用。

毛白杨次生维管系统再生过程的基因表达

【目的】次生维管系统再生能够在树干维管系统丧失后通过去分化、再分化或转分化等组织修复手段实现维管组织的再生。为了鉴定和研究次生维管系统发育相关的重要基因和调控元件,本文利用毛白杨次生维管再生系统,分析了不同再生时期的基因表达模式,为进一步揭示木材形成的基因调控机制奠定基础。【方法】将4年生毛白杨无性系在形成层活动旺盛期进行环剥取样。对剥皮后的树皮内侧和树干表面的样本,以及再生第7、10、14、18和21天5个不同时期获取的再生材料进行高通量转录组分析,并利用基因共表达分析(WGCNA)方法,得到与不同再生时期密切相关的模块,并对这些特异表达的基因进行表达网络和生物学功能分析。【结果】将第0天(剥皮当天)树皮内侧样本与树干表面样本、再生第7天样本与树干表面样本,以及相邻再生时期的样本进行表达差异分析。对得到的14202个差异基因进行WGCNA分析,构建基因共表达网络,获得与维管再生过程相关的10个共表达模块。其中,Grey60模块的基因在再生第7天样本和树皮内侧样本中特异表达,主要涉及DNA复制、有丝分裂、细胞分裂和微管运动等功能;该模块还含有大量与表观遗传调控、细胞周期相关的基因,它们在再生第7天的高表达可能激活了脱分化木质部细胞的增殖和组织类型的改变,使其获得再分化能力。此外,Pink模块的基因在第0天成熟维管组织样本中的表达量极低,但在再生过程中表达呈上升趋势,到第21天达到最高值;这些基因主要参与细胞分裂、细胞壁修饰、韧皮部发育、碳水化合物代谢、DNA的转录调控等相关的生物学途径。Pink模块中与韧皮部分化相关的标记基因,比如APL、NAC45/86、DOF、BSPA、PP2和SUS的表达被重新激活,与调节形成层细胞增殖和分化的CLE41/44和CLV1一样,表达量都是从再生第10天开始逐渐增加。到次生维管系统再生后期的第18天和第21天,形成层已经完成了结构重构并能进行细胞的分裂、分化,此时木质部标记基因和次生壁调控因子有较高的表达。【结论】毛白杨次生维管系统再生早期,脱分化的木质部细胞通过表观遗传和细胞周期调控重新获得细胞分生能力;之后,韧皮部的细胞分化程序被启动,再生形成层开始细胞增殖和分化;到再生后期,通过相关基因调控,形成层再分化木质部和韧皮部。通过对次生维管组织再生过程中基因的表达分析和调控模块的鉴定,进一步验证了次生维管再生的遗传调控基础,也可为揭示植物维管组织再生的调控机制奠定基础。

东北地区拟南芥室内栽培技术

结合东北地区气候特点摸索出一套适合拟南芥生长的室内栽培方法。采用土壤育苗法和基质育苗法培养拟南芥,并根据其生物学特性在温度、光照、肥水管理、病虫害防治等方面给予适当管理,能培养出生长健壮、满足实验要求的拟南芥植株,为拟南芥在东北地区种植提供参考资料。

保障京津冀协同发展需树立六种思维——京津冀协同发展中可能影响社会稳定的问题研究

京津冀协同发展是国家重大战略,但在实施这一战略过程中可能因产业转移、交通一体化、大气污染治理、生态补偿、人口流动等问题引发社会矛盾和纠纷,进而影响协同发展进程。分析这些矛盾和纠纷,主要是由于权利保障不到位、利益协调平衡不够、行政权利行使不当等原因造成的。为此,各地政府在制定和实施推进京津冀协同发展措施时,要树立整体思维、法治思维、市场思维、合理思维、创新思维、多元思维,以有效预防和妥善解决可能遇到的影响社会稳定问题,保障京津冀协同发展战略的顺利实施。

利用基因芯片筛选影响茎分化的相关基因

顶端分生组织的分化影响茎及根的生长,从而形成具有不同形态的植株,拟南芥因其在适当条件下与木本植物分生组织分化以及次生生长的共性而被运用到研究当中。花异常株系(AFDL)由于AP1表达的显著降低导致分枝增多。用拟南芥基因芯片对AFDL的幼苗进行基因表达分析,结果显示在临近抽薹期,AFDL与野生型相比有111个变化倍数大于2且P<0.01的基因;其中大部分参与对外界环境及内源刺激的感知和应答,表明AP1下降可能是由于植株对内外环境刺激的过度反应所导致。从基因芯片中挑选出表达量变化显著的2个基因,分别构建相应的植物表达载体并转化拟南芥,其中AT1G56300基因的超表达植株及AT1G65490基因的抑制表达植株都出现了多茎融合、真叶萌发延迟且生长缓慢的表型,并且转基因植株的基因表达变化趋势与性状强弱程度相对应。上述结果初步表明这2个基因能影响茎的分化并作用于最终的形态建成。

杨树维管组织特异启动子的克隆与启动活性分析

启动子在基因表达调控中起关键性作用,它在很大程度上决定所控基因表达的时间、空间和强度。依据拟南芥ATH1芯片分析杨树维管形成时期特异表达基因的结果,选取了差异表达基因NST3,通过BLAST比对在杨树EST数据库(PopulusDB)中找到同源性较高的基因NAC068。以毛白杨为材料,在其基因组中克隆得到该基因5'侧翼区901 bp长的片段,命名为pProNAC068,将该片段置换pBI121载体中的CaMV35S启动子,并在84K杨中检测报告基因GUS的表达情况。经过GUS活性检测分析发现:该启动子可以控制外源基因在次生维管组织中特异表达,从而为基因工程中有目的的控制外源基因在维管组织中的表达奠定基础。

杨树油菜素内酯合成基因DET2的克隆与功能分析

[目的]DET2基因编码一个5α-还原酶,是油菜素内酯(BRs)合成过程中的关键限速基因。研究DET2基因在杨树生长发育中的作用,对于进一步研究油菜素内酯在木本植物中的调控机制有重要意义。[方法]从银腺杨84K(Populus alba×P. glandulosa,‘84K’)克隆得到拟南芥AtDET2同源基因PagDET2,利用生物信息学对其进行序列比对、生化特征分析、构建系统发育进化树。通过RT-PCR分析其在杨树中的表达模式。构建由CaMV 35S强启动子驱动的过表达载体,通过农杆菌介导的叶盘转化法转化84K杨,得到PagDET2-OE转基因植株。分析过表达DET2基因对于转基因植株内源BRs含量、植株生长和抗逆的影响。[结果]克隆了包含全长编码区PagDET2基因全长,可编码一个长度为257个氨基酸的蛋白质。其蛋白序列与毛果杨、拟南芥、水稻、棉花、大豆、番茄DET2蛋白同源性较高,说明该基因在进化过程中相对保守。PagDET2在84K杨不同组织中均检测到表达,其在茎中的表达较高。通过ELISA检测植物BRs含量发现,过量表达DET2可以显著提高杨树内源BRs含量。过量表达DET2基因,可以导致转基因植株的高生长,但对盐胁迫更加敏感。[结论]DET2基因作为BRs合成的关键基因,在杨树中过量表达可以显著提高内源BRs含量,促进植株增高。DET2转基因植株的获得为进一步分析BR参与木本植物生长发育的调控机制奠定了基础。