盐胁迫下欧李叶片叶绿素代谢与超微弱发光的关系

【目的】解析盐胁迫下欧李叶片叶绿素代谢与超微弱发光(ultraweak luminescence,UWL)的变化规律及二者之间的关系。【方法】以蒙原金秋欧李[Cerasus humilis(Bge.)Sok.]盆栽苗为试材,采用浓度为400 mmol·L^(-1)、800 mmol·L^(-1)的NaCl分别进行轻度和重度盐胁迫处理,测定UWL强度和叶绿素代谢相关指标的变化规律并进行相关性分析。【结果】(1)不同程度盐胁迫下,与对照相比,轻度和重度盐胁迫下欧李叶片7种叶绿素合成前体物质(ALA、PBG、UroⅢ、CopⅢ、ProtoⅨ、Mg-protoⅨ、Pchl)含量均下降,主要合成过程酶(ALAD、MgCH)及叶绿素酶(Chlase)含量均表现为上升,叶绿素(Chla、Chlb、Chla+b)含量均下降;同时叶片UWL强度也持续下降。(2)2种盐胁迫下,重度胁迫导致叶绿素代谢各指标及UWL强度的下降或上升幅度均较轻度胁迫更大。(3)相关分析显示,2种盐胁迫下,叶片UWL强度均与叶绿素合成前体物质含量及叶绿素含量呈显著正相关,与叶绿素酶含量呈显著负相关。【结论】欧李叶片UWL与叶绿素代谢密切相关:盐胁迫下,随着叶片叶绿素合成前体物质含量下降及叶绿素酶含量的上升,叶绿素合成代谢减弱而降解代谢加强,引起叶绿素含量下降;以上叶绿素代谢变化导致叶片UWL强度降低。

受光强调控参与茶树叶绿素代谢的NF-Y家族基因的鉴定与分析

核因子Y(nuclear factor Y,NF-Y)是一类光敏的、通过结合启动子CCAAT-box顺式作用元件,从而调控植物生长发育、叶绿素代谢、逆境胁迫响应等生物学过程的重要转录因子.叶绿素作为茶叶色泽的主要成分之一,在茶树中的形成受环境中光强条件的影响.目前,尚不清楚茶树中叶绿素代谢是否与NF-Y调控有关.研究检测了茶树在不同光强处理中NF-Y家族和叶绿素代谢途径结构基因的表达以及叶绿素质量分数,并对叶绿素代谢途径结构基因启动子区域CCAAT-box元件、基因表达与叶绿素代谢相关性进行了分析.结果显示,茶树中至少存在9个CsNF-Y基因和8个叶绿素代谢途径结构基因的表达响应光强.启动子区域100 bp内含CCAAT-box元件的基因在强光中表达具有上调趋势,茶树CsNF-Y可能参与了对这些基因的转录调控.相关性分析显示,CsUROS,CsMgCh2,CsCBR2表达水平与CsNF-YA5,CsNF-YA10表达水平,叶绿素质量分数显著相关.在光信号中,CsNF-YA5,CsNF-YA10可能通过CsUROS,CsMgCh2,CsCBR2调控了叶绿素代谢.

海水胁迫对菠菜叶绿素代谢的影响

以耐海水品种‘荷兰3号’和海水敏感品种‘圆叶菠菜’为试验材料,采用营养液栽培,研究海水胁迫对菠菜叶绿素代谢的影响。结果表明,海水胁迫下,2个菠菜品种叶片的叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)和总叶绿素含量以及叶绿素合成前体———原叶绿素酸(Pchl)、镁原卟啉IX(Mg-proto IX)、原卟啉IX(Proto IX)和尿卟啉原III(UroIII)含量均明显降低,而胆色素原(PBG)和δ-氨基酮戊酸(ALA)积累,‘圆叶菠菜’的变化幅度大于‘荷兰3号’。海水胁迫下,‘荷兰3号’叶片的叶绿素酶(Chlase)活性无显著变化,胆色素原脱氨酶(PBGD)和尿卟啉原III合酶(UROS)活性在胁迫第3天显著下降,而‘圆叶菠菜’Chlase活性显著上升,PBGD和UROS活性显著下降。研究发现,在海水胁迫条件下,菠菜叶片的叶绿素合成代谢受阻,受阻位点位于PBG→UroIII的转化过程,其中‘圆叶菠菜’的受阻程度大于‘荷兰3号’;耐海水品种‘荷兰3号’叶片叶绿素含量降低主要由叶绿素合成代谢受阻引起,而海水敏感品种‘圆叶菠菜’叶绿素含量的降低则是由叶绿素合成受阻和叶绿素降解共同作用的结果。

小麦突变体返白系返白机理的研究——Ⅱ、返白阶段叶绿素代谢变化研究

与对照矮变1号相比,返白过程中返白系叶片内叶绿素(Chl)和类胡萝卜素(Caro)含量降低,复绿过程中,两种色素的含量都升高,但在整个返白阶段中,返白系Chl/Caro比值始终低于对照矮变1号,说明类胡萝卜素含量的降低不是造成叶片变白的原因。对叶绿素生物合成中的两个关键中间产物δ-氨基乙酰丙酸(ALA)和原叶绿素(酸酯)[Pchl(ide)]的分析发现,在返白过程中,ALA相对积累,而Pchl(ide)含量降低,推测在返白过程中叶绿素合成受阻。

套袋对海沃德猕猴桃果实品质及叶绿素代谢的影响

【目的】探究套袋对海沃德猕猴桃果实品质、色泽及叶绿素代谢等指标的影响,为猕猴桃叶绿素代谢机理研究提供科学依据。【方法】于盛花期后30 d,以不套袋作为对照(CK),用外黄内黑单层袋、外黄内黑双层袋、白色单层袋、黄色条纹单层袋4种类型果袋对海沃德猕猴桃果实进行套袋处理,测定并分析不同处理猕猴桃果实外观品质(果实纵径、横径、侧径及单果质量)、内在品质(可溶性固形物含量、总酸含量、固酸比、果实硬度及干物质含量)、糖含量(果实蔗糖、果糖及葡萄糖含量)、果皮与果肉色泽变化、果实叶绿素含量及叶绿素代谢相关基因的表达情况。【结果】与对照相比,各套袋处理对海沃德猕猴桃果实纵径、横径、侧径、单果质量、可溶性固形物含量及干物质含量均无显著影响;除白色单层袋处理外,其余套袋处理果实总酸含量均有所下降,固酸比均有所上升。各套袋处理果实蔗糖含量均显著降低,最多较对照降低66.50%;除外黄内黑双层袋处理外,其余套袋处理果实果糖含量和葡萄糖含量均有所下降。外黄内黑单层袋和外黄内黑双层袋处理果皮a值、果肉a和h值均显著增加,果肉b、C^(*)、h^(*)值均显著降低;套袋处理果实叶绿素a及总叶绿素含量均显著降低,最大降幅分别为93.20%和91.60%。实时荧光定量PCR分析发现,套袋处理后果实叶绿素合成相关基因AdCAO表达丰度显著下调,AdGLUTR3表达丰度总体呈下调趋势;黄色条纹单层袋处理后叶绿素降解相关基因AdCBR1、AdPPH2表达丰度显著上调,AdCBR2、AdCBR3、AdPAO、AdSGR1、AdPPH1、AdPPH3表达丰度均有所上调。【结论】套袋处理对猕猴桃果实外观品质并无显著影响,但会改变果实糖组分所占比例;同时,果实叶绿素合成及降解相关基因的表达丰度发生改变,叶绿素含量降低,果肉颜色发生改变。

外源2,4-表油菜素内酯对镉胁迫下草地早熟禾叶绿素代谢的影响

本研究以草地早熟禾(Poa pratensis)‘午夜’幼苗为试验材料,研究镉(Cadmium,Cd)胁迫下及不同浓度(5,50,100 nM)的2,4-表油菜素内酯(2,4-Epibrassinolide,EBR)对0.5 mM CdCl 2胁迫下草地早熟禾叶片的叶绿素代谢途径的影响。研究结果表明,Cd胁迫1 d后可诱导PpPBGD,PpCHLD,PpCHLI和PpPOR基因的下调表达和PpCLH,PpPPH,PpPAO和PpRCCR基因的上调表达。50 nM的EBR可显著提高Cd胁迫下原卟啉Ⅳ、镁-原卟啉Ⅳ、原叶绿素酸酯、叶绿素a和总叶绿素的含量,到Cd胁迫6 d时,这些指标与未胁迫对照无显著差异,这可能与外源EBR诱导的叶绿素生物合成基因的上调表达和降解通路的下调表达有关。因此,外源EBR可通过诱导叶绿素生物合成通路基因的上调表达来缓解Cd胁迫引起的叶绿素中间产物转化的受阻程度,以及通过诱导降解通路基因的下调表达来减缓叶绿素的降解,进而使得Cd胁迫下草地早熟禾叶片叶绿素含量维持相对较高的水平。

干旱胁迫下乙烯利对草地早熟禾叶绿素代谢基因表达的影响

在基因表达途径层面,分析乙烯利对干旱胁迫下草地早熟禾叶绿素代谢的调控作用。基于前期获得的已验证草地早熟禾Illumina Hiseq测序数据,以不同干旱胁迫处理下草地早熟禾叶片为材料,通过生物信息学筛选叶绿素合成和降解途径中的差异表达基因,并分析其不同处理下相关基因表达的差异情况,研究乙烯利对干旱胁迫下草地早熟禾叶绿素代谢基因表达的影响。结果表明:乙烯利预处理在一定程度上缓解干旱对叶绿素代谢合成降解途径的影响,具体表现为抑制由于干旱导致的叶绿素降解基因如PpPAO和PpNOL的大幅上调表达,此外干旱对血红素的合成也有一定程度的促进作用,间接减少了叶绿素合成前体物质,但乙烯利处理并未诱导血红素合成途径基因表达。本结果为解释乙烯利提升干旱胁迫下草地早熟禾叶绿素含量即叶片坪观质量的作用机理提供理论基础。

盐胁迫下燕麦光合及叶绿素代谢变化研究

为探究盐胁迫对燕麦叶片叶绿素代谢的影响,揭示盐胁迫对燕麦光合作用通路的抑制作用及其分子机制,采用沙培的方法,Hoagland营养液条件下,给燕麦幼苗施加200 mmol/L NaHCO_(3)胁迫处理,在处理1d、3d、5d、7d时测定叶片叶绿素a(Chla)含量、叶绿素b(Chlb)含量、总叶绿素(TChl)含量、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、气孔导度(Gs)、原卟啉(IX)含量、镁—原卟啉(Mg-IX)含量、原叶绿素酸酯(PChl)含量及叶绿素代谢途径关键基因表达量。研究发现,盐胁迫降低Chla、Chlb、TChl、IX、Mg-IX、PChl含量,抑制Pn、Tr、Gs,增加Ci,下调叶绿素合成途径关键基因PBGD、Mg-Ch、POR、CLS表达,上调叶绿素降解途径关键基因PAO和PPH。结果表明,盐胁迫可通过下调叶绿素合成途径关键基因PBGD、Mg-Ch、POR、CLS表达,上调叶绿素降解途径关键基因PAO和PPH并减少叶绿素合成前体物质含量影响叶绿素合成,同时降低光合色素含量,抑制燕麦叶片光合作用,促进呼吸作用,抑制蒸腾作用。

壳聚糖对菜用大豆叶绿素代谢的影响

采用蛭石栽培,以菜用大豆[Glycine max(L.)Merr.]"理想高产95-1"(LX)和"绿领特早"(LL)为试材,研究外源壳聚糖对其幼苗叶绿素(Chl)代谢的影响,以期为探明壳聚糖调控菜用大豆光合作用的生理机制奠定基础.结果显示,壳聚糖显著提高了处理8 d时2品种菜用大豆的Chl含量,但对不同品种的作用不同,且具有时效性.品种LX受到了较强的促进作用.壳聚糖处理后能使品种LX的δ-氨基酮戊酸(ALA)合成及转化保持相对协调平衡,进而使Chl代谢更为快速有效地进行,这可能是其维持较高Chl含量的主要原因之一.叶绿素酶在菜用大豆Chl降解过程中并未发挥主要作用.

番茄果实叶绿素代谢转录调控网络研究进展

番茄(Solanum lycopersicum)果实中的叶绿素含量影响包括糖代谢在内的众多代谢过程,进而影响番茄成熟后的品质。叶绿素含量在很大程度上受转录水平调控。在介绍叶绿素合成与降解过程基础上,重点综述了BEL1-LIKE HOMEODOMAIN、MYB和ARF等转录因子家族对番茄果实叶绿素代谢相关靶基因(比如POR、SGR和CAB)的调控机制,同时也对不同转录因子的上下游互作关系及果实叶绿素代谢调控网络的研究进行了展望。

拟南芥叶片衰老前后叶绿素降解代谢基因表达和酶积累的模式及其影响因素分析

由叶绿素降解引起的叶片衰老褪绿不仅是植物衰老最直观的性状,还是植物进行营养动员的关键事件。近年来,进入衰老窗口(senescence window)后的叶片中叶绿素降解代谢酶基因(Chl catabolic genes,CCGs)的表达调控已经得到了较为充分的研究,但在未衰老叶片中对CCGs表达模式的研究还鲜见报道。本研究中,我们分析了主要叶绿素降解代谢酶(Chl Catabolic Enzymes,CCEs)及其编码基因CCGs在自然衰老以及未衰老的拟南芥叶片中的表达模式。研究结果显示,在叶片自然衰老过程中,CCGs剧烈上调表达且CCEs蛋白逐渐累积,以催化衰老细胞中叶绿素的大量降解;值得注意的是,在长日照培养条件下,未衰老叶片中CCGs的表达存在显著的波动,其表达量在光照开启后开始上升,10:00~16:00之间达到峰值后逐渐下降。我们的分析显示,CCGs表达量的波动很有可能是光-暗交替导致的,与CCA1介导的节律信号没有明显的相关性。我们的研究结果提示,外界光信号对未衰老叶片中CCGs的表达调控起至关重要的作用。

基于叶绿素代谢途径的不同类型厚朴转录组与蛋白质组学研究

厚朴是一种传统中药材,在其多年的种植过程中,由于不同种源种子的交换,导致厚朴叶片呈现较多的分化类型。笔者经走访调查发现四川省大部分地区分布有厚朴(CH)、凹叶厚朴(DA)、小凹叶厚朴(XA)及柳叶厚朴(LY)4种类型,且不同类型厚朴在生长速率、化学成分、叶形及叶色等方面存在明显差异。该研究以川产不同类型的厚朴叶(DA,XA,LY,CH)为研究对象,测定其叶绿素含量,采用高通量技术对不同类型的厚朴叶片组织进行转录组学测序,使用一种包含TMT标记和LC-MS/MS的整合方法来量化不同类型厚朴叶整个蛋白质组的动态变化。结果表明CH的叶绿素含量最低,DA的叶绿素含量最高;转录组和蛋白质组学检测发现DA中参与叶绿素合成途径的谷氨酰-tRNA还原酶、尿卟啉原脱羧酶(UROD)、氧依赖性原卟啉原-Ⅲ氧化酶(ODCO)、原卟啉原氧化酶(PPO)、镁螯合酶亚基ChlD、原卟啉镁Ⅸ单甲酯[氧化]环化酶(MPPMC)等较CH,XA,LY中均显著上调,与DA在4个类型中叶绿素质量分数最高(37.56 mg·g^-1 FW)检测结果一致。将参与叶绿素合成途径相关的部分限速酶如ODCO,PPO,MPPMC等进行平行反应检测(parallel reaction monitoring,PRM)验证,结果表明DA中限速酶的含量均高于其他3个类型。因此,该研究基于不同类型厚朴叶色差异,通过对不同类型厚朴叶片中叶绿素代谢途径进行初步研究,从分子水平上探究引起叶色差异的相关基因和蛋白,以期为研究不同类型厚朴在生长发育上的差异奠定基础。

硒对铬胁迫下番茄幼苗叶绿素合成代谢的影响

[目的]研究硒(Se)对铬(Cr)胁迫下番茄幼苗叶绿素合成代谢的影响。[方法]选用番茄品种中杂9号为试材,探究叶面喷施1 mg/L Na_(2)SeO_(3)溶液对10 mg/L K_(2)Cr_(2)O_(7)胁迫下番茄幼苗叶绿素的含量及其合成前体物质含量和关键酶活性的影响。[结果]叶面喷施Se可显著提升PBGD和UROS活性,有效改善Cr胁迫对叶绿素合成途径中胆色素原向尿卟啉原Ⅲ转化的阻碍作用,从而增加番茄幼苗叶片的叶绿素含量。[结论]该研究旨在揭示外源Se对Cr胁迫下植物叶绿素合成代谢的调控机制。

Mutator诱导的玉米白化突变体插入位点的遗传分析及代谢途径的构建

【目的】利用Mutator(Mu)诱变群体获得、验证叶色白化突变体的Mu因子插入位点;解析玉米叶色变异相关基因及其代谢网络。【方法】以含有活性MuDR转座子的W22∷Mu为父本,与玉米自交系综31(Z31)杂交产生的M2和M3家系群体为材料,经表型性状的遗传分析和Mu插入位点的分离获得白化突变体,经生物信息学方法解析白化突变体产生的相关基因,同时构建产生白化突变代谢网络。【结果】对870个M2家系的16000余单株和M3种植的36个家系近700单株进行考察,获得了遗传稳定的白化突变体41株。经Mu-TAIL-PCR分析获得35条Mu因子插入序列;对靶位点序列分析,获得的14个靶位点可能与叶绿素合成及光合作用有关;利用其中6个靶位点构建了5条玉米叶色突变产生白化的叶绿素代谢网络途径。【结论】初步证实了Mu转座子插入的27个靶位点与叶色白化突变体的关联;建立了6个靶位点的玉米叶色突变产生白化的叶绿素代谢网络途径。

大麦阶段性低温诱导白化突变体的转录组分析

叶色突变体是研究叶绿素代谢、叶绿体发育和光合作用的重要材料。本研究从大麦鄂啤2号(野生型)7Li离子突变体库中筛选获得一份大麦阶段性低温诱导白化突变体(SLTW),该突变体受低温诱导后,于五叶期叶片开始出现白化现象,温度升高后于拔节期逐步恢复为绿色。与野生型相比,该突变体叶片中叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均显著下降。SLTW突变体与野生型的转录组比较分析表明,差异表达基因显著富集到类胡萝卜素合成、四吡咯结合、血红素结合、铁结合、氧化还原过程、光合作用等通路上。叶绿素合成基因(ID号为HORVU.MOREX.r2.2HG0174230)和类胡萝卜素代谢基因(ID号为HORVU.MOREX.r2.5HG0354290)在SLTW突变体与野生型中的表达量均差异显著,且均检测到SNP突变,推测这些基因可能与大麦阶段性白化有关。编码光合作用-天线蛋白、细胞色素P450、跨膜转运(ABC转运)蛋白及转录因子也可能是调控大麦阶段性白化的潜在候选基因。

滞绿突变体的研究现状及应用前景

许多物种的滞绿突变体具有相似的表型特征,即衰老被延缓,叶绿素不降解或降解缓慢。但由于遗传背景不同,它们滞绿的分子机理相差很大。文中综述了滞绿突变体在生理生化(叶绿素的酶代谢途径)、遗传特征及分子生物学上的研究进展,介绍了滞绿突变体在植物叶绿素代谢、叶片衰老机制以及光合作用等生理过程基础研究中的重要性,并全面介绍了在农业生产的各个方面的应用前景及潜力,其中以能显著提高农作物抗逆性及产量的类型A和B的功能型滞绿突变最为重要,同时对滞绿的分子机理的研究使从根本上解决农作物早衰的问题成为可能。

水稻叶色突变分子机制的研究进展

叶色突变表型明显、易于鉴别,在高等植物叶绿素代谢、叶绿体结构、功能和发育机理等基础研究中具有重要意义。目前在水稻中已定位约80个叶色突变位点,涉及除第12条染色体外的所有染色体,并已成功克隆出多个叶色相关基因。本文从叶绿素代谢、叶绿体发育、花青素代谢及核-质信号传导等方面,综述目前已克隆的水稻叶色突变相关基因的功能、表达模式和作用机理,阐述水稻叶色突变的分子机制。

基于转录组测序的滇山茶花叶呈色机理分析

该研究采用Illumina Hi-Seq2500高通量测序技术,对滇山茶的花叶(绿叶区和金叶区)的cDNA进行了转录组测序,分析滇山茶的花叶呈色机理。测序结果得到了228 862条单基因序列,筛选得到了4 851条差异表达基因。2 291条差异表达基因在GO数据库中有功能注释,1 826条差异表达基因被注释到COG数据库,这些差异表达基因被分为23个主要功能类别,其中大部分基因与滇山茶的生长和代谢有关。1 363条差异表达基因注释到了KEGG数据库,进一步筛选出了差异表达基因注释序列最多的15条代谢通路,其中卟啉和叶绿素代谢途径中的GluRS、δ-ALAD、ALAS基因和类黄酮合成途径中ANS、LAR、CHS基因与滇山茶的花叶形成密切相关。研究表明,滇山茶的花叶呈色是由于叶色相关代谢通路中大量的基因表达量发生变化引起的,并不是由单基因突变所致,病毒诱导的多个代谢途径基因沉默可能是滇山茶花叶呈色的主要原因。该研究丰富了滇山茶的转录组信息,并为滇山茶的彩叶品种培育提供了一定的参考。

盐胁迫对2种抗性苹果砧木叶片生理及解剖结构的影响

【目的】探究盐胁迫对2种抗性不同苹果砧木垂丝海棠‘9-1-6’(Malus halliana Koehne)和山定子(Malus baccata Borkh.)叶片生理特性和解剖结构的影响。【方法】通过盆栽浇灌Hogland营养液的方法,在100 mmol·L^(-1) NaCl短期(3 d)和长期(40 d)胁迫下测定2种苹果砧木叶片生理指标和解剖结构变化情况。【结果】随着胁迫的持续,2种砧木叶片相对叶绿素含量(SPAD)、吲哚乙酸(IAA)、玉米素(ZT)、异戊烯基呤核苷(iPA)含量和IAA/脱落酸(ABA)均显著下降,叶绿素酶(Chlase)活性、脱镁螯合酶(MDCase)活性、脱镁叶绿素a氧化酶(PaO)活性、ABA和茉莉酸(JA)含量均显著上升,胁迫40 d后,2个品种叶片Chlase活性无显著差异,‘9-1-6’叶片的iPA含量显著低于山定子,其余指标‘9-1-6’的变幅均小于山定子;2种砧木叶片、上下表皮、栅栏组织厚度和叶肉组织结构紧密度(CTR)均显著减小,海绵组织厚度和叶肉组织结构疏松度(SR)均显著增加,且‘9-1-6’变幅均小于山定子。【结论】垂丝海棠‘9-1-6’通过保持较高的SPAD、较厚的叶片和完整的双层栅栏组织缓解了植株的光合损伤,通过调节叶绿素代谢酶活性和内源激素(IAA、ZT和ABA)含量的平衡响应盐胁迫。

金枝黄花柳回交子代枝条颜色与转录组研究

为了探究枝条颜色变异的原因,以金枝黄花柳回交子代及其亲本为材料,分析子代枝条性状遗传变异规律及性状与基因表达的关系。结果显示,金枝型回交子代枝条表现为黄色到橙色,普通型回交子代枝条表现为墨绿色至棕色,不同单株个体之间存在颜色差异。枝条转录组共检测到差异表达基因2499个,其中上调基因984个,下调基因1515个。功能注释和富集分析发现,卟啉与叶绿素代谢通路(KEGG&ko00860)中与色素合成有关的基因表达量存在差异,其中叶绿素/细菌叶绿素a合成酶(2.5.1.133;2.5.1.62)与叶绿素/细菌叶绿素a还原酶(1.3.1.111)基因表达上调,叶绿素酶(3.1.1.14)基因表达下调。基因差异表达会影响代谢通路,进而影响枝条中叶绿素的含量,导致枝条颜色存在差异。