多星韭(Allium wallichii Kunth)生态遗传学研究进展

通过对多星韭文生态遗传学文献的研究,从多星韭种群染色体分化、种群生态型、种群物候特征、种群形态特征、种群生理特征、种群分子生物学特征等方面总结了已有的研究内容、方法及结论,展望了未来的发展趋势。

多星韭( Allium wallichii )的传粉生态学初探

韭菜坪地区是世界最大的野生韭菜花带,全国唯一的野生韭菜花保护区。为探讨多星韭在该地区的传粉生态学特性以及生态适应性,该研究对多星韭的花期、形态特征、访花者进行了定点观察实验,通过人工授粉实验探究其繁育系统;通过海洋光谱仪检测蜜蜂视觉对两种花色的显著性;通过气相色谱进行测定其各部分的次级代谢产物的组成。结果表明:多星韭花为雄先熟,单花期为7~8 d,花序持续开花时间为25~28 d;花蜜量为(0.61±0.07)μL;中华蜜蜂(Apis cerana)为主要有效传粉者,隧蜂、食蚜蝇、蝇类为偶见访花者;海洋光谱仪的测定结果表明紫花色在绿叶中对蜜蜂视觉来说更显著。访花者在不同花色间的访花频率有显著性差异,但单次访花频率无差异。当两种花色同时存在时中华蜜蜂会优先访问紫色花的多星韭,在访紫花时,由于受到气味的影响,大部分蜜蜂也会访相邻的白花多星韭。多星韭的次级代谢产物分析结果表明,茎、子房和花梗含有多种刺激性含硫代谢物,花器官以及花蜜拥有多种花香类次级代谢物;其有性繁殖为自交和异交混合交配系统,具有无融合生殖。综上结果表明,多星韭在该地区不存在花粉限制,多星韭的繁殖学特征表明其具有能较好的环境适应性。

多星韭AwCHI 1的克隆与分析及真核表达载体的构建

查尔酮异构酶(Chalcone isomerase,CHI)是类黄酮物质合成途径中的关键酶,能催化柚皮素查尔酮生成柚皮素,进而转化生成各种类型的黄酮类化合物。根据多星韭(Allium wullichii)转录组测序结果,运用PCR技术克隆获取多星韭查尔酮异构酶的编码基因(AwCHI 1),对基因序列进行分析,同时与真核表达载体pBI121进行连接,将其转入农杆菌GV3101感受态细胞中,完成农杆菌的转化。研究结果不仅为该基因的功能解析研究奠定了基础,也为多星韭类黄酮代谢途径的研究提供了重要基因资源。

多星韭黄酮醇合成酶基因AwFLS1的克隆及功能验证

黄酮醇合成酶(Flavonol synthase,FLS)可以催化3种二氢黄酮醇形成相对应的黄酮醇,是调控黄酮醇合成的关键酶。以多星韭(Allium wallichii)盛开期花朵为材料,提取RNA并通过反转录获得cDNA,利用PCR技术对AwFLS1基因进行克隆并完成生物信息学分析;利用qRT-PCR技术分析AwFLS1基因在多星韭花朵不同发育时期、不同组织器官的表达,初步推测其功能;构建原核表达载体BL21-pET32a(+)-AwFLS1,制备可溶性重组蛋白并进行体外酶活性鉴定。结果表明,多星韭AwFLS1基因CDS全长为1008 bp,编码335个氨基酸,推测形成一种不稳定且不定位于膜上的非分泌亲水性蛋白,分子量约为38.22 kDa,具有保守的2-酮戊二酸/FeⅡ依赖型双加氧酶结构域。AwFLS1基因在多星韭花朵不同发育时期表达量呈逐渐降低趋势,在小苞期最高;在不同组织器官中,表达量存在显著差异,在叶中表达量最高,根中表达量最低。AwFLS1重组蛋白可在体外催化3种二氢黄酮醇底物形成对应的黄酮醇,底物偏好性有待进一步验证。研究结果证实了多星韭AwFLS1在类黄酮代谢途径中的功能,为解析多星韭黄酮醇合成机制奠定了理论基础,为利用基因工程技术提高药用植物活性成分含量提供了候选的基因资源。

一个类黄酮3'-羟化酶参与多星韭花色素生物合成的功能解析

类黄酮3'-羟化酶(F3'H)在花色素苷生物合成过程中起关键作用。明确多星韭F3'H在花色素苷生物合成中的功能,将为多星韭花色形成及改良研究提供基因资源。基于转录组数据从多星韭花朵中克隆获得AwF3'H,并对其进行生物信息学分析,利用Real time PCR对AwF3'H1的表达模式进行分析,并利用蘸花法将AwF3'H转入拟南芥中,同时对转基因植株进行表型观察及花色素苷检测分析。结果表明,Aw F3'H的ORF全长为1545 bp,编码514个氨基酸,属于细胞色素P450家族成员,与洋葱AcF3'H的亲缘关系最近;在所检测组织均有表达,但在雄蕊中表达最高,根中表达最低;与野生型拟南芥相比,转AwF3'H拟南芥T2代幼苗子叶及下胚轴颜色明显加深,矢车菊素与天竺葵素类花色苷积累量显著增加。表明AwF3'H具有类黄酮3'-羟化酶的功能。

多星韭分布格局对末次盛冰期以来气候的响应

该研究以分布区主要在横断山脉的多星韭为对象,基于最大熵模型(MaxEnt)和地理信息系统(ArcGIS)模拟了多星韭在末次盛冰期、全新世中期、当前以及未来的分布格局,以探讨多星韭对末次盛冰期以来气候变化的响应。结果显示:(1)多星韭当前的分布区主要受到最暖季度降水量、年均温变化范围和温度季节性变化标准差3个气候因子的影响;海拔对多星韭的当前分布也有着较大的影响。(2)最大熵模型的模拟精度较高(AUC=0.98)。(3)根据多星韭各个时期分布面积的变化得出多星韭与部分高山植物相似,相比当前的分布,多星韭末次盛冰期的分布区发生了较为明显的扩张。研究推测,未来多星韭的分布区将向西移动。

六倍体多星韭的发现及多星韭种内倍性组成及演化的分析

采用染色体常规制片技术,对云南西北部和中部地区11个多星韭居群进行了细胞学分析。结果显示:(1)云南西北部多星韭二倍体、四倍体混合分布的太子阁和华首门四倍体居群中发现了三倍体(2n=3x=21),核型公式分别为:2n=3x=21=[6m(2sat)+8sm]+(3m+4sm)和2n=3x=21=[4m(2sat)+10sm]+(2m+4sm+lst)。三倍体含2条随体染色体,它的21条染色体含2个同源染色体组和一个与它们同源性稍差的染色体组。(2)在云南中部的多星韭四倍体居群中首次发现了六倍体,核型公式为2n=6x=42=15m(3sat)+27sm,核型类型2A。(3)结合核型特征及地理分布对多星韭三倍体和六倍体的成因进行分析,提示多星韭三倍体来源于二倍体与四倍体的杂交,六倍体是通过四倍体产生的未减数配子(n=4x=28)与正常减数配子(n=2x=14)的结合形成的。本研究结果支持多星韭的分化中心是云南西北部高海拔地区的观点,并结合前人的研究和本工作的结果,对多星韭种内的倍性组成和演化进行了分析和讨论。

云南多星韭不同群体的细胞核型研究

试验观察分析了云南4个地区的6个多星韭群体的染色体数及核型。细胞有丝分裂中期染色体核型分别为:昆明梁王山,2n=2x=14=6m(2SAT)+8sm和2n=4x=28=12m(2SAT)+16sm;宾川鸡足山,2n=2x=14=10m(2SAT)+4sm和2n=4x=28=18m(2SAT)+10sm;宝山道人山,2n=2x=14=2m(2SAT)+12sm;迪庆香格里拉,2n=2x=14=6m(2SAT)+8sm。其中宝山道人山和迪庆香格里拉的多星韭核型为首次报道。

昆明长虫山地区多星韭紫花与白花类型核型比较分析

对昆明长虫山地区多星韭紫花和白花2种类型的核型特征进行了分析比较。结果表明:紫花和白花类型均为四倍体。白花类型核型公式2n=4×=28=8m(2sat)+20sm,最大染色体是最小染色体的1.64倍,着丝点端化值63.65%,核型类型属2A型。紫花类型核型公式2n=4×=28=10m(2sat)+16sm+2st,最大染色体是最小染色体的1.73倍,着丝点端化值64.35%,核型类型属2A型。2种类型的核型比较分析表明,尽管核型类型都属2A型,但紫花类型核型对称性与白花类型相比较小,提示白花类型为该地区的原始类型,紫花类型为次生类型。在紫花类型中发现了一定频率的结构变异类型,为紫花类型为次生类型的推测提供了细胞学证据。

云南宾川县鸡足山地区多星韭种群分化的研究

对鸡足山地区７个多星韭（ＡｌｉｕｍｗａｌｉｃｈｉＫｕｎｔｈ）种群的生物生态学特性进行了比较全面的研究。结果表明：鸡足山地区的多星韭有二倍体和四倍体２种倍性。多星韭二倍体比四倍体更能忍受较恶劣的环境条件。二倍体多星韭生境单一，种群分化不明显；四倍体多星韭生境多样，种群间变异丰富，分化强烈。二倍体多星韭生境中土壤浅薄的条件限制了植株根深而高大的四倍体多星韭的侵入，而四倍体生境中，林内光照较弱、草坡杂草深而较密集等条件也限制了较矮小的二倍体多星韭的入侵。在鸡足山地区，水分是多星韭在该区分布下限的限制因子，光、土壤和生物因子是促使多星韭种群变异分化的主导因子。

云南宾川县鸡足山地区多星韭的生态型

根据生态学和遗传学的综合研究，鸡足山地区的８个多星韭种群可划分为６个生态型：１个柳叶韭生态型，１个岩生二倍体生态型和４个四体倍生态型即林生四倍体生态型、岩生四倍体生态型、草生白花四倍体生态型和草生紫花四倍体生态型。多星韭种群生境中的光、土壤、生物等三大生态因子的强烈选择，以及多星韭二倍体种群和四倍体种群之间的染色体倍性差异（遗传隔离），多星韭四倍体种群中：林生种群与岩生种群之间、草生紫花种群与草生白花种群之间的物候隔离，草生种群（紫花和白花）与林生、岩生种群之间的生境隔离等三大隔离机制在鸡足山地区多星韭的生态型的形成过程中起着巨大的作用。

云南多星韭细胞核型研究

对梁王山地区4个多星韭种群的染色体进行核型分析与比较,结果表明:多星韭1号种群为二倍体,核型公式为:2 n=2 x=14=6 m(2 SAT)+8 sm;2,3,4号种群为四倍体,核型公式为:2 n=4 x=28=8 m(2 SAT)+20 sm.不同四倍体种群核型的最大与最小染色体比值、最大染色体形态等存在差异.从而对四倍体多星韭的起源途径提出一种设想,它们是部分异源四倍体,并经历了较长的二倍化过程.

昆明梁王山多星韭与滇韭的核型比较

对梁王山地区多星韭与滇韭种群的染色体进行核型比较与分析。结果表明:多星韭1号种群为二倍体,核型公式为:2n=2x=14=10m(2SAT)+4sm;2号种群为四倍体,核型公式为:2n=4x=28=18sm(2SAT)+10m;滇韭1号和2号种群均为二倍体,核型公式为:2n=2x=16=14m+2sm(2SAT),不发生倍性变化;二者在染色体水平上亲缘关系较近,在二者系统发育过程中,多星韭可能是一个较进化的类群。

云南鸡足山地区多星韭核型研究

对鸡足山地区4个多星韭种群的染色体进行核型分析与比较,结果表明:多星韭1号和4号种群为二倍体,核型公式为:2n=2x=14=8sm(2SAT)+6m和2n=2x=14=10m(SAT)+4sm,多星韭2号和3号种群为四倍体,核型公式为:2n=4x=28=14m(2SAT)+14sm和2n=4x=28=18m(2SAT)+10sm。从植株形态、分布、生境、核型等方面分析表明,多星韭核型进化趋势是由二倍体向四倍体进化的,四倍体多星韭二倍化显著。

云贵高原多星韭二倍体—四倍体分布格局研究

采用染色体压片技术对云贵高原17个多星韭居群,共412株个体进行染色体数目和核型研究。结合已有的细胞学资料,对云贵高原多星韭多倍体分布格局进行了研究。9个二倍体居群、6个二倍体与四倍体混生居群分布于云南中部至西北部,12个四倍体居群分布于整个云贵高原。二倍体除香格里拉d和保山居群核型类型为3A型外,其余均为2A型,四倍体除会泽和赫章居群为2 B型外,其余均为2A型。云南西北部四倍体核型不对称指数低于其它分布区,推测该地区四倍体可能起源较早。多星韭二倍体与四倍体核型类型和形态并无明显差异,表明多星韭四倍体可能为同源多倍体。

野生观赏植物多星韭种子萌发实验研究

多星韭是一种观赏价值和经济价值很高的野生植物资源,自然状态下种子萌发困难。为探索多星韭种子萌发的影响因素,比较分析了不同温度条件、不同培养基质、赤霉素(GA3)、吲哚乙酸(IAA)、萘乙酸(NAA)3种不同激素及其不同浓度浸种对多星韭种子发芽率的影响。结果表明:温度是制约多星韭种子萌发的关键因素,种子萌发前采用55~60℃的温水烫种处理20 min能有效促进多星韭种子萌发,多星韭最适的萌发温度为昼夜温差在10~20℃的范围,发芽率为73.75%。用滤纸做基质培养的多星韭萌芽率为73.75%,而用河沙做基质的多星韭萌芽率仅为21.50%。

基于UPLC-MS/MS技术的野生及栽培韭菜籽的代谢组学研究

多星韭为贵州省赫章县喀斯特地貌区重要的野生植物资源之一,具有较高的开发利用价值。为分析野生多星韭(Allium wallichii)籽与栽培韭菜(A.tuberosum)籽代谢产物差异及其通路,该研究利用UPLC-MS/MS物质分离鉴定技术,对2种韭籽化学成分进行广泛靶向代谢组学分析。结果表明:(1)共检测到782种代谢产物。(2)主成分分析(PCA)显示样本间存在差异,正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)共筛选出12类显著变化(P<0.05,VIP≥1)的差异代谢物,涉及492种,其中上调和下调幅度在前20的代谢物包括黄酮、甾体皂苷、黄酮醇、酚酸类、异黄酮、游离脂肪酸、三萜皂苷、生物碱、吲哚类生物碱、氨基酸及其衍生物等。(3)KEGG注释到84条差异代谢通路,其中差异代谢物显著富集(P<0.01)通路4条,此外还构建了未注释到的显著差异代谢物甾体皂苷的生物合成通路。该研究结果为韭籽有效成分代谢途径解析及药理活性物质研究提供了参考,也为赫章县野生多星韭的开发保护与多元化利用提供了新思路。

云南四倍体多星韭二倍体化的细胞学研究

采用常规制片技术,对苍山、鸡足山华严寺和昆明长虫山3个四倍体多星韭种群进行了减数分裂观察和核型分析.结果表明:核型分析反映出云南西北部地区的苍山、鸡足山四倍体多星韭的核型对称性比中部地区昆明长虫山种群高;减数分裂观察表明四倍体多星韭的28条染色体在减数分裂前期I时,两两联会成为14个二价体,后期I配对的染色体分离比较同步,没有观察到提前或延后分离以及染色体桥或染色体片段;对四倍体减数分裂过程的观察支持核型分析将28条染色体成2地配成14组,而不是成4地配成7组的结果,为四倍体多星韭的二倍体化提供了直接的细胞学证据.

野生观赏植物多星韭染色体观察在《生命科学概论》“遗传学专题”翻转教学中的应用实践

在《生命科学概论》遗传学教学专题中,采用开放式实验管理模式,以小组为单位对丽江野生观赏植物多星韭有丝分裂过程进行观察,得出多星韭具有14条染色体,为二倍体。这种教学组织形式不仅能加深学生对细胞有丝分裂过程和染色体的理解,激发学生对生命科学知识的学习兴趣,同时提升学生的自主实验能力。通过这种翻转式教学改革与实践,为同领域、同学科课程的多样化教学提供参考。

赫章县多星韭染色体倍性鉴定及基因组大小估测

多星韭(Allium wallichii Kunth)为百合科葱属多年生草本植物,集观赏、食用、药用价值于一体,有着广阔的开发前景。为更好地研究和利用多星韭,本研究以赫章县韭菜坪收集的多星韭嫩叶为材料,利用流式细胞仪检测多星韭染色体倍性、核DNA含量,并用根尖染色体压片法验证结果,用已知基因组大小的二水早紫皮蒜(Allium sativum L.)为内标,采用外标法估测多星韭的基因组大小。结果表明,赫章县韭菜坪地区多星韭为四倍体,基因组大小约33.02 Gb,经根尖染色体制片法验证,四倍体多星韭染色体数为4n=4x=28。流式细胞仪检测结果与根尖压片法的鉴定结果完全一致。研究结果为野生多星韭资源的遗传学评价以及全基因组测序提供参考。