筇竹钾离子通道QtSKOR1基因的克隆及表达分析

【目的】外向整流型钾离子通道SKOR(Stelar K+outward rectifier)家族是参与植物钾离子转运和分配的重要通道,且K+在植物生理过程和响应非生物胁迫中有决定性作用。旨在研究外向整流型钾离子通道SKOR在富含钾元素的筇竹(Qiongzhuea tumidinoda)发育及受到盐胁迫过程中的功能。【方法】利用RACE技术从筇竹的幼苗中获得SKOR基因并命名为QtSKOR1(基因号:MT078984),并对其进行生物信息分析及表达特征分析。【结果】QtSKOR1基因开放阅读框(1923 bp)编码了641个氨基酸。QtSKOR1蛋白存在环核苷酸(cNMP)和锚蛋白重复结构域(ANK)属于Shake亚家族,其相对分子质量为157.27 kD,理论等电点为4.94,含有3个跨膜区但不存在信号肽,属于疏水性蛋白。亚细胞定位分析表明QtSKOR1蛋白主要定位于线粒体(30.4%)和细胞质(26.1%)中。同源分析和进化分析显示,QtSKOR1与二穗短柄草(Brachypodium distachyum)和玉米(Zea mays)的同源性较高,分别为89.06%和87.91%。qPCR结果显示,QtSKOR1基因在筇竹所有组织中均有表达,且表达量从高到低依次为叶、根、茎、笋。与对照相比,随着钾胁迫时间的增加,QtSKOR1的表达量在根中显著增加,而在茎叶中显著降低。随着钠胁迫时间的增加,QtSKOR1的表达量在根茎叶中均呈下降趋势。【结论】QtSKOR1基因属于Shake亚家族,均参与了筇竹各个组织特别是叶的钾运输。同时,在钾胁迫下QtSKOR1基因在根中发挥了积极作用。

筇竹无性系种群生物量结构与动态研究

依据Harper的构件结构理论 ,从群落和个体两个水平上研究了筇竹无性系种群的生物量结构与动态。结果表明 :(1)筇竹无性系种群分株的生物量优化模型为 :W =344 .0 96 3D - 2 2 .6 0 12。(2 )筇竹无性系种群中各分株生物量在 1 5年生的分配为 31.94 %、37.0 1%、13.30 %、16 .2 4 %、1.5 1% ;生物量在各构件单位的分配为秆 4 2 .72 % ,枝 5 .82 % ,叶 6 .5 2 % ,根 6 .70 % ,鞭 2 7.13% ,篼11.11%。(3)筇竹无性系分株生物量在笋 -幼竹生长时期符合Logistic增长 ;叶生物量季节变化明显 ,其峰值出现在 10月份 ,最低值出现在

不同水分条件下筇竹无性系的生态适应性研究

对不同水分条件下筇竹无性系生长的形态可塑性进行了研究,并分析了自适应的对策。结果表明:在土壤水梯度环境下,筇竹形态特征表现出明显的适应性变化;随着水分资源有效性的提高,其分株的高度、直径、分枝长度、分枝角度、叶面积、隔离者长度、隔离者直径、无性系总生物量相应增加,分株密度和隔离者总长度则相应减小;在水分资源有效性较低的生境中,无性系生长则选择水资源相对丰富的微生境放置分株,以克服异质性给水分吸收带来的困难,体现了筇竹无性系生长的觅食行为及趋利避害的生态适应性。

筇竹无性系地下茎生长规律的研究

对筇竹无性系地下茎的系统研究结果表明 :1采用形态特征、组织发育成熟度和生理活动的规律综合判断竹鞭相对年龄 ,具有准确、实用的特点 ;2初步了解地下茎形态特征及其生长与环境条件的关系 ;35 7.14%的 1～ 3龄鞭生长在 0～ 2 0 cm土层中 ,幼壮龄鞭有趋浅的动态 ,不利于筇竹无性系种群的克隆生长 ;4竹鞭鞭梢的生长在一年中 ,以 7～ 10月生长速度最快 ;生长过程中易出现断梢、腐烂 ,并萌生岔鞭的现象。

土层厚度对筇竹无性系种群形态可塑性的影响

通过探究不同土层厚度对天然筇竹无性系种群分株形态的影响,力图为筇竹的适地适竹、定向培育提供一定的理论与实践的依据。本研究运用方差分析、多重比较和冗余分析与蒙特卡洛检验,分析环境因子随土层厚度变化对筇竹分株形态的影响。结果表明:1)随着土层厚度的增加,筇竹分株高度、枝下高、节长、地径、胸径、分枝长、分枝角、鞭节长、鞭节径、蔸根长、鞭根长、隔离者节间长度和隔离者直径相应增加,隔离者总长度则相应减少。2)全磷、有机碳、全氮、水解氮及含水量对筇竹分株构件的大小起重要作用。土壤水分和养分对筇竹分株构件有着不同程度的影响,单一土壤因子对筇竹分株构件形态影响的重要性大小排序:全磷>有机碳>全氮>水解氮>含水量>全钾>速效钾>有效磷>酸碱度。筇竹无性系分株构件随土层厚度的递增呈现出明显的梯度变化,不同土层厚度中水分和养分资源分配的差异性决定了筇竹分株形态的大小。其中,全磷、有机碳、全氮、水解氮和含水量是影响筇竹分株形态的关键因素。

不同坡位对天然筇竹无性系种群生长的影响研究

研究了不同坡位(上坡位、中坡位、下坡位)的筇竹无性系种群的生长情况。结果表明:坡位不同对筇竹无性系种群生长的影响程度不同,随着坡位的增加,筇竹无性系分株的高度、枝下高、节长、胸径、分枝长、分枝角、叶长、叶宽、叶面积、鞭节长、鞭径、鞭芽数、活芽数、隔离者长度、隔离者节长、隔离者直径相应减少,隔离者总长度则相应增加。在水分和养分资源有效性不同的生境中,筇竹无性系表现出趋利避害的生态适应性对策。

筇竹K^(+)通道蛋白QtKCO1基因的克隆与表达分析

为分析KCO家族基因在筇竹钾运输中起到的重要作用,本研究以筇竹实生苗(2年生)为试材,利用RACE技术,克隆出KCO家族基因,命名为QtKCO1(基因登录号:MT078981),并分析其表达特征。结果表明,QtKCO1基因全长为1502 bp,开放阅读框为1041 bp,编码347个氨基酸。QtKCO1具有5个跨膜区域,且与野生二粒小麦(Triticum dicoccoides)的同源性最高,为85.88%。另外,QtKCO1基因是组成型表达,在筇竹每个组织器官(竹笋,根,茎,叶)均有表达,表达量依次为竹笋>茎>叶>根。高浓度KCl胁迫下,随着处理时间的增加,QtKCO1基因在根表达量增加,而在茎和叶中表达量则下降。与对照组相比,NaCl胁迫处理条件下,筇竹QtKCO1在筇竹各个组织器官中均呈现上调表达,且表达量依次为叶>茎>根。本研究为进一步分析KCO家族基因在钾运输中的作用提供了理论依据。

筇竹Na+/H+逆向转运蛋白基因克隆与表达分析

为明确液泡型Na+/H+逆向转运蛋白在竹类植物耐盐中发挥的重要作用。本研究从筇竹中克隆出液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因,命名为QtNHX1(基因登录号:MT078987),并分析该基因表达特征。结果表明,QtNHX1基因全长为2075 bp,包含1632 bp的开放阅读框(编码544个氨基酸),其相对分子量为59.43 kD,理论等电点(pI)为8.83。QtNHX1具有10个跨膜区域,且与水稻同源性最高,达到90.59%。另外,QtNHX1基因在在筇竹不同组织器官(竹笋,根,茎,叶)均有表达,说明QtNHX1为组成型表达。筇竹根中QtNHX1基因的表达量最高,在竹笋表达量最低。对筇竹进行不同时间(6,12,24 h)的NaCl胁迫处理,发现QtNHX1基因的表达量随着处理时间的延长而上升,表明QtNHX1基因在调控筇竹耐盐性中发挥着重要作用。

筇竹钾转运体QtHAK12的克隆及表达分析

钾元素在竹笋中含量较高,也是竹笋品质的重要指标之一。为了研究高亲和性K;转运蛋白KUP/HAK/KT家族成员在竹笋K+吸收过程中发挥的重要作用。本研究利用RACE技术从筇竹(Qiongzhuea tumidinoda)中克隆得到一个KUP/HAK/KT家族成员的同源基因,命名为QtHAK12(登录号:MT078986)。同时,对QtHAK12基因进行生物信息学及表达模式分析。结果表明,QtHAK12基因片段全长为2467 bp,编码区为1647 bp,包含548个氨基酸。生物信息学分析表明,该编码蛋白具有10个跨膜区域,定位于细胞质膜上,并且具有KUP/HAK/KT钾转运体的典型结构“K-trans”结构域。聚类结果表明,QtHAK12编码蛋白与狗尾巴草(Setaria viridis)、小米(Setaria italica)、水稻(Oryza sativa)等作物HAK蛋白相似度高达89%以上,同源性分别为90.17%、90.17%、89.89%。RT-qPCR结果显示,QtHAK12基因在不同组织(笋,根,茎,叶)中均有表达,且为非诱导表达。低钾和高盐处理下,筇竹不同组织表达量呈现出根>茎>叶的规律。与对照组相比,在50 mmol/L KCl处理下,根部处理12 h后QtHAK12基因表达上调,而其他组织处理12、24 h后,QtHAK12基因表达均下调。另外,与对照组相比,在500 mmol/L NaCl处理下,不同组织处理不同时间后,QtHAK12基因的表达均呈下调趋势。