甘薯CIN基因家族鉴定及影响块根膨大关键CIN基因的挖掘

细胞质转化酶(CIN)催化蔗糖不可逆地水解为葡萄糖和果糖,在模式植物根系生长发育中发挥着重要作用。目前尚未对甘薯CIN基因家族进行研究,更不清楚CIN在甘薯块根膨大中的具体作用。本研究系统鉴定了甘薯CIN基因家族的种类和数量并分析其蛋白质理化性质、染色体定位、系统发育、基因结构和保守基序、启动子顺式元件,同时,分析甘薯CIN家族基因在不同组织部位进行的表达特异性分析及其在不同类型根系中的表达水平和酶活性,初步筛选出在甘薯块根膨大中发挥重要作用的关键候选CIN基因。结果如下:(1)从甘薯(Ipomoeabatatas)基因组中共鉴定出12个IbCIN基因(IbCIN1-12),分布于8条染色体上,编码蛋白质的氨基酸数量范围为417~825 aa,分子量范围为46.60~93.75 kDa,等电点范围为4.83~7.17。(2)系统发育分析发现IbCIN可分为3个亚组,其中α1亚组1个,α2亚组3个,β亚组8个。α1、α2亚组成员之间在保守基序和基因结构上差异较小、相对保守,而β亚组成员之间则差异较大,表明β亚组的IbCIN基因可能在功能上更为多样,可以参与更多的生物过程。此外,IbCIN1、IbCIN7、IbCIN10、IbCIN12与拟南芥和木薯根系发育相关CIN基因的亲缘关系较近,推测其可能与非块根类型根系发育密切相关。(3)IbCINs在不同组织部位(幼叶、成熟叶、茎、花、60 d块根)和不同类型根系(白色纤维根、红色纤维根、柴根和60 d块根)中的表达水平分析表明,IbCIN4、IbCIN8和IbCIN11在块根中的表达水平最高,同时块根中的CIN酶活性也显著高于非块根类型根系,推测这3个基因可能在甘薯块根膨大中发挥着重要作用。(4)生物信息学分析进一步揭示IbCIN4、IbCIN8和IbCIN11可能通过调控蔗糖转运和代谢、光周期反应、赤霉素信号转导等途径和机制来共同促进甘薯块根的发育。本研究可为后续通过转基因技术等手段深入研究甘薯CIN基因的功能奠定基础。

灰霉病对番茄叶片蔗糖转化酶活性和可溶性糖含量的影响

研究灰霉病菌接种后番茄叶片中蔗糖转化酶介导的糖分代谢的变化规律及其与发病程度之间的相关性,初步阐明蔗糖转化酶在调控番茄-灰霉病菌互作中的重要作用。通过系统测定灰霉病菌接种后不同时期(0、12、24和48 h)番茄叶片中蔗糖转化酶活性、淀粉和可溶性糖含量、细胞死亡程度和H2O2积累的动态变化,结果发现,灰霉病菌接种导致番茄叶片细胞壁转化酶(CWIN)、细胞质转化酶(CIN)和液泡转化酶(VIN)活性显著上升,其中CWIN活性最先上升且上升幅度最大,其次为CIN,最后为VIN;同时,CWIN和CIN活性在接种早期(12和24 h)上升幅度较小,而在接种后期(48 h)上升幅度较大;霉病菌接种导致番茄叶片中淀粉含量和己糖/蔗糖显著降低,但对蔗糖、葡萄和果糖含量没有显著影响;灰霉病菌接种导致番茄叶片在接种早期(24 h)发生显著的细胞死亡和H2O2积累现象。总之,灰霉病菌接种导致3种转化酶活性显著上升,但由于其活性在接种早期上升幅度较小,其分解蔗糖产生的己糖(葡萄糖和果糖)不能满足植物防御反应的需要而出现己糖/蔗糖下降,这导致植物不能通过糖信号途径及时启动防御反应来有效清除H2O2并防止细胞死亡的发生,最终导致灰霉病的发生。

糖分含量对番茄叶片Pst DC3000抗性的影响及其机理

研究糖代谢对番茄叶片细菌性叶斑病(Pst DC3000)抗性的影响及其可能的生理生化机制,为抗病番茄新品种的选育提供参考。以糖代谢特征不同的早上取样叶片(早8:00取样)和晚上取样叶片(晚6:00取样)为材料,测定离体接种后不同时期(0、24、48 h)上述两种叶片在Pst DC3000抗性、细菌密度、可溶性糖和淀粉含量、转化酶活性、水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)含量、细胞死亡和H2O2积累方面的差异。结果表明,和早上取样叶片相比,晚上取样叶片对Pst DC3000具有更高的抗性,表现为较轻的病斑和细胞死亡现象,同时叶片内的细菌密度也极显著(P≤0.01)降低。此外,和早上取样叶片相比,晚上取样叶片在接种后具有更高的淀粉含量(0~48 h)、葡萄糖含量(0、24 h)和果糖含量(24、48 h),但在蔗糖含量上无显著差异。对3种转化酶活性的测定表明,晚上取样叶片的细胞壁转化酶(CWIN)活性在接种后0、48 h显著(P≤0.05)低于早上取样叶片,而细胞质转化酶(CIN)活性在接种后24、48 h则显著(P≤0.05)高于早上取样叶片,液泡转化酶(VIN)活性在两种叶片之间无显著差异。最后,和早上取样叶片相比,晚上取样叶片具有相对较少的H2O2积累(48 h)和显著(P≤0.05)较高的游离态SA和JA含量(48 h)。总之,和早上取样叶片相比,晚上取样叶片具有较高淀粉、己糖含量和CIN活性,以及较低的CWIN活性,这可能是晚上取样叶片具有较高SA和JA含量,以及较少H2O2积累和细胞死亡的重要原因,从而使得晚上取样叶片对Pst DC3000的抗性提高。