油茶隐花色素基因CoCRY1的克隆及功能研究

油茶(Camelliaoleifera Abe.)是我国重要木本油料树种,具有重要的经济价值和社会效益。隐花色素(Cryptochrome)是植物蓝光受体之一,参与植物开花调控、光形态建成等生长发育过程。本研究从油茶华硕中克隆到CoCRY1基因,通过生物信息学分析发现,其CDS序列长度为2262 bp,编码的蛋白质序列包含684个氨基酸,蛋白分子式为C3454H5281N971O1027S18,分子量77.42 kDa,是一种不稳定的疏水蛋白,进一步分析表明其蛋白序列包含3个结构域,分别为DNA_photolyase、FAD_binding_7和Cryptochrome_C,可证明CoCRY1蛋白属于隐花色素家族。同源序列及系统发育树分析发现CoCRY1蛋白与茶树(Camellia sinensis) CsCRY1序列相似性最高。组织表达分析显示,CoCRY1的表达量在茎中最高,在花中最低。通过农杆菌转化得到CoCRY1基因异源表达的拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株,并且从DNA水平及RNA水平鉴定到阳性植株,对CoCRY1异源表达的拟南芥进行表型分析发现,CoCRY1基因的过量表达导致拟南芥提前开花,并对下胚轴伸长具有光特异性的抑制作用。本研究通过生物信息学、定量分析及异源表达发现,油茶CoCRY1基因在油茶开花等生物学过程中具有重要作用。

油茶SOD基因克隆及不同授粉处理下的表达分析

为了探究超氧化物歧化酶(SOD)基因家族在油茶自交不亲和反应中的作用,通过RT-PCR法克隆出油茶SOD基因家族成员,分别命名为CoCSD、CoFSD和CoMSD。其CDS序列长度分别为660、813和693 bp,编码219、270和230个氨基酸。CoCSD、CoFSD和CoMSD蛋白分子质量分别为22.49、31.18和25.51 kDa,结构分析发现3个蛋白均为亲水性蛋白,无跨膜结构域和信号肽,属于非分泌蛋白,且均包含21个磷酸化位点。CoCSD和CoMSD两者属于稳定蛋白,而CoFSD属于不稳定蛋白。CoCSD二级结构主要是无规则卷曲和延伸链,而CoFSD和CoMSD的二级结构主要由α螺旋和无规则卷曲构成。3个蛋白因结合不同的金属离子,系统进化树构建时被划分到3个大支,但均与茶树相应蛋白聚类在同一小枝上,且序列上具有高度的同源性。自交授粉雌蕊中的SOD酶活性整体高于异交授粉,但CoCSD、CoFSD和CoMSD在授粉前表达量最高,自交和异交授粉处理均对其表达量有抑制作用。该研究结果为后续深入探究油茶SOD基因的生物学功能提供依据,也为揭示油茶自交不亲和作用机制提供参考。

接种4种外生菌根真菌对‘檀桥’板栗幼苗生长、光合及养分含量的影响

【目的】研究接种4种外生菌根真菌对‘檀桥’板栗(Castanea mollissima‘Tanqiao’)幼苗生长的影响,为板栗菌根化育苗技术提供科学依据。【方法】以‘檀桥’板栗家系苗为材料,采用经课题组前期分离纯化和分子鉴定所获得的中华豆马勃(Pisolithus orientalis LY-8)、橙黄硬皮马勃(Scleroderma citrinum LY-9)、硬皮马勃属未知种1(Scleroderma sp.1,LY-17-2)和未知种2(Scleroderma sp.2,MB)进行接种,比较了接种和未接种‘檀桥’板栗幼苗的菌根侵染率、生长指标(苗高、地径、生物量、根系)、光合指标及氮磷钾养分含量的差异。【结果】(1)接种4个月后,4种外生菌根真菌均能成功侵染‘檀桥’板栗,接种LY-17-2的侵染率显著高于其他3种真菌,达86.40%。(2)接种4种菌根真菌均能显著提高‘檀桥’板栗幼苗苗高、地径、生物量、根系构型指标和苗木质量指数(SQI)。其中,接种LY-17-2的总生物量显著高于LY-9,达12.61 g/株;接种LY-8的幼苗总根长、表面积、体积、根尖数显著高于接种其他3种真菌的幼苗;接种LY-17-2和LY-8的SQI值(1.44和1.43)显著高于未接种的(0.76)。(3)接种LY-17-2的幼苗净光合速率和水分利用率最大,分别是6.51μmol/(m^(2)·s)和9.47μmol/mmol;接种LY-8的幼苗叶片叶绿素总含量显著高于接种其他3种真菌;接种4种菌根真菌均显著促进了‘檀桥’板栗幼苗在根、茎、叶中N、P含量的积累。【结论】接种4种外生菌根真菌均能扩大幼苗根系,促进植株对养分的积累,提高光合利用率,促进‘檀桥’板栗幼苗的生长。经综合比较,接种LY-8和LY-17-2对‘檀桥’板栗幼苗促生效果最好。

油桐NPR1家族全基因组鉴定及表达模式分析

本研究利用油桐(Vernicia fordii)基因组数据鉴定出3个NPR1家族成员,并将其命名为VfNPR1、VfNPR3、VfNPR5。通过生物信息学分析方法,分析了其理化性质、亚细胞定位、染色体分布、保守结构域、基因结构及启动子顺势作用元件等,研究了大戟科5个物种及拟南芥NPR1家族成员的进化关系,并利用转录组测序技术探究了油桐NPR1家族成员在不同类型花、不同发育时期种子和根系尖孢镰孢菌胁迫响应过程中的表达模式。结果表明:油桐NPR1家族3个成员属于疏水性蛋白,VfNPR1/3/5分别在chr 8、chr 10、chr 4染色体上,VfNPR1定位在细胞核中,而VfNPR3/5定位在叶绿体中;大戟科5个物种中的NPR1家族成员可明显划分成亚类Ⅰ、亚类Ⅱ、亚类Ⅲ3个亚类,其中蓖麻、麻疯树、油桐出现明显的收缩;npr1-1(His334Tyr)、npr1-2(Cys150tyr)和nim1-2(His300tyr)等重要功能位点在大戟科5个物种中有较高的保守性;油桐NPR1家族3个成员在雌花、雄花、两性花中都显著差异表达,且都在雄花中表达量最高,在油桐种子不同发育时期,VfNPR1/5在早期(花后10周、15周)表达量较高,VfNPR3则在后期(花后30周)表达量较高,在尖孢镰孢菌不同侵染时间的油桐幼苗根系中,NPR1家族3个成员表达被显著抑制,其中VfNRP3在侵染后期被完全抑制表达。由此表明,油桐NPR1家族3个成员可能参与了花果发育和根系系统获得性抗性信号途径,该研究为油桐丰产栽培提供了重要的科学依据,同时也为林木抗病改良提供重要的基因资源。