毛果杨PLD基因家族全基因组水平鉴定及其盐胁迫下的表达分析

[目的]对木本模式植物毛果杨PLD基因家族的进化中的选择压力、启动子中顺式作用元件、组织表达特性以及盐胁迫下表达模式进行分析,为挖掘PtrPLD在非生物胁迫中作用提供参考。[方法]利用拟南芥PLD基因家族蛋白序列比对得到毛果杨基因组同源基因,再经过保守结构域鉴定后确定PtrPLD基因;利用软件ClustalW和MEGA对PtrPLD和AtPLD基因的氨基酸序列进行比对和系统进化分析;利用MEME、PlantmPLoc、 ExPasy等软件工具分析PtrPLD基因及编码蛋白的特征;利用Tbtools软件分析同源基因的Ka/Ks值;利用Plantcare在线工具分析PtrPLD启动子中顺式作用元件;利用Phytozome转录组数据库以及qRT-PCR分析PtrPLD组织表达特性;利用qRT-PCR分析各组织中PtrPLD对盐胁迫响应情况。[结果]PtrPLD家族的16个基因可分为C2-PLD和PX/PH-PLD 2个亚家族,分别包含13个和3个基因;有7对旁系同源基因且它们之间的Ka/Ks均远小于1;PtrPLD家族基因启动子区含有大量非生物胁迫和激素响应元件,其中,PtrPLDδ4启动子共含有9种、20个元件;PtrPLD家族编码的蛋白均含有Motif 1~4,且同一进化分支上的基因编码蛋白序列高度保守。PtrPLD基因家族表达特性分析表明,PtrPLD家族基因在根、茎和叶中具有表达特异性,并且多数成员主要在根部表达;NaCl胁迫下,PtrPLD家族基因在根、茎和叶中表达量在0~72 h内均表现为先上升后下降再上升的变化趋势。[结论]PtrPLD家族基因在毛果杨响应盐胁迫过程中有着重要作用,本项研究对于今后PtrPLD家族基因生物学功能的鉴定与非生物逆境胁迫响应基因资源的挖掘具有推动作用。

小兴安岭天然次生林不同林型下红松种源试验

在林下间隙和斑块营造红松是促进天然次生林向阔叶红松林转变的重要经营手段。不同类型的次生林林冠下生长环境各异,对红松幼林生长与适应会产生不同的影响。本研究在小兴安岭丽林实验林场不同林型(杂木林、杨桦林和硬阔林)下开展了红松种源试验研究,结果表明:不同林型对红松源地径、树高、当年高和保存率性状具有显著影响;不同林型下红松造林效果最好为杨桦林,其次为硬阔林,最差是杂木林;铁力种源为杨桦林和杂木林林下造林用的优良种源,汪清种源为硬阔林下优良种源。

毛果杨GATA基因家族全基因组水平鉴定及表达分析

GATA转录因子基因家族在植物生长发育、细胞分化以及响应环境变化中具有重要作用。然而,目前在木本植物中尚无该基因家族全基因组水平的分析报导。本项研究从基因组水平对毛果杨GATA家族成员的数量、基因结构、染色体定位、系统进化、编码蛋白的理化特征和保守基序等信息进行了系统分析,结果表明,毛果杨GATA家族包含39个基因,共分布于15条染色体上,其中5号染色体上含有6个基因,9号、13号和19号染色体含有基因数量为1,其余染色上无基因分布。该家族各基因的结构与编码蛋白的基本特性均存在一定异性,可分成4个亚族。qRT-PCR研究表明,GATA家族各基因在不同发育阶段的茎部表达量存在明显差异,且盐胁迫对各基因的表达特性影响显著。以上结果表明,毛果杨GATA家族基因在复制后,基因的结构与功能产生了明显分化,其中部分基因在毛果杨次生生长与盐胁迫响应中可能具有重要作用。本项研究为全面解析毛果杨GATA家族各成员在其生长发育与盐胁迫响应中的生物学功能奠定了基础。

小兴安岭不同区域天然次生林下红松种源试验

通过林下栽植红松,增加其在林分中的优势度,是加快小兴安岭天然次生林向阔叶红松林恢复进程的重要手段。然而,长期以来,小兴安岭天然次生林林下栽植红松时,没有考虑区域内不同地点对红松良种造林效果的影响,存在不适红松品种造林后适应差和生长量低等现象。针对上述问题,以小兴安岭丽林实验林场(北部)、带岭林业实验局(中部)及双丰林业局(南部)3个地点为代表,进行了次生林下红松种源试验研究,结果表明:不同地点之间,红松各种源地径、树高、3年高、当年高和保存率均存在显著差异;地点与种源在地径、树高和当年高性状上存在极显著交互作用;丽林和带岭试点铁力种源最优,双丰试点鹤岗种源最优。

毛果杨CNGC家族全基因组鉴定及胁迫响应分析

植物环核苷酸门控离子通道(cyclic nucleotide-gated channels,CNGC)家族具有多种生物学功能,尤其是在植物的生长发育及逆境胁迫响应中发挥着重要的作用。本研究通过生物信息学方法及qRT-PCR对PtrCNGC家族成员蛋白的基本理化性质与结构特征、系统发育、基因结构和保守基序、启动子顺式作用元件,以及基因表达模式进行分析。结果表明:在毛果杨(Populus trichocarpa)全基因组中共鉴定出19个PtrCNGC基因,PtrCNGC家族成员可分为4个亚群(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ亚群),其中第Ⅳ亚群分为2个亚组(Ⅳa组和Ⅳb组)。PtrCNGC基因编码的蛋白均为碱性蛋白,此外,该家族仅有1个成员为疏水性蛋白,其余成员全部为亲水性蛋白。19个PtrCNGC不均匀地分布于毛果杨的11条染色体上,剩余8条染色体上没有成员分布。PtrCNGC家族包含7对同源基因且它们之间的Ka/Ks值均远小于1。PtrCNGC家族各亚群成员之间的基因结构、蛋白保守基序分布差异较小。启动子顺式作用元件预测分析发现,PtrCNGC基因序列启动子区域存在响应多种激素以及逆境胁迫相关的作用元件。qRT-PCR结果表明,PtrCNGC家族在不同组织中的表达具有特异性,在茎中的表达量较高,在根和叶中的表达量较低;在盐胁迫和干旱胁迫下,PtrCNGC家族同一分支上的多数成员表现出相似的表达模式。本研究结果为进一步研究毛果杨CNGC家族在非生物胁迫中的功能提供参考。