毛竹ABCG基因鉴定及其表达模式研究

ATP结合盒转运蛋白G亚家族(ABCG)在植物体内的物质运输过程中发挥着重要作用。为探究毛竹(Phyllostachys edulis)中ABCGs的分子特征、表达模式及转录因子对PeABCG15的调控关系,本研究利用生物信息学方法鉴定毛竹ABCG基因家族成员,对其基因结构、编码蛋白的理化性质和系统进化等进行系统分析,通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对毛竹ABCG基因表达模式进行研究,借助酵母单杂交验证转录因子与ABCG基因的调控关系。结果表明,在毛竹基因组中共鉴定到77个ABCG基因(PeABCG1~PeABCG77),其启动子中含有多种激素和非生物胁迫响应元件,其中脱落酸响应元件ABRE最多,出现在74个基因的启动子中。系统进化分析发现,PeABCGs分为白棕色复合体(WBC)和多效性耐药复合体(PDR)两个亚组,与水稻的亲缘关系较近。qRT-PCR结果显示,在脱落酸(ABA)处理后,7个与ABA运输相关的PeABCGs中有6个呈上调表达趋势,而未检测到PeABCG34表达;在低温处理条件下,7个PeABCGs均受到诱导表达;在干旱处理条件下,有2个PeABCGs的表达受到抑制,其余基因的表达均受到不同程度的诱导。另外,随着竹笋木质化程度增加,PeABCG15呈持续上调表达趋势,并与木质素合成调控转录因子基因PeKNAT3和PeMYB42的表达趋势一致。酵母单杂交试验证实,PeKNAT3和PeMYB42均能与PeABCG15的启动子结合。由此表明,PeABCGs参与毛竹抗逆可能存在ABA介导和非介导两种方式,其中PeABCG15受ABA诱导,且可能通过促进木质素合成参与毛竹抗逆。本研究结果为揭示毛竹中ABCG的功能提供了参考。

毛竹CesA基因鉴定及其表达调控研究

纤维素合成酶(CesA)是纤维素合成的关键酶。为探究毛竹(Phyllostachys edulis)中CesA基因的分子特征、表达模式及其调控关系,本研究采用生物信息学方法对毛竹CesA基因家族成员进行系统分析,基于毛竹RNA-Seq数据和实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分析CesA在毛竹组织中的表达模式,借助酵母单杂交技术验证转录因子MYB对CesA的调控作用。结果表明,在毛竹中共鉴定21个CesA(PeCesA1~PeCesA21),分别含有8~14个内含子;共线性分析发现19个PeCesAs存在片段复制,且Ka/Ks值均小于1.0。PeCesAs编码蛋白长度为904~1093 aa,分子量在101.10~123.63 kDa之间,理论等电点为5.95~8.60;亚细胞定位预测所有PeCesAs都定位在质膜上;保守基序分析发现,PeCesAs共含有20个保守基序,均含有CesA家族的特征基序D、D、D和QxxRW。系统发育分析结果表明,毛竹等4个物种的CesA家族52个成员聚类成7个分支。RNA-Seq数据分析结果表明,PeCesAs(PeCesA1/5/10/11/17)在根以及不同高度笋的中部和基部的表达量存在明显差异,而且PeMYB35和PeMYB37均与PeCesA1/5/10/11/17存在较强的共表达关系。qRT-PCR结果进一步证实,随着毛竹笋高度的增加,PeMYB35与PeCesA1/5/10/11/17呈现相似的表达趋势。此外,PeCesA1/5/10/11/17的启动子序列中均包含MYB转录因子的结合位点GAMYB,酵母单杂结果证实PeMYB35能够与PeCesA1启动子中GAMYB元件相结合,可能会进一步调控基因的表达。该结果为研究毛竹中纤维素的生物合成机制提供了参考依据。

毛竹肉桂酰辅酶A还原酶基因PeCCR功能初步研究

[目的]为研究肉桂酰辅酶A还原酶(CCR)基因表达对竹子木质素生物合成的影响,对毛竹(Phyllostachys edulis (Carrière) J. Houz.)中PeCCR基因的表达情况进行分析,并对PeCCR基因功能进行研究,以期为利用CCR基因在竹子中开展基因工程育种提供参考依据。[方法]采用实时定量PCR(qRT-PCR)方法对PeCCR基因在毛竹不同组织以及不同高度笋中的表达进行了分析,采用RT-PCR方法克隆了PeCCR基因的编码区,构建了基因过量表达载体,采用蘸花法转化拟南芥(Arabidopsis thaliana L.),采用溴乙酰法测定转基因植株茎木质素的含量。[结果]qRT-PCR结果表明:在毛竹实生苗根中PeCCR的表达量最高,其次是笋中,而未展开叶中最低;在野外随着笋高度的增加,木质化程度加强,PeCCR基因的表达量呈上升趋势,在6.7 m笋中达到最高。克隆获得PeCCR编码区长度为1 026 bp,编码一个341 aa的蛋白,具有家族蛋白特有的保守结构域"NWYCYGK"。与野生型拟南芥相比,转PeCCR基因植株叶片明显增大,且抽苔时间提前3~4 d。茎横切的组织化学染色观察发现:转基因植株茎的木质部和束间纤维组织染色面积均大于野生型;木质素含量测定表明,2个过表达PeCCR1转基因株系中的木质素含量均明显高于野生型,分别为野生型对照的123.1%和116.7%。[结论]PeCCR基因在毛竹不同组织的表达存在差异,在笋中随高度增加其表达量上调。过量表达PeCCR促进了转基因拟南芥植株的生长发育,提高了木质素含量。

毛竹早期光诱导蛋白基因克隆及功能分析

【目的】探究早期光诱导蛋白(ELIP)基因在竹子光保护中的作用,为进一步阐述竹子光保护机制提供参考依据。【方法】以毛竹Phyllostachys edulis实生苗为材料,在前期研究的基础上克隆毛竹ELIP基因,利用qRT-PCR技术研究其在不同光照诱导下的表达谱,同时通过在拟南芥Arabidopsis thaliana中异位表达对1个基因的功能进行初步鉴定。【结果】克隆获得了3个毛竹ELIP基因(PeELIP1、PeELIP2和PeELIP3),分别编码165、179和182个氨基酸。蛋白结构分析表明:3个PeELIPs蛋白均具有典型的捕光叶绿素a/b结合蛋白功能域,含3个α-螺旋跨膜结构,属于叶绿素a/b结合蛋白超家族。序列比对及进化分析表明:PeELIPs与水稻Oryza sativa、玉米Zea mays等单子叶植物的ELIPs相似性较高,同源性达72%以上,聚类在同一分支。qRT-PCR分析表明:3个PeELIPs基因在毛竹黄化苗中仅检测到微弱表达,光照处理使3个基因的表达量均显著上调;同时在正常毛竹实生苗叶片中,随着光照强度的增强和强光胁迫处理时间的延长,3个PeELIPs基因的表达量都显著上调。过表达PeELIP3可减缓转基因拟南芥在强光下Fv/Fm的下降幅度,但未影响转基因植株的非光化学猝灭系数。【结论】毛竹中至少存在3个PeELIPs,且其表达均受光照的诱导。过量表达PeELIP3能够减缓转基因拟南芥受光抑制的程度,具有一定的光保护作用。

毛竹NIP基因的分子特征及应答胁迫的表达模式

【目的】膜内在水通道蛋白(NIPs)是细胞膜上运输水分子和一些小分子物质的膜蛋白,在植物生长以及抵御逆境胁迫等方面发挥着重要作用。温度和水分是影响竹子生长发育的重要环境因子,研究温度和干旱胁迫条件下毛竹NIP家族成员的表达模式,以揭示其在毛竹应答胁迫中的功能。【方法】利用生物信息学软件对毛竹基因组中NIP家族成员基因及其启动子序列进行系统分析,基于转录组数据分析基因在毛竹不同组织中的表达模式,并用实时荧光定量PCR(qPCR)技术检测基因在温度和干旱胁迫条件下的表达特征,构建2个NIP基因的酵母表达载体,分析它们的表达对酵母抗干旱和盐胁迫能力的影响。【结果】在毛竹基因组中共获得14个编码完整NIP蛋白的基因(PeNIP1-1—PeNIP1-6、PeNIP2-1—PeNIP2-4和PeNIP3-1—PeNIP3-4),含有3~5个内含子;在PeNIPs启动子区域中含有多种与胁迫、激素相关的调控元件;PeNIPs编码蛋白的氨基酸长度为235~297 aa,相对分子量为24.03~31.84 kDa;亚细胞定位预测显示所有PeNIPs均定位于细胞质膜上。共线性分析表明,有12个PeNIPs与水稻8个NIP基因存在27对片段重复,它们的非同义对同义取代比(Ka/Ks)均小于1,表明毛竹PeNIPs经复制后主要经历了较强的纯化选择。系统进化分析表明,来自毛竹和其他5个物种的NIP蛋白可分为3类(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ),毛竹在各类中的成员依次为6、4和4个。PeNIPs共包含10个保守基序,其中基序1、2和4为PeNIPs所共有。转录组表达谱热图分析表明,PeNIPs在不同组织中的表达存在一定的差异,如Ⅰ类的PeNIP1-3、PeNIP1-4和PeNIP1-5在根中表达,而在笋中几乎不表达;Ⅱ类的4个PeNIP2s以及Ⅲ类的PeNIP3-1和PeNIP3-2在根和笋中表达量较高。qPCR结果显示,随着胁迫时间的延长,4℃处理下8个基因上调表达,2个基因下调表达;42℃处理下,2个基因上调表达,4个基因下调表达;而干旱胁迫下3个基因上调表达。表达PeNIP1-1和PeNIP2-2的酵母在添加山梨醇或NaCl培养基上的生长优于对照。【结论】从毛竹中共鉴定出14个NIP家族基因成员(PeNIPs),各基因的分子特征、表达模式均存在着一定差异,说明它们在毛竹生长发育的不同阶段和响应环境胁迫中可能发挥着不同的作用;在酵母表达的PeNIP1-1和PeNIP2-2能够一定程度上提高酵母的抗干旱和盐胁迫能力,说明它们在毛竹应对逆境胁迫中可能发挥着重要作用。

毛竹铵态氮转运蛋白的分子特征及基因表达模式

【目的】氮素是植物生长发育必需的大量元素,铵态氮是根系可利用的主要氮源形式之一,铵态氮转运蛋白(AMT)在铵态氮的获取和运输中发挥着重要作用。速生是毛竹最主要的特点,鉴定其中的AMT基因,并对其结构和表达模式进行系统分析,为深入研究毛竹AMT家族基因在快速生长和环境适应性中的功能奠定基础。【方法】采用生物信息学方法鉴定毛竹AMT家族基因成员,对其系统发育、结构特征、组织表达特异性以及对激素和非生物胁迫应答进行分析,通过qPCR方法验证关键基因在干旱处理下的表达模式。【结果】在毛竹基因组中共鉴定出13个AMT家族基因,命名为PeAMT1-PeAMT13,其编码蛋白长度为408~497个氨基酸,亚细胞定位预测显示所有PeAMTs均定位于质膜上。系统发育分析表明,PeAMTs分为2个亚家族,不同亚家族之间具有各自的特异基序,但全部PeAMTs的Motif 2都包含了铵转运蛋白的典型保守序列。共线性分析结果表明,有8对PeAMTs存在共线性,而且11个PeAMTs与8个OsAMTs存在共线性,在进化过程中PeAMTs经历了纯化选择。PeAMTs具有组织表达特异性,多数在毛竹根部和叶片的表达水平最高,其次是发育初期的笋,在发育后期木质化程度较高的笋中表达水平较低。PeAMTs启动子中包含多种激素和非生物胁迫应答元件,GA3、油菜素内酯(BL)和干旱处理能引起多数PeAMTs表达量的显著变化,NAA和低温处理也能引起6个PeAMTs表达量的显著变化。筛选关键基因PeAMT1、PeAMT2和PeAMT3进行干旱处理下的qPCR验证,结果表明三者的表达变化均达到显著水平。【结论】毛竹中具有13个编码完整AMT的基因(PeAMTs),它们在结构特点和组织表达特异性方面均存在一定的差异,其表达受到激素和非生物胁迫的影响。PeAMTs可能通过在根部高表达协助毛竹从土壤中获取铵盐,在叶片中高表达对铵盐进行转移和回收,保证毛竹快速生长过程中充足的氮供应;同时可能在提高毛竹抗逆性中发挥铵解毒的功能。

毛竹硝态氮转运蛋白家族PeNPFs基因鉴定及其表达特性分析

[目的]鉴定毛竹中硝态氮转运蛋白(NPF)家族基因成员,系统分析其分子特征和表达模式,为深入研究毛竹NPF基因的硝态氮转运功能奠定基础。[方法]采用生物信息学方法从毛竹基因组中鉴定NPF家族基因成员,并对其启动子调控元件、基因结构、编码蛋白理化性质、保守结构域、系统进化等进行全面分析,利用已有转录组数据,对毛竹NPF基因的组织表达特异性以及不同非生物胁迫和激素处理后的表达模式进行分析。[结果]在毛竹中共鉴定NPF家族成员基因27个,其基因结构差别较大,内含子数量为2~5个,编码区最长为2 286 bp (PeNPF7.4),最短为1 359 bp (PeNPF8.8)。基因启动子调控元件分析发现,PeNPFs启动子序列中包含多种与低温和干旱等非生物胁迫以及GA3和NAA等激素响应相关的元件。PeNPFs编码蛋白的分子量介于49.56~82.08 kDa之间,理论等电点为5.17~9.85,大部分是中性或碱性蛋白,均含有类似的跨膜结构;系统进化分析表明,毛竹27个PeNPFs分属于7个亚家族,各亚家族成员数量分别为1、3、1、6、1、7和8个;蛋白保守基序分析显示,PeNPFs共有10个保守基序,其中motif 1、motif 2和motif 4是各成员共有的高度保守的基序。基于转录组数据的表达谱热图分析显示,PeNPFs在叶片、花序、根、鞭和笋等不同组织中的表达存在一定差异,但各成员至少在1个组织中检测到表达,部分成员的表达表现为组织特异性或组成型表达。在冷和干旱处理后,PeNPF5.3、PeNPF7.2、PeNPF7.3和PeNPF8.7的表达量均显著下调,这与其启动子序列中存在与低温和干旱响应调控元件相一致;在GA3和NAA处理后,PeNPF7.3和PeNPF7.6呈相反的表达变化,而PeNPF7.1的表达趋势相似。[结论]毛竹中有27个NPFs家族基因成员,分为7个亚家族,各亚家族成员之间的分子特征和组织表达特异性均存在一定的差异,且一些基因对非生物胁迫和激素处理的响应变化均达到显著性差异,推测这些基因在毛竹不同组织中及应对不同环境过程中对硝态氮的转运可能发挥着不同的功能,研究结果为揭示PeNPFs的生物学功能提供了重要依据。

毛竹4-香豆酸辅酶A连接酶基因家族鉴定及表达分析

4-香豆酸:辅酶A连接酶(4-coumarate:CoA ligase,4CL)基因是植物木质素、类黄酮和其他次生代谢产物合成的关键基因之一。为探究毛竹(Phyllostachys edulis)4CL基因的分子特征和表达模式,利用生物信息学方法对毛竹4CL同源基因进行鉴定,并对其基因结构、保守结构域和系统进化等进行全面分析,应用实时荧光定量PCR(qPCR)技术对基因表达模式进行研究。结果表明,在毛竹中共鉴定出15个4CL同源基因(Pe4CL1~Pe4CL15),均含有内含子,数量为2~5个。Pe4CLs编码蛋白长度为520~671 aa,分子量为55~72 kDa。Pe4CLs均含有2个4CL家族高度保守的结构域,保守基序数量为6~10个,且均定位在过氧化酶体上。系统进化分析显示,毛竹、水稻、二穗短柄草、拟南芥、大豆和毛果杨的4CL家族成员分为2个亚家族(A和B),其中亚家族A又分为3个类型(TypeⅠ~TypeⅢ)。基于转录组数据的基因组织特异性表达分析发现,15个Pe4CLs在毛竹不同组织和不同生长时期中的表达量均存在明显差异。qPCR结果显示,除Pe4CL6的表达下调外,其他基因均随着竹笋高度增加呈上调趋势。组织化学染色结果表明,随着笋高度的增加,其木质化程度加深,与大多数Pe4CLs表达上调相一致。本研究为进一步探究毛竹中4CL的功能提供了参考依据。

毛竹磷转运蛋白Ⅰ家族基因鉴定及表达模式

【目的】鉴定毛竹Phyllostachys edulis磷转运蛋白Ⅰ(phosphate transporter 1,PHTⅠ)家族基因,分析其表达模式。【方法】利用生物信息学方法,鉴定毛竹PHTⅠ家族成员,分析基因启动子调控元件、编码蛋白的理化性质、基因结构、氨基酸保守基序、基因在染色体的位置、组织表达特异性、基因适应性进化及系统进化等。【结果】毛竹中共鉴定出20个PHTⅠ家族基因(PePHTs),分布在10条染色体上,均定位于细胞膜。每个基因都含有1~2个内含子,PePHTs启动子序列中包含干旱、低温等非生物胁迫以及赤霉素等激素类响应元件。毛竹PHTⅠ大部分为碱性蛋白质,分子量为48.61~76.37 kDa,理论等电点为6.84~9.30,疏水性值均大于0,都属于疏水蛋白。基因适应性进化分析显示:大多数PePHTs的选择压力值小于0,说明多数基因受到负选择压力。转录组表达图谱表明:PePHTs在不同组织中的表达存在差异性,说明该基因家族在毛竹生长发育过程中发挥着不同的作用。系统进化树表明:PePHTs都聚类在第Ⅰ亚家族,并且优先和水稻Oryza sativa聚类在同一支上。【结论】PHTⅠ家族在植物吸收和转运磷的过程中扮演了重要作用。本研究结果为深入研究毛竹PHTⅠ家族基因的功能奠定了理论基础。

毛竹扩展蛋白基因的鉴定及其表达分析

为全面了解毛竹中扩展蛋白的分子特征和表达模式,本研究利用生物信息学方法在毛竹基因组中共鉴定出43个扩展蛋白基因家族成员,属于4个亚家族(EXPA、EXPB、EXLA和EXLB),分别包含18、17、7和1个成员,分布在37个Scaffold上。除PeEXPA1没有内含子和PeEXLB1含有11个内含子外,其它毛竹扩展蛋白基因的内含子为1~5个。毛竹扩展蛋白基因编码蛋白长度为91~508个氨基酸,所有的氨基酸都具有高频密码子,大部分蛋白为碱性亲水性蛋白。大部分毛竹扩展蛋白二级结构中β转角占比例最少,而β折叠占比例最大,各亚家族多数成员具有类似的三级结构。qRT-PCR结果表明,18个EXPA亚家族成员在不同组织表达存在明显差异,除PeEXPA2、PeEXPA6外其它基因表达的最高值均出现在叶片中,表明它们可能在叶片生长过程中发挥着重要作用。

毛竹C4H基因的鉴定及其表达模式分析

为了解毛竹(Phyllostachys edulis)中肉桂酸-4-羟化酶基因(C4H)的分子特征及其表达模式,采用生物信息学方法在毛竹基因组数据库中鉴定出6个C4H成员(PeC4H1~PeC4H6),基因编码区长度为1506~1695 bp,推测编码501~564 aa,均具有保守的血红素结合域、苏氨酸结合槽基序和5个特征性底物识别位点,属于细胞色素P450超家族。系统进化分析表明,6个PeC4Hs可分为2类,分别含有2和4个成员。转录组数据分析表明,PeC4Hs在毛竹26个组织中的表达量存在明显差异,不同高度笋中PeC4Hs的表达差异显著。PeC4Hs启动子序列中含有多种响应逆境胁迫和激素信号的顺式调控元件,PeC4Hs表达受干旱和GA_(3)的影响,干旱时,仅PeC4H3/4在根中显著上调表达,其余成员均呈下调表达;GA_(3)处理下叶中PeC4H3/6迅速响应,呈先显著上调后逐渐降低的趋势,根中PeC4H2/5在处理前1 h短暂下调后又显著上调,至8 h时恢复到处理前的表达水平。因此,PeC4Hs可能在毛竹笋的木质化过程和应对非生物胁迫中发挥着重要作用。

竹类植物遗传育种研究进展

作为森林植物的重要组成部分,竹类植物在维持生态平衡、保持物种多样性、减缓气候变化、防止水土流失等多方面发挥着积极作用,国际社会对竹资源开发利用的高度关注促进了竹产业的持续快速发展。良种是产业发展的基石,竹子专用品种的缺乏是限制其工业化利用的重要因素,因此竹类植物的遗传育种已成为竹学领域研究的焦点。文章对竹类植物遗传育种中的变异来源、种类识别、育种现状进行了系统总结,尤其是对选择育种、杂交育种、分子育种、智能化育种和新品种审定进行重点概述。针对竹类植物遗传学理论基础薄弱、内在固有遗传障碍和育种技术瓶颈问题,提出了构建遗传学理论、加强种质资源保护与评价和突破育种技术瓶颈的应对策略,以期为竹类植物的新品种选育提供参考。

不同浓度氮处理毛竹水通道蛋白基因表达模式及其调控网络

氮和水分平衡对植物生长发育具有重要作用,在长期进化过程中植物体内形成了氮运输和水分平衡的复杂调控网络。为揭示竹子速生的内在调控机制,研究了不同浓度氮处理下毛竹根中水通道蛋白(AQP)基因的表达模式,并预测了其表达调控网络。结果表明,在不同浓度氮处理下,在毛竹根的转录本中共鉴定到30个差异表达的PeAQP s,包括14个PePIP s、8个PeTIP s、7个PeNIP s和PeSIP 2-1;随着氮浓度的提高,PeAQP s的表达模式主要分为2类:一类呈上调表达,另一类呈下调表达。在这些差异表达AQP基因的启动子中鉴定到了许多转录因子(TF)的结合元件,同时通过筛选差异表达TFs,构建了差异表达TFs和PeAQP s的共表达网络。代表性差异表达TFs和PeAQP s表达的相关性分析和共表达结果表明,这些TF可能参与调控毛竹中水分和氮的协调运输。研究结果可为深入解析毛竹快速生长的分子机制提供参考。

毛竹TIP基因成员鉴定及其响应胁迫的表达分析

液泡膜内在水通道蛋白(TIPs)在调节植物细胞膨压适应逆境胁迫环境过程中发挥着重要作用。研究毛竹TIP基因成员的分子特征及其在不同逆境胁迫条件下的表达模式,对揭示其在毛竹应答胁迫中的功能具有重要意义。利用生物信息学方法在毛竹基因组中共鉴定19个编码完整TIP蛋白的基因(PeTIP1-1~PeTIP1-3、PeTIP2-1~PeTIP2-4、PeTIP3-1~PeTIP3-2、PeTIP4-1~PeTIP4-7和PeTIP5-1~PeTIP5-3);PeTIPs编码氨基酸的长度为238~434 aa,相对分子量为25.06~44.03 kDa;亚细胞位置预测显示,所有PeTIPs均定位于液泡膜上。PeTIPs包含7个保守基序,其中有4个为共有基序,不同成员的Ar/R选择性过滤器具有一定的差异,而Froger's残基均较为保守。系统进化分析显示,来自毛竹、水稻等6个物种的71条TIP氨基酸序列可分为5个分支,各分支中PeTIPs成员依次为3、4、2、7和3个。共线性分析结果表明,PeTIPs成员间共存在10对片段重复,在12个PeTIPs与水稻8个TIP基因间发现18对片段重复,这些重复基因多半发生在PeTIP4s和PeTIP5s中,且基因对的非同义对同义取代比(Ka/Ks)均小于1.0,表明PeTIPs经复制后的功能差异不大。在PeTIPs启动子区域中,发现多种与胁迫、激素响应相关的调控元件。基于叶片RNA-seq数据分析表明,不同PeTIPs响应低温、干旱和强光胁迫的表达模式均存在一定差异,既有显著性变化的成员(如PeTIP1-1和PeTIP1-2),也有几乎无变化的成员(如PeTIP5的成员)。qPCR结果显示,在不同胁迫条件下毛竹叶片和根中的PeTIPs的表达模式不同,多数呈现不同程度的显著上调,亦有在某一处理下基因表达变化不明显(如强光下叶片中的PeTIP1-1、PeTIP1-3和PeTIP4-2;干旱下根中的PeTIP1-1和PeTIP1-2),个别基因呈现下调(如低温下叶片中的PeTIP1-1)。毛竹叶片和根中PeTIPs的表达变化模式差异,说明它们在响应不同环境胁迫中可能发挥着不同的作用。

簕竹属一新种——阳山篙竹

文章描述了簕竹属孝顺竹亚属一新种——阳山篙竹。阳山篙竹在形态上与撑篙竹(Bambusa pervariabilis McClure)、青秆竹(B.tuldoides Munro)和花眉竹(B.longispiculata Gamble ex Brandis)相似,区别在于阳山篙竹秆基部7~9节具黄绿色条纹,节间及箨鞘背面被暗棕色糙伏毛,箨鞘先端近截平或呈对称性宽拱形,箨鞘内侧先端边缘具卵圆状突起,箨耳近等大,不下延。

植物表皮蜡质合成及调控因子WIN/SHN的研究进展

植物表皮蜡质是植物与外界环境直接相接触的一层疏水保护层,由于它能够调节植物体内的水分应对干旱、盐和冷等非生物胁迫,因此对植物的生长和发育起着重要的作用。在不同的物种之间,植物表皮蜡质的结构和组成均有着很大差异,但都具有类似的蜡质合成途径,对该途径的研究已经取得了显著的成果。多种转录因子参与了植物的蜡质生物合成,其中隶属于AP2转录因子家族中的WIN/SHN通过与某些基因的启动子结合,调节蜡质合成相关基因的表达,从而影响蜡质的合成。在植物表皮蜡质合成的基础之上,重点对调节蜡质形成的转录因子WIN/SHN的结构特点、表达模式、转录调节作用及其对生理和表型的影响,以及对逆境的应答反应进行了综述,并对蜡质合成的复杂性问题进行了论述。鉴于蜡质对生命科学和农业生产实践的重要价值,深入开展包括WIN/SHN在内的遗传因子及环境因子对蜡质合成、调控与运转的机制研究将具有重要意义。

DNA甲基化在解析毛竹自然变异中的应用

DNA甲基化能够在不改变DNA序列的情况下改变基因的表达和引起可变剪切等,进而改变细胞的表型甚至功能;并且这种修饰能够随着DNA的复制过程遗传给子代DNA,因而在植物体细胞突变过程发挥重要调控作用。虽然长期以无性繁殖为主,毛竹(Phyllostachys edulis)却存在丰富的自然突变类型,但是至今其遗传调控机制尚不清晰。本文综述了毛竹自然变异研究现状、植物DNA甲基化及其转录调控机制在植物发育过程中的研究进展,展望了DNA甲基化在解析毛竹自然变异现象的潜在应用,以期为竹类植物精准育种提供理论指导与技术支持。

毛竹PeGRF1基因克隆及初步功能分析

为了探究生长调控因子(GRF)转录因子在竹笋-茎秆生长中的作用,本研究以毛竹(Phyllostachys edulis)为材料,通过RT-PCR方法进行GRF基因的克隆,应用生物信息学方法对其序列进行分析,利用RT-qPCR对其在毛竹竹笋-幼竹的生长过程中的表达模式进行分析,并通过在拟南芥中异位表达初步分析其功能。结果表明,从毛竹中克隆获得1个1 164 bp的GRF基因,命名PeGRF1,其编码387个氨基酸;蛋白序列分析表明PeGRF1具有完整的GRF特征结构域WRC和QLQ。进化分析显示,PeGRF1与水稻等单子叶植物的GRFs聚类在较近的分支,亲缘关系较近。在毛竹竹笋生长过程中,PeGRF1主要在幼嫩竹笋中表达,在快速生长阶段的表达量明显高于生长缓慢时期,在竹笋顶端及中部的表达量明显高于基部。过量表达PeGRF1能增加转基因拟南芥的株高。本研究结果可为阐明GRF基因在竹子的生物学功能提供了参考。

毛竹NLP转录因子鉴定及其响应氮素的表达模式

[目的]鉴定毛竹中NLP家族成员,为深入研究毛竹NLP分子调控机制奠定基础。[方法]采用生物信息学方法鉴定并系统分析毛竹NLP成员的分子特征,用实时荧光定量PCR(qPCR)技术检测毛竹NLP响应氮素的表达模式。[结果]毛竹中鉴定出10个NLP成员(PeNLP1~PeNLP10),其蛋白长度为714~963 aa,分子量为77.41~105.08 kDa,理论等电点介于5.36~6.25之间;亚细胞定位预测结果表明,除PeNLP9定位于叶绿体外,其余成员均定位于细胞核内。系统进化分析表明:PeNLPs分成3个组,各组成员分别为4、2、4个。PeNLPs均包含4个内含子,不同成员内含子的大小和位置存在一定的差异;PeNLPs内有共线性基因对6个,PeNLPs和OsNLPs之间有共线性基因对9个,且它们的Ka/Ks均小于1,说明其在进化上经历了纯化选择。组织特异性分析表明,有的PeNLPs呈组织特异性表达,有的则呈组成型表达。PeNLPs受到氮饥饿诱导表达,在1 h内PeNLP1的表达量显著上调,其它5个PeNLPs则显著下调(p<0.01);对氮饥饿72 h后的毛竹进行复氮处理,在24 h内所有PeNLPs的表达量均显著或极显著上调(p<0.05或p<0.01)。[结论]毛竹中NLP家族有10个成员,各成员的分子特征和组织表达特异性存在一定的差异,PeNLPs的表达能够对氮饥饿作出快速响应,且在氮饥饿后复氮过程中显著上调表达,响应氮素的诱导。