3种入侵植物营养器官解剖特征及其生态适应性

比较分析了3种常见入侵植物紫茎泽兰、水花生和水葫芦的营养器官解剖结构特征。研究发现,紫茎泽兰根部栓质化较强,次生茎中的导管发达,叶片外被角质膜,增强了植物对陆生环境的抗逆性;水花生的根部和茎部可形成额外形成层,叶肉中栅栏组织和机械组织发达,具有较强的营养繁殖能力和对多种环境的适应能力;水葫芦根部存在裂生性的通气组织,茎皮层具有发达的细胞间隙,呈海绵状,叶片表面积较大且气孔结构高度发达,使其对水生或湿生环境高度适应。通过对3种入侵植物解剖结构的分析,初步探讨了其在营养结构中所表现出来的对环境的适应性性状,以及可能与入侵性相关的形态特征,以期为入侵植物的防治提供借鉴和指导。

小桐子过氧化物酶73基因的克隆及表达分析

过氧化物酶73属于植物特异Ⅲ型过氧化物酶家族成员,通过消除活性氧、酚类及胺类等毒害作用参与植物多种抗逆性形成过程。为探索小桐子POD73基因对低温环境的响应机制,本研究基于小桐子低温锻炼转录组数据,以茎为材料,采用RT-PCR技术克隆到小桐子过氧化物酶73基因(Jc POD73)的全长c DNA序列。结果表明,该c DNA全长1 516 bp,含有完整的开放阅读框(987 bp),编码328个氨基酸,分子量为35.8 k Da,理论等电点为9.16。其推导的氨基酸序列及空间结构,包含该家族典型的2个Ca2+结合基序以及血红素活性中心。半定量RT-PCR表达分析显示,Jc POD73在小桐子各组织中都有表达,但表达水平具有组织特异性,其中在根与茎中表达量较高,且受低温诱导表达显著,而在叶中表达量相对较低。本研究为进一步阐明小桐子POD73基因的功能及其在小桐子遗传改良中的应用奠定了基础。

小桐子HXT基因家族的全基因组鉴定及表达分析

为了进一步理解己糖转运蛋白基因家族的结构特征以及其在植物逆境信号转导过程中的作用,基于小桐子基因组数据,鉴定到15个小桐子己糖转运蛋白基因,并对其基因结构、进化关系、密码子偏性及低温表达特性进行了分析。结果表明,15个小桐子HXT基因聚类为5个亚组,包含2~5个外显子,且在基因上游调控区包含ABA、乙烯、干旱及低温等逆境响应元件。编码蛋白质都富含疏水性氨基酸,具有典型的12个α-螺旋跨膜区。另外,部分小桐子HXT基因存在交叉共线性关系及基因倍增现象,且密码子的第3位碱基偏好使用U或A。荧光定量分析显示,Jc HXT_13L与Jc HXT_C基因在小桐子的各器官中都有表达,其中,Jc HXT_13L在茎中表达量较高,而Jc HXT_C在根中表达量较高,Jc HXT_13L与Jc HXT_C在根与叶片中受低温诱导上调表达明显,与小桐子的抗冷性形成直接相关。为进一步探索小桐子HXT基因的生物学功能及参与小桐子抗冷分子机制奠定了理论基础。

CBL-CIPK信号系统参与小桐子抗冷性形成的生物信息学分析

类钙调磷酸酶B亚基蛋白(calcineurin B-like calcium sensor,CBL)属Ca^(2+)结合蛋白,通过与类钙调磷酸酶B亚基互作蛋白激酶(calcineurin B-like calcium sensor interacting protein kinase,CIPK)互作介导Ca^(2+)信号转导过程。CBL-CIPK信号系统参与了植物对多种逆境胁迫的响应过程。为深入探讨小桐子的抗冷性机制,该研究基于BLAST序列比对的方法,在全基因组水平对小桐子CBL与CIPK基因家族进行了鉴定,并对其系统进化、基因结构、表达特性及功能互作进行了解析。结果表明:(1)在小桐子基因组中共鉴定到8个CBL基因与18个CIPK基因,CBL与CIPK蛋白长度分别在211~257 aa与422~484 aa之间,等电点分别在4.65~5.08与6.20~9.26之间。(2)另外,CBL基因家族都包含8~10个外显子,而CIPK基因家族分为显著的1~2个外显子(11个基因)和12~15个外显子(7个基因)两类。(3)多序列比对显示,小桐子CBL蛋白都鉴定到1个由14个氨基酸残基组成的非典型EF-hand基序与3个取代程度不同的典型EF-hand基序,而CIPK蛋白都包含N端激酶结构域与C端自抑制FISL/NAF结构域。(4)染色体定位显示,26个小桐子CBL与CIPK基因不均匀地分布于9条染色体上。(5)转录组数据分析表明,大部分CBL与CIPK基因在小桐子叶片、根及种子中都有高水平表达,其中JcCIPK14与JcCIPK18在低温处理时上调表达量达到了极显著水平(P<0.01),参与小桐子的抗冷性过程。综上结果为开展小桐子CBL和CIPK基因的功能鉴定与低温信号转导机制研究提供了借鉴。

虚拟仿真技术在高校生物学实验教学中的应用

生物学是一门实验学科,该学科包含的实验课程内容众多,传统的线下实验教学已不能满足高校人才培养的需要。笔者结合生物实验教学中遇到的具体问题,分析了虚拟仿真技术的优势和劣势。随着高校实验教学改革的深入,将虚拟仿真教学应用到日益增多的实验课程,有利于培养学生的创新实践能力和综合素质,提高实验教学的效率和质量,是培养应用型和创新型生物专业人才的重要教学工具。

小桐子磷酸葡萄糖变位酶cPGM与pPGM基因的克隆及原核表达分析

为了探究磷酸葡萄糖变位酶(PGM)在植物蔗糖与淀粉代谢中的重要作用,基于同源序列比对的方法,在小桐子基因组中鉴定到1个细胞质型PGM基因(命名为JccPGM)与1个叶绿体型PGM基因(命名为JcpPGM),利用qRT-PCR方法检测JccPGM与JcpPGM基因在小桐子不同器官与低温条件下的表达特性,同时,构建了pGEX-4T-1-JccPGM与pGEX-4T-1-JcpPGM原核表达载体并在大肠杆菌BL21(DE3)中进行了表达分析。结果表明:两者分别编码582,637 aa的蛋白质。聚类分析表明,小桐子pPGM在其N端包含叶绿体定位信号肽,而cPGM较pPGM多4段肽链序列-^(108)VGVDGS^(113)-、-^(183)SGPE^(186)-、-^(283)GKSNSE^(288)-、-^(470)SLGEVN^(475)-。qRT-PCR表达分析显示,小桐子cPGM与pPGM基因都在叶片中高表达,而在根与种子中表达量较低。通过BL21(DE3)诱导表达,分别得到90.7,97.0 ku的蛋白条带,与理论融合蛋白的分子量一致。综上所述,本研究为开展小桐子cPGM与pPGM基因表达蛋白的功能分析以及其在蔗糖与淀粉积累、逆境应答中的机制研究奠定了基础。

小桐子SnRK2基因家族的全基因组鉴定及特征分析

蔗糖非发酵-1型相关蛋白激酶2(sucrose non-fermenting-1 related protein kinase 2,Sn RK2)属植物特有的一类Ser/Thr类蛋白激酶,参与植物体内多种信号转导途径及逆境胁迫的应答。基于小桐子基因组数据,利用生物信息学的方法鉴定到7个小桐子Sn RK2基因家族成员,并对其从系统进化、理化性质、基因结构及顺式作用元件等进行了分析。结果表明,小桐子Sn RK2基因在进化上较为保守,并聚类为3个亚家族。基因结构包含9~10个外显子,编码的蛋白序列都鉴定到典型的激酶结构域以及C末端酸性补丁区域。同时,在Sn RK2基因上游调控区域都鉴定到多个激素与逆境应答元件。表达分析显示,Sn RK2.1、Sn RK2.2在低温处理下上调表达显著,经过干旱处理,7个小桐子Sn RK2基因在叶中都上调表达,而Sn RK2.1、Sn RK2.2、Sn RK2.5上调表达量达到极显著水平(p<0.01)。本研究为进一步的克隆小桐子Sn RK2基因以及研究其在信号转导与激素、逆境应答中的功能提供了参考。

外生菌根真菌生物地理学研究进展

外生菌根真菌对植物矿质营养、生态系统物质循环、物种演化进程等具有十分重要的作用,但其生物地理学研究长期滞后于动植物。扩散和隔离是解释外生菌根真菌生物地理分布格局的重要理论。古地质、古气候和宿主植物是外生菌根真菌地理分布格局形成的重要推动因子。基因组学、生物信息学技术与生物地理学方法相互结合和补充,可以用来研究一些复杂的真菌生物地理学问题。文中详细阐述了外生菌根真菌生物地理学研究的重要过程和现状,如真菌物种界定、常用数据分析方法、起源和演化规律及其在生物多样性保护方面的应用等,并初步探讨了其未来的发展方向。

小桐子光呼吸转氨酶GGAT与SGAT基因的克隆及原核表达分析

谷氨酸:乙醛酸氨基转移酶(GGAT)与丝氨酸:乙醛酸氨基转移酶(SGAT)是植物光呼吸中催化乙醛酸转氨基生成甘氨酸的关键限速酶。基于同源序列比对的方法,从小桐子基因组中鉴定到1个GGAT基因(命名为JcGGAT)与1个SGAT基因(命名为JcSGAT),基因长度分别为5 113和4 526 bp,分别编码481和401 aa的酶蛋白。氨基酸序列分析显示,小桐子GGAT与SGAT蛋白的C端过氧化物酶体定位信号肽分别为-SRM-与-SRI-。启动子区顺式作用元件分析表明,小桐子GGAT基因重点响应非生物胁迫信号如厌氧、干旱,而SGAT基因主要响应激素信号如脱落酸、赤霉素及茉莉酸甲酯。qRT-PCR表达分析显示, GGAT基因与小桐子的抗冷性直接相关。随着低温处理时间的延长,其表达量逐渐升高,并且在低温处理12 h时达到最大表达量,较对照显著提高4.74倍(P<0.01)。构建了小桐子GGAT与SGAT基因原核表达载体pGEX-4T-1-JcGGAT与pET-28a-JcSGAT,并在BL21(DE3)中诱导表达,分别得到81.0和47.8 kDa的蛋白条带,与理论融合蛋白的分子量一致。