利用异速生长模型和博弈论解析藏川杨主干动态生长的遗传调控机制

【目的】高度与直径是树木生命历程中的2个重要生长性状,本文通过量化藏川杨主干高度和直径之间的相互作用,探究这2个性状的生长过程和生长模式,揭示藏川杨主干动态生长的遗传调控机制。【方法】基于异速生长模型和博弈论构建藏川杨高度与直径性状的动态生长互作微分方程,利用系统作图构建藏川杨主干生长遗传解析的统计模型。进一步以藏川杨自然群体作为研究材料,调查其在温室内的生长动态数据,结合本群体的高通量分子标记数据,开展藏川杨的全基因组基因定位工作。【结果】藏川杨主干高度和直径的整体生长曲线符合Logistic生长曲线,拆分整体生长曲线发现,藏川杨主干的直径生长对高度生长具有抑制作用,而高度生长对直径生长具有促进作用。所有藏川杨高度和直径的个体拟合优度> 0.90,且2个性状拟合的残差均服从随机分布,说明使用广义Lotka-Volterra微分方程来拟合藏川杨高度和直径效果很好。基于功能作图方法共定位到78个显著位点,可注释到52个候选基因。以2号染色体上最显著的SNP为例,对藏川杨高度和直径进行遗传解析,发现该SNP的3种基因型(AA、AC、CC)具有相似的高度–直径相互作用模式。该SNP对整体生长、独立生长和依赖生长发挥了不同方式的遗传效应。对定位到的显著位点进行功能注释,可将这些位点所在的基因分为:与木质素/细胞壁合成相关基因、与生长发育相关基因、与抗病抗逆性相关基因、与光合作用相关基因这4类。【结论】结合异速生长模型和博弈理论的基因定位模型,可检测基因如何通过合作或竞争策略来调控藏川杨主干的大小,识别树干动态生长的过程和模式,相关模型也可为其他物种重要性状之间的深层次遗传解析提供借鉴。

基于超分辨成像增强对拟南芥内质网动态变化的研究

【目的】为了解决在植物细胞内质网的研究中,成像速度与成像分辨率难以同时满足准确识别精细结构和动态变化的瓶颈问题。【方法】使用结构光照明显微成像技术,对拟南芥活体材料中的内质网进行超分辨实时成像,并优化了自监督去噪框架(Blind2Unblind),以进一步提升快速显微成像的信噪比。【结果】建立了对时间序列成像中内质网结构进行定量分析的方法,并通过对环境胁迫下内质网结构动态变化的追踪进一步验证了方法的有效性。此外,各类参数的相关性分析显示管状内质网的面积和长度与生长端和三叉点的数量显著正相关,而内质网池和整体流的面积与管的面积和长度显著负相关。【结论】优化的自监督去噪框架提升了植物活细胞中结构光照明显微图像的信噪比,实现了管状内质网、内质网池、整体流、生长端和节点等复杂结构和动态的量化,各结构间存在复杂相关性。

紫丁香花香成分鉴定及关键TPS基因的功能分析

萜烯合成酶(TPS,terpene synthase)基因是萜类化合物生物合成途径中的关键基因,其在植物萜烯代谢中起到重要的作用。本研究以紫丁香(Syringa oblata Lindl.ex Carr.)花瓣为材料,在优化固相微萃取花香化合物条件的基础上,对4个不同花发育时期(花蕾期、初开期、盛开期和衰败期)的花香化合物进行鉴定分析;结合基因组和转录组数据筛选到了SoTPS2和SoTPS3关键候选基因,并对其进行克隆和功能研究。结果表明:(1)最适的萃取条件为30℃萃取40 min;4个花发育时期的花香总释放量呈先升高后下降的趋势,盛花期达到最高;4个时期中萜烯类化合物的释放量占花香总释放量的比例均最高,其中以单萜罗勒烯的释放量最高。(2)SoTPS2和SoTPS3基因编码区长度分别为1731 bp和1779 bp,编码氨基酸分别为576个和592个,编码的蛋白具有Terpene_cyclase_plant_C1保守结构域,属于Isoprenoid_Biosyn_C1超家族;实时荧光定量表明2个基因均在花瓣中表达量最高,在不同花发育时期表达量均呈先升高后下降趋势,在盛开期表达量最高,与单萜罗勒烯的释放量呈正相关。(3)在金鱼草(Antirrhinum majus L.)花瓣中异源瞬时过表达SoTPS2和SoTPS3基因,发现罗勒烯释放量与对照组相比分别显著增加10.91倍和23.67倍。综上表明,紫丁香花香主要成分为单萜类化合物,SoTPS2和SoTPS3可以影响紫丁香单萜化合物,尤其是罗勒烯的合成。

胡杨PeMAX2调控拟南芥耐旱性

【目的】MAX2能抑制植物的分枝,且是独角金内酯信号传导途径的关键调控因子。MAX2同时还参与多种激素间的交叉互作,在植物抵御生物和非生物胁迫中发挥至关重要的作用。前期研究发现胡杨PeMAX2能调控拟南芥的离子平衡和耐盐性,但对于PeMAX2的耐旱功能还知之甚少,本文将探索胡杨PeMAX2调控拟南芥耐旱性的作用机制。【方法】将胡杨PeMAX2在拟南芥中异源表达,进行渗透胁迫和干旱胁迫,研究过表达PeMAX2拟南芥的生理和分子响应机制。【结果】(1)在长期干旱胁迫下,胡杨叶片PeMAX2基因表达水平升高。(2)甘露醇处理后,PeMAX2转基因拟南芥的种子萌发率和根长均高于野生型拟南芥(WT)和max2突变体,并且转基因株系细胞膜受损较轻。渗透胁迫后,转基因株系超氧化歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性及其编码基因上调表达的升高幅度均显著高于拟南芥WT和max2突变体,转基因株系调控根细胞H_(2)O_(2)水平的能力更强。(3)土壤干旱处理10 d后,转基因株系叶绿素含量下降幅度低于WT和max2突变体,而且过表达株系在干旱胁迫下能维持较高水平的PSⅡ最大光化学效率、相对电子传递效率和实际光合量子产量;在碳同化和气孔导度方面,转基因拟南芥叶片的净光合速率和气孔导度均高于WT和突变体,说明过表达PeMAX2提高了拟南芥转基因植株在干旱条件下光合作用的能力。土壤复水后WT和突变体叶绿素含量、荧光和光合作用的恢复程度也明显低于转基因株系。【结论】过表达胡杨PeMAX2可以提高拟南芥的耐旱性,主要是由于过表达Pe MAX2提高了转基因拟南芥活性氧平衡的调控能力,减弱了干旱胁迫对生物膜的氧化损伤和光合作用的抑制。

槲树雌花和种子生长发育动态研究

【目的】阐明槲树雌花发育的生殖周期和发育时序特征。【方法】以人工控制授粉后不同发育时期的槲树雌花为试验材料,通过形态学、生理指标测定和石蜡切片等检测方法,对授粉前后不同发育时期雌花及子房的外部形态、种子发育进程和败育动态进行观察。【结果】(1)在雌花整个生长发育过程,刺苞逐渐变硬,苞片由绿转黄,柱头不断萎缩,花柱不断缩短;子房体积不断膨大,外围壳斗逐渐增厚,于授粉后140 d左右形成棕褐色橡子。(2)授粉后17 d,胚珠发育完成;授粉后30 d,胚囊发育成熟;授粉后38 d,初生胚乳核出现,原胚形成;之后经过了大约13 d休眠后,依次经历球型胚、心型胚、鱼雷胚和子叶胚的分化;而胚乳作为滋养组织,一直处于高度分裂状态,在种子成熟期被子叶全部吸收利用,最终收获无胚乳的成熟种子。(3)初步明确了槲树种胚在整个生长周期内共存在2次败育高峰期,分别在授粉后69 d和99 d。(4)种子败育的表观形态主要表现为败育胚子房壁褐化、胚珠皱缩,显微结构上则主要表现为珠被发育异常、胚胎畸形或空腔胚囊。【结论】本研究建立了槲树雌花分化和种子形成过程外部形态变化与内部解剖特点之间的关系,可为今后栎属胚胎学研究、开花结实机理和胚败育机制研究提供理论依据。

光谱成像技术及其在植物中的应用研究进展

光谱成像技术能够同时获取样品的空间与化学信息,是研究复杂生物样品的有力工具。近年来,由于具备非入侵、无损测量等优势,光谱成像技术在食品与农产品检测、生物医学与环境监测等方面引起了越来越多的关注。同时,随着成像技术的发展,光谱成像技术在成像速度、波段数量、光谱分辨率、空间分辨率等方面的性能都得到了极大的提升,空间分辨率甚至可以打破衍射极限达到超分辨级别。本综述总结了拉曼光谱、红外光谱和近红外光谱等几种主要光谱成像技术的基本原理与性能,重点介绍了这类技术在植物细胞壁与木材研究、细胞结构与成分可视化、生物与非生物胁迫检测以及种子的无损测量等领域中的应用进展,并对这一类技术的发展潜力进行了探讨与总结,为今后光谱成像技术在植物研究领域的进一步发展与应用提供理论参考。

河北省华北落叶松天然群体遗传多样性分析

以来自河北8个群体共312个华北落叶松天然个体为材料,利用10对SSR引物对群体进行扩增,所得数据用于其遗传多样性和遗传结构的研究。结果表明：10对SSR位点共检测到42个位点,平均每个位点有4.2个等位基因,位点的等位基因数（Na）为2～6个。群体平均等位基因数为3.36,Shannon指数（I）平均为0.749,观察杂合度Ho为0.405、期望杂合度He为0.423,来自河北北部的围场台子水和吉字以及兴隆雾灵山的多样性水平最高,南部的阜平群体多样性水平最低。AMOVA分子差异分析显示3%的遗传变异存在于群体间,97%的遗传变异则存在于群体内,基因分化系数Gst仅为0.028,表明华北落叶松在河北的群体分化很低。聚类结果表明河北围场两个群体为一类,蔚县、隆化和涿鹿为一类,阜平和赤城为一类,兴隆雾灵山群体距离其他较远。多样性北部群体较高,南部较低,表明华北落叶松可能的衍化方向是从北向南,印证了北部可能是起源中心的结论。

植物赤霉素氧化酶及其功能研究进展

赤霉素(gibberellin,GA)是一种重要的植物激素,调节植物的发育及其对环境信号的反应。GA生物合成的最后部分离不开赤霉素氧化酶(gibberellin oxidase,GAox)的催化。赤霉素氧化酶是赤霉素生物合成和分解代谢过程的关键酶,在植物体内的赤霉素生物合成和分解代谢途径中起到复杂的调节作用。GA20ox(gibberellin 20 oxidase)、GA3ox(gibberellin 3 oxidase)和GA2ox(gibberellin 2 oxidase)均属于赤霉素氧化酶基因家族,GA20ox和GA3ox是赤霉素生物合成过程中的限速酶,而GA2ox是赤霉素分解代谢的关键酶,三者共同参与GA生物合成途径的调节,从而保障植物在生长发育以及与环境相互作用过程中对GA的需求。赤霉素氧化酶参与调控植物生长发育的多个阶段,受到外界环境和内源因素的精密调控,目前已经在拟南芥、水稻、杨树等物种中克隆表达,其在不同物种之间的功能存在差异。本文主要围绕GA20ox、GA3ox和GA2ox三种酶进行介绍,对植物赤霉素氧化酶的特性、时空表达进行了阐述,并重点总结了赤霉素氧化酶的功能及其研究进展,以期为今后系统开展赤霉素氧化酶基因功能研究提供理论依据。

14-3-3蛋白及其在植物中的功能研究进展

14-3-3蛋白是由不同基因编码的高度同源的酸性蛋白质家族,在真核生物中广泛存在,且在结构上相对保守。14-3-3蛋白主要是通过识别靶蛋白上的磷酸化位点与靶蛋白发生相互作用,导致靶蛋白的稳定性、亚细胞定位或与其他蛋白之间的相互作用发生显著变化,进而调控靶蛋白的功能。不同物种中含有多种亚型的14-3-3蛋白,这些不同的亚型蛋白通过与其他蛋白的相互作用来影响植物的生长发育等过程。本文概述了14-3-3蛋白在植物中的种类、亚细胞定位以及在组织中的表达情况,重点总结了14-3-3蛋白在植物激素信号转导、生长发育及胁迫响应中的功能,以期为今后系统开展14-3-3蛋白的研究提供理论依据。

单病毒示踪技术在动植物细胞中的应用进展

病毒(virus)是一种专营胞内寄生的简单微生物,是造成动植物病害的主要病原体之一。病毒的侵染过程高度动态且复杂,单病毒示踪技术的发展为揭示病毒生命活动的精细过程提供了可能。单病毒示踪是一种基于荧光标记与高时空分辨率成像的新方法,允许对单一或多个病毒的生命活动进行观察。近几年,单病毒示踪技术在病毒入胞、复制、细胞间传染等方面的研究中获得广泛应用,使病毒感染机制的研究取得较大的进展。本文介绍了病毒入侵细胞机制的研究进展,重点总结了荧光标记在单病毒示踪上的应用,特别是对病毒不同结构的标记和成像方法进行了详细论述,以期为优化标记策略、解决对不同种类和结构的病毒实现高效标记等问题提供新思路。

木质素单体跨膜转运的技术研究进展

木质素(lignin)作为一种重要的可再生资源,主要集中在植物的次生细胞壁中,在植物的营养物质运输、机械支持和病原体防御等生理过程中发挥着关键作用。木质素的形成过程包括3个主要环节:单体的胞内合成、跨膜转运以及胞外聚合。深入探究木质素单体跨膜转运的分子机制,对揭示细胞壁形成分子机制及木材改良具有重要意义。基于此,本综述从转录组学、基因工程、点击化学、荧光显微成像、分子模拟等技术角度,对木质素单体跨膜转运的相关进展和最新技术进行了梳理和总结,阐述了木质素单体跨膜转运相关研究的新技术和存在的技术瓶颈,并对比分析了不同技术之间的优缺点,最后提出了木质素单体跨膜转运机制研究中仍存在的问题和面临的挑战。相信随着成像技术、结构生物学、人工智能等科技的飞速发展,将为进一步阐明木质素单体跨膜转运的分子机理提供有效的技术手段。期望本综述为木质素单体的相关研究提供新的思路和方法。

过表达胡杨PePKS5提高拟南芥耐盐性

【目的】盐胁迫是影响植物生长发育的不利环境因子。蛋白激酶PKS5作为植物盐超敏感信号转导途径的重要组分,在植物响应盐胁迫过程中具有重要调节功能。本文旨在生理水平和分子水平上,探究胡杨PePKS5基因在植物耐受盐胁迫过程中的调节作用。【方法】克隆胡杨PePKS5基因,并在拟南芥中过表达,获得T3代转基因拟南芥纯合体。观察盐胁迫下转基因拟南芥株系的耐盐表型,测定其过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶活性及盐胁迫响应基因的表达量。利用非损伤微测技术测定转基因拟南芥株系根尖Na^(+)、K^(+)动态离子流,利用激光共聚焦显微镜观测转基因拟南芥株系根尖Na^(+)和H_(2)O_(2)含量。测定盐处理后转基因拟南芥土培幼苗的叶绿素荧光参数、光合参数等生理指标,揭示PePKS5基因在盐胁迫下对拟南芥的生理调节作用。构建亚细胞定位载体,通过瞬时转化烟草,对PePKS5蛋白进行亚细胞定位观测。【结果】(1)PePKS5基因的CDS序列编码417个氨基酸,PePKS5氨基酸序列与毛白杨PtPKS5相似度最高,并且亲缘关系最近。(2)PePKS5定位于细胞质和细胞核中。(3)NaCl处理6 h后,胡杨叶片PePKS5基因表达量上调,72 h后逐渐恢复至正常水平。(4)盐胁迫下过表达PePKS5基因的拟南芥株系(PePKS5-OE10和PePKS5-OE15)的生存率和根长均明显高于野生型(WT)和转空载体(VC)株系。(5)与WT和VC株系相比,PePKS5-OE10和PePKS5-OE15株系的POD和CAT活性增强,APX1和CAT2基因的表达量均升高。(6)盐胁迫下PePKS5-OE10和PePKS5-OE15株系的Na^(+)外排和K^(+)的内流明显高于WT和VC株系,并且在根尖中积累的Na^(+)浓度和H_(2)O_(2)浓度明显低于WT和VC株系。(7)盐胁迫下PePKS5-OE10和PePKS5-OE15株系的叶绿素相对含量、PSⅡ最大光量子效率、实际光合量子产量和相对电子传递速率均高于WT和VC株系。(8)盐胁迫下PePKS5-OE10和PePKS5-OE15的净光合速率高于WT和VC株系,而胞间CO_(2)浓度、气孔导度和蒸腾速率均低于WT和VC株系。【结论】过表达胡杨PePKS5基因能够增强拟南芥对Na^(+)的外排能力,维持植物活性氧的平衡状态,以及保持相对稳定的光合作用能力,从而提高拟南芥的耐盐能力。

土壤与大气Cu处理下迎春的耐性和富集特征研究

作为北京市常见园林灌木树种之一,迎春(Jasminum nudiflorum)因其在早春独特的观赏性而深受市民喜爱。Cu污染是北京市较为严重的重金属污染类型之一。为探讨迎春对城市Cu污染的修复作用,该文通过模拟北京市土壤和大气Cu污染条件,采用盆栽试验,设置9种不同浓度的土壤和大气Cu处理,以验证迎春Cu富集能力及生理生长特性。结果表明:(1)土壤和大气沉降处理均能显著增加迎春根、茎、叶中的Cu含量,其中土壤贡献率为63.48%~96.99%。各处理中Cu含量均表现为根>茎>叶。(2)大气处理下光化学转化效率(F_v/F_m)和相对叶绿素含量(SPAD值)提高,初始荧光(F_0)降低,光合能力增强,而土壤处理及土壤和大气双重处理则对迎春的光合作用产生抑制影响。(3)与大气处理相比,土壤处理及土壤和大气双重处理导致活性氧(ROS)积累增多,膜脂过氧化作用加剧,丙二醛(MDA)含量大幅升高,抗氧化酶活性与脯氨酸(PRO)含量逐渐下降,造成生物膜系统损伤。(4)低浓度Cu处理对迎春生长有促进作用,而高浓度Cu处理(SHAL、SHAH)则抑制迎春生长,迎春根系耐性指数(TI)最小值为69.19%,属于高耐受型植物。综上认为,在模拟北京市Cu污染处理下,迎春可以在维持自身正常生理生长活动的同时,有效吸收土壤和大气中的Cu。该研究结果为北京市Cu污染防治、生态环境修复提供一定的理论依据。

植物2n配子发生机理研究进展

未减数配子是植物多倍化的源动力,也是植物多倍体育种的重要手段和工具。自然界植物多倍体的自发形成主要包括有性多倍化和无性多倍化2条途径,其中有性多倍化途径在植物界占据着绝对统治地位。本文在分析文献的基础上,从性母细胞减数分裂染色体行为、减数分裂微管骨架、细胞质分裂等异常细胞学现象,减数分裂转变调控以及2n配子发生的分子调控等3个方面,对植物2n配子发生机理研究进展进行了综述,并讨论了植物2n配子利用过程中存在的问题。指出综合利用高通量测序、生物信息学和多组学分析技术,发掘2n配子发生的关键基因,并验证其生物学功能,解析植物2n配子发生的分子调控机理,可能是未来植物2n配子发生机理研究领域的热点。提出综合利用生物信息学分析技术和CRISPR-Cas9等现代基因编辑技术,开展精准分子设计育种,可能是从根本上解决单倍性花粉授粉竞争问题、提高三倍体诱导效率的有效方法。

赤霉素喷洒处理诱导新疆杨2n花粉产生及其对微管骨架的影响

【目的】探究赤霉素喷洒处理诱导新疆杨产生2n花粉的可行性及其对花粉母细胞微管骨架的影响,旨在开发诱导效果好且价格低廉的新型化学诱变剂,构建高效的林木多倍体育种技术体系。【方法】以新疆杨雄花枝为试验材料,利用醋酸洋红染色法、免疫荧光法等方法,在观察新疆杨花粉母细胞减数分裂进程的基础上,开展了赤霉素喷洒处理诱导新疆杨2n花粉产生及其对花粉母细胞减数分裂微管骨架动态变化的影响研究。【结果】新疆杨花粉母细胞减数分裂历时约4 d,且存在明显的不同步性。减数分裂时期、喷洒次数、减数分裂时期和喷洒次数的交互作用、以及喷洒次数和赤霉素浓度的交互作用均对2n花粉诱导率具有显著影响。利用50μmol/L的赤霉素溶液于第二次减数分裂时期对新疆杨花粉母细胞进行7次喷洒处理是诱导新疆杨花粉染色体加倍的最佳处理组合,2n花粉诱导率达到(8.83±3.10)%。与对照组相比,在最佳处理条件下,新疆杨花粉母细胞末期Ⅱ相邻子核之间的辐射状微管部分缺失,导致2个相邻子核间胞质分裂失败,从而产生核复原现象,形成三分体,进而发育成一个单倍性配子和一个2n配子。【结论】赤霉素喷洒处理可诱导新疆杨花粉染色体加倍,获得一定比例的2n花粉。赤霉素喷洒处理后,花粉母细胞第二次减数分裂末期相邻子核之间的辐射状微管部分缺失可能是赤霉素处理诱导新疆杨产生2n花粉的原因。

刺槐离体叶片高效再生体系的优化

【目的】通过优化再生过程中的重要影响因素,建立刺槐离体叶片高效的再生体系,这将为刺槐苗木繁殖、诱变育种、遗传转化以及进一步开展刺槐分子育种等奠定良好的基础。【方法】以刺槐组培苗离体的叶片为外植体,观察叶片再生不定芽的整个过程,探究基因型、取材时期、黑暗处理时长以及植物生长调节剂对刺槐叶片再生不定芽的影响,同时筛选适合不定芽生根的IBA浓度。【结果】1)二倍体基因型普18-22再生能力最佳;2)组培苗继代45天为最佳外植体取材时期;3)黑暗处理14天为最佳黑暗处理时长;4)最佳的叶片再生不定芽的培养基为:MS+6-BA3.0 mg·L^(-1)+KT 1.0 mg·L^(-1)+2,4-D 0.1 mg·L^(-1)+蔗糖30 g·L^(-1)+琼脂6.5 g·L^(-1);普18-22不定芽诱导率达96.67%,平均每个叶片再生7.4个不定芽;5)不定芽生根最佳培养基为:1/2MS+蔗糖30 g·L^(-1)+琼脂6.5 g·L^(-1)+IBA 0.3 mg·L^(-1);生根率达100%。【结论】以继代培养45天的二倍体刺槐组培苗普18-22叶片为外植体,接种至MS+6-BA 3.0 mg·L^(-1)+KT 1.0 mg·L^(-1)+2,4-D 0.1 mg·L^(-1)+蔗糖30 g·L^(-1)+琼脂6.5 g·L^(-1)的再生培养基中,黑暗处理14天后转移至正常光照培养,45天后将再生的不定芽转移至生根培养基1/2MS+蔗糖30 g·L^(-1)+琼脂6.5 g·L^(-1)+IBA 0.3 mg·L^(-1)中,待不定芽生根后进行炼苗移栽,得到完整的再生植株。

植物维管形成层发育及其调控的研究进展

维管形成层是植物的次生分生组织,它的活动促进植物侧向生长。近年来,大量研究成果加深了对维管形成层的了解,但与顶端分生组织相比,对维管形成层还是知之甚少。遗传与分子生物学研究发现,形成层的增殖与分化受多因素调控,包括长距离激素信号、短距离肽信号及两者之间的相互作用。除此之外,各种转录因子和microRNAs在维管形成层活动的调控过程中也发挥着关键作用。本文主要阐述了维管形成层发育及调控其增殖分化的新发现,并且对该领域目前的研究现状以及未来研究的重点方向进行了总结与展望。

胡杨PeCSP1过表达负调控拟南芥耐盐性

【目的】冷激蛋白(CSPs)是普遍存在于原核和真核生物中的一类蛋白,能够参与冷、干旱和盐等非生物胁迫。在胡杨中,冷激蛋白的抗逆功能还少有研究。本文旨在通过研究胡杨PeCSP1在植物耐盐性中的作用,进一步揭示植物耐盐的生理与分子机制。【方法】参照NCBI数据库信息,使用primer5设计引物,利用Mega7软件进行多重序列比对及进化树分析,利用荧光定量PCR检测基因表达量。以转基因株系PeCSP1(OE1、OE2),野生型,转空载体为材料,对各基因型拟南芥进行不同盐浓度处理,从生理生化及分子生物学角度研究胡杨PeCSP1在盐胁迫中的响应机制。【结果】胡杨PeCSP1与毛果杨PtCSP1蛋白序列相似度高,亲缘关系较近。在短期盐胁迫下,胡杨叶片PeCSP1基因下调表达。在NaCl(75、100、125 mmol/L)处理后,过表达PeCSP1拟南芥植株种子萌发率和根长的下降幅度高于野生型(WT)和转空载体(VC),而且转基因拟南芥根细胞中Na^(+)含量显著高于WT和VC。盐胁迫下,WT和VC抗氧化酶(SOD、POD、CAT)的活性显著上升,酶活提高的幅度明显高于OE1、OE2。在土培条件下,盐处理12 d后,转基因株系的最大光量子效率未有明显下降,但相对电子传递效率、实际光合量子产量和叶绿素含量受到的抑制作用高于WT和VC。【结论】过表达胡杨PeCSP1负调控拟南芥耐盐性。

高温诱导银灰杨花粉败育的细胞学机理研究

【目的】研究高温处理对银灰杨小孢子发生的影响,揭示高温处理导致杨树花粉败育的细胞学机理,旨在完善高温处理诱导配子染色体加倍、选育林木三倍体的技术。【方法】本研究以银灰杨为试验材料,利用38℃和41℃的高温,对不同减数分裂时期的银灰杨花粉母细胞进行3、6 h处理,研究处理温度、减数分裂时期以及持续处理时间对败育花粉比率的影响。在此基础上,通过比较未经高温处理和高温处理后银灰杨花粉母细胞减数分裂染色体行为、微管骨架动态变化以及减数后绒毡层细胞发育的差异,揭示高温处理诱导银灰杨花粉败育的细胞学机理。【结果】(1)减数分裂时期、处理温度、持续处理时间以及减数分裂时期与处理温度、减数分裂时期与持续处理时间的交互作用均对败育花粉比率具有极显著的影响。41℃高温于中期Ⅰ持续处理3 h的败育花粉比率最高,为(25.11±4.28)%。(2)与对照组相比,银灰杨雄花芽经高温处理后,花粉母细胞减数分裂微管骨架表现出不同程度的解聚,中期Ⅰ和中期Ⅱ的部分纺锤体微管缺失,致使后期Ⅰ和后期Ⅱ的同源染色体或姊妹染色单体分离异常,产生大量的落后染色体。这些落后染色体被遗弃在细胞质中,引起微核的产生,四分体时期形成多分体而导致花粉败育。(3)高温处理可导致银灰杨花药绒毡层退化延迟,但仍能正常开裂,释放出花粉粒,因此绒毡层延迟退化不是高温处理诱导银灰杨花粉败育的原因。【结论】高温处理诱导银灰杨花粉母细胞中期Ⅰ和中期Ⅱ的部分纺锤体微管缺失,致使后期Ⅰ和后期Ⅱ产生大量的落后染色体,引起大量多分体的产生,是高温处理诱导银灰杨花粉败育的细胞学机理。

银杏小孢子母细胞响应秋水仙碱低频多倍化的细胞学和转录组分析

银杏(Ginkgo biloba L.)三倍体具有很高的综合价值,但秋水仙碱诱导银杏有性多倍化仍较为困难,2n雄配子最高得率仅有7%。为初步探究秋水仙碱诱导银杏2n雄配子的形成机制,本研究使用0.6%的秋水仙碱对进入减数分裂粗线期的银杏小孢子母细胞进行避光瓶浸没处理,对不同处理时间下小孢子囊细胞中的微管骨架、生理生化变化以及转录本进行对比分析。结果显示,秋水仙碱处理的银杏小孢子母细胞游离脯氨酸、丙二醛含量及过氧化物酶活性在处理48 h时较高,可溶性蛋白含量和超氧化物酶活性低于对照组。与对照组相比,处理至24 h时,细胞微管蛋白开始减少,48 h呈弥散状,厚度变薄,荧光显微下几乎无微管蛋白显现。转录组分析共筛选到4690个差异表达基因,其中热激基因HSP11在48 h高差异表达。另外,在48 h鉴定到的41个差异转录因子中,有23个转录因子显著上调表达,其中最大的三个家族是AP2/ERF、MYB-related和NAC蛋白家族。上述结果表明,48 h是秋水仙碱诱导银杏小孢子母细胞加倍的关键时间点,HSP11基因、AP2/ERF、MYB-related和NAC转录因子家族成员在此过程中均起着关键的调控作用。本研究结果为探索与调控秋水仙碱诱导银杏2n雄配子形成有关的通路提供了参考依据,并为后续银杏有性多倍化分子机理研究奠定了理论基础。