木本植物形成层活动的分子调控机制

维管形成层位于木质部和韧皮部之间,负责诸多生长和发育过程,在木材生产上也起重要作用。开展木本植物形成层活动的内部分子机制研究,对木本植物径向生长和林木生物量的增加具有重要的理论价值。深度成像结合基因表达分析技术是一种前沿研究方向,数学建模和仿真结合实时成像在模拟形成层生长和潜在的分子过程中有重要应用前景。基于该技术,总结了当前形成层活动分子层面的部分代表性成果,并对未来研究提出展望。目前植物形成层活动的分子研究主要集中在:(1)形成层活动受到植物激素信号的调控;(2)转录因子、肽受体信号调控形成层活动;(3)形成层活动受到受体激酶信号的调控。主要结论为:WOX4、WOX14、HB4、HB7、HB8、ANT等正向调控树木形成层活动,可作为木材增粗育种转基因的首选。未来通过计算机模型剖析形成层内细胞间通信联系,能够更全面地解析木本植物维管形成层发育分子机制。

毛竹ICE基因家族的全基因组鉴定及低温胁迫下的表达模式分析

【目的】对毛竹Phyllostachys edulis ICE基因家族进行鉴定及分析,找出响应毛竹抗寒关键家族成员,研究毛竹ICE基因的生物学功能、响应低温胁迫的分子机制及遗传转化,为提高毛竹抗寒性奠定理论基础。【方法】利用生物信息学方法分析毛竹ICE基因家族成员,并对4、0、−2℃低温处理0(对照)、0.5、1.0、24.0、48.0 h的毛竹生理指标和ICE基因的表达模式进行分析。【结果】共鉴定了4个毛竹ICE基因。保守结构域和多重序列比对分析表明:PeICE基因结构高度相似。系统发育关系及启动子顺式作用元件分析显示:PeICE基因与水稻Oryza sativa亲缘关系更近,同时存在大量与非生物胁迫相关的顺式作用元件。活性氧自由基(ROS)染色发现随着处理时间增长,ROS染色逐渐加深,但是其0℃处理24.0 h、−2℃处理1.0 h后染色逐渐减弱。脯氨酸(Pro)质量摩尔浓度、超氧化物歧化酶(SOD)活性显示:4和0℃条件下,Pro质量摩尔浓度和SOD活性整体增加,但−2℃时低于对照。过氧化物酶(POD)活性显示:在3个低温处理下均增加。ICE基因表达模式分析发现:4、0℃处理时PeICE表达量整体增加,且都以PeICE3增量最明显;而−2℃处理下PeICE整体表达量水平低于对照。【结论】随着温度降低和处理时间增强,毛竹受到的损伤不断增强,其内酶活系统以及ICE基因积极响应低温胁迫,其中,PeICE3对低温胁迫最为敏感,但在−2℃时,ICE基因表达量并未增加,推测该基因家族响应了寒冷胁迫而非冷冻胁迫。

黄槽毛竹叶绿体基因组及毛竹种下分类群的叶绿体基因组序列比较

【目的】对黄槽毛竹Phyllostachys edulis f.luteosulcata叶绿体基因组进行组装、注释和分析,并与其他毛竹Ph.edulis种下分类群比较叶绿体遗传信息差异和系统进化关系。【方法】利用高通量二代测序数据组装了黄槽毛竹的叶绿体基因组序列并进行了基因结构注释,通过生物信息学分析软件进行其组成、密码子偏好性、重复序列等分析。通过序列比对和系统进化分析,比较不同毛竹种下分类群的系统进化关系和基因组序列差异。【结果】黄槽毛竹的叶绿体基因组是长度为139678 bp,包含132个基因的双环DNA;包含蛋白质编码基因85个、核糖体RNA(rRNA)8个和转运RNA(tRNA)39个。该基因组的最优密码子偏好使用以A/U碱基结尾,包含49个重复序列、55个简单重复序列(SSR)位点,其中简单重复序列最多的类型为A/T。利用叶绿体基因组序列构建的系统发育分析显示:黄槽毛竹与其他毛竹种下分类群共同组成单系分支,且与毛竹原变种Ph.edulis var.pubescens亲缘关系最近。基于7个毛竹种下分类群的叶绿体基因组序列和编码基因特征分析显示:毛竹种下分类群之间存在着编码基因数量和结构差异,编码区和非编码区存在较低程度序列变异。【结论】首次对毛竹种下分类群的叶绿体基因组进行比较分析,并揭示了这些种下分类群存在着一定程度的序列差异。这些变异资料可以用于毛竹种下分类群的鉴定比较。图5表2参27.

毛竹PheFT12a基因过表达对拟南芥开花及芽发育的影响

FLOWERING LOCUS T(FT)亚家族在植物生长发育过程中发挥着重要作用。为探究毛竹FT基因的表达特性及生物学功能,本研究通过反转录PCR(RT-PCR)从毛竹中克隆到1个FT同源基因PheFT12a,该基因编码区序列长度为522 bp,包含典型的4个外显子和3个内含子,编码173个氨基酸,编码蛋白包含完整的磷脂酰乙醇胺结合蛋白(PEBP)结构域。系统进化树分析结果显示,PheFT12a与水稻(Oryza sativa)OsFTL12的亲缘关系最近,与OsFTL2(Hd3a)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)FT的亲缘关系相对较远。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)结果显示,PheFT12a基因在毛竹实生苗叶片中表达最高,茎次之。亚细胞定位结果显示,PheFT12a蛋白定位于细胞核和细胞质,主要富集于细胞核。转化拟南芥ft突变体表型结果显示,PheFT12a能明显回补ft突变体的晚花表型,可提高回补植株的主茎数和侧枝数。本研究为进一步分析PheFT12a的生物学功能提供了参考依据,并为毛竹开花及芽发育的分子机制提供了基础资料。

毛竹Ph-TElncRNA1的鉴定及对靶基因的调控

【目的】旨在探究毛竹Phyllostachys edulis Ph-TElncRNA1及靶基因的表达模式,初步分析lncRNA的功能。【方法】基于高温、低温、紫外、高盐胁迫处理毛竹实生苗全转录组测序数据,筛选在胁迫下差异表达的lncRNA。通过CNCI、Pfam、CPC2、PLEK等4个软件对lncRNA的编码特性进行分析,用LncRNATar软件鉴定lncRNA的靶基因,通过实时荧光定量PCR分析lncRNA和靶基因在紫外胁迫下和叶片着色过程中的表达模式。【结果】筛选到1个在紫外胁迫下差异表达的lncRNA,此lncRNA来源于LARD转座子序列(large retrotransposons derivatives),命名为PhTElncRNA1 (Phyllostachys edulis transposable element derived lncRNA1)。Ph-TElncRNA1是一个典型的非编码RNA,全长为342 bp,其中,185个碱基来源于外显子,157个碱基来源于内含子。Ph-TElncRNA1的靶基因为psbA,编码photosystemⅡprotein D1。实时荧光定量结果表明:Ph-TElncRNA1与psbA的相对表达量呈完全相同的趋势,说明在紫外胁迫下Ph-TElncRNA1与psbA呈正相关。通过Ph-TElncRNA1和psbA在不同着色时期的毛竹叶片的相对表达量分析,发现在叶绿体形成期,Ph-TElncRNA1和psbA表达量达到峰值。【结论】Ph-TElncRNA1和psbA在紫外胁迫下协同表达,Ph-TElncRNA1可以通过调控靶基因psbA参与毛竹叶片发育。