三亚南繁区稻田捕食性天敌研究

海南省南繁区位于热带地区。水稻是南繁区种植最多的作物,占南繁区总面积的60%。为了更好地开展南繁区水稻害虫的生物防治和监测,必须弄清南繁区稻田的捕食性天敌种类和优势种情况。本研究采用吸虫器取样法调查研究了三亚南繁区2013年三季水稻生长期间稻田捕食性天敌的群落结构,明确了三亚南繁区捕食性天敌有9目40种,重点研究了优势种稻红瓢虫和锥腹肖蛸的种群发展情况,为热带地区水稻害虫的生物防治和南繁稻田监测指示性昆虫的确定提供科学依据。

橡胶树HbPIP2;3的亚细胞定位与多聚化分析

水通道蛋白是一类高效转运水分子的膜内在蛋白,其在生物膜上以四聚体的形式起作用。天然橡胶在橡胶树的乳管细胞中特异合成,并在割胶过程以胶乳的形式被排出。胶乳系乳管细胞的胞质成分,其含水量高达70%,水分通过调节胶乳的粘稠度和乳管膨压进而影响橡胶树的产排胶能力,是决定胶乳产量的关键因素。前期研究显示,橡胶树乳管的水分平衡主要由质膜内在蛋白(plasma membrane intrinsic protein,PIP)特别是HbPIP2;3介导。为揭示HbPIP2;3调控乳管水分平衡的分子机制,本研究采用RT-PCR技术对其861 bp的编码区进行分离。序列分析显示:HbPIP2;3预测编码286个氨基酸,理论分子量为30.58 kDa,等电点为8.50,不稳定系数为31.68,总平均疏水指数为0.449,为稳定的疏水型碱性蛋白;该蛋白含有保守的MIP结构域,其中包括6个典型的跨膜螺旋和2个半螺旋;基于同源建模的3D结构预测显示其可以形成同源四聚体。生物信息学预测和在烟草叶片中的亚细胞定位分析显示,HbPIP2;3定位在细胞膜,这同时也得到了双分子荧光互补(bimolecular fluorescence complementation,BiFC)实验的证实。BiFC实验显示,HbPIP2;3可在细胞膜上形成同源四聚体,这进一步得到酵母双杂交结果的验证。本研究结果表明,HbPIP2;3可通过同源四聚体的方式调控乳管的水分平衡,但是否存在异源互作模式还有待进一步研究。

油莎豆块茎高水平表达CePIP1;1基因的克隆与分析

油莎豆隶属于禾本目莎草科,是一种在块茎中高水平积累油脂的新型草本油料作物。与其他块根块茎类作物类似,未成熟油莎豆块茎的含水量高达85%,因此,水分平衡对于块茎的发育至关重要。质膜内在蛋白(PIP)是一类定位在细胞膜上具有高效水分转运活性的水通道蛋白,包含PIP1和PIP2两个亚类。本研究基于块茎蛋白组中鉴定到的一个PIP蛋白,采用RT-PCR技术对其编码基因进行克隆,并在此基础上分析其基因结构、序列特征、进化关系、表达特性及蛋白亚细胞定位。结果表明:CePIP1;1含有3个内含子,编码区全长867 bp,编码288个氨基酸,理论分子量为30.76 kDa,等电点为8.82,不稳定系数为32.95,总平均疏水指数为0.384,脂肪族指数为95.28,属于稳定的碱性疏水型蛋白;该蛋白含有保守的MIP结构域,其中包括6个跨膜螺旋、2个半螺旋以及位于半螺旋顶端的NPA基序。序列比对和进化分析显示,CePIP1;1与水稻的PIP1亚类聚在一起,相比于菠菜PIP2;1拥有延伸的N端和较短的C端,符合PIP1亚类的基本特征。在烟草叶片中的亚细胞定位分析显示,CePIP1;1定位在细胞膜,这与生物信息学预测结果一致。表达分析显示,CePIP1;1在分析的所有组织中均高水平表达,属于组成型表达基因,其在块茎的发育过程中呈现先升后降的钟形趋势,与水分含量趋势基本一致。这些结果为下一步的功能分析及油莎豆遗传改良奠定坚实的基础。

红心火龙果不同发育时期果肉呈色相关基因表达模式研究

火龙果属于仙人掌科量天尺属,是具有重要经济和营养价值的热带水果之一,其果实富含花青素和甜菜红素。在果实成熟后期甜菜红素的大量积累引起红心火龙果果实转色的现象。果肉色泽是评价火龙果果实品质的重要指标之一,然而其果实转色背后的基因表达调控模式并不清晰。深入研究火龙果果实发育过程中果肉颜色调控的分子机理有助于丰富火龙果品质形成的理论基础。本研究以‘美红一号’红心火龙果为实验材料,采集果实发育过程中9个不同时期的样品,通过比较转录组学共识别了96种差异表达的基因,最后分析发现15个与色素代谢通路相关的基因在果实发育不同阶段显著差异表达。GO功能富集分析发现差异表达基因主要富集在与结合活性、催化活性、转运活性和结构分子活性相关的功能分类上,且与色素代谢都有重要联系;KEGG代谢途径富集结果显示,次生代谢物合成途径、氨基酸和核酸代谢途径、酪氨酸代谢途径富集基因较多。利用实时荧光定量PCR技术对15个与色素相关的差异表达基因进行了验证,其结果与转录组分析结果一致。生理分析和转录组分析结果表明,红皮红肉火龙果发育过程中伴随大量甜菜色素的合成,且甜菜色素合成途径中DODA基因逐渐上调,在果实转色其中在P4时期明显的上升趋势,其它关键基因表达逐渐下调。本研究发掘火龙果中与果实转色相关的相关基因,为后续火龙果遗传改良提供了重要的目标基因和遗传基础。

番木瓜干旱胁迫相关CpDHN1基因的克隆与分析

番木瓜(Carica papaya L.)隶属于番木瓜科番木瓜属,是一种营养价值高的热带果树,广泛种植于热带和亚热带地区。作为全年结果的典型热带作物,番木瓜易受寒害、旱害等非生物胁迫的影响。然而,目前有关番木瓜的抗逆研究主要集中于导致绝产的病毒病,鲜见针对非生物胁迫的报道。脱水素又名第二类胚胎发育晚期丰富蛋白,属于亲水性高、富含甘氨酸、复杂度低的非结构蛋白,因其与生物的抗逆性密切相关而受到广泛关注。为解决番木瓜生产在地域上的局限性,并进一步提高其品质和产量,积极筛选和鉴定参与非生物胁迫响应的关键基因具有重要的理论意义和应用价值。本研究基于转录组获得的CpDHN1转录本序列,以‘台农二号’番木瓜组培苗叶片为材料,提取总RNA进行反转录,结合RT-PCR技术克隆了该基因636 bp的全长编码区序列,在此基础上对其进行序列、表达特性以及原核表达分析。结果显示,CpDHN1编码211个氨基酸,其理论分子量为24.09 kDa,等电点为5.05,总平均疏水指数为–1.584,不稳定系数为66.51,属于不稳定、高度亲水的细胞核定位蛋白。CpDHN1蛋白富含谷氨酸、赖氨酸和丝氨酸,含有3个保守区域,即2个K片段和1个S片段,符合脱水素蛋白的基本结构特征,属于SKn型脱水素。生物信息学分析表明CpDHN1无跨膜螺旋,其二级结构中以α-螺旋结构占主导。表达分析显示,该基因在根、叶片和韧皮部树液中均有表达,且其表达水平受干旱胁迫调控。同源分析表明,CpDHN1与拟南芥AtLEA4序列相似性最高,为46.8%,而与番木瓜中已报导的另一个脱水素CpDHN的相似性仅为19.4%。研究还构建了CpDHN1的原核表达载体,根据SDS-PAGE结果,CpDHN1在40 kDa处有条中强度的诱导条带,而在55 kDa处有条高亮的诱导条带,可能与其无规结构有关。这些结果为进一步的功能分析与应用奠定了坚实的基础。

油莎豆块茎油脂积累相关基因CeWRI1的克隆与功能分析

起源于非洲的油莎豆是迄今唯一已知在块茎中高水平积累油脂的新型草本油料作物。基于我国当前食用植物油和生物柴油原料供给紧张的局面,挖掘参与油莎豆块茎油脂积累的关键基因具有重要的理论意义和应用价值。WRI1(WRINKLED1)隶属于AP2/ERF转录因子家族,是一类被证实在油料种子发育过程中控制碳源由糖向油分配的关键基因。本研究采用RT-PCR技术从油莎豆的块茎中分离到一个WRI1同源基因(CeWRI1),该基因的编码区为1116 bp,预测编码371 AA,其理论分子量为41.58 kDa,等电点为5.76,总平均疏水指数为–0.750,不稳定系数为60.75,细胞核定位,这与其转录调控功能是一致的。与拟南芥WRI1类似,序列分析显示CeWRI1含有2个保守的AP2结构域(PF00847)、1个VYL基序和1个14-3-3/BPM结合基序;相比AP2结构域和N端,其C端序列的变异较大,但包含与蛋白降解相关的PEST基序。qRT-PCR分析显示,CeWRI1在叶片、叶鞘、根、匍匐茎和块茎等主要组织中都有表达,且其在起始期、膨大初期、膨大中期、膨大晚期和成熟期等不同发育时期块茎中呈现先降后升的J型表达趋势,表达丰度最高的为成熟期,最低是膨大中期,这与油脂的积累模式大体一致。在烟草中的功能分析显示,CeWRI1的异源瞬时过表达可显著提高叶片的油脂(甘油三酯)含量,这进一步证实该基因具有油脂调控功能。上述结果表明CeWRI1是调控油莎豆块茎高水平积累油脂的关键基因之一,这不仅为进一步揭示油莎豆块茎油脂积累的调控机制奠定了坚实的基础,也为后期的品种改良提供了宝贵的基因资源。

番木瓜干旱胁迫相关CpDHN基因的克隆与原核表达

本研究基于转录组获得的CpDHN转录本序列,以番木瓜‘台农二号’组培苗叶片为材料,采用RT-PCR技术克隆了该基因包含完整ORF在内的425 bp cDNA序列。序列分析表明,CpDHN预测编码93个氨基酸,其理论分子量为10.50 kDa、等电点为6.62、总平均疏水指数为-1.984、核定位。除保守的K片段外,蛋白还含有1个S片段,可归为KS型脱水素。在拟南芥中的10个脱水素中,CpDHN与AtLEA8的亲缘关系最近,相似性为53.3%。值得注意的是,虽然CpDHN的编码区不存在内含子,但其3’UTR含有1个与AtLEA8类似的内含子。表达谱分析显示,该基因在根和叶片中均受干旱胁迫诱导。此外,还构建了CpDHN的原核表达载体,SDS-PAGE分析显示,该蛋白在大肠杆菌中可高效表达。这些结果为下一步的功能鉴定奠定了坚实的基础。

番木瓜镁离子转运蛋白基因CpMGT1的克隆与功能分析

镁是一种大量金属营养元素,其在植物的生长、发育、光合、胁迫响应等生物学过程中起重要作用。在高等植物中,Mg;的吸收、运输、分布和再分配主要由镁离子转运蛋白(MGT/MRS2)和Mg;/H;交换体(MHX)介导。其中,MGT/MRS2又名CorA,最先在鼠伤寒沙门氏菌中被发现,后在拟南芥、水稻等模式植物中进行了较为深入的研究。番木瓜(Carica papaya L.)是一种隶属于十字花目番木瓜科的重要热带果树,至今还未见有关MGT基因的报道。本研究基于番木瓜的基因组和转录组数据,采用RT-PCR技术成功克隆到一个MGT基因(CpMGT1),应用生物信息学手段预测蛋白的理化特性和保守基序,运用qRT-PCR分析基因的表达模式,利用缺失CorA、MgtA和MgtB的沙门氏菌突变株MM281进行功能互补。结果表明:CpMGT1的编码区为1332 bp,预测编码443 aa,理论分子量为50.43 kDa、等电点为5.12;该蛋白含有2个疏水跨膜区(TM1和TM2),其中TM1包含高度保守的GMN基序;进化及亚细胞定位分析表明CpMGT1与拟南芥中AtMGT1和AtMGT2的亲缘关系较近,定位于细胞膜;定量分析显示CpMGT1基因为组成型表达,其中在根、茎和果实中的表达量较高;在MM281中异源表达可显著提高工程菌在低Mg;浓度下的生长速率,表明CpMGT1具有高效的Mg;转运活性。CpMGT1的克隆与鉴定为进一步揭示番木瓜MGT基因在不同组织特别是在果实中Mg;的积累机制奠定了坚实的基础。

橡胶树HbPIP1;1基因的克隆及蛋白的亚细胞定位与多聚化分析

水通道蛋白(aquaporin)是一类广泛存在生物体中高效转运水分子的膜内在蛋白,其在生物膜上以同源或异源四聚体的形式起作用。根据序列相似性及亚细胞定位,植物水通道蛋白可分为PIP(plasmamembraneintrinsicprotein)、TIP(tonoplast intrinsic protein)、NIP(NOD26-like intrinsic protein)、SIP(small basic intrinsic protein)和XIP(X intrinsic protein)等5大类,其中,PIP定位在细胞膜,是介导细胞间水分跨膜运输的主要通道。橡胶树最早起源于南美亚马逊河流域,是目前天然橡胶的主要商业来源。与其他植物相比,橡胶树除蒸腾耗水外,周期性的割胶活动也会造成水分的大量流失,因此,水分平衡对于橡胶树尤为重要。为揭示橡胶树水分平衡的分子机制,采用RT-PCR技术对1个PIP类水通道蛋白基因HbPIP1;1进行克隆,并在此基础上对其编码蛋白的亚细胞定位和多聚化特征进行分析。结果显示:该基因的编码区长864 bp,预测编码287 aa,其理论分子量为30.80 kDa、等电点8.59、不稳定系数49.27、脂肪族指数22.34、总平均疏水指数为0.639,属于不稳定的疏水型碱性蛋白;蛋白含有水通道蛋白家族特有的MIP(major intrinsicprotein)结构域及6个典型的跨膜螺旋,每个螺旋的残基数介于20~23之间。研究构建了基因的亚细胞定位分析载体,并采用农杆菌介导法对烟草叶片进行了瞬时转化。荧光共聚焦显微镜观察显示,HbPIP1;1蛋白定位在细胞膜,与用生物信息学手段预测的结果一致。在烟草叶片中的双分子荧光互补实验显示,HbPIP1;1蛋白自身不能互作,这进一步得到了点对点的酵母双杂交实验的证实。以上结果表明HbPIP1;1蛋白可能通过异源互作的方式参与橡胶树水分的平衡。