多组学技术在植物应答非生物胁迫中的研究进展

为了阐明植物应答非生物胁迫机制和加快植物育种改良,总结了基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、表型组学技术在植物应答非生物胁迫中的应用。分析了基因组学技术、转录组学技术、蛋白质组学技术、代谢组学技术及表型组学技术的特点及优缺点,重点归纳了基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、表型组学等多组学技术近年来在植物应答非生物胁迫领域中的研究进展。指出目前多组学技术在植物中应用存在关联性不强、数据挖掘不深入等问题,提出利用多组学技术全面阐明植物应答非生物胁迫的总体机制,认为应该整合多种组学技术,加强生物信息学分析手段等建议。

甜菜小G蛋白BvRab基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析

【目的】在全基因组范围内鉴定甜菜小G蛋白BvRab基因家族成员,为研究甜菜小G蛋白BvRab基因家族功能奠定基础。【方法】本研究利用生物信息学手段对甜菜小G蛋白BvRab基因家族成员进行筛选鉴定并进行理化性质、基因结构、蛋白保守基序、系统进化、染色体定位及共线性、启动子顺式作用元件和蛋白质互作预测分析。【结果】共鉴定到58个甜菜小G蛋白BvRab基因家族成员。同一类型中的不同基因具有较为一致的外显子和内含子结构,家族成员共有5个蛋白保守基序;甜菜小G蛋白BvRab基因家族包含8个亚家族;家族成员不均匀地分布在甜菜的9条染色体上;BvRab基因家族成员与番茄、拟南芥中的小G蛋白Rab基因家族亲缘关系较近,与水稻中的小G蛋白Rab基因家族亲缘关系较远;BvRab基因家族成员启动子中含有多个激素应答元件和逆境应答元件;BvRab蛋白与参与植物生长发育及逆境应答相关的多种转录因子相互作用。【结论】本研究鉴定出58个BvRab基因家族成员,该基因家族成员可能在植物生长发育及逆境应答方面发挥重要作用。

干酪乳杆菌HDS-01甘露聚糖酶基因克隆及生物信息学分析

本研究旨在借助基因克隆和生物信息学方法挖掘甘露聚糖酶基因的结构和功能。通过本地BLAST比对,从干酪乳杆菌(Lactobacillus casei) HDS-01的基因组信息中获得甘露聚糖酶基因M1。采用qRT-PCR测定MRS培养基和KGM培养基中M1的差异表达情况,表明KGM培养基中的魔芋粉更好的诱导M1的表达。以L.casei HDS-01基因组DNA为模板克隆基因M1,并利用生物信息学方法对其序列进行预测和分析。该序列长2640 bp,可翻译成879个氨基酸,包括一个2640 bp的开放阅读框;M1蛋白分子量为98723.55 Da,等电点为5.58。这种稳定的M1蛋白的二级结构由α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规则卷曲组成。研究结果不仅为甘露聚糖酶分子改造提供理论依据,同时有助于了解乳酸菌中甘露聚糖的代谢路径。

根内根孢囊霉对大豆成熟期生物量、根腐病及根际土壤百菌清残留的影响

通过随机取样研究接种根内根孢囊霉(Rhizophagus intraradices)菌剂对0、1年连作大豆成熟期生物量、根际土壤AMF孢子密度、AMF侵染率及根腐病病情指数的影响,以及R.intraradices对大豆根际土壤百菌清残留量的影响。结果表明,接种R.intraradices菌剂可以提高大豆植株的生长及养分吸收,显著增加大豆植株生物量、AMF侵染率及AMF孢子密度,同时R.intraradices及百菌清均对大豆根腐病有防治效果,且相比于百菌清,R.intraradices菌剂在防治根腐病的基础上改善了根际土壤微环境、增加根系发达程度等;在不同的连作年限下,R.intraradices菌剂均可显著降低土壤中百菌清残留量,且在接种菌剂+百菌清处理组中,0年连作大豆百菌清残留量最低。

大豆诱变育种技术的研究进展

随着经济的发展,人们对大豆需求量及品质要求越来越高,培育高产量、多抗性、优质大豆品种迫在眉睫。然而受生态条件的限制,优质大豆种质资源材料匮乏,遗传背景狭窄,而且大豆自然变异过程繁琐且漫长,仅依靠大豆自发突变获得优质遗传材料十分困难,因此利用诱变技术创制优质、高产、多抗新种质是发展大豆产业的有效手段之一。诱变育种技术与常规育种相比,更有利于提高基因变异频率,扩大育种选择范围,高通量筛选有益突变,促进优良性状重组等,能够在短时间内获得性状丰富的突变体,解决种质资源遗传基础狭窄的瓶颈问题,广泛应用于优良性状的大豆新品种选育。本文概述了化学诱变、物理诱变的原理、种类及特点,总结归纳了国内外大豆种质创新中常用的诱变方法和技术优势,展望未来大豆诱变育种技术的应用前景,为大豆育种实践提供参考与启发。

甜菜镉胁迫应答基因ZAT10的克隆与功能预测

【目的】为了预测甜菜锌指蛋白BvZAT10(LOC 104901462)的结构特点和功能。【方法】以甜菜‘780016B/12优’为试验材料,对BvZAT10基因进行了克隆及生物信息学分析,并利用甜菜响应镉胁迫的转录表达谱数据探究了该基因在镉胁迫下的应答特性。【结果】BvZAT10编码区全长729 bp,编码242个氨基酸,是一种碱性不稳定亲水性蛋白,具有2个C2H2型锌指结构域。该基因编码蛋白共有36处磷酸化修饰位点,蛋白结构以无规则卷曲为主,系统发育分析发现BvZAT10与菠菜和藜麦的ZAT10亲缘关系最近。BvZAT10启动子序列包含植物激素响应、光响应及抗逆相关的多种作用元件。在1、3、5 mmol/L CdCl_(2)处理下,BvZAT10及其预测调控的大部分靶基因,如金属耐受蛋白11(BVRB_2g037080)和ABCG家族成员22(BVRB_5g109050)等,均受到了镉胁迫的正向调控。【结论】推测BvZAT10可能直接或间接地在甜菜应答镉胁迫中发挥重要作用,可将其作为潜在优势抗逆基因深入开展后续研究。

工业大麻发酵后其CBD及CBDA含量的动态变化

旨在研究工业大麻发酵后其CBD和CBDA含量的动态变化,以阐明CBD及CBDA之间的相关性,为高效生产大麻二酚(CBD)原料提供参考。以CBD和CBDA为指标,采用酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)、大肠杆菌(Escherichia coli)以及五味子内生细菌WF17(Bacillus subtilis)对工业大麻进行发酵,用HPLC法分析工业大麻发酵前后其CBD及CBDA含量的动态变化。酿酒酵母发酵工业大麻后CBD含量在1 d时达到最大值(3.1161 mg/g)。植物乳杆菌发酵工业大麻后CBD含量在第9天时达到最大值(3.7786 mg/g)。大肠杆菌发酵工业大麻后CBD含量在发酵3 d时达到最大值(3.5502 mg/g)。内生细菌WF17发酵工业大麻后CBD含量在发酵时间为7 d时达到最大值(3.9182 mg/g)。而CBDA含量均在发酵第1天内降低幅度最大。4种发酵菌株均能在一定程度上使发酵工业大麻中CBD的含量显著提高,CBDA含量显著下降,且在工业大麻在发酵过程中可能存在CBDA转化为CBD的过程。因此,发酵技术可以用于工业大麻中CBD的高效生产。

干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)HDS-01甘露聚糖酶基因异源表达及功能验证

为实现甘露聚糖酶基因异源表达并验证功能,本研究以产甘露聚糖酶的副干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)HDS-01为供试菌株,将基因组序列中功能预测为甘露糖苷酶的基因M1在大肠杆菌中表达,分别以pET-28a和Escherichia coli BL21(DE3)为载体和宿主菌构建M1基因工程菌株,纯化重组蛋白并验证甘露聚糖降解功能。结果表明:重组蛋白M1在表达过程中以包涵体形式存在,经Ni柱亲和层析纯化后,SDS-PAGE显示蛋白为98 kDa,复性后酶活和蛋白浓度分别为19.24±0.55 U/mL和0.51±0.01 mg/mL。高效液相色谱(High pressure liquid chromatography,HPLC)检测重组蛋白M1降解魔芋粉的产物,反应前3 h,甘露三糖或四糖浓度显著高,此后,甘露糖和甘露二糖浓度逐渐升高。本研究为产甘露聚糖酶乳酸菌直接用于食品级领域奠定了基础,也为乳酸菌甘露聚糖酶蛋白的定向改造提供了依据。

黄芪内生真菌HHQ14的初步鉴定及挥发性成分分析

旨在高效利用黄芪内生真菌HHQ14,丰富其次生代谢产物资源。以黄芪内生真菌HHQ14为研究对象,采用菌株形态学观察以及ITS序列分析对其进行菌种鉴定,使用GC-MS法分析其挥发性成分。经鉴定,黄芪内生真菌HHQ14为木生锥毛壳菌(Coniochaeta ligniaria);经GC-MS法分析,从黄芪内生真菌HHQ14发酵液鉴定出6种挥发性成分,菌丝体中鉴定出13种挥发性成分,黄芪茎对照药材中鉴定出11种挥发性成分,黄芪根对照药材中鉴定了12种挥发性成分。其中黄芪内生真菌HHQ14发酵液与菌丝体中均含有与黄芪根、茎相同的挥发性成分2-((1R,6R)-3-甲基-6-(丙-1-烯-2-基)环己-2-烯基)-5-戊基苯-1,3-二酚,其菌丝体中还含有与黄芪根、茎相同的挥发性成分芥酰胺。内生真菌HHQ14为宿主植物黄芪次生代谢产物产生菌,并含有多种具有广泛用途及医疗价值的挥发性成分,上述结果为综合开发应用其次生代谢产物奠定基础。