黄瓜丝氨酸羧肽酶类蛋白家族鉴定及表达分析

[目的]丝氨酸羧肽酶类(serine carboxypeptidase like,SCPL)蛋白属于SC羧肽酶中的S10家族,在植物生长发育以及逆境反应中发挥重要功能.基于全基因组水平系统鉴定黄瓜SCPL基因家族,并通过分析它们的组织、非生物及生物逆境胁迫表达模式,为深入阐明黄瓜SCPL基因的功能提供理论依据.[方法]运用生物信息学的方法,首次在黄瓜中对丝氨酸羧肽酶类蛋白家族进行了鉴定和全基因组分析.利用HMMER软件和BLAST搜索黄瓜蛋白数据库,并将鉴定出来的成员导入PFAM和SMART等数据库验证是否含有SCPL特征结构域(PF00450).利用ProtParam、MEGA、MEME、GSDS和TBtools等软件对黄瓜SCPL基因序列和蛋白序列进行生物信息学分析.[结果]黄瓜基因组含有27个SCPL基因(CsaSCPL1～CsaSCPL27),它们在7条染色体上的分布并不均匀.理化性质分析结果表明大多数CsaSCPL蛋白是酸性的亲水蛋白,这可能和它们发挥水解酶的功能密切相关.系统进化树分析显示拟南芥和黄瓜SCPL家族成员在系统发育上可以分为3个亚类,分别为SCPL-I、SCPL-II、SCPL-III.基因结构分析结果表明大多数CsaSCPL基因具有3～13个内含子,而且亲缘关系接近的CsaSCPL成员的保守基序分布和基因结构也非常相似.利用转录组测序数据分析了CsaSCPL基因的组织和胁迫表达谱.结果表明CsaSCPL基因的表达具有明显的组织特异性,一些基因的表达量在盐和白粉病胁迫下发生了明显的变化.[结论]研究一共鉴定了27个黄瓜CsaSCPL基因家族成员,其中一些成员可能在不同的非生物及生物逆境胁迫过程中发挥功能,这将为进一步揭示黄瓜SCPL家族基因的功能及后续培育抗逆黄瓜品种提供坚实的基础.     

欧美杨细菌性溃疡病菌双组分基因缺失突变及其生物学表型分析

  目的  欧美杨细菌性溃疡病是革兰氏阴性细菌Lonsdalea populi引起的杨树枝干病害,其危害严重,已造成欧美杨人工林的重要经济损失。双组分系统是细菌致病过程的关键调控途径之一。目前,欧美杨细菌性溃疡病菌的双组分系统如何调控致病过程仍缺乏系统研究。因此,本研究开展欧美杨细菌性溃疡病菌的双组分编码基因的缺失突变及突变体表型分析,为深入解析其致病机制提供遗传材料。  方法  本研究以欧美杨溃疡病菌菌株N-5-1为研究对象,利用双亲结合方法获得了28个双组分系统基因的缺失突变体,并通过表型测定方法分析了这些基因突变体的致病性、生长、游动性、生物膜形成和抗逆性等表型特征,研究不同双组分系统编码基因对该病菌致病过程的调控。  结果  构建了36个欧美杨溃疡病菌的双组分编码基因的敲除重组载体,获得了28个基因的缺失突变体。致病性测定表明18个双组分基因的敲除降低了病原菌的毒性,其中8个突变体毒性丧失。此外,还获得了调控游动性和生物膜形成能力的突变体以及在逆境胁迫反应（金属离子、盐离子、抗生素等胁迫）有缺陷的突变体。  结论  本研究获得了5个显著影响欧美杨细菌性溃疡病菌毒性及其他生物表型的双组分基因,为后续双组分信号调控致病机制研究提供了遗传材料。      

白桦BpPAT1基因的表达模式及耐盐性分析

  目的  GRAS家族是植物特有的具有高度保守羧基末端的转录因子家族,已有研究表明GRAS转录因子是植物胁迫反应中关键的转录调节因子之一。本研究拟对白桦中GRAS转录因子基因BpPAT1基因是否具有耐盐能力进行分析,为阐明白桦GRAS转录因子响应盐胁迫的分子调控机制奠定基础,进一步丰富木本植物GRAS转录因子响应逆境胁迫分子机制的研究。  方法  从盐胁迫白桦转录组数据中筛选并获得了1条GRAS转录因子基因,将其命名为BpPAT1。利用蛋白多序列比对及系统进化树来分析BpPAT1与其他GRAS家族蛋白的亲缘关系。利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）技术分析盐胁迫及非胁迫条件下白桦根、茎和叶组织中BpPAT1的表达模式,初步鉴定其是否响应盐胁迫。为了进一步分析BpPAT1的抗逆功能,构建其植物过表达载体（pROKII-BpPAT1）与抑制表达载体（pFGC5941-BpPAT1）,利用农杆菌介导的高效瞬时遗传转化体系,获得BpPAT1基因瞬时过表达、抑制表达及对照白桦植株。在盐胁迫下分别对BpPAT1瞬时表达及对照植株的耐盐相关生理指标进行测定,鉴定BpPAT1是否能调控白桦的耐盐能力。  结果  多序列比对及系统进化树分析结果表明BpPAT1蛋白具有GRAS家族的序列特征,且与拟南芥中AtPAT1蛋白的亲缘关系较近。qRT-PCR结果表明:在盐胁迫6 h后,BpPAT1在白桦植株中的表达量显著上升（P < 0.05）,说明该基因能响应盐胁迫。抗逆生理指标的测定结果表明:在白桦中过表达BpPAT1能够使过氧化物酶（POD）及超氧化物歧化酶（SOD）活性显著增强（P < 0.05）,同时增加了白桦组织中的脯氨酸含量,降低了电解质渗透率及丙二醛含量。  结论  白桦BpPAT1基因能响应盐胁迫,过表达BpPAT1显著增加了白桦POD、SOD酶活性和脯氨酸含量,降低了电解质渗透率及丙二醛含量,进而提高了ROS清除能力,有效增强了白桦的耐盐能力。      

重金属铜铅对2种凤尾鸡冠花品种种子萌发的影响

以‘和服’、‘红塔山’2个品种凤尾鸡冠花(Celosia plumose‘Kimono’;Celosia plumose‘Hongta’)种子为研究对象,经2种重金属(Cu2+、Pb2+)不同质量浓度梯度(50、200、350、500 mg/L)的处理,测定各处理种子发芽率、发芽势、发芽指数、胚根长度,计算种子耐金属胁迫的适宜重金属质量浓度、半致死重金属质量浓度、极限重金属质量浓度;分析2种重金属胁迫对2种凤尾鸡冠花种子萌发的影响、凤尾鸡冠花适应重金属质量浓度范围。结果表明:(1)随着处理液Cu2+质量浓度的升高,凤尾鸡冠花的发芽率、发芽势、发芽指数逐渐呈降低趋势。处理液质量浓度为50 mg/L时,Pb2+的胁迫对凤尾鸡冠花种子的各项萌发指标有所升高,表现为低促高抑;Cu2+胁迫对凤尾鸡冠花种子的毒害作用较Pb2+更强。(2)在处理液质量浓度为500 mg/L时,经Cu2+、Pb2+胁迫的凤尾鸡冠花种子仍分别有60%、70%以上的发芽率,说明凤尾鸡冠花种子对2种重金属具有一定耐受性,‘红塔山’种子的耐受性略高于‘和服’种子的耐受性。(3)重金属Cu2+对种子胚根的抑制作用十分显著。处理液质量浓度为50 mg/L时,Cu2+胁迫使凤尾鸡冠花根尖受害显著。低质量浓度Pb2+胁迫时凤尾鸡冠花胚根子叶发育正常;处理液质量浓度为200 mg/L至更高,Pb2+胁迫时胚根的生长显著受到抑制,出现胚根停止生长、变黑、腐烂的现象。Cu2+对2种凤尾鸡冠花种子萌发的抑制较强,Pb2+在低质量浓度时表现出促进发芽的作用。     

土壤水分对乌桕秋叶生理指标及观赏效果的影响

以乌桕无性系盆栽苗为试验材料,采用盆栽控水法,通过设置4个水分胁迫处理,其土壤含水量分别为田间最大持水量的80％(对照组)、65％(轻度胁迫)、50％(中度胁迫)和35％(重度胁迫),探讨了土壤水分胁迫对乌桕秋叶生理指标及观赏效果的影响.结果 表明:叶变色过程中,不同处理的叶绿素质量分数均逐渐减少,而花色素苷质量分数大幅升高,类胡萝卜紊升高后下降.与此同时,可溶性糖质量分数呈上下波动变化,色度值L*和b *值总体升高后下降,而a*随叶色变红而变大,并与花色素苷呈极显著正相关(P＜0.01).中度和重度胁迫的叶绿素降解量和花色素苷合成量最多,均与对照有显著差异(P＜0.05),但中度胁迫下的花色素苷积累更早,并且色度值L*和a*值均最高.在乌桕秋季叶色变化过程中,中度和重度胁迫都能在一定程度上使叶色变化时间提前,中度胁迫下观赏期更长,生长受影响有限且叶色更红艳亮丽,视觉观赏效果好.     

锌对长药景天生长及根际土壤酶活性的影响

采用室内盆栽试验,以长药景天(Hylotelephium spectabile)作为试材,研究添加不同质量分数外源锌(0、40、80、160、320、800、1600 mg/kg)处理下,长药景天的生长状况(株高、根长、总干质量、根干质量)以及其根际土壤酶活性(脱氢酶、土壤转化酶、硝酸还原酶、酸性磷酸酶)的变化特征.结果 表明:长药景天除根干质量外,株高、根长、总干质量均随重金属锌质量分数增加,呈先上升后下降趋势,并低于对照,长药景天生长受到抑制;脱氢酶、土壤转化酶、硝酸还原酶、酸性磷酸酶活性随重金属锌质量分数增加,均呈先上升后下降的趋势,而且4种酶活性均高于对照;长药景天对重金属锌胁迫土壤具有修复作用,是重金属锌污染土壤改良修复的植物材料.     

盐胁迫对菌根化沙枣幼苗生长性状的影响

以实生沙枣苗木为供试植物、异形根孢囊霉(Rhizophagus irregularis)为供试菌株,采用盆栽培养方法,设置浓度为0、100、200、300 mmol·L-1的NaCl胁迫菌根化沙枣幼苗,测定不同浓度NaCl胁迫的菌根化沙枣幼苗的株高、基径、生物量、功能叶片生长参数、盐害症状,分析盐胁迫对菌根化植物生长的影响.结果表明:盐胁迫对沙枣苗木生长具有显著的抑制效应,但不同浓度盐处理与对照相比,接种丛枝菌根真菌(AMF)显著提高了沙枣苗木的株高、基径(P<0.05).在盐浓度为300 mmol·L-1时,沙枣苗木的株高、基径增加幅度,分别为11.30％、4.35％.经浓度为100、200、300 mmol·L-1的盐处理,接种沙枣苗木比不接种沙枣苗木的全株总生物量,分别增加36.30％、52.22％、104.54％.在盐浓度为300 mmol·L-1时,菌根化沙枣苗木的单叶面积、比叶面积、叶面积比率,比对照分别增加138.46％、30.90％、130.27％.相同盐浓度胁迫时,接种沙枣苗木叶片脱落率、枯黄率、盐害率,均显著低于不接种处理(P<0.05).接种异形根孢囊霉,缓解了盐胁迫对沙枣生长产生的不利影响,提高了植物耐盐胁迫能力.     

谷氨酸棒菌DC1对重金属污染土壤的低温修复及其稳定性

耐冷菌在低温下能通过诱导作用形成重金属的碳酸盐沉淀,在寒区重金属污染土壤修复方面具有重要的应用潜力,但目前缺乏对多种重金属污染土壤的修复及其稳定性的研究.试验研究了1株耐冷碳酸盐矿化菌(谷氨酸棒菌DC1)在低温条件下对土壤中4种重金属的固定作用及其稳定性.结果 表明:菌株DC1的发酵液可通过诱导作用将土壤中的可交换态Cd、Pb、Cu、Ni转化成碳酸盐结合态,转化比例分别为79.8％、72.6％、39.9％、33.6％,并提高土壤的pH,从而使土壤中有效态Cd、Pb、Cu、Ni的含量分别降低了90.5％、83.4％、35.1％、36.6％.土壤酸化可降低菌株DC1对土壤中Cu和Ni的固定效果,但对Pb和Cd无明显影响.模拟旱田、水田和施肥培养条件下,菌株DC1诱导的Pb和Cd碳酸盐沉淀在土壤中的重金属释放能力较低,培养30 d后土壤有效态Pb和Cd含量均无明显增加.说明菌株DC1可用于重金属污染土壤的碳酸盐沉淀修复,在Pb和Cd污染土壤修复方面有明显的应用优势,但对于Cu和Ni污染土壤的修复需要注意土壤酸化对修复效果的影响.     

核桃实生幼苗光合特性对高磷胁迫的响应

【目的】研究高磷胁迫下核桃砧木苗的光合生理及物质积累特性,为核桃直播建园砧木苗磷肥施用管理提供参考。【方法】 以新新2核桃幼苗为材料,比较其在高磷梯度下生物量、光合特性、荧光特性、光合产物及叶片营养元素的影响。【结果】 核桃实生幼苗的生物量整体随着施磷量的增加呈下降趋势,净光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度、蒸腾速率、初始荧光、最大荧光、最大光化学量子效率及光合色素含量均呈先上升后下降的趋势,在P₂处理下达到峰值。核桃幼苗合成的可溶性糖和可溶性蛋白随磷梯度的增大呈上升趋势,酸性磷酸酶活性呈下降趋势。核桃砧木苗叶片中硫、钾、钼、锌、硼和铁元素随着供磷水平的升高呈先扬后抑趋势,于P₂处理下达峰值,磷、镁、钙、铜和锰元素随着磷水平的增大而增加,于P₄处理下达到最大值,磷过量不利于核桃幼苗对上述元素的吸收。【结论】 高磷胁迫显著抑制了核桃幼苗的生长及光合作用,打破了实生核桃幼苗各养分含量之间的平衡。磷水平过高或过低都不利于核桃实生幼苗的生长和发育。     

蛋白质组学在番茄非生物逆境胁迫中的研究进展

【目的】回顾近年来蛋白质组学在番茄逆境胁迫中的研究进展,综述蛋白质组学技术在番茄响应非生物(盐碱、干旱、高温、低温、其它)胁迫上的研究进展,为利用蛋白质组学技术进一步研究番茄响应非生物逆境胁迫的分子机制奠定理论基础。【方法】运用统计学方法收集文献资料,并分析汇总蛋白质组学技术在番茄响应非生物(盐碱、干旱、高温、低温等)胁迫的研究文献进展情况。【结果】盐胁迫耐受性(渗透调节,渗透保护,离子稳态,消除氧清除剂,胁迫反应等)与胁迫的持续时间有关;下调的蛋白主要参与代谢和能量转换,上调的蛋白参与信号转导或运输;干旱应答蛋白包括与耐热性和渗透性保护剂的产生、脂质代谢、细胞壁修饰、神经酰胺代谢和丝裂原活化蛋白磷酸化相关的蛋白;蛋白质广泛参与了细胞过程,包括防御/应激反应,离子结合/转运,光合作用和蛋白质合成;最初如何感知胁迫条件,以及植物器官激活了哪些主要反应,可以避免低温胁迫晚期相关蛋白的干扰。【结论】在非生物逆境胁迫条件下,番茄通过改变自身的蛋白质表达水平对各种非生物胁迫作出响应。蛋白质组学研究能够全面揭示番茄响应胁迫时其细胞内蛋白质的动态变化规律,鉴定差异表达的蛋白质,是番茄抗逆生物学研究的重要组成部分。