陆地棉蔗糖转运蛋白基因家族的鉴定及表达分析

蔗糖转运蛋白(SUT)在蔗糖从“源”到“库”的运输与分配过程中发挥着重要作用。该研究基于最新公布的陆地棉基因组数据,利用生物信息学和荧光定量PCR等方法,对陆地棉SUT基因家族进行全基因组鉴定,并对他们的表达特性进行系统分析。结果显示：(1)在陆地棉基因组中,共鉴定到18个GhSUT基因(GhSUT1 GhSUT18),他们不均匀地分布在陆地棉11条染色体上。(2)GhSUT蛋白间序列一致性很高,均具有11～12个跨膜结构域,且都定位于质膜。(3)进化关系分析表明,陆地棉GhSUT蛋白主要分布在双子叶植物特有的SUT1亚组,以及单、双子叶植物共有的SUT2亚组和SUT4亚组,其中SUT1亚组成员最多,包含8个GhSUT基因。(4)位于同一亚组的GhSUT基因具有相似的内含子 外显子分布模式,不同亚组间GhSUT基因内含子/外显子数目差异很大。(5)转录组分析表明,GhSUT基因在表达水平上存在差异,GhSUT1和GhSUT10在被检测的组织不表达,GhSUT5、GhSUT14、GhSUT7和GhSUT16在被检测的组织表达量较低,其他GhSUT基因在被检测的组织具有较高的表达水平;另外,GhSUT基因的表达具有组织特异性,其中GhSUT2和GhSUT11主要在“源”和“库”器官中表达,GhSUT6和GhSUT15主要在“库”器官中表达,而GhSUT9和GhSUT18主要在纤维中表达。(6)荧光定量PCR分析表明,GhSUT2在“源”和“库”器官中均具有较高的表达水平,GhSUT6主要在“库”器官包括根、花瓣、纤维和茎中表达,在“源”器官(叶片)中表达量很低;GhSUT18主要在纤维中特异性高表达,在其他组织表达量很低。研究表明,实验验证结果与转录组分析结果相对一致。该研究结果为进一步研究SUT家族基因的功能提供了重要的基因信息,并为棉花产量的提高和纤维品质的改良奠定了理论依据。     

外源亚精胺对淹涝胁迫下黄瓜根HSP70表达的影响

采用逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)及蛋白免疫印迹杂交(Western Blot)技术,研究0.5 mmol/L亚精胺浸种的黄瓜幼苗在淹水胁迫下,根热激蛋白70基因(HSP70)mRNA和蛋白质的表达量的变化。结果表明:淹水胁迫使黄瓜根HSP70的mRNA和蛋白的表达呈现先上升后下降的趋势,在淹水4 h时,HSP70的mRNA和蛋白表达量均极显著高于未淹水处理; 亚精胺浸种的黄瓜根HSP70的mRNA和蛋白的表达量在24 h内呈一直上升的趋势,在淹水24 h时,HSP70的mRNA和蛋白表达量均极显著高于未淹水处理。淹涝胁迫下,亚精胺浸种的黄瓜根HSP70的mRNA和蛋白表达量在淹水12 h和24 h时极显著高于蒸馏水浸种。外源亚精胺能诱导淹涝胁迫下黄瓜幼苗根HSP70 mRNA和蛋白质的表达量的增加,缓解淹涝胁迫对黄瓜造成的伤害。     

模拟干旱胁迫处理下北柴胡种苗MYC2基因的调控研究

该研究以北柴胡一年生种苗为材料,使用质量分数为10%、20%的PEG6000营养液进行模拟干旱胁迫实验,检测北柴胡根内源信号物质OPR、JA含量,转录因子BcMYC2和柴胡皂苷生物合成途径中4个关键酶基因HMGR、IPPI、FPS、β AS表达量,以及柴胡皂苷a、d含量,探究模拟干旱胁迫下茉莉酸信号通路调控BcMYC2进而影响柴胡皂苷生物合成的机制。结果表明：(1) PEG6000模拟干旱胁迫处理北柴胡种苗后,20% PEG6000处理组根内OPR含量在2 h时出现峰值,10% PEG6000处理组的根内OPR含量在6 h时出现峰值;两个胁迫组内源JA含量均在2 h时出现峰值。(2)两个胁迫处理组北柴胡根内BcMYC2相对表达量均在2 h处出现峰值,之后的2~4 h时间段内大幅度下降,且20% PEG6000处理组的BcMYC2相对表达量高于10% PEG6000处理组;其余4个柴胡皂苷生物合成途径关键酶基因HMGR、IPPI、FPS、β AS的相对表达量均在4 h时出现峰值,晚于BcMYC2相对表达量出现峰值的时间。(3)经模拟干旱胁迫处理后,北柴胡根内的柴胡皂苷含量在36 d内逐渐上升;在处理36 d时,20% PEG6000处理组的柴胡皂苷含量略高于10% PEG6000处理组,且两处理组均显著高于对照组。研究发现,经PEG6000模拟干旱处理后,北柴胡根内信号物质OPR及JA含量提高,促进BcMYC2的表达,进而提高柴胡皂苷生物合成途径中的关键酶基因的表达,最终显著提高了根内柴胡皂苷的含量。     

基于~(32)P示踪的不同供磷环境杉木幼苗磷的分配规律分析

通过分析杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗磷(P)分配规律,可以阐明两个磷高效利用杉木在不同供磷水平下吸收外源磷的分配及动态变化,为进一步进行磷高效利用基因型的选育提供参考。该研究以2个磷高效利用杉木家系(被动忍受型M1与主动活化型M4)幼苗为试验材料,利用~(32)P同位素示踪技术,研究在不同供磷水平下2个杉木家系幼苗磷分配规律。结果表明,M1和M4吸收的外源磷的含量分布特征均为根叶茎,自显影中相同处理时期的各器官在水平投影面上~(32)P含量均为根茎叶。低磷处理下M1和M4根、茎、叶吸收的外源磷的含量均明显低于高磷处理,自显影中相同处理时间根、茎、叶低磷水平下成像的黑化程度也低于高磷水平,且低磷处理下吸收的外源磷的含量增加缓慢,说明低磷胁迫严重影响杉木苗磷的吸收与积累。M1和M4的根系磷分配率在低磷胁迫下呈现出明显的先减少后增加趋势,高磷水平下根系磷分配率表现为先增加后趋于平稳。这说明M1和M4可以通过体内磷的重新分配来适应外界低磷胁迫,即杉木苗在低磷胁迫初期将根系中的磷转移至地上部分,随着胁迫时间的延长,地上部分的磷向根系中转移。但两个家系在低磷条件下对吸收的外源磷的分配格局差异明显:从开始至结束M1吸收的外源磷的分配率表现为根系地上部分,而M4先表现为根系地上部分,后表现为地上部分根系,说明M1在低磷胁迫后加强体内磷循环的程度相比于M4更高,即磷从地上部分向根系转移的趋势更强烈。     

Phosphorus distribution inside Chinese fir seedlings under different P supplies based on 32P tracer

通过分析杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗磷(P)分配规律, 可以阐明两个磷高效利用杉木在不同供磷水平下吸收外源磷的分配及动态变化, 为进一步进行磷高效利用基因型的选育提供参考。该研究以2个磷高效利用杉木家系(被动忍受型M1与主动活化型M4)幼苗为试验材料, 利用 ³²P同位素示踪技术, 研究在不同供磷水平下2个杉木家系幼苗磷分配规律。结果表明, M1和M4吸收的外源磷的含量分布特征均为根>叶>茎, 自显影中相同处理时期的各器官在水平投影面上 ³²P含量均为根>茎>叶。低磷处理下M1和M4根、茎、叶吸收的外源磷的含量均明显低于高磷处理, 自显影中相同处理时间根、茎、叶低磷水平下成像的黑化程度也低于高磷水平, 且低磷处理下吸收的外源磷的含量增加缓慢, 说明低磷胁迫严重影响杉木苗磷的吸收与积累。M1和M4的根系磷分配率在低磷胁迫下呈现出明显的先减少后增加趋势, 高磷水平下根系磷分配率表现为先增加后趋于平稳。这说明M1和M4可以通过体内磷的重新分配来适应外界低磷胁迫, 即杉木苗在低磷胁迫初期将根系中的磷转移至地上部分, 随着胁迫时间的延长, 地上部分的磷向根系中转移。但两个家系在低磷条件下对吸收的外源磷的分配格局差异明显: 从开始至结束M1吸收的外源磷的分配率表现为根系>地上部分, 而M4先表现为根系>地上部分, 后表现为地上部分>根系, 说明M1在低磷胁迫后加强体内磷循环的程度相比于M4更高, 即磷从地上部分向根系转移的趋势更强烈。     

磷高效利用杉木对低磷胁迫的适应性与内源激素的相关性

激素是植物适应逆境的重要信号物质, 从激素调控角度研究植物对养分匮乏环境的适应机制对磷高效营养基因型的选育具有重要意义。该研究通过分析被动忍受型(M1)与主动活化型(M4)两个磷高效利用杉木(Cunninghamia lanceolata)基因型在低磷胁迫下不同处理阶段的激素含量变化规律, 结合根系形态变化、干物质及养分分配规律, 研究磷高效利用杉木对低磷胁迫的适应性与内源激素的相关性。结果表明: 低磷处理下, 磷高效利用杉木M1与M4叶的激素含量与其适应特性之间无相关性, 而根系的激素含量与根系生长显著相关。低磷处理条件下, M1与M4根系中的IAA含量自27 h起表现为大于高磷对照, 且随时间延长呈增加趋势。根系中的IAA含量与根表面积、体积及根长等显著正相关, IAA的增加诱导了根系的增长, M1与M4均表现出一定的根系增长量。其中, M4存在明显的IAA由地上向基部积累的现象, M4的根系增生能力比M1更强。同时, 根系增长促使更多的干物质分配到根系, M4的根冠比在整个处理过程中均高于高磷对照。与IAA相同, M1与M4根系的ABA与GA₃含量总体也表现为低磷处理>高磷对照, 但随时间延长, 低磷条件下ABA与GA₃的含量呈下降趋势, 二者与根系增长量呈负相关关系。M1与M4根系内的ZT含量在低磷条件下也呈下降趋势, 且逐渐低于高磷对照, 而其与低磷适应特性间并无显著相关性。可见, 低磷胁迫下, 磷高效利用杉木M1与M4根系中的IAA、ABA与GA₃含量与其根系形态变化密切相关, 各器官的物质、能量、信息的综合调控是植物适应低磷逆境的重要生存策略。     

葡萄醛酮还原酶(AKR)基因家族的鉴定与表达分析

为明确AKR基因在葡萄非生物胁迫中的作用,利用生物信息学方法对葡萄AKR基因家族(VvAKRs)进行了全基因组鉴定,并验证其在非生物胁迫下的表达规律。结果表明：(1)该基因家族在葡萄基因组中有9个成员,主要分布在5条染色体上;氨基酸残基在275~2 686 aa之间,理论等电点在5.1~9.1之间。(2)系统进化分析表明,该基因家族分为6个亚族,第6亚族VvAKR家族成员最多。(3)密码子偏好性分析结果表明,葡萄AKR基因家族密码子偏好性较弱。(4)共线性分析表明,葡萄9个AKR基因中只有VvAKR8和VvAKR9之间存在共线性关系。(5)qRT PCR分析结果显示,葡萄AKR家族基因在根、茎、叶不同组织中对激素和非生物胁迫的响应程度有差异。非生物胁迫下,VvAKR1、VvAKR3、VvAKR8和VvAKR9基因在葡萄根、茎、叶组织中表达量较高;激素处理下,根组织中VvAKR3、VvAKR6和VvAKR8基因在ABA、MeJA、SA处理下表达量较高;茎组织中VvAKR3基因在NAA、GA₃处理下表达量较高;叶组织中VvAKR1基因在各激素处理下表达量都较高。研究认为,葡萄AKR基因家族在响应葡萄非生物胁迫时发挥着不同的作用,为葡萄抗逆性研究提供了一定的理论依据。     

干旱条件下外源蔗糖对高表达玉米C4型pepc水稻种子萌发的影响

为揭示外源蔗糖参与干旱胁迫下高表达转玉米C₄ 型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase, PEPC)基因(C₄ pepc)水稻(简称：PC)种子萌发的生理机制,该研究以 PC及其未转基因野生型受体‘Kitaake’(简称：WT)的种子为材料,研究外施不同浓度蔗糖联合模拟干旱(10% PEG 6000)处理下,其种子发芽参数、总可溶性糖及可溶性蛋白含量、蔗糖非发酵1 (sucrose nonfermenting 1, SNF1)相关蛋白激酶(SNF1 related protein kinase 1s, SnRK1s)基因以及PEPC基因表达等参数的变化。结果表明：(1)PEG 6000模拟干旱处理均显著抑制两材料发芽,但明显促进胚根的生长;外施蔗糖则呈现浓度效应,高浓度蔗糖(>150 mmol·L^-1)进一步加剧了干旱对发芽的抑制效应,而低浓度(<30 mmol·L^-1)则可缓解干旱的抑制,但与WT(<30 mmol·L^-1)相比,促进PC水稻萌发的外施蔗糖浓度(<6 mmol·L^-1)更低,且各处理的发芽表现与其α 淀粉酶活性的动态表现一致。(2)与WT相比,外施3 mmol·L^-1蔗糖联合干旱处理下,显著提高了PC种子的发芽率,且伴随PC内源蔗糖含量、总可溶糖和可溶性蛋白含量显著增加;且外施3 mmol·L^-1蔗糖使PC中内源C₃ pepc基因表达下调,而外源导入C₄ pepc基因表达显著增加。(3)与WT相比,干旱处理下外施3 mmol·L^-1蔗糖,PC的糖信号相关基因SnRKs亚家族基因(包括SnRK1s：OsK1a OsK24 OsK35和SnRK2s:SAPK6)的表达也显著增加。研究发现,外施低浓度蔗糖通过上调PC水稻种子中可溶性糖和可溶性蛋白含量,增强SnRK1s亚家族基因和外源C₄ pepc基因的表达,提高了α 淀粉酶活性,从而缓解了干旱胁迫对PC种子萌发的抑制。     

番茄SlWRKY31基因启动子的克隆与逆境应答模式分析

该研究以野生型番茄（Solanum lycopersicum）为材料,采用PCR技术克隆得到了番茄 SlWRKY31 基因起始密码子 ATG 上游启动子序列,并利用该启动子驱动 GUS基因在野生型番茄中表达,对获得的转基因番茄采用不同胁迫处理后进行GUS 染色和定量分析。结果表明：（1）序列分析显示,该启动子全长1 849 bp,含有多个与非生物胁迫和激素响应相关的顺式作用元件,主要包括热胁迫响应元件 HSE、干旱诱导响应元件 MBS、防卫和胁迫响应元件 TC rich repeats、创伤诱导响应元件 WUN motif、脱落酸（ABA）响应元件 ABRE 和水杨酸（SA）响应元件 TCA element。（2）实时荧光定量 PCR 结果显示,SlWRKY31 基因呈组成型表达模式,且在叶和果实中表达量较高,茎中较低;在NaCl、甘露醇、SA、ABA 和42 ℃ 高温的胁迫处理下,其表达量显著升高。（3）构建 SlWRKY31 启动子和 GUS 基因融合的植物表达载体,并通过农杆菌介导法将其转化野生型番茄,对获得的转基因番茄进行 GUS 组织化学染色分析结果显示,SlWRKY31 基因在番茄的各个组织（根、茎、叶、花、果实和种子）中均有表达,表明 SlWRKY31 启动子是组成型表达启动子。（4）对转基因番茄在不同胁迫处理后的 GUS 染色和定量分析显示,SlWRKY31 启动子显著受到NaCl、甘露醇、SA、ABA 和42 ℃ 高温的诱导表达,说明该启动子是一个可以响应多种逆境胁迫的诱导型启动子。     

草菇热激蛋白60基因(Vvhsp60)生物信息学分析及低温下的表达

【背景】生物受到温度胁迫时,热激蛋白被诱导并在短时间内大量产生,可以使受损的蛋白质恢复正常构象,增强生物对逆境胁迫的耐受性。【目的】初步探究草菇热激蛋白60(Vvhsp60)与低温耐受性的关系,为深入开展草菇不耐低温特性的遗传改良奠定理论基础。【方法】对Vvhsp60进行生物信息学分析,以低温敏感型草菇菌株V23及耐低温菌株VH3为实验材料,利用实时荧光定量PCR技术分析低温胁迫及热激诱导后在低温下草菇菌丝体中Vvhsp60基因的表达水平。【结果】草菇Vvhsp60编码蛋白不存在信号肽,不属于分泌蛋白,在线粒体和细胞质内发挥生物学作用,属于双向跨膜蛋白。低温处理显著提高了V23与VH3菌丝体中Vvhsp60基因的表达量,而且VH3中的表达量显著高于V23,推测Vvhsp60基因的表达量高可能有助于增强草菇对低温胁迫的耐受性。经热激处理后两菌株Vvhsp60基因的表达量显著高于各自未热激处理的对照组,表明热激处理可诱导Vvhsp60基因的表达。【结论】Vvhsp60与草菇低温耐受性相关,并且热激可以诱导Vvhsp60基因的表达。     

甘薯蔗糖转运蛋白的功能分析

甘薯(Ipomoea batatas)是重要的粮食和工业加工原料作物。蔗糖是植物体内碳水化合物长距离转运的主要形式,蔗糖转运蛋白(sucrose transporter,SUT)在植物的生长代谢中调控蔗糖的跨膜运输和分配,在韧皮部介导的源-库蔗糖运输和为库组织供应蔗糖的生理活动中起关键作用。本研究根据不同淀粉性状甘薯块根中差异表达的2个SUT基因转录本,进行cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA ends,RACE)克隆,获得IbSUT62788和IbSUT81616的全长cDNA序列;通过系统发育分析明确其分类;通过在本氏烟草(Nicotiana benthamiana)中瞬时表达明确其亚细胞定位;通过酵母功能互补系统鉴定IbSUT62788和IbSUT81616是否具有吸收、转运蔗糖和己糖的能力。通过实时荧光定量PCR(real-time fluorescence quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR)分析IbSU62788和IbSUT81616在甘薯各器官中的表达特征;通过蘸花法得到外源表达IbSUT62788和IbSUT81616基因的拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株,比较与野生型拟南芥的淀粉和糖含量的差异。结果表明,IbSUT62788和IbSUT81616分别编码505个和521个氨基酸的SUT蛋白,均属于SUT1亚家族。IbSUT62788和IbSUT81616均定位于细胞膜,在酵母系统中具有转运蔗糖、葡萄糖和果糖的能力。此外,IbSUT62788还具有转运甘露糖的能力。IbSUT62788在甘薯叶片、侧枝和茎中的表达量更高,IbSUT81616在侧枝、茎和块根中表达量更高。IbSUT62788和IbSUT81616在拟南芥中异源表达后,植株可以正常生长,但生物量增加。IbSUT62788的异源表达增加了拟南芥植株叶片可溶性糖含量、叶片大小和种子千粒重;IbSUT81616的异源表达增加了拟南芥植株叶片、根尖的淀粉积累量和种子千粒重,但减少了可溶性糖含量。本研究结果表明,IbSUT62788和IbSUT81616可能是调控甘薯蔗糖和糖含量性状的重要基因,在细胞膜上进行着蔗糖的跨膜运输、蔗糖进出库组织、韧皮部蔗糖的运输与卸载等生理功能,在拟南芥中异源表达造成的性状改变说明其在提高其他植物或作物产量中的应用潜力。本研究为揭示甘薯淀粉和糖代谢及重要品质性状形成机制提供了重要信息。     

Constitutive overexpression of the sucrose transporter SoSUT1 in potato plants increases arbuscular mycorrhiza fungal root colonization under high, but not under low, soil phosphorus availability

The sucrose transporter SUT1 functions in phloem loading of photoassimilates in solanaceous plant species. In the present study, wildtype and transgenic potato plants with either constitutive overexpression or antisense inhibition of SUT1 were grown under high or low phosphorus (P) fertilization levels in the presence or absence of the arbuscular mycorrhizal (AM) fungus Glomus intraradices. At a low soil P fertilization level, the extent of AM fungal root colonization was not different among the genotypes. In all plants, the AM symbiosis contributed significantly to P uptake under these conditions. In response to a high soil P fertilization level, all genotypes showed a decrease in AM fungal root colonization, indicating that the expression level of SUT1 does not constitute a major mechanism of control over AM development in response to the soil P availability. However, plants with overexpression of SUT1 showed a higher extent of AM fungal root colonization compared with the other genotypes when the soil P availability was high. Whether an increased symbiotic C supply, alterations in the phytohormonal balance, or a decreased synthesis of antimicrobial compounds was the major cause for this effect requires further investigation. In plants with impaired phloem loading, a low C status of plant sink tissues did apparently not negatively affect plant C supply to the AM symbiosis. It is possible that, at least during vegetative and early generative growth, source rather than sink tissues exert control over amounts of C supplied to AM fungi.     

Molecular characterization and expression patterns of sucrose transport-related genes in sweet sorghum under defoliation

Sucrose is the principal form of photosynthesis products, and long-distance transport of sucrose requires sucrose transporters (SUTs) to perform loading and unloading functions. SUTs play an important role in plant growth, development and reproduction. In this study, five unique sucrose transporter (SbSUT) genes that contain full-length cDNA sequences were cloned from sweet sorghum, and these SbSUT genes were clustered into four different clades: SUT1, SUT3, SUT4 and SUT5. Heterologous expression of SbSUTs in yeast demonstrated that they were functional sucrose transporters. Tissue-specific expression profiles showed that sorghum SUT genes had different tissue-specific expression patterns, suggesting that sorghum SUT genes may play an important role in plant growth and developmental processes. After defoliation, expression patterns of SbSUT1, SbSUT2 and SbSUT4 were different in leaf sheaths, leaves and roots. Taken together, the results indicate that the above mentioned five unique sucrose transporter genes may play important roles in performing sucrose loading and unloading functions and that they exhibit different expression in response to leaf blade removal.     

陆地棉GhCSN6A基因克隆及低磷胁迫下的表达

该研究基于陆地棉根部低磷胁迫基因表达谱芯片差异表达序列结果及基因组数据库，对表达差异序列ES816317进行克隆，利用生物信息学分析其核苷酸及蛋白序列，并通过qRT-PCR技术检测其组织表达模式和在低磷胁迫下的相对表达特征，为解析棉花GhCSN6A的生物学功能奠定基础，并为棉花磷高效基因工程育种提供基因资源。结果表明：(1)成功获得陆地棉GhCSN6A基因，该基因的开放阅读框全长为948 bp,编码315个氨基酸；GhCSN6A蛋白为COP9信号小体复合亚基6a,属于MOV34蛋白超家族，具有MPN＿CSN6结构域，定位于细胞核。(2)序列比对和进化分析显示，陆地棉GhCSN6A与木槿HsCSN6A、拟南芥AtCSN6A的相似性分别为95.87%和84.54%。(3)qRT-PCR分析表明，GhCSN6A基因在陆地棉的根、茎、叶、花中均有表达，且在叶中表达水平最高，但叶与根中的表达无显著差异；GhCSN6A基因在低磷处理24 h时根中相对表达量最低，但低磷处理72 h时根中的相对表达量最高达到了适磷(对照)处理的2倍。研究推测，陆地棉GhCSN6A基因在棉花响应低磷胁迫过程中具有重要作...     

Manipulation of sucrose phloem and embryo loading affects pea leaf metabolism,carbon and nitrogen partitioning to sinks as well as seed storage pools

Seed development largely depends on the long‐distance transport of sucrose from photosynthetically active source leaves to seed sinks. This source‐to‐sink carbon allocation occurs in the phloem and requires the loading of sucrose into the leaf phloem and, at the sink end, its import into the growing embryo. Both tasks are achieved through the function of SUT sucrose transporters. In this study, we used vegetable peas (Pisum sativum L.), harvested for human consumption as immature seeds, as our model crop and simultaneously overexpressed the endogenous SUT1 transporter in the leaf phloem and in cotyledon epidermal cells where import into the embryo occurs. Using this ‘Push‐and‐Pull’ approach, the transgenic SUT1 plants displayed increased sucrose phloem loading and carbon movement from source to sink causing higher sucrose levels in developing pea seeds. The enhanced sucrose partitioning further led to improved photosynthesis rates, increased leaf nitrogen assimilation, and enhanced source‐to‐sink transport of amino acids. Embryo loading with amino acids was also increased in SUT1‐overexpressors resulting in higher protein levels in immature seeds. Further, transgenic plants grown until desiccation produced more seed protein and starch, as well as higher seed yields than the wild‐type plants. Together, the results demonstrate that the SUT1‐overexpressing plants with enhanced sucrose allocation to sinks adjust leaf carbon and nitrogen metabolism, and amino acid partitioning in order to accommodate the increased assimilate demand of growing seeds. We further provide evidence that the combined Push‐and‐Pull approach for enhancing carbon transport is a successful strategy for improving seed yields and nutritional quality in legumes.     

杉木叶片、细根功能性状对毛竹扩张及伐除的响应

功能性状能够反映植物对不同环境的适应策略。毛竹扩张与外来植物入侵相似，常引起原有植物生存环境的改变，而原有植物功能性状对毛竹扩张及伐除的响应机制尚不清楚。选取毛竹-杉木混交林和去竹杉木林为研究对象，以杉木纯林为对照，比较分析杉木比叶面积、叶干物质含量、叶组织密度等叶功能性状以及比根长、细根生物量、细根根长密度等细根功能性状的变化以及其间的相关关系。结果表明：(1)与杉木纯林相比，混交林中杉木的叶相对含水量以及叶干物质含量分别减少了5.07%、0.032 g/g,叶组织密度以及比叶面积分别增加了0.005 g/cm³、10.33 cm²/g;而去竹杉木林中，杉木比叶面积、叶相对含水量减少，叶干物质含量和叶组织密度则呈上升趋势。(2)与杉木纯林相比，混交林中杉木细根生物量、细根体积密度以及细根根长密度都不断下降，而杉木细根比根长在0—20 cm土深处显著增加(P<0.05);而去竹杉木林中杉木细根比根长、细根根长密度和细根生物量则显著降低(P<0.05),细根体积密度在20—30 cm土深处有所增加。(3)杉木纯林中杉木细根功能性状间...     

Improving freezing tolerance of transgenic tobacco expressing sucrose: sucrose 1-fructosyltransferase gene from Lactuca sativa

Sucrose: sucrose 1-fructosyltransferase (1-SST) cDNA from Lactuca sativa, coding the enzyme responsible for lower degree polymers fructan biosynthesis, was cloned by RT-PCR and RACE methods. The 1-SST cDNA under the control of CaMV 35S promoter was introduced into tobacco by Agrobacterium-mediated leaf disc transformation protocol. Fructan synthesis in vitro and carbohydrate analysis showed that sense transgenic tobacco plant displayed sucrose: sucrose 1-fructosyltransferse activity. After freezing stress, significant increases in electrolyte leakage and malondialdehyde were found in the wild type and anti-sense transgenic plants, while no apparent differences were observed in sense transgenic plants. Meanwhile, water soluble carbohydrate, fructan and fructose of sense transgenic plants remarkably increased, compared with those of wild type and anti-sense plants. No significant difference was detected in superoxide dismutase activity between transgenic and wild type plants. The above results demonstrated that the expression of 1-SST gene improved the freezing resistance of transgenic tobacco plants.     

垂直方向磷素竞争对杉木根系生长及生物量分配的影响

针对自然环境中有效磷养分主要分布于土壤表层而容易导致植物根系激烈竞争的问题,选择同一杉木(Cunninghamia lanceolata)无性系幼苗为研究对象,采用水平方向空间狭小而垂直方向空间大的室内盆栽模拟装置,以单株种植为对照,构建双株种植的竞争处理,通过设置3个供磷水平:不供磷处理(0 mg/kg KH_2PO_4)、低磷处理(6 mg/kg KH_2PO_4)和正常供磷处理(12 mg/kg KH_2PO_4),采用破坏性试验方式收获,分别在试验的前期(50 d)、中期(100 d)和后期(150 d)测定不同处理条件下杉木幼苗根系生物量与根系形态的变化,研究邻株杉木根系在垂直方向上对有限磷素资源的竞争策略。结果表明:竞争处理和供磷水平对杉木幼苗根系长度、平均直径等形态指标的影响存在交互作用(P0.05),对杉木幼苗生物量分配、比根长等指标的影响均不存在明显的交互作用(P0.05)。竞争处理中杉木根系形态增量均明显高于非竞争处理的单株幼苗,且随着胁迫时间的增加,根系形态增量均呈现显著的上升趋势,其中在胁迫中期和后期的增量明显高于前期,且邻株竞争处理明显提高了杉木的比根长,提升了根系觅磷的能力;随着供磷水平的提高,根表面积和根体积增量大体上呈现先上升后下降的趋势。与非竞争处理相比,竞争条件下杉木地上部生物积累量差异不明显,而根系生物量、根冠比均低于非竞争处理的单株幼苗。     

GeSUT4 mediates sucrose import at the symbiotic interface for carbon allocation of heterotrophic Gastrodia elata (Orchidaceae)

Gastrodia elata, a fully mycoheterotrophic orchid without photosynthetic ability, only grows symbiotically with the fungus Armillaria. The mechanism of carbon distribution in this mycoheterotrophy is unknown. We detected high sucrose concentrations in all stages of Gastrodia tubers, suggesting sucrose may be the major sugar transported between fungus and orchid. Thick symplasm‐isolated wall interfaces in colonized and adjacent large cells implied involvement of sucrose importers. Two sucrose transporter (SUT)‐like genes, GeSUT4 and GeSUT3, were identified that were highly expressed in young Armillaria‐colonized tubers. Yeast complementation and isotope tracer experiments confirmed that GeSUT4 functioned as a high‐affinity sucrose‐specific proton‐dependent importer. Plasma‐membrane/tonoplast localization of GeSUT4‐GFP fusions and high RNA expression of GeSUT4 in symbiotic and large cells indicated that GeSUT4 likely functions in active sucrose transport for intercellular allocation and intracellular homeostasis. Transgenic Arabidopsis overexpressing GeSUT4 had larger leaves but were sensitive to excess sucrose and roots were colonized with fewer mutualistic Bacillus, supporting the role of GeSUT4 in regulating sugar allocation. This is not only the first documented carbon import system in a mycoheterotrophic interaction but also highlights the evolutionary importance of sucrose transporters for regulation of carbon flow in all types of plant‐microbe interactions.     

马尾松PmPGK1和PmGPIC基因的克隆和表达分析

为了解马尾松（Pinus massoniana）磷酸甘油酸激酶1（PGK1）与胞质溶胶葡萄糖磷酸异构酶（GPIC）的功能，采用RACE技术克隆了PmPGK1和PmGPIC基因，并进行了生物信息学分析与亚细胞定位，采用实时荧光定量PCR技术分析PmPGK1和PmGPIC的表达特性。结果表明，PmPGK1和PmGPIC全长为2 106和1 848 bp，分别编码507和566个氨基酸。PmPGK1和PmGPIC分别定位于叶绿体和胞质溶胶。PmPGK1表达量为新叶 > 老叶 > 新茎 > 根 > 花；而PmGPIC为老叶 > 花 > 新叶 > 新茎 > 根。低温胁迫24 h，PmPGK1和PmGPIC的表达量均随时间延长先降低后升高，且PmGPIC的表达量在处理2 h后即降至较低水平；高浓度CO₂胁迫24 h，PmPGK1的表达量随时间延长呈降低-升高-再降低的变化趋势，PmGPIC的表达下调但变化较不显著。因此，推测PmPGK1主要参与卡尔文循环及叶绿体/质体糖酵解，PmGPIC主要参与细胞质基质糖酵解；PmPGK1、PmGPIC活性在低温胁迫下均受抑制；PmPGK1活性在CO₂胁迫下受到显著抑制，而PmGPIC活性的影响不大。