Genetic basis of kernel nutritional traits during maize domestication and improvement

The nutritional traits of maize kernels are important for human and animal nutrition, and these traits have undergone selection to meet the diverse nutritional needs of humans. However, our knowledge of the genetic basis of selecting for kernel nutritional traits is limited. Here, we identified both single and epistatic quantitative trait loci (QTLs) that contributed to the differences of oil and carotenoid traits between maize and teosinte. Over half of teosinte alleles of single QTLs increased the values of the detected oil and carotenoid traits. Based on the pleiotropism or linkage information of the identified single QTLs, we constructed a trait–locus network to help clarify the genetic basis of correlations among oil and carotenoid traits. Furthermore, the selection features and evolutionary trajectories of the genes or loci underlying variations in oil and carotenoid traits revealed that these nutritional traits produced diverse selection events during maize domestication and improvement. To illustrate more, a mutator distance–relative transposable element (TE) in intron 1 of DXS2, which encoded a rate‐limiting enzyme in the methylerythritol phosphate pathway, was identified to increase carotenoid biosynthesis by enhancing DXS2 expression. This TE occurs in the grass teosinte, and has been found to have undergone selection during maize domestication and improvement, and is almost fixed in yellow maize. Our findings not only provide important insights into evolutionary changes in nutritional traits, but also highlight the feasibility of reintroducing back into commercial agricultural germplasm those nutritionally important genes hidden in wild relatives.     

中国缺齿藓科新记录种——冻原丝瓜藓(新拟,Pohlia tundrae A. J. Shaw)

冻原丝瓜藓(Pohlia tundrae)在北美被首次描述,随后在欧洲中部、俄罗斯远东地区和西伯利亚西北部也相继报道。最近,作者在西藏林芝也发现了冻原丝瓜藓的分布。该文详细描述了冻原丝瓜藓的形态结构特征,提供了显微形态学照片,并对其生境、地理分布以及与相似种的形态学进行了比较讨论。凭证标本存放于中国农业大学标本馆(BAU)。     

金鱼草AmPDS基因克隆及调节类胡萝卜素合成功能分析

八氢番茄红素脱氢酶(phytoene desaturase,PDS)是类胡萝卜素进行生物合成途径中的关键酶。为了深入探究金鱼草PDS基因的功能,该研究以‘马里兰’金鱼草(Antirrhinum majus‘Maryland True Pink’)为材料,对其PDS基因(AmPDS)全长序列及蛋白结构进行分析,并克隆了AmPDS基因片段;采用qRT-PCR技术检测AmPDS基因在不同时期及部位的相对表达水平,利用VIGS技术验证AmPDS基因功能,用紫外分光法测定叶片中各类色素含量。结果显示:(1)成功克隆AmPDS基因片段(500 bp);AmPDS基因cDNA全长1743 bp,编码580个氨基酸;其蛋白分子量为64.75 kD,理论等电点6.66;同源比对分析显示AmPDS基因与芝麻(Sesamum indicum)的序列相似性最高。(2)qRT-PCR分析表明,AmPDS基因在全株均有表达,且在全盛期花朵的上瓣和叶片中表达量最高。(3)构建pTRV2-AmPDS载体,建立了金鱼草的VIGS沉默体系,AmPDS基因沉默效率约为53%,与阴性对照相比叶片中各类色素含量均显著降低。研究认为,AmPDS基因是金鱼草类胡萝卜素生物合成途径中的关键基因,可作为金鱼草VIGS沉默体系的指示基因,为后续研究金鱼草其他基因功能奠定基础。     

桦木酸对人胃癌SGC-7901细胞增殖的影响*

目的:利用不同浓度的桦木酸对人胃癌SGC-7901细胞增殖的影响。方法:桦木酸设4个不同浓度(0、10、20、30 μg/ml),并采用常规化疗药物5-Fu处理作为阳性对照,以探究其对细胞增殖的影响。采用台盼蓝拒染法和吉姆萨染色法分别检测桦木酸对人胃癌SGC-7901细胞生长抑制率及克隆形成率;EdU法检测SGC-7901的细胞增殖;利用流式细胞术检测细胞周期, 应用qRT-PCR和Western blot分别检测细胞周期蛋白cyclin D1,cyclin B1的mRNA和蛋白表达水平。结果:不同浓度的桦木酸处理人胃癌SGC-7901细胞48 h后,其细胞生长抑制率显著升高(P＜0.05),克隆形成率和细胞增殖率均明显降低(P＜0.01),且呈剂量和时间依赖性;人胃癌SGC-7901细胞被阻滞在G1/G0期,细胞周期蛋白cyclin D1和cyclin B1的mRNA和蛋白表达量也随桦木酸浓度升高而显著降低(P＜0.01)。且与5-Fu对照组相比,桦木酸浓度为20 μg/ml和30 μg/ml时,细胞增殖能力明显降低,细胞周期被抑制,细胞周期蛋白表达量均明显降低(P ＜0.05)。结论:桦木酸通过下调cyclin B1和cyclin D1基因表达,将人胃癌SGC-7901细胞阻滞在G1/G0期,从而抑制细胞增殖。     

树木非结构性碳水化合物含量多时空尺度变化特征及其影响因素研究进展

非结构性碳水化合物(NSC)是树木生长和代谢的重要物质,对树木适应环境变化等具有重要作用。从时间尺度来看,受树木自身生长和碳储存策略影响,其NSC含量在年际尺度上变化不大。各个气候区树木NSC含量主控因素不同,其在季节尺度上差异明显。从空间尺度来看,在全球或大陆尺度上,受水热梯度影响,树木NSC含量随纬度降低总体下降,但变化不显著。而在地区尺度上,因水热梯度减小,采样频率低,树木NSC含量随纬度降低呈相反趋势。受树种特性及区域微生境影响,树木NSC含量随海拔升高的变化更加复杂。树木NSC含量在不同时空尺度的波动受多个生物和非生物因素影响。光合产物合成、呼吸作用消耗以及生长之间的权衡,决定了树木NSC含量的变化动态。不同研究方法各异,使得树木NSC含量在多时空尺度结论存在很大的不确定性。未来需要统一样品采集与分析标准,提高研究结果的可比性,并从整株入手,对不同树种及各个龄级的树木NSC含量在多时空尺度上进行测定,探讨NSC储存、转化与分配在树木生长和存活过程中的重要作用及其意义。     

未来气候变化情景下河南省粮食安全气候承载力评估

为探究未来气候变化对河南省粮食生产的影响,基于夏玉米和冬小麦两种主粮作物的生产潜力和气候资源承载力,结合1961—2017年河南省111个气象站的观测数据以及区域气候模式输出的2041—2080年RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下的气象资料,采用农业生态区域法(AEZ模型)计算了河南省气候生产潜力及其变化特征,并根据不同生活水平下的粮食需求指标,分析了河南省的气候承载力和剩余空间。结果表明: 1961—2017年,河南省夏玉米气候生产潜力平均为18408.87 kg·hm^-2,表现为中东部高、西部低;与基准时段(1981—2010年)相比,RCP4.5和RCP8.5情景下分别下降13.0%和8.0%,高值中心由豫东地区向豫西南地区转移。1961—2017年,冬小麦气候生产潜力平均值为10889.79 kg·hm^-2,呈中部高、北部低;与基准时段相比,RCP4.5和RCP8.5情景下分别减少18.6%、21.7%。当前,在温饱水平和小康水平粮食需求条件下,最大气候资源承载力分别平均养活人口2.52亿和1.83亿。2070s(2071—2080年)最大气候资源承载力平均养活人口有所减少,与基准时段相比,RCP4.5情景下小康水平和温饱水平分别下降9.7%和18.4%,RCP8.5情景下小康水平和温饱水平分别下降7.7%和16.6%。当前气候条件下,河南省气候资源相对剩余率在-93.0%～356.9%,与基准时段相比,未来气候资源相对剩余率减少近40%。     

色季拉山不同腐解等级华山松倒木上的苔藓植物组合

倒木是森林生态系统维持健康和更新的重要组成部分, 在倒木不同腐解阶段, 倒木上定植的苔藓植物组合的差异尚不清楚。为深入探讨倒木上苔藓植物组合变化规律及其影响因素, 该文对西藏色季拉山同一地点不同腐解程度的4株华山松(Pinus armandii)倒木上的苔藓植物进行了样方调查和数据分析。结果表明: 4株倒木上40个样方共有苔藓植物22科52种, 其中藓类13科38种, 苔类9科14种; 以恒有优势种为特征进行划分, 共得到14个物种组合。随着倒木腐解程度加大以及周围环境的不断改变, 生长其上的苔藓植物物种多样性逐渐增加, 但组合数量和苔藓总盖度却呈现先增大后减小的趋势。苔藓物种由耐旱性强的丛生型藓类, 如木灵藓科、白发藓科, 逐渐演替为喜阴湿环境、快速生长的垫状或毯状藓类, 如提灯藓科、羽藓科和青藓科。倒木苔藓植物组合空间结构复杂程度逐渐增大。倒木是多种苔藓植物选择的重要生长基质, 其上苔藓植物受倒木的腐解程度、水分和光照等条件的影响而发生相应的物种组合变化。     

豚鹿MHC-DOA基因克隆及其外显子2遗传多样性研究

主要组织相容性复合物(MHC)在脊椎动物的免疫系统中起着重要的作用,MHC-DOA基因是MHCⅡ类的非经典基因,其外显子2多态性丰富。豚鹿Axis porcinus是我国极度濒危的动物。本研究以成都动物园圈养的38头豚鹿为研究对象,提取豚鹿血液总RNA,反转录合成cDNA为模板,利用PCR方法克隆到豚鹿MHC-DOA序列;同时利用PCR方法扩增38头豚鹿的MHC-DOA基因外显子2基因并测序,再进行多态性分析。结果显示:豚鹿MHC-DOA基因开放阅读框长753 bp,编码250个氨基酸残基;蛋白质同源性分析表明,豚鹿MHC-DOA基因与东欧马鹿Cervus elaphus hippelaphus的同源性最高(98.4%);38头豚鹿的MHC-DOA外显子2共有10种单倍型,整体遗传多样性水平中等;MHC-DOA外显子2部分序列中发生了核苷酸的缺失和插入,进而引起DOA蛋白序列发生改变。豚鹿MHC-DOA多态性的研究对豚鹿种群遗传结构调查、遗传资源的保护具有重要意义。