簸箕柳SPL基因家族分析

【目的】确定SPL基因家族在不同物种之间的选择性保留和丢失情况,为后续研究被子植物花发育提供参考。【方法】通过在拟南芥(Arabidopsis thaliana)、毛果杨(Populus trichocarpa)、簸箕柳(Salix suchowensis)、葡萄(Vitis vinifera)、番木瓜(Carica papaya)、水稻(Oryza sativa)6种被子植物基因组中查找SPL结构域,寻找6个物种的SPL同源序列。对所找到的SPL序列进行BLASTN比对鉴定同源基因类型。使用自编Perl脚本结合KaKs_Calculator计算SPL同源基因的非同义突变(K_a)以及同义突变(K_s)值,采用共线性分析确定该基因家族的复制和扩张方式。【结果】在6种被子植物基因组中,共发现120个SPL基因。根据种内和种间旁系同源、直系同源基因以及这些同源基因选择压的计算显示:杨柳科SPL同源基因最多,共有旁系同源基因24对,直系同源基因50对; 番木瓜没有旁系同源基因。6个物种中,木本植物比草本植物直系同源基因更多,双子叶植物比单子叶植物直系同源基因更多; 所有旁系同源和直系同源基因的K_a/K_s值均小于1。系统发育树的分析结果与基因同源性分析基本吻合,证明了这两种分析方法具有较高的可靠性。此次研究选取了簸箕柳同一植株上开花和不开花的枝条进行了转录组测序分析,差异表达分析发现了1个SPL基因(willow_GLEAN_10025160)在两种枝条的转录组中表达差异显著(P≤0.01),其在开花枝条中的表达量显著高于未开花枝条,该基因被选为SPL基因家族中参与簸箕柳开花调控的候选基因。【结论】通过对6个物种SPL基因家族的分析,发现6个物种中所有直系同源和旁系同源基因都经历了纯化选择(K_a/K_s<1),基因功能保守。这6个物种除了经历过全基因组复制事件,还发生过大规模的基因丢失或者通过其他方式产生的基因扩张,阐明了它们在进化历史上的复制事件及SPL基因在不同物种中的选择性保留与丢失情况,为进一步研究其在调控簸箕柳开花中的作用提供了有力证据。     

杨树GABA支路3个基因家族的鉴定和表达分析

【目的】 γ-氨基丁酸(GABA)与植物的生长发育有着密切的联系。结合前期对GABA抑制杨树不定根发育的研究,对GABA支路基因家族的特征和表达模式进行研究,为进一步解释其在不定根发育中的作用奠定基础。【方法】从银白杨(Populus alba)×P. glandulosa ‘84K’(‘84K’杨)基因组中鉴定出GABA支路的PopGAD、PopGABA-T和PopSSADH 3个基因家族成员,并利用生物信息学方法分析其特征,以及与其他物种相关基因家族的亲缘关系;利用qRT-PCR研究外源GABA及其降解抑制剂vigabatrin(VGB)对各基因表达的影响。【结果】①PopGAD、PopGABA-T和PopSSADH 3个基因家族成员数量依次为6、2和2个,启动子序列中主要包含与光、激素和环境等响应相关元件。②系统进化分析表明,PopGAD家族中PopGAD6与家族其他成员亲缘关系较远;PopGABA-T和PopSSADH家族中的两个基因成员亲缘关系较近。③基因表达分析表明,不定根生长过程中GABA支路基因总体上在根中表达量高于茎和叶。外源GABA或VGB处理对PopGAD和PopGABA-T两个基因家族成员在根、茎和叶中的表达量影响程度不同,但对 PopSSADH基因家族的表达则无明显影响。【结论】 GABA支路3个基因家族在‘84K’杨树响应光、激素和环境胁迫等方面具有重要作用。外源GABA和VGB处理对PopGAD和PopGABA-T家族成员的影响较大,并且均在根中表达量最高,表明这两个基因家族在不定根生长过程中发挥着重要调控功能。这为深入解析GABA在树木不定根发生中的作用机制奠定了基础。     

团花树NcIRX9基因在木聚糖生物合成中的功能保守性

【目的】木聚糖是双子叶植物中次生壁半纤维素的主要成分,在维持植物次生壁的完整性和植物生长方面有重要作用。在木本植物中,木聚糖对木材性质和生物质能源的利用有重要影响。本研究探索我国南方速生树种团花树NcIRX9基因及其在木聚糖合成中的功能。【方法】结合生物信息学方法,分析团花树NcIRX9亲缘关系和蛋白质结构;构建 YFP( 黄色荧光蛋白) 融合蛋白,观察其亚细胞定位;通过qRT-PCR分析团花树NcIRX9基因的表达特性及组织特异性;通过切片显微观察、化学免疫、单糖分析及H¹-NMR分析团花树NcIRX9基因在拟南芥突变体irx9体内的功能。【结果】团花树NcIRX9在进化上保守,其N端存在一个信号肽,定位于高尔基体内,与拟南芥AtIRX9密切相关。NcIRX9基因在根、茎、叶、木质部、韧皮部均有表达,且在木质部中的表达量较高。互补分析表明NcIRX9能部分互补拟南芥突变体irx9表型,是AtIRX9的直系同源基因。此外,本研究还表明在拟南芥突变体irx9过度表达NcIRX9木糖含量升高,侧链信号增强,与此同时还原末端侧链信号增强。【结论】团花树NcIRX9基因行使与拟南芥AtIRX9相似的生物学功能,与木聚糖的合成密切相关。     

被子植物中核糖体失活蛋白基因家族分子进化研究

利用34种具有全基因组数据的代表植物,通过生物信息分析方法,深入挖掘和分析不同植物类群基因组中RIPs基因家族的成员构成,推测其可能的扩增方式和功能分化,并探讨了该基因家族在植物中的总体进化趋势.采用BLAST和HMMsearch两种检索方法共鉴定出79个RIPs基因家族成员;通过序列比对和系统进化树的构建,发现RIPs在单双子叶中存在双起源,RIPs在两者分化之前就已存在.它们可能为适应复杂的环境而出现在早期陆生植物中,随后在长期进化过程中不断发生谱系的扩张和拷贝丢失,最后通过功能分化在不同植物中保留下来,其在被子植物进化的过程中有物种特异性的重复.     

毛果杨苯丙氨酸解氨酶活性比较及肉桂酸制备

【目的】苯丙氨酸解氨酶(PAL)在苯丙烷代谢途径中具有重要作用,PtrPAL基因的挖掘、酶学性质分析和应用为毛果杨苯丙烷代谢途径的研究和肉桂酸(t-ca)合成提供参考。【方法】基于基因组注释信息,挖掘毛果杨PtrPAL基因,进行原核表达和酶学性质分析。以L-苯丙氨酸(L-Phe)为底物,通过全细胞催化合成t-ca。【结果】通过挖掘毛果杨基因组得到了5个PtrPAL基因,系统发育树分析表明其在进化上分为两组。PtrPAL3和PtrPAL4来自不同进化分支,选取其进行原核表达和酶学性质分析。镍柱纯化后的重组蛋白rePtrPAL3和rePtrPAL4最适温度分别是55 ℃和60 ℃,最适pH分别是8.5和8.0,比酶活分别为3.363和3.381 U/mg,且均具有微弱的酪氨酸解氨酶活力。重组蛋白的动力学分析表明,rePtrPAL3对L-Phe的亲和力更高。将rePtrPAL3应用于L-Phe脱氨生产t-ca,全细胞催化7 h可产生104 mmol/L t-ca。【结论】具有不同转录特异性的两种rePtrPAL酶学性质接近,但rePtrPAL3表现出更高的催化效率,更适合用于t-ca的生物合成。而且,其产量高于文献报道的28 mmol/L水平,具有良好的应用潜力。     

拟南芥、水稻和杨树ACTIN家族全基因组分析

鉴定了覆盖拟南芥、水稻和杨树3种模式植物全基因组的20个拟南芥、18个水稻、22个杨树ACTIN蛋白基因,对其染色体定位、基因结构、基因复制等进行了综合分析.并在系统进化分析基础上,将ACTIN基因家族分为12个亚家族,有助于揭示植物ACTIN基因家族的进化历史,为后续ACTIN基因家族的功能提供线索,对研究植物ACTIN基因家族功能和进化上的多样性提供理论基础.     

山新杨蔗糖合酶基因PCR介导的重组现象研究

【目的】山新杨(Populus davidiana×P. bolleana)是林木基因工程育种基础和应用研究的良好材料;以山新杨蔗糖合酶基因(PdbSUS)为例研究聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)过程介导的重组现象,在此基础上区分每一个PdbSUS基因的两种单倍型,为后续研究提供准确的序列信息,并为判断木本植物基因真实的单倍型遗传信息提供参考。【方法】分别采集番茄(Lycopersicon esculentum)和山新杨新鲜嫩叶,以番茄基因组为内参,利用流式细胞仪测定山新杨基因组大小及其倍性水平。参考毛果杨(P. trichocarpa)蔗糖合酶序列设计引物,分别以山新杨基因组DNA和cDNA为模板进行同源克隆,将PCR扩增产物回收纯化,连接测序载体并转化大肠杆菌感受态细胞,挑取阳性克隆进行菌液PCR验证,将整合有外源片段的转化子进行一代测序。利用SnapGene及DNAMAN软件对测序结果进行分析比对。【结果】山新杨为二倍体植物,获得了7个PdbSUS基因的全长序列,并分别在基因组和转录水平鉴定出每个基因的两种单倍型序列。同时,检测到PCR介导的重组现象并通过限制性酶切多态性(RFLP)进行了验证。在测序的209个克隆中,发现有18个含有嵌合产物,占比8.6%,不同基因产生嵌合产物的概率为0~33.3%。检测到的嵌合产物均来自同一个位点的不同等位基因之间发生重组,未发现不同蔗糖合酶基因之间发生重组的现象。【结论】PCR介导的重组是PCR反应过程中能够衍生重组分子的一种高频事件,该现象可能是由于引物延伸不完全或聚合酶模板转换导致。在利用PCR技术克隆木本植物或其他基因组杂合度较高物种的基因时,需识别产物中重组分子才能够准确区分单倍型的遗传信息。     

3个茶树品种WOX基因家族的进化及密码子偏好性比较

【目的】WOX基因家族在模式植物组织培养中扮演着重要的分子调控角色。非模式植物WOX基因家族的系统发育和密码子使用偏好性研究有助于探索遗传进化规律和基因表达特征,进而为其转基因体系构建提供指导。【方法】利用生物信息学方法在3个茶树品种全基因组数据中鉴定WOX基因;通过ClustalX 2.1和MEGA X软件探索它们的进化规律。运用Perl语言、Codon W 1.4.2程序和SPSS 23.0等软件分析3个茶树品种WOX基因编码序列,探究它们的密码子使用偏好模式;基于ENc-GC_3s、PR2分析和中性分析结果解析影响密码子偏好的主要因素。【结果】共鉴定出42个WOX成员,其中‘云抗10号’(CSA)11个,‘舒茶早’(CSS)18个,‘云南野生古茶DASZ’(DASZ)13个,系统发育揭示3个茶树品种WOX基因在进化上存在较强的保守性。密码子偏好性分析揭示,3个茶树品种WOX基因密码子都偏好使用A/T和以A/T结尾;CSA和DASZ的WOX基因密码子使用模式相似,表明两者亲缘关系较近;以CSA和CSS作为转基因受体时,3个茶树品种WOX基因中个别密码子需优化;烟草是3个茶树品种WOX基因的最佳异源表达受体;ENc-GC_3s绘图、PR2分析和中性分析表明自然选择是影响3个茶树品种WOX基因密码子使用偏倚的主要因素。【结论】3个茶树品种WOX基因进化上较保守,密码子偏好使用A/T和以A/T结尾,且密码子偏好原因主要是自然选择;揭示出转茶树时密码子的优化信息和烟草为最佳异源表达受体的结果。     

山桐子IpSAD基因家族分析及功能鉴定

【目的】硬脂酰-ACP Δ⁹脱氢酶(stearoyl-ACP Δ⁹ desaturase,SAD)是决定脂肪酸组成的关键酶,分离和鉴定木本油料植物山桐子(Idesia polycarpa)的SAD基因,可为遗传改良山桐子油的脂肪酸组成提供基因资源。【方法】 使用 HMM 和 Blastp 鉴定山桐子全基因组中的SAD家族成员;利用MEGA X、MEME和PlantCare等在线软件对其蛋白质理化性质、系统发育关系、基因结构、保守基序和启动子顺式调控元件等进行分析;使用MCSCANX分析山桐子和毛果杨SAD基因之间的共线性关系;基于RNA-seq数据,分析IpSAD各成员的表达模式,通过病毒诱导的基因沉默技术(virus induced gene silencing,VIGS)快速验证它们的生物学功能。【结果】 ①在山桐子基因组中共鉴定到7个IpSAD基因(IpSAD1~7),多重序列比对结果显示各成员间序列相似度较高且结构域保守;②系统发育分析表明,IpSAD成员可以分为3个亚组,与拟南芥SAD家族的分类结果一致,拟南芥单不饱和油酸合成关键基因AtSSI2与山桐子IpSAD2、IpSAD3、IpSAD4的亲缘关系较近;③启动子区域顺势调控元件预测结果显示IpSAD基因的启动子含有光反应、脱落酸响应等顺式调控元件;④IpSAD基因按其组织表达模式可分为3类,第1类和第2类成员在大部分组织中表达量较低,而第3类成员在所有组织中表达量均较高。⑤沉默IpSAD基因使叶片的油酸含量显著降低,其中IpSAD3的沉默可使油酸含量下降76%。【结论】 明确了IpSAD家族各成员的基本特征,确定了它们对于油酸合成的生物学功能,并为山桐子油脂生物合成调控机制研究奠定了基础。     

马尾松PmCBL3基因的克隆及其表达分析

【目的】为明确马尾松(Pinus massoniana)CBL基因结构特征及干旱胁迫下的表达特性,探讨该基因在马尾松抗旱调控过程中的生物学功能。【方法】以马尾松优良家系为试材,采用RT-PCR和RACE方法克隆马尾松CBL基因全长cDNA,运用生物信息学方法,分析其蛋白质性质和亲缘关系,利用荧光定量PCR分析干旱胁迫下的基因表达特性。【结果】获得马尾松的一个CBL同源基因,命名为PmCBL3,该基因cDNA序列全长1 035 bp,包括681 bp的完整开放阅读框,编码226个氨基酸。PmCBL3蛋白含4个EF-hand功能域,且相邻EF-hand功能域之间的氨基酸数目非常保守,属于EFh家族蛋白。系统进化分析表明:该蛋白与其他植物CBL同源性达62%～98%,其中与北美云杉(Picea sitchensis)CBL亲缘关系最近。qRT-PCR结果显示,PmCBL3在马尾松根中表达量最高,茎和叶次之; 干旱第15天表达量最大,随干旱胁迫加剧,表达量逐渐降低。【结论】PmCBL3基因属于CBLs家族,与北美云杉亲缘关系最近。该基因响应干旱胁迫,推测其可能参与马尾松干旱逆境的应答调控。     

伴矿景天WRKY基因家族鉴定及镉胁迫响应分析

【目的】WRKY转录因子在植物响应非生物胁迫过程中发挥着重要的调控作用,目前超积累植物伴矿景天(Sedum plumbizincicola) WRKY转录因子的研究较少。进行SpWRKY基因家族的全基因组鉴定及其在镉胁迫下的表达模式分析可为后续SpWRKYs基因克隆和耐镉功能分析提供参考。【方法】对伴矿景天WRKY基因家族进行全基因组鉴定和生物信息学分析,利用转录组数据和qRT-PCR技术检测WRKY基因在镉胁迫下的表达模式并进行转基因拟南芥耐镉性的分析。【结果】伴矿景天基因组中共鉴定出77个SpWRKYs,非均匀地分布在各条染色体上;系统进化树分析发现,伴矿景天WRKY成员被分成3大类群(Ⅰ—Ⅲ),第Ⅱ类群又被分成5个亚群(Ⅱa—e);共线性分析发现,伴矿景天WRKY基因家族和拟南芥(Arabidopsis thaliana)之间存在7个共线基因对,和玉吊钟(Kalanchoe fedtschenkoi)之间存在53个共线基因对;SpWRKYs基因之间存在19个片段复制基因对;启动子序列分析发现,SpWRKYs启动子有多种与激素和逆境响应等相关的顺式调控元件;镉胁迫表达分析发现,7个...     

东北东部山区主要树种枝条及其组分水力特征

【目的】针叶树种和阔叶树种木质部孔性特征的分化,导致两个功能类群在水力学结构上存在显著差异,分析针叶与阔叶树种枝条及其组分间导水率对比特征,了解树木枝-叶水力传导机制。【方法】以东北温带森林中常见的3种针叶树种红松(Pinus koraiensis)、红皮云杉(Picea koraiensis)、兴安落叶松(Larix gmelinii)和4种阔叶树种白桦(Betula platyphylla)、五角槭(Acer mono)、春榆(Ulmus japonica)、蒙古栎(Quercus mongolica)为研究对象,利用高压流速仪(HPFM)的准稳态法,测定枝条的整枝(K_wb)、茎段(K_b)、叶片(K_lb)和叶柄导水率(K_p),并分别计算基于叶面积和叶质量的整枝(K_wb-area和K_wb-mass)、茎段(K_b-area和K_b-mass)、叶片导水率(K_lb-area和K_lb-mass)。比较同一树种枝条水力阻力分配以及不同树种同一组分间导水率差异,并探索标准化后的枝条及其组分导水率与叶性状[包括比叶质量(LMA)和叶干物质含量(LDMC)]的关系。【结果】①红松的K_lb约是K_b和K_wb的4倍,针叶阻力(R_lb)仅占枝条总水力阻力(R_wb)的20%;其余树种K_lb和K_wb差异不显著,并显著低于K_b,R_lb占R_wb的61%~80%,茎段阻力(R_b)占R_wb的20%左右,叶柄阻力(R_p)占R_wb不足10%。② 不同材性树种K_lb-area表现为无孔材最高、散孔材和环孔材树种相似,阔叶K_lb-area显著低于针叶。不同材性或叶习性树种间K_wb-area或K_b-area均无显著差异。③ K_lb-area、K_wb-area和K_b-area与比叶质量(LMA)、干物质含量(LDMC)均正相关,其中K_lb-area与两者相关极显著(P<0.01);K_lb-mass、K_wb-mass和K_b-mass与LMA、LDMC均为负相关,K_lb-mass与两者相关不显著。【结论】除了红松,其余6个树种均可采用枝条或带叶柄的叶片代替叶片导水率数据。针叶导水率高于阔叶,一定程度上弥补了针叶树种木质部输水效率低的限制。对针叶树种采用枝条代替K_lb-area分析与叶性状的关系需慎重,基于单位叶质量的枝条及其组分导水率指标,能够如实反映针阔叶树种叶导水率与叶性状的关系。     

基于CRISPR/Cas9的毛果杨bHLH106转录因子的功能研究

目的 采用CRISPR/Cas9基因编辑系统创制毛果杨(Populus trichocarpa)bHLH106(Basic Helix-Loop-Helix 106)基因的突变体,分析植株的表型特征,初步揭示PtrbHLH106基因在毛果杨木材形成过程中的功能。方法 基于前期对毛果杨野生型(WT)茎干的不同细胞类型(形成层、木质部和韧皮部细胞)RNA-seq数据,克隆得到一个在形成层及木质部较高表达的bHLH基因PtrbHLH106。采用CRISPR/Cas9基因编辑技术创制毛果杨PtrbHLH106的功能缺失突变体。对生长60、90、120 d的毛果杨ptrbhlh106突变体和WT植株进行表型观察;对生长120 d的植株各茎节进行石蜡切片,利用甲苯胺蓝染色观察并进行细胞统计分析。结果 获得毛果杨ptrbhlh106突变体;与WT相比,突变体植株的株高、地径无明显差异;在整个测量的生长周期中,第8茎节长度有缩短的趋势,茎节数量有增加的趋势;形成层细胞层数有增加的趋势但差异不显著,导管细胞孔径显著增大,纤维细胞数量显著减少。结论 ptrbhlh106突变体与WT植株在导管孔径和纤维细胞数量上存在差异,初步证明PtrbHLH106基因参与了调控毛果杨次生木质部的发育。     

假俭草EoNLA基因克隆与其转基因拟南芥在不同磷水平下的表型鉴定

【目的】磷元素是植物必需的大量营养元素,在植物的生长发育中必不可少。NLA(nitrogen limitation adaptation)蛋白是一种RING型E3泛素连接酶,参与磷转运蛋白的泛素化调控,在植物体的磷素平衡调节方面发挥重要作用。以假俭草这类天然适应低磷土壤条件的植物为研究材料,通过研究假俭草EoNLA的磷高效转运分子机制,为草坪草适应酸性土壤生境的磷高效转运分子育种和栽培调控提供理论依据。【方法】通过RACE方法克隆获得EoNLA基因,应用生物信息学分析确定基因的全长序列及编码氨基酸序列,采用原生质体瞬时表达体系确定EoNLA蛋白膜定位;通过qRT-PCR方法分析EoNLA基因低磷诱导下的表达模式,并通过农杆菌介导转化拟南芥进行基因功能鉴定。【结果】EoNLA基因序列全长1 353 bp,编码一个长度为331个氨基酸的蛋白。该蛋白具有NLA蛋白典型的RING结构域和SPX结构域,EoNLA蛋白定位于细胞膜,EoNLA基因在根组织的表达量显著高于在茎和叶的表达。【结论】EoNLA基因具有根组织表达特异性,且基于拟南芥转基因植株进行的功能鉴定,进一步显示EoNLA基因具有磷素调控相关的功能。     

无花果栽培品种遗传多样性分析及SSR指纹图谱构建

【目的】近几年国内引进了很多的无花果新品种,但是仅依靠表型性状不能准确地区分相似品种,因此从DNA分子水平上进行无花果品种的分类和鉴定。【方法】利用SSR分子标记技术对30个无花果品种进行遗传多样性分析和DNA指纹图谱构建。【结果】7对SSR引物在30个无花果品种中共扩增得到了24条清晰条带,平均观察等位基因数(N_a)为3.43、有效等位基因数(N_e)为3.025 6、Shannon信息指数(I)为1.126 6,多态性信息含量指数(PIC)变化从0.682 8到0.892 5,平均为0.816 4。遗传相似系数在0.291 7～1.000 0之间,平均相似系数为0.629 4,表明实验的品种间存在差异。在相似系数为0.59时将30个无花果品种分为4类。同时构建了30个无花果品种的SSR指纹图谱。【结论】基于SSR分子标记技术建立起来的无花果指纹图谱能够有效区分无花果相似品种,可以为无花果新品种的选育和品种鉴定提供科学依据。     

基于CRISPR/Cas9的毛果杨PtrHBI1基因功能解析

目的 利用CRISPR/Cas9系统创制毛果杨PtrHBI1功能缺失突变体,初步解析该转录因子在木材形成过程中的功能,为利用基因工程手段培育制浆造纸优良性状的林木新品种提供新思路。方法 以毛果杨(Populus trichocarpa)为研究材料,根据激光显微切割技术捕获的野生型毛果杨不同细胞类型(形成层、木质部和韧皮部)RNA-seq数据,筛选得到1个bHLH家族转录因子PtrHBI1,利用毛果杨木质部原生质体系统对该基因进行亚细胞定位分析,采用原位杂交技术分析PtrHBI1组织特异性表达,采用CRISPR/Cas9技术创制毛果杨ptrhbi1突变体。对ptrhbi1突变体进行生长表型分析,利用石蜡切片对茎段横切面的各细胞类型进行形态分析,利用Klason酸水解法检测突变体木质素含量,使用高效液相色谱测定突变体纤维素和半纤维素含量。结果 亚细胞定位显示PtrHBI1基因定位于细胞核,原位杂交结果表明PtrHBI1主要在形成层和木质部表达。通过CRISPR/Cas9创制的毛果杨ptrhbi1突变体株高显著增加,茎节数和地径在一定时期显著大于野生型。此外,突变体的导管孔径显著增大,纤维细胞数量显著减少。导管细胞的数量和形成层细胞层数与野生型无差异。木材组分分析表明,与野生型植株相比,ptrhbi1植株的纤维素含量增加,木质素总量无显著变化,紫丁香基木质素与愈创木基木质素之质量比(S/G)显著降低。结论 PtrHBI1参与调控毛果杨的生长及次生木质部发育,可能在木材形成过程起着较为重要的调控作用。     

基于SSR标记的麻栎天然群体遗传多样性分析

【目的】基于SSR分子标记对麻栎天然群体遗传多样性与遗传结构进行分析,为麻栎种质资源的保护和利用提供理论基础。【方法】以分布于我国7个省8个麻栎天然群体的150个个体为研究对象,利用筛选出的18对SSR引物,使用GenAIEx 6.51、MEGA 7.0.26和Structure 2.3.4等软件,采用AMOVA分析、主成分分析、聚类分析和Structure分析等方法,对麻栎群体及相应个体的遗传多样性、分子方差、遗传距离及遗传结构进行研究。【结果】18个SSR位点的等位基因数(N_a)平均为5.625个,有效等位基因数(N_e)平均为4.104个,Shannon指数(I)平均为1.338,观测杂合度(H_o)平均为0.895,期望杂合度(H_e)平均为0.645,筛选出的18对麻栎SSR引物具有丰富的多态性。8个麻栎群体的遗传距离为0.222~1.587,遗传一致度为0.205~0.801,遗传分化系数(F_st)平均为0.252,基因流(N_m)平均为1.140,固定指数(F)均为负值且平均为-0.441。麻栎群体的遗传多样性水平较高,遗传分化小,且群体间存在杂合子剩余;其98%的变异来自群体内, 2%的变异来自群体间。UPGMA聚类分析、Structure分析均将8个群体分为2组,二者的个体组成成分存在一定差异;主成分分析结果与上述基本一致,存在一定的交叉引种及基因渐渗现象。【结论】麻栎群体遗传多样性水平较高,遗传分化水平较低,遗传差异主要存在于群体内部,并呈现出沿“西南—东北”方向地理变异规律。因此,对麻栎天然群体的保护应该采取原地保护和异地繁育保存相结合的措施。     

杨树根特异性表达β-果糖苷酶抑制子的功能性验证

【目的】植物细胞壁转化酶(CWI)和液泡转化酶(VI)是分配碳水化合物、维持库器官强度和环境胁迫应答的重要因子。大量证据表明CWI和VI由β-果糖苷酶蛋白抑制子的翻译后调控机制介导。然而,关于C/VIFs家族的分子和遗传学基础以及生化特性研究目前还不清楚。【方法】应用生物信息学分析基因结构特征和系统进化关系,并利用实时荧光定量PCR研究转录本在组织中的丰富度。同时,结合烟草叶片瞬时和拟南芥遗传转化法的荧光表达,以及重组蛋白系统分别对PtC/VIF1亚细胞定位特征和体外抑制活性进行深入鉴定。【结果】共39个PtC/VIF候选编码基因家族被筛选出来。PtC/VIF1在根中具有高转录水平;共聚焦显微镜观察证实PtC/VIF1是分泌到细胞外空间。重组蛋白活性检测表明其对CWI蛋白具有特异的亲和抑制活性,说明PtC/VIF1是定位于质外体的β-果糖苷酶抑制子。【结论】对C/VIF编码基因家族生物信息学分析和PtC/VIF1在杨树中的功能性鉴定属于首次报道,可为后期进一步深入探索该基因的生理学作用和参与抗病防御路径以及环境胁迫响应的潜在功能提供理论基础和研究依据。