为研究苹果ELO家族基因在蜡质合成及抗寒中的作用,利用生物信息的方法对苹果全基因组中的ELO家族成员进行鉴定与分析。结果表明,MdELO基因家族共包含7个成员,不均匀地分布在苹果的3条染色体(Chr2、Chr8和Chr15)上。MdELO蛋白包含211 ~ 305个不等的氨基酸残基,等电点在9.43 ~ 11.62之间。亚细胞定位结果表明,MdELO蛋白在细胞核、细胞膜和叶绿体中有分布。顺式作用元件分析表明,7个MdELO启动子上游2 000 bp序列分布有激素、环境适应性和逆境诱导等响应元件。进一步测定越冬期不同品种苹果枝条中的蜡质含量,结果显示,从初休眠期至萌芽期,蜡质含量呈逐渐下降趋势,且抗寒性强的‘俄矮元帅’蜡质含量显著高于‘宫崎短富’;从蜡质形态及枝条表皮形态来看,‘俄矮元帅’蜡质呈针芒状且分布紧密,其枝条表皮结构紧密,表面光滑,而‘宫崎短富’蜡质呈散块状,枝条表皮结构松散,表面粗糙;两种苹果枝条的脯氨酸含量、相对电导率和淀粉磷酸化酶活性随越冬期的延长呈先升后降的趋势,淀粉酶活性呈逐渐上升的趋势,其中‘俄矮元帅’各指标均高于‘宫崎短富’。综上表明‘俄矮元帅’抗寒性显著高于‘宫崎短富’。qRT-PCR分析发现,低温胁迫下苹果砧木垂丝海棠的叶和根中均能检测到ELO的表达,大部分基因表现出先升后降的趋势,在低温胁迫12或24 h表达量最高,说明该家族成员在植物抗寒中扮演着重要作用。
根据苹果、拟南芥等植物中的Dof转录因子基因序列,利用BLAST软件鉴定到梨基因组中51个PbDof基因,分为9个亚家族。基因结构分析表明,PbDof的内含子数为 1 ~ 3个;启动子区域含有5种胁迫响应和9种植物激素的顺式调控元件;基因复制结果显示,PbDof在物种进化过程中主要受纯化选择的作用。以蒸馏水为对照,于‘库尔勒香梨’盛花期喷施外源GA3和PP333,并采qRT-PCR技术检测各处理条件下宿萼组和脱萼组子房和萼片中PbDof的表达情况。结果表明,处理9 d后,PbDof34和PbDof51的表达量在GA3处理宿萼组萼片中均显著高于PP333处理脱萼组,且PbDof34显著高于对照;而PbDof16、PbDof19和PbDof44的表达量在GA3处理宿萼组萼片中均低于PP333处理脱萼组;此外,PbDof16和PbDof44的表达量在PP333处理脱萼组萼片中均显著高于对照。因此,PbDof34和PbDof51可能正向调控萼片宿存,PbDof16、PbDof19和PbDof44可能正向调控萼片脱落。
从菠萝基因组中鉴定出8个类纤维素合成酶(cellulose synthase-like,Csl)CslD家族基因,其分布于7条染色体及1条Scaffold片段中,外显子数3 ~ 5;依据进化关系将其划分为3个亚组,其中亚组Ⅲ成员数在菠萝中有明显扩增;结合共线性及表达模式分析等预测了家族成员可能的生物学功能。克隆了AcoCslD2a基因cDNA全长序列,亚细胞定位分析表明,其编码蛋白定位于高尔基体。构建ProAtUbq10和ProAtCslD3启动子驱动的AcoCslD2a的植物表达载体,经根癌农杆菌GV3101介导转化至拟南芥atcsld3根毛缺失突变体,不同载体的转基因结果一致,表明AcoCslD2a能够完全恢复突变体根毛数量至野生型水平,可部分恢复突变体的根毛长度。
以‘浏阳金柑’为研究材料,克隆到2个UDP-鼠李糖合成酶(UDP-Rhamnose synthase,RHM)基因FcRHM1和FcRHM2的全长。FcRHM1的开放阅读框(ORF)长度为2 007 bp,编码668个氨基酸,分子量为75.3 kD;FcRHM2的ORF长度为2 031 bp,编码676个氨基酸,分子量为76.2 kD。多序列比对显示,FcRHM与其他植物的RHM蛋白序列高度相似。亚细胞定位显示FcRHM1和FcRHM2定位于细胞质和细胞核。原核表达及体外酶促反应结果显示,FcRHM1和FcRHM2均可将UDP-葡萄糖转化为UDP-鼠李糖。组织特异性表达显示,FcRHM1和FcRHM2在不同组织中表达量存在一定的差异。结合UDP-鼠李糖的积累模式,认为FcRHM1和FcRHM2可能都参与了UDP-鼠李糖的合成,但FcRHM1对于花和果实中UDP-鼠李糖的合成更为关键,而FcRHM2则主要负责叶片及芽的UDP-鼠李糖的合成。
为了给燕山板栗资源保护、开发和科学利用提供数据基础和依据,对燕山地区11个群体的149份板栗资源的28个叶片表型性状进行了多样性研究。结果表明:(1)在群体间23个数量表型性状中仅有4个性状存在显著或极显著差异(P < 0.05或P < 0.01),5个质量性状均无显著差异,但在群体内所有数量性状均存在极显著差异(P < 0.01),说明燕山板栗叶片表型在群体间变异处于较低水平,在群体内存在丰富变异。(2)群体间叶片表型分化系数VST为7.80%,远小于群体内变异在总变异中的占比(92.20%),认为燕山板栗叶片表型变异主要来源于群体内。(3)燕山板栗28个叶片表型性状的平均变异系数(CV)和多样性指数(H’)分别为15.91%和1.24,5个质量性状中以叶片形状的CV和H’最高(34.44%,0.82)、叶缘特征最低(只有具锯齿表型);23个数量性状的CV在4.52%(气孔宽)~ 28.32%(锯齿深度)之间,H’在1.97(叶片长/宽)~ 2.09(叶柄长)之间。生理指标、外观形态和解剖结构这3类性状的平均H’分别为2.05、2.04和2.04,CV为外观形态(12.61%)> 生理性状(12.53%)> 解剖结构(10.29%)。(4)叶厚、栅栏组织厚度、叶片面积、叶片长/宽、气孔长、气孔密度、比叶质量、锯齿与叶缘间角度和锯齿深度这9个表型性状含有丰富的遗传信息,可作为燕山板栗叶片多样性分析的典型性状。(5)基于9个典型叶片性状,在欧氏距离为5时可将149份燕山板栗资源划分为5个类群。
对易感根肿病大白菜自交系‘BJN3-1’在接种根肿菌(Plasmodiophora brassicae)的同时施用了5个不同剂量的抗毒素camalexin进行处理,研究camalexin在大白菜中抗根肿菌的作用。结果表明,接种根肿菌的对照材料感病症状明显,施用不同剂量camalexin的5个处理在前21 d可明显抑制根肿菌的增殖,随着camalexin施用量的增加对根肿菌生长的抑制作用增强。茉莉酸、水杨酸、乙烯合成途径和病程相关蛋白基因在camalexin处理14 ~ 21 d后表达显著高于对照处理。这表明外源施用camalexin能够诱导寄主响应根肿菌胁迫,从而提高抗病性。施用camalexin后28 d各处理均严重感病,camalexin对根肿菌增殖的抑制作用减弱,这可能与根肿菌的解毒机制有关。
以‘博辣红帅’辣椒(Capsicum annuum L.)为材料,探究了幼苗期不同光质补光对其生长、光合特性、碳水化合物积累、丛枝菌根真菌(AMF)定殖以及磷吸收的影响。结果表明:与对照白光(WL)相比,补充红光(R)和蓝光(B)均能显著增加辣椒幼苗生物量和壮苗指数;与补充蓝光相比,补充红光对叶片光饱和光合速率、光合色素积累、根系中总糖含量、蔗糖比重以及独脚金内酯(SL)含量的促进效果更为明显。同时,幼苗期补充红光和蓝光均能显著促进后续白光和缺磷条件下AMF的定殖和辣椒干物质积累,并提高根系SL含量、PT4、PT5基因表达以及植株磷含量,以补充红光效果更为明显。以上结果表明,辣椒幼苗期补充红光有利于幼苗生长以及碳水化合物、SL在根部的积累,进而对后续缺磷条件下AMF的定殖以及幼苗对磷的吸收具有明显的促进作用。
为了研究miR396b在茄子抗黄萎病中的功能,以茄子栽培品种‘苏琦1号’为试验材料,克隆pri-miR396b基因并构建表达载体,通过农杆菌介导的遗传转化获得miR396b转基因茄子植株。在受大丽轮枝菌侵染的茄子植株中,miR396b受诱导呈下调表达。抗病性分析表明,与野生型茄子相比,miR396b过表达株系对大丽轮枝菌侵染更加敏感、病情指数为75.2,而miR396b反义抑制株系病症较轻,病情指数在16.2 ~ 25.3之间。病原菌ITS定量分析显示,miR396b过表达株系植株维管束组织中大丽轮枝菌含量较对照显著增加,而miR396b反义抑制株系植株中显著减少。抗氧化酶活性分析显示,miR396b过表达株系中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)酶活性低于野生型茄子植株,而反义抑制株系则高于对照。以上结果表明,miR396b在茄子对黄萎病防御反应中起负调控作用。
以203份切花小菊(Chrysanthemum morifolium Ramat.)品种为材料,通过图像处理方法对盛花期花序开放角度进行量化评价,调查叶柄夹角、花序直径等11个花序开放角度相关性状发现,切花小菊花序开放角度变异丰富(变异系数为22.87%),其中‘南农羞风车’花序开放角度最小(62.12°),‘Q1-79’最大(218.29°)。相关性分析表明,花序开放角度与舌状花轮数(0.39)、舌状花宽(0.35)和心花直径(0.31)等呈极显著正相关,与花冠筒长度(-0.46)、花冠筒基部融合程度(-0.45)和舌状花长(-0.21)等呈极显著负相关。通过多元回归分析建立切花小菊花序开放角度的最优回归方程:Y(花序开放角度)= 85.59 + 30.28X4(花序直径)-63.66X7(舌状花长)+ 21.78X8(舌状花宽)+ 21.57X9(花冠筒长度)-62.31X10(花冠筒基部融合程度),决定系数为0.69,可初步用于预测切花小菊花序开放角度。主成分分析将12个性状综合成舌状花相关性状、花序大小、叶部夹角等5个主成分因子,累积贡献率为89.07%。表型聚类将203个切花小菊品种划分为4大类群,不同类群花序开放角度存在显著差异。
牡丹愈伤组织分化率低和组培苗生根困难一直是其再生体系建立的两大制约因素。利用甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术,对‘凤丹’非胚性与胚性愈伤组织、未生根与生根组培苗的DNA甲基化进行了比较分析。结果表明,非胚性和胚性愈伤组织的DNA甲基化水平均以全甲基化水平较高,二者的超甲基化位点数相差较大,与非胚性愈伤组织相比,胚性愈伤组织分化引起由全甲基化转变为超甲基化的占比多达33.45%;与未生根组培苗相比,组培苗生根过程是以去甲基化模式占比最多,为38.41%。因此推测,‘凤丹’胚性愈伤组织分化较少,可能与其超甲基化的形成有关;而组培苗生根可能与其去甲基化有关。
在前期构建的千层金(Melaleuca bracteata)转录组数据库中鉴定并克隆得到2个丁香酚合成酶基因MbEGS1和MbEGS2,基因编码区(coding sequences,CDs)序列长度分别为963 和972 bp,分别编码320和323个氨基酸。序列比对和系统进化树分析表明,MbEGS1、MbEGS2与仙女扇(Clarkia breweri)CbIGS1蛋白序列相似性最高,达到65.92%和63.89%。qRT-PCR分析表明,二者在千层金的花、叶片和茎中均有表达,其中在花中表达量最高,叶中次之,茎中最低,与不同组织中丁香酚含量的变化类似,基因表达量与丁香酚含量呈显著正相关;MbEGS1在千层金的根中有表达,且表达量高于茎段,但低于叶片,而MbEGS2在根中不表达。采用不同浓度MeJA处理千层金发现,MeJA能够诱导MbEGS1和MbEGS2表达和丁香酚合成,0.1 mmol · L-1 MeJA诱导效果最显著,其转录水平与丁香酚含量呈正相关。亚细胞定位结果表明,MbEGS1主要定位于细胞质膜和细胞核中,MbEGS2主要定位于细胞质膜中。在森林草莓中异位表达MbEGS1和MbEGS2的结果表明,过表达MbEGS1和MbEGS2促进了丁香酚含量的增加。以上结果表明,二者均参与了丁香酚的生物合成。
以冬枣白熟期(W)、半红期(着色部分SR_R,未着色部分SR_W)、全红期(R)果皮为试材,通过靶向代谢组学分析不同着色期冬枣果皮类黄酮组分及变化,构建冬枣MYB家族进化树,通过转录组分析潜在调控类黄酮合成MYB转录因子。结果表明,着色期4个比较组果皮差异代谢物分别为291(R vs W)个、196(R vs SR_W)个、297(SR_R vs SR_W)个和201(SR_R vs W),其中共有差异代谢物98个。通过KEGG分析发现共有的差异代谢物主要富集在次生代谢物、苯丙烷类和类黄酮生物合成途径;126个类黄酮物质在果皮着色期被检测到,其中包括13个花青苷类物质、53个黄酮物质、28个黄酮醇类物质、8个异黄酮、5个原花青素和19个黄烷醇类物质;随着冬枣果皮着色,3个花翠素、3个黄酮和3个黄酮醇类物质显著增加,而原花青素和黄烷醇类物质儿茶素、表儿茶素显著减少。冬枣MYB家族聚类共筛选出14个潜在调控类黄酮生物合成的MYB转录因子。进一步通过转录组和qRT-PCR分析发现有12个MYB转录因子随冬枣果皮着色呈下调表达趋势,仅LOC107434709和LOC107404750两个MYB转录因子在着色冬枣果皮中表达水平较高,暗示其可能在冬枣着色过程中发挥积极作用。
利用Illumina平台对薄壳山核桃(Carya illinoinensis)品种‘金华’‘波尼’和1株实生古树单株的叶绿体全基因组进行测序,并对其特征进行分析。3个薄壳山核桃叶绿体基因组均呈典型的四分体结构,大小分别为160 819、162 611和160 762 bp,基因序列高度保守。三者均注释得到124个基因,包括79种蛋白编码基因、38个tRNA和7个rRNA基因;三者有相似的重复序列类型,在其叶绿体基因组序列中分别检测出74、74和73个SSR位点;系统发育分析表明,三者均与喙核桃(Annamocarya sinensis)亲缘关系最为密切。
2020年5—7月,在海南三亚市和五指山市采集表现花叶、皱缩、畸形等疑似病毒病的西番莲叶片样品176份,通过PCR和RT-PCR检测发现:侵染西番莲的病毒主要为黄瓜花叶病毒(cucumber mosaic virus,CMV)、南瓜蚜传黄化病毒(cucurbit aphid-borne yellows virus,CABYV)、东亚西番莲病毒(East Asian Passiflora virus,EAPV)、夜来香花叶病毒(Telosma mosaic virus,TeMV)、西番莲木质化病毒(passion fruit woodiness virus,PWV)、西番莲斑驳病毒(Passiflora mottle virus,PaMV)和番茄黄化曲叶病毒(tomato yellow leaf curl virus,TYLCV)。TeMV的检出率最高,为52.27%;其次为PaMV,43.75%;CMV和EAPV均为28.98%;PWV为22.73%;TYLCV为9.09%;CABYV为4.55%。TeMV、PaMV、CMV、EAPV和PWV可能是三亚和五指山西番莲的主要病毒,样品病毒复合侵染率为78.91%,存在32种复合侵染类型,以2 ~ 4种病毒复合侵染为主。3个TYLCV西番莲分离物的基因组全长均为2 781 bp,含6个ORF。序列相似性和系统进化分析结果表明:3个分离物均属于TYLCV-Israel株系,序列相似性为98.85% ~ 99.14%,与海南已报道的4个其他作物上的分离物聚在同一进化分支上。这是TYLCV侵染西番莲的首次报道。
以‘新泰密刺’黄瓜(Cucumis sativus L.)自根幼苗、砧木品种‘黄诚根2号’(Cucurbita moschata Duch)和砧木品种‘云南黑籽南瓜’(Cucurbita ficifolia Bouché)嫁接幼苗为试材,通过水培试验研究了硅营养和砧木类型对黄瓜幼苗耐冷性的影响。结果表明:低温胁迫下,加硅处理的自根黄瓜幼苗冷害指数显著低于不加硅处理;无论是否加硅,嫁接黄瓜的冷害指数均低于自根黄瓜,以‘云南黑籽南瓜’嫁接黄瓜的耐冷性最强;硅营养和嫁接砧木均降低了黄瓜叶片的电解质渗漏率和丙二醛(MDA)含量,增加了脯氨酸(Pro)含量,提高了SOD、POD和CAT活性,嫁接砧木的作用大于硅营养,‘云南黑籽南瓜’的作用大于‘黄诚根2号’。综上,硅营养和嫁接砧木均影响黄瓜幼苗的耐冷性,但以砧木的作用更明显,砧木‘云南黑籽南瓜’作用大于砧木‘黄诚根2号’。
采用组织分离法分离纯化得到连翘褐斑病病原菌,依据科赫氏法则验证其致病性,结合病原菌形态学特征及其ITS、LSU和SSU序列的多基因联合分析,确定病原菌为链格孢Alternaria alternata。测定了培养基、温度、pH、光照、碳源和氮源等处理对该病原菌生长、产孢和孢子萌发的影响,并采用菌丝生长速率法测定其对8种杀菌剂的敏感性。结果表明,菌丝生长最适条件为25 ~ 30 ℃,pH 7.0,碳源为木糖醇和甘露醇,氮源为蛋白胨;产孢最适条件为25 ℃,pH 7.0,碳源木糖醇,氮源为尿素;孢子萌发最适条件为15 ~ 35 ℃,pH 5 ~ 9,碳源为木糖醇,氮源为牛肉浸粉。在测试的8种杀菌剂中,嘧菌环胺(EC50 = 0.032 mg · L-1)和苯醚甲环唑(EC50 = 0.054 mg · L-1)对其具有较强的抑制作用。
表型组学是后基因组学时代的研究热点,植物表型组研究需要高通量表型获取方法支撑。以葡萄为主要对象,围绕面向栽培生产的智慧果园建设和面向育种的精准表型分析两个主题,概述了表型组高通量获取方法,结合当前图像、光谱、点云等数据获取方式及三维重建、机器学习等数据分析方法,从冠层、植株、器官等不同尺度对葡萄产量、品质、生长状态等表型研究进展进行综述,对未来基于功能结构模型的动态表型和三维表型在葡萄栽培及育种中的应用提出展望。
‘雨虹’是从河北满城地方资源中选育出的高抗裂果和缩果的中晚熟鲜食枣新品种。雄性不育。果实圆柱形,平均单果质量17.04 g,质地较致密,汁液多,甜,含可溶性糖23.75%,可滴定酸0.13%,维生素C 2.62 mg · g-1 FW。适宜在河北省献县、赞皇县、行唐县及生态条件类似区域栽培,早果、速丰、稳产,且易管理。
‘劲绿60’是由两个自交不亲和系01C63-1-1和02C54-1-2配制而成的适用于春秋两季露地栽培的两用型甘蓝一代杂交种,表现为中早熟,从定植到收获55 ~ 60 d。叶球圆球形,绿色,单球质量约1.6 kg;质地脆嫩,品质优良,商品性佳。极耐裂球和未熟抽薹,高抗枯萎病和霜霉病,中抗黑腐病。适合在北京、河北、甘肃和陕西等地区春、秋季露地种植,平均产量分别为77.53和76.69 t · hm-2。
‘粤椒8号’为杂交一代早熟辣椒品种。植株生长势较强,株高70 cm,始花节位9节。果实粗牛角形,单果质量106 g,长15 cm,宽5.46 cm;果皮绿色,光滑有光泽;肉厚0.31 cm,味微辣,品质优良。耐贮运,抗疫病、细菌性叶斑病,耐病毒病,早期产量高,平均产量35.26 t · hm-2。
花叶芋新品种‘碧血丹心’和‘粉红佳人’分别是由‘福利达’和‘玫瑰花蕾’的组织培养再生植株中的变异单株选育而成。‘碧血丹心’为红色系品种,叶色更红。‘粉红佳人’为粉色系品种,耐寒、萌芽早。与亲本相比,二者植株矮小,更整齐,叶片更圆,质地更硬,叶柄更粗壮。