为探究黄肉桃果实中MADS-box家族转录因子对类胡萝卜素代谢的调控作用,从黄肉桃果实中克隆得到两个MADS基因,分别命名为PpMADS2(PRUPE_5G208500)和PpMADS3(PRUPE_5G208400)。PpMADS2开放阅读框为768 bp,编码255个氨基酸;PpMADS3开放阅读框为756 bp,编码251个氨基酸。生物信息分析显示二者蛋白的N端均含有MADS-box家族典型的特征结构域。亚细胞定位分析显示PpMADS2和PpMADS3定位于细胞核。荧光定量PCR结果表明PpMADS2、PpMADS3以及类胡萝卜素合成基因PpPSY和PpCHYB在黄肉桃果实成熟过程中表达量呈上升趋势,与果实成熟期间类胡萝卜素的含量增加一致。酵母双杂交试验结果表明PpMADS2和PpMADS3蛋白存在相互作用。双荧光素酶试验结果表明PpMADS2和PpMADS3可以协同激活PpPSY和PpCHYB启动子。因此推测PpMADS2和PpMADS3可通过转录激活PpPSY和PpCHYB促进桃果实类胡萝卜素的积累。
为探究中国南方暖湿地区甜樱桃适栽品种花芽休眠阶段的分子调控机制,以杭州地区种植的2个不同需冷量甜樱桃品种‘布鲁克斯’和‘萨米脱’为材料,分别于休眠前期(S1)、内休眠期(S2)和萌芽前期(S3)采集花芽,通过转录组测序比较2个品种间的基因表达差异。分析表明,S1、S2和S3时期分别获得343、671和1 588个差异表达基因,其中S3的差异基因数最多。GO分析表明,细胞组建、细胞代谢过程、刺激响应以及转运蛋白活性相关的基因在3个时期品种间均表现出显著差异。KEGG分析表明,S3富集的差异基因数及相关代谢途径最多,主要集中在糖代谢和蛋白质合成加工相关途径以及植物—病原互作、植物激素信号转导等途径,表达趋势分析显示部分差异基因可能参与调控甜樱桃花芽休眠状态的转换。通过转录因子预测分析,筛选到包含9个转录因子家族的42个差异表达转录因子,其中AP2/ERF、MYB、WRKY、C2H2、C3H和MADS-box家族的13个转录因子在S2的表达量显著高于S1和S3,表明这些转录因子可能参与了甜樱桃花芽休眠期的调控。
以杧果‘金煌’为母本、‘爱文’为父本的杂交F1代95株群体及亲本为材料,对果实糖酸品质等性状进行了描述性统计分析、相关性分析、方差分析和广义遗传力分析等。结果表明:杧果果实主要含3种单糖——葡萄糖、果糖、蔗糖和6种单酸——苹果酸、柠檬酸、抗坏血酸、琥珀酸、α-酮戊二酸、乳酸。糖、酸等果实品质性状在杂交群体中呈正态分布或者近似正态分布;果糖含量分别与葡萄糖和蔗糖含量极显著正相关,柠檬酸含量与可滴定酸、α-酮戊二酸含量呈显著正相关,苹果酸含量与琥珀酸、抗坏血酸含量呈显著正相关。葡萄糖含量的平均值低于中亲值,介于双亲之间,既没有中亲优势也没有超亲优势;果糖和蔗糖含量表现出中亲优势,具有明显的杂种优势;单酸中,除了苹果酸和琥珀酸具有中亲和超亲优势以外,其余大部分的单酸既没有中亲优势也没有超亲优势。
为了构建番茄CRISPR/Cas9介导的多基因编辑体系,用SlU6-2p、SlU6-3p、SlU6-7p、SlU3-5p、SlU3-9p和SlU6-5p启动子分别替换pKSE401和pCBC-DT1T2载体中的拟南芥U6启动子,构建了1个双元载体(pMGET)、2个中间载体(pKC-S2M和pKC-S3M)和3个gRNA模块载体(pCBC-S1、pCBC-S2和pCBC-S3)。为了测试该多基因编辑体系,通过PCR扩增、Golden gate克隆和同尾酶技术,将含有6个番茄果实性状相关基因Green flesh(GF)、Ovate(O)、Locule number(LC)、SlMYB12(Y)、Tangerine(T)、Uniform ripening(U)靶点序列的sgRNA聚合构建多基因编辑载体pMGET-OYGTULC和pMGET-TULCOYG,检测6个基因同时被编辑的效率分别为44.00%和11.76%。用携带pMGET-OYGTULC载体的根癌农杆菌转化番茄材料获得2株6个基因均被编辑的植株,序列变异为单个碱基的插入、单个或多个碱基的缺失及大片段的缺失等多种形式。本研究中该多基因编辑体系可以高效地应用于番茄多基因编辑,并且可以得到稳定遗传的突变体,可为番茄基础研究和遗传改良提供一个简便的工具箱。
芥菜(Brassica juncea)对多种重金属具有富集能力。重金属ATP酶(heavy metal transporting ATPase,HMA)在植物转运重金属过程中具有重要的作用。基于基因组和转录组数据,对芥菜HMA家族基因成员进行了全基因组鉴定。芥菜基因组中包含27个HMA基因,其编码的蛋白质中有6个不稳定指数大于40,有22个为疏水性蛋白;这些基因聚类为P-1B-1、P-1B-2和P-1B-4等3个亚家族;27个HMA蛋白均为膜蛋白,都具有E1-E2 ATPase和hydrolase结构域;芥菜HMA蛋白都含有8 ~ 15个保守基序,不同亚族因具有独特的保守基序结构从而转运重金属的种类不同;在芥菜HMA基因启动子区域中与生长发育有关的顺式作用元件TGA和与逆境响应相关的顺式作用元件ABRE、MBS、LTR、TC广泛分布;在镉胁迫下,BjuA033764、BjuB019118、BjuB035256、BjuB045293等基因在叶片中表达量明显上调,BjuA003596、BjuB040613、BjuA025022等基因在根系中表达量明显上调,说明其参与了芥菜对镉胁迫的响应。
通过外源喷施H2O2及其清除剂N, N'-二甲基硫脲(N, N'-Dimethylthiourea,DMTU)试验明确了H2O2能够参与调控糙皮侧耳(Pleurotus ostreatus)菌盖颜色的形成。利用已报道的双孢蘑菇(Agaricus bisporus)黑色素合成途径为参考,通过序列比对鉴定出28个参与黑色素合成途径的基因,并通过qPCR分析外源H2O2对不同途径中关键酶基因相对表达量的影响。结果表明H2O2信号分子一方面可调控不同黑色素合成途径中关键酶基因的表达,使得糙皮侧耳中不同类型黑色素比例发生变化而影响菌盖颜色;另一方面可促进铜转录因子基因mac、铜转运蛋白基因ctr及多酚氧化酶基因ppo1的高表达,进而影响菌盖颜色形成。
利用生物信息鉴定百子莲MYB家族成员,挖掘并验证了调控百子莲蓝色花色形成的关键基因。以全长转录组测序数据作为参考序列,鉴定得到百子莲123个MYB家族成员,包括60个R2R3-MYB、4个3R-MYB、2个4R-MYB和57个1R-MYB基因。对调控类黄酮生物合成的主要亚家族R2R3-MYB进行分析发现,R2-和R3-repeats的序列较为保守,根据系统进化关系分为22个亚组(A1 ~ A22)。特殊的是,相较拟南芥的25个亚组,百子莲缺乏正向调控花色素苷合成的典型亚组S6。与花色形成相关的其他亚组有A18、A17和A16,其成员ApMYB4、ApMYB6、ApMYB7、ApMYB12和ApMYB111定位于细胞核,ApMYB123集中分布于核仁中。在蓝色百子莲花瓣着色过程中,ApMYB12显著上调表达,而ApMYB111显著下调表达。ApMYB4、ApMYB6和ApMYB7在蓝花各发育阶段的表达量均低于白花,预示这些基因可能是百子莲蓝色形成的负调控因子。ApMYB123在白花的开放前期大量表达,说明该基因可能在此阶段促进花瓣合成原花青素。在烟草中过表达ApMYB12,烟草花瓣颜色较野生型变浅,花色素苷含量减少54.55% ~ 62.50%,而黄酮醇含量提高125% ~ 170%,证实ApMYB12调控辅助色素黄酮醇的生物合成,从而影响蓝色的形成。
以绢毛委陵菜(Potentilla sericea)为材料,克隆得到PsWRKY40的cDNA全长序列。该基因的开放阅读框长978 bp,编码325个氨基酸,属于WRKY家族Group Ⅱ亚族。荧光定量PCR分析表明,PsWRKY40被NaCl、CdCl2和甘露醇显著诱导表达。将PsWRKY40异源转化拟南芥,转基因植株在镉处理后,其对Cd的抗性显著高于野生型植株,AtSOD、AtPOD和AtCAT的表达量显著提高。上述结果表明PsWRKY40可被镉诱导,可能参与绢毛委陵菜抗镉调控。
从桂花(Osmanthus fragrans)‘堰虹桂’转录组数据库中筛选获得OfNCED3基因序列。氨基酸序列分析发现OfNCED3具有NCED家族特有的2个保守结构域MIAHPKxDP和HDFAITE以及4个保守的组氨酸残基。进化树分析发现OfNCED3与番茄SlNCED1聚为一支。实时荧光定量PCR结果表明,桂花开放过程中,OfNCED3在类胡萝卜素含量较高的‘堰虹桂’花瓣中的表达量显著低于类胡萝卜素含量较低的‘玉玲珑’,推测OfNCED3可能与‘堰虹桂’和‘玉玲珑’花瓣中类胡萝卜素含量差异有关。通过农杆菌介导的遗传转化方法获得过表达OfNCED3烟草株系。利用分光光度计和超高效液相(ultra high performance liquid chromatography,UPLC)测定叶绿素、类胡萝卜素和ABA的含量,并采用实时荧光定量PCR分析类胡萝卜素通路上相关基因的表达差异,结果发现异源过表达OfNCED3导致转基因烟草叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量下降,ABA含量增加,类胡萝卜素合成基因的表达量明显上调,且下游合成基因上调幅度高于上游合成基因。本研究表明OfNCED3能降解类胡萝卜素,促进内源ABA合成。
以辽中地区较为典型的低碳砂质果园土壤为栽培基质,以‘寒富’苹果/山荆子幼苗(Malus × domesica‘Hanfu’/M. baccata)为试材,以有机物料分解最终产物之一且易被吸收利用的葡萄糖作为碳源,通过设置添加葡萄糖及土壤灭菌处理,研究苹果根域土壤活性有机碳库组分和根系呼吸等生理代谢过程对外源碳输入的响应。结果表明,土壤添加葡萄糖和灭菌后添加葡萄糖处理整体上提高了土壤有机碳、微生物量碳、水溶性有机碳和颗粒有机碳含量,而单纯土壤灭菌处理则降低了土壤有机碳、微生物量碳和颗粒有机碳含量。添加葡萄糖和灭菌后添加葡萄糖处理显著提高了土壤纤维素酶和β-葡萄糖苷酶活性,提高了苹果植株根系参与呼吸代谢途径中磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、异柠檬酸脱氢酶和苹果酸脱氢酶的活性,并且增强光合能力,促进了植株生长。综上,在低碳砂质土壤中,按照土壤微生物碳本底水平添加5倍量的易分解碳源有利于提高土壤活性碳库组分含量,增强土壤酶活性,改善土壤质量,同时强化了苹果叶片光合能力,并最终促进植株生长发育。
基于膜脂代谢组学研究低温诱导的桃果实采后膜脂代谢变化与冷害的关系。与4 ℃相比,8 ℃延缓了桃果实磷脂降解、磷脂酸(PA)生物合成以及脂肪酸去饱和酶基因表达水平的增加,进而降低PA积累和脂肪酸去饱和过程,保持高水平的磷脂酰胆碱(PC)、磷脂酰乙醇胺(PE)组分和脂肪酸不饱和度,最终延迟桃果实冷害发生。8 ℃诱导桃果实差异脂质代谢物数量显著增加,并在贮藏后期保持较高水平的甘油二酯(DAG)和较低水平的甘油三酯(TAG)组分,可能是8 ℃诱导的采后桃果实正常后熟软化过程和冷害作用的结果。综上所述,8 ℃下桃果实的膜脂代谢动态变化利于冷害的延迟。
研究琯溪蜜柚(Citrus grandis‘Guanximiyou’)周年地上部新生器官生物量和氮(N)、磷(P)、钾(K)养分累积特性,为有针对性地科学施肥提供理论和实践依据。于2019和2020年在福建省平和县选取10年生盛果期琯溪蜜柚树为材料,测定其周年全生育期(5次)落花落果、叶片(挂果叶和未挂果叶)、枝条(挂果枝和未挂果枝)和果实(果皮和果肉)生物量,分析各器官N、P和K含量和累积动态。结果显示,地上部新生器官生物量随生育进程逐渐增加,收获期单株地上部新生器官生物量为16.70 kg,其中果实、叶片、枝条和落花落果生物量分别占69.45%、23.59%、3.77%和3.19%,并以果肉(43.99%)和未挂果枝梢(22.55%叶和3.55%枝)为主。不同生育期叶片、枝条和果实中的N、P和K含量整体呈下降趋势,其中,挂果叶和枝条的N含量与挂果枝和果肉的P含量呈先下降后上升变化,而果肉的N含量与叶片和果肉的K含量则相反。琯溪蜜柚单株周年地上部新生器官N、P和K累积量分别为235.51、27.58和196.40 g,其中,收获果实带走N、P和K养分量分别为123.55、18.31和140.17 g,而落花落果养分损失量仅占8.44%、5.55%和3.50%。同时,除成熟期K累积量有所降低外,地上部N、P和K累积量均随生育进程逐渐增加;其中叶片和枝条中的N、P和K累积分配逐渐下降而果实中逐渐增加且主要分配在未挂果叶和果肉中。地上部新生器官养分表观平衡表明,农户施肥约有83.7%的N、94.8%的P和80.5%的K富集在土壤或损失于环境中。
在冬闲稻田分别施用硫酸钾型复合肥、氯化钾型复合肥及其等量配比处理,研究对‘兴佳2号’和‘冀张薯12号’马铃薯生长、产量、品质及矿质元素、镉吸收的影响。结果表明,出苗后60 d两个品种硫酸钾处理的株高、茎粗、叶片SPAD值、生物量显著高于氯化钾处理,等量配比处理居中;硫酸钾处理植株硫、氮、磷含量最高,氯化钾处理含量最低;氯化钾处理植株氯、镉含量最高,硫酸钾处理含量最低。‘兴佳2号’和‘冀张薯12号’硫酸钾处理的产量最高,分别为31 442和30 512 kg · hm-2,其次为等量配比处理,氯化钾处理产量最低;钾肥种类显著影响块茎蛋白质、维生素C和镉含量,硫酸钾处理的蛋白质、维生素C含量最高,氯化钾处理最低,氯化钾处理块茎镉含量最高,硫酸钾处理最低。因此,与氯化钾相比,硫酸钾能促进植株对氮、磷的吸收,降低镉的吸收,促进植株生长,增加块茎产量,提高块茎品质。
以月季‘传奇’(Rosa hybrida‘Legends’)切花为试验材料,在分析枝条皮层光合特性及其对离体枝段皮层吸水贡献的基础上,在瓶插期对浸在水中的枝条进行黑暗和光照(200 μmol · m-2 · s-1)处理,研究枝条光照处理对切花瓶插寿命的延长效应。结果表明,枝条皮层总叶绿素含量为叶片的24.30%,皮层组织的最大光化学效率显著高于木质部和髓心。在200 μmol · m-2 · s-1的光合有效辐射下,枝条皮层净光合速率达到峰值(0.15 μmol · m-2 · s-1)。对于浸在水中的离体枝段,200 μmol · m-2 · s-1光照处理使枝段皮层吸水量显著提高了50%。与黑暗处理相比,在瓶插期对浸在水中的枝条照光,可显著增加枝条皮层的可溶性糖含量,提高切花的水分平衡值,减缓花枝水势降低,抑制叶片光合速率下降,进而维持了花朵开放所需的水分和糖分,显著增大了切花花径,减缓了鲜质量下降,将瓶插寿命延长了4 d。
对柑橘中茉莉酸(Jasmonic acid,JA)生物合成途径中的关键限速酶丙二烯氧化物合酶AOS家族基因进行注释,确定其受溃疡病菌Xanthomonas citri subsp. citri(Xcc)诱导的表达模式。从甜橙数据库中共注释出3个AOS家族成员,其中CsAOS1-2对溃疡病菌响应最强烈;CsAOS1-2在‘晚锦橙’(甜橙,易感溃疡病)和‘金弹’(金柑,抗溃疡病)中均受病原菌诱导,但在‘晚锦橙’中表达量上调幅度远高于金弹;CsAOS1-2全长2 656 bp,开放阅读框1 599 bp,编码532个氨基酸,分子量为59 499.81,为非分泌性蛋白,其349 ~ 510 aa为典型的P450功能域;CsAOS1-2的表达无组织特异性;‘晚锦橙’和‘金弹’的AOS1-2启动子均含有参与植物激素和逆境应答的顺式作用元件,但在数量和类型上存在差异;烟草瞬时转化亚细胞定位分析显示CsAOS1-2定位在叶绿体中。CsAOS1-2强烈响应柑橘溃疡病菌的侵染,推测其与柑橘溃疡病敏感性具有密切的关系。
根据葡萄EF1-α基因序列设计引物F-g-6/R-g-6,根据葡萄白粉菌细胞色素P450基因序列设计特异性引物F-P450-Un/R-Un,分别建立葡萄叶片和葡萄白粉菌的real-time PCR检测方法,用于计算分子病情指数。结果表明:使用real-time PCR方法对酿酒葡萄‘赤霞珠’叶片DNA和葡萄白粉菌DNA测定的灵敏度分别为10-2和10-5 ng · µL-1,分别是常规PCR的100倍和1 000倍。同时建立葡萄叶片DNA和白粉菌DNA各自的标准曲线,标准曲线循环阈值与模板浓度呈良好的线性关系,相关系数分别为0.99637和0.99564。利用建立的real-time PCR检测方法对葡萄尚未发病的30个田间样品进行检测,共检测到22个样品中含有葡萄白粉菌,其分子病情指数与18 d后的田间病情指数极显著相关(相关系数为0.916)。建立的葡萄白粉菌潜伏侵染量real-time PCR分子检测体系,能够为葡萄白粉病的早期诊断和监测预警提供理论支持。
‘金丽’是在中华猕猴桃资源普查中发现,后经系统选育而成的中晚熟四倍体黄肉新品种。果实大,长圆柱形,平均单果质量110 g,最大可达200 g。果皮黄绿色,有少量浅褐色点状凸起,成熟时果肉纯黄至金黄,可溶性固形物含量为17%,维生素C含量为1 440 mg · kg-1,肉质细嫩,口感鲜美,有香味。4 ℃低温可贮藏3个月。盛果期产量25 900 kg · hm-2。
樱桃番茄新品种‘沪樱9号’是以自交系B14-23为母本,自交系B14-102为父本配制的抗番茄黄化曲叶病毒病一代杂种。该品种为无限生长型,植株生长势强,始花节位在7 ~ 8节,果实椭圆形,成熟果粉红色,有果肩,单果质量14.3 g以上,耐裂果,产量64 294.5 kg • hm-2。抗番茄黄化曲叶病毒病,适应性广,在上海、山东、内蒙古、云南等地示范种植均表现较好。
‘金椒2号’是以金椒1A为母本,F912为父本配制而成的中熟朝天椒一代杂种。植株生长势强,全生育期180 d左右;果实小羊角形,单果质量4.5 ~ 5.0 g,青果绿色,成熟果红色,辣椒素含量0.18%,维生素C含量767.2 mg · kg-1。中抗病毒病、疫病、炭疽病。产量28 380 kg · hm-2左右。适宜浙江省及气候相似地区春季保护地和露地栽培。
‘吊丝单竹’是从广东引种,在浙南地区经多年驯化栽培选育而成的良种。秆高9 ~ 11 m,径粗7 ~ 8 cm,顶端弯垂,呈钓丝状,秆基具纵条纹,在近竿基部的各节内常具环状的气生根。笋长25 ~ 30 cm,径10 ~ 12 cm。4年生竹笋产量5 700 ~ 9 255 kg · hm-2,较同期种植绿竹笋产量高25.4% ~ 46.5%,单笋质量0.4 ~ 1.0 kg,鲜笋味道鲜美,宜鲜食,亦可加工。
‘甜蜜20’是以甜瓜‘14-6I’为母本,‘16-7A’为父本杂交选育的哈密瓜类型甜瓜新品种。果实椭圆形,单果质量1.8 kg以上;果皮奶白色,果面网纹均匀;果肉橘红色,肉质脆爽多汁,不易发酵,清香,中心可溶性固形物含量16%以上。耐低温弱光,耐贮藏。产量37 800 ~ 40 650 kg · hm-2。
丹参‘川丹2号’是从四川栽培丹参混杂群体中通过系统选育而成的高产优质新品种。出苗期60 ~ 70 d,生育期270 ~ 290 d,根鲜产量为13 544.55 kg · hm-2,上级率为40.49%,丹参酮ⅡA、丹参酮Ⅰ、隐丹参酮的总含量和丹酚酸B的含量分别为0.262%和7.24%,出苗早,生育期长,产量与上级率高,品质优良。区域适应性和抗逆性强,适宜于四川西北部龙泉山脉地区栽培。