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1. 植物IPP基因的生物信息学分析
喻心怡, 冀慧玥, 路萍萍, 周嘉裕, 廖海
植物研究    2024, 44 (5): 774-782.   DOI: 10.7525/j.issn.1673-5102.2024.05.014
摘要7)   HTML0)    PDF (2729KB)(4)    收藏

异戊烯基焦磷酸异构酶(IPP)催化异戊烯焦磷酸与二甲基丙烯基焦磷酸(DMAPP)的可逆异构化反应,对下游萜类产物的合成发挥重要作用。该研究利用生物信息学方法,从稻(Oryza sativa)与拟南芥(Arabidopsis thaliana)等单、双子叶植物基因组中鉴定获得31条IPP基因。系统进化树将IPP分为3簇,其中单子叶植物单独形成一簇,同簇的IPP成员具有相似的结构域,可能执行相似的生物学功能;以稻与拟南芥IPP基因为代表,顺式调控元件分析显示它们含有干旱等响应元件;定量PCR结果显示,稻与拟南芥IPP转录水平的表达模式较为多样化。研究结果为系统认识IPP基因的生物学作用及可能的应用研究提供了理论依据。

2. 基于SRAP分子标记的郁金香遗传多样性分析
秦斗文, 刘伟强, 田吉婷, 唐楠, 巨秀婷
植物研究    2024, 44 (5): 783-792.   DOI: 10.7525/j.issn.1673-5102.2024.05.015
摘要16)   HTML1)    PDF (2266KB)(3)    收藏

为探究郁金香(Tulipa gesneriana)种质资源的遗传背景,精准评价和筛选优异种质用于郁金香遗传改良,该研究采用SRAP分子标记分析40个郁金香品种的遗传背景,明晰遗传多样性和亲缘关系。结果表明:在43对SRAP引物中可用于郁金香遗传多样性研究的多态性引物共21对,在40个品种中共扩增出249条清晰稳定的条带,其中多态性条带245条,多态性比率为98.39%。供试的40个品种遗传相似性指数为0.502 0~0.867 5,遗传多样性参数等位基因数(Na*)、有效等位基因数(Ne*)、Nei’s基因多样性指数(H*)、Shannon’s信息指数(I*)和多态性信息含量分别为1.981 0、1.514 9、0.304 2、0.460 3和0.321 2,供试材料遗传多样性丰富。聚类结果和主坐标分析将40个郁金香品种分为两大类,其中‘Christmas Magical’‘Banja Luka’‘Madame Lefeber’与其他品种亲缘关系较远,在遗传背景上具有一定差异。

3. 兰州百合响应自毒胁迫的代谢组学分析
成志远, 张燕江, 申岳, 李广, 陈勤, 李杰, 邢彦宏
植物研究    2024, 44 (5): 793-804.   DOI: 10.7525/j.issn.1673-5102.2024.05.016
摘要16)   HTML1)    PDF (4335KB)(4)    收藏

为探究兰州百合(Lilium davidii var. unicolor)响应自毒胁迫的代谢机制,以1年生(Lily1)、2年生(Lily2)和3年生(Lily3)兰州百合为研究对象,采用气相色谱-质谱(GC-MS)技术分析了不同连作年限兰州百合的代谢组学变化,在其提取物中共检测和鉴定出124种代谢物。利用R软件对样品进行归一化,通过正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)寻找差异代谢物,并筛选相关代谢物途径进行联合分析。结果表明:Lily1与Lily2的代谢组间存在明显差异,共有16种呈上调的差异代谢物(脂质类、黄酮类、糖类及酚类),且均上调;显著富集至酪氨酸代谢、丙酸代谢和类黄酮生物合成代谢通路。其中脂质类、黄酮类和糖类物质含量的提升表明在兰州百合连作的第2年,自身通过积极合成脂质类、黄酮类和糖类物质来响应自毒胁迫。Lily1与Lily3的代谢组间共有21种差异代谢物,包括1种上调代谢物(3-α-甘露二糖)和20种下调代谢物(胺类、酸类和脂质类);显著富集至5条代谢通路,分别为托烷、哌啶和吡啶生物碱的生物合成、磷酸盐和次磷酸盐的代谢、赖氨酸降解、谷胱甘肽代谢和D-氨基酸代谢。Lily2与Lily3组间同样有21种差异代谢物,唯一上调代谢物也为3-α-甘露二糖。这表明,在兰州百合连作的第3年,糖类物质作为直接参与维持细胞膜稳定性的碳水化合物,积极响应自毒胁迫。20种下调代谢物分别为胺类、酸类和脂质类,仅显著富集至丙酸代谢和类黄酮生物合成代谢通路。

4. 小黑杨Rubisco小亚基基因启动子的克隆及表达活性分析
曹佳玉, 曹丽娜, 张俏艺, 张双, 胡志宝, 赵唐锐, 许志茹, 李春明, 全先奎, 刘关君
植物研究    2024, 44 (4): 625-633.   DOI: 10.7525/j.issn.1673-5102.2024.04.014
摘要13)   HTML1)    PDF (1712KB)(9)    收藏

核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是光合作用中决定碳同化速率的关键酶,其中小亚基(rbcS)是由核基因编码,并且主要在叶片中表达。利用RT-qPCR技术确定了小黑杨(Populus×xiaohei)叶片中高表达的Rubisco小亚基基因PxrbcS1PxrbcS2基因,并克隆了其上游2 240、2 174 bp的启动子。对其进行启动子元件分析结果表明,PxrbcS1PxrbcS2的启动子具有多个与光诱导表达相关的元件,例如G-box、MRE和Box 4等元件。构建pBI-121-pPxrbcS1::GUS和pBI-121-pPxrbcS2::GUS植物表达载体并遗传转化84K杨(P. alba× P. glandulosa)。GUS组织化学染色以及qPCR表达分析表明PxrbcS1PxrbcS2的启动子能够驱动GUS基因在84K杨叶片特异性高表达。总之,上述结果表明该研究成功地从小黑杨中克隆了具有叶片高表达活性的PxrbcS1PxrbcS2的启动子,该启动子可应用到包括杨树在内的植物光合作用相关的基因功能研究以及提高植物光合作用的遗传操作中。

5. 新麦草基因组重复序列组成及在赖草属物种染色体上的分布
杨莹, 李媛, 陈洁, 刘博, 窦全文
植物研究    2024, 44 (4): 634-640.   DOI: 10.7525/j.issn.1673-5102.2024.04.015
摘要17)   HTML8)    PDF (2424KB)(3)    收藏

新麦草(Psathyrostachys juncea)被认为是赖草属植物的一个重要祖先物种。对新麦草中高度重复序列Cot-1 DNA文库克隆测序分析鉴定,结果表明新麦草Cot-1 DNA文库中的序列可以分为6种类型:反转座子、转座子、卫星DNA、抗病相关LZ-NBS-LRR、未能鉴定类型、反转座子LTR和LTR/Copia类型序列组合型,占比分别为49.5%、1.0%、28.7%、5.9%、13.9%和1.0%。进一步利用2种卫星DNA序列和5个反转座子序列为探针,对新麦草、赖草(Leymus secalinus)和2个大赖草(L. racemosus)材料进行染色体荧光原位杂交,结果表明卫星DNA序列TaiI-family和pSc250-family杂交信号主要分布在染色体的端部,TaiI-family杂交信号数量分别为20、16、7和18,而卫星DNA序列pSc250-family在新麦草、赖草中的杂交信号数量分别为17和24,在2个大赖草材料均没有信号检出。反转座子序列在3个物种染色体上基本呈散布分布方式,而且在赖草属物种染色体分布呈现同质化倾向,其中克隆序列pPj-44和pPj-28在新麦草和赖草属物种间信号分布差异显著,分别提示在异源多倍化过程中存在序列扩张和收缩,克隆序列pPj-77仅在1个大赖草材料10个染色体杂交信号强度区别于其余染色体。研究结果表明,新麦草重复序列在赖草多倍体形成过程发生了快速进化并可能存在同质化扩散,同时赖草属不同物种基因组间重复序列组成可能存在显著差异。