主管:中国科学技术协会
主办:中国园艺学会和中国农业科学院蔬菜花卉研究所
主编:张友军
出版单位:《园艺学报》编辑部;主 任:陈 洁
CN:11-1924/S
ISSN:0513-353X
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通过改变外源和内源苹果植株中的肌醇含量,并对其进行高温处理,解析肌醇在苹果响应高温胁迫中的功能。结果发现,高温胁迫引起苹果叶片枯黄萎蔫,活性氧、丙二醛和电导率迅速升高,叶绿素含量降低;然而100 µmol · L-1外源肌醇处理显著缓解了高温对苹果植株造成的伤害。MdMIPS1编码肌醇合成的关键限速酶,其在高温胁迫下大量表达。利用实验室前期获得的MdMIPS1过表达的转基因株系(OE,高肌醇含量)进行高温处理,结果表明,与野生型植株相比,OE株系在高温下叶片失绿干枯症状比较轻微,电导率较低,叶绿素含量较高;高温下OE株系的气孔开度更大,光合系统效率更强;与野生型相比,OE植株在高温下表现出更低的活性氧水平、更高的抗氧化酶活性;并且一些编码热激蛋白的基因也在OE植株中表达水平更高。以上这些结果表明,提高肌醇水平能直接提高苹果植株对高温胁迫的抗性。
以壶瓶枣(Ziziphus jujuba‘Hupingzao’)为试材,采用石蜡切片技术,观察大小孢子发生及雌雄配子体发育进程,为壶瓶枣花发育和育种提供理论依据。壶瓶枣花药具4室,花药壁由1层表皮、1层药室内壁、2层中层和1层分泌型绒毡层组成,发育类型为基本型;小孢子母细胞胞质分裂为同时型,经减数分裂形成四分体,呈四面体型排列;成熟花粉为2细胞型,具3个萌发孔。胚珠为倒生型;大孢子母细胞经减数分裂形成四分体,呈纵向线形排列,合点端大孢子发育为功能大孢子,雌配子体发育经历二核、四核胚囊阶段,最终形成7细胞8核的成熟胚囊,发育类型为蓼型。雌雄异熟,雄蕊发育早于雌蕊。
为了解甲基化修饰酶基因在柑橘基因组中的特性,在全基因组水平对枳甲基化转移酶和去甲基化酶基因进行了鉴定与分析。结果表明枳基因组中存在11个DNA甲基转移酶基因和3个去甲基化酶基因。这些基因编码蛋白的氨基酸数在665 ~ 1 962 aa之间,均属于亲水蛋白,其中13个成员定位在细胞核中。此外,PtrDME、PtrROS1、PtrDML3、PtrCMT2和PtrMET1-6中发生了3个片段重复事件,与拟南芥和水稻中同源基因都存在共线性关系。进一步分析表明,枳DNA甲基化修饰酶基因启动子区域含有较多的光响应和激素响应元件,且PtrMET1在蛋白互作网络中是核心蛋白。分析发现,PtrMET1-2和PtrCMT1在叶、根、成熟胚珠和幼嫩胚珠中的表达水平较高,PtrCMT2和PtrCMT3在成熟胚珠和幼嫩胚珠中较高。DNA甲基化抑制剂5-氮杂胞苷处理可降低枳叶片整体DNA甲基化水平,并上调甲基化修饰酶基因的表达水平,但降低了PtrDRM在茎中的表达。
以292份火龙果种质为试材,基于19项果实表型性状数据,通过4种取样方法,6种取样比例,构建了24组候选核心种质群体,以表型保留比例(RPR)、极差符合率(CR)、变异系数变化率(VR)和Shannon-Weaver多样性指数(I)为评价指标,确定最佳核心种质构建策略;而后通过人工定向补充具有特异性状的种质,最终构建包含50份样品的火龙果核心种质,占原始种质的17.12%,其CR、RPR、I、VR等评价指标分别为100.00%、99.44%、1.80、131.52%。主成分分析显示,该核心种质在样品分布图中均匀分布,覆盖了原种质的分布范围,同时有效减少了原始种质中的重叠部分。评价指标和主成分分析结果均表明,核心种质在去除冗余的同时有效地保留了原始种质的遗传多样性。
以青花菜花球农艺性状差异显著的高代自交系B20101和B736为亲本,构建包括228个单株的F2分离群体,通过定位花球农艺性状相关QTL,挖掘相关候选基因,为解析青花菜花球形成的分子机制和选育优良新品种奠定理论基础。基于重测序技术开发SNP标记,构建了包含6 329个SNP标记的985个bin标记的遗传图谱。该遗传图谱总距为788.78 cM,平均图距为0.84 cM。对花球农艺性状进行QTL定位分析,分别检测到控制茎横径、球横径、球纵径、单球质量和蕾粒大小的QTL位点3、3、1、4和8个,其表型贡献率(PVE)介于4.5689% ~ 21.0997%。其中1个控制花球蕾粒大小的主效QTL位点(LOD = 10.6897,PVE = 21.0997%)被定位在SNP标记mk_18639516与mk_18698493界定的约58.977 kb区间内。通过分析该QTL区间,筛选出4个可能影响双亲花球蕾粒大小的候选基因,分别为Bo6g067260、Bo6g067270、Bo6g067280和Bo6g067290,在双亲中的表达水平存在显著差异,但其序列在双亲及F2群体中无差异。提示这4个基因的调控区(如启动子)序列可能有差异,导致基因表达量的差异,进而影响花球蕾粒的大小。
高分辨率熔解曲线(high-resolution melting,HRM)分型技术可以通过形成不同的熔解曲线鉴定样品的基因型,具有操作简单、速度快、通量高、分辨率高等优点。为开发番茄重要性状优异等位基因的HRM分子标记和评估不同因素对HRM分析效果的影响。基于23个优异等位基因或其附近的序列特征,成功开发了23个HRM分子标记,分别用于检测23个重要性状基因位点。包括抗病基因Bwr-12、Frl、I-7、Pto、Rx4、Sm和Ty-1,耐非生物胁迫基因SlACR11A、SlBBX31、SlHAK20和SlSOS2,果实性状相关基因Aft、LC、GF、OVATE、PT、R、SlALMT9、STP1和Y,株型相关基因SD1、SP和SP5G。另外,通过评估不同反应体积、模板DNA浓度和DNA提取方法对HRM分析效果的影响,发现5、7.5、10、12.5和15 µL的反应体积与试剂盒推荐的20 µL反应体积具有相同的分析效果;在5 µL反应体积下,DNA浓度在12.5 ~ 1 600 ng · µL-1的较宽范围内均具有良好的分析效果;NaOH法粗提的DNA也适用于HRM分析检测。本研究结果可应用于番茄优异等位基因鉴定及分子标记辅助育种中。
果实硬度是重要的品质性状,果实耐穿刺力和耐压力是评价硬度的重要依据。利用质构仪测定果实硬度,发现加工番茄‘TS292’与普通大果番茄‘TS12’在果实耐压力方面无显著差异,但TS292的果实表现出更强的耐穿刺力。通过组织学和代谢组学分析发现,红熟时期TS292的果皮角质层更厚,且角质和蜡质含量更高,这可能是其耐穿刺性增强的关键因素。为了克隆调控果实耐穿刺力硬度的关键基因,以TS12和TS292为亲本构建的重组自交系为定位群体,利用混池重测序技术挖掘到4个调控果实耐穿刺力的QTL。其中,位于7号染色体的主效位点QTL-qFIS3的表型贡献率高达30.12%。进一步遗传分析,定位区间缩小到了295 kb区间内。
PLATZ转录因子在植物非生物胁迫响应过程中起着重要作用。以番茄‘Micro-Tom’为材料,克隆了PLATZ家族转录因子基因SlPLATZ18,其开放阅读框(ORF)长687 bp,编码228个氨基酸。序列比对和系统进化树分析表明,SlPLATZ18与参与逆胁迫响应的马铃薯StPLATZ9/11和棉花GhPLATZ1具有较高的序列相似性。通过遗传转化获得SlPLATZ18过表达株系(SlPLATZ18-OE)。低温胁迫下,与野生型(WT)相比,SlPLATZ18-OE植株活性氧(ROS)积累减少;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性增强;脯氨酸(Pro)含量增加;丙二醛(MDA)含量和相对电导率降低;低温响应基因SlCBF1、SlCBF3、SlCOR47-like和SlRD29A表达显著上调。过表达SlPLATZ18植株的低温抗性显著增强。此外,脱落酸(ABA)处理下,SlPLATZ18-OE种子的萌发率和初生根长度均显著高于野生型,表明其ABA敏感性降低,促进ABA处理下初生根的伸长。因此推测SlPLATZ18正调控番茄的低温胁迫应答,并负调控ABA信号响应过程。
未熟先期抽薹严重影响胡萝卜肉质根的商品价值,制约中国胡萝卜越冬和春播栽培生产。为研究胡萝卜抽薹机制,挖掘抽薹性状的关键基因,本研究中比较未熟抽薹敏感的一年生野生种‘松滋野生’(Ws)和耐抽薹的二年生栽培种‘Amsterdam Forcing’(Af)在3个关键生长时期的转录组数据,共检测到2 320个差异表达基因,主要富集在生物过程的细胞过程与代谢过程、细胞组分中的细胞部分以及分子功能中的催化活性和结合功能。本研究中挖掘到32个与抽薹开花相关同源基因,主要涉及光周期途径、赤霉素途径、春化途径以及开花整合因子。其中,AP1、AP2、AGL19、TPS1和4个SOC1基因的表达量在3个时期均存在显著差异,SOC1(DCAR_209690、DCAR_209695和DCAR_414778)在Ws中显著高表达,为胡萝卜抽薹机制研究以及不同抽薹性胡萝卜育种提供了依据。
为了进一步丰富韭菜基因组信息,挖掘韭菜S-烃基半胱氨酸亚砜[S-alk(en)yl-L-cysteine sulfoxides,CSOs]合成代谢相关基因,测定50份韭菜种质资源的S-烯丙基半胱氨酸亚砜(S-allyl-L- cysteine sulfide,ACSO)、S-甲基半胱氨酸亚砜(S-methyl-L-cysteine sulfide,MCSO)和S-丙烯基半胱氨酸亚砜(S-propenyl-L-cysteine sulfide,PeCSO)3种S-烃基半胱氨酸亚砜的含量,筛选出S-烃基半胱氨酸亚砜总含量最高的韭菜品种‘黄格子’和最低的‘哈密钩韭’。通过转录组测序比较两个品种基因表达的差异性,筛选与S-烃基半胱氨酸亚砜合成和代谢相关的差异基因。结果显示,转录组数据共筛选出差异表达基因11 493个,其中上调的有6 203个,下调的有5 290个。GO数据库富集到S-烃基半胱氨酸亚砜生物合成相关的硫代谢通路。KEGG分析共富集到122条通路,其中与S-烃基半胱氨酸亚砜合成代谢相关的有硫代谢、半胱氨酸代谢、谷胱甘肽代谢通路。进一步通过基因注释得到参与CSO合成和代谢的关键基因51个,其中4个含黄素单加氧酶基因FMOs、2个γ-谷氨酰转肽酶基因GGT和7个蒜氨酸酶基因Alliinase均在‘黄格子’中高表达,推测其在调控韭菜S-烃基半胱氨酸亚砜的合成与分解代谢中发挥重要作用。
为探究甜瓜细胞色素P450单加氧酶(cytochrome P450 monooxygenase,CYP450)基因家族的功能,利用生物信息方法分析甜瓜基因组数据,鉴定出195个全长CYP450基因,归属于10个家族簇(clan),不均匀分布于甜瓜的12条染色体上。MEME分析鉴定甜瓜CYP450家族包含15个保守基序。理化性质分析表明绝大多数甜瓜CYP450蛋白为疏水性蛋白,主要定位于叶绿体/质体膜系统。该家族基因启动子区存在多种顺式作用元件,包括核心启动子元件(如TATA-box、CAAT-box)、转录因子结合位点(如MYB、MYC),光响应元件(如GT1-motif、Box 4)和激素响应元件(如ABRE、CGTCA-motif)。通过对不同强度光辐射处理下甜瓜黄绿叶突变体Cmygl-1(MT)和野生型(WT)植株叶片的RNA-seq分析,共鉴定出69个差异表达的CmCYP450基因;其中有16个在叶片中表达水平较高,且其表达受不同强度光辐射差异调控,提示这些基因可能与光辐射诱导的突变体叶色表型相关。
以不同倍性‘凤丹’牡丹(Paeonia ostii‘Fengdan’)盛花期和花衰败期叶片为试验材料,分析其叶片表型、解剖结构和转录组变化。结果表明,叶面积大小顺序为三倍体 > 四倍体 > 二倍体;叶片厚度与叶脉直径大小为四倍体 > 三倍体 > 二倍体。与二倍体叶片相比,盛开期三倍体叶片中SAUR23、SAUR32、ARR4、IPT3和IPT5等19个基因上调表达,四倍体叶片中SAUR78、CYCD3、ARP5、ZOG2、HEMD和HEME等18个基因上调表达;衰败期三倍体叶片中ARF10、IPT9和HEMB等10个基因上调表达,四倍体叶片中AHP4、CKX7、ZOG、UGT83A1、PAO和SGR等13个基因上调表达。对光合生物的固碳作用途径中的差异基因分析表明,GAPC、MDH在盛开期三倍体叶片中的表达量较高。加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)表明,TCTP、BTB、BRH1和PsMYC2等18个核心基因在三倍体中的表达量较高,GLY、NmrA-like和WAT1等15个核心基因在四倍体中高表达, qRT-PCR结果证明转录组测序数据可靠。表明这些基因的差异表达影响了多倍体‘凤丹’牡丹叶片的生长发育。
以新疆野苹果[Malus sieversii(Ledeb.)Roem.]为砧木,分别嫁接新疆野苹果、‘寒富’(Malus × domestica Borkh.‘Hanfu’)和‘富士’(M. × domestica Borkh.‘Fuji’),设不施氮与施氮(0.2 g · kg-1土)处理,采用稳定同位素示踪和高通量测序技术,测定接穗的叶片组织结构、光合特性、碳氮含量和内生菌群落结构的变化特征,探究氮素调控对苹果接穗叶片生理及内生微生物协同适应性的影响机制。结果表明,不施氮条件下‘富士’的叶片厚度、叶绿素含量和碳氮比均显著高于‘寒富’和新疆野苹果;施氮后‘寒富’的叶片净光合速率和气孔导度分别显著提高24.84%和73.86%,且其光合效率显著优于其他两种接穗。叶片内生菌群落分析表明,‘寒富’表现出最高的细菌和真菌群落多样性和丰富度,施氮处理进一步提升了其内生细菌群落的多样性指数(Chao1和Shannon指数分别增加7.30%和61.96%)和网络复杂性(节点数为598,链接数为75 728)。此外,施氮处理显著促进了‘寒富’叶片中功能有益菌属的富集,其中芽孢杆菌属(Bacillus)、新鞘氨醇单胞菌属(Novosphingobium)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)的相对丰度分别较不施氮处理显著提高了226.21%、59.35%和149.42%。综上,氮素施用可显著改善苹果接穗叶片的光合特性并优化内生菌群落结构,其中‘寒富’接穗在氮素充足条件下表现出更优的光合性能和更稳定的内生菌群落。
为优化新疆产区优质早熟葡萄新品种‘无核翠宝’的配套栽培技术,以设施栽培‘无核翠宝’为试材,于盛花后2 d设置3组植物生长调节剂保果处理,GA3 + CPPU浓度分别为:5 mg · L-1 + 0.5 mg · L-1(T1),10 mg · L-1 + 0.5 mg · L-1(T2),15 mg · L-1 + 0.5 mg · L-1(T3),以清水处理为对照,系统分析不同处理对果实品质的影响。结果表明:3个保果处理均能显著提高单粒质量和单穗质量,改善外观品质,T1、T2、T3单粒质量分别较对照提高23.33%、28.72%和32.05%,固酸比降低19.24%、19.12%和22.50%,可溶性固形物均维持在19°Brix以上,对口感无明显影响,大部分烯萜类挥发性香气物质含量显著提高,任醇、香叶醇等玫瑰香型特征香气物质相对活度值(rOAV)显著提高,大马士酮rOAV显著降低;感官评价中,T1、T2处理果皮单宁含量显著增加,但涩味评分无显著差异,果皮化渣程度、果肉细腻度下降,外观品质得分大幅提高。综合对比表明,T2处理(10 mg · L-1 GA3 + 0.5 mg · L-1 CPPU)在实现单粒质量提升的同时,维持可溶性固形物大于19°Brix,优化了玫瑰香型物质的积累,且果柄耐拉力与果实硬度均优于其他处理,可作为新疆产区‘无核翠宝’葡萄设施栽培的标准化保果技术方案推广。
以夏橙、纽荷尔脐橙和椪柑等柑橘类果实为试验材料,使用次氯酸钠和二氯异氰尿酸钠(DCCNa)进行浸果处理,测定果实腐烂率、失重率、可溶性固形物和可滴定酸含量,统计果面微生物变化并通过接种试验观察不同消毒剂对果实采后病害的防治效果,探究DCCNa对柑橘采后预处理的广谱消毒效果。结果表明,与对照相比,DCCNa处理后,夏橙、纽荷尔脐橙、椪柑果实腐烂率分别降低8.70%、5.36%和7.67%;纽荷尔脐橙与椪柑果面微生物减少68.09%和52.49%,接种后青霉病与酸腐病病斑直径分别降低17.47%和11.36%,不同消毒剂处理对果实可溶性固形物与可滴定酸含量变化均无明显影响。综上,DCCNa能在保持柑橘品质的同时显著降低采后腐烂率,控制果实采后病害,具有柑橘采后预处理广谱杀菌应用潜力。
为获得对黄瓜棒孢叶斑病具有良好防效的生防假单胞菌,通过低温富集及特定培养基筛选从中国各地56份黄瓜根际土样中得到557株能在365 nm紫外光照下具荧光的菌株。利用平板对峙法筛选出对多主棒孢菌有拮抗作用的菌株,通过活体盆栽试验得到1株对黄瓜棒孢叶斑病防效较好且稳定的菌株ZF518。其平板抑菌率为65.82%,盆栽防治效果为57.08%。通过形态学、生理生化特性及多基因系统发育树的构建,将ZF518鉴定为韩国假单胞杆菌Pseudomonas koreensis。该菌株对离体情况下的多种病原真菌具有直接抑制效果,并可产生铁载体,为黄瓜棒孢叶斑病的生物防治提供生防资源。
以圆切捕虫堇(Pinguicula cyclosecta)的无菌苗叶片为外植体,通过探究卡那霉素(Kan)、头孢霉素(Cef)、菌液浓度与侵染时间、共培养时间和乙酰丁香酮(AS)等影响遗传转化的因素,成功建立了农杆菌介导的捕虫堇遗传转化体系。结果表明,Kan最优浓度为50 mg · L-1,Cef最优浓度为200 mg · L-1;菌液OD600值为0.2,侵染时间15 min,共培养3 d,AS浓度为100 mg · L-1时,圆切捕虫堇的阳性芽率最高,达到10.24%,经培养成功获得16株转基因植株。
为建立连翘[Forsythia suspensa(Thunb.)Vahl]的基因功能验证体系,以连翘幼苗、果实、花芽为材料,FsPDS为报告基因分别在连翘营养器官和生殖器官中进行了病毒介导的基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)体系的构建及优化,在连翘花芽中对异型花柱关键基因FsCYP90D1(FsPDS)的功能进行验证。结果显示试验组植株新生叶片出现典型的光漂白表型且FsPDS基因表达量显著下降,成功构建连翘幼苗FsPDS基因沉默体系,连翘最佳侵染液配方为:400 μmol · L-1 AS + 10 mmol · L-1 MgCl2 + 10 mmol · L-1 MES + 400 mg · L-1 Cysteine + 5 mL · L-1 Tween-20;从果实处理、接种方法、菌液浓度3个方面构建并优化连翘果实VIGS体系,降低了连翘果实中FsPDS基因表达水平;在连翘花芽中开展了FsCYP90D1基因沉默研究,试验组FsCYP90D1基因表达量降低,长花柱变短,验证其参与连翘花柱伸长。
黄瓜是一种在全球范围内广泛种植的重要蔬菜作物,其不同部位均存在表皮毛。果实表面覆盖的非腺体型表皮毛称为果刺,与果瘤一并统称为刺瘤,对黄瓜表皮外观商品性状具有重要影响。刺瘤的大小及稀密程度除影响消费者的选购、栽培育种的偏好之外,还影响果实运输及贮藏、参与生物及非生物胁迫响应等。目前黄瓜中已鉴定了多个果实刺瘤调控基因并初步揭示了其作用机制。本文综述了黄瓜刺瘤发育相关基因的研究进展,总结了黄瓜表皮果刺系统发育的调控网络,并讨论了黄瓜表皮毛在逆境胁迫中的功能,为进一步培育出高商品性、高抗性的黄瓜新品种提供理论基础。
叶色嵌合体独特的斑块或条纹状表型,在观赏植物育种中具有重要价值。因此,研究叶色嵌合体形成的分子调控机制对于定向改良观赏植物的叶色具有重要意义。本文中系统综述了叶色嵌合体的分类、分子调控机制及育种方法,重点从分子机制层面探讨了叶色嵌合体的形成原因以及人工定向培育叶色嵌合体的技术方法。并进一步指出目前该领域在质体发育、层间信号传导及其生存机制等核心问题上仍存在空白,未来需深入探索以指导其稳定创制与应用。
从花色形成机理、花色成因、花青苷生物合成及转录调控机制等方面对紫薇花青苷呈色机制研究进展进行分析总结。花青苷是植物主要的呈色物质,其种类、合成代谢途径等多种因素对花色形成具有重要影响,目前对紫薇花色的研究还只限于花色素成分和花青素合成途径中相关结构基因与转录因子的初步分析和功能鉴定,对于紫薇花色形成机理未完全明确。因此,需要对紫薇进行分子机理和调控过程的研究,从微观层面对紫薇花呈色原理进行解析,为培育新优色系品种提供理论基础。
‘霁月’是以地菍(Melastoma dodecandrum)为母本,印度野牡丹(M. malabathricum)为父本,采用人工授粉杂交获得的F1代中选育而成的野牡丹新品种。常绿小灌木,半匍匐状,植株高度小于50 cm,枝条柔软平展,叶绿色有光泽,在秋冬季变为浅红色,花期5—7月,花量多,花形美观,很少结果,观赏价值高,喜温暖湿润的气候,可在华南及热带地区广泛种植。
‘金妃一号’(Camellia nitidissima‘Jinfei 1’)是从广西防城金花茶(C. nitidissima Chi)实生个体中选育出的新品种,其花瓣呈黄色,半重瓣型,叶色深绿,叶尖呈鱼尾状,花冠直径5.2 ~ 6.5 cm,半重瓣型,花期1月下旬至3月下旬,适宜在广西南宁、防城等地栽培,具有较高的观赏价值。
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