核桃黑斑病是核桃生产中最严重的细菌性病害,化学防治易造成污染与抗性问题,亟需绿色高效生防资源。菌株WMF106是对核桃黑斑病菌具有较强拮抗活性的暗蓝色链霉菌(Streptomyces caeruleatus)。为进一步了解该菌株的生防遗传基础,解析其防治核桃黑斑病的分子机理,本研究对菌株WMF106进行全基因组测序与功能分析。采用二代+三代测序技术组装基因组,进行基因预测、功能注释及次级代谢产物合成基因簇挖掘。结果表明:菌株WMF106基因组由1条染色体(染色体基因组总长度10,377,577 bp,GC含量为71.16%)和2个质粒组成,共预测编码基因9253个;在NR、eggNOG、Swiss-port、KEEG、GO、CAZy、TCDB、CARD、PHI、VFDB数据库中注释到的基因分别为8981、7933、5787、2979、6426、510、1319、142、7和1507个。共鉴定出36个次级代谢产物合成基因簇,其中10个与已知抗菌物质基因簇同源性达90%~100%,包括覆盖霉素、1,3,6,8-四羟基萘、铁载体coelichelin、ε-聚赖氨酸等。基因组不含典型毒力因子,生物安全性高。本研究明确了菌株WMF106的遗传背景与生防潜力,为挖掘新型抗菌活性物质、研发核桃黑斑病生物防治制剂提供了重要基因资源与理论支撑。
高浓度硫酸镁在芽孢杆菌发酵培养基灭菌时易生成氢氧化镁沉淀,导致传热不均、发酵稳定性差,同时常规低镁培养基难以满足芽孢高耐热性需求。为解决上述技术难题,本研究以解淀粉芽孢杆菌为供试菌株,采用改进的培养基配制方法即“先调pH后加硫酸镁” 方法,设置1.3、4.6、16.6 g/L硫酸镁浓度,比较不同浓度硫酸镁培养基中菌株沉淀生成、发酵周期、菌体生物量、芽孢耐热性及喷雾干燥制成菌粉后的芽孢存活率。结果表明:改进培养基配制方法后,氢氧化镁沉淀显著减少,解淀粉芽孢杆菌发酵周期由24 h缩短至21 h,批次间稳定性提高。硫酸镁添加量为16.6 g/L时,芽孢经90℃水浴处理20 min后存活率达98.9%,喷雾干燥后获得的菌粉中芽孢存活率高达97.1%,显著高于低镁对照(43.3%)。研究证实,“先调pH后加硫酸镁”的培养基配制方法可实现高镁培养基无沉淀稳定配制,同时大幅提升芽孢耐热性与储存加工耐受性,为芽孢杆菌生防菌剂高效工业化生产提供简单、稳定、可放大的新工艺,后续可开展发酵罐中试验证与抗逆分子机制解析。
针对当前木霉菌剂产业化中液体发酵成本高、孢子产量低、固体发酵工艺粗放等问题,为实现具有促生抑菌活性的桔绿木霉(Trichoderma citrinoviride)HT-1分生孢子的低成本高效生产。本研究以农业废弃物为固体发酵基质,采用单因素试验、正交优化与响应面法(RSM),系统优化菌株HT-1的固体发酵基质配比与发酵条件,并通过盆栽试验验证其发酵产物对小麦、番茄幼苗的促生效果。结果表明:最优固体培养基质配比为玉米秸秆:麦麸:花生壳:棉籽壳=2:2:3:1;关键发酵参数为接种量14.22%,含水量48.89%,发酵时间13.27 d,此条件下菌株HT-1产孢量最高,达到了1.01×1011个/g;盆栽试验显示,发酵产物可显著提升小麦、番茄的株高、根长、鲜重与干重(P<0.05)。本研究建立了一套农业废弃物资源化、高产孢量、工艺稳定的桔绿木霉固体发酵技术,为桔绿木霉HT-1菌株的生物菌剂产业化开发与绿色农业应用提供了科学依据与技术支撑,后续可进一步开展制剂化、田间稳定性与促生机制研究。
尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)是重要农业致病菌与活性次级代谢产物资源真菌,高效稳定的原生质体转化体系是其基因功能研究与代谢调控的关键技术前提。为优化尖孢镰刀菌原生质体制备与转化体系,提高质粒转化效率;本研究以土大黄内生尖孢镰刀菌R1为材料,采用PEG介导转化法,通过单因素试验优化原生质体制备与转化条件;尖孢镰刀菌原生质体最佳制备条件为:CMC-Na培养基中产孢72 h,YEPD培养基中培养菌丝24 h,复合酶(崩溃酶: Yatalase: 溶菌酶=3: 1: 1,20 mg/mL)于36℃、 180 r/min、0.7 mol/L NaCl中酶解4 h,原生质体产量达3.81×107个/mL;以TB3为转化培养基,转化效率达27,000/mg(以单位质量的DNA转化子数计算)。应用研究表明,该体系成功敲除了镰刀菌R1内毒力因子fusarubin生物合成核心基因T1PKS,效率达62.5%;本研究构建了一套高产、稳定、高效的尖孢镰刀菌R1原生质体制备与PEG介导遗传转化体系,为该真菌的基因编辑、毒力机制解析、次级代谢产物挖掘及农业致病菌防控研究提供可靠技术支撑。
为解决药用植物甜茶快速繁殖难题,以其带芽嫩茎为外植体,系统研究外植体消毒时间、培养基激素配比及移栽基质配比对无菌系建立、丛生芽增殖、试管苗生根及移栽成活的影响。采用正交试验设计结合逐步回归分析,筛选各环节最优条件。结果表明:甜茶外植体的最佳消毒方式为0.1%升汞溶液消毒7 min,成活率80%;最佳继代增殖培养基为MS+ 6-BA 1.0 mg/L+ NAA 0.1 mg/L,增殖系数为27.33;最佳生根培养基为1/2MS+ IBA 0.5 mg/L,生根率100%,平均生根数约13条,平均根长1.74 cm;最佳移栽土壤基质配比为蛭石:营养土:椰糠=1:1:1,成活率高达86.3%。成功构建甜茶的组织培养快速繁殖体系,该体系繁殖效率高、操作简便,为甜茶优质种质资源扩繁、规模化生产及遗传多样性保护提供了科学依据与技术支撑,未来可进一步优化激素组合与炼苗条件,提升体系稳定性与产业化适配性。
本研究旨在建立高效的不同品种花生胚小叶离体再生体系,为花生的遗传改良和生物技术应用提供有力的技术支持。本试验以‘莱阳四粒红’、‘83’(‘云花24号’)2个不同品种的花生胚小叶为外植体,采用组织培养法研究不同植物生长调节剂、开盖炼苗时间等对胚小叶再生体系建立的影响。结果表明:‘莱阳四粒红’胚小叶芽丛诱导最适宜的生长调节剂为3.25 mg/L 6-BA+0.2 mg/L NAA,芽丛抽芽为1.5 mg/L TDZ+3.0 mg/L 6-BA+1.0 mg/L GA3,芽丛伸长为2.0 mg/L TDZ+4.0 mg/L 6-BA+0.1 mg/L NAA+1.5 mg/L GA3,生根培养为2.0 mg/L NAA+0.3 mg/L 2,4-D。‘83’(‘云花24号’)胚小叶芽丛诱导最适宜的生长调节剂为3.25 mg/L 6-BA+0.3 mg/L NAA,芽丛抽芽为1.5 mg/L TDZ+4.0 mg/L 6-BA+1.5 mg/L GA3,芽丛伸长为2.0 mg/L TDZ+3.5 mg/L 6-BA+1.0 mg/L NAA+2.0 mg/L GA3,生根培养为2.5 mg/L NAA+0.1 mg/L 2,4-D。2个花生品种炼苗移栽最佳开盖时间为7 d,‘莱阳四粒红’、‘83’(‘云花24号’)再生苗坐果率分别为57.63%、48.67%。本研究成功建立‘莱阳四粒红’和‘83’(‘云花24号’)2个花生品种的胚小叶离体再生体系,明确了各阶段关键调控因子与配比,显著提升再生效率与移栽成活率,成果不仅完善了花生组织培养技术体系,更为后续花生遗传改良研究及功能基因挖掘,提供了重要的转基因技术平台支持。
针对豫南稻区水稻骨干亲本稻瘟病抗性基因背景不清、抗性育种缺乏精准依据的问题,为明确核心抗源分布与优异基因组合,以93份水稻骨干亲本为材料,通过分子标记技术分析河南省豫南稻区籼稻骨干亲本的稻瘟病抗性基因分布特征。采用pi2、pita、pi5、pia和pigm共5个抗性基因的特异性分子标记,结合SDS微量法抽提水稻全基因组DNA,并运用琼脂糖凝胶电泳对样本进行系统鉴定。结果表明:93份材料中,单基因频率以pia最高(66.67%),pita次之(59.14%),pi5为51.61%,pi2与pigm均为33.33%;携带2个抗性基因的材料占比最高(38.71%,36份),含3个基因的占26.88%(25份),仅2份材料不含目标基因;抗性基因组合,pia+pita占比最高(22份,23.66%),其次是pia+pita+pi5占比11份;组合基因数0-4区间中都存在占比最少,为2份。综上,豫南稻区亲本以pia、pita、pi5为优势抗源,双基因聚合为主要类型,筛选出的多基因聚合材料可直接用于抗病育种。本研究为当地水稻广谱持久抗稻瘟病育种提供了精准抗源信息与理论支撑,后续可结合病菌小种监测开展表型验证与基因聚合育种。
针对北方春花生播种期易受低温冷害导致萌发差、幼苗弱、减产的问题,为揭示种衣剂缓解北方春花生低温胁迫的生理机制,保障春花生正常萌发与成苗。以花生品种'吉花25'为试验材料,设置25℃(对照)、10℃(轻度胁迫)、8℃(中度胁迫),比较种衣剂包衣与蒸馏水浸种对种子萌发、幼苗生长、根系形态、光合荧光、膜稳定性及抗氧化酶活性的影响。结果表明:低温显著抑制花生萌发与幼苗生长;种衣剂使8℃发芽势提升98.92%,10℃发芽率提高11.26%;8℃下,幼苗总根长、根表面积、株高、干重分别增加14.78%、23.23%、32.59%、12.91%;10℃下,幼苗总根长与干重分别增加11.13%、16.10%;低温胁迫下,种衣剂处理提高了功能叶片Fv/Fm(8℃: +2.50%;10℃: +1.23%)和ΦPSII(8℃: +15.38%;10℃: +5.16%),降低了NPQ(8℃: -24.12%;10℃: -21.32%),并显著提升了净光合速率、气孔导度及蒸腾速率,同时降低了胞间CO2浓度;同时降低功能叶片丙二醛含量与相对电导率,提高相对含水量及抗氧化酶(POD、SOD、CAT)活性。综上所述,种衣剂通过促进种子萌发、改善幼苗根系形态、增强功能叶片光合速率、提升抗氧化能力及维持细胞质膜稳定性,有效缓解低温胁迫对花生的抑制。8℃对种子萌发促进更显著,10℃对植株生物量积累更有利。本研究为北方春花生抗寒稳产栽培提供了理论与技术支撑。
干旱胁迫严重抑制大豆根系生长与活力,为探明外源2,4-表油菜素内酯(EBR)调控大豆幼苗抗旱的根系生理机制,以'辽鲜一号'为材料,采用盆栽控水法,设置0.5、1.0、1.5、2.0 mg/L 4个EBR浓度,研究其对干旱胁迫下大豆幼苗根系形态、保护酶活性、活性氧积累、伤流强度及内源激素(ABA、CTK)的影响。结果表明:与CK相比,干旱胁迫极显著降低了大豆幼苗的主根长、根表面积、根体积、主根直径及根干重(P<0.01),提高活性氧积累并降低根系活力;叶面喷施1.0~1.5 mg/L EBR能显著缓解干旱胁迫对大豆幼苗根系生长的抑制,其中,1.0 mg/L EBR处理效果最优,可使大豆幼苗主根长、根表面积、根体积、主根直径、根干重等分别较单纯干旱处理分别提高46.6%、30.6%、34.9%、43.8%、40.0%,且上述各指标均显著高于单纯干旱胁迫处理。叶面喷施0.5~1.5 mg/LEBR后极显著提高了干旱胁迫下大豆幼苗根尖的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)等保护酶活性(P<0.01),极显著降低了超氧阴离子自由基(O2-·)产生速率和过氧化氢(H2O2)含量(P<0.01),不同程度地降低了根系伤流液中ABA含量,提高了CTK含量和根系伤流强度,以1.0 mg/L EBR处理大豆幼苗根尖保护酶活性、伤流强度和CTK含量最高,O2-·产生速率、H2O2含量以及ABA含量最低。1.0 mg/L EBR处理大豆幼苗根尖SOD活性、POD活性和CAT活性分别较单纯干旱处理提高了14.1%、17.2%和50.6%,O2-·产生速率和H2O2含量分别较单纯干旱处理降低了33.0%和17.8%。因此,外源EBR是通过增强干旱胁迫下大豆幼苗根系伤流强度和根尖保护酶活性、提高CTK含量、降低ABA含量以及抑制活性氧积累来缓解干旱胁迫。以1.0 mg/L EBR处理对大豆幼苗抗旱性诱导效果最好。本研究为大豆抗旱化控栽培提供理论依据,未来可进一步开展花期/结荚期调控与产量形成机制研究。
为明确油蒿种子粘液在盐胁迫下的萌发保护效应,揭示粘液和去粘液种子萌发期耐盐性特征,为盐渍化生境人工固沙造林提供依据,以油蒿粘液和去粘液种子为试材,设置不同浓度NaCl溶液(0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%)对种子进行处理,测定发芽率、发芽势、发芽指数、幼苗长度等指标,分析了粘液和去粘液种子萌发期耐盐性特征。结果表明:随着NaCl溶液浓度的增加,油蒿粘液和去粘液种子发芽率均呈下降趋势,NaCl浓度在0~0.6%之间,粘液种子发芽率显著高于去粘液种子发芽率(P<0.05),而0.8%~1.0%之间(浓度下)二者差异不显著(P>0.05)。对照处理粘液和去粘液种子发芽指数无明显差异(P>0.05),随着盐分浓度的增加,发芽指数逐渐下降,NaCl溶液浓度在0~0.6%范围内油蒿粘液种子发芽指数差异显著(P<0.05),0.8%和1.0%之间差异不显著(P>0.05);去粘液油蒿种子对照时最大,当浓度达到0.4%时,发芽指数下显著下降;在0~0.4%范围内油蒿粘液种子发芽指数显著高于无粘液种子(P<0.05),而0.6%~1.0%之间差异不显著(P>0.05)。粘液种子胚芽长在对照时和0.2%差异之间不显著(P>0.05),且显著地高于0.4%~1.0%(P<0.05)。在低浓度条件下,相对盐害率数较低,且粘液种子相对盐害率低于去粘液种子,高浓度会对种子萌发产生严重影响,粘液和去粘液种子之间盐害差异不显著(P>0.05)。综上所述,在低浓度NaCl胁迫条件下(0~0.6%),粘液种子耐盐性强于去粘液种子,高浓度NaCl胁迫下(0.6%~0.8%),粘液种子和去粘液之间无明显差异;同时也表明油蒿种子萌发期耐盐性相对较差,而粘液种子萌发期耐盐性略强于去粘液种子。本研究为油蒿在盐渍化沙地育苗造林提供理论支撑,后续可开展复合盐胁迫与粘液调控机制研究。
针对岗梅分子生物学研究薄弱、叶绿体基因组进化与密码子偏好性机制不清的问题,为阐明岗梅叶绿体基因组序列特征、密码子使用模式及系统发育关系,以江西上饶广信区野生岗梅叶片为材料,采用DNBSEQ-T7测序技术对叶绿体基因组进行测序、组装、注释,联合生物信息学方法分析序列特征、重复序列、边界保守性、密码子偏好性及亲缘关系。结果表明:岗梅的叶绿体基因组大小为157871 bp,GC的平均含量为37.62%,具有1个LSC、1个SSC和2个IR的四分区环状结构;136个基因在岗梅的叶绿体基因组中被注释,其中包括CDS基因91个、tRNA基因37个、rRNA基因8个;共检测到56个SSR和43个Longrepeat,其中包括A/T单核苷酸重复53个、AT/AT二核苷酸重复2个、AAT/ATT三核苷酸重复1个、正向重复22个、回文重复21个;IR边界高度保守,基因位置和边界之间的差异较小,具有10个高变异区域(rps16_trnQ-UUG、trnS-UGA、trnS-UGA_lhbA、lhbA、ycf4_cemA、petD、rpl32_trnL-UAG、ndhD、ndhD_psaC、psaC);密码子使用偏好性较弱,自然选择和内部突变压力是影响岗梅叶绿体基因组的密码子使用偏向性的主要因素和次要因素,鉴定出5个最优密码子(UAA、GUA、CGU、CUU、UCA),均以U或A结尾。系统发育显示岗梅与满树星Ilex aculeolata OP104164的亲缘关系较近。结论:岗梅叶绿体基因组结构保守、变异位点丰富、密码子偏好性弱,研究结果可为冬青属药用植物鉴定、遗传进化及分子标记开发提供理论基础。
持绿性状在延缓植株衰老进程、提升有效光合效率及增加作物产量等方面具有重要作用;在增强作物抗逆性、减少化肥施用等方面具有可观的应用价值。为了深入了解作物持绿性状的优势及育种潜力,本文从持绿性状生理机制、分子调控网络、育种趋势3个层面系统综述了当前该性状的研究进展:在生理层面,阐述了该性状在作物生育后期通过稳定叶绿素含量、维持光系统活性、延长灌浆期及增加碳同化物质积累等途径提升作物产量;在分子调控网络互作层面,归纳了关键目标基因(如NAC、WRKY、GLK等转录因子)的定位与激素信号互作,共同调控衰老进程与持绿表型;在育种趋势层面,持绿已广泛用于多性状整合、氮素高效利用、抗旱耐逆等改良方向。当前研究仍存在QTL环境不稳定、持绿与养分再动员平衡机制不清、过度持绿影响品质等问题。提出未来应聚焦核心基因调控网络解析,平衡“延衰”与“营养转运”,培育高产、优质、抗逆、适宜机械化的持绿新品种。
为探究槟榔香芋块茎发育的相关机理,挖掘与块茎发育相关的关键基因,本研究以广东炭步文冈槟榔香芋单株试管苗为试验材料,对不同蔗糖浓度处理的试管芋块茎进行转录组测序分析,筛选块茎发育相关差异表达基因,并采用实时荧光定量PCR (qRT-PCR)技术对候选基因进行表达验证。试验结果表明,4个比较组共有89320个unigene,差异表达基因共20458个,其中上调基因9925个,下调基因10533个。通过GO富集分析发现,这些差异基因主要富集在生物过程,特别是对生物刺激的响应以及细胞氧化解毒等方面;KEGG富集分析结果表明,这些差异基因富集的通路主要在苯丙素生物合成、植物激素信号转导、淀粉和蔗糖代谢以及植物病原互作等通路。此外,本研究从淀粉和蔗糖代谢、植物激素信号转导通路中筛选出15个核心候选基因,经qRT-PCR验证的6个基因,其表达模式与转录组测序结果基本一致。本研究结果为芋块茎膨大的分子机制研究提供了重要数据支撑,也为进一步解析槟榔香芋块茎发育的调控网络奠定了理论基础。
本研究旨在探究解磷菌株B23、S10生物学特性,优化其培养条件,为解磷机理的探究及解磷菌肥的制备提供基础资料。采用Salkowski比色法、苯酚硫酸法对菌株分泌IAA和产胞外多糖能力进行定量测定;采用单因素水平实验对菌株解磷培养条件进行优化;采用比色法分别测定菌株酸性磷酸酶、碱性磷酸酶和葡萄糖脱氢酶的活性,通过盆栽实验探究菌株对燕麦、小麦及苜蓿种子萌发的影响。结果表明,S10与B23均具有产IAA、解有机磷、产铁载体、产HCN、产胞外多糖的能力,IAA产量分别为18.875 mg/L、7.603 mg/L;胞外多糖产量分别为16.290 μg/mL、16.941 μg/mL;S10还具有产NH3能力。16S rRNA基因序列分析表明二者分别隶属于沙雷氏菌属(Serratia)与不动杆菌属(Acinetobacter);在碳氮源为蔗糖和尿素、最佳初始pH值分别为pH 6.0和pH 7.0时菌株的解磷效果最强。与优化前相比,优化后S10碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、葡萄糖脱氢酶活性分别提高了33.97%、47.20%、20.94%;B23分别提高了12.47%、99.19%、54.63%。二者能显著提高燕麦、小麦和苜蓿的发芽势、发芽率和芽长,对燕麦和小麦根长也有显著的促进效果。以上结果表明菌株S10与B23具有较强的解磷能力和多种促生潜能,能促进植物种子萌发,可作为制备解磷菌肥的候选菌株。
本研究旨在探究一株具拮抗活性的生防菌CY-1对稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)的生长抑制机制、基因组特征及其系统分类地位。采用不同浓度和温度处理的CY-1发酵液,对稻瘟病菌进行抑菌活性测定,评估其对稻瘟病菌丝生长及干重的抑制影响;同时,通过全基因组测序对CY-1进行物种鉴定及功能基因分析。结果表明,CY-1发酵液稀释20倍时,对稻瘟病菌菌丝生长的抑制效率达100.00%;而在稀释100倍时,对菌丝干重的抑制率最高,为87.89%。经过不同温度处理的生防菌CY-1发酵液的抑制率显著低于未经温度处理的抑制率;基因组分析显示,CY-1中富含多种与次生代谢产物合成相关的基因簇,推测其可能通过分泌抗生素类次生代谢产物发挥抑菌作用;比较基因组比对结果表明,该菌株为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。综上所述,菌株CY-1具备显著的生物拮抗潜力,可作为防治稻瘟病的生防资源,为水稻病害绿色防控提供了理论依据与材料支撑。
DUF247基因家族在植物生长发育和逆境响应中发挥重要作用,本研究为揭示穿心莲ApDUF247基因家族生物学功能和在胁迫中的响应机制。基于穿心莲全基因组数据,通过生物信息学方法鉴定ApDUF247基因家族成员,系统分析其理化性质、染色体定位、进化关系、基因结构、顺式作用元件分布、组织与胁迫响应表达模式、蛋白互作关系和ApDUF247与穿心莲内酯生物合成的表达相关性。结果表明,穿心莲中共有12个ApDUF247s不均等地分布于8条染色体上,其结构和功能具有多样性。穿心莲与板蓝、芝麻、拟南芥之间各有11、7、1对共线性DUF247s基因。ApDUF247s启动子区域富集激素响应、光响应和转录因子结合元件。ApDUF247s具有组织表达特异性,在不同胁迫处理下均呈现不同表达模式。ApDUF247_8与5个丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(STK)蛋白互作,ApDUF247_3与5个过氧化物酶体相关蛋白(Pex)和1个E3泛素化连接酶(E3s)蛋白互作,ApDUF247_6、ApDUF247_9和ApDUF247_12与穿心莲内酯生物合成通路基因具有高度表达相关性(Cor>0.8),预测其为穿心莲内酯生物合成候选调控基因。本研究为初步解析穿心莲DUF247基因响应非生物胁迫下的生物学功能和参与穿心莲内酯生物合成调控机制奠定分析基础。
针对菘蓝种质鉴别缺乏有效分子标记,现有方法难以区分种内栽培类型的问题,为开发适用于菘蓝种质鉴别及遗传多样性分析的简单重复序列(simple sequence repeat,SSR)分子标记。基于菘蓝全基因组数据,利用MISA软件筛选SSR位点,通过Primer3.0设计引物,以3份栽培类型菘蓝(18个单株)为材料,验证引物的扩增稳定性、多态性、有效性及品种鉴别能力,计算遗传多样性参数。结果显示:(1)菘蓝基因组共检测到139,852个SSR位点,数目最多的单核苷酸SSR位点约占总数的72.51%,最多的SSR基序A/T,也是总核苷酸SSR基序总重复次数最高的序列,其数目为100,205次,占总重复基序的71.65%;(2)筛选出8对能够稳定扩增出基因且多态性丰富的引物,其中引物SSRSL02可用于本次供试菘蓝种质的鉴别;(3)8对引物的平均期望杂合度(He) 为0.65,Shannon’s信息指数(I)为1.34,多态性信息含量(PIC)的平均值为0.614,表明菘蓝样本具有较高的遗传多样性。综上,本研究开发的8对SSR分子标记可用于菘蓝种质资源的鉴定、遗传多样性分析和品种选育,未来可扩大菘蓝种质样本量,结合表型与有效成分含量,构建指纹图谱,为菘蓝种质资源精准评价提供更全面的技术支撑。
富含甘氨酸蛋白(Glycine-rich proteins, GRPs)是一类含高比例甘氨酸(20%~70%)的蛋白质家族,广泛存在于原核与真核生物中,是植物应对非生物胁迫(高盐、干旱、高低温等)的重要调控因子,其通过RNA结合、蛋白互作等方式调控植物生长发育与抗逆响应,为明确其抗逆功能与应用潜力。本文综述了植物GRPs的结构特征、分类体系、生长发育功能,重点解析其在低温、高温、盐、干旱等非生物胁迫下的响应机制与调控路径。结果显示:(1)结构上,GRPs均含GR结构域,不同亚类还包含RNA识别基序(RRM)、冷休克结构域(CSD)、CCHC锌指等特有结构域;分为5类,其中IV类(GR-RBPs) 分布最丰富且具有RNA 结合功能;(2)功能上,GRPs具有明显的组织特异性,可通过促进细胞伸长、调节气孔开闭等参与植物生长发育;(3)低温胁迫下,Ⅳc亚家族GRPs拟南芥AtGRP2通过RNA伴侣活性增强植物抗冻性。高温胁迫下,水稻OsGRP3/OsGRP162、不结球白菜BcGRP1等受热诱导表达,维持植物耐热性。盐胁迫与渗透胁迫中,二色补血草LbGRP1通过提升抗氧化酶活性增强耐盐性;干旱胁迫下,拟南芥AtGRP2/AtGRP7、水稻OsGRP3等通过调控气孔运动、活性氧(ROS)代谢及木质素合成增强抗旱性。综上可得出,GRPs通过多结构域协同、多路径调控,成为植物响应非生物胁迫的核心因子。未来需结合多组学与遗传学技术,解析GRPs的上游调控网络及多胁迫协同响应机制,为抗逆作物育种提供理论依据与关键靶点。
氮是植物生长发育过程中的关键营养元素之一,其吸收、转运与同化过程受到多种转录因子的精确调控。在bZIP转录因子家族中,TGACG基序结合因子(TGA)被证实对植物氮代谢具有核心调控功能。为明确其分子调控路径,本文系统综述了TGA转录因子的分子特征,重点阐述其在植物硝酸盐吸收、根系发育调控、氮同化过程中的核心功能,解析其通过水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)/乙烯(ET)、脱落酸(ABA)激素信号通路及氧化还原修饰参与氮素代谢的分子机制。结果显示:(1)TGA转录因子属于bZIP家族D亚科,分5个亚族,在拟南芥、水稻等多种植物中高度保守;(2)通过激活NRT家族基因表达、调控根系发育,正向促进氮吸收与转运,且与NLP7(NIN-like protein 7)等因子形成调控网络;(3)通过激素信号互作与氧化还原修饰,响应低氮等胁迫,维持氮代谢稳态。综上,TGA转录因子是植物氮代谢调控网络的核心节点,通过多途径协同调控氮吸收、转运与同化。未来研究需结合多组学与基因编辑技术,解析TGA器官特异性功能、互作网络及物种差异,为作物氮高效利用的遗传改良提供理论基础与育种策略。