TCP是植物特有的一类转录因子,在植物生长发育过程中发挥着重要作用.该研究利用生物信息学方法对苦荞TCP家族进行全基因组鉴定,并通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分析苦荞TCP基因在干旱胁迫和盐胁迫下的表达特征.结果表明:(1)在苦荞的基因组中鉴定出 28 个TCP 家族成员,它们不均匀地分布在苦荞的8 条染色体上.(2)多数的苦荞TCP基因包含1～5 个外显子.(3)系统发育分析将苦荞TCP家族分为 5 个亚家族,种内TCP蛋白多聚集在同一分支上.(4)共线性分析表明,5 个苦荞TCP基因来自全基因组复制事件.(5)顺式元件分析显示,苦荞TCP基因的启动子区域的顺式响应元件主要包含胁迫响应元件和激素响应元件两大类.(6)转录组数据分析结果显示,所有苦荞TCP基因在检测组织中均有表达.(7)qRT-PCR结果显示,FtTCP3、FtTCP6、FtTCP12 和FtTCP13 基因在干旱胁迫和盐胁迫下的表达量发生变化,其中FtTCP3 在 6h干旱处理和盐处理时表达量均达到峰值,说明FtTCP3 基因在苦荞应对干旱胁迫和盐胁迫中起正向调控作用.该研究结果为了解TCP基因家族的进化和功能提供了新的见解,为苦荞TCP基因家族的功能研究和利用奠定了基础.

[目的]挖掘参与油茶糖代谢及逆境响应的糖外排转运子(sugars will eventually be exported transporters,SWEETs).[方法]利用生物信息学方法分析油茶SWEETs家族的基因结构、蛋白基序、染色体定位、共线性关系、启动子区顺式作用元件及上游调控因子等,并利用RT-qPCR分析CoSWEETs在不同时期、不同组织及不同逆境胁迫下的基因表达情况.[结果]从油茶中鉴定得到 14 个CoSWEETs基因,不均匀分布于 10 条染色体上,不同成员间内含子-外显子数目存在差异.根据系统进化关系,14 个CoSWEETs可分为 4 个分支,均具有 1-2 个MtN3 保守结构域,同一分支具有相似的基因结构和基序.根据启动子顺式作用元件和上游转录因子预测的分析结果,CoSWEETs启动子中含有多个与生长发育、植物激素和应激相关的调节元件,其表达可能受到ERF、DOF、BBR-BPC、MYB等转录因子的调控.RT-qPCR分析表明大部分CoSWEETs成员在果实和根中高表达,在种子中的表达水平与发育时期相关,并根据低温、高盐和干旱等非生物胁迫下CoSWEETs的表达模式挖掘出CoSWEET1、CoSWEET2、CoSWEET17 等响应油茶低温、干旱或高盐胁迫的基因.[结论]CoSWEET基因的表达受到多种激素及转录因子调控,并在油茶种子发育与逆境胁迫响应中发挥重要作用.

[目的]SQUAMOSA启动子结合蛋白(SBP)家族在植物发育和非生物胁迫等方面起重要作用,该研究可为灵宝杜鹃SBP基因家族成员的生物学功能和在非生物胁迫响应的调控功能提供参考,并为灵宝杜鹃物种保护奠定基础.[方法]用生物信息学方法对灵宝杜鹃(Rhododendron henanense subsp.lingbaoense)SBP基因家族成员进行全基因组鉴定和分析,基于转录组数据分析组织特异性,并用qRT-PCR方法检测SBP在非生物胁迫下的表达.[结果](1)从灵宝杜鹃基因组中共鉴定出19个含SBP保守结构域SBP成员,依次命名为RhlSBP1-RhlSBP19,基因不均匀分布在8条染色体上,编码的氨基酸长度为179～1 072 aa,分子质量为20.26～118.73 kD;蛋白定位于细胞核;(2)系统发育分析将19个RhlSBP分为5个亚族,大部分RhlSBP与拟南芥AtSPL家族成员聚类;(3)所有的RhlSBP共有motif 1、motif 2和motif 4,基因结构显示Ⅳ、Ⅴ亚族内含子数量远多于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ亚族;(4)RhlSBP启动子中含有大量光响应元件、激素响应元件和环境胁迫响应元件,推测RhlSBP可能在灵宝杜鹃响应光调控、环境胁迫中发挥重要作用;(5)灵宝杜鹃与其同科植物羊蜘蹰、圆叶杜鹃的SBP基因有更高的共线性;(6)RhlSBP基因亚家族成员具有相似的组织表达模式;(7)RhlSBP基因对非生物胁迫具有响应作用,但不同成员在不同胁迫下的响应程度存在差异.茉莉酸甲酯和低温处理后,基因表达总体呈上调趋势,高盐会抑制RhlSBP基因表达,干旱条件下,RhlSBP基因表达呈先上调再下调趋势.[结论]RhlSBP1、RhlSBP8可能是干旱、低温和MeJA诱导关键基因.

[目的]14-3-3 蛋白,亦称通用调节因子(GRF),由多基因家族编码,在植物生长发育和逆境应答发挥关键的作用.鉴定铁皮石斛(Dendrobium officinale)GRF基因家族,为铁皮石斛GRF基因功能研究及遗传改良提供理论依据.[方法]通过生物信息学的方法鉴定铁皮石斛 14-3-3家族成员,分析其理化性质、染色体定位、系统进化发育、基因结构和启动子顺式作用元件等,同时通过荧光定量PCR技术检测它们在不同组织、低温处理及盐胁迫处理后的表达量.[结果]铁皮石斛有 17 个GRF家族成员,分为ε类和非ε类亚族,不均匀地分布在 7 条染色体上,且存在 7 对串联复制基因.同一亚族成员基因结构、保守基序和蛋白质二级结构相类似.DoGRF家族基因的启动子区域存在大量激素和环境胁迫应答相关的调控元件.DoGRF家族基因在铁皮石斛各组织中均有表达,具有组织表达特异性,大多数基因在花器官中表达最高,其次是茎和根.同时,在低温处理、盐胁迫处理下呈现差异化表达,可能受到低温和盐胁迫的调控,特别是DoGRF2 在铁皮石斛逆境应答过程中起着关键的作用.[结论]在全基因组水平从铁皮石斛中鉴定出 17 个DoGRF家族成员,不同基因对非生物胁迫响应不一,并具有器官表达特异性.DoGRF2对低温和盐胁迫呈现正向响应.

VQ(Valine-glutamine)是植物特有的一类蛋白,在植物生长发育及抵御生物与非生物胁迫中发挥着重要作用,但在多年生黑麦草(Lolium perenne L.)中鲜有VQ基因的相关研究报道.本研究利用生物信息学方法在多年生黑麦草基因组中鉴定了52个LpVQ基因,其不均匀地分布于7条染色体上.亚细胞定位结果显示,LpVQ蛋白主要定位于细胞核,仅LpVQ45定位于细胞膜.系统进化分析表明,LpVQ基因被分为7个亚家族,与拟南芥(Arabidopsis thaliana(L.)Heynh.)只存在4对直系同源基因.基因结构分析结果表明,46个LpVQ基因无内含子.荧光定量PCR分析结果显示,从各亚家族中随机选取的21个LpVQ基因不同程度地响应黑暗、高温及盐胁迫,且在胁迫早期快速响应.

盐胁迫是干旱、半干旱地区以及灌溉土地主要的非生物胁迫,是影响农业生产的主要不利环境因子之一.随集约化灌溉农业的发展、水资源的缺乏、气候干旱带来的蒸发量的增加,土壤及地下水盐渍化程度不断增加.自然界中,土壤盐分在时空上呈不均匀分布.关于植物对均匀盐胁迫的响应研究报到较多,然而植物对不均匀盐胁迫的响应研究报道较少.分析了国内外植物适应不均匀盐胁迫的研究案例,从植物地上部分生长、地下部分生长、水分调节、光合作用以及离子调控等方面阐述植物适应盐分不均匀分布的生理机制,并提出展望.

通过将两种中性盐(NaCl、Na2SO4)和两种碱性盐(Na2CO3、NaHCO3)按不同比例混和,分别模拟出不同程度的盐、碱胁迫条件,研究了荒漠区植物雾冰藜光合色素含量、气体交换参数和叶绿素荧光参数对混合盐碱胁迫的响应.研究结果表明,在所模拟的均匀覆盖了总盐度50-250 mmol/L,pH 7.10-10.19范围内的30种盐碱胁迫条件下,雾冰藜的叶绿素a含量(Chla)、叶绿素b含量(Chlb)、类胡萝卜素含量(Caro)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2摩尔分数(Ci)、蒸腾速率(Tr)、PSⅡ的潜在活性(Fv/F0)、PSⅡ原初反应的最大量子效率(Fv/Fm)、PSⅡ电子传递量子效率(ΦPSⅡ)、表观光合电子传递效率(ETR)、光化学猝灭系数(qP)等指标均在对照组(CK)下最高,且均随处理溶液盐浓度及pH的升高而下降,各处理组与对照组间存在显著差异(P＜0.05);稳态荧光(Fs)随处理溶液盐浓度及pH的升高先降低,后呈“M”型变化趋势,即先升高后降低,再升高再降低;水分利用效率(WUE)和非光化学猝灭系数(NPQ)随处理溶液盐浓度及pH的改变未呈现规律性变化趋势.盐分组成离子与上述各光合特征指标的相关系数表明,盐分组成对雾冰藜光合色素和气体交换参数的抑制作用表现为:Na2CO3＞NaHCO3＞NaCl＞Na2SO4,而对叶绿素荧光参数的影响较为复杂.研究表明,盐碱生境对雾冰藜光合系统造成了一定的伤害,但其可以通过相应的生理反应降低损伤的程度.

植物功能性状及其多样性对环境变化的响应研究有助于揭示极端环境下植物适应策略和群落构建机制.通过实地调查和实验分析,研究艾比湖荒漠植物形态、生理和化学等8个功能性状的特征,并从多维性状和一维性状角度揭示功能多样性对土壤水分和盐分变化的响应规律.结果 表明:高水盐环境下(SW1),(1)群落加权株高、叶绿素含量(SPAD)及叶片碳(C)和钙(Ca)含量显著高于低水盐环境,叶片氮(N)、磷(P)、硫(S)含量在不同水盐环境间无显著差异.(2)SW1环境下,沿乔木-小乔木-灌木-草本层次,上层生活型植物性状值普遍高于下层植物,其中灌木叶片仅N、钾(K)含量显著高于草本;沿该生活型层次植物性状呈趋同变化.(3)低水盐环境下(SW2),乔木叶片性状差异特征与SW1相似;小乔木叶片C、N含量分别显著高于和低于灌木及草本;相比于草本,灌木SPAD、S含量显著高,K含量显著低,株高、C、N、P含量差异不显著;SW2环境下各生活型植物性状呈趋同变化.(4)SW1环境下多维功能丰富度、功能离散度显著高于SW2环境,但均匀度无显著差异.(5)一维功能均匀度在不同水盐环境间均无显著差异,但化学性状的均匀度总体高于植物株高;高水盐环境下叶片N、S和Ca的功能分异指数显著高于低水盐环境.研究为掌握胁迫环境下的植物适应策略和荒漠植被恢复提供参考.

研究植物功能多样性与物种多样性关系对土壤水盐环境的响应规律,有助于掌握胁迫环境下植物多样性的维持机理.本研究分析了艾比湖高、低土壤水盐环境下荒漠植物功能多样性、物种多样性差异及二者间关系在不同水盐环境下的变化规律.结果 表明:(1)高水盐环境下植物功能离散度显著低于低水盐环境(P＜0.05),物种多样性指数Fish-α显著高于低水盐环境;(2)一元与多元回归分析均表明,高水盐环境下物种多样性对功能多样性RaoQ与FRic指数有显著促进作用,低水盐环境下物种多样性对功能多样性和均匀度有显著促进作用,但对功能离散度具有显著抑制作用(P＜0.05);(3)物种多样性对功能多样性的影响在低水盐环境下更显著,预测力更强;(4)功能丰富度、离散度与均匀度能较敏感地反映出荒漠植物功能多样性对水盐变化的响应.本研究有助于理解荒漠植物群落构建机制,并为荒漠植物恢复与管理提供理论参考.

该研究基于黄瓜基因组数据库,利用生物信息学和荧光定量PCR等方法,对黄瓜SOS2基因家族进行全基因组鉴定,并对其表达特性进行系统分析.结果表明:(1)在黄瓜基因组中,共鉴定到15个SOS2基因(CsSOS2-1～CsSOS2-15),且不均匀分布在5条染色体上;亚细胞定位显示SOS2蛋白主要位于细胞质膜.(2)系统进化分析显示,CsSOS2-2和CsSOS2-6与AtSOS2亲缘关系更近.(3)顺式作用元件预测显示,SOS2基因启动子序列主要含有干旱诱导和防御应激响应元件.(4)结构分析显示,SOS2蛋白所含保守基序的排列顺序完全一致,且主要含有STKc和NAF保守结构域,这些结构可能在基因响应盐胁迫过程中起调控作用.(5)荧光定量试验表明,SOS2基因家族主要在黄瓜的根和叶片响应盐胁迫时上调表达,其中,盐胁迫处理1 d时有5个基因上调表达,并随处理时间延长盐胁迫下的基因表达有所下调;增施多胺显著上调了CsSOS2-1～CsSOS2-5、CsSOS2-8、CsSOS2-9、CsSOS2-12和CsSOS2-15在不同组织中的表达,说明盐胁迫下多胺能诱导黄瓜SOS2基因家族的表达,进而参与植物耐盐分子网络的调控.