为揭示赤皮青冈叶色黄化变异机制,该研究以赤皮青冈叶色变异植株和正常植株的叶片为试验材料,采用超高效液相色谱串联质谱法和高通量RNA测序技术分别进行代谢组和转录组分析.结果表明:(1)代谢组在正离子(POS)、负离子(NEG)模式下分别检测出正常植株和突变体之间存在 257 个和 357 个显著差异代谢物(SCMs),其中槲皮素、白矢车菊素、杨梅素等多种黄酮类化合物及其糖苷衍生物(吡喃酮啡肽A、异鼠李素 3-葡糖苷酸等)在突变体中显著上调,而叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素等色素含量则显著下降.(2)转录组测序检测出 4 146 个差异表达基因(DEGs),其中 1 711 个基因上调表达,2 435 个基因下调表达.(3)KEGG富集分析表明,SCMs和DEGs显著富集到光合作用、卟啉与叶绿素代谢、类黄酮生物合成等途径.综上表明,突变体叶色黄化可能是受到叶绿素合成受阻、叶绿体发育异常及黄酮物质合成增加等因素的综合影响.此外,MYB和bHLH家族基因在突变体中显著上调,证实该两类转录因子参与调控类黄酮生物合成.该研究结果为植物黄化突变的分子机制研究提供了新的见解,也为叶色功能基因挖掘与园林植物育种工作提供了参考.

为了全面理解虎耳草(Saxifraga stolonifera)的种内多样性,探讨种下分类的可能性,为资源保护及创新利用提供参考,对全国43个虎耳草居群的33个性状进行观察记录,通过数量性状变异和质量性状多样性分析、相关性分析、主成分分析和聚类分析等方法探讨该种的表型性状多样性.结果表明:(1)数量性状变异系数为0.05～0.67,质量性状多样性指数为0.19～1.39,居群间斑纹分布式样和叶色多样性水平高,匍匐茎分枝数和叶长宽比分别为最不稳定和最稳定的性状.(2)数量性状和导出性状变异系数普遍较大、质量性状的多样性指数普遍较高及各主成分的贡献率较分散,因此不宜仅仅依靠形态特征对该种进行种下分类.(3)虎耳草居群间各性状相关性存在差异,叶长和叶宽、下长花瓣长和下短花瓣长、下长花瓣宽和下短花瓣宽等性状相关性显著.(4)基于形态聚类结果可将国产虎耳草分为3个分支,并表现出一定的地域性,其中分支I由8个西南居群、2个华东居群和3个西北居群组成;分支Ⅱ由4个华东居群、4个华中居群、4个西南居群和1个西北居群组成,这一类表型的虎耳草分布广泛;分支Ⅲ由10个华中居群、6个西南居群和1个华东居群组成.

[目的]探究茶树种质资源叶片色素含量与叶色参数之间的关系,为叶色特异茶树种质资源呈色机理探索和品种选育提供理论依据.[方法]以浙江省茶树种质资源圃中143份黄化、白化和紫化叶色特异茶树种质春季新梢为材料,比较分析各种质叶片叶色参数L*、a*、b*值和花青素、叶绿素、类胡萝卜素含量差异.通过主成分分析、聚类分析、相关性分析、多元逐步回归分析和通径分析探讨叶片色素含量和叶色参数关系.[结果](1)紫化茶树种质花青素含量和a*值较高,叶片呈现紫红色;黄化种质类胡萝卜素含量/叶绿素含量比值和b*值较高,叶片呈黄色,白化种质L*值较高,叶片呈白色;黄化和白化茶树种质叶绿素含量较低.在叶色表型性状方面,叶色特异茶树种质大体聚为两大类群,白色系和黄色系聚为一大类,紫色系聚为另一大类.(2)叶色特异茶树种质叶片叶色参数a*值与花青素含量呈极显著正相关,L*值、b*值与花青素和叶绿素含量均呈极显著负相关,且b*值与类胡萝卜素含量呈极显著正相关;花青素、叶绿素对叶片L*、a*、b*值直接作用较大.[结论]a*值可作为描述叶色特异茶树种质叶片紫红色性状的代表性参数,b*值可作为描述叶色特异茶树种质叶片黄色性状的代表性参数.

为阐明珍珠芦荟叶色突变的变异机制,以珍珠芦荟(Aristaloe aristata)叶色失绿突变体'MT-1'及其叶色正常种质'WT-18'为试材,对其表型特征、叶片超微结构、光合色素含量、叶绿素荧光参数、差异代谢产物等方面进行了对比研究.结果表明,与'WT-18'相比,突变体'MT-1'从幼叶开始呈现出黄化条斑现象,且株型变小、生长缓慢;气孔数量少且小,形状由长方形变成正方形;叶绿体数量及内部片层数量变少、体积也明显变小;光合色素(叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素)含量和叶绿素荧光动力参数(Fo、Fm、Fv/Fm、ФPSⅡ、qP、qN和ETR)均显著降低.'MT-1'和'WT-18'的代谢产物差异明显,KEGG代谢通路分析表明,大多数差异代谢物富集到氨基酸代谢、糖代谢、脂类代谢、核酸代谢、次级代谢产物生物合成等途径.因此,叶绿体相关基因的改变可能是发生叶色失绿突变的重要原因.

木本彩叶植物叶色鲜艳,具有极高的观赏价值,能为园林景观增添色彩.近年来,园林景观设计越来越重视木本彩叶植物的应用.引起叶色变化的直接原因是叶片中的色素含量与比例改变.叶色变异受内部遗传因素和外界环境因素共同影响,通过控制光照和温度等条件可对叶色进行调控.随着对木本植物叶色变异机制研究的探索,目前在木本植物中已挖掘出多个调控叶色变异的关键基因和调控模式.该文从环境因素、叶片微观结构、叶色变异的分子机制等方面总结木本彩叶植物叶色变异的研究进展,为进一步完善木本植物叶色变异机制及培育观赏彩叶树种提供参考.

[目的]维生素B1(vitamin B1,VB1)是生物所必需的微量元素,其作为多个酶的辅因子,参与重要的细胞代谢途径,而水稻中维生素B1 合成途径还有待深入研究.本研究旨在解析水稻维生素B1 合成相关基因OsTHIC的生物学功能.[方法]综合运用诱变技术、色素测定、Mutmap+、基因编辑及非靶向代谢组分析等手段克隆目的基因并解析其功能.[结果]从EMS诱变的水稻突变体库中发现一个心叶白化致死突变体wll1(white leaf and lethal 1).wll1 从四叶期开始出现心叶白化表型,白化表型逐渐扩展到其他叶片并导致幼苗死亡.与野生型相比,wll1 的叶绿素含量与类胡萝卜素含量显著降低.利用Mutmap+及基因编辑技术,确定目的基因为维生素B1 合成相关基因OsTHIC.OsTHIC在叶片具有较高表达量,OsTHIC蛋白定位于叶绿体.wll1 及OsTHIC的敲除突变体中维生素B1 含量均显著低于野生型,外施维生素B1 可以恢复wll1 的突变表型.外施维生素B1 及OsTHIC突变均会影响维生素B1 合成相关基因的表达.非靶向代谢组测序分析表明,野生型与wll1差异代谢物在氨基酸的生物合成、辅因子的生物合成、ABC转运器及氨酰基-tRNA的生物合成等方面显著富集.[结论]OsTHIC通过调控维生素 B1 含量,参与氨基酸合成等代谢过程,在水稻生长发育过程中发挥重要作用.

目的:比较不同叶色猴樟花青素含量与光合特性差异,初步分析猴樟春季叶色形成的机理.方法:以3种不同叶色的猴樟种苗为材料,测定其功能叶片花青素含量、光合色素含量、叶绿素荧光参数、光合作用参数及花青素合成相关基因表达量.结果:紫叶猴樟和红叶猴樟的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素(a + b)和类胡萝卜素含量均与绿叶猴樟无明显差异,花青素含量分别是绿叶猴樟的134.24倍和49.80倍;红叶猴樟和紫叶猴樟的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)均高于绿叶猴樟,胞间CO2浓度(Ci)和水分利用效率(WUE)均低于绿叶猴樟;红叶猴樟和紫叶猴樟的初始荧光(Fo)、暗适应下最大荧光(Fm)、非光化学淬灭系数(NPQ)、光适应下PSⅡ的最大量子产额(Fo'/Fm')均高于绿叶猴樟,光化学淬灭系数(qP)和光适应下PSⅡ的实际光化学效率(ΦPSⅡ)均低于绿叶猴樟,暗适应下PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)差异不显著;紫叶猴樟的CbDFR、CbANS和CbUFGT基因表达量显著高于绿叶猴樟,红叶猴樟的CbDFR、CbANS和CbUFGT基因表达量高于绿叶猴樟,其中仅有CbUFGT基因表达量差异显著.结论:花青素是猴樟叶片呈紫、红色的主要色素,花青素对猴樟叶片光合系统具有保护功能;CbDFR、CbANS和CbUFGT可能是猴樟叶片呈色的关键基因.

植物光合作用主要依赖绿色叶片,而叶片生长发育最直观的特征是叶色.目前已克隆200多个调控水稻(Oryza sativa)叶色的基因.水稻叶色调控机制复杂多样,涉及多条调控途径,包括光合色素的生物合成与降解、核-质信号转导和血红素的合成.此外,温度和光照强度等外部环境也会影响水稻叶色的变化.该文从分子机制、叶色相关基因及环境因素等方面总结了水稻叶色遗传调控机制,并提出该领域亟待解决的科学问题,以期为水稻高光效育种及应用提供理论支撑.

为改良粗肋草叶色和优化粗肋草设施栽培体系,该研究以粗肋草品种'吉利红'的水培苗为材料,设置 6 种光质(白光、R ∶ B=1 ∶ 1、R ∶ B=1 ∶ 2、R ∶ B=2 ∶ 1、R ∶ B=1 ∶ 3、R ∶ B=3 ∶ 1,其中R、B分别代表红光、蓝光)和 2 种光周期(8、12 h.d-1)交叉培养,测定粗肋草的生长量、生物量、土壤和作物分析仪器开发(SPAD)值、花色素苷含量和叶片颜色参数(色相值a?、色相值b?、明度值L?、色调角h?),研究粗肋草对红蓝光质和光周期互作的响应.结果表明:(1)12 h.d-1光周期更有利于粗肋草生物量的积累,其中LP11(R ∶ B=1 ∶ 3×12 h.d-1)处理的粗肋草苗木干重、鲜重均为最高,最有利于植物生长及生物量积累;其次是LP5(R ∶ B=1 ∶ 3×8 h.d-1)处理.(2)相同光质条件下,8 h.d-1光周期处理的粗肋草叶片SPAD值比 12 h.d-1光周期处理高,12 h.d-1光周期处理的粗肋草叶片花色素苷含量高于 8 h.d-1光周期的处理,LP11 处理叶片SPAD值最低,花色素苷含量最高.12 h.d-1光周期培养的粗肋草叶片颜色参数a?、b?值比8 h.d-1光周期高,h?值比 8 h.d-1光周期低.(3)主成分分析结果表明,LP11 处理在促进粗肋草生长及叶色改良方面效果最好.综上认为,12 h.d-1光周期更有利于粗肋草的生长和叶片颜色变化,其中LP11 处理为最佳光质和光周期组合.

枫香因其树形优美,入秋后叶色红艳或橙黄,极具观赏价值,是优良的景观生态树种.为了解枫香叶片变色及其次级代谢过程的遗传基础,该文以枫香 5 个叶片变色期叶片混合样品为材料,利用单分子实时测序技术(PacBio平台)对其进行全长转录组测序.结果表明:(1)全长转录组测序共获得 41.04 Gb的高质量数据,从中鉴定出全长非嵌合序列 563180 条,通过聚类和去冗余,获得 27269 条高质量全长转录本.在 27269 条全长转录本中预测到 2035 条长链非编码RNA(lncRNA),并检测出 14892 个简单重复序列(SSR)位点和1856个转录因子.(2)基因注释结果表明,NR、GO、COG、KEGG 等 8 个数据库共注释了24857条转录本,KEGG数据库共获得了 124 个条代谢途径,主要有核糖体、碳代谢、氨基酸生物合成等,在类黄酮和叶绿素代谢途径中分别有 49 和 71 个转录本参与.上述结果初步揭示了枫香叶片变色期转录组信息以及功能特性,为后续研究枫香叶片变色分子机制、色素代谢合成途径和调控、相关功能基因克隆以及叶色改良提供基础数据.