[目的]本研究旨在明确昆虫共生细菌伯克氏菌 目(Burkholderiales)丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)Delftia在扶桑绵粉蚧Phenacoccus solenopsis中的多样性、丰度动态和感染部位.[方法]克隆并测序扶桑绵粉蚧5个不同地理种群[浙江兰溪(寄主:木芙蓉Hibiscus mutabilis)、浙江东阳(寄主:辣椒Capsicum annuum)、浙江杭州西湖区(寄主:大花马齿苋Portulaca grandiflora)、浙江杭州临平区(寄主:大花马齿苋)和广西防城港(寄主:朱槿Hibiscus rosa-sinensis)]3龄若虫肠道中细菌的16S rRNA基因片段,对Delftia株系进行鉴定和系统发育分析;采用qPCR定量分别取食棉花和番茄的扶桑绵粉蚧不同发育阶段(1-3龄若虫、初羽化成虫及2,4和6日龄成虫以及开始产蚧后2和4 d的成虫)整虫和其中取食番茄的上述各发育阶段成虫肠道和2,4和6日龄成虫卵巢中Delftia 16S rRNA基因的拷贝数;借助荧光原位杂交技术(fluorescence in situ hybridization,FISH)检测扶桑绵粉蚧初羽化成虫肠道和马氏管中Delftia的侵染动态;分析扶桑绵粉蚧从寄主植物获得Delftia的可能性.[结果]扶桑绵粉蚧各地理种群3龄若虫所感染细菌Delftia的16S rRNA基因片段序列极为相似(相似度＞99％),为同一个种Delftia sp.的不同菌株,且与部分其他昆虫、植物中及根际的Delftia系统发育关系十分接近.在若虫期,取食棉花和番茄扶桑绵粉蚧Delftia丰度均随龄期增大逐渐上升,但成虫期Delftia丰度变化因寄主植物而异,取食棉花扶桑绵粉蚧2日龄成虫内Delftia丰度较高6日龄成虫内Delftia丰度明显下降,开始产蚧后4 d成虫内Delftia丰度也有下降趋势;取食番茄扶桑绵粉蚧2日龄成虫内Delftia丰度显著下降,6日龄成虫内Delftia丰度明显上升,开始产蚧后4 d成虫内Delftia丰度也上升.初羽化成虫肠道和卵巢中Delftia丰度与扶桑绵粉蚧发育期关系密切,其中肠道中丰度随成虫发育推进呈缓慢下降趋势,卵巢中则自羽化至6日龄有一逐渐上升过程.成虫中肠和马氏管中均存在Delftia,但以马氏管中相对较多;扶桑绵粉蚧及其寄主番茄和棉花中存在极为相似的Delftia株系.[结论]扶桑绵粉蚧中Delftia菌的多样性很低,在宿主肠道、卵巢和马氏管中均有分布,其丰度受扶桑绵粉蚧生长发育阶段和寄主植物种类影响,在来源上存在从寄主植物获得Delftia的可能性.

基因互作与表型的内在关系是生命科学研究的关键问题,大部分表型受多基因协同控制,除加性效应外还存在显性和上位性等复杂遗传效应.最近一项研究构建了包含18 421个永久株系的水稻"混血杂交"群体,成功鉴定到控制16个农艺性状的96个高置信候选基因,通过分析基因间上位性效应,构建了包含19个枢纽基因的遗传互作网络,揭示出基因间潜在的互作效应,发现170个"掩蔽"型上位互作对.该工作建立了作物遗传学研究的新范式,且为水稻(Oryza sativa)遗传研究提供了重要数据和材料资源,极大地加速了重要性状相关基因的挖掘,推动了数量性状基因遗传互作的功能解析,为分子设计育种奠定了理论基础.

大米镉超标问题严重威胁人体健康.水稻镉吸收转运基因OsNramp5的功能缺失可有效降低镉在稻米中的积累.为了快速创制镉低积累的水稻新种质,本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除三系杂交稻优质抗病恢复系川恢491(R491)中的镉吸收转运基因OsNramp5,获得了多种不同突变方式的编辑植株,并筛选出单靶点突变无转基因成份的两种纯合突变株系(KO1和KO2).在镉污染土壤中种植并测定野生型和敲除植株糙米的镉含量,结果显示,相比于野生型R491,敲除株系KO1和KO2糙米中的镉含量显著下降,均降低约90％左右.农艺性状调查结果发现,相比野生型R491,KO1突变株系的农艺性状没有显著差异,但KO2突变株系的株高、结实率和千粒重显著降低.因此,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除镉吸收转运基因OsNramp5可快速创制镉低积累的水稻新种质,本研究创制的新种质为加速培育可在镉污染区种植的安全水稻品种提供了新的遗传资源.

[目的]为探究月季重瓣性状的调控机制,研究克隆了前期筛选到的1个与花发育相关的AG同源基因RcAGL61,并对其功能进行分析.[方法]用荧光定量对该基因在'窄叶藤本月季花'×'月月粉'杂交群体中重瓣株系和单瓣株系花芽5个发育时期的表达模式进行分析,以重瓣株系和单瓣株系为材料,克隆RcAGL61,并进行生物信息学分析、亚细胞定位及VIGS实验.[结果](1)该基因表达水平在单瓣株系的5个发育时期均显著高于重瓣株系,在单瓣株系花发育的S4-S5期比S1-S3期表达量明显升高.(2)RcAGL61编码区序列在单瓣株系和重瓣株系中一致,长度为495 bp,与RcAG基因序列相似度为30.75％,编码164个氨基酸,含有1个MADS-box保守结构域,属于MADS-Box基因家族.(3)RcAGL61蛋白定位于烟草表皮细胞的细胞核.(4)沉默该基因后,瓣化雄蕊数量增加,雄蕊数量减少,花瓣数量增加,萼片数量和雌蕊数量无显著变化.[结论]RcAGL61参与调控雄蕊原基和花瓣原基间的转变,影响月季的花瓣数量.

花朵大小是植物进化及物种形成过程中的关键因子,也是决定植物观赏价值的重要性状,研究其遗传规律与调控机制具有重要的科学意义和实用价值.以不同花朵大小的矮牵牛(Petuniahybrida)自交系和原生种为材料,配制大花×中花和大花×小花杂交组合,构建遗传群体,研究其花朵大小的遗传规律.结果表明,大花自交系W与腋花矮牵牛S26(中花)杂交F1群体均为大花,F2群体中大花与中花的分离比接近3∶1,BC1回交群体中大花与中花的分离比接近1:1;大花自交系W与中花自交系S杂交F1群体均为大花,F2群体花朵大小出现分离,大花与中花的比例接近2:1;大花自交系W与膨大矮牵牛S6(小花)杂交F1群体均为中花,F2群体则出现花径从大到小的连续分布.利用主基因+多基因混合模型分析,按照AIC值最小的标准选出W × S26组合的最优模型为1MG-AD,W x S的最优模型为2MG-EAD,由此判定W大花对S26中花由1对主显性基因控制,具加性-显性效应,W大花对S中花则由2对主基因控制,具等加性-显性效应.此外,根据前期大、小花转录组分析结果,选取9个可能调控花朵大小的基因,通过qPCR检测了它们在不同花朵大小的矮牵牛株系花瓣中的表达水平,结果发现细胞分裂素受体基因PhHK以及响应细胞分裂素信号的type-A RRs基因在大花中的表达水平普遍高于中花和小花,表明细胞分裂素信号途径可能是参与调控矮牵牛大花性状的关键因素.

通过鉴定楸树(Catalpa bungei)DELLA家族基因并分析CbuGRAS9的基因功能,为楸树生殖调控性状的遗传改良提供理论依据.基于楸树基因组数据,鉴定并克隆了5个与拟南芥(Arabidopsis thaliana)同源的CbuDELLAs基因;利用ExPASy、SWISS-MODEL、Plant-mPloc、PlantCare等在线工具对CbuDELLAs蛋白进行等电点、蛋白结构、亚细胞定位及启动子顺式作用元件预测;以9-1(Catalpa bungei'Luoqiu No.1')和'百日花'楸树(Catalpa'Bairihua')为材料,分析了CbuDELLAs基因的表达量差异,并通过异源转化拟南芥证实了CbuGRAS9的分子功能,利用酵母双杂交文库筛选了与CbuGRAS9互作的蛋白.结果表明:5个CbuDELLAs蛋白的氨基酸数目为455～588,蛋白相对分子质量为5.04～6.43 kDa,等电点为4.81～5.14;CbuDELLAs蛋白均含有DELLA和GRAS保守结构域,全部为亲水性蛋白.亚细胞定位预测结果显示CbuDELLAs蛋白均定位于细胞核中.启动子顺式作用元件分析发现,这5个DELLAs基因启动子区均含有参与赤霉素反应的顺式作用元件.qRT-PCR结果显示,'百日花'楸中CbuDELLAs基因表达量显著高于对照9-1楸,其中CbuGRAS9为差异最显著的基因,Cbu-GRAS9转基因株系的开花时间被明显推迟.鉴定到与CbuGRAS9互作的蛋白质主要富集在核糖体、氨基酸合成、次级代谢、光合作用、TCA循环等代谢通路.

蛋白质复合物参与植物多种次生代谢物的合成,其分离对阐明植物次生代谢及提高体外催化效率至关重要.该研究构建了过表达丹参酮合成途径关键酶CYP76AH1的转基因毛状根株系,通过Western杂交筛选得到高表达CYP76AH1蛋白的丹参转基因毛状根,并以此作为后续提取丹参酮合成途径中蛋白质复合物的组培材料.通过优化蛋白提取缓冲液中的去污剂种类和浓度,筛选出含0.5％ Triton X-100的缓冲液为最佳提取缓冲液,并分离得到相对大量的可溶性CYP76AH1蛋白质.该研究为后续进一步分离纯化与CYP76AH1相互作用的蛋白质复合物奠定了基础,也为深度解析丹参酮合成代谢通路提供思路.

以耐盐性较强的砧木1103P为对照品种,对左山一xSO4杂种砧木F1代的6个株系(A15、A17、A34、A35、A38和A48)及左山一x101-1杂种F1代2个株系(B24和B26)的一年生盆栽扦插苗进行100 mmol.L-1 NaCl胁迫处理,以各自无盐胁迫为对照处理.20天后,根据表型计算盐害指数,测定叶绿素含量、光合气体交换参数、叶绿素荧光参数以及生长量指标;以各项生长指标的耐盐系数为耐盐指标,通过主成分分析、相关性分析、隶属函数分析和聚类分析等方法对葡萄株系进行综合评价.结果表明,A34和A35植株无盐害症状,盐害级数为0;A15和A17植株有少部分叶片边缘焦枯,盐害级数为1.盐胁迫大幅度降低了1103P和B26等株系的叶绿素含量、光合速率、新梢生长量和生物量;而A15、A17、A34和A35植株的各项指标降低幅度较小.将生物量等12个单项指标转换成3个相互独立的综合指标,通过聚类分析,发现A34、A35、A15和A17植株的耐盐性较强,A38、A48和B24植株的耐盐性中等,1103P和B26植株的耐盐性较弱,与盐害分级结果一致.

以葡萄‘左山一’(Vitis amurensis)与‘SO4’(V.berlandieri×V.riparia)杂交后代中耐碱性盐强的A15、A17与引进砧木中耐碱性盐能力较强的‘1103P’(V.rupestris×V.berlandieri)为试材,探讨耐碱性盐能力较强的葡萄砧木的荧光特性及光保护机制.将组培苗炼苗7周后每天浇灌100 mmol·L-1 NaHCO3 (pH 8.62),测定叶片电导率、丙二醛含量、叶绿素荧光、叶黄素循环及抗氰呼吸速率.NaHCO3处理8 d后,各株系的叶片电导率与丙二醛(MDA)含量均有大幅升高;A15、A17的最大光化学效率(F /Fm)、光化学淬灭系数(qp)的降低幅度均小于‘1103P’,且调节性能量耗散(YNPQ)上升幅度较大,说明NaHCO3胁迫下A15、A17的电子传递活性与光抑制程度受影响较小.在NaHCO3处理下A15、A17和‘l103P’的叶黄素循环(A+Z)/(A+Z+V)分别比对照提高46.3％、37.0％、28.0％,A15、A17的抗氰呼吸速率在NaHCO3处理下分别比对照提高141.5％、95.8％,‘1103P’则比对照提高63.0％.A15、A17通过依赖叶黄素循环的热耗散与增加抗氰呼吸速率来减轻光抑制以提高其耐碱性盐能力.

我们对以左山一山葡萄(Vitis amurensis cv.‘Zuoshan1’)为母本、SO4为父本杂交的4个子代株系(A11、A14、A15和A17)及101-1为父本杂交的2个子代株系(B24和B26)的耐碱性盐能力进行评价,旨在探明杂交砧木在碱性盐胁迫下的生理响应,筛选出耐碱性盐的株系作为我国盐碱地栽培的候选砧木.实验以砧木1103P及Crimson为对照,对组培苗炼苗后的盆栽苗进行100 mmol·L-1NaHCO3 (pH8.62)浇灌处理,通过主成分分析和相关性分析等方法进行综合评价.结果表明,NaHCO3胁迫降低了各植株的株高、叶片含水量、植株含水量和根系活力,增加了叶片电导率、丙二醛含量、可溶性糖与游离脯氨酸含量.A17的株高增长量受影响最小;Crimson、A17和B24植株含水量降低较少;A14和A15的根系活力与对照差异不显著;1103P、B24、A14、B26、Crimson和A15的相对电导率及B26、A17和A15叶片丙二醛含量与对照无显著差异;A15的叶片可溶性糖及游离脯氨酸含量增加最高.各株系耐碱能力D值分析表明,A14、A15和B24的耐碱性较强,Crimson、A11与A17的耐碱性中等,1103P和B26的耐碱性较弱.