于2015年7月在内蒙古乌海、磴口2个样地选取蒙古沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)及其伴生植物为研究对象,分别采集0-20 cm和20-40 cm土层根围土样,利用高通量测序方法分析了不同植物AM真菌群落结构和物种多样性,发掘新物种,为补充和完善AM真菌分类体系提供依据.试验共分离鉴定3纲5目6科9属89个AM真菌OTU,属包括Glomus,Funneliformis,Diversispora,Claroideoglomus,Rhizophagus,Septoglomus,Scutellospora,Ambispora和Paraglomus.与形态学研究结果相比,高通量鉴定结果在属水平上更丰富.同一土层不同样地,蒙古沙冬青AM真菌丰度和多样性指数高于伴生植物;同一土层不同植物,AM真菌丰度和多样性指数表现为磴口高于乌海;同一植物不同样地,AM真菌ACE指数和Chao1指数20-40 cm土层高于0-20 cm土层,Simpson指数和Shannon指数0-20 cm土层高于20-40cm土层.RDA分析表明,AM真菌ACE指数和Chao1指数与土壤碱解N显著正相关,与酸性磷酸酶显著负相关;Simpson指数和Shannon指数与碱性磷酸酶显著正相关,与pH显著负相关.结果表明,蒙古沙冬青AM真菌物种多样性高于伴生植物,同一样地,寄主植物与土壤深度共同作用对AM真菌群落组成有显著影响.

蒙古沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus (Maxim) Cheng.f)是中国西北荒漠区唯一的常绿阔叶灌木,具有很强的抗寒和抗旱等耐逆特性.本研究以蒙古沙冬青为研究材料,从中分离到1个编码MYB类转录因子基因,命名为AmMYB-like.该序列长度为1 678 bp,含有一个由1 557 bp组成的开放阅读框(open reading frame,ORF),编码518个氨基酸,具有R2和R3保守结构域,属于R2R3-MYB转录因子.荧光定量PCR分析结果表明,AmMYB-like在叶片中主要参与干旱胁迫应答,在根中主要参与低温及机械胁迫应答.构建了pPZP212-AmMYB-like植物表达载体,为进一步研究AmMYB-like的功能奠定了基础.

新疆沙冬青是中国荒漠地区代表性常绿阔叶植物,属于第三纪孑遗植物.其极强的逆境耐受性受到了研究者的广泛关注,但由于缺乏基因组序列,分子生物学研究水平进展缓慢.本研究对新疆沙冬青进行了基因组调查测序,共得到65 Gb大小的双端测序数据.结合基于K-mer分析和流式细胞分析的方法,预测基因组大小、杂合率和GC含量等特征,估计基因组大小为770～787 Mb.测序数据拼接构建得到contigs的N50为684 bp,总读长为0.538 Gb;进一步组装后scaffolds的N50为12.09 kb,总读长为0.602 Gb.对拼接数据进行SSR分子标记预测,共得到151858个SSR,其中二核苷酸重复单元比例最高为56.39％,在二核苷酸重复单元中,AT/TA组成形式占多数.本研究首次报道了荒漠植物新疆沙冬青的基因组特征,为后续基因组学研究提供参考.

利用RT-PCR方法,从强抗逆植物蒙古沙冬青克隆到1个受寒旱诱导的锌指蛋白基因AmRFP1.预测其编码蛋白由366个氨基酸残基组成,其中含有1个C3H2C3型锌指结构域,故属于RING-H2(C3 H2C3)型锌指蛋白.该蛋白还含有2个跨膜区,很可能定位于细胞质膜.半定量RT-PCR分析表明,在不同季节野外生长沙冬青植株嫩叶中,AmRFP1在夏季只有低水平表达,进入秋季后表达量明显增加,尤其在秋末冬初其表达量迅速增加并达到全年最高峰,但在进入最寒冷的隆冬后又回落至秋季水平并维持到翌年春季基本未变.将该基因在拟南芥中超表达,则明显降低了转基因拟南芥的抗冻性.

利用分段克隆法从沙冬青中得到一条全长为3 459 bp的端粒酶逆转录酶基因(telomerase reverse transcriptase of Ammopiptanthus mongolicus,AmTERT),并对AmTERT进行了系统的生物信息学分析.结果表明,AmTERT编码1 153个氨基酸,蛋白相对分子质量为132.52 kDa,等电点为9.49,属于稳定性较差的亲水性蛋白.未发现跨膜结构存在,定位预测结果显示其在细胞质膜及线粒体上有定位,同时发现其有单分型(NLS-monopartite)和双分型(NLS-bipartite)细胞核定位信号,而在原生质体中的瞬时表达实验结果表明AmTERT定位在细胞核中.该氨基酸序列共有147个潜在磷酸化位点,氨基酸比对结果显示,AmTERT与大豆TERT相似性高达75％.另外,AmTERT蛋白具有端粒酶逆转录酶的保守功能结构域(TRBD及RT),并存在潜在的Akt激酶磷酸化位点,暗示其可能通过磷酸化作用发挥调节自身或其他基因功能的作用.荧光定量PCR结果显示,AmTERT在根中表达量较茎和叶组织都高,盐、干旱、热及低温胁迫均能导致沙冬青幼苗根和叶中AmTERT的表达量升高,说明植物细胞端粒酶可能和动物细胞一样具有应激保护功能.综上,研究结果表明,沙冬青端粒酶可能存在非端粒功能.

蒙古沙冬青是我国西北干旱区植物群落主要建群种之一,对维持西北干旱区脆弱的生态系统起着重要作用.本研究通过样方法对蒙古沙冬青群落物种组成、盖度、多度等植被特征进行了调查与统计分析,并采用双向指示种分析法(TWINSPAN)和冗余分析法(RDA)对其群落特征与环境因子的关系进行了研究.结果表明:(1)蒙古沙冬青群落主要由藜科、禾本科、豆科、菊科和蒺藜科树种组成,分属21科50属70种,区系组成以温带、地中海及西亚至中亚分布为主;(2)通过双向指示种分析法(TWINSPAN),将17个蒙古沙冬青群落划分为6个群丛类型,分别是蒙古沙冬青—白刺—猪毛蒿群丛、蒙古沙冬青—柠条锦鸡儿—碱蓬群丛、蒙古沙冬青—蒙古扁桃—阿尔泰狗娃花群丛、蒙古沙冬青—酸枣—沙葱群丛、蒙古沙冬青—驼绒藜—黄花蒿及蒙古沙冬青—霸王—骆驼蓬群丛;(3)通过冗余分析法(RDA),排序得到环境因子与蒙古沙冬青植物群落物种多样性的关系,环境因子的交互作用是影响蒙古沙冬青群落物种多样性的主要原因.

沙冬青属植物具有抗寒、抗旱、抗盐碱等特性,是研究植物逆境胁迫和筛选天然抗逆基因库的理想材料.非生物胁迫是限制沙冬青属植物生长发育及地理分布的重要因素,研究沙冬青属植物响应非生物胁迫的蛋白质组学为发掘其相关抗逆蛋白质及探索抗逆机理奠定基础.通过对近年来国内外利用蛋白质组学技术研究沙冬青属植物应答逆境胁迫的相关成果进行总结归纳,综述沙冬青属植物对低温、干旱、高盐等非生物胁迫响应的蛋白质组学最新研究进展,探讨在非生物胁迫下沙冬青属植物蛋白质水平的动态变化,揭示特定的蛋白质网络以及相关逆境应答机制,并对蛋白质组学技术应用前景进行展望,以期为沙冬青属植物抗逆分子机制更深入、全面的研究提供参考依据.

蒙古沙冬青是西北地区珍稀濒危树种,探究区系组成和群落特征对于维持西北干旱荒漠区脆弱生态系统具有重要意义.该研究调查了26个蒙古沙冬青群落样地,采用TWINSPAN进行群落分类,同时利用典范对应分析(CCA)分析沙冬青群落物种组成与生态因子的关系,为珍稀濒危植物蒙古沙冬青的保护提供基础数据.结果 表明:(1)蒙古沙冬青群落物种组成以豆科、禾本科、菊科和藜科植物为主,隶属于28科63属90种,区系组成以地中海、北温带分布及世界分布为主.(2)TWINSPAN等级分类可将26个蒙古沙冬青样地划分为9个群落类型,即蒙古沙冬青+蓍状亚菊群落、蒙古沙冬青+红砂群落、蒙古沙冬青+新巴黄耆群落、蒙古沙冬青+无芒隐子草群落、蒙古沙冬青+霸王群落、蒙古沙冬青+驼绒藜群落、蒙古沙冬青+白刺群落、蒙古沙冬青+沙鞭群落和蒙古沙冬青+毛刺锦鸡儿群落.(3) CCA排序分析显示,年均降雨量(F=2.8,P=0.002)、生长季降雨量(F=2.6,P=0.002)、速效氮(F=2.1,P=0.006)、太阳辐射量(F=2.1,P=0.008)、蒸汽压(F=1.9,P=0.006)、土壤有机质(F=1.7,P=0.04)、纬度(F=1.7,P=0.006)是影响蒙古沙冬青群落组成的主要生态因子.

该研究以沙冬青和矮沙冬青叶绿体基因组为研究对象,比较分析其基因组结构和系统发育关系.结果 显示:(1)沙冬青和矮沙冬青的叶绿体基因组具有典型的四段式结构,全长为153 935 bp和154 140 bp,其中大单拷贝区(LSC)分别为83 891 bp和84 126 bp,小单拷贝区(SSC)分别为18 022 bp和18 014 bp,以及长度各自为26 011 bp和26 000 bp的成对反向重复区(IRs);沙冬青和矮沙冬青均注释130个基因,包括85个蛋白编码基因(PCGs),37个转运RNA (tRNA)以及8个核糖体RNA (rRNA).(2)沙冬青和矮沙冬青的叶绿体基因组中分别检测出26和15个回文重复序列,39和50个串联重复序列,23和34个散在重复序列.同时都鉴定出96个SSRs位点,包括74和73个单核苷酸重复,5和6个二核苷酸重复,以及各有17个复合SSR位点;边界分析显示两者IR区相似,但仍有一定差异.(3)通过近邻结合法(NJ)对沙冬青和矮沙冬青在内的17种蝶形花亚科以及2种云实亚科植物的叶绿体基因组构建的系统发育树显示,沙冬青和矮沙冬青以较高的支持率聚为一个独立分枝.该研究结果为沙冬青属的种间鉴别、SSR分子标记开发、保育工作、种群动态以及进一步研究坡塔里族的演化过程奠定了理论基础.

沙冬青属(Ammopiptanthus)植物是古地中海第三纪孑遗濒危物种,包括沙冬青(Ammopiptanthus mgolicus)和矮沙冬青(Ammopiptanthus nanus),主要分布在我国西北干旱、半干旱地区,其不仅具有较高的研究价值,同时对我国西北干旱地区生态环境具有十分重要的作用.近年来由于全球气候变化及人为干扰等因素,沙冬青属植物天然分布面积骤缩,濒临灭绝.本研究利用MaxEnt模型、Bioclim模型和Domain模型对沙冬青属植物在我国末次间冰期(Last Interglacial)、末次冰盛期(Last Glacial Maximum)、当代和2050年(RCP4.5和RCP8.5)4个时期气候情景下的潜在适生区进行预测.结果 表明:MaxEnt模型对沙冬青属植物潜在分布区的预测具有极高的准确度,所有模型的平均受试者工作特征曲线下面积(AUC测试值)均高于0.80.当代沙冬青最佳及高适生区占全国总面积的2.78％,主要集中在内蒙古中部、宁夏北部和甘肃北部等地;未来沙冬青最佳及高适生区在现有分布范围呈现向外扩张的趋势,主要分布在内蒙古鄂托克旗、鄂尔多斯、阿拉善左旗、宁夏吴忠和甘肃民勒县等地.当代矮沙冬青最佳及高适生区占全国总面积的2.23％,主要集中在新疆南部;未来矮沙冬青最佳及高适生区向新疆乌恰县南部、乌鲁木齐北部移动和扩大,主要分布在新疆乌恰县、乌苏市、吐鲁番市和乌鲁木齐市.未来2050年(RCP4.5和RCP8.5)两种气候情景下沙冬青和矮沙冬青的潜在分布总面积均有所增加,与当代相比变化不明显,但不同适生等级的潜在分布面积变化较大,在更高的CO2排放量(RCP8.5)情景下沙冬青和矮冬青的最佳及高适生区范围的预测结果都将减少.从气候因素角度考虑,研究表明未来气候情景下沙冬青属植物的适生区变化过程中,年均温(Bio1)、最湿月降水量(Bio 13)和温度季节性变化(Bio4)是影响沙冬青属植物分布的关键因子,并为我国西北干旱半干旱地区具有重要的经济价值并将持续其生态服务功能.