MYB 是一类常见的转录因子,广泛参与植物花青素生物合成的调控.为探究 MYB转录因子在甜荞花青素生物合成中的调控作用,该研究从甜荞品种红花甜荞和北早生的转录组学数据中筛选并克隆出一个和花青素生物合成相关的MYB基因,将其命名为 FeR2R3-MYB,GenBank 登录号为 MT151381.1,并对该序列进行生物信息学分析,以及利用 qRT-PCR 分析FeR2R3-MYB基因在北早生和红花甜荞中的表达特征.结果表明:(1)FeR2R3-MYB基因全长 831 bp,编码 276 个氨基酸,蛋白的相对分子质量为 30.95 kD,理论等电点(pI)为 8.73,蛋白的不稳定指数为 69.64,属于不稳定蛋白,总疏水值为-0.679,整条肽链呈现亲水特性.(2)FeR2R3-MYB 具有典型的 R2R3-MYB 结构域,属于 R2R3-MYB 亚家族.(3)FeR2R3-MYB 与同属蓼科的苦荞麦和虎杖亲缘关系比较近.(4)FeR2R3-MYB 的启动子序列共含有 9 个光照响应元件、12 个转录因子结合位点、4 个非生物响应元件和 2 个激素响应元件.(5)亚细胞定位发现 FeR2R3-MYB 只在细胞核中表达.(6)FeR2R3-MYB 基因的表达量在叶片和花序中红花甜荞均高于北早生,推测 FeR2R3-MYB 基因可以正向调节甜荞花青素生物合成.综上所述,该研究结果为进一步深化 FeR2R3-MYB 基因在甜荞花青素生物合成途径中的功能及表达调控方面的研究提供了理论基础.

该研究采用同源克隆策略,从甜荞中克隆到1个柠檬酸转运蛋白基因FeFRD3(GenBank登录号为MG462907).FeFRD3基因含一个1 554 bp开放阅读框,编码517个氨基酸,预测蛋白分子量为55.83 kD,等电点为8.48.生物信息学分析显示,FeFRD3蛋白含有8个跨膜区,定位于质膜和液泡膜上.蛋白序列分析结果表明,FeFRD3与拟南芥、大豆和水稻的FRD3同源蛋白有较高的序列一致性.系统进化树分析表明,FeFRD3属于具有将铁由根向地上部位长距离转运功能的柠檬酸转运蛋白,且与拟南芥AtFRD3亲缘关系最近.qRT-PCR分析结果表明,FeFRD3基因在甜荞根、茎、叶和种子中均有表达,但在根中的表达量最高,在种子中的表达量最低;缺铁胁迫没有影响FeFRD3基因在根中的表达,但高铁胁迫明显诱导了该基因在根中的表达.研究结果为进一步深入研究FeFRD3基因在甜养铁长距离转运中的功能奠定了基础.

荞麦是禾本科之外的谷物类作物,具有较高的营养和药用价值.栽培荞麦有甜荞(Fagopyrum esculentum)和苦荞(F.tartaricum),这两种一年生草本分别为自交不亲和的二型花柱、自交亲和的同型花柱植物;前者结实依赖昆虫传粉.根据国内外调查研究,前人对蓼科荞麦属(Fagopyrum)记录了30个物种名,已有形态学和遗传多样性的调查表明该属的物种多样性中心位于我国西南地区,特别是长江上游的三江并流区域;甜荞和苦荞的起源地和祖先物种也认为在该区域.本文在论述前人研究的基础上,指出对荞麦属的分类修订、野生种质资源的分布、种间关系的调查、优良品种的选育亟待研究.孢粉学和考古学的证据显示在我国长江流域,人们在4,500年前就开始种植荞麦.荞麦可能曾经是山区人民的主粮,为孕育长江流域文明提供了食物资源.加强对荞麦基础生物学特性的研究,运用现代基因组学的方法有望澄清栽培荞麦的起源并探究产量不高的原因,挖掘和利用其经济和药用价值的性状,为荞麦成为一类优良的粮食作物提供参考依据.

荞麦是一种蓼科(Polygonaceae family)荞麦属(Fagopyrum Mill)的古老作物,在全世界,尤其是东亚及东欧地区广泛种植.数千年以来,荞麦都是中国凉山等高海拔地区的主要粮食作物,其营养丰富,其中富含的芦丁等生物活性成分还具有抗氧化、抗肿瘤的功效.荞麦的栽培种甜荞和苦荞已经被广泛传播,但野生荞麦却只在特定区域分布.中国西南地区,包括四川、云南、贵州各省以及西藏自治区,是公认的世界荞麦属植物的起源中心、分布中心和多样化中心,荞麦种质资源非常丰富.目前已有文献报导的荞麦属植物超过20种,其绝大多数已在中国西南地区被发现,该地区的地理环境非常复杂,孕育了极具多样性的野生荞麦资源.但截至目前,这些已报导的种还没有经过科学的归类,同种异名的现象比较严重,本研究团队从2004年至今,在中国西南地区进行了多年多次的野外考察和标本采集工作,并在室内进行花和果实的解剖观察,获得了大量的荞麦属植物分类学数据.基于这些数据和荞麦染色体数量分析,经馆藏标本和模式照片的对比,并综合国内外相关文献,对中国荞麦属植物进行了分类学修订,将产自中国的荞麦属28个种归并为21个:即将Fagopyrum megaspartanium Q.F.Chen,F.pilus Q.F.Chen并入F.cymosum(Trrev) Meisn作为异名;F.pleioramosum Ohnishi,F.wenchuanense J.R.Shao并入F.caudatum(Samuelsson)A.J.Li作为异名;F.callianthum Ohnishi并入F.qiangcai D.Q.Ba作为异名;F.zuogongense Q.F.Chen并入F.homotropicum Ohnishi作为异名;F.longzhoushanense J.R.Shao并入F.pugense T.Yu作为异名.重新制定了21个种的分种检索表.本文将有助于重新认识荞麦属植物的进化地位,并为后续进一步探究属中各个种的亲缘关系奠定了基础.

荞麦是一种重要的药食饲多用的作物,中国是全球最大的苦荞生产国和世界荞麦多样性中心,中国西南地区是国际公认的荞麦起源中心.种质资源是农作物生产利用、品种创新和生物技术研究的物质基础,具有十分重要的价值和意义.自20世纪80年代以来,我国学者收集了约有3000余份栽培荞麦种质资源,其中2200余份保存于我国长期库中.这些栽培荞麦经过自然演变、人工培育和传播后,已在全世界范围广泛分布,兼具代表性和多样性.综述了我国甜荞和苦荞的产区分布现状、资源收集和保存概况,以及近40年来对我国荞麦资源的农艺性状和营养品质的鉴定评价情况;并简要介绍了世界上其他国家和组织对于荞麦种质资源的的收集和评价现状,以期为荞麦种质资源保护和合理利用提供参考.同时,对已报道的荞麦属野生种(含变种、亚种)及分布现状进行了归纳,对其主要性状的特征和变异情况进行了总结,并归纳了国内外对于野生荞麦资源的开发利用方面的研究进展,结果表明,我国西南地区野生荞麦资源尤为丰富,除个别种(如金荞麦)以外,均主要集中于滇黔川边界地区.最后,对我国荞麦种质资源利用的不足和展望进行了讨论,提出仍需推进以下工作:(1)全面、系统、量化地建立荞麦的种质资源农艺性状、营养组分、加工品质、食味品质等性状的评价体系,继续完善我国荞麦种质资源评价和品质鉴定工作;(2)大力挖掘荞麦在作物布局和特色经济作物价值潜力,加快推进我国荞麦优异种质的选育和合法引进,推进荞麦产业健康有序快速发展;(3)关注野生荞麦生存环境恶化的问题,特别是岩野野荞、抽葶野荞、皱叶野荞、海螺沟野荞等的生存环境急剧恶劣,其分布区域更加狭隘,急需加大对珍惜野生资源进行抢救性的考察、收集和保护工作;(4)持续推进荞麦全基因组测序和基因组结构注释工作,深入挖掘荞麦关键农艺性状和抗逆遗传位点,并开发系统的分子标记辅助育种平台,并从分子水平进一步解析荞麦品质性状形成遗传机制,如淀粉、氨基酸、维生素E以及黄酮类化合物特别是芦丁的生物合成途径关键基因的分子调控网络.

以甜荞品种‘北早生’和‘赤甜荞1号’为材料,利用多效唑(PP333)和6-苄基腺嘌呤(6-BA)在不同幼苗时期进行叶片喷施处理,并采用扫描电镜观察花芽分化过程,记录开花时间,调查开花和结实数,通过液质联用方法检测3种内源激素生长素(IAA)、赤霉素(GA3)、脱落酸(ABA)及人工合成细胞分裂素(6-BA)含量,探究两种植物生长调节剂对甜荞的花芽分化及内源激素含量的影响,为甜荞花期调控提供依据.结果 显示:(1)第二片真叶期喷施100 mg· L-1 PP333和150 mg·L-1 6-BA能显著提高甜荞结实率和单株产量,两种处理的结实率分别较对照提高49.5％、39.4％,单株产量分别提高41.8％、23.0％.(2)观察甜荞花芽分化过程并将其划分5个时期,分别为生长锥分化前期、生长锥分化期、小花原基分化期、雌雄蕊分化期和雌雄蕊形成期,在第二片真叶期喷施PP333和6-BA均加快了甜荞花芽分化进程,使其开花时间提前.(3)喷施PP333在幼苗期和现蕾期降低了内源IAA、6-BA含量,增加GA3、ABA含量,而在盛花期增加内源IAA、6-BA含量,降低ABA、GA3含量;喷施6-BA在幼苗期和现蕾期增加了内源GA3、IAA含量,在盛花期降低了内源GA3、IAA含量,3个时期均降低了内源ABA含量,增加了6-BA含量.研究发现,第二片真叶期是调控甜荞小花发育的关键时期,在此时叶面喷施100 mg·L-1 PP333和150 mg·L-1 6-BA的调控效果最佳,可加快甜荞花芽分化进程,使开花时间提前,增加单株结实粒数,提高甜荞品种的结实率和单株产量;PP333主要是通过减少甜荞开花数,增强弱势小花活力来提高结实粒数,而6-BA主要是利用增加开花数,提高有效可孕小花数来增加结实粒数.

为弄清甜荞(Fagopyrum esculentum Moench.)长雌蕊长雄蕊突变体lpls花和籽粒发育调控的分子机制,从甜荞中克隆出1个长1 788 bp的AP2同源基因的cDNA序列,命名为FaesAP2B(GenBank登录号为MK290847.1).序列结构分析表明:FaesAP2B基因包含1个长l 380 bp的完整开放阅读框(Open Reading Frame,ORF),编码1个由459个氨基酸残基组成的AP2/ERF家族转录因子,该转录因子含有2个高度保守的AP2结构域,第1个AP2结构域前还存在1个由10个氨基酸残基组成的核定位信号区.用qPCR检测FaesAP2B基因在甜荞lpls突变体根、茎、幼叶、花被片、雄蕊、雌蕊以及发育4d的果实共7种器官中表达的组织特异性显示:FaesAP2B在甜荞突变体lpls营养组织和生殖结构中均有表达,但其在花器官和果实等生殖结构中的表达量明显高于营养组织,且在雄蕊中的表达量最高,极显著高于其在其他6种组织中的表达量(LSD,P＜0.01),同时,FaesAP2B在花被片、雌蕊和发育4d的果实中的表达量均极显著高于其在根、茎和叶等营养器官中的表达量(LSD,P＜0.01),但该基因在其根、茎、叶间的表达量无显著性差异.推测该基因可能主要参与调控甜荞lpls突变体花和果实的发育.

芽菜是近年兴起的一种新型蔬菜,其生育周期较短、光照需求低[1].有研究表明,荞麦发芽后具有更合理的氨基酸组成、黄酮含量增加,营养价值和生物活性得到大幅度提高[2-3],黑苦荞发芽10 h后直链淀粉含量下降[2],荞麦萌发后黄酮含量显著增加[3],但对甜荞和苦荞萌发过程中主要营养成分比较未见报道.本研究以2个甜荞和2 个苦荞品种为材料,分析其萌发过程中主要营养成分含量差异及其变化趋势,以期为荞麦芽菜产品综合开发利用提供参考.

探讨等花柱资源在甜荞资源创新中有效利用的方法,为今后甜荞资源创新及新品种选育提供更好的技术支撑.利用甜荞等花柱资源与栽培种不同花型进行正反交杂交试验,在此基础上对等花柱花器×栽培种花器、等花柱花器×长花柱短雄蕊花器、等花柱花器×短花柱长雄蕊花器、栽培种花器×等花柱花器、长花柱短雄蕊花器×等花柱花器、短花柱长雄蕊花器×等花柱花器6个杂交组合后代结籽状况及遗传分离进行观察和分析.结果 表明,等花柱甜荞资源本身结实率达22.6％,明显高于普通甜荞,对于等花柱新纯系的筛选以长花柱短雄蕊花器×等花柱花器杂交模式最佳,新品系筛选是等花柱花器×栽培种花器最佳.本研究结果说明,根据资源创新的目的不同,利用等花柱资源采用不同的杂交技术是可行的,后代都产生了明显的遗传变异,能有效解决甜荞杂交育种的瓶颈问题.

甜荞是我国传统的药食同源植物,籽粒是甜荞的重要贮藏器官,籽粒果皮的开裂类型及其开裂行为影响种子的萌发性状.该研究以5份甜荞为材料,进行果皮裂口的建模与分型,并通过纸床发芽法,检测种子的发芽率、胚根及下胚轴长度.结果表明:(1)甜荞籽粒果皮开裂主要包括纵向完全开裂型、种孔端部半开裂型、种脊中部半开裂型、种脐端部半开裂型和横裂型等5种类型;(2)开裂型籽粒比完整型萌发时间提早约12 h;(3)开裂型籽粒早期萌发率均高于相应的果皮完整型,但48 h后,完整型籽粒的萌发率超过果皮开裂型;(4)开裂型籽粒胚根及下胚轴的早期增长速度比完整型快,但果皮开裂型籽粒胚根与下胚轴增长比值显著小于果皮完整型;(5)不同开裂类型的萌发率从大到小依次为种孔端部半开裂型、纵向完全开裂型、种脐端部半开裂型、种脊中部半开裂型、横裂型,而种子霉烂率从大到小依次为种脐端部半开裂型、纵向完全开裂型、种脊中部半开裂型、种孔端部半开裂型、横裂型.果皮开裂虽然可以提高甜荞种子早期的萌发率,促进胚根及下胚轴早期的伸长速度,但会降低甜荞整体的萌发率以及胚根/下胚轴增长比值,种子霉烂率显著增加,不利于田间壮苗与全苗的形成.