白木香Aquilaria sinensis Lour.为国家濒危保护植物,在其受创伤后产生的沉香是一种珍贵药材和香料,而黄野螟Heortia vitessoides Moore虫害的频繁发生严重影响了沉香产业的发展.为了探究白木香对黄野螟的抗虫生理机制,本研究利用指标含量测定、GC-MS分析及非靶向性代谢组学分析等方法,对6种不同抗虫性植株叶片的理化性质、挥发性物质及差异代谢产物进行对比分析.结果表明,抗虫植株(A01)的单宁酸含量(0.39 mg/g)、类黄酮含量(1.48 mg/g)最高,而可溶性蛋白含量(4.5mg/g)和可溶性糖含量(6.7mg/g)最低.白木香感虫植株(S)诱虫成分含量显著高于其它5个植株,而驱虫成分含量显著低于其它5个植株.白木香抗虫植株叶片中的营养物质和挥发性成分与普通感虫植株具有明显差异,抗虫植株叶片中的营养物质和诱虫活性挥发性成分偏低而驱虫活性挥发性成分普遍偏高.抗虫植株与普通感虫植株的差异代谢产物主要集中在黄酮与黄酮醇生物合成、苯丙氨酸生物合成、苯丙氨酸代谢、酪氨酸代谢和异喹啉生物碱生物合成通路.本研究可为确定白木香的抗虫机制及今后发掘新型无公害的黄野螟防控方法提供理论指导.

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.

[目的]通过组学技术研究持续喷水处理对芒果叶片产生的影响,揭示喷水处理影响"午休"的分子机制,进一步优化喷水处理条件,为达到最佳效果提供科学依据,并对提高芒果产量和品质以及响应国家减肥增效政策具有理论意义.[方法]以元江"台农一号"芒果为材料,对坐果期芒果在"午休"时段(12:30-14:10)喷水3次,每次喷水20 min,间隔20 min,以不喷水为对照,并以2组3个不同时期叶片进行Illumina Hi SeqTM 6000高通量转录组测序分析,用GO和KEGG数据库分析"午休"时段喷水和不喷水处理的差异表达基因(DEGs).用差异表达基因分析工具(DESeq)对基因表达进行差异分析,以|log2αFC|＞1,P＜0.05为筛选差异表达基因的条件.[结果]3个时期分别获得3 789,2 885,1 667个差异表达基因.GO分析表明差异基因与细胞组分分类中的膜、膜的固有成分、膜的组成成分等密切相关,KEGG分析差异表达基因主要富集在植物激素信号转导、植物MAPK信号通路、植物昼夜节律、氨基糖和核苷酸糖的代谢、类黄酮生物合成、光合生物碳固定、角质和亚硫酸盐及蜡的生物合成、卟啉和叶绿素的代谢、淀粉和蔗糖代谢以及甘油酯质代谢等途径.根据富集结果筛选8个差异表达基因,经实时荧光定量验证,基因表达趋势与转录组测序结果相符.[结论]CAO和POR基因表达延后,表明喷水处理可延长叶绿素的合成时间;FBP和SBP的基因表达略微降低,表明叶面喷水调控基因的表达量降至缓解芒果"午休"的最适范围内,有利于树体积累碳同化物,从而提高光合效率.

类黄酮是植物次生代谢过程中产生的多酚类物质,在植物中广泛存在且功能多样.类黄酮的生物合成发生在内质网的细胞质侧,但最终积累在液泡腔内.因此,需要高效的类黄酮转运和积累系统将其从内质网转移至液泡内.几十年来,关于植物类黄酮转运有诸多研究.目前的研究结果表明,植物体内存在3种类黄酮转运机制,包括谷胱甘肽转移酶介导的转运及膜转运蛋白和囊泡介导的转运.该文综述了这3种转运机制以及近年来植物类黄酮转运研究进展,分析总结了3种不同但具有非排它性机制在功能上的协同作用.虽然类黄酮生物合成途径在许多物种中得到很好的表征,但是关于其转运研究仍相对缺乏.类黄酮修饰与转运的关系、转运蛋白对底物的特异性和偏好性及类黄酮转运的转录调控仍需深入探索,以更好地解析类黄酮在植物细胞中的转运和积累机制.

[目的]类黄酮 3'-羟化酶(flavanone 3'-hydroxylase,F3'H)是植物花青素合成过程中的关键酶,探究比利时杜鹃花(Rhododendron hybridum Hort)F3'H基因的功能及表达特性.[方法]以比利时杜鹃花不同发育时期的花瓣及盛花期的根、茎、叶为实验材料,从比利时杜鹃花转录本数据库中筛选类黄酮生物合成通路关键酶类黄酮 3'-羟化酶基因序列信息并进行生物信息学分析,利用反转录(RT-PCR)技术克隆RhF3'H基因;利用紫外分光光度计测定了比利时杜鹃花花瓣不同时期的花青素含量,利用RT-qPCR技术对不同发育时期花瓣和成熟期的不同组织进行RhF3'H基因表达量分析;采用Gateway技术构建过表达载体35S:RhF3'H-GFP重组载体进行亚细胞定位验证;构建p1302-RhF3'H过表达载体对比利时杜鹃花花瓣进行侵染.[结果]成功获得比利时杜鹃花RhF3'H基因长度为 1 557 bp,编码 518 个氨基酸,具有保守的F3'H结构域,属于P450 超家族;系统进化树分析显示,比利时杜鹃花RhF3'H与龙眼和荔枝F3'H蛋白亲缘关系最近;RT-qPCR结果显示,RhF3'H在比利时杜鹃花不同花瓣时期和根、茎、叶组织中均有表达,在不同花瓣发育时期中,盛开期和衰败期中RhF3'H基因的表达量较高,与花青素含量结果相一致;亚细胞定位分析显示,RhF3'H主要存在于细胞膜上;成功构建P1302-RhF3'H瞬时过表达载体,相较于CK和p1302,p1302-RhF3'H在杜鹃花花瓣中显著高表达,其花青素含量也显著增加.[结论]RhF3'H基因在花瓣细胞膜中表达,表达模式与花青素积累趋势一致;过表达RhF3'H基因促进了花青素的合成.

[目的]超氧化物歧化酶(SOD)是植物体内氧自由基的天然清除剂,对于保护植物免受环境胁迫起着关键作用,了解其在刺梨响应干旱胁迫中的作用,为深入研究刺梨SOD基因家族的功能提供基础.[方法]通过生物信息学对刺梨SOD基因家族进行系统鉴定和分析,对其理化性质、染色体位置、基因结构、亚家族进化、顺式作用元件和WGCNA进行全面分析,并利用RT-qPCR分析刺梨SOD基因家族在干旱胁迫下的表达模式.[结果]刺梨SOD基因家族有 9 个成员,包括 4 个Cu/ZnSOD基因、3 个MnSOD基因和 2 个FeSOD基因,分布在 5 条染色体上.基因结构显示,同一亚家族成员的基序组成较为相似,但内含子/外显子排列和数量差异较大.亚家族进化分析发现,MnSOD亚家族较原始,其在所有蛋白质位置都表现出高度保守性,其次是FeSOD和Cu/ZnSOD,Cu/ZnSOD亚家族各序列之间差异较大,又可以分为 3 个亚类.顺式作用元件分析显示,该家族基因参与多种植物激素、生长发育以及胁迫响应,特别是RrCSD2 启动子区含有类黄酮生物合成元件(MBSI).进一步通过转录组和WGCNA分析发现,RrCSD2 所在模块的基因显著富集到黄酮和黄酮醇生物合成、类黄酮生物合成和花生四烯酸代谢等途径,表明RrCSD2可能参与类黄酮代谢过程.RT-qPCR结果显示,在干旱胁迫下,除RrMSD1 和RrMSD2 的表达水平显著下降外,其余 7 个基因的表达水平总体呈现上升趋势,特别是RrCSD2和RrCSD3的表达水平显著上调.[结论]刺梨SOD基因在干旱胁迫中起到重要作用.

香豆雌酚和补骨脂素作为香豆素的重要衍生物,主要存在于植物中,在抗癌和抗炎方面发挥着重要作用,但在真菌中却少有报道.我们成功分离并培养了一株含有大量多糖和黄酮类化合物的粗毛纤孔菌L-1 Inonotus hispidus L-1.通过代谢组学分析,我们发现在粗毛纤孔菌L-1子实体中香豆雌酚和补骨脂素作为主要成分,其含量明显高于菌丝体和原基.基于转录组学和代谢组学联合分析,阐明了香豆雌酚和补骨脂素在粗毛纤孔菌L-1中的合成途径及其调控基因.研究发现粗毛纤孔菌L-1中香豆雌酚和补骨脂素在合成过程中有一个共同的前体L-苯丙氨酸,而L-苯丙氨酸的合成受糖酵解/葡萄糖生成途径和苯丙氨酸途径的共同调控,其含量在原基和子实体中显著升高.而且以L-苯丙氨酸为前体的P-香豆酸合成途径的两条下游合成途径中的代谢物显著升高,分别为异黄酮类生物合成途径中的2,7,4'-三羟基异黄酮和香豆雌酚,以及香豆素类生物合成途径中的7-羟基香豆素和补骨脂素.而香豆雌酚和补骨脂素的下游代谢物未检测到.通过转录组学进一步证实香豆雌酚和补骨脂素在合成过程中受到APL、APL1和ECM4这3个基因的调控.这项研究结果证实了粗毛纤孔菌L-1作为一种有价值的香豆雌酚和补骨脂素来源在营养保健品开发和应用方面的潜力.

[目的]果实酚类物质类别、含量是与橄榄营养及风味密切相关的重要品质性状,探究橄榄酚类物质生物合成的分子调控机制.[方法]以总酚含量差异显著的橄榄(低酚/高酚)为试材,分别取花后 80-160 d的果实进行转录组分析,对莽草酸-水解单宁/苯丙烷-类黄酮生物合成通路差异基因进行表征,并对差异表达基因进行WGCNA分析,从中挖掘与酚类代谢途径相关的转录因子.[结果]转录组测序共获得 296 314 条Unigene,其中 73%的Unigene被注释到数据库;4 个品种(系)橄榄成熟果共鉴定到 1 628 个差异表达基因(DEGs),KEGG分析显示,DEGs在酚类代谢途径的"类黄酮生物合成"通路上显著富集;进一步对果实成熟过程莽草酸-水解单宁/苯丙烷-类黄酮生物合成途径的DEGs进行表征,结合WGCNA分析中每个模块与性状的R2 和P值,筛选到 4 个关键模块,根据模块内基因的调控关系利用MCC拓扑分析法以度值≥1 挖掘模块内关键转录因子,挖掘到 137 个转录因子Unigene与 30 个酚类合成结构基因Unigene共表达,转录因子Unigene功能注释来自 35 个基因家族,最多的为锌指蛋白(C2C2、C3H、C2H2、PHD),其次为B3、HB、MYB、NAC基因家族.[结论]从转录组角度初步解析了橄榄鲜食品质在酚类代谢途径的差异,同时挖掘了调控酚类代谢的差异基因,对进一步探究橄榄鲜食品质差异的分子机制提供了重要依据.

黑桫椤(Gymnosphaera podophylla Dalla Torre&Sarnth.)为著名的孑遗蕨类,具有很强的环境适应能力,然而其适应性机制尚不清楚.本研究采用PacBio和Illumina技术对黑桫椤的根、羽轴和羽片进行转录组测序,分别生成12 879、14 185和16 084个全长unigenes.基因表达分析结果表明,与黑桫椤抗干旱、缺水胁迫和生物胁迫相关的基因表达水平较高.根、羽轴和羽片特异性上调基因均显著富集到KEGG代谢通路中的"苯丙烷生物合成途径",根和羽轴的器官特异性上调基因还显著富集到"类黄酮生物合成途径".共有 192个全长unigenes被注释为类黄酮生物合成途径所涉及的 13个酶结构基因,其中包括 112个差异表达基因(DEGs),表明黑桫椤类黄酮生物合成途径较为保守,且存在器官特异性差异表达基因.本文对黑桫椤多器官全长转录组和类黄酮生物合成途径结构基因进行了综合分析,为进一步研究其对环境的适应性提供了丰富的遗传资源.

[目的]日本落叶松黄烷酮 3-羟化酶(flavanone 3-hydroxylase 2,LkF3H2)基因在类黄酮生物合成过程中发挥着重要的调控功能.探究LkF3H2 基因在日本落叶松中发挥的具体功能和植物类黄酮生物代谢过程.[方法]根据实验室前期转录组数据克隆日本落叶松LkF3H2 基因并进行生物信息学分析及组织表达分析.随后将该基因转化烟草进行转基因烟草组织表达分析及类黄酮含量测定,以探究基因表达量与类黄酮含量之间的关系.[结果]LkF3H2 基因cDNA序列长度为 1074 bp,其蛋白编码 358个氨基酸,分子式C1785H2807N481O541S18,分子量为 40.24 kD,该蛋白是不稳定的亲水性蛋白且不含信号肽;同时系统进化分析得出日本落叶松LkF3H2 与火炬松、辐射松、白云杉和欧洲云杉F3H亲缘关系较近并且该蛋白含有保守结构域 2OG-Fe(Ⅱ)oxygenase superfamily,属于 2-酮戊二酸依赖性双加氧家族.另外组织表达分析显示LkF3H2 基因在一月龄日本落叶松幼苗叶中表达量最高,在一年生日本落叶松幼苗茎中表达量最高,并且在转基因烟草叶中也显示了最高的表达量.值得一提的是,转基因烟草叶中的类黄酮含量也是最高的,其次为茎和根,转基因烟草中类黄酮含量与LkF3H2基因表达量呈正相关关系.[结论]日本落叶松LkF3H2基因属于 2-酮戊二酸依赖性双加氧家族并且在类黄酮生物合成过程中发挥着重要功能.