为探究七叶一枝花的种子萌发生理机制,该文从种胚形态上对七叶一枝花种子萌发过程的时期进行了划分,并分析了不同时期种子内源激素含量及相关酶活性的变化规律.结果表明:(1)根据种胚形态可将种子萌发过程细分为 8 个时期,即种胚未萌动时期(S1 期)、心形胚时期(S2 期)、种胚膨大时期(S3 期)、胚根未突破种皮时期(S4 期)、子叶柄伸长和胚根突破种皮时期(S5 期)、下胚轴突破种皮时期(S6 期)、上胚轴伸长时期(S7 期)、胚根伸长时期(S8 期).(2)不同萌发时期种子的α-淀粉酶活性均明显高于β-淀粉酶.(3)超氧化物歧化酶(SOD)活性在S5 期最高,S1 期最低;过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性随种子萌发进程总体呈上升趋势,可溶性蛋白含量随种子萌发进程先下降后升高.(4)吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA3)、脱落酸(ABA)和水杨酸(SA)含量随种子萌发进程整体呈下降趋势;1-氨基环丙烷羧酸(ACC)、茉莉酸(JA)、油菜素内酯(BRs)随种子萌发进程整体呈上升趋势;细胞分裂素类(CTKs)含量无显著变化;IAA/ABA和GA3/ABA随种子萌发进程呈先下降后上升趋势,而 CTKs/ABA 则不断升高.(5)ABA、IAA、GA3含量与胚率呈负相关,而ACC、JA、BRs、POD、CAT、β-淀粉酶活性与胚率呈正相关.综上认为,七叶一枝花在不同时期种子内源激素含量及相关酶活性各不相同,其中α-淀粉酶活性、POD活性可能与种胚胚根伸长有关,GA3可能影响种胚形成,而ABA则可能抑制种胚的生长发育.

为了探究刺五加(Acanthopanax senticosus)种子的休眠类型以及种子萌发过程中生理和代谢特征,以东北地区刺五加种子为研究对象,分别在不同温度条件(20 ℃,4 ℃,20 ℃/4 ℃)下对种子进行140 d沙藏层积处理.通过观察胚的表型变化,筛选出5个典型时期.研究5个典型时期种子中的内源激素、主要营养物质及其水解酶、抗氧化系统和代谢组学的动态变化规律.结果表明:(1)刺五加种子吸水性能良好,20 ℃恒温条件只能促进胚的伸长,不能萌发.4 ℃恒温条件下胚率无增长.只有0～110d保持20 ℃恒温,110～140 d保持4 ℃恒温,胚率增长且种子能够萌发.(2)随着胚率增长,赤霉素含量上升,脱落酸含量下降,吲哚乙酸、吲哚丁酸和萘乙酸含量均下降;脂肪含量下降,可溶性糖含量上升.脂肪含量与脂肪水解酶活性呈显著负相关,与可溶性糖含量呈极显著负相关.(3)共筛选出92个差异代谢物,碳代谢、能量代谢和抗氧化代谢是主要的差异代谢通路.此外,倍半萜和三萜生物合成、脂肪酸生物合成、甘油脂类代谢等也存在差异.总之,刺五加种子属于形态生理性休眠,变温层积是打破种子休眠的必要条件,内源激素能够调控种子的休眠与萌发.脂肪等大分子营养物质被水解酶分解,为种子萌发提供物质和能量,这也是种子萌发的必要条件之一.该研究可为鉴定刺五加种子休眠类型以及人工繁殖提供理论依据.

高等植物通常从种子萌发开始,经过营养生长和生殖发育后重新形成种子,由此完成世代更迭.种子中积累的碳水化合物、脂质、蛋白质及mRNA等大分子物质对于维持其发芽潜力至关重要,其中部分mRNA可长期保存而不被降解,被称为长寿命mRNA(即long-lived mRNA).在水稻(Oryza sativa)中,与萌发相关的long-lived mRNA在花后10-20天开始转录积累,花后20天至种子完全成熟期间,一些与休眠和胁迫响应相关的long-lived mRNA转录并保存在细胞中.Long-lived mRNA种类繁多,主要包括蛋白质合成类mRNA、能量代谢类mRNA、细胞骨架类mRNA及逆境响应相关的mRNA,如小热激蛋白和LEA家族蛋白.Long-lived mRNA的转录组分析表明,很多基因的启动子区域都包含脱落酸(ABA)或赤霉素(GA)相关的顺式作用元件,拟南芥(Arabidopsis thaliana)atabi5突变体种子中约有500个不同于野生型的差异表达long-lived mRNA,暗示ABA和GA是影响long-lived mRNA种类的关键激素.Long-lived mRNA通常与单核糖体和RBP蛋白交联在一起,以PBs(P-bodies)形式存在于细胞中,保护mRNA不被降解.与种子休眠相关的long-lived mRNA在种子后熟过程中逐渐被降解,而且一些特定long-lived mRNA的氧化修饰是种子打破休眠的一种生物现象.在种子长期贮藏过程中,long-lived mRNA的随机降解直接关系到种子的寿命和活力,保留下来的mRNA在种子吸胀初期被翻译成蛋白质,促进种子在吸胀早期快速萌发.该文综述了种子重要储存物质long-lived mRNA的特征和功能,并提出了本领域需要进一步研究的科学问题,以期为深入理解种子休眠、萌发与寿命的分子机制提供参考.

[目的]为了探究草珊瑚[Sarcandra glabra(thunb)nakai]不同器官中内源激素对类胡萝卜素差异积累的可能调控机制.[方法]通过代谢组学方法分析草珊瑚中内源激素和类胡萝卜素代谢物在不同器官间的差异分布情况,结合转录组学技术挖掘草珊瑚类胡萝卜素相关差异酶基因,进一步预测参与调控差异酶基因的转录因子及其激素相关顺式响应元件,从而分析内源激素对类胡萝卜素差异积累的可能调控作用.[结果]吲哚-3-羧酸(indole-3-carboxylic acid)、反式茉莉酸[(-)-jasmonic acid]、二氢茉莉酮酸甲酯(ethyl dihydrojasmonate)、油菜素甾酮(castasterone)、油菜素内酯(brassinolide)等 7 种内源激素在叶中的含量更高,与角黄素(canthaxanthin)、海胆酮(echinenone)、新黄质(neoxanthin)和念珠藻黄素(nostoxanthin)等 8 种差异代谢物等富集部位一致;而脱落酸(abscisic acid,ABA)、赤霉素 4,5-甲氧基水杨酸(gibberellin 4,5-methoxysalicylic acid)、二氢茉莉酸(dihydrojasmonic acid)和 5,6-二羟基吲哚(5,6-dihydroxyindole)在根中的含量更高,与脱落酸醛(abscisic aldehyde)、4,4'-二聚戊烯(4,4'-aiapolycopenedial)、花药黄质(antheraxanthin)这 3 种差异代谢物富集部位一致;关键转录因子MYB106、SPL1、NAC015、ERF064、WRKY44、BHLH116 可通过响应AUX、SA、GA、ABA、Me_JA等植物激素的刺激,参与调控类胡萝卜素合成途径的DXS、VDE、ABA2、AOG、ZEP、CYP97C1、DWARF27、CRTISO、LCYB、PSY这 10 种代谢酶的表达.实时荧光定量PCR(quantitative real-time polymerase chain reaction,RT-qPCR)结果表明,随机选取的 8 个差异基因表达趋势与转录组测序结果一致.[结论]筛选出草珊瑚叶和根与类胡萝卜素相关的 15 种差异内源激素与 11 种差异代谢物,预测了 6 种转录因子参与调控 10 种代谢酶.

ent-柯巴基焦磷酸合酶(ent-copalyl diphosphate synthase,CPS)与ent-贝壳杉烯合酶(ent-kaurene synthase,KS)的连续催化是植物以香叶基香叶基焦磷酸(geranylgeranyl pyrophosphate,GGPP)为底物开启赤霉素生物合成路径的关键步骤.该研究通过分析与挖掘瑞香狼毒的转录组数据,成功克隆得到赤霉素途径的 2 个关键二萜合酶基因SchCPS和SchKS.二者完整开放阅读框分别为 2595、1701 bp,编码864、566 个氨基酸残基,生物信息学分析预测其相对分子质量分别为97.9、64.6 kDa,理论等电点为 5.61、6.12,均为亲水性蛋白.序列比对及系统发育树显示,SchCPS蛋白含有CPS基因家族保守的LHS、PNV及DxDD基序,归类于TPS-c亚家族;SchKS蛋白含有KS基因家族保守的DDxxD、NSE/DTE和PIx基序,归类于TPS-e亚家族.功能验证结果表明,SchCPS可催化GGPP质子化并环化成ent-CPP,SchKS则作用于ent-CPP去磷酸化并再次环化生成贝壳杉烯.该文首次从瑞香狼毒中克隆获得SchCPS与SchKS全长基因,并完成功能验证,不仅丰富了现有的CPS和KS基因库,也为瑞香狼毒中更多活性成分基因的克隆与生物合成途径解析奠定了基础.

目的 基于赤霉素(gibberellin A3,GA3)处理下的南方红豆杉Taxus chinensis var.mairei转录组数据鉴定和分析SSR位点,开发可用于南方红豆杉种质资源鉴定和遗传多样性分析的SSR标记.方法 使用MISA软件对南方红豆杉转录组数据进行SSR分析,搜索SSR位点.可搜索单核苷酸、二核苷酸、三核苷酸、四核苷酸、五核苷酸和六核苷酸,最小重复数分别设置为10、6、5、5、5、5次.采用Primer 3(2.3.5版,默认参数)进行SSR引物设计.通过毛细管荧光电泳检测,最终选定多态性好,扩增成功率高的SSR引物用于后续数据分析;通过MEGA进行UPGMA聚类分析,构建聚类树.结果 转录组测序共获得202 361条Unigene,采用MISA软件搜索出12 008个SSR位点,分布在10 894条Unigenes上,发生频率为5.38％,平均距离为1/7.64 kb.单核苷酸重复类型最丰富,占总SSR位点的51.74％,其次为三核苷酸(20.92％)和二核苷酸重复类型(20.88％).A/T、AG/CT是优势重复基序,分别占总SSR重复类型的49.60％和10.93％.随机抽选96对SSR引物,以4个地区12份南方红豆杉种质进行引物有效性和多态性验证,筛选出13对具多态性的SSR引物,多态性引物比率为13.54％.13对引物在东北红豆杉Taxus cuspidata扩增效率高达100％,但在曼地亚红豆杉Taxus × media扩增效率仅为23.08％.聚类分析表明太行山地区南方红豆杉聚为一类,浙江、福建和湖南等南方来源的南方红豆杉聚为一类,后三者彼此之间遗传距离更近.结论 南方红豆杉转录组测序产生的Unigene信息可以用来开发SSR分子标记,开发的13个标记将有助于南方红豆杉物种遗传多样性、分子育种、资源保护等方面的研究.

为了探究谷胱甘肽转移酶编码基因(GST)在芥菜花青素积累中的作用,该文以紫薹-绿薹芥菜近等位基因系为材料,克隆到1 个花青素积累相关的GST基因,命名为BjGSTF12.该文对BjGSTF12 编码蛋白及其启动子进行生物信息学分析,并分析其在绿薹、紫薹芥菜中的表达水平及其与花青素含量的关系.结果表明:(1)BjGSTF12 的基因组和cDNA全长分别为 808、651 bp,编码 216 个氨基酸,具有GST_N端和GST_C端保守结构域.然而,绿薹、紫薹芥菜BjGSTF12 序列无区别.(2)BjGSTF12 与拟南芥AtGSTF12 亲缘关系最近,同属于φ亚家族.(3)2 个芥菜品系BjGSTF12 启动子序列存在 4 处碱基突变/插入,但二者顺式作用元件种类与数目相同,均含 9 个MYB结合位点、1 个赤霉素响应元件、3 个非生物胁迫响应元件.(4)紫薹芥菜花青素含量显著高于绿薹芥菜,BjGSTF12 表达水平与花青素含量表现出类似变化规律.(5)互作蛋白网络分析表明,BjGSTF12 与花青素合成关键酶、糖基化修饰、转运蛋白等蛋白存在互作.综上认为,BjGSTF12 在芥菜薹茎花青素积累中可能发挥重要作用,BjGSTF12 可能通过互作蛋白调控芥菜花青素合成、修饰、转运从而影响花青素积累.该文对深入研究GST在芥菜薹茎花青素积累的功能及作用机制奠定了一定理论基础.

该研究对羌活种子发育过程中的形态和生理生化变化规律进行分析,为生产高质量羌活种子提供理论依据.以花后不同发育阶段的羌活种子为实验材料,采用形态结构观测和植物生理学的方法,对种子外部形态、营养物质、酶活性和内源激素等进行测定.结果表明,羌活种子生长发育过程中,种皮颜色从浅绿色变为褐色,含水量逐渐下降;淀粉含量逐渐升高,蔗糖含量呈升降交替的变化趋势,可溶性糖质量分数在花后 7 d达到峰值 4.52 mg·g-1,而可溶性蛋白质量分数在花后 14、42 d分别达到最高值 6.00 mg·g-1 和最低值 4.94 mg·g-1;超氧化物歧化酶(SOD)活性先升高后降低再趋于平稳,过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性均呈现先降低后升高再下降的趋势;种子内 4 种内源激素赤霉素(GA3)、玉米素核苷(ZR)、生长素(IAA)和脱落酸(ABA)含量存在明显差异,其中IAA和ABA含量远高于其他激素,以IAA为代表的促进植物发育类激素含量在种子发育过程中大致呈现先上升后下降的变化趋势,而抑制类激素ABA则相反.研究结果明确了羌活种子发育进程中营养物质、抗氧化酶活性及内源激素含量的变化特征,对高质量羌活种子的生产具有重要的理论价值.

为筛选出山白兰(Michelia baillonii)苗木培育过程中适宜的光环境,该研究以一年生山白兰幼苗为试验材料,设置 12、16 h·d-1 两个光周期,配合使用红蓝复合光(8R1B、6R1B)、红蓝紫绿复合光(8R1B1P1G、6R1B1P1G)4 种光质和白光(W)对照,采用双因素随机区组试验设计和隶属函数法,探讨了山白兰苗木生长、光合色素、内源激素含量对不同光质和光周期处理的响应规律.结果表明:(1)光质、光周期及其交互作用对山白兰苗高增长量、叶面积、叶绿素a、玉米素(ZR)、脱落酸(ABA)的含量、内源激素比值[IAA/ABA、(IAA+GA3+ZR)/ABA]等均有显著影响(P<0.05).(2)16 h·d-1光周期有利于苗高增长量、叶面积、苗木质量指数、生物量、叶绿素a、生长素(IAA)、ZR的含量、内源激素比值的提高.(3)当光周期为16 h·d-1时,8R1B处理下的苗高增长量、叶面积和苗木质量指数均最大,分别为 21.84 cm、158.39 cm2 和2.43;8R1B处理下的叶绿素a/b比值、ZR含量高于 6R1B处理,8R1B1P1G处理下的叶绿素a、类胡萝卜素、IAA、赤霉素(GA3)的含量、叶绿素a/b、内源激素的比值较 6R1B1P1G处理大.综上所述,较高比例红光的红蓝复合光质、适当延长光周期有利于提高山白兰苗木质量,而紫绿光的添加未对生长有促进效果,16 h·d-1×8R1B处理是最适宜山白兰苗木生长的光照条件.

[背景]栽培基质的利用是广叶绣球菌(Sparassis latifolia)栽培中重要的生理过程,但栽培过程中基质代谢物的变化尚不清楚.[目的]通过不同生长阶段栽培基质中差异代谢物分析挖掘关键代谢物,为广叶绣球菌基质利用机理研究提供理论参考.[方法]利用UHPLC-MS/MS技术分析广叶绣球菌菌丝(Myc)、原基(Pri)和子实体(FB)生长阶段栽培基质中代谢产物的变化,通过不同数据库进行代谢物注释并进行KEGG通路富集分析.利用LC-MS/MS技术检测不同发育阶段绣球菌中植物类激素含量.[结果]三个不同栽培阶段基质中共鉴定出代谢产物 1 360 个.不同比较组(Pri vs.Myc、FB vs.Myc和FB vs.Pri)间共有的差异代谢产物 179 个,含量最高的 50 个代谢物主要包括氨基酸、脂质、吡喃酸、吡喃酮和植物类激素等物质.其中氨基酸含量在Myc、Pri和FB阶段基质中逐渐降低,而吡喃酸和吡喃酮类化合物含量逐渐升高.植物类激素中的赤霉素在Pri和FB阶段基质中含量较高,茉莉酸在Myc阶段基质中含量较高.对不同发育阶段绣球菌植物类激素进行检测,发现赤霉素GA7 仅在原基中检测到,12-氧代植物二烯酸在子实体中含量显著升高.不同比较组所有的差异代谢物KEGG分析显示嘌呤代谢、鞘脂信号通路和甘油磷脂代谢等通路显著富集.[结论]氨基酸是Myc阶段基质中重要的代谢物,吡喃酸、吡喃酮和植物类激素可能与Pri和FB阶段基质利用过程中的生理生化调控有关.