[目的]探究马铃薯磺肽素基因StPSK4特征及其在马铃薯抗病性中的功能分析,为马铃薯抗病育种提供理论依据.[方法]用生物信息学技术对StPSK4进行系统分析,转录组测序分析StPSK4的组织特异性、生物胁迫和非生物胁迫处理下的表达模式,检测StPSK4过表达植株对植物先天免疫反应情况和对青枯菌的敏感性.[结果]StPSK4基因的cDNA全长457 bp,编码100个氨基酸;StPSK4含有信号肽,其高级结构多由α-螺旋和无规则卷曲组成;PSK4的C端含有磺肽素序列DYIYTQ,StPSK4与茄科作物相似性均在80％以上;StPSK4在马铃薯芽和叶柄中高表达,对非生物胁迫(高温、盐)和生物胁迫(青枯菌、疮痂病菌)等响应剧烈;构建并获得过表达StPSK4的转基因马铃薯植株;过量表达StPSK4抑制马铃薯的ROS爆发、防御标记基因表达和对青枯病的抗病性.[结论]StPSK4可以响应高温和青枯病等多种逆境胁迫,过表达StPSK4抑制马铃薯的活性氧爆发、防御标记基因表达和对青枯病的抗性,证实StPSK4抑制马铃薯的抗病功能.

目的:构建高毒力肺炎克雷伯菌NTHU-K2044菌株 hfq基因缺失株(△ hfq)，并通过表型试验分析 hfq基因对高毒力肺炎克雷伯菌生长特性、环境适应能力和毒力等生物学特性的影响。 方法:利用同源重组技术对NTUH-K2044菌株进行 hfq基因敲除；通过表型试验，比较高毒力肺炎克雷伯菌野生株和△ hfq突变株在细菌生长速度、抗环境胁迫能力、生物膜形成、荚膜形成中性粒细胞杀菌活性和大蜡螟幼虫感染致死率等方面的差异性。 结果:成功构建高毒力肺炎克雷伯菌NTUH-K2044 △ hfq缺失株，表型试验表明△ hfq缺失株的生长速度显著减慢，菌落变小和超黏性下降；在pH9、pH5.5、0.7 mmol/L SDS、5% NaCl、0.1%H 2O 2环境和50℃高温等环境胁迫条件下，△ hfq缺失株生长受到显著抑制；在毒力方面，△ hfq缺失株生物膜形成能力下降，荚膜形成能力下降且荚膜合成基因 magA和 rmpA表达量明显下降，中性粒细胞杀菌试验存活率下降，大蜡螟幼虫致死能力显著降低。 结论:Hfq蛋白作为RNA伴侣分子能够参与转录后调控进而对高毒力肺炎克雷伯菌生理、环境适应性及毒力致病性具有重要的调控作用。这为寻找治疗和控制高毒力高耐药肺炎克雷伯菌新靶标提供了基础。

松墨天牛Monochamus alternatus是我国南方林区重要的蛀干害虫,也是我国重大林业外来入侵物种松材线虫Bursaphelenchus xylophilus的主要传播媒介.为探究热激蛋白HSP40在松墨天牛抵御高温胁迫中的功能,基于松墨天牛转录组数据(GenBank登录号:PRJNA548205),通过RT-PCR技术克隆两条松墨天牛HSP40基因,并对其进行生物信息学分析;使用MEGA 7.0软件构建松墨天牛HSP40系统进化树;利用RT-qPCR技术检测16日龄松墨天牛雌雄成虫各组织HSP40基因在不同温度与时间处理条件(35℃、37℃、40、42.5℃和45℃;0h、1 h、2 h和3 h)下和高温42.5℃处理3 h后的组织表达特性.结果表明:克隆获得松墨天牛两条HSP40基因MaltHSP40-l(GenBank 登录号:MW690168)和 MaltHSP40-2(GenBank 登录号:MW690169),其 ORF 长度分别为1 206 bp和1 059 bp,分别编码401个和352个氨基酸,分子质量分别约为45.24 kDa和39.25 kDa,等电点分别为6.73和9.07;两条序列中均存在含有保守的HPD基序以及DNA-J结构域;蛋白三维结构中均由N端的4个a螺旋和C端的底物结合域构成.系统进化树显示:MaltHSP40-1和MaltHSP40-2分别与光肩星天牛Anoplophora glabripennis的AglaHSP40-1和AglaHSP40-2遗传距离最近.RT-qPCR结果显示,高温胁迫可诱导松墨天牛HSP40基因的转录表达,雌雄成虫的MaltHSP40-1和MaltHSP40-2分别在35℃和37.5℃的条件下开始表达上调,在40℃或42.5℃时到达峰值,雄虫HSP40的相对表达量和上调倍数均高于雌虫;MaltHSP40-1及MaltHSP40-2在松墨天牛雌雄成虫的各组织中均有表达,42.5℃处理3 h后,MaltHSP40-l及MaltHSP40-2在各组织中的相对表达量均显著上调,精巢和卵巢中相对表达量最高.本研究表明McdltHSP40-l和MaltHSP40-2作为辅助分子伴侣,参与松墨天牛抵御高温胁迫.研究结果有助于深入探究热激蛋白在松墨天牛应对高温胁迫中的作用,也为揭示气候变暖背景下松墨天牛及松材线虫病的流行成灾机理提供理论依据.

昆虫作为变温动物类群,极易遭受高温胁迫的影响,寄生蜂也不例外.寄生蜂是害虫生物防治领域中最常用的天敌昆虫,我国已将赤眼蜂广泛用于农林业鳞翅目害虫的防治.研究高温胁迫对寄生蜂的影响,可为全球气候变暖背景下农林害虫生物防治提供新的见解和对策.本文系统综述了高温胁迫对寄生蜂生命活动的影响以及寄生蜂响应高温胁迫的机制,并就温度升高对寄生蜂规模化繁育和应用可能出现的问题和挑战进行了展望,以期为更好地发挥寄生蜂在害虫生物防治中作用提供理论参考.

生长素响应因子(ARF)是介导生长素信号传导并调节多种生物学过程的转录因子家族.为探究蛇足石杉ARF基因家族成员及其在高温和干旱胁迫响应中的作用,该研究利用全长转录组和RNA-seq数据,分析蛇足石杉ARF基因家族成员的系统发育及表达模式,并通过生物信息学分析,对ARF基因家族的理化性质、结构域、保守基序、系统发育、组织表达模式及高温和干旱胁迫下的表达模式进行分析.结果表明:(1)在蛇足石杉全长转录组中共筛选出 24 个ARF家族成员,均为酸性蛋白且均为亲水蛋白.(2)亚细胞定位预测显示,所有24 个HsARF均定位于细胞核.(3)系统发育分析发现,HsARF与被子植物拟南芥和水稻亲缘关系较远,与高等开花植物只有 2 个共同的ARF祖先.(4)结构域分析发现,除HsARF18/23/24外,大多数HsARF有B3 结构域.二级结构分析发现,HsARF蛋白占比最多的为无规卷曲,其次为延伸链和α-螺旋.24 个HsARF蛋白中所用的三级结构模型只有 4 种.(5)RNA-seq分析显示,7 个HsARF在所有检测的组织中表达量均较高,10 个HsARF在茎中的表达量高于根和叶,而HsARF13 和HsARF14 在叶中的表达量低于根和茎.(6)HsARF在高温和干旱胁迫下表达量发生显著变化,其中18 个HsARF基因不同程度高温胁迫诱导,有7 个HsARF基因响应干旱胁迫,其中有3 个HsARF基因受干旱诱导,有4 个HsARF基因受干旱抑制.该研究结果为蛇足石杉HsARF基因的功能和生物育种提供了理论参考.

为揭示不同种源水曲柳径向生长对气候因子的响应,采用树木年轮学方法,构建了帽儿山种源试验林内来自20个种源地的水曲柳标准年表,分析不同种源水曲柳径向生长的差异以及与气候因子之间的相关性.结果表明:20个种源水曲柳年表整体变化趋势基本相似,而生长幅度存在差异,其中带岭、露水河和三岔子3个种源水曲柳径向生长均值最大.20个种源水曲柳径向生长均与当年7月最高温呈显著正相关.除辉南外,水曲柳径向生长均与当年7月平均温度呈显著正相关.方正、临江和露水河等14个种源水曲柳径向生长与当年8月降水量呈显著正相关.水曲柳径向生长均受到生长季温度与降水的制约.干旱胁迫下不同种源水曲柳径向生长存在差异,汪清、带岭和海林种源有更强的抵抗干旱的能力,而弯甸子、沾河和兴隆种源水曲柳在干旱后具有较好的恢复能力.

研究建立了祁连山东部青海云杉(Picea crassifolia)存活个体与死亡个体的树轮宽度年表和断面生长增量(BAI)序列,对青海云杉存活个体与死亡个体的径向生长特征及其对气候要素的响应关系进行了比较,尝试厘清青海云杉径向生长与气候要素之间的响应机制.结果表明:青海云杉死亡个体的径向生长速率明显低于存活个体(P＜0.001),尤其是在 20 世纪 80 年代快速升温后,这一差距进一步加大,青海云杉死亡率也大幅增加.在 1951-1986 年期间,青海云杉径向生长主要受生长季前(上一年 9 月到当年 2 月)干湿状况的影响;而在 1987-2020 年期间,青海云杉径向生长则更多受生长季(当年 6-8 月)干湿状况的影响.并且与活树相比,死树对区域干湿状况表现出更高的敏感性,对气温的负响应也更强.随着气候变暖加剧,高温及其带来的干旱胁迫已成为区域内限制青海云杉径向生长的主要气候因素,青海云杉的死亡率可能会继续升高.

[目的]bHLH转录因子广泛存在于植物中,是调控植物生长发育和响应逆境胁迫的重要转录因子家族之一.从金钗石斛全基因组中鉴定DnbHLHs转录因子家族,分析其表达特点,为后续深入研究DnbHLHs转录因子的生物学功能奠定基础.[方法]利用生物信息学方法从金钗石斛全基因组中鉴定出bHLH转录因子家族成员,并对其理化特征、系统进化关系、基因结构、染色体定位和启动子顺式作用元件等进行分析,利用转录组数据和RT-qPCR分析DnbHLHs转录因子的组织表达模式和不同非生物胁迫下的表达规律.[结果]在金钗石斛中共鉴定出 137 个bHLH转录因子,DnbHLHs蛋白的氨基酸数量为 85-1 260,分子量为 9 855.23-140 024.19 Da,等电点为 4.52-10.66,不稳定系数为 31.94-87.42,脂溶指数为 56.66-106.06,亲水指数为-0.815-0.185.DnbHLHs分布于金钗石斛的 19 条染色体上,都存在bHLH结构域,与拟南芥的bHLH同源,且组内、种间存在着共线性关系.基因表达模式分析显示,DnbHLHs家族成员存在组织表达特异性,且DnbHLH26 和DnbHLH33 对多种逆境胁迫有响应.[结论]从金钗石斛全基因组中鉴定出 137 个DnbHLHs转录因子家族成员,该家族成员的理化性质和保守基序存在特异性和多样性的特征,不同DnbHLHs转录因子之间具有组织表达差异性,且DnbHLH26 主要受高盐和高温胁迫的诱导,DnbHLH33 主要受高盐、高温和低温胁迫的诱导.

[目的]研究西蒙得木HSP20 家族成员的结构和功能,为后续研究提供支撑.[方法]从结构分析、系统发育、表达模式等方面对西蒙得木HSP20 家族成员(ScHSP20s)进行系统分析,并对ScHSP20-17 进行功能分析.[结果]西蒙得木基因组中包含 35 个HSP20 基因座位,其中 8 个基因涉及串联重复,5 个涉及片段重复.系统发育分析表明,35 个ScHSP20 聚为 12 个亚家族,其中核质亚家族数量最多.启动子分析表明,多数ScHSP20 家族成员启动子区域含有激素响应和非生物胁迫等相关顺式作用元件.转录组分析表明,ScHSP20-35 和ScHSP20-17 等部分热激蛋白基因在花和种子发育过程中表达量发生显著性改变,而ScHSP20-17 和ScHSP20-28 等基因受高温诱导.亚细胞定位分析表明,ScHSP20-17 编码的蛋白定位于细胞核中,并且在大肠杆菌、酵母和烟草中过表达ScHSP20-17 能显著提高它们对高温胁迫的耐受性.[结论]部分ScHSP20 家族成员参与了西蒙得木生殖发育和非生物胁迫应答.

[目的]泛素结合酶E2(UBC)作为泛素蛋白酶体途径中将泛素转移至靶蛋白的重要中转酶,与植物的生长发育和许多胁迫有关.从辣椒全基因组中鉴定E2 基因家族成员,分析相关基因表达模式,为后续研究提供理论基础.[方法]基于辣椒全基因组信息,利用生物信息学方法对E2 基因家族进行鉴定,系统分析该家族成员的基本理化性质、亚细胞定位、染色体定位、基因结构、系统进化关系、顺式作用元件、蛋白质互作网络、非生物胁迫响应与组织器官表达模式.[结果]辣椒E2家族有 48 个成员,在 11 条染色体上呈不均匀地分布,其编码蛋白主要定位于细胞外和细胞核中;通过对辣椒、番茄和拟南芥的比较进化分析将其分为Group I-Group XIII亚族,同一亚族具有相似的蛋白保守基序和基因结构;发现共有 26 个蛋白之间存在互作;顺式作用元件分析表明,CaUBC基因启动子区含有大量光响应、激素响应元件,上游 2 000 bp区域中存在多种与生长发育和抗逆性相关的顺式作用元件;CaUBC参与胁迫响应,在不同非生物胁迫和激素处理下,将其分为 3 类,其中高温环境下第 3 类基因为高表达;在组织器官中表现出不同的表达,其中CaUBC38 在果实中的表达量变化较为明显,进行RT-qPCR分析发现,50 d相对表达量最高,10 d表达量最低.[结论]获得 48 个辣椒E2(CaUBC)基因,揭示了E2 家族不同成员在辣椒生长发育和非生物胁迫过程中的表达特征.