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The role of γ-aminobutyric acid in aluminum stress tolerance in a woody plant, Liriodendron chinense×tulipifera

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Horticulture Research 2021年第1期8卷 1140-1154页

作者： Pengkai Wang Yini Dong Liming Zhu Zhaodong Hao LingFeng Hu Xiangyang Hu Guibin Wang tielong cheng Jisen Shi Jinhui Chen Key Laboratory of Forest Genetics&Biotechnology of Ministry of Education of China Co-Innovation Center for Sustainable Forestry in Southern ChinaNanjing Forestry UniversityNanjing 210037China Suzhou Polytechnic Institute of Agriculture Suzhou 215008China Shanghai Key Laboratory of Bio-Energy Crops School of Life SciencesShanghai UniversityShanghai 200444China College of Forestry Nanjing Forestry UniversityNanjing 210037China College of Biology and the Environment Nanjing Forestry UniversityNanjing 210037China

The aluminum(Al)cation Al^(3+)in acidic soil shows severe rhizotoxicity that inhibits plant growth and *** woody plants adapted to acidic soils have evolved specific strategies against Al^(3+)toxicity,but the underlying mechanism remains *** four-carbon amino acid gamma-aminobutyric acid(GABA)has been well studied in mammals as an inhibitory neurotransmitter;GABA also controls many physiological responses during environmental or biotic *** woody plant hybrid Liriodendron(***×tulipifera)is widely cultivated in China as a horticultural tree and provides high-quality timber;studying its adaptation to high Al stress is important for harnessing its ecological and economic ***,we performed quantitative iTRAQ(isobaric tags for relative and absolute quantification)to study how protein expression is altered in hybrid Liriodendron leaves subjected to Al *** Liriodendron shows differential accumulation of several proteins related to cell wall biosynthesis,sugar and proline metabolism,antioxidant activity,cell autophagy,protein ubiquitination degradation,and anion transport in response to Al *** observed that Al stress upregulated glutamate decarboxylase(GAD)and its activity,leading to increased GABA *** GABA synergistically increased Al-induced antioxidant enzyme activity to efficiently scavenge ROS,enhanced proline biosynthesis,and upregulated the expression of MATE1/2,which subsequently promoted the efflux of citrate for chelation of Al^(3+).We also showed similar effects of GABA on enhanced Al^(3+)tolerance in ***,our findings suggest a function of GABA signaling in enhancing hybrid Liriodendron tolerance to Al stress through promoting organic acid transport and sustaining the cellular redox and osmotic balance.

关键词： absolute synergistic adapted

The Regulatory Roles of microRNAs and Associated Target Genes during Early Somatic Embryogenesis in Liriodendron Sino-Americanum

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Phyton-International Journal of Experimental Botany 2021年第5期90卷 1445-1463页

作者： Dan Wang Fengjuan Lu Pengkai Wang Jiaji Zhang Lu Lu Yan Zhen Ye Lu tielong cheng Jisen Shi Jinhui Chen Key Laboratory of Forest Genetics&Biotechnology of Ministry of Education of China Co-Innovation Center for Sustainable Forestry in Southern ChinaNanjing Forestry UniversityNanjing210037China College of Biology and the Environment Nanjing Forestry UniversityNanjing210037China

Somatic cells respond to considerable stress,and go through a series of phytohormone pathways,then forming an *** developmental process is recorded as somatic embryogenesis(SE).One of the key components regulating SE are the microRNAs(miRNAs).Despite previous studies,it is still not clear exactly how miRNAs exert their function of regulating targets during conditionally activated early ***,we use Liriodendron sino-americanum as a model system and perform a combined analysis of microfluidic chips and degradome sequencing to study this *** identified a total of 386 conserved miRNAs and 153 novel miRNAs during early *** to the ANOVA test,239 miRNAs showed 12 distinct expression *** degradome sequencing,419 targets and 198 targets were identified for 136 known miRNAs and 37 novel miRNAs,*** Ontology(GO)and metabolism pathway enrichment analysis revealed that these targets were significantly involved in oxidation-reduction processes,calmodulin-mediated signal transduction pathways and carbohydrate *** genes that were related to stress responses,phytohormone pathways and plant metabolism were identified within the targets of miR319,miR395,miR408,miR472,miR482,miR390,miR2055,miR156,miR157,miR171,miR396,miR397,miR529,miR535 and *** to promoter analysis,various cis-acting elements related to plant growth and development,phytohormones response and stress response were present in the promoter of the *** differential expression patterns of 11 miRNA-target modules were confirmed by real-time quantitative *** study demonstrated that the miRNA plays an important role in the early SE process by regulating its target and then participating in carbohydrate metabolism and stress *** also provided a valuable resource for further research in determining the genetic mechanism of SE,and then facilitating breeding programs on plants.

关键词： Liriodendron sino-americanum early somatic embryogenesis miRNAs targeted transcriptions

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茉莉酸甲酯对杂交鹅掌楸体胚发育的影响

南京林业大学学报（自然科学版） 2017年第6期41卷 41-46页

作者：成铁龙孟岩陈金慧施季森南方现代林业协同创新中心江苏南京210037 南京林业大学生物与环境学院江苏南京210037 南京林业大学林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室江苏南京210037

【目的】探讨作为植物生长调节剂的茉莉酸甲酯(Me JA)对杂交鹅掌楸体胚发育的影响,为进一步提高杂交鹅掌楸体胚发生效率奠定基础。【方法】在已建立的杂交鹅掌楸未成熟胚体细胞发生体系的基础上,选用杂交鹅掌楸3种基因型C138、233012、2... 详细信息

【目的】探讨作为植物生长调节剂的茉莉酸甲酯(Me JA)对杂交鹅掌楸体胚发育的影响,为进一步提高杂交鹅掌楸体胚发生效率奠定基础。【方法】在已建立的杂交鹅掌楸未成熟胚体细胞发生体系的基础上,选用杂交鹅掌楸3种基因型C138、233012、253010为材料,分别添加5种浓度的茉莉酸甲酯,测定杂交鹅掌楸在添加不同浓度茉莉酸甲酯条件下的体胚发生率、成熟率、畸形胚发生率,以及再生植株率。【结果】在体胚诱导培养基中添加不同浓度的Me JA可以显著影响杂交鹅掌楸体胚发生效率,且随着Me JA浓度的增加,体胚发生率和成熟率逐渐升高,畸形胚发生率逐渐降低,而当Me JA浓度超过一定值后,体胚发生率和成熟率呈现下降趋势,畸形胚发生率也逐渐升高。杂交鹅掌楸3种基因型体胚发生率和成熟率从高到低的次序为233012、C138、253010。脱落酸(ABA)能够增强Me JA的上述效应。在体胚苗的生长阶段,浓度逐渐升高的Me JA限制了根的生长,但ABA不能改变该效应。【结论】添加1μmol/L Me JA和2 mg/L ABA时杂交鹅掌楸体胚诱导效果最佳,此时体胚发生率和体胚成熟率相对较高,体胚畸形率最低。

关键词：杂交鹅掌楸体胚发生茉莉酸甲酯脱落酸

杂交鹅掌楸体胚再生植株淹水胁迫下叶片超微结构及光合特性变化

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林业科学 2018年第3期54卷 19-28页

作者：周艳威陈金慧鲁路成铁龙杨立明施季森南京林业大学林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室南京210037 南京林业大学南方现代林业协同创新中心南京210037 南京林业大学生物与环境学院南京210037

【目的】研究不同淹水胁迫处理时间下杂交鹅掌楸植株表型、叶绿体超微结构及光合特性的响应变化,揭示杂交鹅掌楸在淹水胁迫下的响应机制,为其栽培管理和多涝害地区的应用推广提供理论依据。【方法】以无菌培养条件下3~5个叶片的杂交鹅... 详细信息

【目的】研究不同淹水胁迫处理时间下杂交鹅掌楸植株表型、叶绿体超微结构及光合特性的响应变化,揭示杂交鹅掌楸在淹水胁迫下的响应机制,为其栽培管理和多涝害地区的应用推广提供理论依据。【方法】以无菌培养条件下3~5个叶片的杂交鹅掌楸体胚再生植株为研究对象,采用无菌水完全淹没植株的方法模拟水淹灾害,以正常培养条件为对照,研究不同淹水胁迫处理时间(1、3、5、7和7天后恢复处理2天)下杂交鹅掌楸植株表型、光合特性的响应变化以及对叶绿体超微结构的影响。【结果】1)在不同时间的淹水胁迫处理中,杂交鹅掌楸体胚植株受涝害的程度随着淹水时间的延长而明显加重;植株叶片从基部开始卷曲、黄化甚至脱落,但顶芽无明显变化,这可能是杂交鹅掌楸在淹水胁迫中启动相应保护机制以应对淹水胁迫环境。2)淹水胁迫处理过程中叶绿体肿胀变形,膜系统严重损伤,甚至降解,基粒和基质片层堆叠紊乱,淀粉粒不断积累,嗜锇颗粒电子密度增大,胁迫后期出现聚集现象,说明淹水胁迫导致杂交鹅掌楸叶绿体超微结构严重破坏。3)淹水胁迫处理过程中净光合速率、气孔导度和蒸腾速率呈明显下降趋势,而细胞间CO_2浓度呈缓慢上升趋势;光系统Ⅱ的光合电子传递速率、光化学淬灭系数、最大光化学效率和光化学实际量子产量均呈现显著下降趋势,淹水7天并恢复处理2天后光合作用特性参数出现一定程度的恢复,这表明淹水胁迫使杂交鹅掌楸关闭了与外界进行气体交换的气孔通道,并对光系统Ⅱ活性中心造成严重损伤。【结论】长时间淹水胁迫可引起杂交鹅掌楸叶绿体超微结构的破坏,进而损伤光系统Ⅱ反应中心,进而光能转换效率降低,造成叶片光合作用能力降低,最终严重影响植株生长发育。因此,在杂交鹅掌楸的栽培管理中土壤水分含量不宜长期过高。

关键词：杂交鹅掌楸体胚再生植株淹水胁迫超微结构光合特性

脱落酸和玉米素结合使用对杂交鹅掌楸体胚分化及发育的影响

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林业科学 2019年第3期55卷 64-71页

作者：陈婷婷王鹏凯张稼霁施季森成铁龙陈金慧南京林业大学林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室南京210037 南京林业大学南方现代林业协同创新中心南京210037 南京林业大学生物与环境学院南京210037

【目的】探讨了不同浓度脱落酸(ABA)和玉米素(ZT)处理对杂交鹅掌楸体胚发生发育的效应,为杂交鹅掌楸大规模繁殖技术的建立提供理论依据。【方法】以15-5202基因型的杂交鹅掌楸胚性愈伤组织为材料,比较在体胚分化阶段单独添加ABA以及同... 详细信息

【目的】探讨了不同浓度脱落酸(ABA)和玉米素(ZT)处理对杂交鹅掌楸体胚发生发育的效应,为杂交鹅掌楸大规模繁殖技术的建立提供理论依据。【方法】以15-5202基因型的杂交鹅掌楸胚性愈伤组织为材料,比较在体胚分化阶段单独添加ABA以及同时添加ABA和ZT对体胚分化的影响;通过体胚发生数量统计、体胚生长状况观察等筛选出诱导效率高、体胚发育正常的体胚分化培养基。【结果】1)在体胚分化培养基中添加ABA对体胚的分化及成熟具有促进作用,添加0.5～1.5 mg·L^(-1) ABA可加快体胚发育,且体胚形态正常;添加2.0～2.5 mg·L^(-1) ABA时,虽使体胚分化率明显提高,但畸形胚比例增加;低浓度ABA处理30天后转入光培养2周体胚即可成熟;而未添加ABA处理的体胚在同样条件下未完全发育成熟,体胚呈白色、子叶淡黄色。2)在体胚分化培养基中同时添加ABA及ZT能提高体胚分化率及促进体胚发育; 2.0 mg·L^(-1) ABA结合0.2～0.4 mg·L^(-1) ZT处理后光培养2周,体胚形态发育正常,子叶分化明显,胚根健壮,生长状况较佳;未经过ZT处理的体胚生长发育较慢; ZT浓度高于0.6 mg·L^(-1)时体胚生长发育受到抑制,不利于体胚分化及成熟。【结论】在杂交鹅掌楸体胚分化培养基中添加2.0 mg·L^(-1) ABA和0.2～0.4 mg·L^(-1) ZT能够进一步提高体胚发生效率,促进体胚正常发育。

关键词：杂交鹅掌楸体细胞胚胎发生脱落酸玉米素

唐古特白刺NtCBL1、NtCBL2基因克隆及表达分析

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南京林业大学学报（自然科学版） 2021年第3期45卷 93-99页

作者：黎梦娟朱礼明霍俊男张景波施季森成铁龙南京林业大学生物与环境学院南方现代林业协同创新中心江苏南京210037 中国林业科学研究院沙漠林业实验中心内蒙古磴口015200 南京林业大学林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室江苏南京210037

【目的】唐古特白刺(Nitraria tangutorum)是土壤荒漠化和盐碱化防治的先锋植物,对高盐和干旱有极强的适应能力,植物CBL基因作为钙离子感受器,在植物逆境应答及发育过程中具有重要功能。以盐生植物唐古特白刺为材料,开展唐古特白刺CBL... 详细信息

【目的】唐古特白刺(Nitraria tangutorum)是土壤荒漠化和盐碱化防治的先锋植物,对高盐和干旱有极强的适应能力,植物CBL基因作为钙离子感受器,在植物逆境应答及发育过程中具有重要功能。以盐生植物唐古特白刺为材料,开展唐古特白刺CBL基因克隆及表达分析,以深入了解唐古特白刺的抗逆分子机制。【方法】根据唐古特白刺的转录组数据,设计特异性引物,克隆两个CBL基因,并对其进行生物信息学分析和亚细胞定位鉴定。使用实时荧光定量PCR技术分析盐胁迫条件下唐古特白刺CBL基在叶片中的表达模式。【结果】克隆鉴定了唐古特白刺的NtCBL1、NtCBL2基因,NtCBL1基因cDNA编码区长度为642 bp,可编码213个氨基酸,蛋白质分子质量为52.77 ku,分子式为C1 971H3 302N642O836S106;NtCBL2基因cDNA编码区长度为681 bp,可编码226个氨基酸,蛋白质分子质量为26.10 ku,分子式为C1 179H1 832N298O356S7。亚细胞定位预测和鉴定结果显示NtCBL1、NtCBL2蛋白均定位于细胞膜上。在胁迫、干旱迫、冷胁迫处理下,NtCBL1、NtCBL2基因均表现出不同程度的变化,而NtCBL1基因的变化更为明显,推测其在盐、干旱胁迫中发挥重要作用。【结论】从唐古特白刺中克隆出NtCBL1、NtCBL2基因,发现NtCBL1基因在盐胁迫下表达量明显上升,而NtCBL2基因变化不大。结果表明NtCBL1基因可能参与唐古特白刺的盐、干旱胁迫响应,而NtCBL2基因在冷胁迫下起一定作用。

关键词：唐古特白刺 CBL基因盐胁迫干旱胁迫基因克隆基因表达

海南胶园土壤NO_3^--N淋洗风险评估及影响因素分析

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热带作物学报 2009年第4期30卷 420-424页

作者：丘秀灵成铁龙罗微茶正早孟磊中国热带农业科学院橡胶研究所海南儋州571737 海南大学农学院海南儋州571737 中国林业科学研究院科技管理处北京100091

土壤硝态氮的淋失不但造成肥料的损失,而且产生严重的环境问题。对海南胶园土壤硝态氮分布规律进行研究,结果表明,海南植胶土壤硝态氮淋失量高。土壤硝态氮的分布与气候类型有很大相关。随着干燥程度的增加,0～100cm土层中硝态氮累积层... 详细信息

土壤硝态氮的淋失不但造成肥料的损失,而且产生严重的环境问题。对海南胶园土壤硝态氮分布规律进行研究,结果表明,海南植胶土壤硝态氮淋失量高。土壤硝态氮的分布与气候类型有很大相关。随着干燥程度的增加,0～100cm土层中硝态氮累积层从无到少,累积深度由深及浅。母质影响硝态氮的淋失,玄武岩母质发育的土壤硝态氮淋失风险小于其他母质,而其他母质之间差异不大。

关键词：硝态氮土壤母质气候类型

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比拉底白刺苗期抗旱性分析

南京林业大学学报（自然科学版） 2015年第6期39卷 51-55页

作者：鲁路张景波陈金慧周艳威成铁龙林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室南京林业大学林学院江苏南京210037 中国林业科学研究院沙漠林业实验中心内蒙古磴口015200

为研究澳大利亚荒漠植物比拉底白刺的抗旱性,以比拉底白刺幼苗作为研究材料,在100 mmol/L甘露醇溶液模拟干旱的环境下,观察了植物形态变化,测定了植物的相对含水量(relative water content,RWC)、过氧化物酶活性(peroxidase,POD)、丙二... 详细信息

为研究澳大利亚荒漠植物比拉底白刺的抗旱性,以比拉底白刺幼苗作为研究材料,在100 mmol/L甘露醇溶液模拟干旱的环境下,观察了植物形态变化,测定了植物的相对含水量(relative water content,RWC)、过氧化物酶活性(peroxidase,POD)、丙二醛(malondiadehyde,MDA)以及游离脯氨酸(proline,Pro)含量的动态变化。结果表明,干旱处理过程中,比拉底白刺叶片从基部往上逐渐萎蔫变黄,推测其通过保护顶芽的生命力以适应干旱环境;相对含水量前期相对稳定,后逐渐下降;POD活性先缓慢升高,后快速上升;游离Pro浓度总体呈上升趋势;MDA含量先升后降。差异显著性分析表明,与对照相比,POD和游离Pro的变化趋势与对照组相比差异显著,说明二者与比拉底白刺的抗旱性具有相关性,通过减少质膜过氧化保护细胞完整性;MDA含量变化不明显,可能由于POD和游离脯氨酸的作用使得白刺细胞的膜脂系统未遭受活性氧自由基的强烈攻击。

关键词：比拉底白刺苗生理指标测定抗旱性分析

杨树GABA支路3个基因家族的鉴定和表达分析

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南京林业大学学报（自然科学版） 2020年第5期44卷 67-77页

作者：陈炜成铁龙纪敬武妍妍谢田田江泽平史胜青中国林业科学研究院林业研究所国家林业和草原局林木培育重点实验室北京100091 南京林业大学江苏南京210037 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所北京100091

【目的】γ-氨基丁酸(GABA)与植物的生长发育有着密切的联系。结合前期对GABA抑制杨树不定根发育的研究,对GABA支路基因家族的特征和表达模式进行研究,为进一步解释其在不定根发育中的作用奠定基础。【方法】从银白杨(Populus alba)×P.... 详细信息

【目的】γ-氨基丁酸(GABA)与植物的生长发育有着密切的联系。结合前期对GABA抑制杨树不定根发育的研究,对GABA支路基因家族的特征和表达模式进行研究,为进一步解释其在不定根发育中的作用奠定基础。【方法】从银白杨(Populus alba)×P. glandulosa ‘84K’(‘84K’杨)基因组中鉴定出GABA支路的PopGAD、PopGABA-T和PopSSADH3个基因家族成员,并利用生物信息学方法分析其特征,以及与其他物种相关基因家族的亲缘关系;利用qRT-PCR研究外源GABA及其降解抑制剂vigabatrin(VGB)对各基因表达的影响。【结果】①PopGAD、PopGABA-T和PopSSADH3个基因家族成员数量依次为6、2和2个,启动子序列中主要包含与光、激素和环境等响应相关元件。②系统进化分析表明,PopGAD家族中PopGAD6与家族其他成员亲缘关系较远;PopGABA-T和PopSSADH家族中的两个基因成员亲缘关系较近。③基因表达分析表明,不定根生长过程中GABA支路基因总体上在根中表达量高于茎和叶。外源GABA或VGB处理对PopGAD和PopGABA-T两个基因家族成员在根、茎和叶中的表达量影响程度不同,但对PopSSADH基因家族的表达则无明显影响。【结论】GABA支路3个基因家族在‘84K’杨树响应光、激素和环境胁迫等方面具有重要作用。外源GABA和VGB处理对PopGAD和PopGABA-T家族成员的影响较大,并且均在根中表达量最高,表明这两个基因家族在不定根生长过程中发挥着重要调控功能。这为深入解析GABA在树木不定根发生中的作用机制奠定了基础。

关键词：基因家族 GABA支路 γ-氨基丁酸(GABA) 进化分析组织特异性表达杨树