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‘凤丹’PoERF4基因的克隆及表达分析

南京林业大学学报（自然科学版） 2023年第3期47卷 56-62页

作者：魏祯祯宋程威郭丽丽郭琪侯小改河南科技大学农学院河南洛阳471023

【目的】牡丹(Paeonia×suffruticosa)是传统的观赏名花,由于其花期短暂极大限制了牡丹的观赏价值。克隆牡丹品种‘凤丹’(Paeonia ostii‘Feng Dan’)PoERF4基因,研究其序列特征及在不同花期、组织、品种和激素处理下的表达特性,为进... 详细信息

【目的】牡丹(Paeonia×suffruticosa)是传统的观赏名花,由于其花期短暂极大限制了牡丹的观赏价值。克隆牡丹品种‘凤丹’(Paeonia ostii‘Feng Dan’)PoERF4基因,研究其序列特征及在不同花期、组织、品种和激素处理下的表达特性,为进一步研究PoERF4基因对牡丹花期和生长发育的调控作用提供理论参考。【方法】以‘凤丹’为研究材料,基于‘凤丹’3代全长转录组测序结果,筛选出同源性高的序列,采用RT-PCR技术克隆PoERF4基因,并进行生物信息学和表达模式分析。【结果】PoERF4基因的开放阅读框(ORF)为747 bp,编码248个氨基酸。PoERF4蛋白分子式为C_(2217)H_(3689)N_(747)O_(933)S_(174),为亲水蛋白,含有保守的AP2超家族结构域,无跨膜结构,二级结构中α-螺旋中包含28个氨基酸,延伸链中包含48个氨基酸,β-转角中包含6个氨基酸。荧光定量分析发现,PoERF4基因在‘凤丹’不同花期的花瓣中,半开期的表达量最高;在不同组织中均有表达,但其在叶片中表达量最高,花瓣次之,根中表达量最低;在3个不同品种中,晚花品种‘莲鹤’‘Lianhe’中表达量最高;在生长素处理下,PoERF4基因能够对其产生应答。【结论】从‘凤丹’中成功分离出PoERF4基因,推测其在花和叶片发育进程中起重要调控作用,参与‘凤丹’生长素信号转导过程。

关键词： ‘凤丹’ 牡丹 PoERF4 基因克隆表达分析

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间伐对‘凤丹’牡丹生长、籽粒产量及品质的影响

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林业科学 2022年第1期58卷 162-174页

作者：张梦娇史帅营刘政安朱学玲范昆史国安河南科技大学牡丹学院洛阳市牡丹生物学重点实验室牡丹种质创新与精深加工河南省工程实验室洛阳471023 中国科学院植物研究所北京100093 洛阳市气象局洛阳471023 沁阳市气象局沁阳454550

【目的】研究不同间伐强度对油用牡丹‘凤丹’植株生长发育、不同冠层的光合性能、籽粒产量及油脂品质的影响,为油用牡丹人工林质量精准提升和可持续利用提供理论依据和技术支撑。【方法】以河南省沁阳市试验基地2013年10月定植的‘凤... 详细信息

【目的】研究不同间伐强度对油用牡丹‘凤丹’植株生长发育、不同冠层的光合性能、籽粒产量及油脂品质的影响,为油用牡丹人工林质量精准提升和可持续利用提供理论依据和技术支撑。【方法】以河南省沁阳市试验基地2013年10月定植的‘凤丹’牡丹人工林为研究对象,初植密度为57000株·hm^(-2)。2017年进入丰产期,果荚成熟后调查发现,高密条件下遮荫导致弱苗死亡,保有密度为46800株·hm^(-2),于2018年3月13日发芽后进行人工间伐,间伐强度为0%(CK)、17%(A)、35%(B)、47%(C)和62%(D)。2019年测定植株的生长状况、冠层光合参数、产量性状等指标。【结果】1)间伐对‘凤丹’植株的生长状况、光合特性、籽粒产量与品质均有显著影响(P中层>下层,MDA含量表现趋势相反,间伐明显改善了‘凤丹’冠层光能分布,提高了叶片的光合性能。3)单株结果数、单株籽粒数以及单株果荚质量随间伐强度的增大逐渐升高,百粒质量和籽粒产量呈先升高后降低的趋势,以间伐强度47%效果最好,比CK增产47.97%,显著高于其他处理(P丹籽仁脂肪酸组份与含量没有显著差异,但总维生素E含量随着间伐强度呈现先增加后下降的过程,间伐强度47%的牡丹籽仁维生素E各组分与含量均高于其他处理,间伐后籽粒粗脂肪、淀粉和蛋白质含量均有显著改变。【结论】通过间伐降低油用牡丹的群体密度,能够调节群体条件下冠层光能分布、改善个体营养状况和降低空间竞争压力,保持油用牡丹高产稳产的生产性能,中等强度(47%)的间伐调控‘凤丹’牡丹人工林群体结构的效果最好。间伐是调控‘凤丹’牡丹群体光合性能和籽粒产量与品质的有效措施。

关键词：油用牡丹 ‘凤丹’ 间伐生长状况光合特性籽粒产量

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‘凤丹’南移福建的适应性分析

热带作物学报 2021年第2期42卷 592-598页

作者：谢一青吴庆锥余孟杨黄勇林翔李志真福建省林业科学研究院福建福州350012 福建省明溪县林业总公司福建明溪365200 福建省清流国有林场福建清流365300 福建富之卿牡丹科技发展有限公司福建福州350003

连续3 a对从安徽亳州南移至福建不同地区种植的‘凤丹’(Paeonia ostii‘FengDan’)的物候、生长性状及结籽性状等指标进行了调查分析。结果表明:‘凤丹’能适应福建的高温高湿气候和土壤条件,引种后第2年能正常开花结实,保存率在86.73%... 详细信息

连续3 a对从安徽亳州南移至福建不同地区种植的‘凤丹’(Paeonia ostii‘FengDan’)的物候、生长性状及结籽性状等指标进行了调查分析。结果表明:‘凤丹’能适应福建的高温高湿气候和土壤条件,引种后第2年能正常开花结实,保存率在86.73%~91.60%,物候期比原产地提前约10 d。‘凤丹’的生长及结籽性状在5个引种试验地间存在显著差异,但‘凤丹’籽油中的主要脂肪酸含量差异不明显,其中α-亚麻酸含量均较高,达39.97%~43.06%。相关分析表明,‘凤丹’幼林的生长、结籽性状及单株产籽量与生境因子相关不密切,仅出仁率受海拔、纬度、年均温度及土壤全氮的综合影响。‘凤丹’在福建未能获得较好的产量,综合性状表现最好的闽北政和引种地的4年生、5年生和6年生‘凤丹’单株产籽量分别仅为11.49、39.58、30.74 g,在福建地区建议暂不以发展油用牡丹为目的推广‘凤丹’牡丹。

关键词： ‘凤丹’ 引种试验福建南移适应性

壳寡糖对干旱胁迫下‘凤丹’幼苗生长及生理特性的影响

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南京林业大学学报（自然科学版） 2021年第2期45卷 120-126页

作者：石欣隆杨月琴薛娴刘伟宋程威郭丽丽侯小改河南科技大学农学院/牡丹学院河南洛阳471023 河南省油用牡丹工程技术研究中心河南洛阳471023

【目的】通过研究壳寡糖(chitooligosaccharide, COS)对干旱胁迫下‘凤丹’植株生长和生理特性的影响,明确其对‘凤丹’抗旱性的调控作用,为‘凤丹’苗期培育过程中的环境选择及抗旱性研究提供理论依据。【方法】以两年生油用牡丹‘凤丹... 详细信息

【目的】通过研究壳寡糖(chitooligosaccharide, COS)对干旱胁迫下‘凤丹’植株生长和生理特性的影响,明确其对‘凤丹’抗旱性的调控作用,为‘凤丹’苗期培育过程中的环境选择及抗旱性研究提供理论依据。【方法】以两年生油用牡丹‘凤丹’(Paeonia ostii‘Feng Dan’)盆栽苗为试材,以5个质量浓度(0、20、40、60、80 mg/L)的COS溶液进行喷施,测定不同干旱胁迫下(即断水后第7、9、11、13、15天)‘凤丹’幼苗的生长生理指标。【结果】干旱胁迫下喷施COS能促进‘凤丹’幼苗生长,提高叶片相对含水量、净光合速率和叶绿素含量,提高抗氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性,提高可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量,降低丙二醛和过氧化氢含量。【结论】喷施40 mg/LCOS能显著缓解干旱胁迫对‘凤丹’幼苗造成的伤害(P<0.05),增强植株对干旱胁迫的抵抗能力。

关键词： ‘凤丹’ 干旱胁迫壳寡糖生物量抗氧化酶渗透调节物质

油用牡丹‘凤丹’种子层积过程中营养物质的代谢变化研究

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南京林业大学学报（自然科学版） 2021年第1期45卷 70-78页

作者：孙海燕李强朱铭玮李永荣李淑娴南京林业大学南方现代林业协同创新中心江苏南京210037 南京绿宙薄壳山核桃科技有限公司江苏南京210014

【目的】探索低温层积不同阶段油用牡丹‘凤丹’种子种皮结构、胚形态以及营养物质、酶活性的动态变化,为其休眠解除以及促进萌发提供理论参考。【方法】以低温层积5个阶段的‘凤丹’种子为材料,用扫描电镜(SEM)和体视显微镜观察种皮结... 详细信息

【目的】探索低温层积不同阶段油用牡丹‘凤丹’种子种皮结构、胚形态以及营养物质、酶活性的动态变化,为其休眠解除以及促进萌发提供理论参考。【方法】以低温层积5个阶段的‘凤丹’种子为材料,用扫描电镜(SEM)和体视显微镜观察种皮结构、种胚形态的变化,测定各层积阶段种子大小、吸水率的变化,同时测定种子中粗脂肪、可溶性蛋白、可溶性糖、淀粉含量的变化以及过氧化物酶(POD)、酸性磷酸酶(APA)活性的变化,分析营养物质含量、酶活性与‘凤丹’种子休眠解除的关系。【结果】‘凤丹’种皮不存在吸水障碍,浸种96 h时,吸水率为54.2%,达到吸水平衡。层积30 d时,种子纵径由8.97 mm显著增加至10.44 mm,增加了16.4%;横径由6.42 mm显著增加至8.87 mm,增加了15.0%;之后种子大小增加缓慢。SEM观察结果表明:种皮主要由角质层、栅栏层和薄壁细胞层3层结构组成,成熟种子、种皮栅栏组织中长柱状细胞排列整齐紧密,但栅栏层、薄壁细胞层中很多细胞间有较小的空隙;层积30 d后,角质层内侧出现了明显的孔洞,栅栏层细胞排列较之前疏松,透性加大。成熟种子的胚较小,层积30 d后子叶略有膨大,下胚轴略有增粗;胚根突破种皮后子叶进一步增大,胚根、下胚轴明显伸长和增粗,但上胚轴仍需层积2个多月才能得以延伸。‘凤丹’种子含油率高,层积处理前种子中粗脂肪含量占种子鲜质量的32.3%,是胚乳中的主要贮藏物质。种子休眠解除过程中,其可溶性糖含量呈下降—上升—下降的变化趋势,而淀粉、可溶性蛋白和粗脂肪含量则一直呈下降趋势;层积过程中,POD和APA活性逐渐增强。【结论】‘凤丹’种皮不存在吸水障碍,透水性不是限制种子萌发的重要原因;成熟的种子胚极小,需在10℃条件下层积一段时间,使胚进一步分化发育完全,完成生理后熟作用;胚根突破种皮后仍存在上胚轴休眠现象,需在5℃下低温层积较长时间以解除其休眠;层积过程中随着酶活性的不断增强,贮藏物质逐渐被分解,为种子的各种代谢活动提供能量,且粗脂肪的分解与转化是此过程中的主要供能物质。‘凤丹’种子层积过程中其生理生化指标的变化与种胚形态变化呈现高度的一致性。

关键词： ‘凤丹’ 种子休眠种皮结构种胚形态生理生化指标

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‘凤丹’根皮转录组SSR位点特征分析

分子植物育种 2024年

作者：张虹罗会婷严灵君王仲伟汤诗杰南京中医药大学研究生院江苏省中国科学院植物研究所

‘凤丹’(Paeonia ostii)是中药材牡丹皮的道地来源之一，其籽油富含α-脂肪酸，是集药用、食用和观赏价值一体的重要作物资源。本研究基于不同套作模式下‘凤丹’根皮的转录组数据对SSR位点信息进行统计分析。结果显示，利用MISA软件在... 详细信息

‘凤丹’(Paeonia ostii)是中药材牡丹皮的道地来源之一，其籽油富含α-脂肪酸，是集药用、食用和观赏价值一体的重要作物资源。本研究基于不同套作模式下‘凤丹’根皮的转录组数据对SSR位点信息进行统计分析。结果显示，利用MISA软件在257 012条unigines序列中共搜索到38 275个SSR位点，分布在33 272条序列中，出现频率为14.89%。重复基元类型以单核苷酸和二核苷酸重复为主，分别占比为59.33%和21.35%，单核苷酸的优势重复基元(A/T)占总SSR位点的58.74%，二核苷酸的优势重复基元(AG/CT)，占6.4%。SSR重复次数主要在5～11次之间，重复次数以10次最多，全部为单核苷酸，占总SSR位点的40.45%，在二、三、四、五、六核苷酸中，随着重复次数的增加，SSR位点数随之减少。SSR序列长度分布范围为10～78 bp，平均长度为12.62 bp，基元长度为10 bp的SSR位点最多，有8 274个，占所有SSR位点的40.45%。本研究获得的SSR位点信息，分布特点和序列特征，可为‘凤丹’种质资源的筛选鉴定及分子标记辅助育种提供有效的理论依据。

关键词： ‘凤丹’ 转录组 SSR 序列特征

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‘凤丹’牡丹栽培及产业发展综述

北方园艺 2024年第7期 126-132页

作者：李子健朱洁薇于水燕胡永红青岛农业大学园林与林学院青岛山东266109 上海辰山植物园上海市资源植物功能基因组学重点实验室上海201602 中国科学院大学中国科学院分子植物科学卓越创新中心上海200032

该研究总结了影响‘凤丹’生长发育、产量的各项因素并结合阐述现阶段‘凤丹’综合开发利用的现状,揭示了‘凤丹’产业精细化发展所面临的主要挑战,以期对‘凤丹’以及整个牡丹产业的可持续发展提供参考依据。

关键词： ‘凤丹’ 新资源植物牡丹籽油植物养分补充牡丹产业升级

‘凤丹’转录因子基因PoWRI1克隆及其牡丹籽油合成功能鉴定

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‘凤丹’转录因子基因PoWRI1克隆及其牡丹籽油合成功能鉴定

作者：李一沛北京林业大学

学位级别：硕士

‘凤丹’(Paeonia ostii *** et *** *** ***),抗逆性强、适应性广,籽油产量高,不饱和脂肪酸含量高达92%,其中α-亚麻酸组分≥38%,本世纪发展为油用牡丹。转录因子WRINKLED1(WRI1)调控植物油合成,显著提高种子油含量。本实验室1996年以... 详细信息

‘凤丹’(Paeonia ostii *** et *** *** ***),抗逆性强、适应性广,籽油产量高,不饱和脂肪酸含量高达92%,其中α-亚麻酸组分≥38%,本世纪发展为油用牡丹。转录因子WRINKLED1(WRI1)调控植物油合成,显著提高种子油含量。本实验室1996年以来持续研究‘凤丹’籽油,转录组测序分析发现WRI1基因在胚乳发育6个时期(胚珠膨大期S0,透明质期S1,半透明黏质期S2,乳熟期S3,蜡熟期S4,成熟期S5)的S2时期高表达。本研究在此基础上克隆PoWRI1基因,分析序列生物信息并通过转基因烟草和拟南芥鉴定其功能,主要研究结果如下:***1基因序列及其时空表达特征以RACE技术克隆获得PoWRI1基因序列,全长为1534 bp,开放阅读框(ORF)为1269 bp。生物信息学分析表明,该基因编码422个氨基酸,编码蛋白属于AP2家族,蛋白分子量约为46.99 k Da,含有46个潜在磷酸化位点,无信号肽,二级结构以α-螺旋(31.28%)和无规卷曲(49.76%)为主,系统进化树显示PoWRI1蛋白与向日葵(Helianthus annuus)亲缘关系最近。以q RT-PCR技术测定PoWRI1基因在‘凤丹’各器官和组织中的表达量表明,营养器官根、茎、叶和芽的相对表达量分别为22、1.4、3.4和2.5;花瓣、雄蕊和胚乳发育7个不同时期(授粉后第18天、30天、46天、59天、72天、86天和100天,即T1、T2、T3、T4、T5、T6和T7,2019年5月5日—8月13日)相对表达量分别为1、6.4、8.4、121.2、697.3、89.7、87.9、39.4和21.2。胚乳最高表达量(T3时)约为营养器官最高表达量(根里)的31倍,表明PoWRI1基因表达具有胚乳表达特异性。***1蛋白亚细胞定位以本氏烟草为实验材料,将构建的植物表达载体p CAMBIA1302-35S::PoWRI1-GFP以农杆菌介导法瞬时转化烟草叶片,在荧光显微镜下观察到转基因烟草叶片细胞核内有GFP蛋白产生的绿色荧光,表明PoWRI1-GFP蛋白定位于细胞核。***1基因调控脂肪酸合成的功能鉴定以农杆菌介导法将构建的植物表达载体p CAMBIA1302-35S::PoWRI1转化拟南芥哥伦比亚Col-0生态型花序,潮霉素(30 mg/L)筛选获得转PoWRI1基因拟南芥种子,并对筛选纯合后的T3代植株进行以下三方面分析。(1)转PoWRI1基因拟南芥种子脂肪酸含量和组分以气-质谱(GC-MS)法测定转PoWRI1基因拟南芥T3代纯合种子脂肪酸含量和组分,结果表明转PoWRI1基因拟南芥种子脂肪酸含量比野生型(WT)显著提高16.53%～22.06%(p‘凤丹’PoWRI1基因全长序列,其长度为1534 bp;具有胚乳组织表达特异性;定位于转基因烟草细胞核;具有促进转基因拟南芥籽油合成、提高亚油酸和α-亚麻酸含量的功能,为高油牡丹育种提供基础和备选目的基因资源。

关键词： ‘凤丹’ PoWRI1 表达功能亚细胞定位遗传转化

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‘凤丹’种子发育过程及油脂积累规律的研究

‘凤丹’种子发育过程及油脂积累规律的研究

作者：邹雨婷南京林业大学

学位级别：硕士

‘凤丹’(Paeonia ostii)是近年来颇受关注的木本油料植物,具有极高的观赏价值和经济价值,但生产中普遍存在种子产量不高的情况,因此研究‘凤丹’种子油脂积累过程中生理生化指标的变化对其产业化发展具有十分重要的作用。本论文主要利... 详细信息

‘凤丹’(Paeonia ostii)是近年来颇受关注的木本油料植物,具有极高的观赏价值和经济价值,但生产中普遍存在种子产量不高的情况,因此研究‘凤丹’种子油脂积累过程中生理生化指标的变化对其产业化发展具有十分重要的作用。本论文主要利用核磁成像技术(MRI)获得各发育阶段‘凤丹’种子的质子密度分布,使用体视显微镜和透射电镜(TEM)分别观察种子内部形态发育和油体变化,同时还观察和测定了各发育阶段种子和蓇葖果颜色和横、纵径的变化,种子鲜、干重等生物学指标,测定了含油率和含水率的变化,并通过气相色谱-质谱联用分析法(GC-MS)技术测定‘凤丹’种子发育过程中油酸、亚油酸和α-亚麻酸含量的动态变化。为进一步了解油脂积累规律以及其与营养物质之间的代谢、转化规律,还研究了‘凤丹’种子各发育阶段中可溶性糖、粗淀粉、可溶性蛋白含量的变化以及其相关酶活性和油脂合成相关酶活性的变化。主要结果为:(1)随着蓇葖果不断成熟,果荚颜色从绿色转变为黄褐色,最后呈现灰褐色,然后成熟开裂;种子成熟过程中,种子颜色会由黄色变为乳白色,成熟时呈现黑褐色,种皮也比较坚硬。(2)花后45-95 d时,蓇葖果膨大期与种子形态发育时期基本同步,横、纵径增长速度较快;花后95 d后,横、纵径出现下降趋势并逐渐趋于平稳。(3)体视显微镜观察发现,‘凤丹’种子发育初期(花后45 d)时,种子内主要是种皮、珠被组织和胚乳组织等结构;花后45-85 d时,随着种子不断发育,珠被组织不断退化,为胚乳组织形成提供营养,胚乳面积不断增大,此时也是种子体积增大的重要时期,应及时提供水分补给;花后85 d后,珠被已经完全退化,胚乳达到最大面积,并逐渐硬质化直至种子完全成熟,此阶段应注意为‘凤丹’植株提供生长所需的肥料。(4)MRI图像观察发现,‘凤丹’种子的发育可分为两个发育阶段:形态构建阶段(花后45-85 d)和营养积累阶段(花后95-115 d)。且在花后45-85 d时,同一个蓇葖果各果荚的发育存在不均衡性,且同一果荚中各种子的发育速率也不相同;直至花后95 d时,同一果荚内的种子发育速率才基本达到一致。(5)TEM观察发现,与胚乳中的油体相比,胚中油体的形成稍快且形成时期较早。随着种子的不断发育,胚和胚乳中的液泡面积不断变小,数量也不断减少直至消失,高电子致密物质不断增多并逐渐聚集,形成较大的团状结构,与此同时,油体的数量和大小持续增长,且从细胞壁周围向细胞中央扩散,大小交错排列在高电子致密物质周围。(6)‘凤丹’种子油脂合成旺盛期主要集中在花后45-85 d,种子发育过程中含油率不断增加,直至最后完全成熟时达到41.6%;而含水率在发育过程中则呈现不断下降趋势,与含油率呈极显著负相关关系。(7)‘凤丹’种子中的ACCase酶活性和PPase酶活性在花后45-85 d时快速上升,与油脂合成旺盛期基本吻合。随着油脂积累速度的下降,ACCase酶活性和PPase酶活性也相应出现减弱的趋势。(8)‘凤丹’种子各发育阶段中,可溶性糖含量和淀粉含量的变化呈显著正相关关系,在种子快速膨大期(花后45-85 d)时,两者为种子生长发育提供营养,均呈显著下降趋势,并于花后85 d时达到了本次测定的最低值,分别为33.0 mg/g FW和11.7 mg/g FW;而可溶性蛋白在花后45-85 d时快速积累,与糖类物质的消耗趋势相对应,于花后85 d时达到本次测定最高值53.6 mg/g FW;花后85-95d时略微下降后逐渐趋于稳定。此外,总淀粉酶活性和总蛋白酶活性变化也分别与粗淀粉和可溶性蛋白代谢变化进程相一致。(9)‘凤丹’种子中的三种主要不饱和脂肪酸表现出“慢-快-慢”的积累模式,并且全部在花后65-105 d期间迅速积累,这说明这个阶段是培育高α-亚麻酸含量的关键时期,应该注意加强管理。(10)在种子成熟的最后阶段(花后115 d时),含油率达到较高水平,含水率、可溶性蛋白、可溶性糖和粗淀粉含量等均处于较稳定状态。因此‘凤丹’种子在花后115 d左右采收较为合适。

关键词： ‘凤丹’ 种子发育 MRI 生理生化油脂