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外源GA_3对太子参块根发育及赤霉素生物合成的调控

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分子植物育种 2018年第20期16卷 6867-6874页

作者：李军周涛郑伟张晨龚安慧肖承鸿江维克贵阳中医学院贵阳550002

内源激素是植物生长发育的重要调节系统,对植物器官的形态建成具有重要意义。本研究采用外施赤霉素(GA_3)或赤霉素抑制剂(PBZ)处理太子参种苗,探讨外源赤霉素对太子参内源赤霉素及块根形成的影响。结果表明,喷施外源赤霉素可显著增加株... 详细信息

内源激素是植物生长发育的重要调节系统,对植物器官的形态建成具有重要意义。本研究采用外施赤霉素(GA_3)或赤霉素抑制剂(PBZ)处理太子参种苗,探讨外源赤霉素对太子参内源赤霉素及块根形成的影响。结果表明,喷施外源赤霉素可显著增加株高、茎节数,但降低叶厚及地上茎粗,抑制太子参块根的形成。外施赤霉素早期迅速降低块根内源赤霉素含量,并在后期维持块根中内源赤霉素在较高水平。多效唑缓慢降低内源赤霉素水平,但在块根发育后期维持较高的赤霉素含量。外源赤霉素能显著降低GA20氧化酶、GA_3氧化酶及受体蛋白基因GID1的表达水平;多效唑长期处理能显著提高降低GA20氧化酶、GA_3氧化酶的表达水平,但降低受体蛋白基因GID1的表达水平。长期外施赤霉素与多效唑对植物内源赤霉素具有动态调节的作用,且内源赤霉素的生物合成具有显著的反馈调节机制。

关键词：太子参外源赤霉素块根发育关键酶基因

甘薯近缘野生种三浅裂野牵牛KNOX基因家族鉴定及其在块根发育中的表达分析

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核农学报 2024年第11期38卷 2054-2065页

作者：郎涛彭梅芳李明蒲志刚张聪屈会娟杨飞洋冯俊彦四川省农业科学院生物技术核技术研究所四川成都610066 重庆师范大学生命科学学院重庆401331

为探究甘薯近缘种三浅裂野牵牛KNOX(ItrKNOX)基因家族在块根发育过程中的作用,本研究在基因组水平对ItrKNOX基因家族进行了鉴定,并利用转录组测序技术对ItrKNOX基因在三浅裂野牵牛Y22块根发育不同阶段的表达量变化进行了分析。共鉴定到... 详细信息

为探究甘薯近缘种三浅裂野牵牛KNOX(ItrKNOX)基因家族在块根发育过程中的作用,本研究在基因组水平对ItrKNOX基因家族进行了鉴定,并利用转录组测序技术对ItrKNOX基因在三浅裂野牵牛Y22块根发育不同阶段的表达量变化进行了分析。共鉴定到分布于10条染色体的12个ItrKNOX基因。进化分析显示,这些ItrKNOX基因可分为ClassⅠ、ClassⅡ和Class M三类,KNOX家族基因的类型和数目在三浅裂野牵牛、三裂叶薯、牵牛和圆叶牵牛这4个甘薯属二倍体物种基因组中都较为稳定,其中三浅裂野牵牛和三裂叶薯的亲缘关系较近。对ItrKNOX基因启动子区进行分析,发现多个与生长发育、植物激素、光和逆境胁迫相关的顺式作用元件。转录组分析显示,在Y22块根发育过程中,不同ItrKNOX基因表达模式不同。其中,Class M基因ItrKNOX12几乎不表达,而ItrKNOX02、ItrKNOX03、ItrKNOX09和ItrKNOX10在整个根部发育过程中持续高表达。从不定根时期到块根发育期,ItrKNOX01~ItrKNOX03、ItrKNOX05、ItrKNOX09和ItrKNOX11的表达量明显上调,ItrKNOX08的表达量明显下调。值得注意的是,ItrKNOX06在块根膨大到直径大于2 mm后表达量才明显上调,ItrKNOX07在不定根和成熟块根中表达水平明显低于发育中的块根。本研究为探索甘薯及其近缘野生种三浅裂野牵牛KNOX家族基因的功能和调控机制提供了参考。

关键词：三浅裂野牵牛 KNOX基因家族进化基因表达块根发育

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甘薯块根发育过程中关键蔗糖分解酶及其基因家族成员的鉴定

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热带作物学报 2022年第8期43卷 1535-1544页

作者：张文杰辛曙丽黄哲瑞祝志欣司成成陈艳丽朱国鹏刘永华海南大学园艺学院/海南省热带园艺作物品质调控重点实验室海南海口570228 保亭黎族苗族自治县农业服务中心海南保亭572316

蔗糖分解酶在马铃薯和胡萝卜等块根/块茎的生长发育中发挥着重要作用,但在甘薯块根发育中的作用机制尚不清楚。本研究以2个在块根数量和鲜重上存在显著差异的甘薯品种‘高系14’及其突变体为材料,对其不同发育时期(30、60、90、120 d)... 详细信息

蔗糖分解酶在马铃薯和胡萝卜等块根/块茎的生长发育中发挥着重要作用,但在甘薯块根发育中的作用机制尚不清楚。本研究以2个在块根数量和鲜重上存在显著差异的甘薯品种‘高系14’及其突变体为材料,对其不同发育时期(30、60、90、120 d)块根中的可溶性糖(蔗糖、葡萄糖和果糖)、淀粉含量、蔗糖分解酶活性以及相关基因家族成员的表达水平进行测定,以明确调控块根数量和大小的关键蔗糖分解酶及主要基因家族成员。结果表明:(1)阐明了4种蔗糖分解酶活性在薯块根发育过程中的变化规律,细胞质转化酶(CIN)和液泡转化酶(VIN)活性的整体变化趋势呈现‘u’形曲线,即块根发育早期、晚期活性相对较高,发育中期最低;细胞壁转化酶(CWIN)和蔗糖合成酶(Sus)活性整体变化趋势呈‘n’形曲线,与前者正好相反,即在块根发育早期、晚期较低,发育中期最高。(2)和突变体相比,具有较高块根数量和鲜重的‘高系14’在块根发育早期(30 d)具有较高的Sus和CIN活性,而高Sus和CIN活性可以促进蔗糖由叶片向块根转运,从而提高块根中的淀粉、蔗糖和葡萄糖含量,最终为块根的生长发育提供能量和碳骨架以增加块根数量和鲜重。(3)从甘薯基因组中共鉴定出9个Sus基因家族成员和12个CIN基因家族成员,其中有1个Sus基因(IbSus6)和5个CIN基因(IbCIN4、IbCIN6、IbCIN8、IbCIN10和IbCIN11)的表达水平在30 d时表现为‘高系14’显著高于突变体,同时IbSus6和IbCIN4、IbCIN8、IbCIN10、IbCIN11分别为30 d块根中表达的主要Sus和CIN基因家族成员,因此上述1个Sus基因家族成员和4个CIN基因家族成员可能是调控甘薯块根发育的主要蔗糖分解酶基因。总之,Sus和CIN在甘薯块根早期发育中发挥着重要作用,其关键基因家族成员的阐明可为优异甘薯新品种的选育提供理论依据。

关键词：甘薯转化酶蔗糖合成酶块根发育基因家族

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三叶青块根发育比较转录组分析

分子植物育种 2019年第17期17卷 5660-5667页

作者：闻静赵刚杨玉琪陈荣华蔡红上饶师范学院生命科学学院上饶334000 上饶市红日农业开发有限公司上饶334000

三叶青是中国特有的珍稀药用植物。近代药理学研究表明,其块根提取物在肿瘤治疗方面有良好的效果。本研究以未形成块根及具有初始膨大的块根三叶青的叶片及根(块根)为材料,通过BGISEQ-500RS高通量测序平台进行转录组测序,测序结果共得到... 详细信息

三叶青是中国特有的珍稀药用植物。近代药理学研究表明,其块根提取物在肿瘤治疗方面有良好的效果。本研究以未形成块根及具有初始膨大的块根三叶青的叶片及根(块根)为材料,通过BGISEQ-500RS高通量测序平台进行转录组测序,测序结果共得到131 142条Unigenes序列。与七大数据库相似性比对结果显示,一共有94 824条Unigenes得到了注释,占全部Unigens的72.31%。通过块根发育不同状态植株的根及叶片的GO富集分析和KEGG代谢通路富集差异基因分析,筛选内源激素信号转导途径中关键的差异Unigenes序列。本研究为进一步深入明确三叶青块根形成的分子调控机制提供理论依据。

关键词：三叶青(Tetrastigma hemsleyanum) 转录组块根发育表达分析

地黄甲基转移酶/去甲基化酶基因的注释及其在块根发育过程中的表达分析

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中国科技论文 2017年第18期12卷 2135-2140页

作者：廖登群祁建军李先恩孙鹏中国医学科学院中国协和医科大学药用植物研究所北京100193

利用Windows-BLAST软件同源比较分析获得地黄转录组中的DNA甲基转移酶/去甲基化酶基因,同时利用基因表达谱测序方法分析这些基因在地黄不同发育时期块根中的转录子水平。利用拟南芥11个C5-MTase和4个DMase基因的蛋白序列进行同源性比对... 详细信息

利用Windows-BLAST软件同源比较分析获得地黄转录组中的DNA甲基转移酶/去甲基化酶基因,同时利用基因表达谱测序方法分析这些基因在地黄不同发育时期块根中的转录子水平。利用拟南芥11个C5-MTase和4个DMase基因的蛋白序列进行同源性比对,在地黄转录组中共获得了18个DNA甲基转移酶unigene和11个去甲基化酶unigene。差异表达基因(DEG)分析显示,11个DNA甲基转移酶unigene和5个去甲基化酶unigene在块根的发育过程中表达具有差异,随块根发育成熟转录子表达含量逐渐降低,说明甲基化基因参与调控地黄块根的发育。首次挖掘和分析了地黄基因组中DNA甲基转移酶/去甲基化酶基因的分布和表达,为进一步研究DNA甲基化在地黄块根发育以及连作下块根生长受抑的表观遗传学分子机理奠定了基础。

关键词：中药资源地黄 DNA甲基转移酶 DNA去甲基化酶转录组块根发育数字基因表达谱

甘薯PEBP基因家族鉴定以及影响甘薯块根发育候选PEBP基因的鉴定

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热带作物学报 2024年第3期45卷 459-472页

作者：黄哲瑞辛曙丽赵添刘永华朱国鹏海南大学三亚南繁研究院海南三亚572022 海南大学园艺学院/海南省热带园艺作物品质调控重点实验室海南海口570228 保亭黎族苗族自治县农业服务中心海南保亭572316

磷脂酰乙醇胺结合蛋白(PEBP)在植物中广泛存在,在调控开花、种子休眠以及地下储藏器官(如马铃薯块茎和洋葱鳞茎)形成中发挥着重要作用。但目前有关甘薯(Ipomoea batatas)PEBP基因家族成员的研究较少,且尚未有研究系统揭示调控甘薯块根... 详细信息

磷脂酰乙醇胺结合蛋白(PEBP)在植物中广泛存在,在调控开花、种子休眠以及地下储藏器官(如马铃薯块茎和洋葱鳞茎)形成中发挥着重要作用。但目前有关甘薯(Ipomoea batatas)PEBP基因家族成员的研究较少,且尚未有研究系统揭示调控甘薯块根发育的关键PEBP家族成员。本研究首先通过生物信息学分析对甘薯基因组中PEBP基因家族成员的数量和种类进行鉴定,然后通过PEBP基因表达的组织特异性分析、PEBP基因在不同发育时期块根中表达水平的动态变化及其与糖转运蛋白SWEET基因表达水平之间的相关性分析,系统筛选出调控甘薯块根发育的候选PEBP基因家族成员并初步揭示其可能的调控机制。结果如下:(1)从甘薯基因组中共鉴定出15个PEBP基因,聚类分析将其分为4个亚家族:5个FT-like成员(IbFT1~5)、6个TFL1-like成员(IbTFL1~6)、2个MFT-like成员(IbMFT1~2)和2个PEBP-like成员(IbPEBP1~2)。(2)聚类分析结果表明,IbFT5可能会促进甘薯块根发育,而IbTFL3可能会抑制其块根发育。(3)甘薯PEBP基因表达的组织特异性分析表明,在根系高表达的PEBP基因中,只有IbFT5、IbTFL4和IbTFL6不仅在根系的表达水平高于在其他组织中的表达水平,而且和根系中其他PEBP家族成员的表达水平相比,这3个基因的表达水平也是最高的,因此推测这3个PEBP基因可能会促进块根膨大。(4)对上述2种方法得到的4个候选PEBP基因(IbFT5、IbTFL3、IbTFL4和IbTFL6)在不同发育时期块根(定植后30、60、90、120 d)中的表达水平测定结果表明,随着块根的发育,IbFT5、IbTFL4、IbTFL6的表达水平显著上升,特别是在块根快速膨大期(60~90 d),而IbTFL3的表达水平在块根快速膨大期(60~90 d)则快速下降。因此,IbFT5、IbTFL4、IbTFL6可能促进块根发育,而IbTFL3则可能抑制块根发育。(5)伴随着IbFT5、IbTFL4、IbTFL6的表达水平的升高,块根中高表达的5个SWEET基因中有4个(IbSWEET4、IbSWEET11、IbSWEET16和IbSWEET19)的表达水平均呈现不断下降的趋势,这与马铃薯的研究结果相似,表明甘薯PEBP基因可能也是通过抑制SWEET蛋白活性,从而促进糖分通过更高效率的共质体转运途径向块根进行运输最终促进块根发育。综上,本研究不仅确定了甘薯基因组中PEBP基因家族成员的数量和种类,而且还筛选出4个可能影响甘薯块根发育的候选PEBP基因,为进一步提高我国甘薯的产量提供理论依据。

关键词：甘薯 PEBP基因家族生物信息学组织表达特异性块根发育

短葶山麦冬块根发育期光合日变化特征对水分胁迫的响应

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河南农业大学学报 2017年第1期51卷 87-93页

作者：范海兰陈灿谢安强林晗李键洪伟吴承祯福建农林大学林学院福建福州350002 福建省森林生态系统经营与过程重点实验室福建福州350002 武夷学院生态与资源工程学院福建南平354300

以盆栽短葶山麦冬为材料,研究块根发育的3个时期不同土壤水分处理(对照(CK)、轻度胁迫(W1)、中度胁迫(W2)、重度胁迫(W3)4个处理)下短葶山麦冬光合参数和水分利用效率日变化特征。结果表明,不同土壤水分条件下短葶山麦冬光合速率均在10... 详细信息

以盆栽短葶山麦冬为材料,研究块根发育的3个时期不同土壤水分处理(对照(CK)、轻度胁迫(W1)、中度胁迫(W2)、重度胁迫(W3)4个处理)下短葶山麦冬光合参数和水分利用效率日变化特征。结果表明,不同土壤水分条件下短葶山麦冬光合速率均在10:00达到最大值,光合速率日变化总体表现为单峰型曲线。3个时期光合速率日最大峰值和日平均值都表现为CK>W1>W2>W3,3个时期的蒸腾速率和气孔导度均表现为CK>W1>W2>W3,水分利用效率(WUE)日均值以W3最大,并且上午时段大于下午时段。不同土壤水分条件下光合速率、气孔导度和水分利用效率日均值和日峰值均表现为块根膨大前期>块根发生后期>块根发生中期,而蒸腾速率日均值则表现为块根发生中期>块根发生后期>块根膨大前期。综合分析表明,不同生育时期,水分胁迫导致净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)下降,提高了WUE,Pn下降的原因在不同生育时期表现不同,进入块根膨大期后短葶山麦冬光合速率与水分利用效率表现为上升趋势。

关键词：短葶山麦冬光合日变化水分胁迫块根发育

定植早期多效唑处理对甘薯块根发育及其蔗糖代谢的影响

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热带作物学报 2024年第4期45卷 772-782页

作者：赵添辛曙丽黄哲瑞刘永华朱国鹏海南大学园艺学院/海南省热带园艺作物品质调控重点实验室海南海口570228 保亭黎族苗族自治县农业服务中心海南保亭572316 海南大学三亚南繁研究院海南三亚572022

施用多效唑(PBZ)可显著提高甘薯块根产量并改善其品质,同时蔗糖分解酶在甘薯块根发育中发挥着重要的调控作用。但目前尚不清楚PBZ调控甘薯块根发育的生理生化机制,更不清楚蔗糖代谢在其中发挥的具体作用。本研究以海南鲜食甘薯主栽品种... 详细信息

施用多效唑(PBZ)可显著提高甘薯块根产量并改善其品质,同时蔗糖分解酶在甘薯块根发育中发挥着重要的调控作用。但目前尚不清楚PBZ调控甘薯块根发育的生理生化机制,更不清楚蔗糖代谢在其中发挥的具体作用。本研究以海南鲜食甘薯主栽品种高系14为材料,研究栽培早期(定植后20~30 d)喷施PBZ对其块根产量、单薯鲜重和单株结薯数,以及不同发育阶段(定植后30、60、90、120 d)块根中的淀粉和可溶性糖(葡萄糖、果糖和蔗糖)含量、蔗糖分解酶活性及其基因家族成员表达水平的影响,以明确PBZ调控甘薯块根发育的蔗糖代谢相关生理生化机制。结果表明:(1)PBZ可通过提高块根单薯鲜重而不是单株结薯数来增加甘薯产量,同时还可以增加块根中的可溶性糖含量和淀粉含量,改善块根品质;但PBZ的增产和改善品质的效果仅发生在处理后的定植早期(定植后30~60 d),在定植后期(定植后90~120 d),PBZ处理对产量和品质无显著影响。(2)PBZ处理显著增加块根的蔗糖合成酶(Sus)、细胞壁转化酶(CWIN)和细胞质转化酶(CIN)活性,但对液泡转化酶(VIN)活性无显著影响。与CWIN和CIN相比,Sus活性上升的时间更早、幅度更大,即PBZ处理下Sus的活性在定植后30 d即显著上升,而CWIN和CIN的活性在定植后60 d才显著上升;在其他时期(特别是定植后期),PBZ处理对Sus、CWIN和CIN活性均无显著影响。(3)对Sus、CWIN和CIN基因表达量的测定表明,在块根中表达的5个Sus基因(IbSus2、IbSus5~7和IbSus9)的表达量在块根发育早期(定植后30 d)均受到PBZ的显著诱导。此外,在块根中表达的7个CIN基因中有3个CIN基因(IbCIN3、IbCIN7和IbCIN8)、在块根中表达的3个CWIN基因中有2个(IbCWIN2和IbCWIN4)基因的表达水平在定植后60 d受到显著诱导。但在其他时期(特别是定植后期),PBZ处理对相关基因家族成员表达水平均无显著影响。结合前人的研究结果,推测PBZ处理下Sus表达和活性增加的时间更早、幅度更大,可以促进淀粉的快速积累和块根的快速膨大,而随后CWIN和CIN表达和活性的上升则可增加块根中的可溶性糖含量,改善甘薯品质,同时为淀粉的合成和块根的膨大提供一定的能量供应。本研究还鉴定出上述3种蔗糖分解酶基因家族中受PBZ诱导表达的特定成员。PBZ对甘薯块根产量、品质、蔗糖分解酶活性及其基因表达水平的影响主要发生在PBZ处理后的短时期内,随着时间的延长,PBZ对上述指标的影响逐渐消失。因此,生产上为了提高甘薯产量,有必要在全生育期进行PBZ处理。上述研究结果可为下一步通过品种选育和栽培措施等手段实现优质、高产甘薯生产提供理论依据。

关键词：甘薯多效唑蔗糖代谢蔗糖分解酶块根发育

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地黄块根发育相关基因的表达分析研究

地黄块根发育相关基因的表达分析研究

作者：赵春丽黑龙江中医药大学

学位级别：硕士

地黄(Rehmannia glutinosa Libosch)为玄参科(Scrophulariaceae)地黄属多年生草本植物,以块根入药,具有滋阴清热、补血止血等功效,是著名的“四大怀药”之一。地黄是我国的大宗药材,应用十分广泛,是很多中成药和方剂配伍要药的主要原料... 详细信息

地黄(Rehmannia glutinosa Libosch)为玄参科(Scrophulariaceae)地黄属多年生草本植物,以块根入药,具有滋阴清热、补血止血等功效,是著名的“四大怀药”之一。地黄是我国的大宗药材,应用十分广泛,是很多中成药和方剂配伍要药的主要原料。药材来源依赖栽培,但目前地黄块根发育的分子机制不明,药材生产易受自然条件如病害、连作障碍等影响,造成药材产量与质量的降低,为此有必要对地黄开展分子生物学研究,探索地黄块根发育机制,指导地黄生产实践。为此,我们首先开展了地黄荧光定量PCR内参的研究,筛选出在地黄不同组织器官中表达稳定的内参基因。本实验应用BestKeeper、GeNorm和NormFinder 3种软件对地黄内参基因稳定性进行评价。基于三种软件的综合分析结果,我们发现Tip41、UCH2、rGAPDH、GAPDH四个基因在地黄不同组织器官中的表达稳定性较好,其中以TIP41最为稳定,可选择作为地黄定量表达研究的内参基因。地黄内参基因的筛选为下一步地黄块根发育相关基因的筛选奠定了基础,也为今后地黄的其它分子生物学研究提供了便利。随后,为了探索地黄块根发育的相关机制,筛选与地黄块根发育调控相关的基因。本研究采用Illumina公司高通量测序技术平台Hiseq2000对地黄七个组织器官,即:不定根(AR)、起始期块根(TAR)、膨大期块根(DTR)、成熟期块根(MR)、茎(ST)、成熟叶(L)、花(F)分别进行了转录组测序和功能分析。获得了 22万地黄unigene,并利用Nr、Nt、Interpro、SwissProt、KEGG、COG 和 GO 数据库对 unigene 进行了注释。在此基础上,我们根据每个基因的RPKM值得到地黄不同组织器官和地黄块根发育不同时期的基因表达量,利用Z-score的方法以地黄地上部分为参照,对块根发育差异表达基因进行了筛选(参数为Z-score>3.75和Ratio>2.0),筛选出8,393个unigenes在地黄块根内富集。然后根据地黄unigene的注释结果、以及GO、COG功能分类和KEGG代谢通路分析,筛选出与地黄块根发育相关的转录因子61个,涉及到的相关unigenes 111个。主要包括植物激素响应因子、细胞分裂相关蛋白、纤维素合成酶、乙烯响应转录因子、细胞核转录因子以及促分裂原活化蛋白激酶等。用相似方法(即,Z-score块根的四个不同时期中下调。然后根据基因功能注释,筛选出可能与地黄块根发育相关的转录因子26个,涉及Unigenes 29个。主要包括AUX/IAA植物激素诱导因子、C3HL家族转录因子、MADS家族转录因子和LOB家族转录因子等。通过筛选地黄块根发育相关的差异表达基因,探索块根发育的分子机制,为地黄块根发育分子机制的阐明和品种改良奠定理论基础。

关键词：地黄内参基因块根发育