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毛竹NIP基因的分子特征及应答胁迫的表达模式

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林业科学 2021年第1期57卷 64-76页

作者：朱成磊杨克彬徐秀荣马霜李晓佩高志民国际竹藤中心竹藤资源基因科学与基因产业化研究所国家林业和草原局/北京市共建竹藤科学与技术重点实验室北京100102 西南科技大学绵阳621010

【目的】膜内在水通道蛋白(NIPs)是细胞膜上运输水分子和一些小分子物质的膜蛋白,在植物生长以及抵御逆境胁迫等方面发挥着重要作用。温度和水分是影响竹子生长发育的重要环境因子,研究温度和干旱胁迫条件下毛竹NIP家族成员的表达模式,... 详细信息

【目的】膜内在水通道蛋白(NIPs)是细胞膜上运输水分子和一些小分子物质的膜蛋白,在植物生长以及抵御逆境胁迫等方面发挥着重要作用。温度和水分是影响竹子生长发育的重要环境因子,研究温度和干旱胁迫条件下毛竹NIP家族成员的表达模式,以揭示其在毛竹应答胁迫中的功能。【方法】利用生物信息学软件对毛竹基因组中NIP家族成员基因及其启动子序列进行系统分析,基于转录组数据分析基因在毛竹不同组织中的表达模式,并用实时荧光定量PCR(qPCR)技术检测基因在温度和干旱胁迫条件下的表达特征,构建2个NIP基因的酵母表达载体,分析它们的表达对酵母抗干旱和盐胁迫能力的影响。【结果】在毛竹基因组中共获得14个编码完整NIP蛋白的基因(PeNIP1-1—PeNIP1-6、PeNIP2-1—PeNIP2-4和PeNIP3-1—PeNIP3-4),含有3~5个内含子;在PeNIPs启动子区域中含有多种与胁迫、激素相关的调控元件;PeNIPs编码蛋白的氨基酸长度为235~297 aa,相对分子量为24.03~31.84 kDa;亚细胞定位预测显示所有PeNIPs均定位于细胞质膜上。共线性分析表明,有12个PeNIPs与水稻8个NIP基因存在27对片段重复,它们的非同义对同义取代比(Ka/Ks)均小于1,表明毛竹PeNIPs经复制后主要经历了较强的纯化选择。系统进化分析表明,来自毛竹和其他5个物种的NIP蛋白可分为3类(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ),毛竹在各类中的成员依次为6、4和4个。PeNIPs共包含10个保守基序,其中基序1、2和4为PeNIPs所共有。转录组表达谱热图分析表明,PeNIPs在不同组织中的表达存在一定的差异,如Ⅰ类的PeNIP1-3、PeNIP1-4和PeNIP1-5在根中表达,而在笋中几乎不表达;Ⅱ类的4个PeNIP2s以及Ⅲ类的PeNIP3-1和PeNIP3-2在根和笋中表达量较高。qPCR结果显示,随着胁迫时间的延长,4℃处理下8个基因上调表达,2个基因下调表达;42℃处理下,2个基因上调表达,4个基因下调表达;而干旱胁迫下3个基因上调表达。表达PeNIP1-1和PeNIP2-2的酵母在添加山梨醇或NaCl培养基上的生长优于对照。【结论】从毛竹中共鉴定出14个NIP家族基因成员(PeNIPs),各基因的分子特征、表达模式均存在着一定差异,说明它们在毛竹生长发育的不同阶段和响应环境胁迫中可能发挥着不同的作用;在酵母表达的PeNIP1-1和PeNIP2-2能够一定程度上提高酵母的抗干旱和盐胁迫能力,说明它们在毛竹应对逆境胁迫中可能发挥着重要作用。

关键词：毛竹膜内在水通道蛋白分子特征基因表达

毛竹微管蛋白基因PeTua3的原核表达及其功能初步研究

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林业科学研究 2012年第6期25卷 751-755页

作者：李彩丽彭镇华高志民国际竹藤中心竹藤科学与技术重点实验室北京100102

作为细胞骨架的重要组成部分,微管蛋白在细胞壁发育过程中起着重要的调控作用。采用RT-PCR技术从毛竹叶片中克隆到一个微管蛋白(Tua3)同源基因的cDNA序列,长1 356 bp,编码451个氨基酸,命名为PeTua3。构建原核表达载体pET-32b-PeTua3,并... 详细信息

作为细胞骨架的重要组成部分,微管蛋白在细胞壁发育过程中起着重要的调控作用。采用RT-PCR技术从毛竹叶片中克隆到一个微管蛋白(Tua3)同源基因的cDNA序列,长1 356 bp,编码451个氨基酸,命名为PeTua3。构建原核表达载体pET-32b-PeTua3,并将其转入大肠杆菌中诱导表达。蛋白电泳检测结果表明:温度和诱导时间对PeTua3基因蛋白的表达影响差异显著,其中,在37℃用0.4 mmol.L-1IPTG诱导2 h的表达效果最好。用PeTua3基因体外表达的重组蛋白处理拟南芥种子,其幼苗上胚轴明显增粗,侧根增多;超薄切片显微观察显示,重组蛋白处理的拟南芥上胚轴和主根的薄壁细胞数量均增多,细胞体积变大,维管束增粗。

关键词：毛竹细胞骨架微管蛋白基因原核表达细胞生长

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香樟GGPPS基因的克隆及生物信息学分析

基因组学与应用生物学 2018年第8期37卷 3466-3472页

作者：曹先爽王进张瑶瑶王煜炜马晓江宋丽汤锋岳永德国际竹藤中心国家林业局竹藤科学与技术重点实验室

本研究目的是克隆香樟牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶（geranyl-geranyl pyrophosphate synthetase,GGPPS）的c DNA序列,并进行生物信息学分析,为香樟萜类物质的生物合成及调控机制研究提供基础。根据香樟叶的转录组测序数据,设计特异性... 详细信息

本研究目的是克隆香樟牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶（geranyl-geranyl pyrophosphate synthetase,GGPPS）的c DNA序列,并进行生物信息学分析,为香樟萜类物质的生物合成及调控机制研究提供基础。根据香樟叶的转录组测序数据,设计特异性PCR引物,应用反转录RT-PCR方法,克隆获得香樟GGPPS基因,通过生物信息学对该基因蛋白的特征进行分析。结果显示,GGPPS基因包含全长1 152 bp的开放读码框（ORF）,编码383个氨基酸,蛋白分子量为41.41 k D,等电点p I为5.84,是一个定位于叶绿体,不含跨膜结构域,不含信号肽的不稳定疏水蛋白。GGPPS氨基酸序列的主要二级结构为α-螺旋并含有一个类异戊二烯类化合物合酶的特征结构域。通过氨基酸序列的同源性分析发现,香樟的GGPPS氨基酸序列与苹果、陆地棉和紫苜蓿等植物的GGPPS氨基酸序列有较高的同源性。分子进化树分析结果表明,香樟树GGPPS蛋白与无油樟GGPPS蛋白的亲缘关系相对较近。本研究成功克隆、分析并表达了香樟GGPPS,为进一步研究香樟GGPPS基因的功能,萜类合成调控机制等奠定了分子基础。

关键词：香樟树 GGPPS基因基因克隆生物信息学分析

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单叶蔓荆种子休眠特性与解除方法

林业科学 2020年第12期56卷 157-165页

作者：尹德洁布凤琴徐艳芳黄彪李成山东建筑大学风景园林研究中心济南250101 国际竹藤中心国家林业和草原局/北京市共建竹藤科学与技术重点实验室北京100102

【目的】研究单叶蔓荆种子的休眠特性,并探索解除种子休眠的方法,为其人工规模化繁育提供理论依据。【方法】采用果实和种子吸水性的测定,内源萌发抑制物质部位及类型的生物学鉴定、物理手段(浓H2SO4、切割果皮)打破种皮机械阻碍,低温... 详细信息

【目的】研究单叶蔓荆种子的休眠特性,并探索解除种子休眠的方法,为其人工规模化繁育提供理论依据。【方法】采用果实和种子吸水性的测定,内源萌发抑制物质部位及类型的生物学鉴定、物理手段(浓H2SO4、切割果皮)打破种皮机械阻碍,低温层积和植物激素GA3处理降低抑制剂的浓度等不同方法,研究单叶蔓荆种子休眠的原因、可能存在的休眠类型以及解除种子休眠的方式。【结果】1)单叶蔓荆果皮厚,内果皮有完全木栓化的石细胞层,果实内种子空壳率为26%。单叶蔓荆果皮对果实及内部种子吸水有明显机械阻碍作用,种子没有吸水障碍。2)单叶蔓荆果皮的水浸提液和甲醇浸提液能显著抑制白菜种子萌发和幼苗生长,其中水浸提液的抑制作用比甲醇浸提液更明显;GA3处理后的果皮水浸提液和甲醇浸提液与未浸泡GA3时相比,使白菜种子萌发率、根长和苗高显著提高。种子水浸提液和甲醇浸提液对白菜种子萌发和幼苗生长均没明显抑制作用。以上结果说明,单叶蔓荆果皮中存在水溶性和醇溶性的种子萌发抑制物。3)低温层积90天、GA3、GA3+浓H2SO4、GA3+切割果皮、GA3+低温层积30天、GA3+低温层积60天以及GA3+低温层积90天均可破除单叶蔓荆种子的休眠,促进种子萌发。其中在GA3+浓H2SO4处理下的种子发芽时间最短(14天即可发芽),发芽率最高(44%)。【结论】单叶蔓荆的果皮机械阻碍造成的物理休眠和果皮内源抑制物是影响种子休眠的主要因素。利用500 mg·L^-1GA3+浓H2SO4处理能有效解除种子休眠,提高发芽率。

关键词：单叶蔓荆种子休眠机械阻碍内源抑制物 GA3

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毛竹PeCPD基因克隆与表达分析

林业科学研究 2019年第5期32卷 58-66页

作者：单雪萌王思宁朱成磊高志民国际竹藤中心竹藤资源基因科学研究所国家林业和草原局/北京市竹藤科学与技术重点开放实验室

[目的]通过对毛竹(Phyllostachys edulis(Carri.)H. deLehaie)CPD基因的分子特征和表达模式进行研究分析,为揭示CPD在参与毛竹笋生长调控、光诱导以及响应胁迫过程中的作用提供参考依据。[方法]在毛竹基因组数据库(BambooGDB)中查找CPD... 详细信息

[目的]通过对毛竹(Phyllostachys edulis(Carri.)H. deLehaie)CPD基因的分子特征和表达模式进行研究分析,为揭示CPD在参与毛竹笋生长调控、光诱导以及响应胁迫过程中的作用提供参考依据。[方法]在毛竹基因组数据库(BambooGDB)中查找CPD的同源序列,设计引物并克隆PeCPD。通过生物信息学的方法分析PeCPD的基因结构、顺式调控元件、其编码蛋白的基本理化性质、保守结构域、进化关系以及该基因在不同组织中的表达模式等,利用实时定量PCR方法分析该基因在不同高度笋、昼夜节律光照条件下以及干旱、低温胁迫处理下叶片和根中的表达模式。[结果]获得了毛竹CPD同源基因PeCPD(PH01003419G0030),cDNA全长为1 584 bp,包含5′和3′端非编码区分别为110 bp和64 bp,编码区为1 410 bp,对应的基因组长度为2 796 bp,外显子和内含子数量分别为6个和5个。克隆获得了PeCPD编码区,与BambooGDB中PH01003419G0030序列完全一致,编码一个470 aa的蛋白,分子量约为52.2 kDa,理论等电点为9.063。同时获得了PeCPD上游序列(1 999 bp),与数据库中序列完全一致,分析发现,其中除了启动子基本元件外,还含有多种与环境相关的作用元件,如参与低温应答的LTR、干旱响应的MBS和光响应元件AE-box、TCT-motif等。基于CPD氨基酸序列的系统进化分析表明,毛竹与水稻、玉米、谷子和二穗短柄草等单子叶植物聚类到一个大的分支,其中与二穗短柄草的亲缘关系最近。基于转录组数据的基因表达热图分析发现,PeCPD在毛竹7个不同组织中的表达存在明显差异,其中在20 cm笋中的表达量最高,根中表达量最低。实时定量PCR分析表明,随着笋的增高,PeCPD表达量呈上升趋势;在昼夜节律光照条件下,PeCPD表达量随着光照时间延长而上升,随着黑暗时间延长而下降;干旱和低温胁迫条件下,叶片和根中PeCPD的表达量均呈先上升后下降的趋势。[结论]从毛竹中获取得到了CPD同源基因PeCPD,该基因为组成型表达,且随着笋的增高其表达量呈上升趋势,可能通过参与BRs的生物合成对竹笋的生长起调控作用;PeCPD在叶片中的表达呈现昼夜节律变化,表明该基因可能会参与毛竹的光形态建成;干旱和低温胁迫条件下,PeCPD表达量的变化有助于提高毛竹适应逆境胁迫的能力。

关键词：毛竹油菜素内酯 CPD 基因克隆表达分析

10种苦竹属竹叶中香豆素类化合物的比较研究

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中国药科大学学报 2014年第3期45卷 297-300页

作者：魏琦王进喻谨孙嘏岳永德汤锋国际竹藤中心竹藤科学与技术重点实验室北京100102

采用高效液相色谱法，检测了10种苦竹属竹叶中东莨菪内酯、香豆素、补骨脂素、蛇床子素、东莨菪苷、花椒毒素、伞形酮、茴芹内酯、6，7-二甲氧基香豆素、欧前胡素、5，7-二甲氧基香豆素及茵芋苷等12种香豆素类化合物的含量，10种竹种包... 详细信息

采用高效液相色谱法，检测了10种苦竹属竹叶中东莨菪内酯、香豆素、补骨脂素、蛇床子素、东莨菪苷、花椒毒素、伞形酮、茴芹内酯、6，7-二甲氧基香豆素、欧前胡素、5，7-二甲氧基香豆素及茵芋苷等12种香豆素类化合物的含量，10种竹种包括苦竹、宜兴苦竹、川竹、斑苦竹、杭州苦竹、高舌苦竹、垂枝苦竹、衢县苦竹、丽水苦竹及实心苦竹。共检测出茵芋苷、东莨菪内酯、伞形酮、6，7-二甲氧基香豆素、香豆素和茴芹内酯6种香豆素类化合物，其含量在2．20—82．20mg／kg之间，其中川竹叶东莨菪内酯含量最高。本研究为苦竹属竹叶中香豆素类化合物的开发利用提供了理论基础，为竹叶资源的化学利用及香豆素类化合物的研究提供参考。

关键词：苦竹属竹叶香豆素类化合物含量测定

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带状采伐对毛竹林土壤细菌群落结构的影响

中南林业科技大学学报 2021年第7期41卷 42-51页

作者：吴昌明范少辉冯云申景昕刘广路国际竹藤中心国家林业和草原局竹藤科学与技术重点实验室北京100012

【目的】土壤微生物群落结构对外界环境变化敏感,不同的植被类型、气候类型、经营管理措施、土地利用方式、地形梯度等显著影响土壤微生物群落结构。本研究采用新的采伐模式对毛竹Phyllostachys edulis林进行带状采伐(采伐宽度为3、6、9... 详细信息

【目的】土壤微生物群落结构对外界环境变化敏感,不同的植被类型、气候类型、经营管理措施、土地利用方式、地形梯度等显著影响土壤微生物群落结构。本研究采用新的采伐模式对毛竹Phyllostachys edulis林进行带状采伐(采伐宽度为3、6、9、12 m,长20 m的采伐带),探究带状采伐措施对毛竹林土壤细菌群落物种组成、多样性及系统发育学特征的影响,以评估毛竹林带状采伐经营技术的适用性与合理配置方式。【方法】利用Illumina HiSeq 2500测序平台,采用16S rRNA的V3-V4区段引物对土壤细菌进行高通量测序。【结果】毛竹林带状采伐后,土壤放线菌门(Actinobacteria)的相对丰度在3 m采伐带显著增加(P竹林经带状采伐后短期恢复过程中,所设置的采伐带宽还未达到土壤细菌群落的中度干扰程度,据已有研究成果,若短期内使用带状采伐经营毛竹林可设置9 m采伐带宽,土壤细菌群落的恢复力和抵抗力较强,稳定性较高。

关键词：带状采伐毛竹土壤细菌群落结构多样性

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毛竹花期不同器官内源激素含量的变化

林业科学研究 2013年第3期26卷 332-336页

作者：齐飞艳彭镇华胡陶高健国际竹藤中心竹藤科学与技术重点实验室北京100102

用酶联免疫法测定未开花毛竹和开花毛竹叶、花、枝、秆和鞭中内源激素吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA3)、脱落酸(ABA)和玉米素核苷(ZR)的含量,分析开花毛竹内源激素分布和含量的变化与花形态分化的关系。结果表明:与未开花毛竹相比,成花期(6... 详细信息

用酶联免疫法测定未开花毛竹和开花毛竹叶、花、枝、秆和鞭中内源激素吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA3)、脱落酸(ABA)和玉米素核苷(ZR)的含量,分析开花毛竹内源激素分布和含量的变化与花形态分化的关系。结果表明:与未开花毛竹相比,成花期(6月中旬)开花毛竹叶、枝和秆中的IAA含量显著降低,枝的ABA含量也显著降低,而秆的ZR含量显著升高;扬花期(7月中旬)开花毛竹枝中的IAA含量显著降低,而GA3含量则显著升高。内源激素在开花毛竹各器官中的分布规律:IAA为秆>鞭>枝>花,GA3为花>鞭>枝>秆,ZR为花>枝>秆>鞭,ABA为秆>枝>花>鞭。二级枝中IAA含量显著低于一级枝,而其GA3和ZR的含量高于一级枝。IAA、GA3和ABA在竹杆中的含量呈向基性增加,而ZR则呈向基性减少。在成花期和扬花期ABA、ZR和GA3所占比例高于未开花毛竹,高比例的ABA、ZR和GA3和低比例的IAA可能促进毛竹花的发育。

关键词：形态分化内源激素开花毛竹

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毛竹薄壁细胞组分分布及取向显微成像研究

光谱学与光谱分析 2020年第9期40卷 2957-2961页

作者：冯龙孙存举毕文思任珍珍刘杏娥江泽慧马建锋国际竹藤中心竹藤科学与技术重点实验室北京100102 四川省林业和草原调查规划院四川成都610500 国家林业和草原局管理干部学院北京102600

薄壁细胞是竹材基本组织中的主要细胞类型起到填充及淀粉贮存作用,是竹材中重要的力学承载单元之一。采用共聚焦荧光显微技术对解离后的竹材薄壁细胞形态进行成像观察,透射电子显微镜成像发现薄壁细胞次生壁呈现宽窄交替的同心层状结构... 详细信息

薄壁细胞是竹材基本组织中的主要细胞类型起到填充及淀粉贮存作用,是竹材中重要的力学承载单元之一。采用共聚焦荧光显微技术对解离后的竹材薄壁细胞形态进行成像观察,透射电子显微镜成像发现薄壁细胞次生壁呈现宽窄交替的同心层状结构,且单层厚度在0.2~0.3μm。在此基础上利用532 nm共聚焦显微拉曼光谱成像技术原位状态下研究竹材薄壁细胞壁中木质素、纤维素区域化学,通过C—H伸缩振动(2789~3000 cm^-1)特征峰峰高拉曼成像成功的区分出薄壁细胞复合胞间层以及次生壁,由于空间分辨率限制无法对薄壁细胞次生壁亚层进行区分。通过对薄壁细胞拉曼光谱380 cm^-1(吡喃环C—C—C对称弯曲振动)和1600 cm^-1(木质素苯环伸缩振动)特征峰成像发现其次生壁中纤维素具有明显的区域选择性,而木质素具有明显的区域选择性,主要汇聚于复合胞间层及次生壁内层。与木质素共轭相联的松柏醛/芥子醛,以酯键和醚键与木质素和半纤维素相联的对羟基肉桂酸类与木质素分布规律类似。采用偏振光拉曼成像阐明纤维素微纤丝在薄壁细胞与纤维细胞各亚层中的空间取向差异,拉曼强度比值表明相对于纤维细胞宽层,纤维细胞窄层及薄壁细胞次生壁中纤维素分子更加趋近垂直于细胞轴向,也即是大的微纤丝角。研究结果加深了对毛竹薄壁细胞结构、细胞壁区域化学及分子取向特性的理解,能够为高效精准利用竹材提供重要的理论指导。

关键词：毛竹薄壁细胞微纤丝空间取向组分分布共聚焦显微拉曼光谱