PYR/PYL/RCAR(PYL)基因家族作为脱落酸(ABA)的核心受体,在植物响应干旱等非生物胁迫的信号通路中发挥关键调控作用。割手密(Saccharum spontaneum L.)作为甘蔗抗逆育种的重要野生近缘种,蕴藏丰富的抗旱遗传资源,但目前其PYL基因家族的系统鉴定与功能分析尚未见报道。本研究基于割手密基因组数据(Saccharum spontaneum Np-X 2021),通过生物信息学方法鉴定SsPYL基因家族成员,系统解析其理化性质、染色体定位、进化关系、基因结构、保守基序及启动子顺式作用元件,并结合实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分析其核心成员在干旱胁迫下的表达模式。结果显示,在割手密基因组中鉴定到32个SsPYL基因,命名为SsPYL1~SsPYL32,其编码蛋白氨基酸长度为149~385个,多数为酸性亲水性蛋白,主要定位于细胞质,二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主。此外,SsPYLs在染色体上呈不均匀分布,片段重复是其家族扩张的主导机制,且与水稻OsPYL基因家族存在54对共线性基因,体现单子叶植物中该家族的进化保守性。系统进化分析结果显示,32个SsPYL分为3个亚家族,同一亚家族成员具有相似的保守基序组成和基因结构,所有成员均含PYR_PYL_RCAR_like标志性结构域。SsPYL基因启动子区富含ABRE、ARE、LTR等激素响应和非生物胁迫相关顺式作用元件;干旱胁迫下,8个SsPYL基因SsPYL1、SsPYL3、SsPYL4、SsPYL6、SsPYL8、SsPYL14、SsPYL19和SsPYL24的表达量极显著上调(P<0.01),其中SsPYL8、SsPYL14、SsPYL19上调幅度超过5倍,推测其为割手密抗旱调控的关键候选基因。本研究系统解析割手密SsPYL基因家族的分子特征与干旱响应模式,为深入探究其在ABA介导的抗旱信号通路中的功能机制提供理论依据,同时为甘蔗抗旱性遗传改良提供重要基因靶点。
为了解不同生长发育时期莲雾果皮的代谢物差异,本研究分别测定谢花后15 d(S1)、30 d(S2)、45 d(S3)、60 d(S4)莲雾果皮的广泛靶向代谢组,筛选差异代谢物并进行代谢通路分析。结果表明:莲雾果皮中共检测出946种代谢物,其中氨基酸及其衍生物177种、类黄酮140种、糖类及其衍生物和有机酸及其衍生物各96种、脂质89种、核苷酸及其衍生物65种,其他代谢物283种。S1 vs S2、S2 vs S3、S3 vs S4、S1 vs S3、S1 vs S4、S2 vs S4中分别有65、88、59、88、112和103种差异代谢物和6种共同差异代谢物,其中5种属于氨基酸及其衍生物,1种属于类黄酮。在不同生长发育时期的莲雾果皮中,前4类差异代谢物分别为氨基酸及其衍生物、类黄酮、糖类及其衍生物、脂质。随着莲雾果实生长发育,果皮中的类黄酮、糖类及其衍生物差异代谢物种类先减少后增加,脂质代谢物种类先增加后减少,大多数类黄酮代谢物下调,糖类及其衍生物代谢物上调。S2 vs S3中脂质差异代谢物种类较多,S3 vs S4中只有1种脂质差异代谢物。莲雾果皮差异代谢物主要富集在淀粉和蔗糖生物合成、苯丙氨酸生物合成、D-氨基酸生物合成、半乳糖生物合成、萜类和类固醇生物合成等代谢通路上。本研究为莲雾果实品质调控和最佳采收时期确定提供理论支持和数据参考。
颗粒结合淀粉合成酶I(MeGBSSI)是木薯直链淀粉合成的关键酶,主要催化葡萄糖单元在淀粉颗粒上通过α-1,4-糖苷键形成直链淀粉。然而,MeGBSSI与其他淀粉合成相关酶如何协同调控淀粉生物合成的机制仍不明确。本课题组前期通过酵母双杂交技术推测可溶性淀粉合成酶MeSSV为MeGBSSI的潜在结合蛋白。本研究以木薯主栽品种华南8号(SC8)为材料,克隆MeGBSSI和MeSSV基因,构建酵母双杂交载体pGBKT7-MeGBSSI和pGADT7-MeSSV,通过酵母双杂交点对点试验初步验证MeGBSSI与MeSSV之间的互作关系,并采用萤火虫荧光素酶互补(LCA)和双分子荧光互补(BiFC)技术进一步明确二者的直接蛋白互作。结果显示:MeGBSSI和MeSSV基因编码的蛋白序列与测序品种AM560相比,分别发生了4个和2个氨基酸替换;MeGBSSI蛋白对酵母细胞无毒性,且无自激活活性;该蛋白与可溶性淀粉合成酶MeSSV在酵母中发生互作;LCA试验结果显示MeGBSSI与MeSSV共表达后化学信号显著增强;BiFC试验进一步证明二者在植物细胞中能够形成复合体,且互作信号定位于叶绿体。本研究结果为揭示木薯淀粉合成相关酶之间的协同调控机制提供新的视角。
矮化是荔枝重要的育种与栽培性状。本研究以矮化相关的候选基因LcGAMYB23为核心,基于前期QTL定位结果,系统评估MYB家族背景及其分子应用潜力。通过全基因组层面的生物信息学鉴定,共获得151个LcMYB家族成员。保守基序与结构域解析表明,所有成员均含Myb_DNA-binding结构域,表明该家族在荔枝中序列保守性较高。进一步克隆并比对3个乔化荔枝品种(9918、妃子笑、三月红)和3个矮化荔枝品种(糯米糍、鸭姆笼、紫娘喜)的LcGAMYB23序列,发现两类材料在该基因上存在稳定的序列差异。基于差异单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)位点设计分子标记,并在70个品种中验证,结果显示,该标记可在cDNA水平有效区分乔化与矮化类型,且在DNA水平判别结果一致。上述结果为荔枝矮化性状的分子分型与分子辅助育种提供了有效工具,并为LcGAMYB23的功能阐释奠定基础。
番茄成熟过程涉及色泽转变、质地软化及风味物质积累等关键农艺性状的协同调控,其分子机制解析不仅是采后生物学研究的核心目标,更是实现果实品质改良与贮藏期精准调控的重要基础。本研究通过多维度实验解析番茄转录因子BEL家族成员SlBEL1、SlBEL2和SlBEL11的功能,系统进化分析与氨基酸序列比对结果表明,SlBEL1/2/11具有高度保守的蛋白结构域,提示其存在潜在功能相似性。时空表达模式分析结果显示,三者在果实成熟关键阶段(破色期至完熟期)呈现同步高表达。利用CRISPR-Cas9基因编辑技术获得SlBEL1、SlBEL2和SlBEL11的单基因及三基因共编辑株系,单基因编辑株系CR-SlBEL1、CR-SlBEL2、CR-SlBEL11均出现果实成熟延迟表型,而三基因同时编辑的株系则导致植株生殖发育异常,无法完成开花结实。此外,逆转录实时荧光定量PCR分析结果表明,SlBEL1/2/11基因影响多个番茄成熟相关基因的表达。上述结果共同表明,SlBEL1/2/11存在功能冗余,协同调控番茄果实成熟进程。该研究为番茄果实成熟期的遗传改良发掘了新靶点。
种质资源是杧果新品种培育与产业持续发展的关键物质支撑,其高效保存与利用对杧果研究具有重要意义。本研究以431份杧果种质为材料,结合不同取样策略和遗传距离,通过UPGMA聚类法筛选杧果核心种质构建的最优取样策略组合,并构建核心种质。结果显示:12对引物的平均有效等位基因数(Ne)为4.0993、平均Shannon's信息指数(I)为1.534、平均Nei's多样性指数(H)为0.7361,表明杧果种质具有丰富的遗传多样性。遗传多样性参数t检验结果表明,位点优先取样策略与Nei & Li遗传距离组合构建的核心种质中,Ne、H、I在所有测试群体中均最高,分别为4.2603、0.7486和1.5855,说明该组合是构建杧果核心种质的最优方法;构建的核心种质包含85份种质,占原种质比例的19.72%,其Ne、I、H的保留率分别达103.93%、103.35%、101.45%,说明核心种质虽在数量上远少于原种质,但在遗传多样性相关指标上表现更优。主坐标轴分析显示,核心种质的分布较均匀地覆盖了原种质在主坐标空间中的分布范围,表明核心种质能够较为全面地保留原种质的遗传多样性特征,具有良好的代表性。
为明确火龙果种质资源花粉形态的遗传多样性特征和种质间的亲缘关系,以63份火龙果种质为研究材料,采用扫描电子显微镜(SEM)观察花粉微观形态,系统测定极轴长、赤道轴长、极赤比等8项性状,通过相关性分析、主成分分析及聚类分析研究其多样性规律。结果表明:63份火龙果花粉均为N3P4C3型,具三孔沟及刺状外壁纹饰,花粉种质间差异主要表现在形状、大小、萌发沟和外壁纹饰等方面。花粉形状为长球形或近球形;极轴长的变化范围为58.82~101.00 μm,赤道轴长的变化范围为52.50~86.54 μm,萌发沟长度变化范围为37.03~82.25 μm,萌发沟宽度变化范围为1.31~8.53 μm,沟间距的变化范围为25.14~53.88 μm,表面突刺密度的变化范围为1.30~3.11个/μm2。数量性状中萌发沟宽度变异系数最大,赤道轴长变异系数最小;相关性分析表明,极轴长与萌发沟长、极赤比均呈极显著正相关,极赤比与沟间距呈极显著负相关;聚类分析表明,在欧氏距离20处将63份种质分为3大类,第1大类包含御红龙等30份资源,第2大类包含云南5号等15份资源,第3大类包含巴马红肉等18份资源。本研究证实火龙果花粉形态具有丰富的遗传多样性,建立了基于孢粉学的火龙果种质分类鉴定技术,可为火龙果种质资源鉴定与遗传育种提供重要理论支撑。
椰枣(Phoenix dactylifera)具有丰富的营养价值,是阿拉伯国家和地区的主要粮食作物,开发利用潜力巨大。椰枣遗传资源对于椰枣产业创新和竞争力提升至关重要,近年来受到科研界广泛关注。尽管相关研究已经取得了阶段性进展,但整体仍处于发展初期。当前,椰枣面临气候变化、品种退化、遗传多样性丧失和病虫害威胁等风险挑战,亟需加快椰枣种质资源的保存、鉴定评价和创新利用等方面的深入研究,以突破产量、抗逆性与品质协同提升的瓶颈。本文系统综述了椰枣种质资源研究现状,涵盖资源收集保存技术、鉴定评价体系和创新利用策略等核心领域,同时深入剖析当前研究瓶颈和挑战,并提出针对性解决方案与未来发展方向。本研究旨在为椰枣种质资源的高效开发和创新利用提供理论支撑和战略方向,助力农业生产效能提升与资源管理优化。
本研究系统探讨了不同施肥处理对橡胶园土壤肥力、酶活性及微生物群落结构的综合影响,以期为橡胶园土壤可持续养分管理提供理论依据。以橡胶品系热研7-33-97为研究对象,设置不施肥(CK)、常规化肥(CF)、有机无机复混肥(OF)以及2种控释比例的缓释肥(SF 25%、SF 50%)共5种处理,通过测定土壤化学性质、酶活性及微生物群落结构,系统探究三者之间的关联性。结果表明:与CF相比,OF处理显著提高了土壤有机质含量(35.40%)、有效磷含量(40.00%)、pH(10.86%)和脲酶活性(54.84%),SF 25%显著提高了有效磷含量(43.00%)和过氧化氢酶活性(19.23%)。SF 50%处理的有效磷含量与CF无显著差异,且显著低于OF和SF 25%处理。微生物群落分析结果显示,各施肥处理间细菌和真菌α多样性差异均不显著,但β多样性分析表明施肥处理对真菌群落结构产生了显著影响。此外,OF与SF 25%处理均提高了酸杆菌门(93.47%、64.58%)、朱氏杆菌属(351.56%、222.53%)、真菌子囊菌门(38.43%、11.13%)的相对丰度,并降低了罗兹菌门的相对丰度。而SF 50%处理降低了球囊菌门(53.70%)的相对丰度。综上,有机无机复混肥(OF)与缓释肥(SF 25%)在提升土壤肥力、酶活性和微生物群落结构方面效果更优异,可作为胶园土壤健康管理的推荐施肥策略。
近年来,本研究团队发现了1个荔枝雄性不育资源(MS1),并报道了其雄性不育现象,但其雄性不育类型尚未明确。本研究以正常季节盆栽荔枝雄性不育系MS1为对照,以反季节盆栽荔枝雄性不育系MS1为研究对象,通过外观观察和石蜡切片的方法,对反季节成花的荔枝雄性不育系MS1花药育性进行鉴定。结果表明:荔枝雄性不育系MS1在高温季节成花,其雄花比例低,且雌、雄花无花粉,并有单性结实能力。本研究明确了荔枝雄性不育系MS1育性对高温季节的稳定性,为鉴定MS1的不育类型提供依据,同时为反季节诱导荔枝成花提供初步技术参考。