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。
黄藤作为热带地区的重要资源植物,在生态、经济及药用领域均具有显著价值。本研究以海南番加省级自然保护区次生林中黄藤为研究对象,通过样地调查与分析,深入揭示其群落结构特征,为黄藤资源保护和人工培育提供理论依据。结果表明:黄藤群落物种组成丰富,共有69科134属161种。优势科包括豆科、茜草科、棕榈科等,占总种数的47.83%;优势属为榕属、紫金牛属、省藤属等,占总种数的13.66%。种子植物科属均以热带性质占主导,其中热带性质的科有47个,占总科数的77.05%;热带性质的属有108个,占总属数的85.71%。乔木层以榕树、鹅掌柴、紫楠、黄果厚壳桂、青冈、银柴、厚皮树、樟树、两面针和黄杞为优势种;灌木层以黄藤、棕竹、假鹰爪、白藤、杜茎山、短叶省藤、散尾葵、九节、钩枝藤和黄檀为优势种;草本层以棕竹、山姜、黄藤、九节、藤黄檀、杜茎山、假鹰爪、木荷、朱砂根和锡叶藤为优势种。灌木层物种多样性最高,草本层次之,乔木层最低。该黄藤群落不仅为区域生物多样性研究提供天然的研究对象与样本来源,支撑黄藤种群的自然更新与生境的持续维系;同时也是一个天然的种质资源库,可通过建立样本库(种子、幼苗、成年植株组织)与数字信息库(种源产地、生长环境参数、形态及遗传特征),逐步完善不同种类和生长阶段的黄藤种源信息储备,对人工种植黄藤和天然藤本植物群落的可持续经营与管理具有重要意义。
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。
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。
魔芋(Amorphophallus spp.)是我国重要的药食同源经济作物,然而其产业发展长期受软腐病威胁,魔芋软腐病被称为魔芋的“癌症”。海南作为新兴魔芋种植区,目前对魔芋软腐病病害流行规律及病原菌种群结构尚未明确,严重制约产业可持续发展。本研究开展海南魔芋软腐病病害调查和病原菌分离鉴定,旨在为海南魔芋软腐病高效绿色防控提供科学依据。对海南6个市(县)魔芋软腐病病害进行调查,结果表明:儋州试验场三队发病率最高(46.01%),文昌种植基地较低(8.25%)。结合形态学、分子生物学(16S rDNA、proA、gapA和mdh多基因系统发育分析)鉴定及病原菌分布调查,发现病原菌为方中达迪基氏菌(Dickeya fangzhongdai,占88.64%)、环状果胶杆菌(Pectobacterium aroidearum,占6.82%)和芋头果胶杆菌(P.colocasium,占4.54%)。致病力测定显示,D.fangzhongdai的致病力普遍高于其他病原菌;室内药剂筛选表明,0.3%四霉素对D.fangzhongdai的抑制效果最佳,最低抑制浓度(MIC)为1.825 μg/mL,80%乙蒜素(MIC为25 μg/mL)和25%溴菌腈(MIC为125 μg/mL)次之。通过盆栽接种试验测定魔芋响应D.fangzhongdai侵染过程中相关防御性抗氧化酶与丙二醛的动态变化,结果表明,侵染72 h后,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性分别达182.57 U/g和300.33 U/g,分别比对照提高2.27倍和7.03倍;过氧化氢酶(CAT)活性在24 h达峰值(1093.67 U/g),后期降至658.01 U/g(72 h);丙二醛(MDA)含量随侵染时间递增,72 h时较对照增加30.51%,β-半乳糖苷酶(β-GAL)活性持续上升[97 nmol/(min·g)],比对照组增加36.86%。
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。
为解决传统胡椒加工附加值低、胡椒油树脂流动性差、冻干青胡椒油树脂提取与乳化工艺不完善等问题,本研究以冻干青胡椒为原料,采用超声波-微波协同萃取制备胡椒油树脂,利用气相色谱-质谱联用技术(环己酮为内标)分析其挥发成分,选用吐温80与司盘80复配乳化剂体系,考察pH、离子强度及含水量对乳液稳定性的影响。结果显示:胡椒油树脂共检测出37种挥发性化合物,主要为单萜烯和倍半萜烯类,其中β-石竹烯(210.83 mg/mL)成分含量最高;复配乳化剂的理想HLB值约为11,在为pH 8.0~9.0、不添加NaCl、含水量为95%的条件下,乳液粒径较低且理化性质稳定。本研究优化了冻干青胡椒油树脂的提取与乳化工艺,为其开发利用及胡椒产业精深加工升级提供技术支撑。
为提升蝴蝶兰花朵数量与开花品质,本研究探讨抽梗前后喷施6-BA或多梗素对不同品种开花性状及花梗侧枝的调控效果。试验选用1个大花型品种和6个小花型品种,分别于抽梗前喷施400 mg/L 6-BA或多梗素(200倍液),并于抽梗后喷施200 mg/L 6-BA,测定抽梗时期、双梗率与多梗率、花梗长度、花朵数量、花梗侧枝数、消蕾率等开花指标。结果表明:抽梗前喷施6-BA或多梗素均可显著促进小花型品种抽梗,提高其双梗率与多梗率(例如,金边玲珑多梗率达100%),但会减少部分品种的花梗侧枝数。大花型品种大辣椒对多梗诱导反应不敏感,其双梗率仅为3.3%,但抽梗时期较对照提前20 d。抽梗后喷施6-BA虽延迟开花,但能显著增加小花型品种的花序长度、花朵数量、花梗侧枝数及最长侧枝长度,同时也引起不同程度的消蕾现象,其中金边咖啡的消蕾率高达59.2%。综上,6-BA对蝴蝶兰开花的影响存在显著品种差异与处理的时期效应:抽梗前处理有利于诱导小花型品种形成多梗,提高抽梗整齐度,多梗素与6-BA效果相近;抽梗后处理可优化小花型品种的花序结构,但需注意消蕾风险,生产中应根据品种特性与栽培目标选择适宜的处理时期。
香蕉具有极高的营养与经济价值,但采后易变质,保鲜难度大,且其品质受外部条件影响显著。温度是调控其采后成熟品质的关键因素。中热1号香蕉为本课题组自主培育的抗枯萎病、丰产优质香蕉新品种,但其最佳贮藏温度尚未明确。因此,研究不同温度对中热1号香蕉采后品质的影响,对该品种的产业化具有重要意义。本研究将新鲜采收的中热1号香蕉分别置于14、16、18、20、22、25 ℃温度下催熟,系统观察其成熟特性与淀粉降解动态,并测定失重率、果皮色差、乙烯释放量、硬度、淀粉含量、糖含量等指标,分析贮藏温度对这些品质指标的影响,旨在确定其最佳保鲜温度。结果表明,温度越高,果实转色、失重、脱把、乙烯释放、软化及淀粉降解均越迅速。不同贮藏温度对果糖和葡萄糖含量影响较小,但显著影响蔗糖含量,22、25 ℃处理的蔗糖含量显著高于14、18 ℃处理,其中22 ℃处理的蔗糖含量最高,14 ℃处理最低。14 ℃处理的果实耐储性最强,转黄后色泽稳定,适合长期贮藏与运输;22 ℃处理的果实成熟快、甜度高,但色泽较差;18 ℃处理的果实成熟较快,果色金黄饱满,更适于快速上架销售;25 ℃处理则无法正常褪绿,易脱把,丧失商品价值。
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。