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黑芥子酶(TGG)是一类糖苷水解酶,可水解十字花科蔬菜重要次生代谢物质-芥子油苷(GSLs)形成多种具有生物活性的降解产物.为了鉴定大白菜叶片中黑芥子酶(TGG)家族,探究其在芥子油苷水解方面的作用,本研究利用生物信息学方法在大白菜叶片中鉴定到10个BrTGGs,分布在5条染色体上.启动子分析发现该基因家族启动子区富集了众多与非生物胁迫应答相关的顺式作用元件.基因克隆的结果表明6个BrTGGs基因在相关结构域内具有高度序列保守性,均包含进化保守的黑芥子酶水解活性关键位点谷氨酰胺残基.所有BrTGGs成员在叶片中的相对表达量均高于根部.在叶片组织中,BrTGG5和BrTGG8/9表现出较高的相对表达量;在根组织中,BrTGG2、BrTGG3和BrTGG8/9的表达水平相对较高.体外酶活测定结果显示,BrTGGs过表达材料的芥子油苷降解能力增强,而病毒诱导的基因沉默植株芥子油苷降解能力降低,表明鉴定到的BrTGGs具有芥子油苷水解活性,为后续深入探究其在大白菜抗逆与发育过程中的生物学功能奠定了重要基础.
大白菜TGGs生物信息学表达分析芥子油苷降解
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黄瓜作为一种全球范围内广泛栽培的蔬菜作物,不仅在饮食领域占据重要地位,其独特的生长特性和丰富的营养价值也使它成为农业研究的热点之一.TON1(TONNEAU1)是一种关键的细胞骨架结合蛋白,在植物细胞分裂平面确定、形态建成及器官大小形状调控中发挥核心作用,但其在黄瓜中的同源基因CsTON1的功能尚属未知.本研究对黄瓜CsTON1基因进行了鉴定与分析,结果显示,黄瓜中仅存在一个CsTON1基因,定位于5号染色体上,基因全长为6 989 bp,其CDS区域长度为798 bp,基因结构包含8个外显子.CsTON1蛋白由265个氨基酸残基组成,其分子量约为29.7 kDa.通过生物信息学分析,发现CsTON1蛋白结构不稳定,具有多个磷酸化修饰位点,并且在二级结构组成中,无规则卷曲占据主要比例.系统进化树和多序列比对表明,CsTON1与冬瓜BhTON1的亲缘关系最近,与小立碗藓PpTON1的亲缘关系最远.CsTON1高度保守,含有M1-M8保守基序和TOF、LisH、PLL三个保守结构域.RNA-seq分析和qRT-PCR结果显示,CsTON1在黄瓜各组织中均有表达且在果实中的表达量最高.此外,CsTON1可响应盐胁迫和高温胁迫,同时也响应白粉病原菌和霜霉病菌的侵染.该研究结果为后续开展CsTON1基因在黄瓜中的功能解析提供参考依据.
黄瓜TON1基因生物信息学分析非生物胁迫生物胁迫
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干旱是制约蔬菜生产的非生物胁迫因子,辣椒对干旱胁迫敏感.本研究以"朝天椒 3 号"幼苗为材料,分析 1000 倍、750 倍、500 倍稀释浓度的氨基酸水溶肥处理对干旱胁迫下辣椒幼苗生长及生理特性的影响.结果表明:干旱胁迫显著抑制辣椒幼苗生长,降低叶片叶绿素含量与抗氧化能力,引起膜脂过氧化损伤;增施氨基酸水溶肥可有效缓解干旱胁迫对辣椒幼苗生长的抑制作用,其中 500 倍氨基酸水溶肥处理效果最佳.与单纯干旱处理相比,500 倍氨基酸水溶肥处理下的幼苗株高、单株鲜质量和干质量分别提高34.7％、47.6％和9.0％;叶片总叶绿素含量提升 50.8％;可溶性蛋白、脯氨酸、可溶性糖等渗透调节物质含量显著升高;谷胱甘肽含量、超氧化物歧化酶及过氧化物酶活性分别提高 88.9％、108.2％和 90.9％,丙二醛含量降低 46.0％,膜脂过氧化程度大幅减轻.综合表明,氨基酸水溶肥可通过提高渗透调节物质含量、增强抗氧化系统活性、维持叶片光合色素含量,降低膜脂过氧化程度,缓解干旱胁迫对辣椒幼苗的生长抑制,提升幼苗抗旱性.
辣椒抗旱性氨基酸肥料渗透调节抗氧化系统
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为探明越南伯克霍尔德氏菌B418缓解连作障碍土壤对小油菜生产的限制作用,采用盆栽试验,研究了外源添加B418对连作小油菜的出苗、存活及其根际土壤氮循环相关功能基因和固碳基因的影响,并探讨功能基因与产量的相关性,以期为连作蔬菜增产提供科学依据.结果表明:次生盐渍化轻度障碍土壤Ⅰ(pH 4.3,电导率1 361 μS/cm)和次生盐渍化重度障碍土壤Ⅱ(pH 4.6,电导率2 200 μS/cm)中,B418处理均能提高小油菜出苗率、存活率并增加产量,促使根际土壤固碳基因(cbbL)的绝度丰度增加.土壤Ⅰ中,B418处理固氮酶nifH和氨单加氧酶amoA基因丰度提高,氧化亚氮还原酶nosZ基因丰度降低;土壤Ⅱ中,B418处理nifH基因丰度提高,amoA、亚硝酸盐还原酶基因nirK、nirS和nosZ基因丰度降低,且处理间差异显著,表明外源添加B418可抑制连作小油菜土壤根际硝化作用和反硝化作用.相关性分析结果显示,产量与cbbL和nifH基因丰度呈正相关,与nirK基因丰度呈负相关,与amoA、nirS和nosZ基因丰度呈显著负相关;amoA与nosZ基因丰度呈极显著正相关,表明连作小油菜产量的提高与根际微生物的固碳、氮能力及抑制硝化作用和反硝化作用密切相关.
越南伯克霍尔德氏菌B418连作障碍小油菜氮循环相关基因固碳基因丰度
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[目的]探讨盐氮交互作用下温室大棚白菜光合生理的响应特征,为温室盐渍土白菜高效施肥管理决策及提高白菜产量提供理论依据.[方法]采用温室盆栽试验,设置土壤含盐量(NaCl)和施氮量(N)2个因素,含盐量和施氮量分别设置 4个水平,即 S0(0 g/kg,非盐)、S1(2 g/kg,低盐)、S2(4 g/kg,中盐)、S3(5 g/kg,高盐)和 N0(0 g/kg,无氮)、N1(0.05 g/kg,低氮)、N2(0.10 g/kg,中氮)、N3(0.15 g/kg,高氮),通过双因素交互试验设计,分析16组盐氮交互作用组合对白菜光合生理特性、叶绿素荧光特性参数、土壤理化性质及单株产量的影响.[结果]施氮可以显著提高土壤全氮和有机质含量,尤其是在高盐胁迫下,施氮处理显著促进了土壤有机质的积累,其中高盐高氮(S3N3)处理的土壤有机质含量为21.15 g/kg,较S3N0处理显著提高了51.3％.土壤全氮含量在S0N3下达到最高,为1.14 g/kg,较S0N0处理增加了32.6％.在低盐胁迫下,适量施氮能显著提高土壤中的硝态氮和铵态氮含量,而在高盐胁迫下,土壤中硝态氮的积累更为明显.S1N1处理白菜的净光合速率最高,为14.21 μmol/(m2·s),较S1N0处理显著提高 19.20％.高盐高氮(S3N3)处理则显著抑制了温室白菜的光合作用,其净光合速率降至最低值,为 3.52 μmol/(m2·s).低中盐胁迫条件下,随施氮量增加白菜叶片净光合速率的下降主要表现为气孔限制;高盐胁迫处理下,随施氮量增加净光合速率的下降表现为非气孔限制.盐胁迫增强了白菜光系统Ⅱ反应中心的损伤,最大光化学效率在S3N3处理下降至0.43,显示出对光合作用的极度抑制,低盐胁迫和适宜施氮量对白菜叶片的光合结构有激发促进作用,中盐或高盐胁迫下各荧光参数值均有所降低,说明中盐、高盐胁迫下白菜PSⅡ光系统遭到破坏.白菜单株产量随盐胁迫的增强和施氮量增大呈先升后降趋势,S1N1、S1N2和S2N2处理单株产量显著增加,分别较S0N0处理提高了432.24％,357.36％和376.75％,但高盐胁迫下,过量施用氮肥会导致白菜产量显著下降,S3N3处理白菜的单株产量仅为76.90 g.[结论]在土壤低盐胁迫(2 g/kg NaCl)条件下,低氮(0.05 g/kg N)策略是实现盐碱土温室白菜节肥高产的最优选择.
白菜盐胁迫温室光合特性施肥策略
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[目的]探究富氢水(HRW)对盐胁迫下辣椒幼苗生长和生理指标的影响,为辣椒的设施高效栽培提供理论依据.[方法]以'杭椒1号'辣椒幼苗为材料,采用盆栽试验,设置对照(CK)、HRW、NaCl和NaCl+HRW 4个处理,探究HRW对盐胁迫下辣椒幼苗生长、光合荧光特性、抗氧化酶活性、活性氧(ROS)、细胞膜稳定性及渗透调节物质含量的影响.采用偏最小二乘回归模型(PLS)-变量重要性投影(VIP)分析HRW影响盐胁迫辣椒幼苗生理的关键调控因子.[结果]HRW可以有效缓解盐胁迫对辣椒幼苗的生长抑制,促进幼苗叶片叶绿素积累,提高光合作用能力,同时HRW可以提高辣椒幼苗叶片和根系的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性,并降低叶片和根系的丙二醛(MDA)含量、电解质外渗率(EL)、超氧阴离子(O2·-)和过氧化氢(H2O2)含量.此外,HRW处理可促进盐胁迫下辣椒幼苗叶片和根系的可溶性蛋白(SP)、脯氨酸(Pro)和可溶性糖(SS)的积累,恢复细胞渗透势.PLS-VIP结果表明,叶片SP是HRW缓解盐胁迫下辣椒幼苗生长的最关键调控因子.[结论]HRW对盐胁迫下辣椒幼苗的生长和生理指标有明显影响,HRW主要通过提高盐胁迫下辣椒幼苗的渗透调节能力和抗氧化能力,改善光合作用,从而有效缓解盐胁迫对辣椒幼苗的损伤.
辣椒幼苗富氢水盐胁迫偏最小二乘回归模型
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通用尾巴序列(universal tailed-sequences,UTS)是一种通用型引物扩增尾巴序列,其可通过普通引物与荧光通用引物结合实现荧光检测,具有降低引物合成成本的潜力,但尚未建立基于UTS 体系的多作物通用品种鉴定方案,未在标准化品种鉴定场景下进行实际应用,缺少与传统荧光引物体系之间的数据结果对接方案,存在无法与已有荧光数据库兼容的问题.为解决 UTS 分型数据与传统荧光指纹数据库难以互通的问题,建立适配多种作物的标准化 UTS 分子鉴定流程,本研究以荧光毛细管电泳平台为基础,选取不同科属、基因组大小不等及染色体倍性不同的 7 种作物(高粱、向日葵、白菜、甜瓜、玉米、陆地棉、普通小麦)为试验材料,构建基于 UTS 的作物品种鉴定通用检测方案.通过引入 UTS01、UTS02 这 2 条通用尾巴序列,对比 UTS 引物与传统荧光引物的扩增效果,评估 UTS 体系在不同分子标记中的兼容性,并结合参照样品建立 UTS 数据与荧光数据的校正比对方法.UTS 引物在 7 种作物中扩增成功率均高于 90.0%,在甜瓜中高达100.0%;UTS 扩增结果与荧光引物高度一致,线性拟合关系稳定,重复样品峰型、分型结果一致,表明其在多作物和多标记条件下具有较好的稳定性和重复性.对个别扩增表现不佳位点,可通过更换 UTS 序列进行优化.基于 UTS 专用 panel 和参照样品校正,可实现 UTS 结果与既有荧光指纹数据的兼容比对,也可支持 UTS 数据独立建库.UTS 通用检测体系兼具高通量、低成本、高通用性的特点,实现了多作物检测体系的均一化,可为无鉴定标准的小作物快速建立标准化检测体系提供技术支撑,也为作物品种权保护、种子质量管理、种质资源鉴定及分子标记辅助育种提供了全新的技术方案.
品种鉴定荧光毛细管电泳通用尾巴序列DNA指纹数据库
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[目的]荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)生物被膜的形成会加速水产品的腐败进程,引发食品安全风险.本研究旨在筛选对荧光假单胞菌生物被膜形成具有良好抑制作用的乳酸菌.[方法]本研究先从发酵蔬菜制品中分离乳酸菌,再以荧光假单胞菌 21F26 为指示菌,通过牛津杯法进行初筛,再以结晶紫染色法进行复筛,然后利用 16S 核糖体DNA(16S rDNA)测序结合系统发育树鉴定筛选得到菌株,并利用全基因组测序技术分析该菌株的遗传信息.[结果]从发酵蔬菜制品中筛得 1 株对指示菌生物被膜具有良好抑制作用的菌株A21[抑制率达(91.55±3.74)%].该菌株被鉴定为植物乳植杆菌(Lactiplantibacillus plantarum).全基因组测序结果显示,植物乳植杆菌A21 基因组由1 条染色体(全长3 220 179 bp)和 5 个质粒组成,共编码 3 633 个基因.根据功能基因预测结果,该菌株编码 54 个分泌蛋白,以及丰富的糖苷水解酶和糖基转移酶,预测到 3 类次级代谢产物基因簇,包括环内酯自诱导物、萜烯和Ⅲ型聚酮合酶.[结论]本研究筛选获得对荧光假单胞菌生物被膜形成具有良好抑制作用的植物乳植杆菌 A21,该结果可为荧光假单胞菌生物被膜的绿色安全防控提供理论参考,同时丰富了乳酸菌源生物被膜抑制剂资源.
抗生物被膜活性荧光假单胞菌生物被膜乳酸菌筛选全基因组分析
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背景:痛风现有治疗药物有较大不良反应,因此寻找新的痛风潜在靶点和靶向治疗药物尤为重要.
目的:通过结合可成药基因数据集和孟德尔随机化、共定位分析等方法确定痛风的遗传靶点,预测具有潜在治疗作用的化合物和中药,为深入探究中国人群痛风发病机制提供依据,为痛风的临床治疗和新靶向药物开发提供思路.
方法:通过由芬兰国家基因研究项目构建的芬兰数据库FinnGenR11获得痛风相关数据集,使用由布里斯托大学医学研究理事会综合流行病学单位开发的全基因组关联研究(GWAS)目录网站获取暴露因素的血液表达数量性状位点数据,进行孟德尔随机化分析确定潜在靶点;通过共定位分析确定痛风关键易感基因;通过基因本体论和京都基因与基因组百科全书富集分析探索基因功能,通过蛋白互作网络筛选互作密切靶点;使用由美国圣路易斯华盛顿大学医学院开发的药物-基因相互作用数据库预测具有潜在治疗作用的化合物,通过分子对接预测化合物和核心靶点的结合程度,使用PubGene公司创立的Coremine Medical数据库预测筛选核心基因相关治疗中药,所使用数据库均为公开资源.采用单钠尿酸盐晶体诱导的RAW264.7细胞作为痛风细胞模型,初步验证关键基因的表达和化合物的干预效果,通过CCK-8实验和细胞侵袭实验筛选安全剂量和最佳给药浓度,ELISA测定炎症因子水平,实时荧光定量反转录PCR检测关键靶点和通路的mRNA表达.
结果与结论:①孟德尔随机化分析确定了40个与痛风显著相关的潜在基因靶点;共定位分析确定了Jun原癌基因为痛风关键易感基因;蛋白互作网络显示Jun原癌基因、丝裂原活化蛋白激酶3和3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶互作关系密切;②基因本体论和京都基因与基因组百科全书富集结果显示潜在靶点主要通过调节丝裂原活化蛋白激酶、肿瘤坏死因子、ErbB、白细胞介素17、缺氧诱导因子1、Toll样受体等信号通路,干预细胞外信号调节激酶1/2级联反应的正向调控、谷胱甘肽代谢、泛素蛋白的调节等过程发挥作用;③根据潜在靶点预测出辣椒素、5,6-苯并黄酮、L-谷氨酸、槲皮素、和厚朴酚、山柰酚、肉桂醛和穿心莲内酯等372种具有潜在干预作用的化合物;④分子对接显示辣椒素和5,6-苯并黄酮与Jun原癌基因等核心靶点结合度较高;⑤预测得到苍术、厚朴、土茯苓、泽泻、丹参等79味潜在靶向中药,功效主要集中在清热解毒、活血化瘀和祛痰化湿;⑥细胞实验中CCK-8和细胞侵袭实验结果显示辣椒素的最佳安全给药剂量为50 μmol/L,模型组中关键基因Jun原癌基因的表达显著上调,同时辣椒素可以显著下调Jun原癌基因以及c-Jun氨基末端激酶、细胞外信号调节激酶1/2、p38等丝裂原活化蛋白激酶通路相关mRNA的表达,降低细胞上清白细胞介素6、白细胞介素1β和肿瘤坏死因子α的水平;⑦数据挖掘结果提示辣椒素、5,6-苯并黄酮等化合物和苍术、土茯苓等中药可能通过干预Jun原癌基因、丝裂原活化蛋白激酶3等靶点,调节肿瘤坏死因子、Th-17、缺氧诱导因子1等通路和丝裂原活化蛋白激酶级联反应、蛋白泛素化和谷胱甘肽代谢等过程发挥干预痛风的作用,其中关键易感基因JUN可作为潜在的痛风诊断标志物,以清热解毒为主结合活血化瘀等治法可作为痛风治疗的关键;⑧细胞实验初步验证了JUN基因和丝裂原活化蛋白激酶通路在痛风细胞模型中的表达以及辣椒素的干预作用,为下一步痛风诊疗靶点和新药物的开发提供基础和依据.
痛风可成药基因孟德尔随机化药物预测中药预测共定位Jun原癌基因辣椒素丝裂原活化蛋白激酶信号通路
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当前吉林省辣椒产业普遍存在主栽品种种性退化、抗病性持续减弱、果实商品性状与市场多元化需求匹配度不足的问题,吉林市农业科学院以自育系SZ69 为母本、自育系HY17-8 为父本进行杂交选育而成辣椒新品种九椒 8 号.该品种中熟,果实方灯笼型,青熟果绿色,生理成熟果红色,果长 10.18 cm,果径 7.42 cm,果肉厚 0.7 cm,心室数量 3～4 个,单果重 147.33 g左右,平均总产量5 041.49 kg/亩,商品果维生素C含量 131 mg/100g,辣椒素含量为 0.032 g/kg.田间病害调查发现,该品种对TMV表现中抗、对CMV表现为中抗,适宜在吉林地区春季种植.
辣椒新品种选育栽培技术
