分析了146份辣椒(Capsicum spp.)种质资源的形态学性状, 同时利用简单重复序列(SSR)标记分析了其遗传多样性和群体遗传结构。形态学性状多样性分析结果表明, 质量性状和数量性状的变异系数分别为8.22%-267.58%与14.35%- 72.51%, Shannon多样性指数分别为0.04-1.91与1.58-2.02, 说明辣椒种质资源多样性丰富。利用SSR标记从22对引物中检测出102个等位基因, 平均每对引物检测出4.636个等位基因, 有效等位基因变异范围为1.191-5.311, Shannon多样性指数为0.345-2.056, 多态性信息含量(PIC)为0.153-0.795, 146份辣椒种质资源平均遗传距离为0.429。基于表型和分子标记的聚类分析分别将辣椒种质资源分为6类和7类, 但2种聚类结果相关性较弱(r=0.396 7)。群体遗传结构分析将辣椒种质遗传结构分为2组, 不同组之间界限明显。研究阐明了146份辣椒种质资源的遗传多样性和群体遗传结构, 为后续种质鉴定及新品种选育奠定了理论基础。

ABF转录因子是能够特异识别并结合ABA响应元件(ABRE)的碱性亮氨酸拉链蛋白的统称, 参与ABA信号转导。通过对甘蓝型油菜(Brassica napus) BnaABF2基因编码蛋白进行分析, 亚细胞定位结果显示, BnaABF2蛋白定位于细胞核; 酵母系统转录活性分析表明, BnaABF2无转录激活活性; qRT-PCR检测发现, BnaABF2在叶中的表达量最高。此外, 还发现ABA处理、模拟干旱和盐胁迫能够诱导BnaABF2的表达; BiFC结果显示, BnaMPK1/2/6/7/9/12/13能与BnaABF2相互作用。Dual-LUC结果表明, BnaMPK7可能通过磷酸化增强BnaABF2对下游靶基因的转录调控。该研究初步探索了转录因子BnaABF2的基本特性与互作蛋白, 对理解其功能与机制具有一定的理论价值。

CPSF家族蛋白是植物体内mRNA前体中多聚腺苷酸化信号识别、剪切和添加poly(A)的重要因子, 对开花时间调控、环境响应和种子发育等具有重要作用。目前, 甘蓝型油菜(Brassica napus) CPSF家族基因的功能尚不明确。为探究甘蓝型油菜CPSF家族基因的功能和表达模式, 从甘蓝型油菜品种中双11号中克隆得到BnaA02.CPSF6, 并对其进行生物信息学、编码蛋白质亚细胞定位、表达模式和基因功能分析。结果表明, BnaA02.CPSF6基因编码区全长1 938 bp, 编码646个氨基酸残基, 无内含子结构, 其在甘蓝型油菜中有6个同源基因; BnaA02.CPSF6启动子区存在多个参与光反应的顺式作用元件和MYB结合位点; BnaA02.CPSF6在根、茎、叶、花和不同发育时期种子中均有表达, 特别是在发育15-35天的种子中显著高表达, 其编码的蛋白定位于细胞核; BnaA02.CPSF6受盐和干旱胁迫诱导上调表达; 在ABA、IAA、GA₃、SA和MeJA激素处理下, BnaA02.CPSF6基因表达先受到抑制再逐渐恢复至正常水平; 在正常条件下, 在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中过表达BnaA02.CPSF6会出现提前抽薹开花的表型, 且莲座叶数量显著减少。综上所述, BnaA02.CPSF6参与非生物胁迫响应并受植物激素调控, 可能在开花调控中起促进作用。

太行花属(Taihangia)是分布于太行山南段的蔷薇科特有属, 含1种(太行花(T. rupestris)) 2变种(太行花原变种(T. rupestris var. rupestris)与缘毛太行花(T. rupestris var. ciliate))。然而, 这2个变种的分类地位尚存争议, 且该属的演化历史研究较欠缺。采用质体系统发生基因组学手段构建了太行花属系统发生树, 结合分化时间估算对该属起源演化时间进行推断。结果表明, 太行花属是1个获得很高支持的单系, 太行花2个变种各自形成很好的单系, 支持二者各自独立的分类地位。分化时间估算结果表明, 太行花属在上新世-更新世边界附近时期约2.6×10⁶年前开始分化, 2个变种内部谱系分支间的分化则主要发生在更新世后期。结合太行山南段在不同地质时期的隆升历史, 认为太行山南段在上新世与更新世期间的快速隆升可能很大程度地促进了太行花属不同谱系分支的分化。研究结果不仅深化了对太行花属植物演化历史的认识, 还为山体隆升促进山地类群多样性形成提供了新的研究案例。

水稻(Oryza sativa)是世界上最重要的粮食作物之一。提高水稻抗氧化性, 进而提高抗逆性是保障其高产稳产的重要途径。选用籼稻华占(HZ)和粳稻热研2号(Nekken2)及以其为亲本构建的120个重组自交系(RILs), 分别在分蘖期、灌浆期和成熟期测定亲本及其后代剑叶、颖壳及籽粒中羟基自由基清除率、总酚含量、黄酮含量和花青苷含量, 同时基于已构建的高密度遗传连锁图谱进行数量性状基因座(QTL)定位。结果共挖掘到62个与水稻抗氧化损伤有关的QTLs, 其中LOD值最高达4.36。对这些QTL区间内相关候选基因的表达进行定量分析, 结果表明LOC_Os06g01850、LOC_Os12g07820、LOC_ Os12g07830和LOC_Os03g60509等13个基因的表达在不同时期的双亲间差异显著。研究挖掘到众多与水稻抗氧化性相关的QTLs, 为进一步定位并克隆相关基因, 选育抗性强且营养价值高的水稻新品种奠定基础。

DNA甲基化是重要的表观遗传修饰之一, 参与调控植物基因组稳定性、发育及胁迫响应等过程。DNA甲基转移酶是DNA甲基化的关键酶。为了解铁甲秋海棠(Begonia masoniana) DNA甲基转移酶的功能, 采用生物信息学方法从铁甲秋海棠基因组中鉴定出5个编码DNA甲基转移酶的基因。根据序列特征将其分为CMT、MET和DRM三类。不同类别成员的基因序列长度和内含子数量存在明显差异, 但同类成员的基因结构和保守结构域具有高度保守性。这些蛋白均定位于细胞核, 且基因启动子含有大量的光响应、MYB结合及植物激素响应等元件。激素响应模式分析表明, CMT3类在GA、SA和NAA处理下基因表达显著降低, CMT2类在MeJA和NAA处理下基因表达显著降低, 而MET类和DRM类分别在GA和ABA处理下基因表达显著升高。此外, 组织特异性分析发现, 叶片中BmaCMT2-5和BmaDRM2-2的表达量明显高于其它组织器官, 且这2个酶的编码基因与BmaMET1-15在叶片红色部分的表达高于绿叶部分, 推测这3个DNA甲基转移酶可能在叶斑形成过程中发挥重要作用。

为阐明光敏色素家族基因突变对拟南芥(Arabidopsis thaliana)种子萌发时环境适应性的影响, 以野生型(Col-0)种子为对照, 对比了phyA、phyB、phyC、phyD和phyE单突变体种子在12种光温环境下萌发率的差异。结果表明, phyA突变体种子适应在红光下萌发, 而不适应在远红光和高温(35°C)下萌发。phyB突变体种子适应在白光和远红光背景下的低温(15°C)和适温(25°C)下萌发; 而不适应在高温(35°C)下萌发。phyC突变体种子适应在除白光35°C以外的11种光温环境下萌发。phyD或phyE突变体种子适应在低温(15°C)和适温(25°C)下萌发, 而不适应在高温(35°C)下萌发; 适应在红光和白光下萌发, 而不适应在黑暗和远红光下萌发。5个成员中, phyB、phyC和phyD的突变体种子可能丧失光温整合能力, 而phyA和phyE的突变体种子未丧失光温整合能力。综上, 光敏色素家族基因突变导致种子萌发对光、温和光×温的适应性改变, 通过靶向修饰光敏色素家族基因可提升种子萌发对不同生态环境的适应性。

磷是植物生长发育不可或缺的营养元素之一, 正磷酸盐(P)在土壤中含量丰富, 但由于土壤的固定作用, 其中能被植物吸收利用的有效磷含量并不高, 提高植物对土壤磷的吸收利用能力, 或优化磷肥施用, 已成为亟待解决的问题。土壤中亚磷酸盐(PH)的含量仅次于正磷酸盐, 其具有更高的溶解度, 可在植物木质部与韧皮部之间进行双向运输, 不易被土壤固定, 但亚磷酸盐作为磷肥替代正磷酸盐和选育耐亚磷酸盐作物品种的研究鲜有报道。基于此, 该研究选取5份引进的马铃薯(Solanum tuberosum)品种和1个商业品种青薯9号(QS9)为实验材料, 经驯化炼苗后直接栽入试验田, 设置正常磷肥处理和亚磷酸盐替代处理, 测定不同品种的表型、光合作用效率和干物质等指标, 以各单项耐亚磷酸盐系数(PTC)为衡量依据, 利用主成分分析等方法对不同马铃薯品种的PH耐性进行综合评价。结果表明, 6个马铃薯品种可分为高度耐亚磷酸盐型(C115和D13)、弱耐亚磷酸盐型(C20、C31和QS9)和亚磷酸盐敏感型(C80) 3类。该研究评价了不同马铃薯品种对亚磷酸盐的耐受性, 旨在为马铃薯耐亚磷酸盐品种选育和亚磷酸盐新型肥料开发提供科学依据。

植物在生长发育过程中面临各种非生物胁迫。其中干旱胁迫严重影响作物生长, 降低其产量。植物中以TB2/DP1结构域为特征的HVA22蛋白参与调控生长发育和非生物胁迫响应。然而, HVA22在番茄(Solanum lycopersicum)干旱胁迫响应中的功能尚不清楚。该研究探索了番茄SlHVA22l基因的功能。结果表明, 番茄SlHVA22l与其它双子叶植物中的HVA22l同源蛋白具有较高的序列相似性。表达模式分析显示, SlHVA22l基因表达受干旱胁迫和植物激素(ABA和MeJA)诱导。此外, 通过酵母(Saccharomyces cerevisiae)异源表达和病毒诱导基因沉默技术沉默番茄SlHVA22l基因, 验证了SlHVA22l基因的抗旱功能。干旱处理后沉默植株表现出较高的过氧化氢(H₂O₂)和丙二醛(MDA)含量, 以及较低的O₂^-.清除率, 且其超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性较对照显著降低。综上表明, SlHVA22l基因在番茄抵御干旱胁迫中发挥重要作用。

以γ射线诱变籼稻双科早(Oryza sativa subsp. indica cv. ‘Shuangkezao’)获得的早熟鲜绿突变体pe-1为实验材料, 在三叶期和分蘖期进行弱光胁迫, 探讨pe-1与野生型在形态特征、非生物胁迫相关酶活性及其调控基因表达量、叶绿素含量、叶绿体合成与降解及光形态建成相关基因表达对弱光响应的差异。结果表明, 与野生型相比, 弱光胁迫后, pe-1叶片黄化程度显著降低, 株高和叶面积显著增加; 三叶期和分蘖期的叶片中不同叶绿素含量变化不同。此外, pe-1叶绿素含量增加, 且其抗氧化应激反应相关酶过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)的活性及相关基因的表达量均高于野生型, 表明在弱光胁迫下pe-1活性氧清除能力增强, 适应能力更强。pe-1的光形态建成相关基因表达量高于野生型, 表明弱光处理下pe-1的光接收能力更强。综上, pe-1突变体具有抵御弱光胁迫的潜力, 该结果有助于耐弱光水稻品种的选育。

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)是C₄光合关键酶, 有助于植物在非生物胁迫下抵御逆境。异子蓬(Suaeda aralocaspica)是一种无须Kranz结构即可在单细胞中高效执行C₄光合作用的荒漠盐生植物, 在C₃作物遗传改良方面具有天然优势。以转异子蓬SaPEPC2基因烟草(Nicotiana tabacum)为材料, 探讨了其抗旱功能和光合性能。结果表明, 过表达SaPEPC2提高了烟草叶片持水能力, 可保持叶绿素稳定; 积累更多的渗透调节物质, 增强了抗氧化酶活性, 进而降低了植株体内的活性氧水平, 减轻膜损伤程度; 同时还增强了烟草抗旱相关基因和内源光合基因的表达, 提高了PEPC活性和净光合速率, 可能是促进了烟草体内的“类C₄微循环”途径所致。研究结果为进一步利用异子蓬单细胞C₄途径PEPC基因培育高光效抗逆农作物品种奠定了基础。