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农业生物技术学报  2024年 32卷 2期  刊出日期:2024-02-01
 
研究论文与报告
小麦与叶锈菌互作过程中TaGRF1-A基因功能的研究
Study on the Function of TaGRF1-A in the Interaction Between Wheat (Triticum aestivum) and Puccinia triticina
顾佳, 牛泽霖, 王茜, 王冬梅
2024, 32(2): 247-258  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.02.001 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (6604 KB)  ( 22 )
摘要
克隆小麦(Triticum aestivum)抗叶锈病相关基因,深入研究其表达特征,对阐释小麦抵抗叶锈菌(Puccinia triticina)的分子机制意义重大。通过对本实验室前期得到的RNA-seq转录组数据库的分析,发掘了1个14-3-3家族基因,与小麦抵抗叶锈菌侵染密切相关,在亲和与不亲和组合中表达差异明显。为深入了解该基因在小麦抵御叶锈菌侵染过程中的功能,本研究从小麦抗叶锈近等基因系TcLr26中克隆了该基因,经序列比对显示其为小麦中的TaGRF1-A基因。制备TaGRF1-A蛋白的多克隆抗体,Western blot检测分析表明,该抗体能够与小麦中的TaGRF1-A蛋白呈特异性结合,并且在不亲和互作过程中受叶锈菌诱导呈现先上调后下降的表达趋势。利用病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing, VIGS)技术降低不亲和组合中TaGRF1-A的表达量,接种叶锈菌后结果显示,叶锈菌侵染部位的过敏性反应(hypersentive reaction, HR)面积和吸器母细胞(haustorium mother cell, HMC)数量明显增加,在接种叶锈菌15 d后叶片表面出现了叶锈菌夏孢子堆,并且致病相关(pathogenesis-related, PR)基因表达降低。结果表明,TaGRF1-A在小麦抵抗叶锈菌侵染过程中正调控寄主的抗锈性。本研究为进一步探究TaGRF1-A在小麦与叶锈菌互作过程的作用机制提供了参考。
小麦株高全基因组关联分析与候选基因预测
Genome-wide Association Study and Candidate Gene Prediction for Plant Height in Wheat (Triticum aestivum)
车卓, 王鹏, 田甜, 张沛沛, 陈涛, 刘媛, 杨德龙
2024, 32(2): 259-272  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.02.002 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (4118 KB)  ( 28 )
摘要
株高(plant height, PH)是小麦(Triticum aestivum)重要的农艺性状之一,与小麦产量高度相关。为进一步解析小麦株高的遗传基础,本研究对4个环境条件下132份小麦品种(系)株高进行测定,利用小麦35K单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)芯片,基于混合线性模型(mixed linear model, MLM)进行株高的全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)。研究结果显示,小麦株高表型变异受环境影响显著,与环境呈显著相关,广义遗传力(h2B)为0.60。本研究共检测到22个与株高显著关联SNP位点(P≤0.001),其中7个SNP位点在2~3个环境条件下同时被检测到,属于稳定关联SNP位点,主要分布于1A、1B、1D、2D和4A染色体上,每条染色体检测到1~3个稳定关联SNP位点,单个稳定关联SNP位点可解释株高9.15%~15.07%的表型变异。4个稳定关联SNP位点与已报道株高QTL存在重叠,其余3个稳定关联SNP位点可能为新的位点。通过对稳定关联位点上下游1 Mb区间内的265个基因进行水稻(Oryza sativa)同源功能分析,筛选得到7个可能影响株高发育的候选基因。本研究可为小麦株高改良提供新的标记和基因资源。
磷转运蛋白StPHO1.3对马铃薯耐热性的影响及其互作蛋白的筛选
Effects of Phosphorus Transporter StPHO1.3 on Heat Resistance of Potato (Solanum tuberosum) and Screening of Its Interacting Proteins
李万, 李成, 程敏, 吴芳
2024, 32(2): 273-282  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.02.003 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (9081 KB)  ( 10 )
摘要
植物通过磷转运蛋白(phosphorus transporters, PHO)吸收和转运磷元素,磷元素作为植物生长发育必不可少的营养素之一,对作物产量、品质和抗逆性均有重要影响。高温是影响马铃薯(Solanum tuberosum)产量和品质的重要环境因子,为探究磷转运蛋白对马铃薯耐热性的影响,本研究通过农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导法获得了过表达磷转运蛋白基因StPHO1.3的马铃薯转基因株系,比较转基因株系与野生型株系在高温(35 ℃)环境下的生长发育情况发现,过表达StPHO1.3能够增强马铃薯耐热性,对马铃薯生长发育具有促进作用。亚细胞定位结果显示,StPHO1.3在细胞膜上表达;通过酵母双杂交在膜系统文库质粒中筛选StPHO1.3的互作蛋白,并通过双分子荧光互补(bimolecular fluorescence complementation, BiFC)技术进一步验证,结果表明,StPHO1.3与光系统Ⅱ蛋白亚基和钙离子转运相关蛋白均有相互作用。综上所述,过表达StPHO1.3可能通过影响光合作用和信号转导,从而增强马铃薯抵御高温胁迫的能力,促进马铃薯生长发育。本研究为深入理解磷转运蛋白的功能提供了理论依据和参考。
陆地棉磷脂酶C基因家族的鉴定及其在棉纤维发育过程中的表达分析
Identification of Gossypium hirsutum PLC Gene Family and Its Expression Analysis During Fiber Developmental Stages
窦玲玲, 牛换换, 郑凯
2024, 32(2): 283-298  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.02.004 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (8629 KB)  ( 23 )
摘要
磷脂酶C (phospholipase C, PLC)是参与磷脂酰肌醇4,5-二磷酸水解的酶,其下游产物介导Ca2+和蛋白激酶C的信号转导。本研究利用磷脂酶C的隐马尔可夫模型(PF09279和PF04185)从陆地棉 (Gossypium hirsutum) '农大棉8号' (NDM8)基因组中鉴定到28个GhPLC基因家族成员。蛋白质序列系统发育分析将GhPLC家族成员分为PIPLC (16个)和nPLC (12个)两大亚组;基因复制分析显示,50%的GhPIPLC和92%的GhnPLC基因起源于片段重复,且受到纯化选择;GhPLC家族基因上游2 000 bp序列启动子顺式作用元件分析显示,所有的GhPLC基因启动子均含有应答植物激素或非生物胁迫的顺式作用元件,表明其可能被植物激素或非生物胁迫诱导表达;qPCR结果显示,15个含有响应赤霉素的顺式作用元件的GhPLC基因中的14个可以被赤霉素诱导上调表达;含有响应生长素的顺式作用元件的15个GhPLC基因中的14个可以被生长素类似物诱导上调表达;25个GhPLC家族基因在棉纤维起始和伸长阶段上调表达,占GhPLC基因家族成员的89%。本研究为后续深入研究GhPLC基因在棉纤维起始和伸长过程中的功能提供了参考。
茭白'浙农7号'不同生长阶段的叶片转录组学及激素水平分析
Analysis of Transcriptomics and Hormone Levels of Jiaobai 'zhenong 7' in Different Growth Stages
张珏锋, 李芳, 钟海英, 陈建明
2024, 32(2): 299-310  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.02.005 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (4193 KB)  ( 8 )
摘要
茭白是由菰黑粉菌(Ustilago esculenta)侵染刺激菰(Zizania latifolia)植株,使其内源激素发生变化,促使寄主进入孕茭阶段并刺激植株茎秆部膨大而形成。明确茭白不同生长阶段生育期激素以及转录组水平差异,对发现与茭白生育期调控相关的功能基因有重要意义。本研究采用Illumina平台测序技术对茭白新品种'浙农7号' ('zhenong 7', ZN7)分蘖前期、分蘖末期、孕茭前期、孕茭末期4个生长阶段进行转录组测序分析。结果表明,4个生长阶段共筛选出差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs) 194个;4个生长阶段排名前30的单一基因 GO (Gene Ontology)分类结果显示,在level 2水平上,以归类于植物对光反应的GO条目在各组比对中居多,包括细胞对强光的反应(cellular response to high light intensity)以及细胞对紫外线-A (ultraviolet-A, UV-A)的反应(cellular response to UV-A)等;KEGG富集分析结果表明,差异表达基因主要参与光合作用及光合作用-触角蛋白及光合生物中的碳固定等。比较4个生长阶段内源激素含量发现,赤霉素(gibberellin, GA3)、生长素(auxin, IAA)、脱落酸(abscisic acid, ABA)和细胞分裂素(cytokinin, CTK)在茭白生长各阶段的含量变化趋势并不一致。赤霉素在孕茭期的含量显著高于分蘖期(P<0.05);生长素与脱落酸含量在各个时期变化趋势基本一致,均为分蘖末期>分蘖前期>孕茭期;细胞分裂素的含量在分蘖前期达到顶峰,显著高于分蘖末期及孕茭期(P<0.05),而其余3个阶段之间并无显著差异。研究结果为阐明茭白不同生长阶段关键基因及其调控机理提供科学依据。
掌叶覆盆子4CL基因家族鉴定及表达分析
Identification and Expression Analysis of 4CL Gene Family in Rubus chingii
郑飞雄, 陈俊宇, 江林琪, 赵佳莹, 吕嘉怡, 俞振明
2024, 32(2): 311-321  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.02.006 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (4790 KB)  ( 19 )
摘要
4-香豆酸辅酶A连接酶(4-coumarate coenzyme A ligase, 4CL)是苯丙烷代谢途径的关键性限速酶,可以调控黄酮、花青素和木质素的合成,对植物应对不良环境胁迫具有重要作用。为研究掌叶覆盆子(Rubus chingii) 4CL基因家族的生物学功能,本研究通过生物信息学的方法,在掌叶覆盆子基因组中鉴定得到4CL家族基因,对各成员进行理化性质和亚细胞定位预测、染色体定位、系统进化、基因结构和保守基序、蛋白二级结构以及顺式作用元件等分析,并检测其在掌叶覆盆子不同组织器官和不同生长时期的表达水平,以揭示掌叶覆盆子中4CL基因家族的成员特性和表达模式。结果表明,掌叶覆盆子4CL基因家族有6个成员,理化性质较为相似,基因结构保守,被分成3个亚家族,不均匀地分布于2、3、4、5和7号染色体上。Rc4CL基因启动子区域存在多个顺式作用元件,响应生长素、赤霉素、茉莉酸、脱落酸、光照、厌氧、干旱等多种激素或胁迫诱导。Rc4CL家族基因在不同组织器官中的表达存在显著差异,Rc4CL1Rc4CL2Rc4CL3Rc4CL4在根中高丰度表达,Rc4CL5Rc4CL6在果实中高丰度表达。在果实不同发育阶段的表达也存在显著差异,Rc4CL1Rc4CL2Rc4CL3的表达水平在果实发育后期呈下降趋势;Rc4CL2Rc4CL5Rc4CL6在果实发育后期表达水平较高,表明其在果实成熟中起着重要的作用。本研究为深入研究掌叶覆盆子Rc4CL基因及其生物学功能提供参考。
森林郁闭度和凋落物对延胡索生长和土壤酶化学计量的影响
Effects of Forest Canopy Density and Litter Manipulation on Corydalis yanhusuo Growth and Soil Enzyme Stoichiometry
张文卓, 张前前, 俞叶飞, 迟晓立, 何安国, 王雨齐, 吕强锋, 李永春
2024, 32(2): 322-333  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.02.007 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (3281 KB)  ( 9 )
摘要
森林较高的郁闭度致使光照不足,以及林下较厚的凋落物层产生的化感作用,是影响杉木(Cunninghamia lanceolata)林下草本植物种子萌发和幼苗生长的主要因素。本研究以人工杉木林下药用植物野生延胡索(Corydalis yanhusuo)为研究对象,采用两因素裂区试验设计探究郁闭度(低, 中和高)和凋落物(去除和保留)对林下土壤酶化学计量限制和延胡索生长特性的影响。结果表明,杉木林郁闭度降低,光强增加,显著增加了延胡索株高(24%~27%)、叶绿素相对含量SPAD (soil and plant analyzer development)值(11%~33%)、净光合速率(28%~39%)、气孔导度(28%~35%)、胞间二氧化碳浓度(10%~24%)等植物生理指标,但凋落物处理对延胡索生长参数无显著影响。但是,在低郁闭度下,凋落物保留处理提高了土壤可溶性有机氮(11%~21%)的含量,且提高了土壤β-1,4-葡萄糖苷酶(β-1,4-glucosidase, BG)、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(β-1,4-N-acetylglucosaminidase, NAG)和亮氨酸氨基肽酶(leucine aminopeptidase, LAP)酶活性。郁闭度与凋落物的交互作用对延胡索株高、SPAD值有显著影响(P<0.01),对土壤碳氮磷含量有显著影响,对土壤BG、NAG、LAP、酸性磷酸酶(acid phosphatase, AP)活性有显著影响(P<0.01)。进一步分析表明,土壤酶化学计量比BG/(LAP+NAG)和(LAP+NAG)/AP均小于1,说明土壤缺乏微生物可利用的磷,表现为磷营养限制。在凋落物保留处理下,随着郁闭度增加,土壤BG/AP比例降低,表明降低郁闭度和保留凋落物能缓解土壤磷营养限制。回归分析表明,土壤BG/AP与延胡索株高、SPAD值、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率呈显著正相关,表明较低的郁闭度和凋落物保留处理可缓解土壤微生物磷营养限制,促进植物生长。本研究可为延胡索及其他濒危野生植物种群的回归生境适宜性探索提供理论依据。
瘦素及其受体在牦牛附睾的时空表达特性
Temporal and Spatial Expression Characteristics of Leptin and Its Receptor in Yak (Bos grunniens) Epididymis
王晓艳, 崔燕, 余四九, 马睿, 何俊峰, 张虔, 龙敏
2024, 32(2): 334-343  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.02.008 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (18166 KB)  ( 10 )
摘要
瘦素(leptin)及瘦素受体(leptin receptor, LEPR)在雄性动物生殖调控中发挥重要作用。为探究Leptin及LEPR在性成熟前后牦牛(Bos grunniens)附睾头、体、尾中的分布特点及表达动态,本研究采集性成熟前(幼年)及性成熟后(成年, 老年)牦牛附睾不同部位(头, 体, 尾),利用qPCR、Western blot和免疫组织化学染色方法检测Leptin及LEPR在不同年龄牦牛附睾头、体、尾中的分布及表达水平。免疫组化结果显示,Leptin和LEPR主要表达在附睾上皮、基底细胞和平滑肌细胞,其中附睾上皮呈强阳性表达;qPCR结果显示,LeptinLEPR在幼年牦牛附睾头、体和尾的基因表达量显著高于成年和老年(P<0.05),同时发现,LeptinLEPR在幼年附睾尾表达量显著高于附睾头和附睾体(P<0.05),瘦素及其受体在幼年牦牛的附睾头和附睾体中差异不显著(P>0.05);Western blot结果显示,Leptin及LEPR蛋白在不同年龄牦牛附睾中均有表达,其表达量在幼年组最高,从幼年、成年及老年,依次呈递减趋势,且各年龄之间差异显著(P<0.05);同时发现,Leptin及LEPR蛋白在幼年附睾尾部表达量最高,两种蛋白在幼年附睾头与附睾体之间差异不显著(P>0.05);Leptin及LEPR蛋白在成年和老年附睾中的表达量为附睾尾>附睾头>附睾体,且各部位之间差异显著(P<0.05)。结果表明,牦牛性成熟前后附睾中的Leptin及LEPR表达量发生显著变化,并且性成熟后维持在一定水平持续表达至老年,在附睾不同区段的表达也存在差异,附睾尾表达相对最高,说明尾部环境具有较高的Leptin浓度。Leptin及LEPR在牦牛附睾中的时空表达差异提示二者对于牦牛精子的成熟、存储和能量保存方面具有重要意义,本研究为探究高原环境下雄性牦牛的生殖调控机制提供研究资料。
牦牛STAG3基因克隆及其在不同年龄段牦牛睾丸中的表达定位
Clone of STAG3 Gene and Its Expression and Localization in Yak (Bos grunniens) Testis with Different Ages
石军, 陈文丽, 白旭, 李建富, 袁宝, 赵兴绪, 张全伟
2024, 32(2): 344-354  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.02.009 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (10341 KB)  ( 12 )
摘要
基质抗原3 (stromal antigen 3, STAG3)是黏连蛋白复合体的重要成分之一,在动物卵泡发育、卵巢早衰和癌症发生等生物学过程中发挥重要调节作用,其在牦牛(Bos grunniens)生殖和发育过程中的作用尚不明确。本研究以不同岁龄(2, 4, 6和8岁龄)牦牛睾丸组织为材料,通过反转录PCR (reverse transcription-PCR, RT-PCR)克隆STAG3基因编码区序列(CDS),利用STRING蛋白质互作数据库(STRING: functional protein association networks)和基因本体(Gene Ontology, GO)预测分析STAG3互作蛋白及生物学功能;通过苏木精-伊红(hematoxylin-eosin, HE)染色观察不同年龄牦牛睾丸组织形态结构;免疫组织化学(immunohistochemistry, IHC)染色和qRT-PCR分析STAG3分布及表达规律。结果显示,牦牛STAG3基因CDS区全长3 679 bp,开放阅读框为1 659 bp,编码552个氨基酸,蛋白无跨膜结构区,可能参与第一次减数分裂、联会复合和染色体浓缩等生物学过程;STAG3蛋白在各年龄段牦牛睾丸组织中均有表达,主要定位于初级精母细胞和次级精母细胞;2岁龄牦牛睾丸组织STAG3表达最高,且随年龄增长表达逐渐降低。结果表明,STAG3在动物进化中较为保守,各年龄段牦牛睾丸组织均有表达,其可能在牦牛生殖过程中发挥重要作用。本研究为解析牦牛生殖过程中STAG3功能及调控机制提供了参考依据。
低浓度猪链球菌溶血素诱导猪肾细胞凋亡方式研究
Study of Apoptosis Mode of Porcine Kidney Cells Induced by Low Concentration Suilysin
戴世馨, 赵勤, 徐魁, 牟欣然, 杜森焱, 伍锐, 文翼平, 黄小波, 颜其贵, 曹三杰
2024, 32(2): 355-366  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.02.010 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (11045 KB)  ( 4 )
摘要
猪链球菌(Streptococcus suis)是一种危害严重的人畜共患病原菌,猪链球菌溶血素(suilysin, Sly)在猪链球菌的侵袭和致病中起关键作用,对多种类型的细胞具有毒性作用,但目前关于Sly的细胞毒性机制研究较少。为了探讨低浓度(0.3~0.6 μg/mL) Sly诱导猪肾细胞PK-15 (porcine kidney-15)的死亡方式,本研究首先采用原核表达并纯化获得重组猪链球菌溶血素(recombinant suilysin, rSly),通过乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase, LDH)释放检测rSly对PK-15细胞的毒性作用,并针对4种常见程序性细胞死亡方式,利用qPCR、间接免疫荧光、Werstern blot和流式细胞术对rSly作用于PK-15细胞12及24 h诱导的细胞死亡方式进行验证。结果显示,成功表达具有较高溶血活性(溶血单位为214)的rSly毒素蛋白,确定其对PK-15细胞的毒性作用呈浓度依赖性,并且发现rSly作用PK-15细胞12和24 h均引起PK-15细胞凋亡相关基因—半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3 (cysteine aspartic acid specific protease 3, Caspase 3)、Caspase 9的转录水平显著升高(P<0.05),细胞凋亡率与rSly浓度呈正相关,0.6 μg/mL rSly作用PK-15细胞24 h,细胞凋亡率从9.35%增至49.9%;自噬关键基因—微管相关蛋白轻链3B (microtubule associated protein 1 light chain 3β, LC3β)基因转录水平无明显变化且无自噬小体形成;焦亡关键基因—胃泌素D (gasdermin D, GSDMD)的转录水平无明显变化且GSDMD蛋白未发生明显切割;坏死性凋亡相关基因下调,且磷酸化混合系列蛋白激酶样结构域蛋白(phosphorylated mixed lineage kinase domain-like protein, p-MLKL)表达水平受到抑制。上述结果提示低浓度rSly诱导PK-15细胞死亡的方式主要是凋亡。本研究丰富了Sly毒性作用的细胞模型,有助于揭示参加猪链球菌感染发展的分子机制。
运输应激对山羊胃壁组织细胞凋亡及凋亡相关基因Bcl-2Bax表达的影响
Effects of Transport Stress on Apoptosis and Expression of Apoptosis-related Genes Bcl-2 and Bax in the Gastric Wall Tissues of Goat (Capra hircus)
胡威, 刘犇, 郑文亚, 方满新, 胡迎东, 章志涛, 张雯苑, 叶恬
2024, 32(2): 367-378  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.02.011 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (15033 KB)  ( 5 )
摘要
随着山羊(Capra hircus)养殖业的发展,交通运输引起的山羊健康问题已不容忽视。本研究旨在探讨运输应激对赣西山羊胃壁组织细胞凋亡及凋亡相关基因B细胞淋巴瘤-2 (B-cell lymphoma-2, Bcl-2)和Bcl-2相关X蛋白(Bcl-2 associated X protein, Bax)表达的影响。将12只1周岁的健康赣西公山羊随机均分为:对照组(n=4)、2 h运输组(n=4)、6 h运输组(n=4)。运输过程中禁食、禁水,待运输结束后收集山羊各胃壁的组织并进行相关的组织学和定量分析。末端脱氧核苷酸转移酶介导的dUTP生物素缺口末端标记法(terminal dexynucleotidyl transferase-mediated dUTP-biotin nick end labeling, TUNEL)结果显示,与对照组相比,2 h运输组和6 h运输组山羊胃壁组织的细胞凋亡率发生了显著升高(P<0.05),并且除瓣胃外其余胃壁组织6 h运输组细胞凋亡率显著高于2 h运输组(P<0.05);免疫组织化学结果显示,Bax和Bcl-2主要定位于前胃(瘤胃, 网胃, 瓣胃)的黏膜上皮和皱胃的固有层,与对照组相比,两运输组中Bax在各胃壁上述部位的表达增强,而Bcl-2的表达减弱(除瓣胃外);qPCR结果显示,两运输组各胃壁组织中Bax的mRNA表达水平除瓣胃外均发生了显著上调(P<0.05),而Bcl-2的mRNA表达水平均发生了显著下调(P<0.05),Bax/Bcl-2的比率发生了显著上调(P<0.05);Western blot结果也显示,Bax和Bcl-2的蛋白表达量也均发生了与mRNA相似的变化趋势(P<0.05)。结果表明,运输应激可通过调控Bax和Bcl-2的表达而促进山羊胃壁组织细胞发生凋亡。本研究可为改善运输应激对山羊器官组织损伤的方法提供理论依据。
乌鳢三种性腺组织的转录组比较分析
Comparative Transcriptome Analysis of Three Types of Gonads in Northern Snakehead (Channa argus)
黄苏静, 吴玉霞, 夏威威, 张啸天, 赵建, 李凯彬, 罗青, 刘海洋, 费树站, 陈昆慈, 欧密
2024, 32(2): 379-395  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.02.012 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (7690 KB)  ( 9 )
摘要
乌鳢(Channa argus)是我国重要的淡水经济鱼类,具有显著的性别二态性。为了研究乌鳢性别分化和性腺发育的分子机制,挖掘精、卵巢差异表达的功能基因和信号通路,本研究采用Illumina HiSeq 2000测序平台对6月龄乌鳢XX雌鱼(XX-F)、XY雄鱼(XY-M)和YY超雄鱼(YY-M)的性腺组织进行了转录组测序(RNA-seq)分析。性腺组织两两样品的表达量相关性分析显示,XY-M精巢和YY-M精巢具有相似的表达模式,与XX-F卵巢表达模式相差甚远,与性腺的组织学结果一致。三种性腺组织的基因差异表达分析显示,XY-M vs XX-F中有12 317个差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs),其中5 427个上调、6 890个下调;XY-M vs YY-M中有212个DEGs,其中59个上调、153个下调;YY-M vs XX-F中有11 282个DEGs,其中5 038个上调、6 244个下调。利用qRT-PCR对性别分化和性腺发育相关的DEGs进行验证,发现抗缪勒管激素2型受体(anti-müllerian hormone receptor type 2, Amhr2)、抗缪勒管激素(anti-müllerian hormone, Amh)、double sex和mab3相关转录因子1 (double sex and mab3-related transcription factor1, Dmrt1)、性腺体细胞衍生因子(gonadal somatic cell-derived factor, Gsdf)等10个基因在XY-M和YY-M精巢中高表达,骨形态发生蛋白15 (bone morphogenetic protein 15, Bmp15)、性腺型芳香化酶基因Cyp19a1a (cytochrome P450 family 19 subfamily A member 1a)、叉头框转录因子2 (forkhead transcription factor gene 2, Foxl2)等9个基因在XX-F卵巢中高表达。qRT-PCR验证结果与转录组分析结果一致,说明Amhr2AmhDmrt1Gsdf等基因与乌鳢精巢发育调控相关,Bmp15Cyp19a1aFoxl2等基因与乌鳢卵巢发育调控相关。另外,对DEGs进行KEGG代谢通路富集分析,发现较多的DEGs富集在性别分化和代谢相关通路,如丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)、无翅型MMTV整合位点家族成员(wingless-type MMTV integration site family, Wnt)以及转化生长因子-β (transforming growth factor-β, TGF-β)信号通路等。本研究筛选出了大量乌鳢性别分化和性腺发育相关的候选基因和信号通路,为后续深入研究乌鳢的性别分化和性腺发育的分子机制及性别相关基因的功能提供了基础资料。
尼罗罗非鱼MYF6基因SNP位点筛选及其与生长性状的关联分析
Screening of SNP of MYF6 Gene in Nile Tilapia (Oreochromis niloticus) and Its Association Analysis with Growth Traits
高风英, 佟延南, 刘志刚, 曹建萌, 王淼, 衣萌萌, 可小丽, 卢迈新, 朱海
2024, 32(2): 396-416  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.02.013 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (2929 KB)  ( 13 )
摘要
肌源性因子6 (myogenic factors 6, MYF6)对骨骼肌的起始、发育以及表型维持是不可或缺的,是生长相关性状的候选基因。本研究拟确定MYF6基因的SNPs,并评估这些多态性是否与尼罗罗非鱼(Oreochromis niloticus)的生长性状相关。首先利用PCR和Sanger测序筛选MYF6基因SNPs,通过Sanger测序及SNaPshot方法确认,结果从MYF6基因共筛选到61个SNP位点。进一步从61个位点中挑选多态性大于3%的36个位点,在广东高要亲代群体中利用Sanger测序及SNaPshot方法进行分型分析,并利用SPSS 19软件的一般线性模型(general linear model, GLM)和单因素方差分析(one-way analysis of variance, ANOVA)进行SNP位点与生长性状关联分析。结果显示,36个位点中有2个与高要亲代群体体重相关,4个与全长相关,7个与头长相关,2个与体高相关。将这些生长相关位点在高要子代及番禺群体中进行分型验证,结果显示,在高要子代中,S7插入缺失位点(5620-GAGACGGAGA5629)与体重、体长和体高相关,S24 (C-7388G)位点与体重、体高和体厚相关,S56 (A-11815C)位点与体重、全长、体长、头长、体高和体厚均相关;在番禺群体中获得体重相关SNP位点2个,体长和全长相关位点1个、头长相关位点1个,体厚相关位点2个。将上述与高要子代及番禺群体生长性状相关的位点在海南群体中进一步验证,在雄性群体中获得体重相关位点1个(S29)。双倍型与各群体生长性状关联分析表明,在高要亲代、高要子代以及番禺群体中获得体重相关双倍型各1个。本研究为罗非鱼生长性状改善和选育提供有效的分子标记。
间歇性饥饿对南美白对虾生物絮团养殖系统中微生物群落结构、水质和生长的影响
Effects of Intermittent Fasting on Microbial Community Structure, Water Quality and Growth of Litopenaeus vannamei in a Biofloc System
曲寅, 章晓栋, 任岗, 沈文英
2024, 32(2): 417-426  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.02.014 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (2174 KB)  ( 18 )
摘要
水产养殖过程中,限食投喂已作为一种减低投饵成本和劳动力成本的策略。补偿生长现象普遍存在于哺乳类、鱼类及甲壳类,本研究基于南美白对虾(Litopenaeus vannamei)的完全补偿生长能力,将限食投喂措施与生物絮团技术联合运用于南美白对虾养殖中,旨在研究间歇性饥饿对南美白对虾生物絮团养殖系统中菌群结构、水质和生长的影响。实验分为4组,每组3个重复,第1组为对照组,正常投喂对虾基础饲料;第2组为生物絮团组,饲料中添加红糖(添加量为饲料的70%),使养殖水体C/N为12;第3组为益生菌生物絮团组,同时添加红糖和益生菌地衣芽胞杆菌(Bacillus licheniformis)(水体浓度为1.2×105 CFU/mL);第4组为间歇性饥饿组,同时添加红糖和益生菌地衣芽胞杆菌,每周饥饿2 d正常投喂5 d。结果表明,养殖水体中的生物絮团沉降量均呈现上升趋势,添加红糖的第2、第3和第4组生物絮团形成量显著高于第1组(P<0.05),且第2、第3和第4组间不存在显著性差异(P>0.05)。通过Illumina Miseq高通量测序分析不同实验组养殖水体的细菌群落结构,结果表明,第1、第2、第3和第4组微生物的分类单元(operational taxonomic units, OTU)分别是3 501、6 386、5 387和6 577,其中4个组共有OTU为173,特有的OTU数分别为165、463、362和592。养殖水体细菌群落α多样性从高到低依次为第4组>第2组>第3组>第1组,对属水平优势菌群丰度分析表明,第1组中优势菌群丰度最高的为乔治菌属(Georgenia)(20.2%),其次为氢噬菌属(Hydrogenophaga)(13.5%)和假单胞菌属(Pseudomonas)(13.2%)。第2组优势菌群丰度最高的为假单胞菌属(39%),其次为乔治菌属(9.0%)和短波单胞菌属(Brevundimonas)(7.0%)。第3组丰度最高的优势种群是短波单胞菌属(38.4%),其次为微杆菌属(Microbacterium)(5.7%)和甲基杆菌属(Methyloversatilis)(5.7%)。第4组优势种群中另类希灭氏菌属(Alishewanella)的丰度最高(21.0%),其次为假单胞菌属(15.5%)和微小杆菌属(Exiguobacterium)(6.8%)。第4周,第2、3和4组的氨氮和亚硝酸盐氮含量均显著低于第1组(P<0.05)。第4组饲料转化率(feed conversion rate, FCR)显著高于其他3组(P<0.05)。结果表明,间歇性饥饿可以增加对虾养殖水体中菌群丰富度和多样性,改善对虾养殖水体中的菌群类别;降低对虾养殖水体氨氮及亚硝酸盐氮浓度,从而优化养殖水质,提高对虾饲料转化率。本研究有助于阐明生物絮团优化水质的机理,同时为基于补偿生长的生物絮团技术应用于对虾养殖提供数据。
土地类芽胞杆菌NK3-4对藤仓镰孢菌基因表达的影响
Effects of Paenibacillus terrae NK3-4 on Gene Expression in Fusarium fujikuroi
刘文志, 吴昕雨, 杜佳朋, 彭志红, 龚沙沙, 于文清, 李鹏
2024, 32(2): 427-443  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.02.015 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (12072 KB)  ( 6 )
摘要
土地类芽胞杆菌(Paenibacillus terrae) NK3-4对植物病原菌具有拮抗活性,但其与病原菌互作过程中,病原菌的响应机制仍不清晰。本研究测定了NK3-4对水稻(Oryza sativa)恶苗病菌藤仓镰孢菌(Fusarium fujikuroi)的抑菌效果,并对受其抑制的藤仓镰孢菌实施了转录组测序分析。结果表明,NK3-4抑制了藤仓镰孢菌的生长、色素及分生孢子生成,并损坏了菌丝。在NK3-4诱导藤仓镰孢菌差异表达的2 291条基因中,下调表达基因数目是上调表达的2.44倍,下调表达的基因主要富集于细胞核(GO:0005634)、含蛋白复合体(GO:0032991)、细胞内非膜结合细胞器(GO:0043232)等功能群中。差异表达的基因中,与致病性(GO:0009405)、毒素生物合成进程(GO:0009403)、黄曲霉毒素生物合成过程(GO:0045122)、繁殖(GO:0000003)等功能相关的基因下调表达数目均多于上调表达数目;差异表达的基因中,与细胞壁几丁质生物合成过程(GO:00060382)、无性繁殖(GO:0019954)、分生孢子形成(GO:0048315)、分生孢子发育(GO:0061794)、色素生物合成进程(GO:0046148)等功能相关的基因均下调表达。反转录荧光定量PCR结果与转录组测序结果一致(皮尔森相关性系数0.90)。综合分析表明,NK3-4可通过下调生长发育相关基因及色素和孢子生成相关基因表达来抑制藤仓镰孢菌,还可通过抑制藤仓镰孢菌毒素生物合成降低其毒力。研究结果为进一步阐述NK3-4与藤仓镰孢菌进行分子互作的机理提供了依据。
研究评述与展望
高等植物捕光叶绿素a/b结合蛋白的研究进展
Advances of Light-harvesting Chlorophyll a/b Binding Protein (CAB) in Higher Plants
钟思彤, 张亚真, 孔祥瑞, 金珊, 陈志辉, 陈常颂
2024, 32(2): 444-457  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.02.016 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (1030 KB)  ( 16 )
摘要
捕光叶绿素a/b结合蛋白(light-harvesting chlorophyll a/b binding protein, CAB)是一类由CAB基因家族编码的膜蛋白,在捕获和传递光能、光保护和过剩能量耗散、调节光能在两个光系统中的分配和维持类囊体膜的结构等方面起着重要作用。CAB基因广泛参与高等植物叶、花和果实的生长发育,以及响应多种逆境胁迫等生物学过程。本文综述了CAB家族的分类、蛋白结构、生理功能和逆境表达特性等方面的研究进展,并展望未来研究方向,以期为深入研究该基因家族提供参考。
蔗糖对植物分枝调控的研究进展
Research Progresses on the Regulation of Sucrose on Plant Branching
周慧文, 罗含敏, 熊发前, 高轶静, 刘菁, 阳太亿, 闫海锋, 丘立杭
2024, 32(2): 458-470  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.02.017 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (1657 KB)  ( 20 )
摘要
植物的分枝特性是重要的农艺性状,可影响植物的产量和价值。植物的分枝特性受多种因素共同影响,蔗糖是最近受关注最多的影响植物分枝特性的研究热点。蔗糖不仅可以作为碳源为植株的分枝生长提供能量,还是植物生长发育的重要信号分子。本综述归纳了蔗糖促进分枝的主要信号途径,其中,独脚金内酯、生长素和细胞分裂素是蔗糖促进分枝过程中最为重要的3类激素,TB1 (teosinte branched 1)、BRC1 (branched 1)等转录因子也发挥着重要作用。本文可为植物分枝理论和构建植物合理群体提供参考。
基因组测序技术在家畜肉质改良中的应用研究进展
Research Progress on Application of Genome Sequencing in the Meat Quality Improvement in Domestic Animals
喻赫, 李睿, 伊旭东, 庞卫军
2024, 32(2): 471-483  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.02.018 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (1872 KB)  ( 248 )
摘要
我国家畜育种工作的重点之前聚焦于提高产肉量、日增重和产仔数等重要经济性状指标。随着消费水平的提高,培育生产性能优良的家畜品种,生产风味、口感和色泽均佳的优质肉,是我国畜牧业高质量发展的必经之路。骨骼肌纤维和肌内脂肪与家畜肉质密切相关,直接影响其多汁性、风味和色泽。近年来发展出基于基因组测序技术的研究方法,包括能够挖掘重要候选基因的选择信号法、全基因组关联分析和利用基因组信息进行品种改良的全基因组选择法,具有传统改善肉质方法不可比拟的优势。本文在总结家畜肉质重要影响因素及评价指标的基础上,对主流基因组测序技术在改善家畜肉质中的应用研究进行了综述,分析了不同方法的优缺点。此外,还介绍了与基因组测序技术结合,并可能在家畜肉质改良中发挥重要作用的新技术与理论。本综述为应用全基因组选择技术高效精准改善家畜肉质性状提供科学指导。
研究资源与技术改进
纳米TiO2负载盐酸莫西沙星体系的构建及其抗菌效果评价
Construction and Antibacterial Effect Evaluation of Nano TiO2 Loaded Moxifloxacin Hydrochloride System
黄晗晔, 郭雪萍, 徐佳微, 李倩倩, 蔡鑫铠, 关雄, 潘晓鸿
2024, 32(2): 484-492  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.02.019 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (7077 KB)  ( 7 )
摘要
盐酸莫西沙星(moxifloxacin hydrochloride, MOX)是临床上广泛使用的喹诺酮类广谱抗菌药物,为探究纳米载体对其抗菌作用的影响,本研究利用表面吸附作用将MOX负载到纳米二氧化钛(titanium dioxide, TiO2)上,分析了纳米TiO2-MOX的化学表征及其对大肠杆菌(Escherichia coli)的抗菌活性和细胞病理学。纳米TiO2与MOX以物理包埋的形式结合,随着处方中纳米TiO2的含量从0.5 mg增加到1.0 mg,载药量增加了约20%,包封率增加了约40%,纳米TiO2-MOX中的纳米TiO2能帮助其有效成分MOX释放。合成的纳米TiO2对大肠杆菌具有一定的抗菌效果(抗菌率为22.8%),经纳米TiO2负载后的MOX对大肠杆菌的抗菌率由负载前的28.0%提高到73.4%。细胞病理学显微观察发现,MOX对大肠杆菌细胞膜的破坏不明显,纳米TiO2和纳米TiO2负载后的MOX可造成细胞膜明显破坏,进而造成菌体失活。本研究中合成的纳米TiO2负载MOX后表现出了较好的载药和释放效果,且显著提高了MOX的抗菌活性,为今后纳米TiO2作为药物载体用于临床更深层次的研究提供了科学依据。
 
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