摘要:

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摘要:真菌-微藻共生体技术因环境友好、处理效率高、节能降碳且能实现废水资源化，已成为最具前景的废水生物处理技术之一。本文首先概述了真菌-微藻共生体技术的发展历程，进而总结了真菌-微藻共生体可能的形成机制及影响因素，最后综述了该技术在废水处理领域的研究进展，并展望了其未来发展前景，以期为真菌-微藻共生体技术的深入研究和工程化应用提供理论参考与实践指导。

摘要:水稻(Oryza sativa L.)是我国最重要的粮食作物之一，水稻的产量关系到国家粮食安全。盐碱复合胁迫对水稻生长发育具有显著负面影响，导致水稻有效穗粒数、千粒重、精米率等产量指标下降。伴随盐碱地比例的上升以及可用耕地的持续减少，水稻种植与生产正面临严峻挑战。我国是全球第3大盐碱土分布国，提升水稻耐盐碱性并改良盐碱地，对于保障国家粮食安全具有重大意义。近年来，水稻耐盐碱性的研究取得了显著进展，本文从渗透调节、激素调节、活性氧清除以及光合作用和气孔调节等方面综述了水稻耐盐碱相关的分子机制，同时论述了耐盐碱水稻的遗传改良方法及其未来面临的问题和发展方向，为耐盐碱水稻的研究和应用提供了理论支持。

摘要:甘蔗(Saccharum spp.)是重要经济作物，提供我国约90%的糖料和40%的生物乙醇。由于其基因组庞大、遗传背景复杂，传统育种很难实现对甘蔗高效的遗传改良。基因组编辑技术是当前生命科学领域的颠覆性技术，可实现对目的基因的精准高效修饰。基因组编辑从早期的锌指核酸酶(zinc-finger nucleases, ZFNs)、类转录因子效应物核酸酶(transcription activator-like effector nucleases, TALENs)，到具有里程碑意义的成簇规律间隔短回文重复序列及相关蛋白(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein, CRISPR/Cas)系统，以及CRISPR/Cas系统衍生的碱基编辑和引导编辑，大大推动了植物遗传改良的发展和生物育种的升级。随着甘蔗基因组的破译，基因组编辑技术为多倍体甘蔗的遗传改良提供了全新的技术手段。本文从植物基因组编辑技术的发展、CRISPR/Cas技术的迭代优化、甘蔗遗传转化的发展、甘蔗基因组学的进展及基因组编辑在甘蔗中的应用等方面进行综述，重点探讨了基因组编辑在甘蔗抗倒伏育种中的应用前景，为推动基因组编辑在甘蔗育种中的应用提供了参考。

摘要:作为我国重要的粮食和经济作物，高粱的推广应用长期受到品种资源匮乏的限制。遗传背景狭窄、育种技术落后等问题，严重制约了高粱新品种的创制和推广。尽管基因编辑技术自问世以来已在作物遗传改良中展现出巨大潜力，但在高粱中的应用仍相对滞后。本文系统综述了CRISPR-Cas9技术在高粱研究中的最新突破，重点围绕逆境胁迫、生长发育和品质三大核心方向，探讨了该技术在拓展遗传多样性、改良抗逆性状、优化株型结构与产量潜力以及改善品质特性等方面的创新应用。同时，分析了高粱基因编辑研究面临的主要技术瓶颈，包括遗传转化效率低下、编辑工具适配性不足等关键问题。最后，对新一代基因编辑技术在高粱遗传改良中的应用前景进行了展望。本文为高粱分子育种提供了重要理论参考，对保障我国粮食安全与提升高粱产业竞争力具有重要现实意义。

摘要:TCP转录因子是一类植物特有的关键调控蛋白，通过保守的TCP结构域结合靶基因启动子或与多种蛋白互作，在植物生长发育及逆境响应中发挥核心作用，其自身活性亦受到转录因子、miRNA及互作蛋白的多层次调控。近年来的研究逐渐阐明了TCP蛋白在光周期途径中介导开花时间调控的机制，尤其在拟南芥中，TCP通过整合光信号调控成花调控基因CO和开花整合基因FT、SOC1的表达。本文系统综述了TCP蛋白的分子作用机制(包括DNA结合、蛋白互作、miRNA调控及表观修饰等)，重点探讨了其在花器官发育和开花时间调控中的功能，并对TCP基因在分子育种中的应用前景进行了展望，为全面解析TCP转录因子调控网络及利用该基因家族进行作物性状改良提供了理论依据。

摘要:纳米孔测序作为测序技术的新兴热点，凭借其读长较长、检测快速和设备紧凑小巧等独特优势，在物种鉴定、基因组组装、变异检测、转录组分析等领域展现出巨大潜力。然而，纳米孔测序数据错误率较高，存在序列插入和缺失等问题，对传统序列比对工具运用和参考数据库构建提出了新的挑战。本文围绕纳米孔数据特征，系统梳理了适配纳米孔测序的序列比对工具，针对长读长测序、实时测序、错误率兼容、宏基因组和结构变异检测这5种不同应用场景，阐述了其在处理序列数据时的优势及局限性；同时，还从数据源的角度对序列参考基因组数据库进行多维度分类整理，并总结了纳米孔高质量数据库构建的关键技术。本文通过对比对工具与数据库进行协同分析，为纳米孔测序数据分析的优化与创新提供参考，推动宏基因组测序从数据生成向功能解析的深度转化。

摘要:四溴双酚A(tetrabromobisphenol A, TBBPA)作为广泛存在的新污染物，其在土壤中的微生物胁迫响应与代谢过程主要发生于微界面处。本研究通过构建毫米尺度的微界面土壤系统，旨在系统揭示TBBPA在微界面的迁移及其对土壤微生物群落与代谢的驱动机制。结果表明TBBPA因强疏水性显著富集于表层0?10 mm区域，通过改变土壤微结构(孔隙增多/团聚体松散)重塑微生物生态位，导致细菌群落的α多样性在污染热点区骤降(Ace/Chao指数>42%)，其中甲基弯曲菌属(Methylotenera)变化最大。TBBPA驱动空间梯度演替——近源区富集耐受/脱卤菌(Micromonospora/Bacillus)，远源区演替为开环/矿化菌(Pseudomonas/Methylotenera)。共现网络分析揭示纵向梯度形成高度协同网络(正相关边>89%)，横向异质环境则呈现高模块化结构(模块度0.552)。代谢组学显示TBBPA诱导了细胞膜磷脂、芳香族化合物代谢物与螯合剂等关键代谢产物显著上调，同时抑制了部分硫代谢和信号相关小分子的合成。此外代谢产物中检测到脱溴、开环、β-氧化三阶段关键中间体，证实多酶系串联的降解通路，该过程伴随牺牲硫循环的代谢重编程。本研究从土壤修复角度揭示了微界面尺度的微生物-污染物互作机制，为优化菌群与界面改性、提升TBBPA及类似疏水有机污染物的靶向降解提供理论支撑。

摘要:N-(1,3-二甲基丁基)-N′-苯基对苯二胺[N-(1,3-dimethylbutyl)-N′-phenyl-p-phenylenediamine, 6PPD]及其衍生物N-(1,3-二甲基丁基)-N′-苯基对苯醌[N-(1,3-dimethylbutyl)-N′-phenyl-p-benzoquinone, 6PPD-Q]已在环境中普遍检出，并对生态系统和人类健康构成潜在威胁。6PPD在环境和生物体内可等摩尔转化为6PPD-Q，但二者等摩尔暴露下的毒性差异及分子作用机制尚未明确。本研究在等摩尔条件下系统比较了二者的神经与免疫毒性。以斑马鱼为模式生物的实验结果显示，6PPD和6PPD-Q均诱导活性氧(reactive oxygen species, ROS)过量生成并抑制抗氧化酶表达，导致氧化损伤和免疫稳态失衡，同时激活先天免疫系统并引起免疫细胞增多。在神经发育方面，二者扰动神经功能基因表达，并诱发心包水肿、游囊闭合延迟和脊柱弯曲等畸形。值得注意的是，在环境相关浓度下，两者急性毒性相近，但在亚致死水平下，6PPD-Q表现出更强的毒性，其氧化损伤、免疫毒性、致畸性和神经毒性均较6PPD高约1-3倍，并显著削弱了幼鱼的感知与运动能力。实时荧光定量PCR (real-time quantitative PCR, RT-qPCR)结果表明，二者对神经和炎症相关基因的调控呈剂量依赖性。结合基因本体论(gene ontology, GO)、京都基因与基因组百科全书(kyoto encyclopedia of genes and genomes, KEGG)、疾病本体论(disease ontology, DO)及核心基因分析，进一步揭示了6PPD与6PPD-Q在分子层次的作用焦点存在差异。本研究为识别和预警6PPD及6PPD-Q在环境与亚致死水平下的潜在风险提供了新的证据。

摘要:甘蔗鞭黑粉菌(Sporisorium scitamineum)引起的黑穗病是甘蔗重要病害之一，抗菌肽是能够有效防控真菌病害的绿色抗菌剂。抗菌肽AG-AFP来源于巨大曲霉(Aspergillus giganteus)，具有稳定性高、生物安全风险低等优点，本研究通过体外检测该抗菌肽对甘蔗鞭黑粉菌抑制效果，旨在为甘蔗抗病应用提供生防资源。本研究通过原核表达纯化该抗菌肽，检测其对甘蔗鞭黑粉菌细胞生长的抑制及对细胞膜完整性、流动性的影响，验证抗菌肽AG-AFP对甘蔗鞭黑粉菌防控的有效性。研究结果表明，原核表达的AG-AFP对甘蔗鞭黑粉菌具有较好的抑制效果，对单倍体孢子JG35/JG36的最小抑菌浓度为23.5 μg/mL，且能够增强甘蔗鞭黑粉菌单倍体孢子细胞膜流动性，破坏细胞膜完整性，并抑制双核菌丝生长。抗菌肽AG-AFP对甘蔗鞭黑粉菌抑菌效果显著，为利用该抗菌肽的甘蔗抗病应用奠定了基础。

摘要:甘油-3-磷酸酰基转移酶(glycerol-3-phosphate acyltransferase, GPAT)是催化三酰甘油(triacylglycerol, TAG)生物合成的关键限速酶，在油料作物油脂合成过程中发挥重要作用。燕麦(Avena satiba L.)胚乳中的脂肪含量在粮食作物中居于首位，作为唯一在胚乳中大量积累油脂的禾本科作物，其GPAT基因的功能尚不清楚。本研究从燕麦基因组中鉴定出58个编码AsGPATs的基因，不均匀地分布在20条染色体上，根据其系统发育关系可分为3个不同的类群，同一亚家族的AsGPAT成员具有相似的基因结构和4个保守的酰基转移酶结构域；转录组测序分析表明AsGPAT9-1基因在燕麦不同发育时期的种子中表达量最高，且其编码蛋白定位于内质网；酵母表达系统分析表明，AsGPAT9-1具有很强的GPAT酶活性，对TAG组装至关重要，并且外源脂肪酸(fatty acids, FA)饲喂试验证实其对C18:1具有底物偏好性；过表达AsGPAT9-1显著提高了转基因烟草叶片及种子的总油脂含量，此外，转基因烟草叶片淀粉和可溶性糖含量降低，蛋白含量无明显变化，种子中淀粉、可溶性糖及蛋白含量均显著降低。研究结果表明AsGPAT9-1可作为基因代谢工程中调控油料作物脂肪酸含量的理想靶点，为燕麦种子油脂合成代谢的深入研究奠定了理论基础。

摘要:WUSCHEL (WUS)-related homeobox (WOX)家族基因是植物干细胞维持、胚胎建成和器官发生等发育过程中的重要调控因子。开展甘蔗WOX基因家族鉴定，揭示其家族成员数目、序列特征、进化关系并挖掘调控甘蔗愈伤组织增殖和芽再生的ScWOX基因，进而为提高甘蔗遗传转化和基因编辑效率提供可利用的基因资源。首先从Pfam数据库中下载WOX蛋白的保守结构域(Pfam登录号：PF00046)及隐马尔可夫模型文件，以PF00046作为模板序列，利用HMM3.0比对甘蔗栽培种‘R570’氨基酸序列后获得ScWOX家族蛋白候选序列。基于保守结构域分析鉴定出ScWOX基因家族成员并对其进行系统进化分析和命名；然后对ScWOXs开展理化性质分析和亚细胞定位预测、基因结构和蛋白motif分析、启动子顺式元件分析以及染色体定位和共线性分析，并用TBtools展示相关结果。最后通过qRT-PCR技术进行ScWOXs在甘蔗品种‘云蔗08-1609’ (‘YZ08-1609’)愈伤组织增殖及分化再生过程中的表达模式分析，筛选出响应愈伤组织增殖及分化的ScWOXs基因。最终从‘R570’基因组中鉴定到82个ScWOX基因，分为古老支、中间支和WUS支/现代支这3大分支，ScWOX1?ScWOX12共12个亚群。所有ScWOXs成员编码蛋白的氨基酸数目在204?956之间；预测相对分子量为22.04?103.86 kDa；理论等电点为6.00?10.79；均为亲水性蛋白；大多数ScWOX蛋白定位于细胞核。ScWOXs基因家族成员所含外显子数目的范围为1?3个；编码蛋白成员所含保守基序数目范围为3?10个；ScWOXs基因启动子富含与植物生长发育、分生组织激活与表达、植物激素调控、非生物胁迫响应和光反应等顺式作用元件。所有ScWOXs成员不均等地分布在‘R570’的44条染色体和5个染色体支架(scaffold)上；甘蔗WOX基因家族成员之间存在272个共线性基因对，和高粱、水稻之间分别有87、81个WOX共线性基因对。基因表达分析显示，ScWOX4、ScWOX9、ScWOX10和ScWOX12在‘YZ08-1609’愈伤组织增殖和芽再生过程中上调表达，这些基因有望作为促进甘蔗愈伤增殖和芽再生的候选基因。以上结果为甘蔗遗传转化和基因编辑组培再生体系优化丰富了基因资源。

摘要:脱落酸、胁迫及成熟诱导蛋白(abscisic acid, stress and ripening-induced protein, ASR)是一类在植物成熟诱导和逆境胁迫响应过程中发挥重要作用的蛋白质。尽管ASR蛋白已在多种植物中被鉴定，但其在甘蔗中的研究仍较为有限，其结构特征与功能机制尚不清晰。为此，本研究拟在全基因组水平系统鉴定甘蔗ASR基因家族成员，解析其分子特征与进化关系，并探究其在生长发育及逆境胁迫下的表达模式。结果显示，从甘蔗(Saccharum spp.)栽培种‘R570’和野生种割手密(Saccharum spontaneum)中分别鉴定出40个ShASR和15个SsASR基因，所有成员均包含典型的ABA/WDS结构域。结合水稻ASR蛋白构建系统发育树，可将甘蔗ASR蛋白划分为3个亚家族。理化性质与亚细胞定位预测显示，甘蔗ASR蛋白多为稳定、亲水性蛋白，主要定位于细胞核。进一步分析其基因结构、复制类型与染色体分布发现，ASR基因主要通过全基因组或片段重复事件扩增，并在染色体上呈亚家族聚集分布。启动子区域富含胁迫响应、激素响应及生长发育相关的顺式作用元件。转录组分析表明，多数ASR基因在甘蔗5个组织(叶、叶鞘、蔗皮、蔗肉和蔗芽)中均有表达，并受黑穗病菌侵染和干旱胁迫诱导。实时荧光定量PCR结果显示，外源激素及黑穗病菌处理后，ShASR1、ShASR6、ShASR14、ShASR20、ShASR25和ShASR40等基因表达显著变化，提示其可能参与调控甘蔗的胁迫响应、抗病性及生长发育过程。本研究系统解析了甘蔗ASR基因家族的特征与功能，为甘蔗抗逆分子育种提供了理论基础与候选基因资源。

摘要:谷子是一种主要种植于我国北方半干旱地区的C₄作物，具有耐旱性强和遗传资源丰富的特点，是发掘作物耐旱基因的良好模型。目前谷子耐旱基因的发掘工作主要依赖于个别耐旱品种的转录组学分析，而关于谷子耐旱性的数量遗传学研究开展得较少，导致可用于谷子耐旱品种选育的优异单倍型较为稀缺。本研究旨在系统鉴定与谷子耐旱性相关的遗传位点与关键候选基因，以400份谷子核心种质为研究材料，观测正常和干旱条件下植株生长状态和存活率，筛选出16份极端耐旱型和45份极端不耐旱型品种。针对谷子耐旱性进行全基因组关联分析，在4号染色体上发现1个新的谷子耐旱相关遗传位点，结合基因功能分析、极端性状材料转录组分析和候选基因单倍型分析发现SiCIPK24、MYB可能参与谷子耐旱性调控。另外，转录组数据显示MAPK信号传导、苯丙烷代谢和植物激素传导等途径受干旱影响。本研究发掘的谷子耐旱遗传位点和潜在耐旱基因及其优异单倍型为谷子耐旱品种的选育奠定了基础。

摘要:Platz (plant AT-rich protein and zinc-binding protein)转录因子是Zn²⁺依赖的富含A/T序列的转录因子，主要作为转录因子在胁迫应答过程和生长发育调控中发挥重要作用。为系统探究高粱Platz转录因子的生物学功能及其在胁迫应答中的作用，本研究应用生物信息与分子生物学技术，对高粱中Platz转录因子理化性质、蛋白质二级结构、亚细胞定位、基因结构、系统进化树、启动子区顺式作用元件、表达模式、蛋白互作以及DNA变异进行了分析。结果表明在高粱中鉴定出了17个platz基因，不均匀地分布在除SBI-02、SBI-03、SBI-05、SBI-09外的6条染色体上，编码蛋白均为不稳定亲水性蛋白，流动性较好；基因结构差异较大，其启动子区含有较多与脱落酸、茉莉酸甲酯相关的顺式作用元件，高粱platz基因家族可分为5个亚族；在不同发育时期高粱组织中的RNA表达模式存在差异，platz基因在苗期表达水平高；在种子发育过程中SbPlatz7表达最高，另外SbPlatz5、SbPlatz3、SbFl1a、SbFl1b、SbGl6a和SbGl6b也均有表达，干旱胁迫下叶片中SbRHT25/Platz16表达上调，低氮和丝黑穗病菌侵染均会诱导SbPlatz3和SbPlatz7表达上调。自然等位变异分析显示SbPlatz存在较多的移码突变和密码子插入。本研究为解析platz在高粱中的功能提供了新的思路，为进一步了解高粱platz基因家族的进化机制和功能特征提供了有价值的信息，为提高抗逆性分子育种提供了参考和基因资源。

摘要:向日葵 (Helianthus annuus L.)作为重要的油料作物之一，具有较强的耐盐碱及耐旱性。RNA依赖性RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase, RDR)在植物的生长发育和小分子RNA的形成中有着不可替代的作用。为明确向日葵RDR基因家族功能及调控机制，本研究通过对该基因家族进行全基因组鉴定，并对其理化性质、染色体位置、系统进化关系和亚细胞定位等特征进行生物信息学预测，进一步通过实时荧光定量聚合酶链反应(real-time quantitative polymerase chain reaction, RT-qPCR)探究了该家族成员在盐、碱和干旱胁迫下的表达模式。结果表明，共鉴定得到10个向日葵RDR家族成员，分布在1、3、6、8、16号这5条染色体上。系统发育分析表明，向日葵与拟南芥RDR家族共分为4类。多序列比对结果表明该家族成员均包含RdRP保守结构域。蛋白质二级结构预测显示，其二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主。STRING互作网络分析揭示，HaRDR与Argonaute (HaAGO)和Dicer-like (HaDCL)蛋白存在互作关系。RT-qPCR检测结果表明，在盐胁迫下的茎和碱胁迫下的叶片中HaRDR基因家族的表达量显著上调。亚细胞定位结果显示，HaRDR3c蛋白位于细胞质。本研究结果表明向日葵RDR家族成员在进化过程中高度保守，同时又具有功能多样性，实时荧光定量结果表明其能够响应非生物胁迫的应答，这不仅为深入探索HaRDR家族在向日葵中调控抗逆性的功能提供了依据，也为揭示其参与植物逆境胁迫的分子机制奠定基础。

摘要:NHX基因编码Na⁺/H⁺转运蛋白，属于阳离子/质子逆向转运体(cation /proton antiporter，CPA)，在植物生长发育和非生物胁迫应答中发挥重要作用。为研究芥菜NHX基因家族成员及其与耐盐性的关系，本研究利用生物信息学分析，在全基因组范围内对芥菜NHX基因家族成员进行了鉴定，并对其基因结构、保守基序、进化关系、启动子区顺式作用元件及盐胁迫下基因的表达模式进行了分析。结果表明，芥菜基因组中共鉴定出18个BjuNHXs基因，这些基因编码的蛋白质均为疏水性蛋白，氨基酸残基数为451-1 140 aa，相对分子量为50 308.78-125 811.24 Da，理论等电点在5.25-7.71之间；蛋白质二级结构均包括α-螺旋、延伸链、β-转角以及随机卷曲。18个BjuNHXs的外显子数量在13-23个之间，鉴定的10个motif结构中每个基因都含有motif 4和motif 5。NHX基因家族可分为3个亚族，不均匀分布在11条染色体上。启动子区顺式作用元件分析结果表明NHX基因家族含有对光、植物激素和非生物胁迫作出反应的不同元件。实时荧光定量PCR (real-time fluorescence quantitative PCR, qRT-PCR)分析结果发现芥菜BjuNHX07和BjuNHX09基因均随着盐处理时间的增加呈现持续上升表达模式，BjuNHX12、BjuNHX17在耐盐材料‘A800’中的表达量显著高于敏盐材料‘A297’。这些结果为芥菜NHX基因的深入研究和芥菜耐盐品种的选育奠定了重要基础。

摘要:白魔芋(Amorphophallus albus)为天南星科魔芋属多年生草本植物，也是典型的“喜温不耐热”的经济作物，对温度变化较为敏感。魔芋是唯一可以大量产生葡甘露聚糖(konjac glucomannan, KGM)的物种，KGM是一种低热量、可溶性多糖膳食纤维，在食品、医药及工业领域有广泛应用。魔芋的生长旺盛期处于夏季高温季节，连续的高温会给魔芋造成严重且不可逆转的损害。抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase, APX)家族具有清除植物因非生物胁迫产生过量活性氧的功能，在植物抵御非生物胁迫中发挥重要的作用。为解析APX家族在魔芋耐热中的作用，本研究对白魔芋中的APX家族成员进行了鉴定，对它们在染色体上的分布、蛋白的理化性质、基因的结构、系统进化关系等生物信息学进行了分析，并通过实时荧光定量PCR(quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR)分析了各个成员在热胁迫下的表达趋势。结果表明，在白魔芋中共鉴定了10个AaAPX成员，其中AaAPX1和AaAPX8在热胁迫下表达量上调，AaAPX3呈现出先升高再下降然后再升高的趋势，AaAPX7则呈现出下调的趋势。亚细胞定位表明AaAPX1定位在细胞质，AaAPX3定位在细胞质和细胞核膜。此外，在酵母中进行基因过表达表明，与对照相比，过表达AaAPX1和AaAPX3均能不同程度提高酵母在热胁迫下的存活率。本研究为进一步明确APX在白魔芋热胁迫中的调控机制奠定了基础。

摘要:金属硫蛋白(metallothionein, MT)是一类低分子量蛋白。目前，已有大量关于植物吸收和调控重金属Cd积累的分子机制的研究，然而研究结果相对来说不够系统，主要集中于部分转运蛋白的研究。为系统揭示金属硫蛋白在水稻调控网络中的潜在功能，并弥补现有研究在基因家族层面系统性的不足的缺口，本研究通过生物信息学分析，共鉴定到14个水稻金属硫蛋白基因家族成员，水稻金属硫蛋白基因家族成员的motif有较大差异，蛋白序列的进化树分析将其分为4类亚家族，其中OsMT1.4A、OsMT1.4B、OsMT1.4C、OsMT1.1C、OsMT1.1G串联成簇分布在12号染色体上。预测的顺式元件与植物激素、生长、环境、光响应相关。大部分的金属硫蛋白受各类激素诱导表达，镉胁迫诱导其中10个成员的表达量上调。OsMT1.3A、OsMT1.3B保守结构域与其他OsMTs差异较大，表达模式与其他家族基因截然不同。异源表达OsMT1.3A、OsMT1.4A显著提高了细菌和酵母对Cd的耐受性，水稻中过表达OsMT1.4A显著增加了有效穗数和产量。本研究为通过生物技术的手段培育Cd耐受并具有修复Cd污染潜力的农作物提供了优异的基因资源。

摘要:赤霉素2-氧化酶(gibberellin 2-oxidase, GA2ox)是植物体内调控赤霉素(gibberellic acid, GAs)代谢的关键酶，鉴定杨树GA2ox基因并解析其在调控植株生长发育中的功能，能够为选育杨树新品种提供技术支持。本研究通过生物信息学方法对‘741杨’ GA2ox基因进行鉴定和分析，共鉴定出34个GA2ox基因，分布在‘741杨’的7对染色体上。利用实时荧光定量PCR (quantitative real-time PCR, qRT-PCR)技术分析PthGA2ox19的组织表达模式和GA3诱导的表达模式，发现PthGA2ox19在茎中高表达并且在GA3诱导下表达水平显著提高。构建PthGA2ox19过表达载体，并使用农杆菌转化法转化杨树，发现转基因株系PthGA2ox19的表达水平相较于野生型植株显著提高，表型显示为株高变矮、茎秆变细、节间缩短、叶片变小等。通过石蜡切片及显微镜观察分析转基因植株维管组织发育情况，维管组织发育分析表明转基因植株的维管束发育畸形、导管口径减小、木质部和韧皮部厚度变薄。本研究鉴定出了34个‘741杨’ GA2ox基因，其中PthGA2ox19的过表达抑制了杨树的生长和维管组织的发育，表明杨树GA2ox参与了植株生长发育的调控，本研究结果为杨树株型育种提供了新的途径。

摘要:开花是植物生长发育的关键节点，由复杂的分子调控网络控制。MADS-box转录因子FRUITFULL (FUL)在调控植物开花时间过程中发挥重要作用，为了研究其在月季中的具体功能及作用机制，本研究以‘月月粉’ (Rosa chinensis ‘Old Blush’)为材料，在花芽中克隆了RcFUL基因。实时荧光定量PCR分析发现RcFUL主要在雌蕊中表达，并且表达量在月季花发育过程中逐渐增加。亚细胞定位发现，RcFUL蛋白定位于细胞核中。通过病毒诱导的基因沉默技术对RcFUL基因进行瞬时沉默后，植株开花时间推迟。酵母单杂和双荧光素酶报告系统表明RcSPL1可以直接作用于RcFUL启动子区域。本研究揭示了RcFUL在调控月季开花时间中的关键作用，拓展了月季开花调控网络，为其分子育种提供了理论依据。

摘要:花生(Arachis hypogaea L.)是我国重要的油料和经济作物之一，其与根瘤菌形成的共生固氮体系具有重要的农业及生态价值。天冬氨酸蛋白酶家族在植物抗逆和激素信号转导中发挥重要作用，但其在豆科植物结瘤固氮中的功能尚未明确。本研究通过生物信息学分析鉴定到一个在花生根瘤中特异性表达的天冬氨酸蛋白酶家族基因AhAP12，该基因快速响应根瘤菌的侵染。亚细胞定位表明AhAP12定位于细胞核与细胞膜。过表达AhAP12基因的花生毛状根中结瘤数量显著增加，而沉默AhAP12则会显著降低结瘤数量，表明AhAP12正向调控花生结瘤。进一步的表达量检测发现，AhAP12可能通过影响多个结瘤相关的关键基因(AhNIN、AhHK)表达来影响结瘤过程。本研究首次阐明了AhAP12基因在豆科植物共生固氮中的功能，为深入理解结瘤固氮的分子机制提供了新的理论依据，也为培育高效结瘤固氮和氮素高效利用花生新品种提供了基因资源。

摘要:黄瓜果实代谢及品质受到多个基因家族调控，细胞色素P450家族基因CsCYP90对黄瓜果实品质的影响还未见报道。为了深入探究CsCYP90基因在黄瓜果实品质形成中的具体功能，并解析其潜在的代谢调控机制，本研究克隆了黄瓜CsCYP90 (CsaV3_1G007770)基因，发现其在果实中表达量最高；系统进化分析表明其与甜瓜亲缘关系较近，且属同一个CYP90亚分支。通过构建CsCYP90转基因载体获得过表达黄瓜株系，进行代谢组测序和生理指标测定分析发现，该基因过表达能够显著影响谷氨酰胺、一磷酸腺苷、异麦芽糖等多种代谢物在果实中的积累，主要富集在氨基酸生物合成、戊糖磷酸途径、淀粉和蔗糖代谢、苯丙烷类生物合成等多种生物途径，从而造成过表达黄瓜株系果实中可溶性糖含量的提升、单宁含量的下降，在一定程度上提升了果实的品质。本研究揭示了CsCYP90基因在黄瓜果实代谢调控与品质形成中的关键作用，为黄瓜品质改良提供了新的基因靶点与理论依据。

摘要:水稻颖壳与糙米颜色作为重要的农艺性状，长期以来在水稻育种及遗传学研究领域中被广泛应用。本研究从尼泊尔稻种资源中鉴定到一份稻穗及糙米均呈现金黄色的籼稻材料‘LAL SAR’，遗传分析表明上述表型受单隐性核基因控制，将其命名为gpr1 (golden panicle and brown rice 1)。利用图位克隆技术将目标基因精细定位于水稻第3号染色体上47 kb的区间内，并确定其候选基因为LOC_Os03g60509。该基因编码查尔酮异构酶 (chalcone isomerase, CHI)，是黄酮类化合物生物合成途径中的关键酶。PCR扩增测序和RT-PCR表达分析发现，在‘LAL SAR’中gpr1基因的启动子区存在大片段插入，导致该基因表达缺失。利用CRISPR/Cas9技术在粳稻品种‘中花11’ (‘ZH11’)中敲除了gpr1的显性等位基因GPR1，敲除植株的稻穗及糙米均呈现出金黄色，并且其颖壳中的柚皮素查尔酮的含量显著提高。研究结果表明GPR1基因参与水稻类黄酮的生物合成，本研究为提升水稻品质与遗传改良提供了重要的理论依据与基因资源，具有重要的应用价值。

摘要:本研究旨在初步解析矮牵牛紫色花瓣呈色的分子调控机制，并挖掘关键调控基因。基于矮牵牛(Petunia×hybrida cv. Dreams Midnight)紫色花瓣3个发育阶段(S1浅绿、S2淡紫、S3深紫)的转录组分析，共鉴定出11 510个差异表达基因[错误发现率(false discovery rate, FDR)<0.05]。花青素合成途径关键基因PhANS、PhCHS、PhF3H、PhUFGT在S1-S3阶段显著上调，病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing, VIGS)实验证实其功能缺失导致花瓣紫色显著减退。转录因子筛选发现PhWRKY44表达量在S2和S3阶段的分别为S1阶段的4.96和5.13倍，PhMYB44、PhAN1及PhBHLH48亦呈现发育阶段特异性表达。本研究克隆了PhWRKY44，该基因全长1 482 bp，系统发育分析与保守结构域比对证实其为拟南芥WRKY44同源基因，编码54.93 kDa核定位碱性蛋白。该基因在花器官表达量最高，为根系的2.36倍，沉默后的表达量降至对照的64%，花青素含量降低45%，花瓣呈色显著减弱。本研究揭示了PhWRKY44通过正调控花青素合成影响花色形成，为观赏植物分子育种提供了新靶点。

摘要:PIF4作为光信号转导核心调控元件，参与植物的多个发育过程。为在观赏植物中分析该基因的功能及作用机理，本研究通过遗传转化和转录组测序(RNA sequencing, RNA-seq)解析了PhPIF4在矮牵牛分枝发育中的功能及其下游调控路径。结果表明，PhPIF4过表达拟南芥转基因株系分枝数目减少，而PhPIF4-RNAi矮牵牛转基因株系则呈现分枝数显著增加的表型；RNA-seq揭示PhPIF4过表达株系中591个差异基因显著富集于激素代谢通路，细胞分裂素合成基因IPT3/5、CYP735A1及LOG2显著下调。进一步验证发现，PhPIF4通过激活分枝抑制因子BRC1和SPL9，及远红光伴侣蛋白基因FHL，最终影响分枝发育。本研究为进一步解析PhPIF4调控矮牵牛分枝发育的分子机制提供了理论依据。

摘要:自然抗性相关巨噬细胞蛋白家族(natural resistance-associated macrophage protein, NRAMP)在多种物种二价金属离子转运中发挥着重要作用。为给沙棘低铅积累新品种的分子育种提供理论依据，克隆中国沙棘(Hippophae rhamnoides subsp. sinensis Rousi)的HrNRAMP1基因并探究在重金属铅胁迫下沙棘中该基因的表达模式。参考沙棘基因组数据，采用PCR技术克隆全长HrNRAMP1基因，并对其进行生物信息学分析。利用烟草叶片瞬时表达、实时荧光定量技术分析其亚细胞定位及在不同铅浓度胁迫下的表达模式。结果显示，沙棘HrNRAMP1基因全长1 539 bp，编码512个氨基酸，为疏水性稳定蛋白；生物信息学分析表明，HrNRAMP1蛋白二级结构中α-螺旋占比最大且不含信号肽，预测HrNRAMP1为含11个跨膜区的膜蛋白；通过与13个物种同源基因进行的多序列比对表明HrNRAMP1蛋白具有NRAMP基因家族的典型保守结构域[溶质载体家族5/6 (solute carrier family 5/6, SLC5/6)共有的LeuT折叠区]，系统发育树显示其与茄科亲缘关系最近；亚细胞定位实验表明，HrNRAMP1蛋白定位于质膜；转录组数据(RNA sequencing data, RNA-seq)分析及定量逆转录聚合酶链式反应(real time fluorescence quantitative polymerase chain reaction, qRT-PCR)实验验证结果表明，HrNRAMP1表达量总体上随着环境中铅离子浓度的升高呈现先上升后下调，在铅浓度达2 000 mg/kg时，基因表达量最大，表明HrNRAMP1蛋白可能在调控植物体内铅离子运输及应对重金属铅胁迫中发挥重要作用。本研究为深入解析沙棘响应重金属铅胁迫的分子调控机制及利用基因工程手段培育重金属铅低积累性沙棘新品种提供了研究基础和分子靶标。

摘要:沙棘(Hippophae rhamnoides L.)是雌雄异株植物，其性别早期鉴定困难限制了人工沙棘林雌雄合理配置，影响了沙棘的经济和生态价值。SyGl (Shy Girl)作为雌性抑制因子，在沙棘中的功能尚不明晰。为探究SyGl在沙棘雌、雄花芽发育过程中的功能与机制，本研究以中国沙棘花芽为材料，克隆得到HrSyGl，利用多种在线软件对其进行生物信息学分析和亚细胞定位，通过转录组测序和实时荧光定量逆转录PCR(real-time reverse transcription-PCR, RT-qPCR)分析HrSyGl在中国沙棘3个不同发育时期的雌、雄花芽中的表达模式。结果表明，HrSyGl基因编码DNA序列(coding DNA sequence, CDS)长度为444 bp，编码147个氨基酸，相对分子质量为16 358.05 Da，等电点为5.51，脂肪族系数为112.04。该蛋白不存在跨膜结构和信号肽，存在磷酸化位点，为稳定、疏水性蛋白。HrSyGl蛋白含有REC_hyHK_CKI1_RcsC-like结构域，其二级结构主要以α螺旋为主要结构组成元件。通过同源进化分析发现，沙棘与鼠李科的枣和苞叶木SyGl基因在进化上聚为1支，亲缘关系较近。亚细胞定位结果显示，HrSyGl定位于细胞核。RT-qPCR分析发现，该基因在中国沙棘不同发育时期雌雄花芽中的表达存在差异，在雌花芽中的表达呈现先上升后下降趋势，但在雄花芽中整体呈现上升的表达趋势。本研究为进一步研究HrSyGl功能和解析沙棘性别分化的分子机制奠定了一定的理论基础。

摘要:自噬在植物免疫中起关键作用，但拟南芥ATG8h与ATG8i在免疫中的作用尚不完全清楚。为了探明其在活体营养型细菌抗性中的作用及分子机制，我们通过遗传学手段结合抗性分析对所创制的atg8h/atg8i双突变株系进行了活体营养型细菌病原体——番茄丁香假单胞菌(Pseudomonas syringae pv. tomato, Pst) DC3000的接种实验。结果表明，拟南芥atg8h/atg8i双突变株系对Pst DC3000表现出增强的抗性。与增强的抗性相一致，双突变体中活性氧(reactive oxygen species, ROS)积累量以及白粉菌诱导的胼胝质沉积均显著高于野生型Col-0植株。而抗性的增强并不依赖于MAPK途径的激活。这些结果共同揭示，ATG8i和ATG8h参与的自噬途径在植物抵抗活体营养型病原体过程中起着负调控作用。本研究为通过调控ATG8i和ATG8h的表达水平而提高植物广谱抗性奠定了基础。

摘要:本研究旨在基于繁殖系数和单鳞茎重量存在差异的‘浙贝1号’与‘浙贝3号’成熟期转录组数据，挖掘调控鳞茎发育的关键基因，并通过功能验证阐明其作用机制。利用生物信息学分析、原核表达、烟草过表达及亚细胞定位等技术，对关键基因进行功能验证并解析其上游调控序列；结合相关理化数据，探讨关键基因对鳞茎发育的影响。结果表明，差异基因FtGGPS编码蛋白属于GGPS1家族，参与赤霉素(gibberellin, GA)、脱落酸(abscisic acid, ABA)、叶绿醌(phylloquinone, VK1)合成及叶绿体形成。其上游调控序列中含有GARE-motif等响应元件及ERF等转录因子结合位点，可响应GA信号调控FtGGPS表达。结合相关性分析发现，在FtGGPS低水平表达时，GA和ABA维持较低水平合成；而高水平表达时，GA的快速积累反馈抑制FtGGPS表达，这种抑制效应随GA代谢而解除，从而维持鳞茎中GA和ABA的高水平合成。综上，FtGGPS调控GA和ABA水平，以不同表达模式影响浙贝母鳞茎发育。本研究有助于完善浙贝母鳞茎发育的激素调控网络理论，并为分子育种提供理论依据。

摘要:乙烯是调控植物生长发育与环境应答的关键气态激素，乙烯信号传导的识别过程始于细胞膜上的乙烯受体蛋白。ETR1 (ethylene response 1)是植物中重要的乙烯受体，其GAF结构域在介导与下游信号蛋白EIN2 (ethylene insensitive 2)的相互作用中发挥核心作用。目前，乙烯受体蛋白与下游元件的相互作用研究仍缺乏高通量、快速的检测体系，限制了对其识别机制的深入解析。本研究利用毕赤酵母表达系统，表达并纯化了ETR1的跨膜结构域和GAF结构域，通过去垢剂Fos-14增溶提取，并采用Anti-Flag抗体与Ni-NTA亲和层析两步纯化策略，成功获得高纯度、具有结构完整性的ETR1-GAF蛋白。圆二色谱分析表明ETR1-GAF在溶液中主要以α-螺旋构象存在，进一步基于生物膜干涉技术(bio-layer interferometry, BLI)，对不同浓度抑制肽NOP-1与ETR1-GAF蛋白进行动力学结合测定，结果表明ETR1-GAF与NOP-1肽段之间存在高亲和力、浓度依赖性的特异性结合，其平衡解离常数(equilibrium dissociation constant, KD)为(6.885×10^-5±7.944×10^-6) mol/L，R²=0.991 4。本研究成功建立了一种稳定、可定量的乙烯受体蛋白体外互作分析系统，为在分子水平深入研究乙烯信号传导中受体与下游元件的动态识别机制提供了关键工具，也为后续探索乙烯信号网络的蛋白质互作谱及开发新型调控策略奠定了方法学基础。

摘要:蜜蜂与熊蜂作为重要的农业传粉昆虫，其肠道微生物在宿主营养代谢、免疫调节与环境适应中发挥关键作用。尽管肠道细菌群落已被广泛研究，肠道真菌的组成特征与生态功能尚缺乏系统性认知。为了系统揭示传粉昆虫肠道真菌的群落结构与潜在功能，本研究基于文献公开数据的内部转录间隔区(internal transcribed spacer, ITS)扩增子测序结果，系统解析了中华蜜蜂(Apis cerana)、意大利蜜蜂(Apis mellifera)、美洲熊蜂(Bombus impatiens)和黑尾熊蜂(Bombus vosnesenskii)肠道真菌群落的结构特征；同时结合从采集自北京市百花山国家级自然保护区的蜜蜂(Apis spp.)和熊蜂(Bombus spp.)肠道样本中分离获得的25株可培养真菌，开展了全基因组分析。结果表明，子囊菌门(Ascomycota)为优势类群，不同宿主之间真菌多样性与群落组成存在显著差异。系统发育分析表明，分离菌株在种属水平上具有较高的一致性，并表现出多样的基因组结构。功能注释显示，肠道真菌广泛参与碳水化合物代谢、细胞结构维持与信号调控，梅奇酵母属(Metschnikowia)菌株在糖苷水解酶(glycoside hydrolases, GH)与糖基转移酶(glycosyl transferases, GT)等CAZymes家族中表现出高度富集。此外，部分菌株具备非核糖体肽(nonribosomal peptide synthetase, NRPS)与β-内酰胺类代谢产物的合成能力，可能在菌群竞争和宿主互作中发挥生态调节功能。本研究揭示了蜂类肠道真菌群落的多样性与功能潜力，丰富了对昆虫微生物组结构与生态作用的理解，为传粉昆虫健康维持与微生态干预提供了理论基础。

摘要:家蚕核型多角体病毒(Bombyx mori nucleopolyhedrovirus, BmNPV)的同源重复区(homologous regions, hrs)已被证明可作为病毒转录的增强子以及DNA复制的起始位点。本研究旨在解析BmNPV基因组中hrs的蛋白结合特征及其对病毒的调控机制。通过DNA pull-down联合液相色谱-串联质谱(liquid chromatography-tandem mass spectrometry, LC-MS/MS)技术，对4个高频互作的hrs区域(hr1、hr2L、hr3、hr5)进行了系统性分析，分别成功鉴定到215?612个特异性结合蛋白。结果表明，这些hrs区域不仅能结合大量宿主蛋白，还与多个病毒蛋白存在相互作用，其中15个蛋白可同时结合4个hrs区域。进一步分析显示，67.3%的结合蛋白具有多价结合特性，表明hrs可能通过共享结合蛋白来协调病毒基因组的调控功能。本研究的结果不仅有助于阐明BmNPV的hrs在病毒调控方面的重要作用，还为家蚕抗病毒策略的研发提供了新的靶点，同时为深入理解杆状病毒与宿主的互作关系提供了理论参考。