JIA 2019 园艺栏目之分子生物篇
本合辑集选 JIA 2019年出版的园艺栏目分子生物相关研究论文，所有文章在ScienceDirect平台开放获取，点击文章题目可查看全文。欢迎相关领域科研人员关注、转发、使用。
猕猴桃R1R2R3-MYB转录因子AcMYB3R增强转基因拟南芥对干旱和盐的耐受性
✺ ZHANG Ya-bin, TANG Wei, WANG Li-huan, HU Ya-wen, LIU Xian-wen, LIU Yong-sheng
猕猴桃是一种重要的经济果树，其生长过程易受旱、涝，热、冷、植物病原体等环境胁迫影响。因此，筛选猕猴桃中的胁迫响应基因，以改善猕猴桃对环境的耐受性则显得至关重要。本研究成功分离并鉴定了一个新的猕猴桃R1R2R3-MYB转录因子AcMYB3R。该基因表达量在干旱、盐和低温条件下显著上升。体外实验表明，AcMYB3R定位于细胞核并拥有转录自激活能力。GUS染色激活实验结果显示，AcMYB3R与G2/M期特异表达基因AcKNOLLE启动子上的MSA元件结合，并激活AcKNOLLE的表达。并且过表达AcMYB3R可显著提高转基因拟南芥对干旱和盐胁迫的耐受性，并且引起胁迫响应基因如RD29A，RD29B，COR15A和RD22表达量的上调。总之，我们的结果为猕猴桃的功能基因组学研究和分子育种研究提供了重要的信息。
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| ZHANG Ya-bin, TANG Wei, WANG Li-huan, HU Ya-wen, LIU Xian-wen, LIU Yong-sheng. 2019. Kiwifruit (Actinidia chinensis) R1R2R3-MYB transcription factor AcMYB3R enhances drought and salinity tolerance in Arabidopsis thaliana. Journal of Integrative Agriculture, 18(2): 417-427. |
Identification of commercial cultivars of Agaricus bisporus in China using genome-wide microsatellite markers基于全基因组SSR标记鉴定中国双孢蘑菇商业栽培菌株
✺ WANG Li-ning, GAO Wei, WANG Qiong-ying, QU Ji-bin, ZHANG Jin-xia, HUANG Chen-yang
双孢蘑菇是全世界范围内栽培最广的食用菌之一，其商业栽培菌株通常具有相似的表型且容易通过组织分离的方法进行复制。这为区分不同的栽培菌株和保护新品种带来巨大的挑战。因此，栽培菌株的准确鉴定方法十分必要。在本研究中，我们使用微卫星（simple sequence repeat,SSR）标记对中国11个双孢蘑菇商业菌株进行了准确的鉴定。通过分析双孢蘑菇的全基因组序列，一共获得3134个SSR位点，其中1490个SSR位于基因区，1644个SSR位于基因间区。我们开发了17对多态性引物，并据此构建了11个双孢蘑菇商业菌株的SSR指纹图谱。这17对引物共揭示出73个等位基因，平均为4.29个。其中，两对引物（AB_SSR_2341 和 AB_SSR_2590）即可对全部的11个商业菌株进行区分。11个商业菌株的遗传相似系数介于0.56-0.95之间，说明部分菌株的亲缘关系较近。本研究为中国双孢蘑菇的菌种鉴定提供了可靠的方法，也为食用菌分子标记辅助育种工作积累了科学数据。
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| WANG Li-ning, GAO Wei, WANG Qiong-ying, QU Ji-bin, ZHANG Jin-xia, HUANG Chen-yang. 2019. Identification of commercial cultivars of Agaricus bisporus in China using genome-wide microsatellite markers. Journal of Integrative Agriculture, 18(3): 580–589. |
外源赤霉素对促成栽培牡丹开花质量、内源激素含量及激素和开花相关基因表达的影响
✺ GUAN Yan-ren, XUE Jing-qi, XUE Yu-qian, YANG Ruo-wen, WANG Shun-li, ZHANG Xiu-xin
赤霉素促进促成栽培牡丹的开花，然而其调控开花的机理尚不清楚。本研究，通过外源赤霉素涂抹5年生株龄的‘洛阳红’牡丹，探讨其对内源激素变化、开花质量和激素-及开花-相关基因表达的影响。外源赤霉素GA3处理可显著促进花蕾发育和枝条的新枝生长量，并且提高了促成栽培‘洛阳红’牡丹的成花质量。同时，外源GA3处理提高了内源赤霉素GA3和生长素IAA的表达水平并降低脱落酸ABA的表达水平。为进一步揭示其调控机理，8个赤霉素合成和信号转导基因，包括PsCPS、PsKS、PsGA3ox、PsGA2ox、PsGID1b、PsGID1c、PsDELLA和PsGID2被首次克隆，并分析了其序列结构特征。结果表明，克隆得到的基因与其他物种中对应的同源基因一样具有保守结构域。系统进化分析表明，牡丹与葡萄的系统进化关系较近。随后对上述克隆的基因及ABA和IAA-合成和信号转导基因和开花时间基因进行了基因表达分析。研究发现，在6个不同发育时期的花蕾中，多数基因在GA3处理花蕾中的表达量高于对照花蕾，而且PsSOC1和PsSPL9表达也受GA3正调控。这也证实了牡丹中的赤霉素-合成和信号转导途径是保守的，PsCPS、PsGA3ox、PsGA2ox、PsGID1、PsDELLA和PsGID2受赤霉素反馈调节。激素含量的改变会促进PsSOC1和PsSPL9的表达，降低PsSVP基因的表达，最终实现促成栽培牡丹的成花质量的提高。↑ 向上滑动查看更多
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| GUAN Yan-ren, XUE Jing-qi, XUE Yu-qian, YANG Ruo-wen, WANG Shun-li, ZHANG Xiu-xin. 2019. Effect of exogenous GA3 on flowering quality, endogenous hormones, and hormone- and flowering-associated gene expression in forcingcultured tree peony (Paeonia suffruticosa). Journal of Integrative Agriculture, 18(6): 1295-1311. |
辣椒种质资源遗传多样性及群体结构分析
✺ GU Xiao-zhen, CAO Ya-cong, ZHANG Zheng-hai, ZHANG Bao-xi, ZHAO Hong, ZHANG Xiao-min, WANG Hai-ping, LI Xi-xiang, WANG Li-hao
遗传多样性对植物育种和应用具有重要作用。辣椒是一种世界范围内的蔬菜和调料作物。该研究利用均匀分布于辣椒染色体的29对SSR引物，对保存在中国国家蔬菜种质资源库中的1904份材料进行了遗传分析。结果表明，这些辣椒材料分为两个群，两个群在果实类型和地理分布上具有明显差异。最终抽取了248份材料构成中国辣椒资源核心种质，涵盖了75.6%的SSR位点。本研究通过对辣椒资源遗传结构的研究，为从群体水平进行基因挖掘和遗传改良奠定了基础。↑ 向上滑动查看更多
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| GU Xiao-zhen, CAO Ya-cong, ZHANG Zheng-hai, ZHANG Bao-xi, ZHAO Hong, ZHANG Xiao-min, WANG Hai-ping, LI Xi-xiang, WANG Li-hao. 2019. Genetic diversity and population structure analysis of Capsicum germplasm accessions. Journal of Integrative Agriculture, 18(6): 1312-1320. |
Downregulation of SL-ZH13 transcription factor gene expression decreases drought tolerance of tomato
✺ ZHAO Ting-ting, WANG Zi-yu, BAO Yu-fang, ZHANG Xiao-chun, YANG Huan-huan, ZHANG Dong-ye, JIANG Jing-bin, ZHANG He, LI Jing-fu, CHEN Qing-shan, XU Xiang-yang
ZF-HDs转录因子可以调控植物生长发育以及非生物胁迫抗性。在我们前期的研究中发现SL-ZH13基因在番茄遭受干旱胁迫时显著上调表达。在本研究中，为了进一步明确SL-ZH13基因在番茄干旱胁迫应答的中的作用，我们利用病毒诱导的基因沉默方法使番茄中的SL-ZH13基因下调表达，并将这些植株进行干旱胁迫，分析植株耐旱性的变化。实验中利用荧光定量PCR分析 来验证基因沉默的效率。干旱胁迫下，SL-ZH13基因沉默的植株与对照植株相比，植株茎部弯曲更快，叶片萎蔫更加严重，茎部平均弯曲角度更小。生理指标分析结果显示，在干旱胁迫处理后的1.5小时和3小时，基因沉默植株的SOD和POD活性，以及Pro含量低于对照植株，而MDA的含量高于对照植株，H2O2 和 O2-的积累高于对照植株，这些结果说明SL-ZH13基因的沉默可以影响番茄植株对干旱胁迫的应答，并降低番茄植株耐旱性。↑ 向上滑动查看更多
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| ZHAO Ting-ting, WANG Zi-yu, BAO Yu-fang, ZHANG Xiao-chun, YANG Huan-huan, ZHANG Dong-ye, JIANG Jing-bin, ZHANG He, LI Jing-fu, CHEN Qing-shan, XU Xiang-yang. 2019. Downregulation of SL-ZH13 transcription factor gene expression decreases drought tolerance of tomato. Journal of Integrative Agriculture, 18(7): 1579-1586. |
草莓生长素响应因子（ARF）家族的全基因组鉴定及表达分析
✺ WANG Shao-xi, SHI Feng-yan, DONG Xiang-xiang, LI Yu-xiang, ZHANG Zhi-hong, LI He
生长素信号在植物生长发育从胚胎形成到衰老的整个进程中扮演着重要角色。生长素响应因子（Auxin response factors, ARFs）通过结合到生长素响应元件上来调控生长素响应基因的表达，是最重要的转录因子家族。ARF在很多植物中被研究，但鲜有草莓ARF的报道。本研究分析了12条草莓ARF家族基因的结构特性及在草莓不同果实发育阶段、不同组织器官及不同IAA处理下的表达模式。结果表明：12条草莓ARF基因在所有的组织器官中均表达，并且在果实的发育进程中具有几乎相同的表达趋势。所有的草莓ARF基因均响应于IAA的处理。本研究提供了一个关于草莓ARF基因家族的基因结构、染色体上分布位置、进化关系及表达模式的广泛信息，这些信息将为深入研究草莓ARF基因功能奠定重要基础。↑ 向上滑动查看更多
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| WANG Shao-xi, SHI Feng-yan, DONG Xiang-xiang, LI Yu-xiang, ZHANG Zhi-hong, LI He. 2019. Genome-wide identification and expression analysis of auxin response factor(ARF) gene family in strawberry (Fragaria vesca). Journal of Integrative Agriculture, 18(7): 1587-1603. |
苹果U-box E3泛素连接酶基因MdPUB29的分子克隆和功能鉴定揭示其参与耐盐性
✺ HAN Peng-liang, DONG Yuan-hua, JIANG Han, HU Da-gang, HAO Yu-jin
从'皇家嘎拉'苹果基因组(Malus×domestica Borkh.)克隆了E3泛素连接酶基因(Accession number：MD01G1010900)。序列分析表明，MdPUB29基因长度为1,275 bp，编码424个氨基酸。系统发育树分析表明，此苹果E3泛素连接酶与Pyrus×bretschneideri具有最高的序列相似性。预测的MdPUB29的蛋白质结构域显示其含有U-box结构域。qRT-PCR分析表明，MdPUB29在'皇家嘎拉'苹果的不同组织中广泛表达，并在根中表达量最高，而外源NaCl显著抑制MdPUB29的表达。免疫印迹分析显示，'皇家嘎拉'苹果的组培苗中的MdPUB29蛋白丰度在NaCl胁迫条件下积累。三维蛋白质结构预测表明MdPUB29与AtPUB29高度同源。在盐胁迫条件下，MdPUB29转基因的苹果愈伤组织和拟南芥的生长状态远强于对照，这表明MdPUB29可能正调节耐盐性。↑ 向上滑动查看更多
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| HAN Peng-liang, DONG Yuan-hua, JIANG Han, HU Da-gang, HAO Yu-jin. 2019. Molecular cloning and functional characterization of apple U-box E3 ubiquitin ligase gene MdPUB29 reveals its involvement in salt tolerance. Journal of Integrative Agriculture, 18(7): 1604-1612. |
MdSWEET17, a sugar transporter in apple, enhances drought tolerance in tomato
✺ LU Jing, Sun Mei-hong, MA Qi-jun, KANG Hui, LIU Ya-jing, HAO Yu-jin, YOU Chun-xiang
糖是植物体内重要的能量来源和信号分子，糖转运蛋白如SWEET(sugars will eventually be exported transporters)在植物生长发育及应对生物和非生物胁迫过程中发挥着重要作用。本研究在苹果(Malus×domestic)中分离得到MdSWEET17这一基因。表达分析实验表明，MdSWEET17在根、茎、叶、花、果各组织中均有表达，且表达水平不同。野生型和MdSWEET17转基因番茄进行干旱处理，发现转基因株系的耐旱性高于野生型并且比野生型积累更多的果糖。研究结果表明MdSWEET17参与植物对干旱胁迫的响应及果糖的调控过程。↑ 向上滑动查看更多
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| LU Jing, Sun Mei-hong, MA Qi-jun, KANG Hui, LIU Ya-jing, HAO Yu-jin, YOU Chun-xiang. 2019. MdSWEET17, a sugar transporter in apple, enhances drought tolerance in tomato. Journal of Integrative Agriculture, 18(9): 2041-2051. |
Inheritance of steroidal glycoalkaloids in potato tuber flesh
✺ PENG Zhen, WANG Pei, TANG Die, SHANG Yi, LI Can-hui, HUANG San-wen, ZHANG Chun-zhi
马铃薯是全世界仅次于小麦和水稻的第三大主粮作物。薯肉中甾类糖苷生物碱(SGAs，又名龙葵素)含量的降低是马铃薯的关键驯化特征。本研究通过栽培马铃薯和野生马铃薯的杂交，构建了一个二倍体马铃薯F2分离群体，用以定位与调控薯肉龙葵素合成相关的数量性状遗传位点（QTLs）。经过三年的连续重复试验，我们鉴定出两个稳定遗传的薯肉龙葵素相关联QTLs位点，分别位于2号和8号染色体上，并在8号染色体的QTL位点上发现了38个基因与龙葵素合成基因共表达。这些发现将为开发控制薯肉龙葵素含量的基因奠定基础，为野生种质在马铃薯育种中的应用提供理论基础。
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| PENG Zhen, WANG Pei, TANG Die, SHANG Yi, LI Can-hui, HUANG San-wen, ZHANG Chun-zhi. 2019. Inheritance of steroidal glycoalkaloids in potato tuber flesh. Journal of Integrative Agriculture, 18(10): 2255-2263. |
✺ LIU Xuan, LIANG Wei, LI Yu-xing, LI Ming-jun, MA Bai-quan, LIU Chang-hai, MA Feng-wang, LI Cui-ying
碱胁迫是制约苹果根系生长的主要因素。为了分析苹果根系对碱胁迫的响应，本研究以耐碱性强的富平楸子(Malus prunifolia)和耐碱性较弱的平邑甜茶(Malus hupehensis)为材料，研究了耐碱性不同的两种苹果砧木幼苗根系结构和内源激素含量的差异，并对富平楸子根系进行了转录组分析，旨在从分子水平上揭示碱胁迫对苹果砧木根系结构和内源激素的影响。结果表明：碱胁迫15天后，平邑甜茶幼苗根系生长量明显减少。碱胁迫下，平邑甜茶幼苗根中生长素(IAA)和玉米素核苷(ZR)含量均低于对照，而富平楸子根中IAA和ZR含量的变化趋势与之相反；两种苹果砧木处理组根系中脱落酸(ABA)含量均增加，但富平楸子根中ABA含量高于平邑甜茶。IAA相关基因ARF5、GH3.6、SAUR36、SAUR32和CTK相关基因IPT5在富平楸子处理组根中的表达量高于对照，而这些基因在平邑甜茶根中的表达量均低于对照；同时，ABA相关基因CIPK1和AHK1在两种苹果砧木处理组中的表达量均增加，但富平楸子根中CIPK1和AHK1表达量的增加幅度高于平邑甜茶。由此表明，碱胁迫下，根系中IAA、ZR和ABA含量以及相关基因表达量的增加促进了幼苗根系的生长，从而提高了苹果砧木的耐碱能力。
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| LIU Xuan, LIANG Wei, LI Yu-xing, LI Ming-jun, MA Bai-quan, LIU Chang-hai, MA Feng-wang, LI Cui-ying. 2019. Transcriptome analysis reveals the effects of alkali stress on root system architecture and endogenous hormones in apple rootstocks. Journal of Integrative Agriculture, 18(10): 2264-2271. |
✺ LI Li-shu, LUO Cong, AN Zhen-yu, LIU Zhao-liang, DONG Long, YU Hai-xia, HE Xin-hua
翻译起始因子eIF1A是蛋白合成重要的调控因子之一，在植物响应非生物胁迫过程中发挥重要的调控作用。但在芒果的果实成长发育和非生物胁迫中研究较少。本研究从芒果中克隆获得了1个MieIF1A-b基因，包含1个435 bp开放阅读框(ORF)，编码144个氨基酸(GenBank登录号：KP676599)，分子量为16.39 kDa，等电点为4.6；系统进化分析发现其与巨桉、木薯和毛果杨的同源性较高，分别为96%和95%；荧光定量表达分析表示MieIF1A-b在芒果的各组织中均有表达，尤其在80 d的成熟果实中表达量最高，在盐和干旱胁迫条件下均能诱导其在芒果叶片中的上调表达；转基因功能验证表明过表达MieIF1A-b基因能增强了转基因拟南芥的生长、表型和耐盐性。结果表明，MieIF1A-b基因与芒果的果实发育和盐害调控密切相关，为芒果非生物胁迫的重要候选基因。↑ 向上滑动查看更多
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| LI Li-shu, LUO Cong, AN Zhen-yu, LIU Zhao-liang, DONG Long, YU Hai-xia, HE Xin-hua. 2019. Molecular characterization, expression and function analysis of eukaryotic translation initiation factor (eIF1A) in Mangifera indica. Journal of Integrative Agriculture, 18(11): 2505-2513. |
Evolution of the R2R3-MYB gene family in six Rosaceae species and expression in woodland strawberry
六个蔷薇科物种中R2R3-MYB基因家族的进化及其在森林草莓中的表达分析
✺ LIU Hui, XIONG Jin-song, JIANG Yue-ting, WANG Li, CHENG Zong-ming (Max)
R2R3-MYB转录因子基因家族在植物生长发育、代谢以及各种生物和非生物胁迫的反应中发挥着重要的作用。本研究中，在六个蔷薇科物种中共鉴定出838个R2R3-MYB基因，其中森林草莓中有105个，西洋梨中有173个，苹果中有219个，桃中有121个，中国月季中有121个，黑树莓中有99个。根据系统进化分析，将109个R2R3-MYB基因聚类到51个物种特异性复制进化枝中，242个R2R3-MYB基因聚类到50个谱系特异性复制进化枝中。在六个蔷薇科物种中，R2R3-MYB基因分布在每个染色体上，并有少量的串联复制事件。串联复制基因的比例从0-25.1%。同一个进化枝中的R2R3-MYB蛋白极其保守，可能是因为它们具有相似的功能。同义替换率的分布显示了六个物种中R2R3-MYB基因的复制时间。另外，大多数非同义替换率与同义替换率的比值小于1，表明这些R2R3-MYB基因在进化的过程中经历了纯化选择。基因本体论 (GO) 分析发现森林草莓和黑树莓中的R2R3-MYB基因功能比其他蔷薇科物种中的更多样化。基于森林草莓中42个不同组织和不同发育阶段的转录组分析， 发现R2R3-MYB基因对森林草莓营养组织和果实生长发育至关重要。干旱处理下，野生草莓S1, S2, S11, S20和S22亚家族中R2R3-MYB基因在新叶和老叶组织中均呈现高表达。↑ 向上滑动查看更多
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| LIU Hui, XIONG Jin-song, JIANG Yue-ting, WANG Li, CHENG Zong-ming (Max). 2019. Evolution of the R2R3-MYB gene family in six Rosaceae species and expression in woodland strawberry. Journal of Integrative Agriculture, 18(12): 2753-2770. |
✺ Sophiarani Yengkhom, Arif Uddin, Supriyo Chakraborty
Codon usage bias (CUB) is a unique property of genome which refers to non-random usage of synonymous codons in coding sequences. The present study makes an attempt to find out the pattern of CUB in chloroplast (cp) genes among three tea species, i.e., Camellia sinensis var. assamica (Assam tea), Camellia sinensis var. sinensis (Chinese tea) and Camellia pubicosta (wild tea species) as no work on CUB was reported earlier. To understand the patterns of codon usage among the cp genes of three tea groups, we used bioinformatic tools to investigate the protein coding sequences of cp genes. In our present study, the mean nucleobase T was the highest whereas C was the lowest in all the three tea groups. The overall AT content was more than GC content, i.e., genes were AT rich. The scaled chi-square (SCS) value indicated that the CUB of cp genes was low. The codon CGT (Arg) was over-represented in C. sinensis var. sinensis whereas GGA (Pro) was over-represented in C. pubicosta species. Heatmap study revealed that most of the GC ending codons showed positive correlations between codon usage and GC3 while AT ending codons exhibited negative correlations. From neutrality plot analysis, it was evident that natural selection had played a major role, while mutation pressure exerted a minor effect in the CUB of cp genes in three tea groups. Highly significant (P<0.01) positive correlation was found between SCS and synonymous codon usage order (SCUO) of cp genes which suggested that high expression of cp genes was associated with high degree of CUB.
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| Sophiarani Yengkhom, Arif Uddin, Supriyo Chakraborty. 2019. Deciphering codon usage patterns and evolutionary forces in chloroplast genes of Camellia sinensis var. assamica and Camellia sinensis var. sinensis in comparison to Camellia pubicosta. Journal of Integrative Agriculture, 18(12): 2771-2785. |
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Journal of Integrative Agriculture (《农业科学学报》，JIA) 创刊于2002年，农业综合性英文学术期刊。由中国农业科学院与中国农学会联合主办，农业信息研究所承办。中国农业科学院副院长、中国工程院院士万建民任主编。在Elsevier-SD平台全OA出版，专注刊登作物学、园艺、植物保护、动物科学、动物医学、资源环境、食品科学、农业经济与管理等国际农业科学前沿热点领域的综述、研究论文、简报以及评述等。
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