2024, 25(5):679-694. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20241229002
摘要:花香和花色是花卉作物重要的观赏性状,是决定花卉品质、影响花卉经济价值的关键因素,因此,培育花色丰富、花香怡人的花卉新品种长期以来都是园艺工作者的主要育种目标。香雪兰作为球根切花品种的代表,其花朵颜色鲜艳、香气怡人,是研究植物花色花香的良好材料。本文综述了香雪兰花色花香合成代谢通路以及转录调控的研究进展,重点介绍了控制香雪兰花色苷合成的关键结构基因FhCHS1、FhDFR、Fh3GT、Fh5GT和萜类物质合成的关键结构基因FhTPS1~FhTPS14,此外还介绍了野生种TPS基因的天然等位基因变体序列之间的微小氨基酸差异驱动的酶的催化活性和产物特异性,为阐明花香种间遗传差异奠定了基础。花色苷的合成除了受到结构基因的调控,也受到MYB-bHLH-WD40的调控,花香的合成则受到FhMYB21L2和FhMYC2的调控,此外FhMYB21L2协同调控了黄酮醇合酶基因FhFLS2的表达,最后展望了花色苷和萜类物质合成的潜在应用前景。
2024, 25(5):695-703. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230925001
摘要:瓜叶菊是拥有多种花色品种资源的观赏植物,同时具有蓝色、斑色等观赏植物中稀缺的花色表型,不同花色品种具有多种花青素代谢途径,解析其花色性状形成的分子机制能够为观赏植物的分子育种提供理论依据,其中鉴定的关键基因能够为蓝色花新品种培育提供宝贵的基因资源。在对瓜叶菊多年研究的基础上,本文从瓜叶菊特殊的花青素结构、花青素生物合成调控途径及其花色研究的主要技术手段方面,综述了近20年来瓜叶菊花色研究的进展,具体内容包括:(1)瓜叶菊不同色系呈色的色素基础,尤其是蓝色花品种中特殊的多聚酰化色素结构;(2)多聚酰化修饰相关糖基化、酰基化修饰的瓜叶菊花青素代谢途径的基因,以及调控花色、花斑形成的MYB、MADS-box等转录因子的功能;(3)瓜叶菊中进行花色研究相关的高效遗传转化体系和病毒介导的基因沉默(VIGS,virus-induced gene silencing)体系,及其在花色研究中的研究进展。本文旨在为后续瓜叶菊及其他花卉花色研究和分子育种提供参考。
2024, 25(5):704-717. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20231013002
摘要:斑叶植物种类丰富,其叶片上色彩各异的斑纹具有特殊的观赏性,不仅是植物重要的观赏性状,还有着一定的生物学和生态学意义,具有帮助繁衍、抵御天敌和适应环境变化等作用。本文综述了近年来观赏植物叶斑分类和形成的相关进展,根据叶片中不同的色素积累和结构区别,在微观结构上对叶斑类型进行划分并总结了叶斑形成的分子机制。现有研究表明,叶片发育过程中色素合成和代谢有关的结构基因和转录因子CHLH、DFR、CRD1等的改变、细胞器发育的受损、细胞发育和分化基因ZAT10、VAR3等的突变会通过影响色素的差异积累、改变叶片结构直接或间接的参与叶斑的形成。虽然目前已有较多对于观赏植物叶斑形成机制的研究,但观赏植物叶斑的遗传机制尚不清晰,叶斑部分的差异基因表达的原因、叶斑图案的空间分布机制等仍有待进一步研究。未来可以通过对斑叶植物中模式植物的筛选,构建泛基因组,与基因组学、蛋白组学、代谢组学等多组学技术结合,研究叶斑的起源、斑叶植物对于环境的适应等问题,探索植物的重要性状与环境适应的进化机制。
2024, 25(5):718-726. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20231016001
摘要:百合(Lilium spp.)原产于我国,在我国花卉产业中有着重要而特殊的地位。花香是其观赏性状的重要标签,已有研究结果表明,不同香型的百合主要花香成分差异较大,浓香型与淡香型百合的差异主要集中在萜烯类物质的不同,而采样时期、部位、环境、激素等均会导致花香成分变化。目前百合花香物质合成通路研究集中在萜烯合成通路上,多为萜烯合酶的功能研究及上游调控网络解析,而其他花香成分代谢途径基因的功能解析及分子调控机制的研究仍存在许多未解之谜。由于对百合花香合成及调控机制的解析不够全面与深入,难以支撑花香的精准改造,导致百合花香育种进程缓慢。深入挖掘与利用百合花香基因、完善相关代谢途径及调控网络可能会是百合花香的下一步研究重点。本文对百合花香的前期研究进行了回顾和总结,并对后期的研究方向提出展望,以期为后续百合花香分子调控机制研究提供参考,对定向培育香气怡人的百合新品种提供借鉴。
2024, 25(5):727-736. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20231121003
摘要:花香是观赏植物重要的观赏性状,杜鹃花作为世界闻名的木本花卉,以花色丰富、花型多样闻名于世,其花香是评价杜鹃花品质的重要指标之一。研究表明萜烯类化合物、醇类、酯类、酮类化合物等是杜鹃花属植物花香化合物的主要成分,这些化合物的释放受到花发育状态、释放部位以及环境条件的影响。萜烯类化合物是杜鹃花属植物最主要的花香成分,萜类合成酶基因是杜鹃花花香物质代谢途径中的主要调控基因,利用基因组结合代谢组学研究发现马银花TPS家族基因远多于其他无香型杜鹃花属植物。深入研究杜鹃花不同种和品种特征花香成分及其生物合成途径,对杜鹃花的芳香育种和综合利用有重要意义。本文论述了杜鹃花属植物香气成分的测定与分析方法、不同亚属杜鹃花资源的香气成分、香气合成释放规律以及香气物质生物合成途径和关键基因,为开展杜鹃花主要花香物质合成代谢的遗传规律研究和芳香品种选育提供参考。
2024, 25(5):737-750. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20231013003
摘要:NAC转录因子家族在调节植物的生长发育中发挥着重要的作用,在模式植物、作物中已进行了大量研究,但是在观赏植物中的研究还缺乏系统性的梳理和探讨。本综述介绍了NAC转录因子的结构和分类,并梳理了2004 -2023年NAC转录因子在观赏植物器官生长发育和胁迫响应上的生物学功能研究,其中观赏植物器官生长发育主要集中在叶缘形态建成、花器官发育、叶片衰老、花瓣衰老、种球休眠5个方面,胁迫响应则集中在干旱、盐、碱、冷、热等非生物胁迫,在生物胁迫中报道较少。最后,鉴于观赏植物NAC转录因子大部分都还停留在生物信息学分析以及表达模式分析等功能初探阶段,本文在结合观赏植物全基因组测序继续开展NAC转录因子鉴定研究、挖掘观赏植物中与模式植物存在不同作用机制的NAC转录因子、解析观赏植物NAC转录因子与其他转录因子间的调控网络、加快利用推进基因工程或编辑技术开展观赏植物的分子育种工作等4个方面,对未来NAC转录因子在观赏植物中的研究提出了展望。
2024, 25(5):751-762. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20231007003
摘要:糖基化修饰在植物的生长发育中扮演着至关重要的角色。糖基转移酶是催化糖苷化产物合成的核心酶,其中,主要以UDP-糖为糖基供体的UGT家族,能够催化次生代谢中的小分子化合物,在调节各种植物次生代谢物的溶解度、稳定性和生物活性等方面具有重要作用,并与植物品质性状、非生物胁迫和生物胁迫的响应等紧密相关,近年来成为备受关注的研究热点。本文对植物中UDP-糖基转移酶进行了全面的综述,涵盖了其结构特点、催化特性、反应类型、功能分类和命名方式等方面。此外,文中还总结了目前观赏植物中UDP-糖基转移酶对激素、萜类化合物和类黄酮化合物等的修饰情况,这些修饰过程进而影响植物的花色、叶色、株型、叶形、挥发性化合物的储存、植物对生物与非生物胁迫的抗性,以及功能性化合物成分的合成等多个方面。通过相关工作文献的回顾与总结,有助于进一步认知糖基转移酶在观赏植物代谢调控中的作用,也为今后的观赏植物种质改良创新和功能性成分的研发提供参考。
2024, 25(5):763-776. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20231016002
摘要:百合(Lilium spp.)是多年生球根草本植物,包括观赏、食用和药用百合,具有较高的经济价值。百合遗传背景复杂、杂合度高、远缘杂交不亲和,且传统杂交育种周期长、育种精度低,难以快速高效地培育目标品种。目前,包括现代杂交育种、诱变育种、倍性育种、体细胞杂交育种和基因工程育种在内的现代育种技术均已在百合中应用。本文总结了百合杂交育种中远缘杂交不亲和的克服方法,诱变育种中的诱变条件,倍性育种中多倍体育种和单倍体育种主要采取的技术手段,体细胞杂交育种原生质体分离纯化和杂交的条件以及基因工程育种中百合遗传转化体系和基因编辑体系的研究进展。在此基础上,列举了不同百合育种方法和技术的研究案例,分析了不同育种技术面临的问题,并展望了百合育种技术的进一步发展和应用前景,旨在为未来百合育种技术及其应用的研究提供有价值的参考,并为更多百合新品种的创制提供依据。
张磊,寇亚平,段铭奥,王晓飞,贾瑞冬,赵鑫,李秋香,葛红,杨树华
2024, 25(5):777-789. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20231231002
摘要:油用玫瑰栽培应用历史悠久,是全球重要的木本香料资源和药食同源植物,从其花瓣中提取的玫瑰精油作为重要的香料原料已广泛应用于日化、医药和食品行业。玫瑰精油的品质主要受玫瑰的品种类型、产地条件和提取工艺等综合因素的影响。我国油用玫瑰资源非常丰富,但玫瑰精油的深加工技术起步较晚,针对我国栽培油用玫瑰资源特性及玫瑰精油的应用现状还鲜有归纳,本文对油用玫瑰的主要栽培类型和现状,玫瑰精油提取技术、相关行业标准、化学成分及功能活性进行了系统的归纳总结,并从油用玫瑰资源的挖掘与利用、精油提取技术研发与优化、精油相关标准的完善、产品应用领域的拓展和功能活性评价体系的建立等方面提出参考建议,以期为我国玫瑰产业的发展提供参考,为我国蔷薇属植物资源的创新利用提供理论指导。
2024, 25(5):790-799. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230927002
摘要:以一个白色非托桂型小菊为父本,两个红色托桂型小菊为母本,设计两个杂交组合,测定了杂交F1的11个花型性状。遗传分析表明,花径、舌状花长、舌状花宽和管状花数均符合无主基因控制的0MG模型;心花直径、舌状花数、管状花长、管状花宽和最深齿裂长均符合由两个加性-显性-上位性效应的主基因控制的2MG-ADI模型,其中管状花长和最深齿裂长的主基因遗传率均约70%,属于高度遗传力。相关性分析表明,托桂型菊花管状花长、管状花宽和最深齿裂长两两之间呈极显著的正相关。根据舌状花的花色值(L*,a*,b*)将F1聚类为5个不同色系,两个杂交组合舌状花花色的香农-威纳指数(H)分别为1.12和1.23,花色变化丰富。此外,测定了亲本及F1共30个不同花色的托桂型菊花管状花内侧表皮和舌状花上表皮的花色值(L*,a*,b*),发现两者的L*,a*,b*值分别呈极显著正相关;对5个色系共10个托桂型菊花做切片观察,发现管状花内侧与舌状花上表皮、管状花外侧与舌状花下表皮的色素种类相同且细胞形态大小相似,因而花色相近。本研究结果为菊花托桂花型性状的基因定位以及优质托桂型菊花品种的培育提供理论依据。
刘冉,寇亚平,陈庆阳,牛鹏飞,王晓飞,葛红,贾瑞冬,赵鑫,杨树华
2024, 25(5):800-812. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20231220002
摘要:通过目测法及比色卡进行表型观测并选取8种不同花色的蔷薇属植物作为研究对象,利用分光色差仪测定花色表型,采用高效液相色谱质谱联用技术对花青素苷进行定性定量分析,探讨蔷薇属植物花色与花青素苷之间的关系。结果表明,8种蔷薇属植物材料首次检测出8种花青素苷成分,分别为矢车菊素-3-(咖啡酰基)-葡萄糖苷(Cy3CafG)、矢车菊素-3-O-半乳糖苷(Cy3Gal)、芍药素-3-(咖啡酰基)-葡萄糖苷(Pn3CafG)、矢车菊素-3-(顺式-咖啡酰基)-二甲基葡萄糖苷(Cy3(cisCaf)DmG)、矢车菊素-3-(反式-咖啡酰基)-二甲基葡萄糖苷(Cy3(transCaf)DmG)、矢车菊素-3-二甲基-葡萄糖苷(Cy3DmG)、芍药素-3-(顺式-咖啡酰基)-芸香苷(Pn3(cisCaf)Ru)、芍药素-3-(反式-咖啡酰基)-芸香苷(Pn3(transCaf)Ru)。8种花青素苷的生物修饰类型包含半乳糖糖基化、甲基化修饰和咖啡酰基化修饰3种,这3种生物修饰类型均在蔷薇属植物中首次报道。花青素苷与CIELab参数相关性结果显示Cy3CafG、Cy3(cisCaf)DmG与花瓣红度(a*)呈正相关,Cy3Gal、Cy3(transCaf)DmG与花瓣黄度(b*)和亮度(L*)呈显著正相关,相关性系数均大于0.5。本研究为蔷薇属植物中花青素苷的精准鉴定和花色呈色机理研究提供理论参考,为蔷薇属植物分子育种提供方法基础。
2024, 25(5):813-823. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20231202001
摘要:bHLH转录因子家族是植物中最大的转录因子家族之一。当前越来越多的植物bHLH转录因子家族被鉴定,然而百合bHLH转录因子家族的系统分析尚未见报道。本研究基于百合转录组数据,共鉴定出74个bHLH家族蛋白,均为亲水性蛋白,93%为不稳定蛋白,61%为酸性蛋白。结构域分析发现有25个保守残基的一致性≥50%,其中R16、R17、L27、L49和L59位点高度保守。此外,64个bHLH蛋白能与DNA结合,包含58个E-box结合物和46个G-box结合物。系统进化分析将百合bHLHs分为21个亚家族,基于进化树发现百合bHLHs可能执行信号转导、非生物胁迫、植物生长发育和物质合成等功能。对3个可能与罗勒烯和芳樟醇相关的基因Unigene23213_All、CL1682.Contig2_All和CL8286.Contig2_All进行了克隆,发现它们在品种间存在97.30%~99.89%的同源性。表达模式分析结果显示,三者在花、叶和鳞中均有表达。该研究为开展百合bHLH转录因子的功能研究提供了重要的序列信息。
2024, 25(5):824-833. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20231117003
摘要:萜烯合成酶(TPS,terpene synthase)基因是萜类化合物生物合成途径中的关键基因,其在植物萜烯代谢中起到重要的作用。本研究以紫丁香(Syringa oblata Lindl. ex Carr.)花瓣为材料,在优化固相微萃取花香化合物条件的基础上,对4个不同花发育时期(花蕾期、初开期、盛开期和衰败期)的花香化合物进行鉴定分析;结合基因组和转录组数据筛选到了SoTPS2和SoTPS3关键候选基因,并对其进行克隆和功能研究。结果表明:(1)最适的萃取条件为30 ℃萃取40 min;4个花发育时期的花香总释放量呈先升高后下降的趋势,盛花期达到最高;4个时期中萜烯类化合物的释放量占花香总释放量的比例均最高,其中以单萜罗勒烯的释放量最高。(2)SoTPS2和SoTPS3基因编码区长度分别为1731 bp和1779 bp,编码氨基酸分别为576个和592个,编码的蛋白具有Terpene_cyclase_plant_C1保守结构域,属于Isoprenoid_Biosyn_C1超家族;实时荧光定量表明2个基因均在花瓣中表达量最高,在不同花发育时期表达量均呈先升高后下降趋势,在盛开期表达量最高,与单萜罗勒烯的释放量呈正相关。(3)在金鱼草(Antirrhinum majus L.)花瓣中异源瞬时过表达SoTPS2和SoTPS3基因,发现罗勒烯释放量与对照组相比分别显著增加10.91倍和23.67倍。综上表明,紫丁香花香主要成分为单萜类化合物,SoTPS2和SoTPS3可以影响紫丁香单萜化合物,尤其是罗勒烯的合成。
2024, 25(5):834-843. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20231220007
摘要:非特异性脂质转移蛋白(nsLTP,non-specific lipid transfer proteins)在植物脂质转运和分泌中发挥重要作用。本研究从薰衣草(Lavandula angustifolia)中克隆到2个II型nsLTP基因,命名为nsLTP2-1和nsLTP2-2,并对其进行功能分析。生信分析表明,nsLTP2-1和nsLTP2-2分别编码119个和117个氨基酸,具有脂转移蛋白(LTP,lipid transfer proteins)保守结构域和8个高度保守的半胱氨酸残基;系统进化分析显示它们处于两个分支,与同科的紫苏(Perilla frutescens)相似性最高。基因表达分析显示2个基因均在花蕾中高表达,在叶片、茎和花瓣中几乎不表达,在花萼中的表达存在差异,nsLTP2-1和nsLTP2-2分别在成熟花萼和幼嫩花萼中表达量更高;2个基因在花蕾和叶片中的表达均受到强光诱导,且在花蕾中的表达均受脱落酸诱导,而叶片中nsLTP2-1和nsLTP2-2的表达分别受茉莉酸甲酯和乙烯诱导。亚细胞定位显示2个nsLTPs均定位在细胞膜和细胞壁上,可能与次生代谢物的转运有关。过表达nsLTP2-1和nsLTP2-2烟草叶片经尼罗红染色后,经485~543 nm激发光激发,叶片腺毛头部的荧光显示多于野生型,说明本研究中的nsLTPs 可能在脂类的合成和转运中起重要作用。这些结果为明确薰衣草脂转移蛋白在脂类及萜类转运中的功能研究提供了参考。
2024, 25(5):844-855. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230918002
摘要:木犀科白蜡树属椒叶梣组(Fraxinus sect. Sciadanthus)由自然分布于中国中部的对节白蜡(Fraxinus hupehensis S. Z. Qu,C. B. Shang & P. L. Su)、喜马拉雅西部的椒叶梣(Fraxinus xanthoxyloides(G. Don)DC. )和非洲北部的Fraxinus dimorpha 3个物种组成,呈现出特殊的间断分布模式,目前该组的起源和演化过程尚不清楚。利用ITS、psbA-trnH、rpl32-trnL和matK 4个标记对白蜡树属42个物种间的系统发育关系进行分析,结果表明:(1)利用ITS序列构建的贝叶斯系统树支持Wallander的分类方法,即属内再分成6个组,对节白蜡、椒叶梣和F. dimorpha都属于椒叶梣组,且该组与欧梣组(sect. Fraxinus)的亲缘关系最近,形成姐妹组;(2)椒叶梣可能是F. dimorpha与欧亚种的杂交后代;(3)BEAST分化时间图显示,白蜡树属最早起源于42.05 Ma,椒叶梣组最早分化于21.86 Ma,对节白蜡最早分化于11.87 Ma。青藏高原的快速隆起可能是导致椒叶组物种间断分布的重要原因,对节白蜡和椒叶梣可能是其影响下的孑遗植物。