摘要：单分子荧光检测技术是利用荧光基团对目的分子标记后,在单分子水平成像并追踪分子的构象变化、动力学特征以及分子之间相互作用的研究方法。相较于传统分子生物学和遗传学的研究手段,单分子检测技术可以对单个分子的动态和特性进行分析,特别是瞬时或偶发性的事件,从而更加深入地挖掘在群体测量中被掩盖的信息。该技术已广泛应用于动物细胞生物学的相关研究,极大地促进了生命科学中分子调控机制的研究。然而,单分子检测技术在植物研究中的应用还有待进一步开发。本文总结了近年来单分子荧光检测技术的发展,概述了其在植物学研究中的案例,并展望了新技术在植物学研究中的应用前景。

摘要：【目的】扩展蛋白是植物中重要的基因家族之一,在生长发育和逆境抗性过程中发挥重要的作用。本研究拟探讨旱柳中的扩展蛋白基因组成变化,为理解旱柳AA、BB基因组的分化提供理论依据,也为柳树分子设计育种提供参考。【方法】本研究基于毛果杨扩展蛋白基因氨基酸序列,鉴定旱柳中的扩展蛋白基因;通过生物信息学软件,分析旱柳AA、BB基因组扩展蛋白基因家族的特征和变化。【结果】在异源四倍体旱柳基因组中鉴定了65个扩展蛋白基因,其中AA基因组32个、BB基因组33个,共有的扩展蛋白基因28个,有3个基因产生了重复;AA、BB基因组中各有3个扩展蛋白基因缺失,并分别有2个和1个基因结构域发生了缺失。基因结构分析表明,部分AA、BB基因组的对应基因在内含子数量和内含子剪切位点等方面存在明显变化。在密码子使用选择上,AA、BB基因组间各含有5个高频密码子,分别含有5个和10个最优密码子,部分密码子如AGG和UAG等的使用频率有很大的差别。比较蛋白理化性质,AA、BB基因组的扩展蛋白在亲疏水性、结构稳定性方面存在不同程度的变化。进化分析显示,两套基因组中EXPA23基因经历了正选择,其他同源基因经历了纯化选择,但Ka/Ks值变化较大。【结论】旱柳AA、BB基因组扩展蛋白家族具有各自的组成、结构及表达特征,是基因组分化的基础,体现了扩展蛋白在物种分化和分类中的重要地位。

摘要：OSCA(Hyperosmdality-gate calcium-permeable channels)是钙通透性阳离子通道蛋白,通过参与感知细胞外渗透势的变化,诱导Ca^(2+)浓度增加,调节渗透势,在高渗胁迫感应中发挥重要的作用。本研究从毛果杨基因组中鉴定得到16条OSCA基因序列并根据其在染色体上的分布将它们重新命名。基于系统发育树分析,将PtOSCAs基因分为4组,每一组中的OSCA基因都具有相似的基因结构。从杨树OSCA家族基因间鉴定到2个重复事件,分别为涉及3个基因的一个串联重复事件和涉及2个基因的一个片段重复事件,并且每一对基因的Ka/Ks值均在1以下,由此可见,进化中杨树OSCA家族基因存在纯化作用。通过分析PtOSCAs基因在低浓度以及高浓度盐胁迫下的表达情况,发现存在以下三类:第Ⅰ类,在低浓度及高浓度盐胁迫下表达量均出现上升;第Ⅱ类,在低浓度和高浓度盐胁迫下表达量均下降;第Ⅲ,在低浓度盐胁迫下表达量呈上升趋势,但是在高浓度盐胁迫下表达量呈下降趋势。此研究为PtOSCAs基因的功能分析和杨树的遗传改良提供了参考。

摘要：根据沙冬青低温干旱诱导cDNA文库表达序列标签中锌指蛋白基因序列设计特异引物,采用PCR技术扩增锌指蛋白基因AmZFPG的cDNA全长。序列分析表明,cDNA全长669bp,推测编码223个氨基酸残基、分子量约25kD的蛋白质。氨基酸保守性分析及同类锌指结构比对表明AmZFPG属于GATA结合蛋白家族,且具有高度的保守性。系统发生分析表明,其与紫花苜蓿富含脯氨酸的细胞壁蛋白进化亲缘关系最近。半定量RT-PCR分析显示,AmZFPG基因是受低温和干旱诱导表达上调的基因,初步得出AmZFPG基因与沙冬青低温和干旱胁迫响应相关。

摘要：【目的】查尔酮合酶(CHS)是苯丙烷途径的限速酶之一,在植物次生代谢物的合成中起着重要的作用。本研究通过对栾树CHS基因进行克隆与生物信息学分析,以及分析栾树CHS基因表达与类黄酮合成的关系,期望为后续深入研究栾树类黄酮代谢途径其他相关基因、CHS基因家族以及锦叶栾呈色机制提供参考。【方法】以栾树叶片为材料,采用RTPCR技术进行查尔酮合酶基因的克隆并进行生物信息学分析;通过实时定量PCR(qRT-PCR)技术分析CHS基因在栾树不同组织以及在5月、7月、9月的栾树和锦叶栾叶片中的表达模式;通过代谢组测定筛选出栾树与锦叶栾的类黄酮差异代谢物。【结果】克隆获得两个CHS基因的全长DNA,命名为KpCHS1和KpCHS2。其中KpCHS1序列全长为2492 bp,ORF为1173 bp,编码含有390个氨基酸的蛋白质;KpCHS2序列全长为1321 bp,ORF为1182 bp,编码含有393个氨基酸的蛋白质;进一步的序列比对和系统发育分析表明,KpCHS1和KpCHS2蛋白高度同源,具有四个CHS特异性保守基序和一个查尔酮合成酶活性位点;KpCHS1和KpCHS2在栾树根、茎、叶、种子中都普遍表达,其中,KpCHS2在种子中的表达量最高,KpCHS1在叶片中表达量高,而在根和茎中,两个基因的表达量相似且较低;表达模式分析显示,在栾树和锦叶栾叶片中,随着月份增加,KpCHS1的表达量呈现出下降的趋势,而KpCHS2表达量未表现出明显的规律。在7月份的叶片样本中,KpCHS1基因在锦叶栾中表达量显著高于栾树;代谢组结果显示,山奈酚-7-O-葡萄糖苷、7-羟基香豆素、槲皮素-3β-D-葡萄糖苷、以及类黄酮生物合成途径重要的中间产物山萘酚、柚皮苷等黄酮类物质在锦叶栾叶中含量显著升高。【结论】KpCHS1和KpCHS2属于栾树查尔酮合酶家族并且高度同源,但在系统进化树上分布在很远分支上,推测这两个蛋白在氨基酸活性催化功能上可能存在较大差异;KpCHS1和KpCHS2在根、茎、叶、种子中均有表达,且在叶和种子中较高。研究结果初步显示,KpCHS1基因与栾树类黄酮的生物合成高度相关。

摘要：为确定油松成熟胚离体培养诱导不定芽的最适条件,以油松成熟胚为外植体材料,分别接种在TE、DCR和MS3种基本培养基上以确定最适培养基;随后按照U6*(64)均匀设计表,在TE培养基中添加不同浓度梯度的植物生长激素6-BA、NAA、KT,建立试验组合以确定最佳激素配比;基于上述实验,进一步探讨了蔗糖浓度对不定芽诱导的影响及6-BA对不定芽生长的影响。结果表明:基本培养基对于不定芽的诱导起重要作用,在TE培养基上不定芽诱导率最高,DCR次之,MS最差;运用Uniform Design Version3.00均匀设计软件,通过数据处理、回归分析及试验优化,得到激素最佳组合为:6-BA6mg/L+NAA0.1mg/L,KT对试验没有显著影响;蔗糖浓度为4.0%时不定芽诱导率最高;培养基中降低6-BA的浓度有利于不定芽的生长,在TE+6-BA0.5mg/L+NAA0.1mg/L的培养基中,丛生芽平均长度最长。

摘要：为研究水氮耦合效应对毛白杨无性系人工林林分蓄积量与经济效益的影响,在河北省威县苗圃场选择4个毛白杨无性系1316、BT17、B331、S86人工林林分,采用裂区设计进行了连续4年田间试验研究。结果表明:水氮对4个毛白杨无性系林分蓄积量与经济效益有显著影响,各因素对林分蓄积量影响的次序为:水>氮>水氮交互,其中水、氮存在正交互作用。经模型寻优得出4个毛白杨无性系1316、BT17、B331、S86的水氮最佳经济效益组合:当施氮量分别为380kg/hm2(300g/株)、457kg/hm2(360g/株)、472kg/hm2(371g/株)、508kg/hm2(400g/株),土壤水分分别控制在田间持水量的76.92%、80.10%、81.46%、84.86%时,林分蓄积量分别达86.33、149.92、163.45、200.28m3/hm2;相应的纯收入分别为32866、69519、77418、98630元/hm2,分别比对照(W1N0)的纯收入增加了69.87%、82.82%、80.15%、81.45%。每公顷无性系S86的林分蓄积量分别是无性系1316的2.3倍、BT17的1.3倍、B331的1.2倍。每公顷无性系S86的纯收入分别是无性系1316的2.9倍、BT17的1.4倍、B331的1.3倍。可见S86在高水氮条件下为该地区最速生、丰产的毛白杨无性系。

摘要：为了解决刺槐(Robinia pseudoacaia L.)种子园内的成年刺槐采种树产种率低、种子品质差、结果部位上移、树势下降等问题,本研究以辽宁凌海和山西吉县种子园内的刺槐采种树为研究对象,对刺槐采种树进行不同高度(0.8, 1.0, 1.2 m)和不同年份(2016年, 2017年)的截干处理,于2018年对截干的刺槐采种树进行表型性状调查,并对其叶片内的生长素(IAA)、脱落酸(ABA)、赤霉素类(GA3, GA4, GA7)和玉米素(ZT)等多种内源激素含量进行测定。结果显示,凌海基地不同截干高度的刺槐采种树与未截干的采种树在当年生枝条长度和当年生枝条基径之间均存在显著性差异,内源激素的含量也存在明显差异。吉县基地不同年份与未截干刺槐采种树的当年生枝条长度和当年生枝条基径之间差异显著,不同的激素含量也存在显著差异。不同截干高度和不同截干年份对当年生枝条长度和当年生基径均有显著促进作用,1.0 m的截干高度更有利于脱落酸(ABA)含量的上升;1.2 m的截干高度能够显著提高赤霉素(GA4)含量的上升,有利于采种树的营养生长;0.8 m的截干高度能够显著降低玉米素(ZT)含量。不同的截干措施对植物的表型性状和植物激素的含量分析为刺槐种子园矮化经营和树体营养生长和生殖生长调控提供依据。

摘要：山西油松种子园正处于从初级向高世代发展的关键时期。本文以山西省吕梁山国有林管理局上庄油松初级种子园优树自由授粉子代测定林为研究对象,系统研究了第二代种子园建设中的优良家系选择、优良家系内单株选择、SSR亲缘分析、SSR遗传多样性分析、配置设计等问题。结果表明,子代测定林内家系间的材积生长存在显著差异,在77个测定家系中选出20个优良家系。按照单株材积优势比的相对大小从油松种子园自由授粉子代测定林的20个优良家系中各选出1个最优单株,优良单株的平均材积优势比和平均材积遗传增益分别为0.25和0.13。优良单株间亲缘分析结果表明,20个单株间存在不同程度的亲缘关系,其中3号单株与其余19个单株间的亲缘关系最远;15和17号单株间的亲缘关系最近。优良单株间遗传多样性分析结果表明,单株间的遗传多样性水平较高,其多态信息含量(PIC)的平均值为0.532 4;由单株构成的群体处于相对平衡状态,其杂合度(H)、期望杂合度(He)和固定指数(F)的平均值分别为0.595 5、0.570 3和-0.018 4。根据亲缘分析结果,第二代种子园采用不平衡、不完全固定区组设计的配置方式,考虑无性系间亲缘关系的同时提高了最优无性系出现的比例,实现了材积遗传增益的有效提高。研究结果为指导山西第二代种子园建设提供了重要理论依据,为推进分子标记在油松遗传改良中的应用提供了重要思路。

摘要：详细介绍了基于WMD3(Web MicroRNA Designer 3)软件平台的amiRNA(artificial microRNA)分子自动设计方法及其离体合成策略。应用网络在线设计时,只需输入目的基因靶序列相关信息后便可获得候选amiRNA。根据选定的最佳amiRNA,可得到4条含有amiRNA以及载体中miRNA两侧序列的寡聚核苷酸序列。重叠延伸PCR合成策略可以以这4条序列以及根据质粒模板设计的A、B两段序列作为引物,扩增出目标amiRNA。同样尿嘧啶切除的策略也可合成amiRNA,但这些引物序列需做适当调整变动。此外,还介绍了基于特异引物退火的amiRNA合成策略,该策略可保证amiRNA分子能够一步PCR合成,合成后的amiRNA表达盒可通过合适的限制性位点被克隆至目的载体中的相应位点。可以预见,这种amiRNA分子设计的科学性与合成策略的精确性将会使amiRNAi技术在生物基因功能分析中发挥更加重要的作用,对生命科学研究产生深远的影响。