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分子植物育种 2021年

作者：侯静翟惠陈震霄刘晓胡正东尹佟明南京林业大学林学院南京林业大学林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室南方现代林业协同创新中心

空气凤梨(Air plant)属凤梨科(Bromeliaceae)铁兰属(Tillandsia)多年生草本植物，是地球上唯一完全生于空气中的植物，具有绿化、美化、净化的作用，已成为室内装饰的新宠，市场需求量逐年增加。而空气凤梨主要依靠种子繁殖和分株繁殖...

空气凤梨(Air plant)属凤梨科(Bromeliaceae)铁兰属(Tillandsia)多年生草本植物，是地球上唯一完全生于空气中的植物，具有绿化、美化、净化的作用，已成为室内装饰的新宠，市场需求量逐年增加。而空气凤梨主要依靠种子繁殖和分株繁殖，繁殖速度极为缓慢，限制了空气凤梨的推广应用。加快空气凤梨繁殖速率是解决这一问题的关键。本研究以市场上的名贵品种‘肥猴’(Tillandsia duratii)为材料，以其成熟饱满的种子作为外植体，研究种子消毒、诱导种子萌发、促进植株生长、组培苗移栽的最适体系。结果显示，将‘肥猴’种子用70%的酒精消毒10 s，无菌水冲洗3次，然后用2%的次氯酸钠消毒5 min，无菌水冲洗5次，接种10 d后污染率为0%。含0.4 mg/L IAA的MS培养基为最适种子培养基，种子的发芽率达100%，一个月后幼苗可长出5片真叶，移入最适壮苗培养基(MS + IBA 2 mg/L)，90 d后幼苗平均叶片数为12片，平均株高为2.30 cm。以带孔的栎木作为基质，‘肥猴’组培苗的移栽成活率达100%，其生长速度较普通播种繁殖提高了10倍以上。本研究确定了‘肥猴’组织培养的最适消毒方法及最佳培养基，建立了‘肥猴’快速育苗体系，大大提高了空气凤梨‘肥猴’的繁殖速度。

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我国林木良种繁育基地建设发展形势及可持续发展策略

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南京林业大学学报(自然科学版) 2020年第5期44卷 1-8页

作者：王章荣南京林业大学林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室

1964年,福建省洋口国有林场杉木(Cunninghamia lanceolata)种子园、广东省台山红岭湿地松(Pinus eliottii)种子园、黑龙江省林口县青山林场兴安落叶松(Larix gmelinii)、日本落叶松(L. olgensis)、樟子松(P. sylvestris ***)种子园的建... 详细信息

1964年,福建省洋口国有林场杉木(Cunninghamia lanceolata)种子园、广东省台山红岭湿地松(Pinus eliottii)种子园、黑龙江省林口县青山林场兴安落叶松(Larix gmelinii)、日本落叶松(L. olgensis)、樟子松(P. sylvestris ***)种子园的建立,标志着规模化树木改良和林木良种繁育基地建设在我国的开始。经过半个多世纪的发展,我国已建立:国家林木种质资源库99个;国家重点林木良种基地294个,生产林木种子1.7亿kg,苗木2 800多亿株;审定认定林木良种3 224个,造林树种良种使用率提高到65%。其中,浙江省杉木无性系种子园第1代、1.5代、第2代的6年生子代测定结果表明材积遗传增益分别为16.97%、22.58%、26.42%;而种源种子园和双无性系种子园遗传增益更高,分别达到32.82%和37.93%。福建省第3代杉木无性系种子园材积遗传增益达76%。进入21世纪,我国对林木良种繁育基地建设的树种结构进行了调整。由于我国树种资源非常丰富(乔木树种就有2 000多种,其中不少树种具有特殊用途和特异性功能),我国良种繁育基地经营和树种改良方向更加多元化。除开展一般工业用材树种如松属(Pinus)、杉木属(Cunninghamia)、落叶松属(Larix)等树种选育外,同时开展遗传改良的树种还包括:特殊用材树种如降香黄檀(Dalbergia odorifera)、楠木(Phoebe bournei)、水曲柳(Fraxinus mandahurica)等;抗逆性生态树种如梭梭(Haloxylon ammodensron)、沙棘(Hippophae rhamnoide)、胡杨(Populus euphratica)等;园林景观树种如亚美马褂木(又称杂交马褂木或杂交鹅掌楸)(Liriodendron sino-americanum)、玉兰(Magnolia denudata)、金钱松(Pseudolarix amabilis)等;油料香料树种如油茶(Camellia oleifera)、油桐(Vernicia fordii)、八角(Illicium verum)等;干果树种如山核桃(Carya cathayensis)、香榧(Torreya grandis)、枣子(Ziziphus jujuba)等;药用树种如杜仲(Eucommia ulmoides)、厚朴(Magnolia officinalis)、山茱萸(Cornus officinalis)等。笔者认为,我国林木良种繁育基地建设是实现我国林业现代化的一项基础性工程,是林木种子工程建设的重点内容,今后我国林木良种繁育基地建设可持续发展策略性措施包括下列6项内容:①稳定长期经济补贴投资机制,确保良种繁育基地长期正常运转;②加强行政管理监督,制定和修订技术标准、法规;③加强科学技术支撑力度,健全"三结合"协作机制;④制定长期良种基地规划和育种计划,确保基地建设长期持续前行;⑤成立良种基地管理指导委员会,建立科学决策机制;⑥定期举办良种基地与林木育种研讨班,商讨关键科学技术和经营管理重大问题。

关键词：林木良种繁育基地种子园育种策略林业现代化

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MIXTA/MIXTA-like基因特征及其对植物表皮细胞分化的调控

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南京林业大学学报(自然科学版) 2021年第4期45卷 229-237页

作者：周芳伟吴怀通尹佟明教育部林木遗传与生物技术重点实验室江苏省林木遗传与高效培育重点实验室南京林业大学林学院南方现代林业协同创新中心

植物表皮细胞是植物最外层直接与环境相互作用的细胞,依据其不同功能,分化形成多种具有防卫功能的特化细胞结构,在植物防御、减少蒸腾、授粉媒介吸引、种子散布、次生代谢产物合成与贮存等方面起着重要作用。研究发现MIXTA/MIXTA-like... 详细信息

植物表皮细胞是植物最外层直接与环境相互作用的细胞,依据其不同功能,分化形成多种具有防卫功能的特化细胞结构,在植物防御、减少蒸腾、授粉媒介吸引、种子散布、次生代谢产物合成与贮存等方面起着重要作用。研究发现MIXTA/MIXTA-like是多种植物表皮细胞分化的关键调控因子。在不同植物中,MIXTA/MIXTA-like作用部位(主要集中在花瓣、叶片、胚珠和子房)和调节方式不同,但最终都是通过调控表皮细胞分化发挥作用。MIXTA/MIXTA-like在表皮毛的形成、角质层生物合成、锥形表皮细胞的分化过程中起着重要的调节作用,其中植物表皮毛发育是一个研究热点。植物表皮毛有多种不同的功能:如叶片被毛是植物抵御取食昆虫的重要表型特征;法国梧桐、杨树、柳树飞絮都是种子成熟过程中表皮毛发育的结果;而黄花蒿中,青蒿素主要在腺毛中合成和储存。因此,开展植物表皮毛发育和调控机制研究具有重要意义。笔者梳理了MIXTA/MIXTA-like基因的特征及其在不同植物表皮细胞分化过程中的生物学功能,阐述了木本植物表皮毛发育调控的分子机制,为加速林木表皮毛发育相关性状的新品种培育提供借鉴。

关键词：植物表皮细胞角质层锥形表皮细胞表皮毛 MIXTA/MIXTA-like基因

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毛白杨次生维管系统再生过程的基因表达

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林业科学 2021年第9期57卷 52-65页

作者：唐芳赵树堂王丽娟宋学勤卢孟柱中国林业科学研究院林业研究所林木遗传育种国家重点实验室国家林业和草原局林木培育重点实验室北京 100091 南京林业大学南方现代林业协同创新中心南京 210037 中国林业科学研究院林业研究所林木遗传育种国家重点实验室国家林业和草原局林木培育重点实验室北京 100091 南京林业大学南方现代林业协同创新中心南京 210037 浙江农林大学林业与生物技术学院省部共建亚热带森林培育国家重点实验室杭州 311300

[目的] 次生维管系统再生能够在树干维管系统丧失后通过去分化、再分化或转分化等组织修复手段实现维管组织的再生.为了鉴定和研究次生维管系统发育相关的重要基因和调控元件,本文利用毛白杨次生维管再生系统,分析了不同再生时期的基因... 详细信息

[目的] 次生维管系统再生能够在树干维管系统丧失后通过去分化、再分化或转分化等组织修复手段实现维管组织的再生.为了鉴定和研究次生维管系统发育相关的重要基因和调控元件,本文利用毛白杨次生维管再生系统,分析了不同再生时期的基因表达模式,为进一步揭示木材形成的基因调控机制奠定基础.[方法] 将 4年生毛白杨无性系在形成层活动旺盛期进行环剥取样.对剥皮后的树皮内侧和树干表面的样本,以及再生第 7、10、14、18和21天5个不同时期获取的再生材料进行高通量转录组分析,并利用基因共表达分析( WGCNA)方法,得到与不同再生时期密切相关的模块,并对这些特异表达的基因进行表达网络和生物学功能分析.[结果] 将第0天(剥皮当天)树皮内侧样本与树干表面样本、再生第 7 天样本与树干表面样本,以及相邻再生时期的样本进行表达差异分析.对得到的14 202个差异基因进行 WGCNA分析,构建基因共表达网络,获得与维管再生过程相关的10个共表达模块.其中,Grey60模块的基因在再生第 7 天样本和树皮内侧样本中特异表达,主要涉及 DNA 复制、有丝分裂、细胞分裂和微管运动等功能;该模块还含有大量与表观遗传调控、细胞周期相关的基因,它们在再生第7天的高表达可能激活了脱分化木质部细胞的增殖和组织类型的改变,使其获得再分化能力.此外,Pink 模块的基因在第0天成熟维管组织样本中的表达量极低,但在再生过程中表达呈上升趋势,到第 21天达到最高值;这些基因主要参与细胞分裂、细胞壁修饰、韧皮部发育、碳水化合物代谢、 DNA 的转录调控等相关的生物学途径.Pink模块中与韧皮部分化相关的标记基因,比如 APL、NAC45/86、DOF、BSPA、PP2 和 SUS 的表达被重新激活,与调节形成层细胞增殖和分化的 CLE41/44和 CLV1一样,表达量都是从再生第 10 天开始逐渐增加.到次生维管系统再生后期的第18天和第21天,形成层已经完成了结构重构并能进行细胞的分裂、分化,此时木质部标记基因和次生壁调控因子有较高的表达.[结论] 毛白杨次生维管系统再生早期,脱分化的木质部细胞通过表观遗传和细胞周期调控重新获得细胞分生能力;之后,韧皮部的细胞分化程序被启动,再生形成层开始细胞增殖和分化;到再生后期,通过相关基因调控,形成层再分化木质部和韧皮部.通过对次生维管组织再生过程中基因的表达分析和调控模块的鉴定,进一步验证了次生维管再生的遗传调控基础,也可为揭示植物维管组织再生的调控机制奠定基础.

关键词：杨树次生维管系统再生基因表达 WGCNA

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唐古特白刺NtCBL1、NtCBL2基因克隆及表达分析

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南京林业大学学报(自然科学版) 2021年第3期45卷 93-99页

作者：黎梦娟朱礼明霍俊男张景波施季森成铁龙南京林业大学生物与环境学院南方现代林业协同创新中心中国林业科学研究院沙漠林业实验中心南京林业大学林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室

【目的】唐古特白刺（Nitraria tangutorum）是土壤荒漠化和盐碱化防治的先锋植物,对高盐和干旱有极强的适应能力,植物CBL基因作为钙离子感受器,在植物逆境应答及发育过程中具有重要功能。以盐生植物唐古特白刺为材料,开展唐古特白刺CB... 详细信息

【目的】唐古特白刺（Nitraria tangutorum）是土壤荒漠化和盐碱化防治的先锋植物,对高盐和干旱有极强的适应能力,植物CBL基因作为钙离子感受器,在植物逆境应答及发育过程中具有重要功能。以盐生植物唐古特白刺为材料,开展唐古特白刺CBL基因克隆及表达分析,以深入了解唐古特白刺的抗逆分子机制。【方法】根据唐古特白刺的转录组数据,设计特异性引物,克隆两个CBL基因,并对其进行生物信息学分析和亚细胞定位鉴定。使用实时荧光定量PCR技术分析盐胁迫条件下唐古特白刺CBL基在叶片中的表达模式。【结果】克隆鉴定了唐古特白刺的NtCBL1、NtCBL2基因,NtCBL1基因cDNA编码区长度为642 bp,可编码213个氨基酸,蛋白质分子质量为52.77 ku,分子式为C1 971H3 302N642O836S106;NtCBL2基因cDNA编码区长度为681 bp,可编码226个氨基酸,蛋白质分子质量为26.10 ku,分子式为C1 179H1 832N298O356S7。亚细胞定位预测和鉴定结果显示NtCBL1、NtCBL2蛋白均定位于细胞膜上。在胁迫、干旱迫、冷胁迫处理下,NtCBL1、NtCBL2基因均表现出不同程度的变化,而NtCBL1基因的变化更为明显,推测其在盐、干旱胁迫中发挥重要作用。【结论】从唐古特白刺中克隆出NtCBL1、NtCBL2基因,发现NtCBL1基因在盐胁迫下表达量明显上升,而NtCBL2基因变化不大。结果表明NtCBL1基因可能参与唐古特白刺的盐、干旱胁迫响应,而NtCBL2基因在冷胁迫下起一定作用。

关键词：唐古特白刺 CBL基因盐胁迫干旱胁迫基因克隆基因表达

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马尾松转录组密码子使用偏好性及其影响因素

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林业科学 2020年第4期56卷 74-81页

作者：朱沛煌陈妤朱灵芝李荣季孔庶南京林业大学林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室南方现代林业协同创新中心南京210037

【目的】异源表达是植物蛋白功能验证和分子育种的重要手段,而密码子是异源基因高效表达的重要因素,对马尾松转录组基因编码区密码子偏好性分析可以为马尾松分子育种提供一定的理论支持。【方法】利用CodonW、EMBOSS密码子分析软件对马... 详细信息

【目的】异源表达是植物蛋白功能验证和分子育种的重要手段,而密码子是异源基因高效表达的重要因素,对马尾松转录组基因编码区密码子偏好性分析可以为马尾松分子育种提供一定的理论支持。【方法】利用CodonW、EMBOSS密码子分析软件对马尾松转录组进行密码子参数分析和密码子偏好性分析,根据中性绘图、ENc-GC3s、偏倚性分析推测马尾松密码子偏好性的主要形成原因。通过比较高低表达基因样本同义密码子相对使用度(RSCU)筛选马尾松最优密码子,通过密码子使用频率比值分析马尾松与拟南芥、烟草、欧洲山杨、大肠杆菌、酿酒酵母的密码子偏好性差异。【结果】马尾松转录组编码序列(CDS)密码子平均GC含量为44.95%,密码子第3位GC含量为38.95%,尤为偏好A/T。高、低表达基因样本统计分析表明,马尾松转录组RSCU差异较小,筛选出TTA、CAA、TGT、GGT等27个密码子可作为马尾松的最优密码子。中性绘图、ENc-GC3s关联分析以及偏倚分析表明,马尾松密码子偏好性的形成可能主要受突变影响,其次受自然选择等多重因素共同影响。密码子使用频率分析表明马尾松密码子偏好性与烟草、拟南芥和欧洲山杨相比差异较小,与大肠杆菌差异最大,与酿酒酵母差异小于大肠杆菌。【结论】马尾松偏好第3位为A/T的密码子,筛选出27个最优密码子,其中25个密码子第3位为A/T。马尾松密码子使用偏好性形成主要受突变影响,其次受自然选择等多重因素共同影响。烟草可以作为马尾松基因异源表达的优选植物生物体,而微生物中酿酒酵母可能优于大肠杆菌。

关键词：马尾松转录组密码子使用偏好性

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CRISPR/Cas9系统介导的基因编辑文库筛选在植物中的应用

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分子植物育种 2021年第18期19卷 6051-6058页

作者：王洁吴怀通南京林业大学林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室南京210037 南京林业大学林学院南方现代林业协同创新中心南京210037

CRISPR/Cas9系统通过对基因的定向编辑,对基因组编辑产生了革命性的影响,成功促进了突变体筛选在基因组水平上的新发展。虽然该系统构建突变体文库速度快,针对性强,且具有巨大的应用前景,目前在一些重要作物的研究中已取得了重要进展,... 详细信息

CRISPR/Cas9系统通过对基因的定向编辑,对基因组编辑产生了革命性的影响,成功促进了突变体筛选在基因组水平上的新发展。虽然该系统构建突变体文库速度快,针对性强,且具有巨大的应用前景,目前在一些重要作物的研究中已取得了重要进展,但其在木本植物中的应用仍处于初级阶段。本研究总结了CRISPR/Cas9系统在植物基因编辑文库构建方面的应用,探究该系统如何应用于构建突变敲除体库。将构建基因编辑突变体文库作为深入研究基因功能的手段,本研究综述的信息将对推进木本植物相关研究提供有益的借鉴。

关键词：基因组编辑 CRISPR/Cas9 突变体文库基因功能

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休眠解除前后紫荆种子差异蛋白质组分析

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南京林业大学学报(自然科学版) 2025年第03期 137-143页

作者：孙永莲高云鹏侯静王文武吴雪莲李淑娴南京林业大学林木遗传育种全国重点实验室南方现代林业协同创新中心林木遗传与生物技术教育部重点实验室江苏省林木遗传和高效培育重点实验室湖北省襄阳市林业科学技术推广站

【目的】探究紫荆(Cercis chinensis)种子休眠解除前后蛋白质组的变化，进一步了解紫荆种子休眠与萌发的内在机制。【方法】以成熟紫荆种子为材料，基于非标记(label-free)定量技术和液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)技术，分别对休眠种子... 详细信息

【目的】探究紫荆(Cercis chinensis)种子休眠解除前后蛋白质组的变化，进一步了解紫荆种子休眠与萌发的内在机制。【方法】以成熟紫荆种子为材料，基于非标记(label-free)定量技术和液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)技术，分别对休眠种子和经过45 d低温层积后解除休眠的种子进行蛋白质组定量和定性分析，利用生物信息学分析紫荆种子休眠解除前后差异蛋白质的功能。【结果】筛选获得1 031个差异表达蛋白，其中显著上调的779个，显著下调的252个。差异表达蛋白被GO功能注释到生物进程、细胞组分和分子功能3大类49个亚类，注释的差异蛋白与代谢过程、酶催化活性、细胞组分合成、应激反应等密切相关。KEGG代谢通路注释结果表明，共有1 012个差异蛋白被注释，涉及264条通路，差异蛋白主要集中在碳代谢、多糖分解、蛋白质过程等，显著富集在7条通路，主要参与激素合成、次生代谢产物合成、脂质代谢等。差异倍数较高的蛋白质中，可能与紫荆种子休眠解除相关的有β-葡萄糖苷酶活性相关蛋白、泛醌和其他萜醌生物等次生代谢相关蛋白、乙醛酸循环相关蛋白等。【结论】紫荆种子休眠解除是较为复杂的生物学过程，涉及细胞形态变化、酶的催化、多糖分解及激素信号转导等，多条代谢途径相互作用构成了较为复杂的休眠解除调控机制。

关键词：紫荆种子休眠蛋白质组代谢通路

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杨、柳物种分化研究进展

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分子植物育种 2025年第9期 3063-3071页

作者：侯静毛金燕尹佟明南京林业大学林学院林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室南方现代林业协同创新中心

物种的起源和进化是当前植物学研究中尚未解决的重大问题。杨柳科植物出现于白垩纪，是被子植物中较为原始的植物类群，科内植物是全球分布广泛的造林绿化和速生用材树种。经过长期进化，这些植物在形态、基因组结构、基因功能上出现了... 详细信息

物种的起源和进化是当前植物学研究中尚未解决的重大问题。杨柳科植物出现于白垩纪，是被子植物中较为原始的植物类群，科内植物是全球分布广泛的造林绿化和速生用材树种。经过长期进化，这些植物在形态、基因组结构、基因功能上出现了差异，为物种进化研究提供了重要线索。目前，尽管研究人员已对杨、柳物种分化开展大量研究，但尚缺乏系统而全面的总结，对于杨、柳物种的进化关系也存在较大争议。本研究从杨柳科植物的分类学研究、遗传图谱分析、比较基因组研究、基因正选择分析4个方面，对杨、柳物种分化机制研究进行归纳总结，试图揭示杨、柳物种分化的机制，重建杨、柳物种形成的进化轨迹，以期为相关研究提供重要参考。

关键词：杨属柳属分化机制

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马尾松PmPIN1基因的克隆及功能分析

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林业科学 2020年第3期56卷 184-192页

作者：武星胡兴峰陈佩珍孙晓波吴帆季孔庶南京林业大学林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室南方现代林业协同创新中心南京210037

【目的】PIN1基因通过调控生长素极性运输的方式在植物根系生长发育中发挥作用。对马尾松PmPIN1基因进行全长克隆和功能分析,有助于在分子水平揭示马尾松的生根机制。【方法】运用PCR和RACE技术成功克隆马尾松PmPIN1基因cDNA序列;利用... 详细信息

【目的】PIN1基因通过调控生长素极性运输的方式在植物根系生长发育中发挥作用。对马尾松PmPIN1基因进行全长克隆和功能分析,有助于在分子水平揭示马尾松的生根机制。【方法】运用PCR和RACE技术成功克隆马尾松PmPIN1基因cDNA序列;利用生物信息学软件分析PmPIN1基因的核苷酸序列及其编码蛋白的氨基酸序列,并构建系统进化树;通过实时荧光定量分析PmPIN1基因在10年生马尾松幼根、1年生枝条、新叶、花中的表达量差异;利用农杆菌侵染法将PmPIN1基因转入烟草获得转基因植株,比较转基因烟草与转pCAMBIA-1302空白载体烟草之间的表型差异;用激光共聚焦显微镜观察PmPIN1-GFP荧光蛋白在转基因烟草根中的表达模式;酶联免疫法测定野生型和转基因烟草的根、根茎结合处及叶中的生长素含量;用不同浓度的生长素极性运输抑制剂1-N-萘基邻氨甲酰苯甲酸(NPA)处理野生型与转基因烟草,分析烟草根、根茎结合处、叶中的生长素含量变化;利用PEG介导法将16318-hGFP-PmPIN1重组载体转化至拟南芥原生质体中进行亚细胞定位分析。【结果】PmPIN1基因全长2914 bp,包含2085 bp的ORF,编码的蛋白由695个氨基酸组成,N端与C端均有膜运输蛋白。系统进化树显示马尾松与油松在发育树同一支上。通过实时荧光定量发现PmPIN1在不同组织中的表达量差异达到极显著,1年生枝条与幼根中表达量较高,花中最低。农杆菌介导法转化烟草获得的转基因烟草,较转空载烟草株高增长,生根量增加且根系变长。激光共聚焦显微镜观察得出转基因烟草根部中间有明显绿色荧光富集现象。酶联免疫法测定结果表明转基因烟草根、根茎结合处生长素含量高于野生型,且叶较根和根茎结合处减少。不同浓度NPA处理后,野生型烟草根中生长素含量变化达极显著,且生长素含量随NPA处理浓度的增加而减少;处理浓度为10 nmol·L^-1时,叶中生长素含量最高;处理浓度为2 nmol·L^-1时,根茎结合处生长素含量增加较多。不同浓度NPA处理后,转基因烟草不同部位生长素含量变化均未达到极显著。亚细胞定位分析表明PmPIN1蛋白主要分布于细胞膜上。【结论】马尾松PmPIN1与油松PIN1亲缘关系最近。PmPIN1属于膜蛋白。PmPIN1转基因烟草可能提高生长素由地上部位向地下部位的运输能力,减少NPA对生长素含量变化的影响,表明PmPIN1可能调控生长素的极性运输;PmPIN1-GFP绿色荧光富集在根部中间部位,PmPIN1在幼根中表达量较高,转基因烟草较转空载植株发根量多,根长长。研究结果表明PmPIN1基因可能在根系发育中发挥重要作用。

关键词：马尾松 PmPIN1基因转基因功能分析

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