【摘 要】
:
丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)是植物根部与隶属球囊菌亚门(Glomeromycotina)的真菌之间形成的一种互相交换营养的共生体。AM的起源非常古老,演化至今已成为绝大多数植物保障营养供给,并增强自身抗逆性的一种不可或缺的生活方式。在过去的18年里,研究人员从不同植物中一共鉴定出了60余个AM共生调控基因,分别涉及共生信号分子的合成、识别与传导、膜融合与物质运输、以
论文部分内容阅读
丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)是植物根部与隶属球囊菌亚门(Glomeromycotina)的真菌之间形成的一种互相交换营养的共生体。AM的起源非常古老,演化至今已成为绝大多数植物保障营养供给,并增强自身抗逆性的一种不可或缺的生活方式。在过去的18年里,研究人员从不同植物中一共鉴定出了60余个AM共生调控基因,分别涉及共生信号分子的合成、识别与传导、膜融合与物质运输、以及营养交换等多个方面。目前,AM的研究仍有许多空白,更多的调控基因尚未被有效鉴定。最近,研究人员开始利用基因家族演化分析的方法来筛选符合“共生演化模式”的基因,即通过比较共生植物与非共生植物(丧失AM共生能力)的基因组数据,从中寻找那些在共生植物中一直稳定遗传、但在非共生植物中却已丢失的直系同源基因。本实验室前期收集的水稻转录组数据表明,至少有413个水稻基因的表达水平在AM共生过程中显著上调。从这一研究基础出发,本研究从中选取了50个上调八倍以上的候选基因,进而利用13个陆地植物的基因组数据对每个候选基因进行同源基因搜索,开展细致的基因家族演化分析,结果筛选出七个符合“共生演化模式”、前人尚未报道过的新基因。其中,基因Os HGSNAT编码一个类肝素N乙酰葡糖胺转移酶;基因Os DUF588编码一个含有未知功能结构域DUF588(可能与膜相关)的蛋白;Os DUF538-a和Os DUF538-b为水稻同一分支近期复制的两个基因,它们编码的蛋白均含有未知功能的DUF538结构域;基因Os CBP编码一个柠檬酸盐结合蛋白的前体;基因Os MACPF编码一种与防御相关的膜穿孔蛋白;而基因Os ACT编码一个含有ACT结构域的蛋白。我们进而针对这七个水稻AM共生候选基因,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术进行针对性敲除。每个基因均设计两个先导RNA(guide RNA,g RNA),以期对两个不同编码区位置进行特异性编辑。对水稻T0阳性苗的鉴定结果表明:14个g RNA均成功发挥作用,编辑效率达60%-90%,七个候选基因均敲除成功且得到多种编辑类型。经过选择繁种,每个基因成功获得两个以上T1代纯合突变株系。最后,将这些基因的T1代突变体与野生型水稻日本晴同时与AM真菌Rhizophagus irregularis建立共生,五周后观察比较侵染表型。结果发现:在Oshgsnat突变体中,根内菌丝的定植率及形成的丛枝细胞丰度均显著降低;Q-PCR数据也证实突变体中两个AM共生标记基因(早期表达基因AM1与后期表达基因PT11)连同Os HGSNAT基因自身的表达量均显著降低,说明Os HGSNAT基因是AM正常发育所必需的。基因Os DUF588突变后,虽然根内菌丝的定植率未受影响,但丛枝细胞丰度却显著降低,囊泡数量有所增加;同时PT11的表达量也在两个突变系中显著下调,推测该基因的缺失可能导致营养交换异常,从而加速了丛枝的衰老消退。基因Os DUF538-a与Os DUF538-b为同一分支的两个拷贝,其中Osduf538-b突变体的真菌定植率有所降低,而Osduf538-a突变体表型与野生型相比未见显著差异,推测两个基因间存在部分功能冗余,且Os DUF538-b更可能发挥重要作用。Oscbp与Osmacpf突变体与AM真菌建立共生后,其根部真菌定植率与野生型相比均显著降低,同时突变体植株的地上部也比对照更加矮小,其背后可能影响水稻生长发育的机制值得进一步研究。最后一个基因Os ACT突变之后,真菌定植率和丛枝丰度均未发现明显变化。综上所述,本研究以水稻转录组数据为基础,通过基因家族演化分析,从中筛选出七个符合共生演化模式的AM共生上调表达基因进行了针对性研究,所开展的基因敲除工作与表型鉴定结果,为后续深入研究这些基因调控AM共生、甚至影响水稻生长发育的分子及生理机制奠定了重要基础。
其他文献
<正>在开展航空伽马能谱测量过程中,获取的参数量包括钾、钍、铀等放射性元素,在以往数据处理过程中,仅分别对钾、钍、铀网格进行单可视化,没有进行联合成像显示。为了丰富数据可视化手段,提高数据解释精度,本文针对三元放射性元素成像技术及应用展开研究,利用插件技术,通过多个网格组合成像、区域数据可视化不失真等技术,
城市商业服务设施的可达性评估和服务区分析是评测其空间区位的两类有效方法,可达性测度从城市居民的角度出发,能够有效反映出各区域居民获取服务的难易程度,并识别出获取服务匮乏的城市区域;服务区测度从商服设施的角度出发,通过测算设施的服务范围,进而洞察设施的消费者潜力和设施之间的竞争格局。因此,合理、准确的评估商业服务设施的空间区位对于企业战略发展和城市规划决策具有重要意义。目前,已建立较为完善的可达性测
本论文利用1979-2017年的CPC陆地格点逐日降水资料,以及ERA-Interim再分析资料等,首先比较了中国东部不同地区夏季持续性强降水(Persistent Heavy Rainfall,PHR)发生的基本特征差异。接着以长江中下游地区为例,探讨了该地区夏季PHR发生频率在年代际、年际时间尺度上的特征,以及不同年代际、年际背景信号下,当长江中下游发生区域持续强降水事件时,中低纬地区环流的准
据联合国《世界城市化展望》报告,预计到2050年将有68%的世界人口生活在城市地区。对此,建设智慧城市、挖掘城市地理大数据信息有助于促进人与自然协调发展。其中,城市几何空间是基础地理实体表达的载体,其基本信息表达是地表覆盖分类。此外,自然资源部将启动“十四五”基础测绘规划编制工作,推动实景三维中国建设,意在将城市基础地理表达载体由二维推向三维。因此,城市地表覆盖亟需从二维走向三维,以提升地理空间数
动物群落内多个物种的分布模式体现出的规律性构成了动物类群的空间格局。这种空间格局是类群中动物与生境环境之间及类群之间长期相互作用的结果,既反映了动物对环境资源的利用和适应能力,也反映了动物的生物学特性及竞争、捕食、共生等物种间相互作用的结果。动物分区是类群分布格局在地理空间大尺度范围上的一个重要总结,而动物类群间相互作用关系也是类群的空间分布格局形成的重要原因。本文根据我国陆栖哺乳动物分布的空间关
流域水循环演变机理是水科学研究的关键问题之一,是保障区域水安全的重要理论支撑。气候变化改变降水、气温、蒸发等自然要素,从而影响陆地水文循环系统。与此同时,城市化引发的土地利用变化改变下垫面的水文水力学属性,使得流域产汇流机制发生改变。本文以城市化水平高的秦淮河流域为研究区,利用RS与GIS技术解译历史遥感影像数据,分析流域1986-2017年土地利用变化特征,同时借助数理统计方法,分析1986-2
改革开放40年多来,我国城镇化水平显著提高,城市数量从193个增加到657个,城镇化率从19.4%上升到59.58%,根据《国家新型城镇化规划(2014-2020)》,预计2020年我国即将完成城镇化中期成长阶段。随着城市化进程不断推进,在长江三角洲、珠江三角洲、京津冀等地区,城市群逐渐成为新型城镇化的空间主体。在城市群层面,如何协调好城市发展与生态保护之间的关系,优化城市群空间发展格局,是新型城
珊瑚礁支持了对全球气候变化响应最敏感的生态系统之一,其地貌演化是海面变化记录的重要载体。研究珊瑚礁的地貌形态与演变,能够揭示过去的海面变化,加深对地球构造运动与海洋动力及珊瑚礁生物作用过程的理解,还能为当前南海珊瑚礁的岛礁建设提供理论基础。目前,无论是对珊瑚礁现代地貌还是埋藏古地貌的研究都以定性为主,定量研究相对匮乏,有关珊瑚礁地貌演化对海面变化响应的研究,大多系概念性认识,缺乏典型的实例与准确的
河口是陆、海物质输运与能量交换的关键区域,受到径流、潮汐、风浪、环流等复杂因素的影响。长期以来,河口水动力特征、沉积物输运(悬浮泥沙的再悬浮、沉降、絮凝、输运等)、污染物质的扩散与迁移、盐淡水混合、最大浑浊带形成机制以及近底部生物化学过程等重要问题一直备受广大海洋学者的关注。本研究选取长江口为研究区,基于沉积动力与湍流等物理过程的现场观测,验证河口湍流观测的可行性,探讨这些物理过程的影响因素与相互