地黄中响应连作基因的时空表达与分析

目的:前期作者利用抑制性消减杂交技术(SSH)构建了连作地黄的正反消减cDNA文库。该研究从两库中各选5个可能引起地黄连作障碍的基因做时空表达分析,以探讨其在地黄连作障碍中的作用。方法:应用实时荧光定量PCR技术检测这10个基因在正茬、重茬地黄中不同时期不同组织的相对表达量。结果:正库中筛选的5个编码基因(钙依赖性蛋白激酶、SAM合成酶、ACC氧酶、甲基转移酶、钙蛋白酶)在重茬地黄中有较高的表达量,在正茬地黄中几乎无表达;反库中筛选的5个编码基因(RNA依赖的RNA聚合酶、RNA复制酶、依赖于DNA的RNA聚合酶IIa、细胞周期蛋白D、RNA结合蛋白)在正茬地黄中均得到较高表达,而在重茬中却被下调或关闭。结论:参与核心生命过程的关键调控基因(如细胞周期蛋白D、依赖于DNA的RNA聚合酶IIa)在重茬地黄中被抑制或关闭,扰乱了植株正常的基因表达程序,通过钙信号传导和乙烯合成信号,干扰了地黄生长发育的重要代谢过程,从而导致连作地黄植株矮小,发育不良,引起地黄的连作障碍现象。     

连作地黄根际土壤中酚酸类物质的动态变化

目的:通过对正茬和重茬地黄进行大田生物测试,并检测土壤中的一元酚酸类物质,为缓解地黄化感自毒作用和消减连作障碍提供理论依据.方法:采用HPLC检测不同生育时期的正茬和重茬地黄根际土壤中与化感现象密切相关的5种酚酸(阿魏酸、对羟基苯甲酸、香草酸、香豆酸和丁香酸).结果:正茬地黄生长健壮.收获时,正茬地黄的块根干重和体积分别为重茬地黄的6.02,7.71倍.结论:苗期和伸长期是连作地黄自毒作用发生的关键时期,此时期,重茬地黄土壤中阿魏酸、香豆酸、丁香酸和对羟基苯甲酸的含量和重茬地黄叶片、块根的生长有较强的反比关系,其中阿魏酸对重茬地黄的抑制作用占主要方面.     

响应地黄连作障碍LncRNA-RgAGT2的克隆及表达分析

连作障碍严重影响地黄的产量和品质,对其分子机制的探寻是地黄研究领域的重要问题之一。该研究基于前期数字表达谱(DGE)分析筛选到的特异响应连作障碍转录本Unigene29334_All,利用hi TAIL-PCR和RACE技术克隆到长度为1 573 bp的完整转录产物。借助ORF Finder预测发现,克隆产物所有ORF均小于300 nt,证实此转录产物为长链非编码RNA(long non-coding RNA,LncRNA)。与地黄转录组数据库比对发现,此LncRNA与丙氨酸-乙醛酸转氨酶2基因(Rg AGT2)部分区域同源,因此命名为LncRNA-RgATG2。为进一步研究LncRNA-RgAGT2的功能,该研究检测了LncRNA-RgAGT2与Rg AGT2基因在头茬和连作地黄生长发育5个关键时期(苗期,拉线期,膨大前期,膨大中期,膨大后期)的表达模式,结果暗示,LncRNA-Rg AGT2可能与地黄Rg AGT2基因存在调控关系。同时,连作地黄LncRNA-RgAGT2表达水平在各个时期均发生不同程度的变化,可以作为地黄连作障碍的"诊断标签"。该研究首次证实LncRNA-RgAGT2参与地黄连作障碍应答及调控过程,是对地黄连作障碍分子机制的有力补充。     

连作地黄cDNA消减文库的构建及分析

目的:通过构建连作地黄cDNA消减文库,探讨地黄连作障碍的分子机制.方法:利用抑制性消减杂交(SSH)技术构建连作地黄的正反消减文库,通过蓝白斑筛选、PCR的方法鉴定出阳性克隆,并对其进行测序和生物信息学分析.结果:连作地黄cDNA消减文库构建成功,正向和反向消减文库均筛选了300个阳性克隆.测序结果表明:正库、反库分别获得232条、214条特异的EST序列;经NCBI数据库分析,正库、反库中分别有200,195条EST序列的基因具有蛋白功能注释;COG基因功能预测结果表明,正库、反库中分别有60,61条EST序列具有相应的的基因功能分类,涉及21个代谢途径.结论:差异表达基因的功能注释表明,连作对地黄体内的基因表达具有深刻的影响.本研究筛选地黄响应连作的关键基因,为揭示地黄连作障碍的分子机制奠定了基础.     

连作地黄的生理生态响应与品质评价

目的:以盆栽正茬、重茬和连作2年的"温85-5"地黄品种为实验材料,分析地黄生理生态及品质变化情况,探讨连作自毒作用对地黄生理生化特性及其品质形成的影响.方法:测定分析不同连作条件下地黄光合作用、根系活力、植株体内保护酶系统及MDA含量等相关指标,并应用HPLC法分析评价了地黄品质.结果:连作致使下荐地黄的叶绿素含量降低,光合作用能力下降,根系活力减弱;地黄植株内由于连作造成的自由基增多,引起植株内保护酶POD,SOD,CAT活性增强,MDA含量升高,且药效成分含量降低;且伴随着连作年限增加,这种影响作用更强.结论:连作影响了地黄根系对水分和养分的吸收及光合作用能力,引起植株的抗氧化系统紊乱,导致地黄的生长受阻,致使药材品质下降.     

地黄根部响应涝胁迫关键基因的鉴定

目的:本研究利用RNA-seq技术,对涝胁迫下的地黄根部差异表达基因进行了鉴定,为揭示地黄特异响应涝胁迫的分子机制奠定基础。方法:以温"85-5"怀地黄品种为供试材料,采用人工模拟涝胁迫的方法处理地黄植株,利用升级版数字基因表达谱技术分别对对照及处理样品进行测序,测序结果与转录组文库比对获得表达基因,利用RPKM方法计算基因的表达量,以FDR0.005和|log2 ratio|≥1为标准,筛选差异表达基因,并对差异表达基因进行GO和KEGG注释和富集分析。结果:涝害胁迫处理后共筛选到7249差异表达基因,上调表达2505个(约35%),下调表达4744个(约65%)。结论:KEGGPathway显著性富集分析发现基础代谢、次生代谢、植物激素信号转导途径、淀粉和蔗糖代谢途基因包含的比例较多。功能分析发现,涝害条件下参与乙醇发酵、乙烯合成等途径的基因被显著上调,钙信号途径的基因异常,同时发现许多转录因子呈现差异表达,如WRKY、GRAS和NAC这些与胁迫相关的基因发生上调表达,而调控正常生长的转录因子如BHLH、MYC、BYB、MADS-box等则是以下调表达为主,由此证实涝害胁迫严重影响植物的正常生长发育。     

地黄块根膨大发生和驱动的组织观察及激素相关基因的调控分析

目的:为了研究地黄块根膨大的发育特征,揭示激素相关基因在这个过程中的调控作用机制。方法:该研究以地黄品种"温-85"为实验材料,采集不同发育时期的地黄块根进行表型观察,利用半薄树脂切片技术观察块根的组织形态。从地黄转录组数据库中挑选与激素合成和响应相关的基因,利用qRT-PCR技术研究激素相关基因在地黄不同发育时期块根组织中的表达变化。结果:地黄的发育阶段可划分为苗期、拉线期、块根膨大初期,膨大中期,膨大后期和成熟期。块根解剖学特征分析表明次生形成层的分裂启动了地黄块根膨大的进程;膨大前期次生形成层的持续快速分裂和副形成层的形成驱动了块根的向外(平周)和侧向(圆周)持续快速膨大。在半薄和超薄切片观察过程中发现在地黄块根中存在有大量的油脂细胞。定量结果分析显示IAA,CK,ABA,乙烯,JA,EB的合成和响应基因整体呈现上调表达趋势,GA的合成与响应基因呈下调趋势,其负调控因子基因则上调表达。大部分激素合成相关基因的表达高峰期处在拉线期、膨大前期。结论:拉线期和块根膨大前期是地黄块根发育最为关键的时期,IAA,CK,ABA,乙烯,JA,EB的合成和响应基因的上调与GA合成基因的下调能促进块根的发育。油脂细胞可能与地黄药用成分的合成与储存有密切关系。该研究为阐述地黄块根发育的规律和分子调控机制进行了有益的探索。     

甘草苷对乌头碱致心肌细胞损伤的保护作用

目的:观察甘草苷对乌头碱导致心肌细胞损伤的保护作用并探讨相关机制。方法:利用原代培养的乳鼠心肌细胞,观察甘草苷对乌头碱引起的心肌细胞释放乳酸脱氢酶(LDH)的影响;采用RT-PCR的方法,观察甘草苷与乌头碱配伍后对心肌细胞钙离子通道编码基因Cav1.2 mRNA以及钾离子通道编码基因Kv4.3 mRNA表达的调控作用,半定量分析甘草苷与乌头碱配伍对上述离子通道基因表达的影响。结果:甘草苷可以减低由乌头碱导致的大鼠心肌细胞LDH释放;可以拮抗由乌头碱引起的Cavl.2基因的mRNA表达升高,和Kv4.3基因的mRNA表达的降低。结论:甘草苷与乌头碱配伍可以减轻乌头碱的毒性作用,这可能与甘草苷改善了乌头碱对心肌细胞钾、钙离子通道编码基因的异常表达有关。     

蒲黄对未孕大鼠离体子宫平滑肌运动的影响及机理探讨

目的探讨蒲黄水煎剂对未孕大鼠离体子宫平滑肌运动的影响。方法利用B iolap410生物信号显示与处理软件记录平滑肌条的等长收缩活动。结果蒲黄水煎剂能使子宫平滑肌收缩波的持续时间延长,其作用可被L型Ca2 通道阻断剂异搏定阻断。结论蒲黄能增加子宫平滑肌条收缩活动,其作用可被L型Ca2 通道阻断剂异搏定阻断。     

遮阴对地黄块根性状、光合特性及基因转录的影响

目的分析遮阴对地黄块根性状和叶片光合特性的影响,并通过转录组测序阐明遮阴抑制地黄块根膨大的分子机制。方法对地黄进行全光照、60%遮阴、90%遮阴处理,测块根性状及光合特性。利用高通量测序技术对90%遮阴处理和自然光照的地黄块根进行转录组测序,筛选差异表达的基因,同时,利用实时荧光定量PCR对部分基因在根和叶中的表达特性进行分析。结果遮阴后块根长度、直径和单株块根产量均显著降低,90%遮阴处理块根几乎不膨大。地黄块根中薄壁细胞层数减少,导管比例升高。随遮阴程度增加叶绿素a、b及总叶绿素含量逐渐降低,光合能力下降。转录组分析共获得3 348个差异表达的基因,其中1 396个下调,1 952个上调;通过KEGG代谢通路富集分析,将遮阴后差异表达的1 668个基因(53.4%)富集到117个代谢通路中,其中17个代谢通路富集达到显著水平。植物激素信号传导通路最先得到富集,其次是植物病原菌互作通路,苯乙醇苷生物合成通路、淀粉和蔗糖代谢通路也得到了显著富集。在激素信号通路中,多数基因上调表达。遮阴后差异表达的16个扩展蛋白基因中11个下调表达,仅有5个上调表达,与淀粉降解有关的2个β-淀粉酶基因(Bmy)基因均上调表达,而蔗糖磷酸合成酶基因(SPS)下调表达,参与木质素合成的多数基因下调表达,纤维素合成基因多数上调表达。结论遮阴后地黄光合能力下降,光合产物减少,地黄通过一系列激素通路基因的差异表达对遮阴作出响应调控,使块根膨大受阻。     

不同膨大状态地黄根部内生真菌的分离及鉴定

目的:以野生地黄为对象,分离和鉴定地黄内生真菌,并探讨其内生真菌与地黄连作状态之间的关系。方法:将野生地黄进行不同的移植处理,获得根部膨大状态不同的地黄根系,分离其内生真菌,分别通过棉兰染色法和18S rDNA及ITS序列分析对内生真菌进行形态学和分子鉴定,比较内生菌的差异;并建立地黄块根膨大的水培实验系统,将地黄无菌苗和内生真菌进行共培养,观察内生真菌对地黄生长的影响。结果与结论:共分离到4种内生真菌,从未膨大根系中分离出3种优势菌株Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,从膨大的地黄根中分离到Ⅲ和Ⅳ,经鉴定这4种真菌分别为I轮生菌Verticillium spp,Ⅱ尖孢镰刀菌Fusarium oxysporum,Ⅲ芳香镰孢菌F.redolens,Ⅳ角担菌属真菌Ceratobasidiumspp.。共培养结果表明内生真菌Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ的过量生长不利于地黄根膨大,而Ⅳ则不影响地黄根部的膨大。     

地黄资源遗传多样性分析

目的:研究不同地区栽培地黄及野生地黄品种间ITS序列差异,为地黄的系统发育和分子鉴定提供依据。方法:用CTAB法提取地黄叶片中总DNA,对PCR产物进行克隆测序,采用MEGA4.0进行系统进化分析。结果:各供试地黄的ITS区序列总长度为613~614 bp,长度变异仅1 bp,其中ITS1长度为224~225 bp,G+C占60.4%~63%;ITS2长度为224~225 bp,G+C占57.1%~65.3%;5.8S长度高度保守,均为164 bp。系统发育分析表明:北京2号地黄与其他地黄资源差异性较大,亲缘关系较远。野生地黄居群内差异较小,居群间没有差异。河南栽培地黄与山西、山东省栽培地黄间没有差异;野生地黄资源中神农山和青天河一带地黄与山东省栽培地黄亲缘关系最近,而河南栽培地黄和山西省栽培地黄与野生地黄没有差异。结论:不同地区地黄资源种间亲缘关系较近,系统分化不明显。     

食用菌菌渣缓解地黄连作障碍的研究

前期研究认为酚酸类物质的积累可能导致地黄连作障碍。研究发现不同菌渣提取液对酚酸均具有降解效果,其中杏鲍菇菌渣提取液对5种酚酸（对羟基苯甲酸、香草酸、丁香酸、香草醛和阿魏酸）的总降解率最高,达75.3%。盆栽试验结果表明,施用杏鲍菇菌渣的地黄根际土壤中的对羟基苯甲酸和香草醛,相对含量最低。进一步研究表明施用杏鲍菇菌渣使地黄冠幅、叶片数量、叶长、叶宽和株高等指标接近头茬地黄水平,使重茬地黄块根质量鲜重和干重分别提高2.70,3.66倍,单株梓醇总量提高2.25倍,同时提高了地黄根际土壤中细菌、真菌和放线菌的数量,也提高了地黄根际土壤中蔗糖酶、纤维素酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶的活性。这些结果表明,施用杏鲍菇菌渣一定程度上有效地缓解了地黄的连作障碍。     

地黄Aux/IAA家族基因RgIAA1的克隆和表达分析

为了克隆地黄Aux/IAA家族基因RgIAA1,分析地黄RgIAA1的时空表达特性及对逆境胁迫的响应。以拟南芥AtIAA14的cDNA序列为探针在地黄转录组数据库中进行比对,应用生物信息学方法分析RgIAA1的序列特征及进化关系,以实时荧光定量PCR技术检测RgIAA1在地黄不同组织以及逆境胁迫下的表达量。结果表明,获得1条903 bp的cDNA序列,包含一个681 bp完整的开放阅读框（ORF）,编码226个氨基酸,具有Aux/IAA家族蛋白的典型结构域和特征序列。RgIAA1在地黄不同组织中的表达呈差异表达,其中在地黄幼嫩叶片里表达强度最大,其次为茎,且随着叶片的伸展,RgIAA1表达强度不断降低。在连作时RgIAA1的表达量升高,NaCl和渍水胁迫下RgIAA1的表达量降低。实验首次克隆了地黄Aux/IAA家族基因RgIAA1,为阐明其在地黄生长发育和逆境胁迫中的分子功能奠定基础。     

地黄叶片试管块根诱导体系优化的研究

目的:研究不同浓度蔗糖和植物生长物质对地黄叶片试管块根诱导的影响,建立从地黄叶片诱导试管块根的高效体系.方法:以85-5地黄试管苗的叶片作为外植体,先经生根诱导,后转接至正交设计的培养基中,诱导地黄试管块根.结果与结论:NAA对试管地黄诱导影响显著,其次分别为蔗糖和6-BA,以试管苗叶片为外植体诱导地黄试管块根的最佳培养基为MS+6-BA3 mg·L-1+NAA0.1 mg·L-1+蔗糖70g·L-1.该研究为今后利用地黄试管块根进行人工种子和次生代谢研究提供了高效的培养体系.     

地黄分子鉴定及功能基因研究进展

地黄是我国常见的大宗药材之一,药用历史悠久。近年来,随着分子生物学技术的进步,尤其是高通量测序技术的出现,不仅为地黄的快速鉴定提供了新方法,也较全面地揭示了其种群的遗传多样性和亲缘关系,更为地黄的活性成分合成代谢调控、块根发育、抗逆响应和连作障碍等机制的研究奠定了分子基础。从系统学研究、分子鉴定、功能基因等方面对近年来地黄分子生物学的研究进展进行了综述,并提出3点研究展望,以期为进一步深入开展地黄的分子研究提供参考。