连作介导的药用植物及其根际微生态灾变机制研究展望

在中药材生产过程中,由于药用植物单一化种植引起"植物-土壤-微生物"系统中各种量效关系发生变化,导致连作障碍。随着现代生物技术的发展尤其是各种宏组学技术的应用,植物化感作用、农田土壤修复、根际微生物趋化及调控等领域的研究方法与技术取得了长足发展。深入系统地研究药用植物连作介导下"植物-土壤-微生物"系统中的互作关系及机理,对揭示连作障碍的形成机制、重构中药农业生态系统、消减连作障碍效应、促进中药材规范化种植和可持续发展等具有重要的指导意义。本文从连作介导下药用植物对其生境产生的诱变和响应、连作对植药土壤固有理化性状的改变、连作介导的药用植物根际生物学过程3个层次分别进行综述,结合现代中药农业生产与研究现状,提出了药用植物连作障碍消减技术研究的策略,以期为我国中药材生产的可持续发展和耕地资源的永续利用提供理论依据与技术支撑。     

地黄扩展蛋白基因RgEXPA10的克隆与表达分析

以地黄（Rehmannia glutinosa）叶片c DNA为模板,克隆地黄扩展蛋白基因,获得一条972 bp的c DNA序列,包含了762 bp的开放阅读框（ORF）,命名为Rg EXPA10,Gen Bank登录号为KF011918,编码253个氨基酸。以基因组DNA为模板,扩增出一条1 207 bp的序列,测序结果显示包含3个外显子和2个内含子,Gen Bank登录号为KF011919。应用生物信息学方法分析其氨基酸序列结构特征,结果显示,Rg EXPA10包含DPBB₁和Pollen_allerg₁结构域,有26氨基酸的核定位序列和19氨基酸的跨膜结构域。进化分析发现在拟南芥26个α扩展蛋白中,Rg EXPA10与At EXPA8的同源性最高。在22个植物的同源蛋白中,地黄Rg EXPA10与番茄扩展蛋白的亲缘关系最近。以实时荧光定量PCR（q RT-PCR）检测Rg EXPA10基因的表达量,发现Rg EXPA10在地黄未展开的幼嫩叶片里表达最强,其次为膨大中的块根,在衰老的叶片中表达最弱。出苗后60和90天时,在地黄块根中的表达较强。在连作、盐和渍水3种逆境胁迫下,地黄叶片内Rg EXPA10的表达量均显著降低。为研究Rg EXPA10在地黄发育和逆境胁迫中的分子功能奠定基础。     

地黄植株体内miRNAs与其连作障碍关系的研究进展

MicroRNAs是一类内源性小分子的非编码RNA,它通过对其靶基因的降解或抑制翻译来调控基因表达,进而调控植物的生理活动。植物在遇到逆境胁迫时,miRNAs会作用于与逆境相关的基因,启动体内的抗逆机制抵抗不利因素。地黄的连作障碍也是一种胁迫,从miRNAs水平上研究,有利于解读地黄连作障碍的分子机制。该文对地黄体内miRNAs的功能及调控机制进行了综述,并对miRNAs在地黄的研究中进行了展望。     

多元组学背景下地黄连作障碍形成的分子机制研究进展

连作障碍的研究虽然已经有多年的历史,但目前仍没有有效的治疗方法,其根本原因是其形成体系的复杂性。该文从连作植物根际土壤多元因子的互作关系入手,详细阐述了栽培植物连作障碍形成的生理生态机制,提出了栽培药用植物、自毒化感物质和根际微生物间复杂的多元互作是驱动连作障碍形成的根本原因,指出了植物功能基因组学和代谢组学以及微生物宏组学相结合的多元组学技术在深入理解特定生境多因子互作关系研究中的优势。同时,该文以地黄为例,从根际化感自毒物质累积效应、根际微生态的灾变及连作植株的分子响应等多元角度综述了地黄连作障碍形成的分子机制,并详细总结了多元组学技术在这些机制研究中的运用和进展。该文为从分子水平上系统地揭示栽培药用植物连作障碍形成的分子机制提供了新的思路。