月季是世界上最重要的观赏植物之一,具有极高食用和药用价值,还被全世界范围广泛种植用来提取精油。本研究采用固相微萃取(SPME)和气相色谱-质谱(GC-MS)联用法对在云南西北地区发现的具有浓郁甜香的新物种——大花粉晕香水月季(Rosa yangii)不同开花阶段的花香成分进行提取和分析。共检测到113种挥发性有机化合物,从中筛选出69种芳香挥发物。我们发现大花粉晕香水月季的花朵在初开期产生和释放的挥发性有机物明显高于其他开放阶段,此阶段合成并保留了大量的花香组分,说明在工业生产时更适合在初开期采收花朵。气味活性值(OAV)分析表明,大花粉晕香水月季的主要芳香成分包括丁香酚、甲基丁香醇、苯乙醛和苯乙醇、庚醛、癸醛、(E)-2-己烯-1-基乙酸酯、石竹烯等。代谢组和时序基因共表达网络(TO-GCN)联合分析显示,苯类/苯丙类挥发性有机化合物合成途径上的基因和有机挥发物对其浓郁甜香起主要调控作用。MYB和bHLH可能是调控丁香酚合成酶(EGS)和异丁香酚合成酶(IGS)合成进而影响花香的重要转录因子。综上所述,本研究可为观赏植物芳香分子育种提供科学依据,并促进植物精油新原料在食品储藏、芳香疗法、化妆品和香料行业的开发利用。
植物病原菌侵染植物过程中分泌大量的外泌蛋白调控植物免疫反应,这些外泌蛋白中包含一类富含半胱氨酸(small cysteine-rich, SCR)的小分泌蛋白,它能帮助病原菌在寄主植物中定殖。烟草疫霉中同样存在富含半胱氨酸外泌蛋白,但其功能尚不清楚。本研究通过生物信息学分析,发现烟草疫霉PnSCR82同源于恶疫霉的植物毒性蛋白PcF (Phytophthora cactorum Fragaria),其具有外泌信号肽,同时富含半胱氨酸。为研究烟草疫霉PnSCR82功能,将PnSCR82构建于马铃薯X病毒(PVX)表达载体(pGR106),利用农杆菌介导的转化方法注射本氏烟草叶片和番叶片茄,发现在烟草叶片瞬时表达PnSCR82,能够诱导烟草叶片和番茄叶片出现过敏性坏死,并且能增加胼胝质和活性氧在叶片的积累,接种辣椒疫霉后发现其增强对辣椒疫霉的抗性。通过构建其亚细胞定位载体PnSCR82-GFP,利用农杆菌介导的转化注射烟草叶片发现其定位于烟草细胞膜。同时RT-PCR分析发现在烟草叶片中瞬时表达PnSCR82能够激活烟草水杨酸,茉莉酸和乙烯途径的部分相关基因上调表达。烟草疫霉PnSCR82作为激发子一员,能够诱导烟草细胞过敏性坏死同时也能激活不同免疫信号通路相关基因上调表达,能够增强植物对辣椒疫霉的抗性,具有潜在的提高植物免疫应用价值。本文首次验证了烟草疫霉富含半胱氨酸蛋白PnSCR82功能,作为激发子,PnSCR82能够诱导植物产生过敏性坏死反应,能够激活部分免疫相关基因的上调表达,具有潜在的应用价值。
DnaJ蛋白最初是在大肠杆菌中鉴定的一种大小约为41kDa的热休克蛋白,其蛋白家族是分子伴侣中最多样化的家族,在蛋白质折叠和各种生理活动的调节中扮演了重要角色,且在植物发育和胁迫应答中发挥重要作用。DnaJ家族蛋白已在许多物种中广泛研究,例如人类,果蝇,蘑菇,西红柿和拟南芥等,但其在小麦中的作用以及其与植物病毒之间的相互作用机制却鲜少有研究。在这篇文章中,我们鉴定了236个TaDnaJs,并对其保守结构域,基因结构、蛋白质基序、蛋白质结构、染色体定位和共线性以及顺式作用元件进行了全基因组分析。根据分析结果,我们将这些TaDnaJs按其结构域分成DJA、DJB和DJC三组,并从分组中随机选择了6个基因进行组织特异性分析和激素胁迫下的基因表达谱分析,结果表明TaDnaJ基因在不同组中存在组织差异表达,DJA组的基因表达集中在顶部叶片,对ABA和GA更为敏感;DJB组的基因表达水平在根和种子中最高,对ABA更为敏感;DJC组中的基因表达在小麦叶片中最高,其次是根和种子,对SA和GA最敏感。另外我们随机选择了17个基因分析植物病毒侵染后基因表达水平的变化,结果显示,在测试的17个TaDnaJ基因中,有16个基因在小麦黄花叶病毒(WYMV)侵染后呈现上调表达,这表明TaDnaJ家族可能参与了植物防御反应。随后我们通过酵母两杂交实验验证了WYMV NIa、NIb和7KD蛋白与WYMV侵染后表达水平变化最显著的TraesCS7A02G506000相互作用。在这篇文章中,我们探究了DnaJ蛋白介导的胁迫耐受性和敏感性的分子机制,DnaJ基因可能参与了植物对非生物和生物胁迫的抗性。本研究提高了对TaDnaJ基因表达谱的认识,并且为TaDnaJ家族与植物防御机制之间的研究提供了一定的研究基础。
植物促生真菌具有产生生物活性物质、促进植物生长以及增强植物免疫抗性的能力,其作为有应用价值的有益微生物在作物栽培中受到越来越多关注。本研究从健康番茄植株根际土壤中分离筛选到一株木霉菌株TM2-4,将其鉴定为非洲哈茨木霉(Trichoderma afroharzianum)。菌株TM2-4发酵滤液中含有多种生物活性物质且对番茄种子发芽具有明显促进作用,发酵滤液100倍稀释液处理,番茄胚轴、胚根长度,种子活力指数分别增加28.7%、19.4% 和 62.1%。为了评价菌株TM2-4的促生作用及其相关机制,通过盆栽试验和转录组测序分析了非洲哈茨木霉菌制剂TM2-4处理对番茄植株生物学指标和基因表达型的影响。结果表明,非洲哈茨木霉TM2-4能够通过在植株根际土壤和根系有效定殖,显著提高番茄株高、干重、单株叶片数及根系活力等生物学指标。转录组分析发现,木霉菌制剂处理番茄根系较对照共获得984个差异表达基因,主要集中在激素平衡、抗氧化活性以及苯丙烷类生物合成和谷胱甘肽代谢等生物学过程。相关研究结果为阐明菌株TM2-4对番茄的促生作用机制提供有效信息,并为非洲哈茨木霉微生物菌剂在蔬菜作物生产中的进一步开发应用奠定理论基础。