Functional Identification of LcDREBs and LcSAMDCs from Leymus chinensis

羊草(Leymus chinensis)是一种重要的牧草资源，羊草抗寒、抗旱、耐盐碱，对保护生态环境具有重要作用。为研究羊草适应逆境的机理和抗寒、旱的分子机制，本文在高通量测序的基础上结合RACE-PCR 的方法，从羊草中克隆了3个DREB转录因子基因和2 个SAMDC基因，并运用TAIL-PCR技术对LcSAMDC2的启动子序列进行了克隆，对其功能进行了研究。本研究主要取得以下进展： 1. 基因和启动子克隆：在高通量测序的基础上，结合RACE 和RT-PCR 的方法共克隆到3 个DREB 基因（LcDREB1、LcDREB2 和LcDREB3）和2 个SAMDC基因（LcSAMDC1 和LcSAMDC2）以及LcSAMDC2 的启动子（Pro-LcSAMDC2）。 2. 基因结构分析：3 个LcDREB 的基因结构分析表明，均含有3 个内含子，4 个外显子，并且都可以通过选择性剪接（Alternative splicing，AS）对应产生3种不同形式的cDNA 序列，即LcDREB1a, LcDREB1b，LcDREB1c，LcDREB2a，LcDREB2b，LcDREB2c，LcDREB3a，LcDREB3b 和 LcDREB3c。2 个LcSAMDC的基因结构分析表明，均含有2 个内含子和3 个外显子，都仅产生一种cDNA序列。但是他们的cDNA 序列中除了含有一个主要的ORF（Main ORF）产生有催化功能的SAMDC 蛋白之外，在5’非翻译区还含有两个ORF，即，极小ORF（Tiny ORF）和小ORF（Small ORF）产生在翻译水平进行调控LcSAMDC 表达的多肽。 3. 表达特性分析：半定量PCR 和定量PCR 的结果表明，LcDREB2 和LcDREB3 具有相同的表达模式，受干旱、高盐、低温和外源ABA 的诱导表达，LcDREB2a，LcDREB2c，LcDREB3a 和LcDREB3c 的诱导表达非常明显，增加倍数都在20 以上。而LcDREB3b 和LcDREB2b 的上调倍数都在10 以下。这些结果表明，在逆境条件下，LcDREB2 和LcDREB3 的调控与ABA 信号通路存在Crosstalk，LcDREB2 和LcDREB3 的选择性剪接表达受逆境条件的调控。LcDREB3a 的表达具有组织特异性，在根茎和叶鞘中表达水平较高。LcSAMDC2同样也受干旱等处理诱导表达。 4. 转录因子功能验证：亚细胞定位实验结果表明，LcDREB2和LcDREB3均定位于细胞核内。酵母单杂实验表明，LcDREB2和LcDREB3均可以特异性的结合到DRE顺式元件上，并激活下游基因的表达。由此，证明LcDREB2和LcDREB3蛋白质定位于细胞核，具有DNA 结合域和转录激活域，为DREB类转录因子。 5. 基因功能分析：通过农杆菌侵染，将LcDREB2、LcDREB3和LcSAMDC2分别转化到了拟南芥中，此外，还将LcDREB2在羊草愈伤组织中进行了超表达。非生物胁迫抗性鉴定结果表明，LcDREB2、LcDREB3或LcSAMDC1的转基因表达提高了拟南芥对干旱和高盐的抗性，LcDREB3还明显的提高了转基因拟南芥在盐胁迫条件下的发芽率。体外凝胶阻滞（Electrophoretic Mobility Shift Assay，EMSA）实验和羊草愈伤组织转化结果表明，LcDREB2能够结合到LcSAMDC2启动子的DRE元件上并引起羊草愈伤组织中的LcSAMDC2表达上调。综上所述，本研究克隆了3 个具有选择性剪接特性的DREB 基因和2 个SAMDC 基因，并对其分子生物学特性进行了分析，LcDREB2、LcDREB3 或LcSAMDC2 的转基因表达提高了转基因拟南芥抗非生物胁迫的能力。LcDREB 和LcSAMDC 的克隆为深入研究羊草抗逆的分子机制奠定了基础，为改良小麦等作物的抗逆性提供了候选基因

构树——人类文明的载体 华夏文明的纽带

构树的药用、制作树皮衣和造纸等重要经济价值的开发利用,解决了古代人民生活中需要的医疗保健、穿衣和知识记载等人类繁衍、文明进步和传播的问题。尤其是以构树皮为主要原料的造纸术的出现,开启了人类文明快速传播的新时代,塑造了全世界的近现代文明史。在人类服饰发展历史上,发源于中国楮皮布的无纺织布,与纺织丝布同样是具有世界性影响的重大发明。在距今2 000多年前的中国西汉时期,丝织品由中国西向,经中亚通往南亚、西亚到达北非和欧洲,形成了丝绸之路。而据考证

科技扶贫、利国惠民——杂交构树新兴战略产业

国家重大需求驱动科技创新党的十八大提出全面建成小康社会的目标。在党的十九大报告中,习近平总书记又提出了2020年农村贫困人口全部脱贫的目标。科技创新与成果转化是推动决胜脱贫攻坚的新动力,科技扶贫是贫困地区发展的强力支撑,科技成果转化是科技扶贫的关键所在。通过科技扶贫实现"扶志"与"扶智",提升贫困地区劳动力的创业创新技能,促进脱贫增收,实现农村经济持续发展。随着我国社会经济的发展,居民的膳

“构树扶贫”中的黑科技补齐我国畜牧业高品质饲料缺乏的短板

立足于我国粗蛋白饲料原料进口的现状和畜牧业发展形势,针对人畜争粮、饲料紧缺矛盾和食品安全的巨大需求,中国科学院植物研究所培育出耐干旱、耐贫瘠、生长速度快、适应性广、粗蛋白含量高、适口性好,更适合机械化种植和收获的杂交构树新品种,并提出了"以树代粮、种养循环"设想,可以快速实现"当年种植,当年受益",同时能够一次种植,多年收割利用,能有效解决贫困地区农户对饲料的需求,促进贫困地区养殖业的发展。因此,杂交构树被国务院扶贫开发领导小组办公室列入"国家十大精准扶贫工程",成为将科技创新与精准扶贫紧密结合,推进贫困地区畜牧业的发展,带动农民脱贫致富的重要途径。构树扶贫工程有助于实现经济效益、生态效益和社会效益的统一,将成为中科院科技成果转移转化、利国惠民和促进我国经济发展的典范

构树:一种新型木本模式植物

构树(Broussonetia papyrifera)属于桑科(Moraceae)构属(Broussonetia)多年生乔木,是一种具有重要价值的多功能树种。构树叶可做蛋白饲料,树皮是造纸的优质原料,根、茎、叶、果实及种子均可入药。构树具有分布广和适应性强的特性,其有性繁殖和无性繁殖迅速,雌雄异株,严格异交,世代周期短,后代种子数量大,株型多样,基因组紧凑,易转化,表型性状和遗传多样性丰富,可以作为研究木质素和纤维素合成、黄酮类和氮代谢、异形叶形成、植物性别分化机制以及植物抗性和环境适应性进化等植物学领域重大关键问题的模式材料。该文重点阐述构树作为模式植物的主要依据,简要介绍构树的研究进展,并对今后构树的研究框架进行初步设计

运用杂交构树对尾矿生态修复和矿区绿化

矿产资源是我国社会经济发展的重要支柱,然而矿产资源的开发同时也是迄今人类最大规模改变地球表面景观和破坏地表生态系统的有组织的人类活动。因此,废弃矿山的生态恢复和矿区生态绿化是迫切需要解决的问题。本文在河北省唐山铁矿区内5个试验地种植试验的结果表明,杂交构树对废弃矿山和矿区恶劣生境表现出良好适应性。在不采取工程措施的情况下,通过原土种植,可获得较高的存活率,后期管护措施简便、易行,降低了尾矿生态修复和矿区绿化的成本。本研究为杂交构树在矿山地区的大面积推广种植提供了理论依据,在生态环境治理、矿区修复和绿化等方面具有广泛的应用前景

从古代科技史角度审视构树的多重文化内涵及应用价值

构树属于桑科构属多年生乔木,自然分布于我国大部分地区,为典型的乡土树种和先锋植物。自从3 000多年前有记载以来,人类祖先在多个方面对构树进行了开发利用,有着悠久的历史和文化。通过对文献史料、历史典籍、诗词歌赋的收集整理,发现构树在人类文明之初被用来制作树皮衣,为人御寒保暖;在汉朝以来被用于造纸,记载传承了中华民族上下五千年的文明;在北宋时期被用来制作世界历史上第一张纸币,促进了商品经济的发展;汁、叶、皮、果实等均可入药的构树,更是在治病救人和人类健康方面发挥着重要的价值。如今,构树传统应用文化与现代高科技相结合,必将迎来构树文化推动人类社会快速发展的新纪元

科技引领创新 产业助力扶贫――杂交构树扶贫工程在山东菏泽的成效与启示

国家重大需求和社会经济发展是科技创新的方向和动力,科技创新促进经济发展、社会进步。科技创新是推动决胜脱贫攻坚的新动力。立足我国粗蛋白饲料原料进口的现状和畜牧业发展形势,中国科学院植物研究所培育出速生、丰产、优质的杂交构树新品种"科构101",提出了"以树代粮、种养循环"产业发展模式,有效解决贫困地区农户对饲料的需求,促进贫困地区畜牧业的发展。文章分析山东菏泽构树产业扶贫工作进展,探讨了构树产业扶贫面临的机遇、问题及其对策

WOX转录因子家族研究进展

WOX转录因子家族是植物特有的一个转录因子家族,其特征序列是含有一个由65个氨基酸残基组成的同源异型结构域;根据系统进化关系,该家族转录因子可以划分为3支:远古支、中间支和WUS支。该家族基因最早从绿藻单起源,远古支是该家族中最古老的一支。已有的研究表明,该家族基因在植物发育关键时期,如胚的形成、干细胞稳定性和器官的形成过程中发挥重要调控作用。这些功能的发挥与他们能够促进细胞分裂或阻止未成熟细胞的提前分化密不可分。本文对近年来WOX基因家族的研究进展进行了总结,为深入研究WOX基因在植物生长发育调控以及逆境适应过程中的作用机制提供参考。此外,WOX基因在植物叶片发生、叶型发育等形态建成方面的关键调控作用,对提高作物地上部分的生物量,培育高产牧草新品种具有十分重要的指导意义

杂交构树在兰州地区的生长动态及刈割期

本研究以兰州地区种植的杂交构树(Broussonetia papyrifera)为材料,对两种水肥条件下杂交构树的生长量和营养成分动态变化规律进行了研究,并采用灰色关联度分析和权重赋值法对两次刈割时的株高、产量、粗蛋白(crude protein, CP)、粗灰分(Ash)、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)含量进行综合评价,以确定两次刈割最佳刈割期。结果表明:高肥力区杂交构树在第3个生长月进入株高与产量的快速生长期,低肥力区杂交构树进入快速生长期的时间要比高肥力区滞后1个月。两个肥力区的CP含量均在第3个生长月即植株进入快速生长期时含量最高,而后显著下降(P <0.05)的月份不同,低肥力区较高肥力区提前1个月。NDF、ADF含量在两个肥力区基本表现了相同的升高趋势,在第5个生长月均达到了最高。灰色关联度分析和权重赋值法结果显示,两种水肥条件下,两次刈割时间安排为第2个生长月和第4个生长月时综合评价值均最高,建议杂交构树在兰州地区两次刈割的适宜刈割期为第2个生长月和第4个生长月