JIA 2018 园艺栏目之分子生物篇
本合辑集选 JIA 2018年出版的园艺栏目分子生物相关研究论文，所有文章在ScienceDirect平台开放获取，点击文章题目可查看全文。欢迎相关领域科研人员关注、转发、使用。
HAN Xue-yuan, MAO Lin-chun, LU Wen-jing, TAO Xiao-ya, WEI Xiao-peng, LUO Zi-sheng
本论文主要研究在番茄果实损伤木栓化期间，脱落酸（ABA）对损伤木栓化的调节作用，和损伤木栓化相关基因转录水平的变化。通过测定损伤果实的重量损失率和伤口表面的果实硬度，结果暗示损伤木栓化开始于伤后第2天。通过对木栓质多酚类（SPP）和多聚脂类（SPA）的积累过程进行自发荧光和苏丹IV染色显微观察，发现ABA促进了SPP和SPA的积累。分别在损伤后第4和8天，与SPP合成相关的基因SlPAL5和Sl4CL的转录水平在ABA处理组中达到最高值。与SPA合成相关的基因SlLACS1和SlLACS2分别在损伤后第8和6天，在ABA处理组中显示最高的转录丰度。其它相关基因的转录水平，包括SlKCSs, SlCYP86B1, SlFAR3, SlGPATs，都在损伤后第2天被ABA处理迅速上调。损伤木栓化期间，ABA处理也使多酚氧化酶和脂氧合酶的活性增强。此论文研究结果证明，ABA可能通过提高相关基因的转录水平，促进采后番茄果实的损伤木栓化进程。
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HAN Xue-yuan, MAO Lin-chun, LU Wen-jing, TAO Xiao-ya, WEI Xiao-peng, LUO Zi-sheng. 2018. Abscisic acid induces differential expression of genes involved in wound-induced suberization in postharvest tomato fruit. Journal of Integrative Agriculture, 17(12): 2670-2682.
An EMS mutant library for cucumber
CHEN Chen, CUI Qing-zhi, HUANG San-wen, WANG Shen-hao, LIU Xiao-hong, LU Xiang-yang, CHEN Hui-ming, TIAN Yun
本文以华北生态型黄瓜自交系“406”为材料，通过采用EMS诱变技术构建黄瓜突变体库，结果表明，适合于黄瓜“406”突变体库构建的EMS诱变方法为1.5%的EMS处理12 h，经M1、M2和M3等多代性状调查，获得了一批株型、叶片、花器官、果实以及其他性状的突变体材料。通过构建和分析F2分离群体，发现一个瓜短突变体和一个瓜皮黄绿突变体都受到单隐性基因的控制。这些研究结果为黄瓜的遗传改良以及功能基因组学研究提供了大量宝贵种质资源材料。
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CHEN Chen, CUI Qing-zhi, HUANG San-wen, WANG Shen-hao, LIU Xiao-hong, LU Xiang-yang, CHEN Hui-ming, TIAN Yun. 2018. An EMS mutant library for cucumber. Journal of Integrative Agriculture, 17(7): 1612-1619.
WU Yan-qing, LI Zhi-yuan, ZHAO Da-qiu, TAO Jun
花分生组织决定基因APETALA2（AP2）作为植物花器官发育调控中的A类基因，不仅参与花分生组织的建立而且决定萼片和花瓣的形成。密码子使用偏好性（Codon usage bias, CUB）作为基因组的一个重要特征，可以有效地揭示物种间的特异性差异，并且碱基组成动力学分析有助于更好地了解某一特定基因的分子机制和进化关系。本研究从GenBank数据库挑选8个不同植物AP2基因编码序列，利用R软件计算核苷酸组成（GC含量）和遗传指数、同义密码子相对使用度（relative synonymous codon usage, RSCU）、相对密码子使用偏好性（relative codon usage bias, RCBS）等，来分析比较不同植物AP2基因密码子使用模式中密码子偏好性和碱基组成动力学。结果表明，不同植物AP2基因密码子使用受到GC偏好性(GC bias)影响，特别是GC3s；整体碱基组成分析暗示不同植物AP2基因编码序列中密码子AT使用频率高于GC，并且大多数偏好使用以A/T结尾；不同植物中AGA、GCU和UGU均表现为较高的RSCU值，为最优势密码子；苹果（Malusdomestica）和葡萄（Vitis vinifera）植物AP2基因的密码子使用特点相似，芍药（Paeonia lactiflora）和牡丹（Paeonia suffruticosa）相似，番茄（Solanum lycopersicum）和矮牵牛（Petunia hybrid）相似；较低的最优密码子频率FOP值和较高的ENC值暗示了不同植物AP2基因在密码子使用中具有一个中度偏好性。本研究通过比较不同植物之间AP2基因密码偏好性和碱基动力学，系统地揭示了AP2基因密码子使用特征，为今后设计转基因工程和密码子优化（Codon optimization）来深入研究AP2基因功能验证提供理论基础。
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WU Yan-qing, LI Zhi-yuan, ZHAO Da-qiu, TAO Jun. 2018. Comparative analysis of flower-meristem-identity gene APETALA2 (AP2) codon in different plant species. Journal of Integrative Agriculture, 17(04): 867-877.
SONG Xiao-xia, ZHAO Yan, SONG Chun-yan, LI Chuan-hua, CHEN Ming-jie, HUANG Jian-chun, TAN Qi
本文对香菇49个核心栽培菌株的核糖体基因间隔区1（IGS1）多态性和分型进行调查，结果表明：绝大多数菌株拥有两个长度和同源性不同的IGS1序列；根据序列长度和同源性不同，49个菌株的IGS1序列被分为A和B两大类，A又包括6个分支。其中47个菌株属于A类型内6个分支的纯合或杂合类型，Cr01属于A和B杂合类型，广香9号属于纯合的B类型。根据分型情况，首次绘制了49个菌株的IGS1多态性图谱，发现该图谱可以作为一种初步分型和管理我国栽培菌种的标记。
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SONG Xiao-xia, ZHAO Yan, SONG Chun-yan, LI Chuan-hua, CHEN Ming-jie, HUANG Jian-chun, TAN Qi. 2018. Intergenic spacer 1 (IGS1) polymorphism map: A marker for the initial classification of cultivated Lentinula edodes strains in China. Journal of Integrative Agriculture, 17(11): 2458-2466.
Identification and expression of the CEP gene family in apple (Malus×domestica)
LI Rui, AN Jian-ping, YOU Chun-xiang, SHU Jing, WANG Xiao-fei, HAO Yu-jin
植物肽激素在植物的生长发育过程中起到了重要作用。在众多的肽激素中C-TERMINALLYENCODED PEPTIDE (CEP)，是一个新发现的肽激素家族，参与调控了许多植物根系发育过程。本研究通过全基因组分析，鉴定出27个苹果CEP基因，并且通过系统发生树将其分为三组(I, II 和III).。染色体定位分析显示，被预测的MdCEP基因分布于苹果的10条染色体上；并且对基因结构和蛋白结构域进行了分析。MdCEP基因表达模式分析表明，多数MdCEP基因在根中表达量最高，并且MdCEP23可能在调控根系生长发育过程中起到了重要作用。另外，MdCEP基因均响应多种非生物胁迫，表明MdCEP基因可能参与了苹果多方面的生理过程。近三分之一的MdCEP基因对低氮处理有明显响应。绝大多数MdCEP基因受甘露醇、PEG和ABA的胁迫诱导，表明MdCEP基因可能参与了干旱胁迫响应。本研究通过全基因组分析鉴定出苹果CEP基因家族，并且提供为MdCEP基因功能的研究提供了参考。
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LI Rui, AN Jian-ping, YOU Chun-xiang, SHU Jing, WANG Xiao-fei, HAO Yu-jin. 2018. Identification and expression of the CEP gene family in apple (Malus×domestica). Journal of Integrative Agriculture, 17(2):348-358.
Structure and expression analysis of the sucrose synthase gene family in apple
TONG Xiao-lei, WANG Zheng-yang, MA Bai-quan, ZHANG Chun-xia, ZHU Ling-cheng, MA Feng-wang, LI Ming-jun
蔗糖合成酶基因家族在同化物分配，库强调控及植物发育过程中起着极为重要的作用。本文从苹果基因组中鉴定获得11个SUS基因，系统发育进化分析将这些SUS基因分为三个家族，分别命名为SUS I, SUS II 和SUS III。SUS I和SUS III各包含4个同源基因，SUS II包含3个同源基因。同一家族中SUS基因结构相似，如外显子数目、大小及分布长度。对四个不同组织中SUS基因表达分析表明，MdSUS1s和MdSUS2.1在果实中高度表达，而MdSUS2.2/2.3和MdSUS3s在茎尖中高度表达。大多数MdSUS表达随果实发育呈下降趋势，与SUS酶活变化相似，但MdSUS2.1和MdSUS1.4表现出相反趋势。本研究表明，MdSUS基因在源-库糖代谢和库器官中的糖利用方面发挥不同作用。
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TONG Xiao-lei, WANG Zheng-yang, MA Bai-quan, ZHANG Chun-xia, ZHU Ling-cheng, MA Feng-wang, LI Ming-jun. 20178. Structure and expression analysis of the sucrose synthase gene family in apple. Journal of Integrative Agriculture, 17(4): 847-856.
Molecular cloning and functional identification of an apple flagellin receptor MdFLS2 gene
QI Chen-hui, ZHAO Xian-yan, JIANG Han, LIU Hai-tao, WANG Yong-xu, HU Da-gang, HAO Yu-jin
本研究以皇家嘎啦为模板克隆得到一个富含亮氨酸的受体激酶对鞭毛蛋白敏感的基因2(MdFLS2; Gene ID: MDP0000254112) 。这个基因包含一个完整的3474 bp开放阅读框并且编码1158氨基酸。进化树表明白梨FLS2与MdFLS2亲缘关系最近。PlantCare数据库表明MdFLS2启动子含有几种典型的顺式作用元件，包括乙烯、赤霉素、水杨酸和干旱响应元件。定量实时PCR分析发现MdFLS2能在苹果的不同组织中表达，并且主要在叶片中表达。此外，MdFLS2能被鞭毛蛋白诱导子多肽flg22所诱导。随着flg22处理苹果幼苗叶片时间的延长，叶片的胼胝质沉积增加、O2-产量增加、疾病相关的基因表达增加。相比于对照，被处理的幼苗氧化迸发可以被检测到，表明flg22能促进MdFLS2及下游靶基因的表达。此外，MdFLS2异源表达能够互补拟南芥fls2的功能，并且增强flg22的耐受性，表明MdFLS2在苹果中能作为一个正调控因子响应病原菌。
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QI Chen-hui, ZHAO Xian-yan, JIANG Han, LIU Hai-tao, WANG Yong-xu, HU Da-gang, HAO Yu-jin. 2018. Molecular cloning and functional identification of an apple flagellin receptor MdFLS2 gene. Journal of Integrative Agriculture, 17(12): 2694-2703.
Gene cloning and expression analyses of WBC genes in the developing grapevine seeds
TANG Yu-jin, WANG Qian, XUE Jing-yi, LI Yan, LI Rui-min, Steve Van Nocker, WANG Yue-jin, ZHANG Chao-hong
白褐复合体转运蛋白（WBC, white-brown complex transporters）也叫做半分子腺苷三磷酸结合盒G转运蛋白（ABCG, ATP Binding Cassette G transporters）参与种子发育等多个生物过程。但是目前为止葡萄中关于WBC转运蛋白的相关研究还很少。为了揭示WBCs基因的分子特征以及WBCs与葡萄假单性结实性状的关系，我们对葡萄基因组中WBCs基因进行鉴定并做了胚珠相关表达分析。结果显示葡萄基因组中有30个VvWBC基因并克隆得到其中20个基因的全长cDNAs序列。组织器官特异表达分析结果表明一些VvWBC基因具有组织特异性，而另一些却没有，12个VvWBC基因在发育的胚珠中表达，而且实时定量PCR的结果显示其中4个基因在有核与假单性结实无核葡萄胚珠发育过程中的表达模式有很大差异，这4个基因可能参与胚珠败育。同时，我们对VvWBC基因进行了染色体定位分析，多序列比对，内含子/外显子结构分析与同线性分析。我们的实验为假单性结实无核机理的研究提供了一个新视角，并为WBC的进一步研究提供了框架。
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TANG Yu-jin, WANG Qian, XUE Jing-yi, LI Yan, LI Rui-min, Steve Van Nocker, WANG Yue-jin, ZHANG Chao-hong. 2018. Gene cloning and expression analyses of WBC genes in the developing grapevine seeds. Journal of Integrative Agriculture, 17(6): 1348-1359.
Isolation and characterization of the secondary wall-related SND1 gene in hawthorn
CHEN Ke-qin, GUO Yun-na, SONG Meng-ru, DAI Hong-yan, ZHANG Zhi-hong
次级壁相关的NAC结构域蛋白1（SND1）是调控次生细胞壁合成的关键转录因子，可以直接调节MYB46和MYB83表达水平，尤其是在植物的纤维细胞中。在本研究中，我们从山楂中分离到一个SND1基因，因为它具有与AtSND1保守的N末端DNA结合结构域所以命名为CpSND1。过表达CpSND1基因的拟南芥植株表现出与过表达AtSND1的植物相似的表型，例如生长收到抑制、叶片向上卷曲、萼片发育不良和不育等。此外，在拟南芥中过量表达CpSND1基因，会诱导木质素、纤维素和木聚糖生物合成基因的表达以及下游基因MYB的表达。我们的研究结果为山楂基因工程的研究提供了功能信息基础。
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CHEN Ke-qin, GUO Yun-na, SONG Meng-ru, DAI Hong-yan, ZHANG Zhi-hong. 2018. Isolation and characterization of the secondary wall-related SND1 gene in hawthorn. Journal of Integrative Agriculture, 17(9): 2007-2014.
SUN Ping, ZHANG Zhen-lu, ZHU Qiu-fang, ZHANG Guo-ying, XIANG Ping, LIN Yu-ling, LAI Zhongxiong, LIN Jin-ke
miRNA是植物中重要的调控因子，在植物的生长发育中中起着重要的调控作用。在本实验中，我们将茶树1005品系的转录组数据库中功能未注释序列结合其他植物中已知的保守miNRA信息进行分析。利用生物信息学分析方法鉴定，获得了55条茶树保守miRNA。通过实时荧光定量方法检测了其中31条miRNA在不同发育阶段茶树叶片中的表达量，进一步证明了生物信息学鉴定保守miRNA的可靠性。为了获得与茶树儿茶素合成相关的miRNA,在获得的miRNA序列信息及已登陆的儿茶素合成相关基因序列的基础上，我们利用psRNAtarget在线软件预测与儿茶素合成途径相关基因的miRNA。利用改良的RLM-RACE技术，我们鉴定了7条miRNA对8条儿茶素合成途径靶基因的裂解。靶基因主要包括查耳酮合成酶（CHS）、查耳酮异构酶（CHI）、二氢黄酮醇4-还原酶（DFR）、花青素还原酶（ANR）、无色花色素还原酶（LAR）和黄烷酮3-羟化酶（F3H）。通过miRNA与其靶基因的表达分析发现，miR529d和miR156g-3p的表达模式与他们的靶基因CHI和F3H呈负相关，而其它miRNA的表达模式与其靶基因未呈显著负调控模式。RLM-RACE分析结果表明miRNA可以通过裂解与儿茶素合成相关靶基因调控儿茶素的积累。
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SUN Ping, ZHANG Zhen-lu, ZHU Qiu-fang, ZHANG Guo-ying, XIANG Ping, LIN Yu-ling, LAI Zhong-xiong, LIN Jin-ke. 2018. Identification of miRNAs and target genes regulating catechin biosynthesis in tea (Camellia sinensis). Journal of Integrative Agriculture, 17(5): 1154-1164.
WU Yan-qing, ZHU Meng-yuan, JIANG Yu, ZHAO Da-qiu, TAO Jun
查尔酮异构酶（CHI）作为催化黄色查尔酮转化为无色柚皮素的关键酶，在芍药黄色花的改良中起着十分重要的作用。本研究首先通过RACE方法确定芍药CHI基因编码序列，并利用qPCR检测CHI基因在芍药不同发育时期内外花瓣的表达规律；其次采用染色体步移技术克隆CHI基因上游启动子序列，并进行CpG岛预测和5'截断处理，构建5个包含不同片段的双荧光素酶报告基因载体来检测其启动子活性。结果显示，芍药CHI基因cDNA序列全长898bp，5'上游核心启动子活性区域位于-1651 bp~-2050 bp，并且包含1个CpG岛（-1897 bp~-2010 bp）和Sp1、SRF、C/EBPα等几个重要的转录因子；表达水平显示，CHI基因在不同发育时期中内瓣表达量均普遍高于外瓣，并且花蕾期S1表达量普遍高于其他时期。本研究为今后深入开展CHI基因启动子甲基化修饰与表达水平的调控关系等研究奠定基础。
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WU Yan-qing, ZHU Meng-yuan, JIANG Yu, ZHAO Da-qiu, TAO Jun. 2018. Molecular characterization of chalcone isomerase (CHI) regulating flower color in herbaceous peony (Paeonia lactiflora Pall.). Journal of Integrative Agriculture, 17(1): 122-129.
利用DNA pooling法和ISSR标记开发出一个快速鉴别“沪农灵芝5号”品种的稳定的SCAR标记
CHAO Wen-zheng, TANG Chuan-hong, ZHANG Jing-song, YU Ling, Honda Yoichi
通过杂交技术选育获得的“沪农灵芝5号”品种，由于其多糖和三萜含量高，因而具有较高的商业价值。本研究第一次报道了利用DNA pooling法来开发稳定的SCAR（Sequence Characterized Amplified Region）标记用于快速鉴别该品种。首先根据遗传多样性分析的结果，构建了49个DNA pools；然后通过ISSR（Inter Simple Sequence Repeat）标记获得编号为P49的DNA pool（“沪农灵芝5号”独自构成了这个DNA pool）的一个特异性DNA片段。利用该片段的DNA序列，我们设计并获得了一个有效的引物对GLH5F/GLH5R。将其在所有的DNA pools中进行验证，发现只在P49中稳定地扩增出唯一一条DNA片段，大小为773 bp。该片段即为快速鉴别“沪农灵芝5号”的SCAR标记。
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CHAO Wen-zheng, TANG Chuan-hong, ZHANG Jing-song, YU Ling, Honda Yoichi. 2018. Development of a stable SCAR marker for rapid identification of Ganoderma lucidum Hunong 5 cultivar using DNA pooling method and inter-simple sequence repeat markers. Journal of Integrative Agriculture, 17(1): 130-138.
Enhancement of the transfection efficiency of DNA into Crocus sativus L. cells via PEI nanoparticles
Behnam Firoozi, Nasser Zare, Omid Sofalian, Parisa Sheikhzade-Mosadegh
Over the past decade, several natural and synthetic cationic polymers have been utilized for gene delivery into cells. Among them, polyethylenimine (PEI) was used for gene therapy successfully. The present study investigated the effect of PEI and ultrasound waves on ssDNA delivery into saffron cells. Gel retardation, dynamic light scattering (DLS) and scanning electron microscopy (SEM) assays were employed to determine the physicochemical properties of PEI/f-DNA polyplex (complex of PEI and fluorescently labeled DNA). Moreover, the cytotoxicity of PEI, PEI/f-DNA polyplex and ultrasound were investigated on saffron cells at different concentrations. The gel retardation results indicated that the formation and neutralization of the PEI/f-DNA polyplex were completed at N/P=5. The particle size distribution of the polyplexes was from 50 to 122 nm. The experimental results revealed that the cytotoxicity of the PEI/f-DNA polyplex was lower than that of PEI alone, hence the cells showed both dose- and exposure duration-dependent responses. Furthermore, the viability of saffron cells declined extremely after 5 and 10 min sonication but this reduction was not significant at 2 min exposure duration. The results also indicated that the combined utilization of ultrasound and PEI nanoparticles increased the transfection efficiency of saffron cells up to two times higher than those obtained by PEI or ultrasound separately.
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Behnam Firoozi, Nasser Zare, Omid Sofalian, Parisa Sheikhzade-Mosadegh. 2018. Enhancement of the transfection efficiency of DNA into Crocus sativus L. cells via PEI nanoparticles. Journal of Integrative Agriculture, 17(8): 1768-1778.
JIA 蔬菜研究合辑（2017）
JIA 瓜果研究合辑（2017）
Journal of Integrative Agriculture (《农业科学学报》，JIA) 创刊于2002年，农业综合性英文学术期刊。由中国农业科学院与中国农学会联合主办，农业信息研究所承办。中国农业科学院副院长、中国工程院院士万建民任主编。在Elsevier-SD平台全OA出版，专注刊登作物学、园艺、植物保护、动物科学、动物医学、资源环境、食品科学、农业经济与管理等国际农业科学前沿热点领域的综述、研究论文、简报以及评述等。
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