Institute of Soil and Water Conservation,Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources
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丹参转录因子bHLH7与MYB39互作调控酚酸类及丹参酮类物质代谢分子机制研究
No full text丹参中次生代谢物酚酸类和丹参酮类成分的含量是评价丹参药材品质的重要指标，这两类物质的生物合成受到环境因子和遗传因素的双重影响。转录因子不但可以直接调控遗传基因的表达，还介导了环境因子对植物次生代谢物质合成的调控。因此，揭示转录因子在丹参次生代谢中的调控机制是丹参代谢工程研究的前提，也可以为阐明丹参药材品质形成机制奠定基础。
本论文以毛状根为材料，对丹参5个bHLH家族转录因子调控酚酸类和丹参酮类物质的分子机制进行了研究，并阐述了SmbHLH7与SmMYB39两个转录因子对酚酸类物质代谢的协同调控机制。具体结果如下：
我们从丹参转录组数据库中筛选到5个完整的bHLH家族转录因子，它们都包含了典型的HLH结构域，分别命名为：SmbHLH3、SmbHLH7、SmbHLH148、SmbHLH10和SmbHLH130。这几个转录因子基因在丹参植株六个不同部位（花、叶、茎、根皮、中柱、须根）均有表达，但是表达模式存在差异；同时，这几个转录因子基因不同程度的响应了MeJA、ABA和GA的诱导。亚细胞定位分析发现5个转录因子除SmbHLH10在细胞质中也有分布外，都位于细胞核中。
分别获得了SmbHLH3、SmbHLH7、SmbHLH148、SmbHLH10和SmbHLH130的过表达毛状根，检测发现SmbHLH3负调控了三种酚酸（咖啡酸、迷迭香酸、丹酚酸B）和四种丹参酮（隐丹参酮、二氢丹参酮Ⅰ、丹参酮Ⅰ、丹参酮ⅠⅠA）成分的代谢；SmbHLH7、SmbHLH148和SmbHLH130对酚酸类和丹参酮类物质的积累都是促进的作用；SmbHLH10对酚酸类成分代谢无显著调控作用，但促进了丹参酮类成分的生物合成。转基因毛状根中酚酸类和丹参酮类物质生物合成途径上的关键酶基因表达相对于野生型也发生了显著的变化。利用酵母单杂交实验发现SmbHLH3可以与酚酸类物质代谢途径上关键基因TAT和HPPR及丹参酮类物质代谢途径上关键基因KSL1和CYP76AH1启动子区的G-box元件结合；SmbHLH7、SmbHLH148和SmbHLH130都可以结合到酚酸类物质代谢途径上C4H1、TAT、HPPR、CYP98A14和丹参酮类物质途径上DXS2、CPS1、CYP76AH1的启动子区；此外，SmbHLH148还可以结合到PAL1启动子上的G-box，SmbHLH7和SmbHLH130还可以结合到KSL1基因启动子区，但SmbHLH130与KSL1及CYP76AH1基因上的G-box结合较弱；SmbHLH10可与CPS1、CPS5及DXS2的启动子序列互作。
前期我们研究发现了一个负调控酚酸类物质代谢的R2R3 MYB转录因子：SmMYB39，鉴于植物中bHLH转录因子通常会与MYB蛋白互作形成复合体调控次生代谢进行，我们利用酵母双杂交的方式对5个SmbHLH进行了筛选。结果显示， SmbHLH7和SmbHLH130都可以与SmMYB39互作，但是包含pGBKT7-SmbHLH130与pGADT7-SmMYB39的酵母菌株生长较弱。对SmbHLH7和SmMYB39蛋白序列分析发现其互作区域可能位于各自N端，蛋白截短实验验证了这一猜测。
分别获得了SmMYB39过表达和RNAi干扰的转基因毛状根，发现SmMYB39还负调控了丹参酮类成分的积累。SmbHLH7的RNAi沉默毛状根中酚酸类和丹参酮类物质的含量相对于对照都显著减少。分析发现SmMYB39和SmbHLH7调控酚酸类和丹参酮类物质代谢的基因具有重叠。将SmbHLH7和SmMYB39共表达发现SmMYB39的表达量可以提高到对照的几百倍，而SmbHLH7的表达只提高了近10倍。在过表达SmbHLH7的同时将SmMYB39沉默后酚酸类和丹参酮物质的代谢得到促进，而且促进效果要高于单独过表达SmbHLH7或单独沉默SmMYB39。SmMYB39的过表达会抑制SmbHLH7的转录，沉默SmMYB39后SmbHLH7的表达得到提高；而过表达SmbHLH7会促进SmMYB39的转录，沉默SmbHLH7后SmMYB39的转录受到抑制。说明两个转录因子之间除在蛋白层面有相互调节之外，在转录层面也可以直接互相调控。
本文通过对丹参转录组数据分析，筛选出5个参与酚酸类或丹参酮类物质生物合成调控的SmbHLH基因，利用毛状根转基因技术对其功能进行了解析，并对这几个转录因子的靶基因进行了鉴定。还发现SmbHLH7与负调控因子SmMYB39对丹参活性成分代谢协同调控机制有三个层面：SmMYB39与SmbHLH7竞争性的结合酚酸或丹参酮代谢途径关键基因；负调控因子SmMYB39直接抑制SmbHLH7转录；SmMYB39与其他正调控的MYB竞争性结合SmbHLH7，使得正调控MBW复合体无法形成。
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SmGRAS1 and SmGRAS2 Regulate the Biosynthesis of Tanshinones and Phenolic Acids in Salvia miltiorrhiza
No full textSalvia miltiorrhiza is one of the most widely used traditional Chinese medicinal plants because of its excellent performance in treating heart diseases. Tanshinones and phenolic acids are two important classes of effective metabolites, and their biosynthesis has attracted widespread interest. Here, we functionally characterized SmGRAS1 and SmGRAS2, two GRAS family transcription factors from S. miltiorrhiza. SmGRAS1/2 were highly expressed in the root periderm, where tanshinones mainly accumulated in S. miltiorrhiza. Overexpression of SmGRAS1/2 upregulated tanshinones accumulation and downregulated GA, phenolic acids contents, and root biomass. However, antisense expression of SmGRAS1/2 reduced the tanshinones accumulation and increased the GA, phenolic acids contents, and root biomass. The expression patterns of biosynthesis genes were consistent with the changes in compounds accumulation. GA treatment increased tanshinones, phenolic acids, and GA contents in the overexpression lines, and restored the root growth inhibited by overexpressing SmGRAS1/2. Subsequently, yeast one-hybrid, dual-luciferase, and electrophoretic mobility shift assays (EMSA) showed SmGRAS1 promoted tanshinones biosynthesis by directly binding to the GARE motif in the SmKSL1 promoter and activating its expression. Yeast two-hybrid assays showed SmGRAS1 interacted physically with SmGRAS2. Taken together, the results revealed that SmGRAS1/2 acted as repressors in root growth and phenolic acids biosynthesis but as positive regulators in tanshinones biosynthesis. Overall, our findings revealed the potential value of SmGRAS1/2 in genetically engineering changes in secondary metabolism.
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土壤侵蚀形态演化数字摄影观测系统设计与实验
No full text 为解决目前在连续降雨条件下尚无有效的观测技术与手段从时空两个维度对土壤侵蚀过程进行观测的问题，设计了一种基于无线组网技术的数字近景摄影观测系统。该系统通过对连续降雨条件下不同时间节点的土壤侵蚀坡面进行数字影像的瞬时采集、雨滴噪声去除、点云匹配、三维重建等手段，实现对土壤侵蚀坡面形态演化过程的动态监测。该系统的测量精度可达到亚毫米级，最小测量误差为 0. 006 2 mm; 凹槽尺寸测量值与实测值之间最大相对误差为－2. 968 3%。土壤侵蚀坡面观测实证表明，土壤流失量估算平均相对误差为－1. 73%，单次观测精度最高可达 99. 26%，时间观测分辨率可达到分钟级别，空间分辨率达到 2 mm。该系统能够准确获取土壤侵蚀坡面形态变化的精细信息，可为土壤侵蚀过程研究提供新的方法和技术手段。
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水土保持技术对农业产业-资源系统的耦合路径分析
No full text水土保持技术通过对农业产业-资源系统的作用过程影响系统的耦合效果，这一过程及效果成为农户选择水土保持技术
的关键点。为此，运用结构方程模型，以典型流域—县南沟流域为对象，通过对 2017 年 130 户农户调研资料的分析，揭示其作
用过程和耦合路径，结果表明: 水土保持技术与生态环境、农业资源、农业产业形成了一个新的耦合系统，水土保持技术对生态
环境的改良和农业资源量的增加具有促进作用，对农业产业的发展具有抑制作用。但其( 现阶段) 作用强度较弱，
( 水土保持技
术对三者的路径系数分别为 0．13、0．08、－0．02) ; 这是由于县南沟流域基本完成了规模化治理，故水土保持技术对农业产业-资源
系统的影响的弱强度是基于水土流失治理及治理措施有效发挥基础之上的弱强度，同时隐含了现有的水土保持技术体系已不
能完全满足新时代背景下生态文明建设与经济发展的需求，需要围绕水土保持内涵经营过程，以生态功能的提升为主线，筛选、
集成、研发水土保持技术，形成可适化水土保持技术体系。</div
转 IbLEA14 基因杨树增强耐旱性的生理机制
No full text晚期胚胎蛋白富集蛋白(LEA)可作为多功能蛋白参与对多种非生物胁迫的响应。前期研究表明，过
量表达甘薯 IbLEA14 基因能够增强转基因甘薯愈伤组织的耐渗透压和盐胁迫能力。为研究转 IbLEA14 基因
杨树增强耐旱性的生理机制，本试验选取转 IbLEA14 基因杨树与非转基因杨树(NT)为材料，采用盆栽控水
法，进行土壤干旱胁迫与复水处理，测定其形态与生理生化指标。结果表明：(1)干旱胁迫下，转 IbLEA14 基因
杨树与 NT 株高增长、总生物量积累均受到抑制，但转基因杨树生长状况优于 NT；与 NT 相比，转 IbLEA14
基因杨树叶片净光合速率较高，丙二醛(MDA)和过氧化氢(H2O2)含量较低，较高的脯氨酸(Pro)含量与较低的
渗透势保障了转基因杨树较强的保水能力以及较高的叶片相对含水量。(2)复水后，较干旱条件下而言，转
IbLEA14 基因杨树叶片相对含水量增加，净光合速率升高，MDA 和 H2O2 含量降低，Pro 含量下降，渗透势升
高。研究表明：转 IbLEA14 基因杨树可减轻干旱胁迫对植株细胞膜及光和系统的伤害，复水后能够更好地修
复细胞膜系统与光合系统，加快恢复速度。因此，转 IbLEA14 基因杨树的耐旱性与旱后复水的恢复能力更
好，更具有抗旱性优势。该研究结果将为杨树耐旱育种及应用提供理论依据，未来有望在改善土壤沙漠化方
面发挥重要作用。</div
黄土丘陵区不同坡向土壤水溶性 有机物特征及其根际效应
No full text为研究不同坡向对土壤水溶性有机物影响及其根际效应，选取黄土丘陵区不同坡向（阳坡、半阳坡、阴坡）的
根际土和非根际土壤为研究对象，分析了水溶性总氮（ＷＳＮ）、水溶性铵态氮（ＷＳＮＨ４＋ －Ｎ 和硝态氮（ＷＳＮＯ３－ －Ｎ）、水
溶性有机氮（ＷＳＯＮ）、水溶性有机碳（ＷＳＯＣ）的含量及其水溶性有机物（ＤＯＭ）并进行了紫外—可见光光谱分析。结
果表明：（１）土壤 的 水 溶 性 碳、氮 养 分 均 会 受 到 坡 向 的 影 响，其 中 ＷＳＮＨ４＋ －Ｎ 的 含 量 在 阳 坡 达 到 最 高，而 ＷＳＮ，
ＷＳＮＯ３－ －Ｎ、ＷＳＯＮ 以及 ＷＳＯＣ的含量在半阳坡最高，并且养分含量尤其是 ＷＳＯＮ 和 ＷＳＯＣ 的坡向分异会受植物
根际效应的影响产生变化。（２）根际土的水溶性氮组分和 ＷＳＯＣ 均会显著高于非根际土，不同物种的根际效应不
同，且根际效应也会受到坡向的影响。（３）半阳坡土壤的 ＤＯＭ 腐殖化水平最高，植物的根际效应也会显著提高土壤
ＤＯＭ 的腐殖化程度，并且根际效应产生的作用远大于坡向的作用。</div
