棉花蔗糖合成酶基因家族在纤维发育期时空表达模式分析

蔗糖合成酶(Sucrose Synthase)是调控植物糖类代谢的关键酶之一,在植物生长发育及渗透调节过程中起着重要的作用。该酶为多基因家族,各成员在植物不同组织及不同发育阶段发挥不同的作用。陆地棉(Gossypium hirsutum)中有15个Sus成员,本研究利用转录组高通量测序及实时定量PCR技术,检测了该基因家族的表达模式。结果表明,Gh Sus1D、Gh Sus3A、Gh Sus3D和Gh Sus6D在起始期(0~3 DPA)大量表达;GhSus7D在10 DPA的纤维中表达量快速增加,达到同期突变体胚珠的4.7倍;Gh Sus1A、Gh Sus5D在纤维伸长期(5~15 DPA)表达量显著高于胚珠,分别在10 DPA、15 DPA时达到峰值;Gh Sus3A、Gh Sus3D、和Gh Sus6D在纤维发育(15 DPA)时表达量重新上升,且在20 DPA时仍处于较高表达水平。Sus基因家族组织表达模式分析表明,它们在陆地棉品种徐州142野生型和突变体中的组织表达模式基本相同,根、茎、叶、花中没有显著差异。但不同Sus基因具有不同的组织表达特异性。     

转PPase基因对马铃薯块茎休眠相关生理特性的影响

马铃薯块茎的休眠和发芽对于马铃薯栽培、贮藏保鲜和加工等具有十分重要的意义。本研究以25℃室温条件下贮藏90d后的转正义和反义无机焦磷酸酶(PPase)基因马铃薯Favorita的块茎为材料,对贮藏块茎的PPase活性和及Pi、可溶性糖、淀粉、蛋白质含量进行了测定,以探讨PPase基因对马铃薯相关休眠生理特性的影响。结果表明,与对照相比,转正义PPase基因的两个株系F-2-1和F-2-4块茎中的PPase活性、Pi含量和可溶性糖含量增加、淀粉含量和蛋白质含量降低,且与对照相比均达到极显著水平(只有F-2-4淀粉含量与对照相比无显著性变化);转反义PPase基因的两个株系F-1-1和F-1-2块茎中PPase活性、Pi含量和可溶性糖含量降低、淀粉含量增加,与对照相比均达到极显著性水平,而蛋白质含量与对照相比无显著性变化。     

转AtDREB2A基因苜蓿的耐碱性分析

对已获得的转基因苜蓿进行了RT-PCR检测,确定AtDREB2A基因已在转基因苜蓿中超量表达。并研究了转AtDREB2A基因苜蓿在碱胁迫(100mmol/L,pH8.5)下表型和生理生化指标的变化。结果表明,转AtDREB2A基因苜蓿的相对质膜透性及丙二醛含量显著低于野生型株系,株高、叶绿素及根系活力明显高于野生型株系,说明AtDREB2A基因的超量表达提高了转基因苜蓿的耐碱能力。     

油用亚麻可溶性糖、脂肪含量与硬脂酰-酰基载体蛋白脱氢酶基因表达相关性分析

为研究油用亚麻叶片、果球4个发育阶段硬脂酰-酰基载体蛋白脱氢酶基因(sad)表达水平与可溶性糖含量、脂肪含量之间的关系,以3个已知亚麻酸含量相对不同的油用亚麻品种为试验对象,应用q RTPCR技术对不同发育时期组织中sad基因的相对表达量与可溶性糖含量以及脂肪含量之间的关系进行分析。结果表明,在油用亚麻叶片和果球的不同发育阶段sad基因的表达模式符合正态分布,在品种和时期之间表达量差异明显。可溶性糖的含量在果球和叶片中差异明显,相关性分析结果显示,在sad基因表达量增加时,可溶性糖含量相对减少;脂肪含量与sad基因的表达量呈极显著正相关。油用亚麻中sad基因表达直接影响油用亚麻可溶性糖和脂肪含量,进而影响亚麻油的品质。     

棉花纤维发育早期RNA-Seq转录组分析

 为了揭示棉花纤维发育早期基因表达变化情况,本研究以纤维长度存在显著差异的两个陆海回交近交系NMGA-062（32.58 mm）和NMGA-105（27.06 mm）为材料,利用Illumina HiSeq^TM 2000对0、3 DPA（Days post anthesis）的胚珠及10 DPA的纤维进行RNA-Seq测序。六个文库进行拼接,共得到长度大于200 bp的Unigene 98464个,总长度约为88.2 Mb。对10 DPA的纤维转录组数据进行差异表达分析,共筛选到1931个差异表达基因,1536个Unigene上调,395个Unigene下调。GO（Gene ontology）功能显著性富集和Pathway显著性富集分析发现,差异表达基因富集在脂质转移活性（Lipid transport activity）分子功能组和脂质代谢通路（Lipid metabolism pathway）,由此推测脂类相关基因可能在纤维伸长发育过程中起重要作用。通过对棉纤维发育10 DPA基因转录水平差异比较分析,为深入开展纤维伸长相关功能基因的克隆和功能验证提供了丰富的资源,并为揭示棉花纤维伸长的机制打下了坚实的基础。     

亚洲棉短绒突变体纤维发育及其差异基因表达分析

棉花纤维是重要的天然纺织材料,是最长的单细胞,是研究纤维发育的良好材料。本研究以亚洲棉短绒突变体(FZ)及其野生型(fz)为材料,结合扫描电镜、石蜡切片、RNA-seq技术,解析棉花短绒起始的可能机制。与野生型(fz)的0DPA时期胚珠相比,突变体的胚珠在该时期仅有少量的纤维起始。在+3DPA时,突变体没有短绒细胞起始,仅有长纤维细胞,而野生型有大量的短纤维细胞和长纤维细胞。对这2个材料的0DPA、+3DPA、+5DPA和+8DPA胚珠差异基因分析结果显示,在短绒突变体(FZ)和野生型(fz)的4个纤维发育时期共挖掘出3780个差异表达基因,其中0DPA时差异基因数目最少,随着胚珠发育时间的延长,差异基因的数目逐渐增加。KEGG分析发现这些基因主要参与蜡质、角质生物合成,以及苯丙烷代谢和植物信号传导过程。共表达趋势分析显示,在突变体+3DPA上调的差异基因中,参与离子结合、MAPK级联反应、氧化还原活性和转录调控的基因表达受到正影响(表达水平提高),造成突变体短绒纤维不能正常起始。这些结果描述了二倍体亚洲棉短绒起始的动态变化,可为进一步研究棉纤维发育提供参考。     

转反义trxs基因小麦种子萌发过程中碳代谢的变化

为了揭示反义硫氧还蛋白基因（anti-trxs）在抗穗发芽小麦中的作用机制。以转反义 trxs 基因小麦株系为材料,对转基因株系和对照种子萌发过程中硫氧还蛋白h活性、淀粉酶活性、可溶性糖和淀粉含量进行了检测。结果表明,转基因小麦籽粒 trxh、α-淀粉酶和β-淀粉酶活性均显著低于对照;淀粉降解和可溶性糖生成速率明显下降。发芽1~5 d,转基因小麦种子trxh、α-淀粉酶和β-淀粉酶活性分别比对照下降24.5%、40.4%和23.0%;淀粉降解和可溶性糖生成速率分别比对照降低23.7%和23%。     

棉花4个脂肪酸合成相关基因的克隆和表达特征分析

脂肪酸合成相关代谢在控制油的合成和抗非生物胁迫中均起着重要作用。其脂肪酸合成相关基因的时空表达水平直接影响油的含量和脂肪酸合成相关酶的活性。本研究克隆了4个脂肪酸合成相关基因,分别命名为GhKASII、GhKASIII、GhFAD和GhGPAT,其中GhKASIII、GhFAD和GhGPAT基因cDNA全长通过电子克隆和同源克隆得到。而GhKASII通过筛库和5'-RACE途径得到。组织表达分析表明, 上述4个基因在根、茎、叶及纤维发育不同时期均有表达,属于组成性表达基因。其中GhKASII、GhKASIII在25 DPA种子中表达量最高,GhGPAT在0 DPA胚珠和15 DPA纤维中表达量很高,GhFAD在0DPA胚珠, 15 DPA种子,20 DPA纤维中表达量均很高。不同非生物胁迫的诱导表达分析表明,上述4个基因均不同程度被茉莉酸甲酯,ABA,创伤和冷害等逆境诱导表达。     

转GsCBRLK/SCMRP双价基因苜蓿耐碱性及氨基酸含量分析

从野生大豆盐碱胁迫基因表达谱中筛选并克隆到GsCBRLK基因, 与人工合成的高甲硫氨酸含量SCMRP基因构建成双价植物表达载体, 将其转入苜蓿, 获得超量表达的转基因苜蓿, 并进行耐碱性分析。结果显示, 经过100、150 mmol L^–1 NaHCO₃处理14 d后, 转基因株系生长状态良好, 而非转基因对照株系萎蔫、失绿、甚至死亡;转基因株系的丙二醛含量和相对质膜透性显著低于非转基因株系(P<0.05), 而SOD酶活性显著高于非转基因对照(P<0.05), 说明超量表达GsCBRLK基因增强了苜蓿的耐碱能力;各转基因株系的甲硫氨酸含量均比对照植株高, 表明SCMRP基因的导入提高了苜蓿叶片甲硫氨酸的含量。     

反义Trxs基因导入对弱筋小麦豫麦18淀粉积累及淀粉合成关键酶表达的影响

以转反义硫氧还蛋白基因小麦TY18-99和TY18-100及其相应未转基因对照为材料,于2007-2009年通过盆栽试验系统研究了反义Trxs基因(anti-Trxs)导入对弱筋小麦豫麦18籽粒灌浆过程中淀粉积累、淀粉合成关键酶活性以及淀粉合成酶基因表达的影响。结果表明,反义Trxs基因对小麦籽粒淀粉积累有一定的正效应。2个转基因株系的总淀粉和支链淀粉的积累速率较对照显著提高;在整个籽粒形成过程中,反义Trxs基因导入显著提高了淀粉分支酶(SBE)活性。在籽粒灌浆中期和后期,反义Trxs基因导入显著提高了腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)和可溶性淀粉合酶(SSS)活性,降低了颗粒束缚型淀粉合酶(GBSS)活性。实时荧光定量RT-PCR分析表明,反义Trxs基因促进了AGPase、SBE I和SSS (SSS I、SSS II和SSS III)基因的表达,抑制了GBSS I基因的表达。上述结果说明,反义Trxs基因导入后促进了AGPase、SBE I和SSS基因的转录,从而使籽粒灌浆期间的淀粉积累速率发生了改变,最终显著提高了总淀粉和支链淀粉的含量,降低了直链淀粉含量,进而提高了淀粉的支/直比,这可能是转基因小麦淀粉品质改善和产量提高的主要原因。     

白菜脱水应答转录因子BpDREB1基因的克隆及功能研究

DREB1/CBF类转录因子在植物抵抗外界胁迫上起重要作用,利用这些基因改良作物抗逆性具有重要意义。本研究在白菜中分离到一个DREB类转录因子基因BpDREB1 (EF219470)。该基因序列全长647 bp,推测编码蛋白含213个氨基酸,相对分子量为23 kD,理论等电点为5.11,与白菜中该类转录因子序列同源性为94%。进化树表明,BpDREB1属于DREB亚家族中A1亚族。基因的诱导表达模式分析显示,BpDREB1被低温强烈、迅速诱导表达,并对干旱胁迫也有一定程度的响应,但对高盐处理几乎没有响应。过表达BpDREB1的转基因拟南芥经低温诱导后,其体内可溶性糖及脯氨酸含量大幅度提高。以上结果显示BpDREB1转录因子基因具有家族成员基因结构的特征,在低温、干旱应答途径中起重要作用。     

cDNA芯片检测棉花纤维发育相关基因的表达

利用cDNA芯片技术分析E6、Lipid transfer protein(LTP)、Proline-rich protein(PRP）、Expansin、Tubulin、Annexin等家族的63个棉花纤维发育相关基因,在陆地棉徐州-142开花后10d纤维组织及其无长绒无短绒突变体开花后10d胚珠中的表达差异,发现属于E6、LTP、PRP、Expansin家族的基因在两种组织中存在显著的表达差异,符合前人的报道。其中E6、LTP家族的基因在两种组织中的表达差异最大,个别基因表达差异甚至达到15倍之多。而Tubulin家族的基因在两种组织中的表达差异不大,检测的24个Tubulin家族基因中,仅2个基因在纤维组织和胚珠中存在显著表达差异。cDNA芯片技术可以高通量鉴定棉花纤维相关基因以及研究棉花发育相关基因的表达谱。     

异源表达棉花GhPRP5基因增强了拟南芥对盐和ABA的敏感性

富含脯氨酸的蛋白(proline-rich proteins, PRPs)代表一类富含脯氨酸和羟脯氨酸的细胞壁结构蛋白质,最先在伤害诱导的胡萝卜贮藏根中被发现。越来越多的证据显示这类蛋白在应答多种生物和非生物胁迫中起作用。我们之前从棉花cDNA文库中分离了一个命名为GhPRP5的编码富含脯氨酸蛋白的基因,为研究其功能,构建了GhPRP5的过量表达载体,转化拟南芥,获得GhPRP5高表达的8个株系的纯合体。在正常培养条件下,转基因株系和野生型种子的萌发率一致,但盐胁迫和ABA处理显著抑制了转基因拟南芥株系种子的萌发。盐胁迫条件下野生型的绿苗率明显高于转基因拟南芥株系,与正常生长条件相比,ABA处理抑制转基因拟南芥主根伸长的程度更大。利用Quantitative RT-PCR技术分析几个胁迫相关标记基因的表达情况表明,盐和ABA诱导了RD29A、RD29B和KIN1的表达,但诱导水平在转基因株系和野生型中不一样,说明GhPRP5参与调控拟南芥胁迫相关标记基因的表达,但具体参与的胁迫应答信号传导途径仍需进一步研究。     

棉花微管结合蛋白基因GhMAP1-LC3的克隆与表达分析

应用RT-PCR从陆地棉(Gossypium hirsutum L.)石远321开花当天胚珠中分离到一个553 bp的片段,含有一个360 bp的开放读码框,推导的氨基酸序列（119个氨基酸）与水稻、拟南芥的MAP1-LC3 (Microtubule-associated Protein 1-Light Chain3)分别具有94%与90%的同源性,由此推测该基因为编码棉花微管结合蛋白基因家族的一     

外源脱水应答转录因子CBF4基因转化玉米的获得

用PCR方法克隆了拟南芥脱水应答转录因子CBF4基因,以逆境诱导表达基因rd29A的启动子为驱动,构建了逆境诱导表达载体pBAC146。用基因枪转化法转化玉米优良自交系的幼胚和胚性愈伤组织,轰击后的愈伤组织经过筛选、分化和植株再生过程,共获得36棵转基因植株。经PCR、PCR-Southern和Southern检测表明,外源目的基因已成功整合到部分转基因玉米株系的基因组中。人工干旱处理下,抗旱生理指标测定显示,一个转基因株系的脯氨酸含量和叶绿素含量比野生型对照提高一倍,间接表明转基因株系的抗旱能力在某种程度上有所提高。     

一个棉花纤维伸长期优势表达启动子pGhFLA1的克隆与鉴定

棉花纤维是研究单细胞生长发育的良好模式细胞,寻找在棉花纤维发育时期优势表达的启动子,对于棉花纤维发育的功能基因组研究非常重要。本试验对发掘到的一个在纤维伸长期优势表达基因GhFLA1的启动子进行克隆,并将该启动子融合GUS转化棉花和烟草。转基因棉花的GUS蛋白染色表明,在0~20 DPA(days post anthesis)的纤维中检测到GUS蛋白,同时在柱头、雄蕊、萼片、胚根、子叶和根中也检测到GUS蛋白,但在花瓣、叶片和苞叶中没有检测到。同时GUS定量检测结果显示,pGhFLA1驱动GUS蛋白积累的高峰是在20 DPA的纤维中,其驱动GUS表达的能力是Ca MV 35S::GUS的22倍。转基因烟草组织化学染色显示pGhFLA1可以驱动GUS在叶片及叶片的表皮毛中优势表达,同时在子房、柱头、花药、苞叶、花柄基部、花瓣、种子等生殖器官上也存在GUS蛋白。启动子pGhFLA1在棉花纤维和烟草叶片的表皮毛中优势表达,可用于棉花纤维功能基因组研究,在改良纤维品质育种中具有潜在的应用价值。     

茶树CsbZIP4转录因子正调控拟南芥对盐胁迫响应

bZIP转录因子是真核生物中一类多功能蛋白家族,参与种子成熟、光信号调节、胁迫响应等多种生物学过程,拟南芥中根据序列相似性和保守域主要分为10个亚家族(A-I和S)。本文以茶树的C亚家族转录因子CsbZIP4为研究对象,调查非生物胁迫下的表达模式,及转化拟南芥后CsbZIP4过表达对耐盐性的影响。结果显示,在4℃低温、外源ABA、盐和干旱胁迫处理后,CsbZIP4的表达在茶树叶片中呈上调模式,特别是在盐和干旱胁迫下其表达分别上调2.9倍和2.2倍;而在根中,低温、盐和干旱胁迫均能显著抑制CsbZIP4的表达,其中盐胁迫能将其表达抑制2倍;荧光显微镜下观察CsbZIP4-GFP融合蛋白,将CsbZIP4定位于细胞核中;CsbZIP4的过表达能够降低转基因株系种子萌发时对外源ABA、盐胁迫的敏感性,在300mmolL~(-1)NaCl盐胁迫下,转化拟南芥植株过表达CsbZIP4增强抗性,其叶片的SPAD值较高,同时过表达株系中盐胁迫响应基因AtSOS1的表达显著增强。根据CsbZIP4正调控拟南芥的盐胁迫响应,推断CsbZIP4与茶树抵御盐胁迫密切相关。     

棉花GhRDL1基因启动子分析

通过PCR法扩增出陆地棉GhRDL1基因ATG上游1.2 kb的片段,将该片段融合GUS报告基因进行棉花、拟南芥及烟草转化。分析显示,GhRDL1基因启动子是一个棉纤维或表皮毛特异的启动子,能够驱动靶基因在单细胞的表皮毛(如棉纤维和拟南芥表皮毛)表达;在烟草表皮毛中,GUS基因在多细胞的腺毛(包括顶端的腺体细胞和柄细胞)和非腺毛中皆有表达。表明GhRDL1基因启动子是一个多功能的表皮毛特异启动子,可以用于棉花基因工程改良和植物次生代谢工程的研究。     

棉花GhCCR4基因的瞬时表达研究

利用棉纤维发育调控基因瞬时表达体系,分析目的基因在棉花纤维发育过程中可能存在的功能。实验构建了由CaMV35S启动子驱动的pGUS-CCR4融合瞬时表达载体,使用基因枪轰击法转化棉花胚珠,确定了转化0DPA胚珠的最佳条件:轰击压力为1350psi,轰击距离为9cm,轰击次数为2次。GUS组织化学染色结果表明,GhCCR4基因在棉花纤维伸长期和次生壁增厚期持续表达。不同发育时期纤维长度测量结果发现,在8DPA时转GhCCR4基因纤维长度和对照相比没有明显差别,但在27DPA时纤维长度明显短于对照。纤维透射电镜切片观察发现,转GhCCR4基因的细胞次生壁与对照相比增厚达17%。