花生中FAR1-5转录因子的克隆和功能分析

FARl是一类起源于转座子酶的转录因子,在光敏色素A(phyA)信号通路启动、植物光形态建成中具有重要作用。本试验对抗旱花生品种J11的FAR1-5基因进行了克隆,通过序列比对进化分析,表明其与野生花生Arachis duranensis,A.ipaensis相关基因具有较高相似度。干旱胁迫状态下,转基因植株抗旱性强于野生型植株,抗氧化酶活性增强,表明该转录因子可积极响应花生抗旱胁迫。研究结果可为花生抗旱育种提供新的基因资源。     

花生Argonaute 基因家族全基因组鉴定与表达模式分析

AGO蛋白（Argonaute protein）是RNA诱导沉默复合体的关键组分,在植物生长发育中发挥重要作用。花 生基因组测序的完成为全基因组水平上分析AGO抗病基因提供了条件。利用AGO蛋白的保守域在花生基因组数 据库与NCBI中进行同源比对,鉴定得到花生AGO 基因家族所有成员。我们基于生物信息学对AGO蛋白家族的进 化关系、理化性质、染色体定位、基因结构、结构域、不同组织中和胁迫下的表达模式等进行分析。结果表明：试验 共鉴定得到51个花生AGO 基因,包括12个A.duranensis 基因,12个A.ipaensis 基因以及27个栽培种花生AGO 基因。 染色体定位分析结果显示这些基因不均匀地分布在花生染色体上,且A.duranensis 与A.ipaensis 基因组上有10对成 员存在较为明显的同源关系。表达模式分析表明AdAGO2、AiAGO4、AdAGO3、AiAGO7、AdAGO8、AiAGO8 基因在花生 22个组织中整体表达量偏高;而花生茎尖（Shoot Tip）与雄蕊（Stamens）中AGO 基因家族呈现较高表达量。本研究结 果为揭示AGO蛋白功能和发掘花生的抗逆育种靶向基因资源提供了一定的理论依据。     

花生胚胎发育晚期丰富蛋白基因AhLEAL的克隆及其在非生物胁迫下的表达分析

低温、高盐和干旱等非生物胁迫严重影响花生的生长和产量,而花生中有关非生物胁迫的研究及抗性基因的挖掘较少。胚胎发育晚期丰富蛋白(Late embryogenesis abundant,LEA)是一类亲水性蛋白,其功能主要是参与调控植物应答脱水相关的非生物胁迫包括耐盐、抗旱和抗冻等。本研究以花生品种花育33号为试验材料,根据cDNA文库中已知的胚胎发育晚期丰富蛋白基因全长序列设计引物,通过RT-PCR克隆到该基因。该基因全长为555bp,开放阅读框为291bp,编码97个氨基酸。核苷酸序列比对表明,该基因与花生中已注册基因AhARG2(XM_016113504)同源性为100%,与AhLEA6-1(HM543588)同源性为99%。蛋白序列比对分析表明,该基因编码的蛋白与Genbank上已经注册的沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)、牧豆树(Prosopis juliflora)和柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)等植物中的胚胎发育晚期丰富蛋白同源性达到近65%。我们将该基因命名为AhLEAL(Arachis hypogaea Late Embryogenesis Abundant Like)。预测该基因编码的蛋白可能定位于细胞液、线粒体、内质网和叶绿体中。荧光定量PCR结果显示,AhLEAL在花生叶片和根中的表达受低温和高盐胁迫的强烈诱导,在根中受干旱胁迫的强烈诱导,说明该基因可能参与了花生对三种非生物胁迫的适应性调控;此外,AhLEAL在花生叶片和根中的表达也明显受ABA的诱导,说明该基因对花生逆境胁迫的调控可能是以依赖ABA的方式进行的。     

花生1,3,4-三磷酸肌醇5/6激酶ITPK家族基因的鉴定和分析

1,3,4-三磷酸肌醇5/6-激酶（ITPK）是一种保守的多功能酶,调控磷酸肌醇的代谢过程,广泛存在于动植物和线虫中。本研究从两个野生种花生基因组（Arachis duranensis 和Arachis ipaensis）中获得AdITPK 家族基因7个,AiITPK 家族基因7个,利用生物信息学手段,系统地分析花生ITPK 家族基因生物学特征。结果表明,AdITPKs 和Ai⁃ITPKs 基因的染色体定位相似,在03号和05号染色体上都分别有2个ITPK 家族成员,AdITPKs 在A01、A08和A10号 染色体上各1个,AiITPKs 在B01、B07和B10号染色体上各1个;花生各ITPK 基因含外显子数量在1~10个不等,可编码220~483个氨基酸;进化关系分析显示花生ITPK 家族基因可分为3个亚家族;基于保守结构域分析显示,此家族蛋白含有4~6个保守结构基序。两基因组同源基因的二级结构相似性较大,而AdITPK5和AiITPK5、AdITPK6和AiITPK6两对同源基因例外;大部分基因的三级结构皆相似,但AdITPK1、AdITPK6、AiITPK1和AiITPK6与其余基因明显不同;花生ITPK 家族基因在各器官中表达量不同,在发育前期的种子、根系和根瘤中表达较高。本研究为花生ITPK 基因的后续研究奠定理论基础,为明确ITPK 对花生生长中的调控作用提供了依据。     

野生花生Hsp70基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析

热激蛋白70(heat shock protein 70,Hsp70)是细胞应对高温和其它胁迫环境时所产生的一类分子伴侣类型应激蛋白。本研究以Arachis duranensis和Arachis ipansis基因组数据库为基础,利用生物信息学方法对Hsp70基因家族进行鉴定分析。结果表明,A.duranensis含有34个Hsp70基因成员,A.ipansis含有35个Hsp70基因成员,两者的直系同源基因大部分分布于两套染色体相近的位置。Ad Hsp70和Ai Hsp70基因家族根据亚细胞定位结果可分4种类型,各类型的Hsp70基因结构相对保守。根据系统进化分析Hsp70基因家族可分为ClassⅠ(Hsp70)和ClassⅡ(Hsp110)两个亚家族,其中ClassⅠ亚家族进一步分为3个小家族,同时揭示Hsp70基因家族成员产生于单双子叶分化之前。GO分析预测表明,Ad Hsp70和Ai Hsp70基因家族功能类别完全一致,各功能类别数目比例变化相似。本研究结果有助于了解花生属植物Hsp70基因家族功能,以期为深入研究花生逆境生理过程中的分子调控机理提供基础。     

花生14-3-3基因家族的生物信息学分析

14-3-3是一类广泛存在于真核生物细胞内的多基因家族蛋白,在植物信号传导、生长发育及抗逆胁迫反应中发挥重要作用。本文通过隐马尔柯夫模型(Hidden Markov Model,HMM),对野生花生（Arachis duranensis和Arachis ipaensis）基因组的蛋白质数据库进行搜索,获得Ad14-3-3基因家族成员14个,Ai14-3-3基因家族成员13个。进化树分析显示其主要分为ε类和非ε类,其中Ad14-3-3家族包含6个ε类和8个非ε类;Ai14-3-3家族包含了7个ε类和6个非ε类成员。进一步对该基因家族的理化性质、基因定位、基因结构及上游调控序列进行分析预测。结果显示, Ad14-3-3和Ai14-3-3基因家族的染色体定位相似,在1和6号染色体没有定位,在4和7号染色体上各有3个家族成员。花生中的14-3-3基因家族高度保守,ε类14-3-3蛋白主要包含6外显子,非ε类14-3-3蛋白主要包含3-4个外显子,ε类与非ε类14-3-3蛋白的保守基序存在显著区别。上游调控序列预测分析表明,花生14-3-3蛋白存在大量的激素及逆境胁迫应答元件,预示着该基因家族参与花生的生理及逆境胁迫反应。 （１．山东省花生研究所,山东青岛,２６６１００;２．哈尔滨工业大学环境学院,黑龙江哈尔滨,１５０００１）     

小麦LEAsm基因及其启动子的克隆与功能研究

胚胎发育晚期丰富蛋白(LEA)是一个小的高亲水性的蛋白家族,该蛋白家族在逆境胁迫下大量积累,保护植物免受逆境胁迫。LEA蛋白可分为7组,其中重复的11-氨基酸基序是第3组LEA蛋白的特征。为深入分析第3组LEA蛋白在小麦响应逆境胁迫中的作用机制,利用芯片技术从小麦表达谱中筛选出一个渗透胁迫诱导表达的第3组LEA蛋白基因TaLEAsm,然后根据该基因序列设计引物筛选石麦15的BAC文库,获得1个含有该基因的BAC单克隆,以该BAC单克隆质粒为模板,通过BAC延伸测序克隆了TaLEAsm基因及其启动子序列,并对TaLEAsm序列特征、表达模式和启动子功能进行了初步分析。结果表明,TaLEAsm基因序列仅含有1个105bp的内含子,其开放读码框长675bp,编码224个氨基酸。TaLEAsm含有10个11-氨基酸重复序列,属于第3组LEA蛋白。低温、高盐和渗透胁迫均诱导TaLEAsm基因上调表达,但在根和叶中表达模式不同。在TaLEAsm基因起始密码子上游1 500bp序列中,预测含有14个逆境响应顺式元件。在拟南芥中,TaLEAsm基因启动子能够启动GUS基因表达,渗透胁迫诱导GUS基因明显上调表达。以上结果表明,TaLEAsm为小麦脱水响应基因,其启动子为渗透胁迫诱导启动子。     

橡胶树胚胎晚期丰富蛋白基因HbLEA1的克隆和表达分析

胚胎晚期丰富蛋白（LEA）是与植物抗逆反应相关的一类重要蛋白。本研究克隆了橡胶树LEA家族一个新基因的全长cDNA序列,命名为HbLEA1。该cDNA全长1 183 bp,其中5'UTR区60 bp,3'UTR区154 bp,CDS区969 bp,共编码322个氨基酸,分子量大小为36 ku,等电点4.84,含有LEA-2和WHy（Water Stress and Hypersensitive response）结构域,属于LEA_2类LEA蛋白。组织表达分析结果表明,HbLEA1在种子中表达量最高,其次是胶乳和稳定叶,在芽中的表达量最低。在未开割树的胶乳中,机械伤害和割胶处理均明显下调HbLEA1表达。在橡胶树幼苗中,低温胁迫处理后该基因在叶片、树皮和根中的表达呈上升趋势,而在高温和干旱胁迫中其表达变化并不明显。结果显示,HbLEA1基因可能参与橡胶树的胁迫应答和胶乳代谢调控。     

花生鞘脂Δ8去饱和酶基因(AhSLD2)的克隆与表达分析

本研究从花生中分离得到了1个AhSLD基因,命名为AhSLD2,该基因开放阅读框(ORF)为1347bp,编码448个氨基酸。AhSLD2蛋白与拟南芥AtSLD的相似性为73%,都具有b5保守结构域和3个组氨酸保守域结构,属于SLD蛋白家族。利用荧光定量PCR对AhSLD2基因在花生中的表达特性进行分析,结果显示AhSLD2主要在茎中表达,并且在种子发育初期表达量最高,AhSLD2基因对干旱和ABA胁迫最敏感,在根中的表达量分别上调了21倍和14倍,推测其可能主要参与花生对干旱胁迫的适应性调节。研究为花生抗逆品种改良提供了新的基因资源。     

花生苗期干旱处理后转录和代谢通路分析

为解析花生耐旱性的调控基础,本研究通过对10个不同的花生材料苗期进行干旱-复水实验,结合转录组分析,探讨了干旱条件下不同花生材料抵御干旱胁迫的分子机制。研究结果显示,来源于非洲的花生材料Waliyar Tiga耐旱性最强,其次是kQ044抗青、中花16和早花生,干旱敏感的材料为狮头企、山花13、ICGV86745以及丰花2号;耐旱及干旱敏感材料的根冠比存在显著差异,耐旱材料的根冠比平均值为35.0%,干旱敏感材料的根冠比平均值为15.26%。早花生和中花16的根冠比最大。转录组结果表明抗感材料的差异表达基因主要富集在氧化磷酸化、光合作用和植物代谢途径;通过差异基因富集分析发现,耐旱材料在干旱条件下生长素应答途径基因的表达明显弱于敏感材料。生理和转录组的结果表明耐旱材料利用发达的根系系统、能量代谢的提升、次生代谢的加强和生长的抑制四个方面共同应对干旱胁迫。抗旱材料中花16和Waliyar Tiga在干旱条件下均具有较强的光合作用和氧化磷酸化的能力,中花16的根冠比显著大于Waliyar Tiga,但其耐旱性不及Waliyar Tiga,推测可能源于其较大的叶面积导致更多的叶面水分散失,从而使其耐旱能力低于Waliyar Tiga。     

盐旱交叉胁迫对花生生长发育和生理特性的影响

为了探究盐旱交叉胁迫对花生生长发育的影响,以抗旱不耐盐花生品种花育22和抗旱耐盐花生品种花育25为试验材料,通过防雨棚盆栽试验研究了干旱、盐、盐+干旱、干旱后复水+盐等4种胁迫对花生产量、农艺性状、生物量、叶绿素SPAD值、丙二醛含量、活性氧清除能力及渗透调节物质含量的影响。结果显示：各胁迫处理均显著抑制了两个花生品种植株的生长和荚果产量,其中,盐胁迫对花育22生长的影响大于干旱胁迫;盐+旱胁迫下,两个花生品种受伤害程度最大,产量最低。与单一盐胁迫相比,干旱预处理提高了盐胁迫后期花生超氧化物歧化酶和抗坏血酸过氧化物酶活性,增强了植株活性氧清除能力,降低了叶片丙二醛含量,从而缓解盐胁迫对膜系统的过氧化伤害,提高了叶绿素含量,促进了植株生长,增加了干物质积累,最终提高盐胁迫下花生产量。另外,与单一盐或干旱胁迫相比,盐+旱胁迫对花育22和花育25的伤害均加重,而干旱预处理有利于2个品种在盐胁迫下活性氧代谢和光合色素的提高,促进植株的生长,提高植株对盐胁迫的交叉适应能力,从而缓解盐胁迫对花生植株的抑制作用。      

花生抗旱性研究进展

花生是我国重要的油料和经济作物。随着全球气候变暖的加剧,水资源短缺的形势更加严峻,干旱已成为影响花生生产的主要环境因子。解析花生抗旱分子调控机制,培育抗旱花生品种对减轻干旱灾害及其造成的损失具有重要的意义。本文通过综述国内外在花生抗旱性研究方面取得的主要进展,表明花生的抗旱性鉴定方法主要有聚乙二醇模拟干旱、盆栽试验和旱棚鉴定池;发芽指数、幼苗鲜/干质量、相对植株鲜质量/干质量、饱果率、百仁重、出仁率等可以作为花生抗旱性的评价指标;编码转录因子、胚胎发育晚期丰富蛋白、热激蛋白、脂肪酸延长酶、组蛋白去乙酰化酶等的基因参与调控了花生抗旱及防御反应。今后要继续加强抗旱种质资源的收集与创制、抗旱花生品种的筛选与培育及配套农艺措施的研发,同时着重围绕花生抗旱基因克隆及调控网络解析开展工作,结合常规育种技术和现代生物技术改良花生的抗旱性。     

Rooting traits of peanut genotypes with different yield responses to pre-flowering drought stress

Water stress during the vegetative development normally is not detrimental and sometimes actually increases yield of peanut (Arachis hypogaea L.). Root growth might play an important role in response to early season drought in peanut and might result in an increase in yield. Information on the response of root characters of diverse peanut genotypes to these conditions will provide useful information for explaining mechanisms and improving peanut genotypes for exploiting positive interaction for pod yield under pre-flowering drought. The aim of this study, therefore, was to investigate the root dry weight and root length density of peanut genotypes with different yield responses to pre-flowering drought stress and their relationships with pod yield. Field experiments were conducted at the Field Crop Research Station of Khon Kaen University, Khon Kaen, Thailand during February to July 2007 and during February to July 2009. A split-plot experiment in a randomized complete block design was used. Two water management treatments were assigned as the main plots, i.e. field capacity and pre-flowering stress, and six peanut genotypes as the sub-plots. Total crop dry matter, root dry weight and root length density were recorded at 25 DAE, R5 and R7. Top dry weight and pod yield were measured at harvest and pod harvest index (PHI) was computed using the data on pod yield and biomass. Peanut genotypes were categorized into three groups based on their responses to drought for pod yield, e.g. increasing, decreasing and non-responsive groups. The genotypes of each group showed a differential response for root quantity and distribution. The increasing pod yield group had more root dry weight and root length density in the deeper soil layers during pre-flowering stress compared to the non-stress treatment. The non-responsive group showed no root response under pre-flowering drought conditions compared to the non-stress treatment. A larger root system alone without considering distribution may not contribute much to pod yield but a higher RLD at deeper layers may allow plants to mine more available water in the sub-soil. However, as yield is a complex trait, several mechanisms may be involved. The increasing pod yield group also had the ability to maintain a high PHI.     

花生中蔗糖合成酶基因AhSuSy在花生中的组织表达及对非生物胁迫响应研究

低温、高盐和干旱胁迫严重影响植物的生长和产量。本研究以花生品种花育33号为实验材料,根据cDNA文库中已知的蔗糖合成酶基因AhSuSy全长序列设计引物,通过RT—PCR克隆到该基因。通过荧光定量PCR分析了该基因在花生各组织中的表达及在低温、高盐等非生物胁迫下的表达。结果显示,该基因为组成型表达基因,在叶片和根中表达量较高,在花中表达量最低;AhSuSy基因在花生的叶片和根中对低温均没有明显响应,但在花生根中受高盐胁迫和干旱胁迫明显诱导,说明该基因可能参与了花生对高盐和干旱胁迫的适应性调控;AhSuSy在花生根中受ABA的明显诱导,说明该基因对花生非生物胁迫的调控可能是以依赖ABA的方式进行的。     

花生AT-hook家族基因的生物信息学分析

AT-hook蛋白不仅在植物生长发育、器官构建、胁迫和激素信号应答中起重要作用,而且还作为染色质重塑的转录因子和辅助因子,调节基因的转录活性。为全面了解花生AT-hook基因家族的结构特征,利用生物信息学技术比对花生基因组数据库,分析AT-hook基因家族成员的理化性质、基因结构、保守结构域和系统发育关系以及在12个组织中的表达特异性。结果表明：在花生基因组数据库中鉴定得到64个AT-hook基因,染色体定位显示这些基因在染色体上呈不均匀分布。系统发育树分析表明花生AT-hook基因可分为8个亚群,多数基因都含有5?-UTR和3?-UTR。MEME数据库显示,花生AT-hook基因编码的蛋白质包含6个保守的结构域,大多数AT-hook蛋白含有RGRP和PPC的基序。表达热图显示,AT-hook基因在不同花生组织中呈现特定的表达模式,如arahy.BT3IUC、arahy.QUTE6V、arahy.8MM6DT、arahy.RIX96U和arahy.T2XHT6在根中高度表达,但arahy.EW3BSR和arahy.CSXK13分别在雌蕊和叶片中高丰度均匀转录。本研究结果为进一步阐明花生基因组中AT-hook基因的潜在分子功能提供理论参考。     

花生DREB类转录因子基因AhDREB3的序列及非生物胁迫下表达分析

DREB类蛋白属于AP2/ERF转录因子家族的一个亚家族,在植物非生物胁迫抗性调控中具有重要功能。为了挖掘花生逆境胁迫相关功能基因AhDREB3,从已公布的花生基因中找到干旱应答元件结合蛋白3（AhDREB3）的编码基因全序列,做编码蛋白的进化分析。根据已知序列设计引物,通过荧光定量PCR检测了该基因在低温、高盐和干旱胁迫下及对外源ABA响应和表达。荧光定量PCR结果显示,AhDREB3基因在花生的叶片和根中对低温没有响应,对高盐（叶片和根）和干旱（根）胁迫有较大响应,说明它可能参与了花生对高盐和干旱胁迫的适应性调控。此外,AhDREB3基因的表达在花生叶片和根中对外源ABA响应变化小,暗示了该基因在花生中可能通过不依赖于ABA的方式起作用。     

花生根部耐盐相关miRNAs的鉴定与功能分析

miRNAs作为一种基因表达调控子在植物应答胁迫的过程中起着重要的作用,当花生受到盐胁迫时,也会有相应的miRNAs参与基因表达调控应答胁迫。本研究对200份花生品种进行萌发期耐盐性鉴定,获得了高耐盐花生品种3份,中耐盐花生品种5份,盐高敏感品种4份。并对不同耐盐性花生品种在盐胁迫处理条件下进行了抗氧化酶活性(SOD,POD,CAT)和MDA含量的测定。结果表明,耐盐性花生品种清除活性氧的能力大于盐敏感型。盐胁迫条件下,耐盐性花生植株MDA含量较少,受到的伤害相对较小,而盐敏感植株的受伤害程度最大,也证明了耐盐性花生品种在受到盐胁迫伤害时植物体内存在更强大的保护作用。通过小RNA测序及对靶基因序列进行功能分析和同源序列功能检索,获得了8条花生耐盐相关保守miRNAs序列,miR159-1,miR159-2,miR159-3,miR164-2,miR167-3,miR319-1,miR319-2,miR2111-1。荧光定量PCR测定结果表明,这些花生保守miRNAs受盐胁迫诱导,并调控其靶基因的应答反应。     

干旱胁迫下冠菌素对花生幼苗叶片渗透调节物质及膜脂过氧化的影响

以鲁花11号花生（Arachis hypogaeaL．）种子为试验材料,在温室条件下研究不同浓度的冠菌素浸种,对干旱胁迫下花生幼苗叶片渗透调节物质及膜脂过氧化的影响。结果表明：干旱胁迫下,冠菌素可提高花生幼苗叶片主要渗透调节物质一可溶性糖、可溶性蛋白质和游离脯氨酸的含量,且随着胁迫时间的延长,增幅加大;花生幼苗叶片丙二醛（MDA）含量明显减少。冠菌素浸种浓度以0．01μmol／L的抗旱效果最好。研究表明冠菌素对提高花生幼苗的抗旱性具有积极作用。