PEG胁迫下玉米基因表达谱分析

为了解PEG胁迫下玉米基因表达情况,采用数字化基因表达谱（DGE）技术,检测了20%PEG胁迫下玉米植株中基因表达谱,同时利用实时荧光定量PCR技术对部分基因表达特点进行了验证。结果表明玉米植株在20%PEG胁迫下48h时,共检测到31829个基因表达量发生了改变,其中表达量差异达到2倍以上的基因共1438个,其中801个表达量呈现上调,637个表达量呈现下调。这些差异表达基因功能主要涉及到结合、催化、转录、抗氧化剂活性,参与代谢过程、细胞过程、定位、生物调节、定位建立以及刺激反应等。实时荧光定量PCR分析表明7个随机选择的基因在胁迫前后的表达特点与表达谱测序结果一致。本研究表明玉米对PEG胁迫反应是一个多基因参与、多个生物过程协同调控的过程,基因表达量的变化可能是调控的主要方式,此外候选了与玉米耐PEG胁迫相关的应答关键基因,为揭示与玉米耐旱机理以及克隆与玉米耐旱性相关关键基因奠定了基础。     

钙对苹果果实超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活性及其基因表达的影响

采用果实薄片培养试验研究不同钙浓度(0、1和10 mmo1/L CaCl2 ;5 mmo1/L EGTA)和处理时间(6、12、24和48 h)下苹果果实活性氧代谢特征;运用荧光定量PCR方法分析苹果超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）基因在分子水平的表达。高钙处理12 h后,SOD酶的活性显著增加,O2.-产生速率显著下降;高钙处理24 h后,CAT酶的活性显著增加,H2O2含量显著下降;缺钙处理下SOD酶和CAT酶的活性受到抑制,O2.-形成速率和H2O2含量显著增加。基因表达实验显示,高钙处理12h后,SOD基因的表达量增加,与SOD酶活性变化一致,说明SOD酶的活性取决于SOD基因的表达量;高钙处理12 h后,CAT1基因的表达量增加,而CAT酶的活性是在加钙处理24 h后显著增加,说明CAT酶的活性并不完全取决于CAT1基因的表达量,推断其酶活性还取决于该基因翻译后的修饰调控。上述研究表明苹果外源补钙通过在分子水平上调SOD和CAT1基因表达量来激活SOD和CAT酶的活性,有效减少体内活性氧积累,确保果实生理代谢平衡。     

E26菌剂对葡萄悬浮细胞防卫反应基因pal和sts表达的影响

摘要：以苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonia-lyase, PAL）和1,2-二苯乙烯合成酶（stilbene synthase, STS）作为抗性反应指标，对秋黑（Vitis romanetii cv.Qiuhei）和赤霞珠（V. vinifera cv. Cabernet Sauvignon）葡萄悬浮细胞系在根癌病生防制剂—E26(Agrobacterium vitis )菌剂的不同组分（E26菌体细胞、发酵液和代谢液）处理后的PAL酶活性及防卫反应基因pal和sts的转录进行了研究。在E26菌体细胞处理后12~48 h、E26发酵液处理后的4~48 h和E26代谢液处理后的12~48 h，秋黑和赤霞珠的PAL酶活性均明显高于对照。Dot blotting显示，在E26菌体细胞处理后的12~48 h，秋黑和赤霞珠的pal和sts的转录表达量（mRNA）均明显高于对照; E26发酵液处理后，秋黑在4~48 h的pal转录表达量明显高于对照，赤霞珠在4~12 h的pal转录表达量明显高于对照；秋黑和赤霞珠在4~48 h的sts转录表达量均明显高于对照; E26代谢液处理后，秋黑在4~48 h的pal转录表达量明显高于对照，赤霞珠在4~24 h的pal转录表达量明显高于对照；秋黑和赤霞珠在6~48 h的sts转录表达量均明显高于对照。     

毛竹4-香豆酸辅酶A连接酶基因家族鉴定及表达分析

4-香豆酸:辅酶A连接酶(4-coumarate: CoA ligase,4CL)基因是植物木质素、类黄酮和其他次生代谢产物合成的关键基因之一。为探究毛竹(Phyllostachys edulis)4CL基因的分子特征和表达模式,利用生物信息学方法对毛竹4CL同源基因进行鉴定,并对其基因结构、保守结构域和系统进化等进行全面分析,应用实时荧光定量PCR(qPCR)技术对基因表达模式进行研究。结果表明,在毛竹中共鉴定出15个4CL同源基因(Pe4CL1 ~ Pe4CL15),均含有内含子,数量为2 ~ 5个。Pe4CLs编码蛋白长度为520 ~ 671 aa,分子量为55 ~ 72 kDa。Pe4CLs均含有2个4CL家族高度保守的结构域,保守基序数量为6 ~ 10个,且均定位在过氧化酶体上。系统进化分析显示,毛竹、水稻、二穗短柄草、拟南芥、大豆和毛果杨的4CL家族成员分为2个亚家族(A和B),其中亚家族A又分为3个类型(Type Ⅰ ~ Type Ⅲ)。基于转录组数据的基因组织特异性表达分析发现,15个Pe4CLs在毛竹不同组织和不同生长时期中的表达量均存在明显差异。qPCR结果显示,除Pe4CL6的表达下调外,其他基因均随着竹笋高度增加呈上调趋势。组织化学染色结果表明,随着笋高度的增加,其木质化程度加深,与大多数Pe4CLs表达上调相一致。本研究为进一步探究毛竹中4CL的功能提供了参考依据。     

稻瘟病菌胁迫下水稻不同单基因系防卫相关基因表达分析

水稻(Oryza sativa)不同稻瘟病抗性基因抗性水平存在显著差异,为了解防卫基因在不同抗性单基因系中的表达模式,本研究利用qRT-PCR方法比较了4个水稻抗稻瘟病单基因系IRB LKh-K3(Pik-h)、IRBLKs-F5 (Pik-s)、IRBLta2-Re (Pita-2)和IRBLta-K1 (Pita)中抗稻瘟病防卫相关基因几丁质酶基因1(chitinase 1,Cht-1)、β-1,3葡聚糖酶基因(β-1,3-glucanase,Glu)、苯丙氨酸解氨酶基因(phenylalanine ammonia lyase,PAL)和过氧化物酶基因(peroxidase,POX22.3)表达的差异.结果表明,在稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)胁迫后的6、12、24、36、48、72和96 h时间点,Cht-1和Glu的表达量在4个单基因系中的差异无明显的规律性.PAL在IRB LKh-K3(Pik-h)基因系中以及POX22.3在IRBLta2-Re (Pita-2)基因系中的表达量均持续高于在其余3个基因系中;前者的最高表达量至少是对照、IRBLta2-Re(Pita-2)、IRBLta-K1(Pita)和IRBLKs-F5(Pik-s)基因系的3.35、3.05、3.85和4.32倍,后者是对照、IRBLta-Kl(Pita)、IRBLKh-K3(Pik-h)和IRBLKs-F5(Pik-s)基因系的24.86、2.12、2.85和2.60倍.研究结果表明,PAL基因与POX22.3基因的表达分别受抗性基因Pik-h和Pita-2的特异调控参与抗性反应,为进一步研究抗性基因的抗性调控机制提供了依据.     

利用转录组测序技术鉴定紫花苜蓿根系盐胁迫应答基因

盐害是影响紫花苜蓿生产力的主要非生物因素之一,鉴定控制这一复杂性状的基因将为苜蓿育种计划提供关键信息。为揭示紫花苜蓿在盐胁迫下基因表达谱的变化,以紫花苜蓿Millennium为材料,对正常培养(WT_CK1)和盐胁迫(WT_N1)条件下的2个样品根系进行转录组分析,同时利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对部分关键基因的表达特点进行验证。结果表明,紫花苜蓿根系在250 m M Na Cl胁迫72 h时,共检测到31 907个基因表达量发生了改变,2 758个基因的表达量差异达到2倍以上,包括199个转录因子,其中1 338个表达量上调,1 420个表达量下调,这些差异表达基因功能主要涉及次生代谢、代谢途径、激素代谢及信号转导和植物病原菌互作等。qRT-PCR分析表明,6个随机选择的基因在胁迫前后的表达特点与表达谱测序结果一致。综上,紫花苜蓿根系对盐胁迫响应是一个多基因参与、多个生物代谢过程反应协同调控的过程,基因表达量的变化可能是调控的主要方式。此外,本研究候选了一系列胆汁酸:Na+共转运蛋白、晚期胚胎发生富集蛋白、谷胱甘肽-s-转移酶基因和转录因子等与紫花苜蓿盐胁迫相关的应答关键基因,为揭示紫花苜蓿耐盐分子机制奠定了基础。     

外源NO对铜胁迫下小白菜SBPase基因表达特性及其光合速率的影响

【目的】本研究通过克隆小白菜光合暗反应中限制核酮糖-1, 5-二磷酸(RuBP)再生的关键酶景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶(sedoheptulose-1, 7-bisphosphatase,SBPase)基因,分析铜胁迫及添加外源一氧化氮(NO)供体硝普钠(SNP)缓解铜胁迫时该基因的表达情况,并将其与对应处理下小白菜净光合速率(Pn)的变化情况结合在一起进行分析,以期为全面了解外源NO缓解铜胁迫植物光合作用机理提供理论依据。【方法】以小白菜品种“上海青”3~4片真叶大的幼苗为材料,采用RT-PCR技术克隆小白菜SBPase基因,铜处理浓度为200 μmol/L,外源NO供体SNP浓度为300 μmol/L,同时设置相关的4个对照组排除其他可能因素的干扰,在添加处理液后的0、 4、 8、 12 d上午九点测定各处理小白菜相同节位叶片的净光合速率,并利用实时荧光定量PCR技术检测在对应的处理时间及对应节位小白菜叶片中SBPase基因的表达情况。试验环境条件为光照强度200 μmol/(m2·s),光周期12 h,温度25℃/18℃。【结果】 1)克隆得到小白菜SBPase基因(Genbank登录号:AHY18974.1),开放阅读框为1182 bp,编码393个氨基酸,蛋白质分子量为42.34kD,理论等电点为5.85。2)序列分析表明其含有氧化还原活性位点,包含一个具有59个氨基酸残基的叶绿体转移肽序列。小白菜SBPase基因推导的氨基酸序列与其他物种中已分离的SBPase编码的氨基酸序列具有很高的同源性。3)实时荧光定量PCR分析表明,SBPase基因在铜胁迫下的小白菜叶片中表达量下降,且随着胁迫时间的延长下降程度加剧;而在铜胁迫的基础上添加外源NO可以在一定程度上缓解铜胁迫引起的小白菜叶中SBPase基因表达量的下降。4)铜胁迫下小白菜叶片Pn显著下降,且随着胁迫时间的延长,Pn下降加剧,施加外源NO后Pn的下降得到一定程度的缓解,各处理下Pn的变化与SBPase基因表达量变化趋势一致。【结论】铜胁迫及在铜胁迫的基础上添加外源NO后小白菜叶片中SBPase基因表达量的变化,可能是影响对应条件下小白菜叶片的净光合速率变化的原因之一。     

洋葱花青素合成相关基因(AcPAL1)的克隆和表达分析

苯丙氨酸解氨酶(PAL)作为植物苯丙烷类代谢途径中的关键酶,在其生长发育、抗病抗逆等多种生命进程中起重要作用,是花青素生物合成途径中的第一个酶。为了研究洋葱(Allium cepa L.)PAL基因的生物学功能及其与花青素合成之间的关系,利用不同植物PAL基因设计简并引物,通过RT-PCR和RACE技术克隆洋葱PAL基因全长cDNA序列(GenBank登录号:KF421110),并对该基因进行序列分析和Real-time PCR表达分析。结果表明,该序列全长2 363 bp,编码包含708个氨基酸残基的蛋白质多肽;Blast分析和系统进化分析表明,该多肽与大蒜(Allium.sativum)、石蒜(Lycoris radiate)PAL蛋白相似性很高,因此被命名为AcPAL1。Real-time PCR表达分析结果表明,AcPAL1基因在白皮、黄皮和红皮洋葱中表达量依次增加;而随着鳞茎的不断膨大,其表达量却不断降低。本实验初步证实了所克隆的洋葱AcPAL1基因与花青素合成相关联,为研究洋葱PAL基因同花青素合成积累之间的关系提供了依据。     

低温对甜玉米种子氧化酶活性的影响及相关基因表达分析

为了探究低温对甜玉米种子萌发的影响以及不同品种抗寒性的差异机制,本研究以1组甜玉米自交系的种子为材料,通过低温胁迫下的萌发试验,筛选出耐寒性较强的1132和对低温敏感的国区T12,分别研究了其在10℃和26℃条件下萌发过程中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)等3种抗氧化酶活性及其相关基因表达水平的变化。结果表明,耐寒自交系1132的抗氧化酶活性整体高于敏感系国区T12。随着低温胁迫时间的延长,1132吸胀萌发的种子中SOD、POD和CAT活性总体呈增加趋势,中间有波动,在胁迫后24h,3种酶的活性均高于常温对照;而国区T12在低温胁迫后SOD和POD大体为增加趋势,CAT则持续降低,在胁迫后24h只有SOD的活性高于常温对照。1132的SOD3、SOD9、CAT1相对表达量较国区T12高,虽未表现出与其酶活变化趋势严格一致,但低温胁迫使其整体表达呈先降低后增加趋势。2个品种的相对表达量均低,可能是POD3并非表达POD的关键基因,因此在酶活性和基因表达方面可能造成了两者抗寒性和发芽率的差异。综上,玉米种子萌发期的耐寒性与抗氧化酶活性密切相关,而抗氧化酶活性的变化则可能是一个非常复杂的表达调控过程。本研究结果不仅为鉴定和筛选耐低温种质资源、培育高发芽势种子提供理论和技术支持,同时为防御玉米低温引起的冷害提供参考。     

花生C4H和ANR基因的克隆与表达研究

通过构建花生未成熟种子cDNA文库,结合大规模EST测序,首次从花生中克隆了原花青素代谢途径上的2个关键酶［肉桂酸-4-羟化酶(C4H)和花青素还原酶(ANR)］基因的全长编码序列。序列分析表明,与其他植物的C4H相比,花生C4H整个编码区高度保守,开放阅读框长度1518bp,编码蛋白长度505个氨基酸,预测的蛋白分子量为57.9kDa,等电点为9.04。花生中ANR开放阅读框长度966bp,编码蛋白长度321个氨基酸,预测的蛋白分子量为35kDa,等电点为8.31。亚细胞定位预测分析表明,C4H定位在线粒体中,ANR则定位在胞外。半定量RT-PCR结果表明,C4H在花生根、茎、叶、花、果针、种子中均有表达,但在茎、叶中表达相对较低,而原花青素合成途径中的关键酶ANR在各个组织中均有表达,其中在果针中表达最强。     

乙烯生物合成途径中的两个关键酶基因的研究进展

本文对植物激素乙烯生物合成途径中的两个关键酶基因即ACC合成酶基因(ACS)和ACC氧化酶基因(ACO)的克隆研究现状、表达及反馈调节等方面进行了评述。     

Differential expression of anthocyanin biosynthetic genes and anthocyanin accumulation in tartary buckwheat cultivars 'Hokkai t8' and 'Hokkai t10'

Six genes involved in anthocyanin biosynthesis in tartary buckwheat have been cloned, namely, FtC4H, Ft4CL, FtCHI, FtF3H, FtF3'H, and FtANS, which encode cinnamate 4-hydroxylase (C4H), 4-coumarate:CoA ligase (4CL), chalcone isomerase (CHI), flavones 3-hydroxylase (F3H), flavonoid 3'-hydroxylase (F3'H), and anthocyanidin synthase (ANS), respectively. Then, these cDNAs were used, along with previously isolated clones for phenylalanine ammonia-lyase (PAL) and chalcone synthase (CHS), to compare gene expression in different organs, flowering stages, and maturing seeds of tartary buckwheat cultivars 'Hokkai T8' and 'Hokkai T10'. Quantitative real-time polymerase chain reaction analysis showed that these anthocyanin biosynthetic genes were most highly expressed in the stems and roots of Hokkai T10. The FtANS gene was more highly expressed than other genes during flowering and maturing seeds. In addition, the anthocyanin concentration was higher in 'Hokkai T10' than in 'Hokkai T8'; however, naringenin chalcone, a flavonoid, was absent from 'Hokkai T10' seedlings based on fluorescence microscopy.     

百香果低温胁迫转录组及茉莉酸代谢基因分析

为研究百香果低温胁迫响应机制,以紫果百香果(Passiflora edulia Sims)为试验材料在0℃下低温胁迫处理,以常温处理为对照组(CK),采用Illumina HiSeq测序平台进行转录组测序,并对茉莉酸代谢相关基因进行挖掘。结果显示,共获得百香果转录组数据45.30 Gb,组装得到39 521条Unigene和5 311 个差异基因;GO分类显示注释的Unigene分为细胞组件、分子功能及生物过程三大类,其中差异基因数量最多为生物过程大类的代谢过程,包括甾醇生物合成、类黄酮糖脂化、酪氨酸代谢、L-苯丙氨酸生物合成、软木脂生物合成、芥子油苷代谢及长链脂肪-酰基辅酶A代谢等。KEGG途径富集分析结果显示,核糖体途径、淀粉与蔗糖代谢途径、植物激素信号转导途径及植物与病原体互作途径为百香果响应低温胁迫的重要代谢途径。实时定量PCR(qRT-PCR)分析表明,百香果低温胁迫后其茉莉酸代谢途径相关基因AOC、AOS、JAR1、MYC2、PYL和JAZ均上调表达,该结果与测序获得FPKM值变化趋势较为相似,说明测序结果较为准确。但低温胁迫后,COI1的表达水平呈下调趋势。研究发现,在百香果中茉莉酸对低温胁迫的响应机制大体上与模式植物一致,关于COI1和MYC2等基因的调控方式还有待进一步功能验证。本研究结果为进一步明确百香果抗寒机制提供了科学参考。     

低氮胁迫下大麦谷氨酰胺酶基因的表达分析

谷氨酰胺酶是氮代谢中的关键酶,在氨同化和谷氨酰胺生物合成中起着重要的作用。为研究谷氨酰胺酶基因在大麦耐低氮中的作用机理,本研究利用荧光定量PCR技术检测了大麦中这两类谷氨酰胺酶基因（GS1和GS2）在低氮胁迫下的表达情况,并分析了谷氨酰胺酶基因在耐低氮大麦基因型BI-04和低氮敏感大麦基因型BI-45间的表达差异。结果表明,GS1基因在BI-04中表现为上调表达,而在BI-45中表现为下调表达,但随着时间的延长其表达量恢复并超过对照;而GS2基因在两种大麦基因型中的表达差不多,都表现为下调表达。另外,本文也观察到大麦谷氨酰胺酶基因的表达在黑暗条件下受到抑制,因此推测其也受到光照条件的影响。     

干旱胁迫对丹参幼苗气体交换特征和保护酶活性的影响

以大叶型丹参(SA)和小叶型丹参(SI)为材料,设置了对照正常供水(CK)、轻度干旱胁迫(LD)、中度干旱胁迫(MD)、重度干旱胁迫(SD)4个处理,研究了不同程度干旱胁迫对丹参叶片气体交换特征与保护酶的影响.结果显示:(1)干旱胁迫下2个丹参品种叶片的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(T.)、气孔导度(Gs)都有不同程度...     

甲基营养型芽胞杆菌WM7低温响应转录谱分析

为从分子水平揭示甲基营养型芽胞杆菌WM7低温响应机制,采用高通量测序技术对低温和常温培养的菌体进行转录组测序分析,对部分差异表达显著基因进行RT-qPCR验证。结果表明,共检测到2 029个差异表达基因,其中1 519个低温上调,510个低温下调。GO和KEGG分析显示,1 199个差异表达基因归属细胞组分、分子功能和生物过程3个部分,683个基因参与到225个代谢途径中,其中涉及基因最多的是磷酸戊糖途径、嘌呤和氨基酸合成途径。菌株低温响应主要与脂肪酸代谢、ABC转运体、转录调控、信号转导、碳氮代谢等途径相关。此外,检测到大量差异表达的未知功能基因,多个基因差异表达倍数均大于50倍。本研究从基因表达方面阐述了甲基营养型芽胞杆菌WM7低温响应机制,为全面揭示其低温生长机制奠定了理论基础,提供了基因信息。     

与甜瓜性别分化相关植物激素生物合成途径分析

甜瓜性别分化是由多因素构成的一个复杂的网络系统调控,受到多种环境因素及激素水平的影响。本研究利用甜瓜(Cucumis melo L.)WI 998×TopMark 构建重组自交系群体,通过第二代高通量测序技术对F2S6群体中雌雄异花同株及全雌系植株的转录组测序,比较差异表达基因,分析与性别差异表达相关的植物激素合成途径。结果显示,雌雄异花同株获得77376 条 Unigenes,平均长度为 435 bp;全雌系转录组测序获得 80 825 条 unigenes,平均长度为 509 bp。比较雌雄异花同株与全雌系转录组,发现共有 8966个基因差异表达,4 296 个基因下调,4 670 个基因上调。对差异基因进行基因本体论(GO)功能分类,发现2 352 条 Unigenes 归入到生物学过程,4 107 条 Unigenes 归入到细胞学过程,2 507 条 Unigenes 归入到分子功能。差异表达基因共参与 121 个 Pathway,发现赤霉素(gibberellin, GA)合成途径中 GA3 - 氧合成酶(GA3-ox)(MU3674)、GA7- 氧化酶(GA7-ox)(MU36987)、GA2- 氧化酶(GA2-ox)(MU13098/MU13099)、GA20-氧化酶(GA20-ox)和 GA2- 氧化酶(GA2-ox)(MU33020)等基因差异表达;共有 38 个基因在脱落酸(abscisicacid, ABA)合成途径中差异表达,其中 19 个上调,19 个下调;油菜素内酯(brassinolide, BR)合成途径中,MU22012 (cytochrome P450),MU26893 (cytochrome P450) 基因上调 ,MU56098 (cytochrome P450,CYP724B3),MU76596(CYP724A1)下调。本研究还发现参与甜瓜性别表达,分别与赤霉素、脱落酸、油菜素内酯及玉米素等多种激素合成、信号传导等代谢途径相关。研究结果为分析甜瓜决定性别分化的可能机理,为下一步研究甜瓜性别修饰基因的克隆,提供重要依据。