一个受黄萎病菌诱导的海岛棉功能基因GbVWR的克隆与表达

黄萎病是一种土传真菌维管束病害,严重影响棉花产量和品质。挖掘抗黄萎病相关基因对于棉花抗黄萎病遗传改良具有重要意义。本研究通过筛选黄萎病菌胁迫下的海岛棉全长cDNA文库和陆地棉SSH文库,获得一个与黄萎病菌胁迫相关的基因,命名为GbVWR。生物信息学特征和基因表达分析表明,GbVWR基因全长520 bp,开放读码框198 bp,编码65个氨基酸残基组成的蛋白,理论等电点为5.32,包含一个信号肽和一个跨膜区,是一种分泌蛋白。GbVWR基因可以诱导表达7 kD的蛋白。在GbVWR基因起始密码子上游1500 bp的核苷酸序列区间预测到真菌激发子响应、激素响应、伤口响应及黄酮生物合成基因调节等应答元件。GbVWR基因在海岛棉根中表达最高,茎中其次,叶中最低。受黄萎病菌诱导后,GbVWR基因在接菌后2 h可对黄萎病菌作出应答反应。此外SA、ET和GA均可显著诱导GbVWR基因的表达。初步推断GbVWR是海岛棉抵御黄萎病菌过程中一个新的功能基因,通过参与多种激素信号途径发挥功能     

紫花苜蓿几丁质酶基因MsChiⅣ克隆及序列分析

本研究根据截形苜蓿(Medicago truncatula)根部的几丁质酶基因保守序列(GenBank登录号:AF167328)设计引物,通过RT-PCR直接扩增的方法得到了紫花苜蓿(Medicago Sativa L.)根部几丁质酶基因保守序列.根据得到的保守序列设计3'端和5'端特异引物,分别从3'端和5'端扩增延长该片段,最后通过序列拼接获得紫花苜蓿根部一种几丁质酶基因的全长cDNA序列,命名为MsChiⅣ(GenBank登录号:FJ487629).MsChiⅣ基因全长为1 025 bp,开放性阅读框全长为849 bp,编码282个氨基酸,分子量为30.5 kD,预测等电点为4.66,其结构包括信号肽、几丁质结合区、糖苷水解酶区,为Ⅳ类几丁质酶,属于几丁质酶第19家族,在氨基酸水平上与截形苜蓿几丁质酶蛋白同源性最高,达到98%.蛋白结构分析表明该基因编码蛋白为非跨膜蛋白,存在于细胞质中.     

花生病程诱导蛋白基因AhPIP1和启动子的克隆、序列分析及原核表达

本文采用RACE法克隆了花生病程诱导基因(pathogenesis-induced protein gene)全长,命名为AhPIP1,并在GenBank登录,登录号为EU860093.序列分析表明该基因的开放读码框579 bp,编码193个氨基酸.以YY20基因组DNA为模板PCR扩增获得AhPIP1基基因组序列长1 883 bp,包含3个外显子和长度分别为602 bp和600 bp的2个内含子.同源性比较发现AhPIP1与辣椒病程诱导蛋白CaPIP1(ABF72432,AAT35532)相似性达82%.采用Genome Walldng方法获得AhPIP1启动子,序列分析表明该启动子序列长513 bp,包含干旱胁迫、病程胁迫应答元件和生长素、赤霉素应答元件.构建pET32a-AhPIP1原核表达载体,转化表达受体菌Ecoli BL21,原核表达获得大小约40 kD AhPIPl融合蛋白,与推测的AhPIP1基因编码产物的大小一致,表明AhPIP1基因在大肠杆菌中能够表达.     

西伯利亚蓼PsLEA基因的克隆及在NaHCO_3胁迫下的表达

根据西伯利亚蓼叶片cDNA文库中获得的胚胎发育晚期丰富蛋白(late embryogenesis abundant proteins,LEA)基因的部分序列,采用cDNA末端快速扩增(RACE)技术成功克隆了胚胎发育晚期丰富蛋白基因(LEA),命名为PsLEA(GenBank登录号:FJ478172)。该基因全长686bp,5'非翻译区为102bp,3'非翻译区为131bp,开放读码框为453bp,编码150个氨基酸。荧光定量PCR分析表明:正常情况下PsLEA基因在西伯利亚蓼的叶、茎和地下茎中皆有表达,其中茎中表达量最高。3%NaHCO3诱导胁迫下,叶、茎、地下茎中PsLEA表达均受到影响且表达模式存在差异,说明PsLEA基因与西伯利亚蓼的耐盐性相关。     

棉花精氨酸脱羧酶基因GhADC1克隆与表达分析

以抑制性消减杂交(SSH)文库序列为基础,采用生物信息学和RT-PCR方法从陆地棉中克隆出精氨酸脱羧酶基因,命名为GhADC1,GenBank登录号为KC851856.该基因全长2954 bp,其中5’非翻译区477 bp,具有多个参与胁迫响应的顺式作用元件和一个编码8个氨基酸的微型编码序列(uORF);主编码区(mORF)2181bp,共编码726个氨基酸,其中N端具有叶绿体定位信号肽.推测的GhADC1蛋白具有PLP结合位点及Orn/Dap/Arg脱羧酶的信号位点,属于典型的Ⅲ型PLP依赖型精氨酸脱羧酶家族成员.荧光定量RT-PCR结果表明,正常条件下,GhADC1在叶片中表达量高于茎和根部组织,且在抗黄萎病品种冀棉20中的表达水平高于耐病品种中521;黄萎病菌胁迫能够快速诱导抗病品种根部GhADC1表达,而在耐病品种中未见明显差异,推测在抗病品种中GhADC1可能参与根部对黄萎病菌胁迫的早期应答.     

紫花苜蓿几丁质酶ClassⅢ基因克隆及生物信息学分析

本文根据截叶苜蓿(Medicago truc atula)几丁质酶ClassⅢ基因(GenBank:AY294484.1)的全长序列设计引物,通过RT-PCR的方法得到紫花苜蓿(Medicago sative)几丁质酶ClassⅢ的核酸序列,命名为MsChiⅢ,在NCBI中的登录号为FJ872918。利用生物信息学软件分析MsChiⅢ,预测氨基酸序列的等电点、二级结构和三级结构,并构建系统发育树。结果显示该核酸序列全长为953bp,包括完整的开放阅读框,编码301个氨基酸,等电点为8.212。该序列所编码的蛋白属于几丁质酶18家族的内切酶,分布于细胞间隙,并含有几丁质酶18家族的特征序列——LGDVDFDIE,并预测MschiⅢ可能是一种具有几丁质酶和溶菌酶的双功能酶。     

棉花转录因子基因GhMYB的克隆及特征分析

从棉花中克隆了1个MYB基因,命名为GhMYB(Gen Bank No.HQ234875)。该基因c DNA全长1264bp,具有1个774 bp的开放阅读框,5'非编码区为250 bp,3'非编码区为240 bp,编码256个氨基酸,预测分子量约为28.867 k Da,等电点为8.56,推测的氨基酸序列中含有2个高度保守的SANT结构域。GhMYB基因组序列长度为1355 bp,包含2个外显子和1个内含子。氨基酸同源分析发现,GhMYB与来自可可、陆地棉和巴旦木的MYB同源性较高。亚细胞定位结果表明,GhMYB:GFP融合蛋白定位于细胞核中。SDS-PAGE电泳分析表明,p ET-28a-GhMYB最佳诱导表达条件为1.0 mmol·L-1 IPTG在37℃下诱导4 h。电子表达谱分析表明,GhMYB基因在棉铃中特异表达,在根和叶中受水涝胁迫的诱导表达。     

甘蔗类甜蛋白基因ScTLP2和ScTLP3的生物信息学分析及表达

类甜蛋白(thaumatin-like proteins,TLPs)是一类与作物抵抗真菌病害紧密相关的病程相关蛋白。本研究从课题组前期构建的甘蔗(Saccharum spp.)转录组数据库中筛选获得两个甘蔗类甜蛋白基因(ScTLP2和ScTLP3),利用生物学软件对ScTLP2和ScTLP3基因进行序列特征、结构功能及聚类分析,采用qRT-PCR技术,检测ScTLP2和ScTLP3基因在不同甘蔗组织和黑穗病菌(Sporisorium scitamineum)胁迫下的表达情况。生物信息学分析显示,ScTLP2基因全长1835 bp,包含1个969 bp的完整开放读码框,编码322个氨基酸;ScTLP3基因全长1259 bp,包含1个765 bp的完整开放读码框,编码254个氨基酸。ScTLP2和ScTLP3编码蛋白均含有THN家族的保守结构域和糖苷水解酶家族的64结构域(GH64-TLP-SF),两者分别隶属于TLPs家族中的Ⅵ类和Ⅰ类。q RT-PCR结果表明,ScTLP2和ScTLP3基因在甘蔗中均为组成型表达,其中ScTLP2基因在蔗叶中的表达量最高,是蔗皮的11.2倍,而ScTLP3基因在蔗芽中的表达量最高,是蔗皮的45.3倍。受黑穗病菌侵染后,ScTLP2基因在甘蔗抗黑穗病品种‘崖城05-179’中上调表达,而在感黑穗病品种‘ROC22’中无明显变化;相反的,Sc TLP3基因表达量在‘崖城05-179’中无明显变化,在‘ROC22’中上调表达。以上结果为深入研究甘蔗ScTLP家族基因的结构和功能积累了基础资料。     

马铃薯青薯九号甜菜碱醛脱氢酶基因(StBADH)克隆及进化分析

本研究利用同源克隆,从马铃薯青薯9号中克隆到2个甜菜碱醛脱氢酶基因,分别命名为St BADH-504和St BADH-505。St BADH-504为1 631 bp,CDS为1 515 bp,编码504个氨基酸蛋白,编码蛋白亚细胞定位于线粒体;St BADH-505为1 709 bp,CDS为1 518 bp,编码505个氨基酸蛋白,编码蛋白亚细胞定位于叶绿体或过氧化物酶体,二个蛋白都有醛脱氢酶高度保守的十肽(VSLELGGKSP)结构。进化分析表明,St BADH-504和St BADH-505蛋白与茄科植物中BADH蛋白聚为一类,但二者分属不同分支。盐胁迫表达特征分析表明,马铃薯叶片中St BADH-504表达受盐胁迫的诱导,而St BADH-505为组成型表达,不受盐胁迫诱导。本研究有助于了解马铃薯耐盐机理,为耐盐马铃薯资源创制提供理论参考。     

刚毛柽柳液泡膜H~+转运无机焦磷酸酶ThVP3的克隆与表达分析

通过对刚毛柽柳转录组的分析,获得并克隆了1个H~+-PPase基因cDNA全长,命名为ThVP3。序列分析结果表明:ThVP3全长3 500 bp,包含2 406 bp完整的开放读码框,618的5'非编码区和476 bp的3'非编码区。该cDNA编码1个801个氨基酸的多肽,等电点为5.67,推测分子质量为84.86 k D。通过与其他物种的氨基酸多序列比对及系统进化树分析,发现ThVP3氨基酸序列与AtVP2(拟南芥)一致性达88%,属于Ⅱ型VP成员。ThVP3基因有15个跨膜区,并具有高度保守的3个结构域(CS1,CS2,CS3)。相对荧光定量RT-PCR结果表明,ThVP3在高盐及干旱胁迫下均呈现为表达上调,但在各胁迫时间点和不同组织中的表达模式有所差异,0.4 mol/L Na Cl胁迫处理下,地下部分3 h达到最大值后有不同程度的降低,地上部分24 h达到最大值,与地下部分比,地上部分呈现较高的表达量;20%(w/v)PEG 6000胁迫处理下,地下部分在3 h和12 h达到峰值,地上部分表达量逐渐升高,24 h达到最大值后逐渐降低,96 h达到第2个峰值。ThVP3的表达受盐旱胁迫的诱导,推测其可能在柽柳的胁迫应答中起着重要的作用。     

转几丁质酶和葡聚糖酶双价基因棉花株系对黄萎病的抗性

 采用人工病圃、重病田及苗期室内鉴定相结合的方法,研究了转双价（Chi+Glu）基因的棉花株系61217-1对棉花黄萎病的抗性。结果表明,转基因棉花株系61217-1在人工病圃连续3年达抗病水平,病指极显著低于其受体中棉所24。2009年该转基因株系在河南安阳、江苏大丰及新疆石河子棉花黄萎病重病田的病指分别为18.7、18.1和16.7,均极显著低于受体中棉所24的病指。该转基因株系对来自河北、湖北、新疆的3个强致病力落叶型菌株均达抗病水平,病指分别为16.4、16.8和15.6,也极显著低于受体中棉所24的病指。表明转双价（Chi+Glu）基因的棉花株系61217-1具有优异稳定的抗黄萎病性。     

陆地棉GhDAHP基因的克隆与表达分析

棉花黄萎病是制约棉花产业健康发展的一种重要病害,在生产上未发现有效的根治办法,使用现代基因工程技术,从基因库中挖掘抗黄萎病相关基因,为棉花抗黄萎病育种工作的提供理论基础。本研究根据在GenBank中检索到抗黄萎病基因SDAHP(GU479467,1,3-脱氧-阿拉伯庚酮糖-7-磷酸合成酶),从陆地棉基因组数据库中检索到3个同源基因(NM_016893351.1,XM_016849738.1和XM_0168151150.1),根据3个同源基因核苷酸序列设计引物,以陆地棉cDNA为模板进行克隆,获得3个目的基因,依次命名为GhDAHP-1、GhDAHP-2和GhDAHP-3。利用ProtParam和Prot Scale等在线软件对目的基因进行生物信息学分析;RT-PCR分析黄萎病菌诱导后目的基因在陆地棉叶片中的表达量。结果表明:GhDAHP-1序列全长1983 bp,氨基酸总数为539,分子质量约59.45378 kD,理论等电点pI为8.7;GhDAHP-2序列全长1832 bp,氨基酸总数516,分子质量约57.02998 kD,理论等电点pI为7.68;GhDAHP-3序列全长1652 bp,氨基酸总数517,分子质量约56.95491 kD,理论等电点pI为8.52。系统进化树分析,GhDAHP与雷蒙德氏棉(Gossypium raimindii)、木本棉(Gossypium arboreum)的亲缘关系最近。棉花叶片在黄萎病菌的处理下,GhDAHP基因表达量呈现先升高后降低的趋势,推测受到黄萎病诱导后,GhDAHP基因可能参与了黄萎病菌侵染的防卫过程。     

转基因抗虫棉黄萎病田间消长模式研究

2008年和2009年利用田间病圃研究了17个转基因抗虫棉品种的黄萎病田间消长模式。基于各品种在不同调查时间点的2年病情指数进行聚类分析,可将供试品种划分为4种类型。分析发现,同一类型中不同品种的黄萎病田间消长模式相似,而不同类型间表现出明显差异。第Ⅰ类品种表现为在调查的前、中、后期病情指数较低,且其病指低于其它3类;第Ⅱ类品种在整个调查时期病情指数也较低,但全年有2个发病高峰;第Ⅲ类品种在调查前期病指较高,中期病指略有降低,后期病指快速上升,发病高峰期病指较高,其病指在整个调查时期高于第Ⅱ类;第Ⅳ类品种调查前期病指较高,中期病指降低,后期病指最高,全年有2个明显的发病高峰,且其病指在8月20日前的几个调查时期均显著高于其它3种类型。     

Mechanism of Verticillium Wilt Stress Affecting Photosynthetic Characteristics and Chlorophyll Fluorescence Characteristics of Cotton Seedlings

[Objective] The goal of this experiment was to study the effects of Verticillium wilt on photosynthetic characteristics and chlorophyll fluorescence characteristics of cotton seedlings, and to provide a theoretical basis for the identification of cotton resistance to Verticillium wilt at the seedling stage and the establishment of Verticillium wilt control techniques. [Method] Zhongzhimian 2 (Verticillium wilt resistant cultivar, ZZM-2) and Jimian 11 (Verticillium wilt susceptible cultivar, JM-11) were selected. Verticillium dahliae was inoculated at the two true leaves stage. The photosynthetic and chlorophyll fluorescence parameters of the last fully expanded young leaves were measured at 6 d after inoculation. [Result] (1) Under the stress of Verticillium wilt, the leaf area per plant, leaf water potential, photosynthetic pigment content and net photosynthetic rate (Pn) of cotton seedlings decreased, and the decreases in ZZM-2 were smaller than those in JM-11. (2) The decreased intercellular CO2 concentration and increased stomatal limitation value in the two test materials indicated that the decrease in Pn was mainly caused by stomatal limitation, and the decrease in chlorophyll a in ZZM-2 was smaller than the decrease in chlorophyll b, whereas the opposite trend was observed in JM-11. (3) The light response curve parameters of ZZM-2 were increased and theCO₂ response curve parameters of ZZM-2 were decreased, but all parameters in JM-11 were decreased. For ZZM-2, the potential photochemical efficiency (F_v/F_m), the quantum yield of regulated energy dissipation (Y_NPQ) and the quantum yield of non-regulated energy dissipation (Y_NO) were increased slightly and the actual photochemical efficiency (Y_II) was decreased slightly, but the differences in these four indexes between diseased plants and healthy plants was not significant; however, the variable fluorescence yield (F_v) was significantly decreased. For JM-11, F_v, Fv/F_m, Y_II and Y_NPQ were significantly decreased, and Y_NO was significantly increased. (4) F_v/F_m in leaf lesion sites decreased, but that in non-lesion sites did not decline or even showed a slight increase. [Conclusion] Verticillium wilt resistant cultivars with higher photosynthetic capacity and carbon assimilation ability could reduce the effects of Verticillium wilt on photosynthetic characteristics and reduce the impacts on cotton yield and quality.     

Physiological Mechanism of Different Varieties and Potassium Application Amounts on Cotton Resistance to Verticillium Wilt

[Objective] It has theoretical guiding significance for the comprehensive control technology of Verticillium wilt of cotton to explore the effect of potassium nutrition on mechanism of cotton Verticillium wilt resistance under the condition of pathogen stress of Verticillium dahliae. [Method] Three cotton cultivars Jimian 11 (JM-11 as susceptible cultivar), Zhongzhimian 2 (ZZM-2 as control cultivar), Nongda 601 (ND-601 as resistant cultivar) were adopted, and each cultivar had 0, 75, 150, 225, 300 kg· hm－2 potassium levels represented by K0, K75, K150, K225, K300. Two factors split plot experiment was designed under artificial nursery inoculated Verticillium dahlia, to observe disease index of Verticillium wilt, and researched resistance associated substances content and enzyme activity. [Result] (1) The lignin, total phenol contents and POD, PAL activity in leaves or roots of JM-11 were more greatly influenced by Verticillium wilt compared with ZZM-2, ND-601; the crucial disease resistance substances and enzymes were lignin, total phenol and PAL for JM-11, total phenol for ZZM-2 and ND-601. (2) The lignin, total phenol contents and POD, PAL activities of JM-11 were more sensitive to root potassium than ND-601, but weaker than that of ZZM-2. The sensitivity of POD, PAL activities in functional leaves of JM-11 to potassium were more sensitive than ND-601 and ZZM-2. (3) The best effect of potash fertilizer for relieving disease index for JM-11, ZZM-2, ND-601 were 32.5%, 26.4%, 16.5%, and corresponding potassium application amounts were 290.5 kg·hm－2, 253.5 kg·hm－2 and 229.5 kg·hm－2, respectively. [Conclusion] Application of potassium could increase the resistance to Verticillium wilt and reduce the occurrence of cotton Verticillium wilt.     

中植棉2号抗黄萎病的主基因+多基因遗传特性分析

以感病品种861为父本、抗病品种中植棉2号为母本配制杂交组合,构建6个世代群体(P_1、P_2、F_1、B_1、B_2和F_2),并在田间病圃进行抗病性鉴定,利用主基因￣多基因混合遗传模型的多世代联合分析法研究陆地棉抗黄萎病遗传特性。结果表明,中植棉2号抗性遗传符合E-1遗传模型,即2对加性￣显性￣上位性主基因+加性￣显性多基因遗传模型。2对主基因遗传以显性效应为主,且第2对主基因的显性效应比第1对主基因的显性效应大,多基因遗传以加性效应为主。B_1、B_2和F_2的主基因遗传率分别为68.24%、30.71%和82.09%,多基因遗传率分别为0、24.96%和0,环境方差占总表型方差的17.01%~44.33%。     

基于人工病圃筛选和分子标记辅助的棉花抗黄萎病育种方法研究与应用

以抗病性较强的中植372为研究对象,和陆地棉感病品种军棉1号配制组合构建F2作图群体,筛选到和黄萎病抗性紧密连锁的SSR标记NAU1269。选育过程中,以中植372为父本或者母本,通过人工黄萎病病圃对种间杂交、回交、加代选育以及再杂交的材料进行了抗病性筛选,同时每代育种材料均对黄萎病抗性紧密连锁的SSR标记NAU1269进行跟踪检测,筛选出与黄萎病抗病性状紧密连锁的亲本及其后代材料,进而培育出抗黄萎病、产量高、品质优良的中植棉2号、新植5号、中植棉6号、中植棉8号等10余个国审及省审抗(耐)黄萎病棉花新品种。对育成的品种进行检测发现,中植2棉号、中植6棉号、中植8棉号和新植5号均能够检测到与黄萎病抗性紧密连锁的SSR标记NAU1269和已报道的抗黄萎病的分子标记NAU828和NAU1225,而且这3个标记在各个品种材料之间呈共显性分离。结果表明,基于人工病圃筛选和分子标记辅助育种相结合是选育棉花抗黄萎病材料可行、高效的育种方法。     

相对病情指数划分棉花品种抗病性的统计学基础

对多年棉花品种的黄萎病抗病性鉴定资料分析表明,同一个品种的黄萎病病情指数年度间差异变化较大。8年的鉴定资料统计结果表明,中棉所12的病情指数年度间变异系数为37.4％,冀棉11为33.3％,方差分析表明它们的病情指数年度间变异极显著。对1992—1997年中棉所12的病情指数进行概率统计,其总体平均数的估计值为62.0,95％置信区间为[58.4,65.6];99％置信区间为[57.2,66.8]。利用本文方法计算的相对病情指数来表示棉花品种的黄萎病感病性,与利用病情指数表示方法相比,可以将年度间变异降低60％,发生概率p=0.997。本方法划分的抗病性不同于目前通用的以一个年度田间病情指数划分的品种抗病性,而是概率保证下的抗病性,具有深层的数理统计的意义。