柑橘CCD基因家族鉴定及CcCCD4a对果肉颜色的影响

【目的】研究类胡萝卜素裂解双加氧酶(CCD)基因家族在柑橘基因组中的分布、结构及进化,对CcCCD4a在果肉颜色形成过程中的表达及其在不同果肉颜色的柑橘种质中的基因型进行研究,为开发用于果肉颜色的分子辅助育种标记奠定基础。【方法】根据已报道的CCD,采用同源比对法检索柑橘基因组中的CCD家族基因(CcCCD)。采用生物信息学软件构建系统进化树,进行亚细胞定位预测,预测蛋白质的相对分子质量与等电点(pI)等理化性质,预测保守motif,绘制家族基因Scaffold定位图。利用实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)分析CcCCD4a在柑橘果实颜色发育过程中的表达模式,利用测序技术鉴定30个柑橘品种的CcCCD4a基因型,采用Tassel软件进行单倍型分析。【结果】从克里曼丁橘(Citrus clementina)基因组中鉴定出14个CcCCD基因家族成员,可将其分为5个亚家族,即CcCCD1、CcCCD4、CcCCD7、CcCCD8和CcNCED。该家族蛋白理论等电点分布在6.05—8.53,编码氨基酸数目介于412—611个;亚细胞定位预测结果显示该基因家族成员主要位于叶绿体和细胞质中;聚类分析发现,CCD8亚家族与其他家族成员遗传距离较远,柑橘中各CCD均能在其他物种中找到同源基因;Scaffold定位分析发现,14个CCD家族成员成员分布在除5号Scafflod外的所有Scafflod上,且分布不均匀。对10个柑橘品种在4个时期的果肉色泽进行表型鉴定,随着果实趋于成熟,果肉的色调角(h)逐步下降,果肉颜色逐步加深;CcCCD4a在不同柑橘品种中相对表达量存在显著差异,果肉颜色为浓橙红色的品种CcCCD4a表达量显著低于果肉为橙色或浅橙黄色的品种(P0.05),CcCCD4a相对表达量与色调角呈显著正相关(P0.05);对30个柑橘品种进行测序分析,发现单倍型hap-1、hap-4和hap-5为果肉浓橙红色品种优势单倍型。【结论】‘克里曼丁’橘包含14个CCD基因家族成员,各成员均含有RPE65保守结构域,并定位于细胞的不同位置,分布在不同的Scaffold上。CcCCD4a参与柑橘果肉颜色的形成,其基因相对表达量与果肉色调角呈显著正相关,可作为潜在的柑橘果实颜色的辅助育种标记,尤其是单倍型hap-1、hap-4、hap-5与果肉红色的关联度较高,对颜色育种的早期杂种群体筛选有一定帮助。     

柑橘U-box基因家族的鉴定及表达分析

目的通过生物信息学分析U-box在柑橘基因组中的分布、结构及进化,研究家族成员在不同组织中的表达特异性以及对非生物胁迫和激素的响应,解析柑橘U-box基因家族的生物学功能。方法 根据已经报道的拟南芥U-box基因,利用Phytozome数据库中的BLASTp工具鉴定柑橘基因组中的U-box基因。采用MEGA6.0、Cello、SMART、GSDS2.0、ExPASy和MapChart等软件构建系统进化树、亚细胞定位预测、预测蛋白的相对分子质量与等电点等理化性质、绘制家族成员Scaffold定位图等,分析U-box基因家族在低温胁迫下表达模式,利用实时荧光定量PCR技术（qRT-PCR）检测柑橘U-box基因家族部分成员在NaCl、PEG6000和不同激素处理下的表达情况。结果 从柑橘克里曼丁（Citrus clementina）全基因组中鉴定出56个CcPUBs基因家族成员,可将其分为7类,即U-box only、U-box+ARM-1、U-box+WD40-1、TPR+U-box、Kinase+U-box、U-box+ARM-2和U-box+WD40-2。该家族蛋白理论等电点分布在5.19—9.14,编码的氨基酸数目介于281—1 441;亚细胞定位预测结果显示该基因家族成员位于细胞不同位置,主要位于细胞核或叶绿体,少数位于质膜;聚类分析发现,柑橘U-box与单子叶植物水稻的亲缘关系较远,柑橘中具有相同结构域的成员和拟南芥具有相同结构域的成员聚在一起,表明柑橘U-box成员具有不同生物学功能;Scaffold定位分析发现,56个U-box成员分布在1—9 Scafflod上且呈不均分布。在冷胁迫下的RNA-Seq分析结果表明,U-box基因家族参与植物对冷胁迫的应答,并表现出4种不同的应答模式;从柑橘U-box基因家族的5个不同簇上分别选取1个代表基因进行qRT-PCR,分析结果表明,CcPUB48在金柑的各个组织中均有表达,CcPUB9和CcPUB4主要在茎和花中表达,CcPUB10主要在花、茎和幼果中表达,CcPUB41主要在叶和茎中表达,体现了不同U-box成员的组织特异性的表达差异。CcPUB4、CcPUB10和CcPUB41在NaCl胁迫下表达均上调,而CcPUB48在盐胁迫下的表达无明显变化。CcPUB4在Na₂CO₃处理下表达明显上调,与NaCl处理存在一致的表达趋势,而CaCl₂处理下的表达与NaCl处理下的表达趋势却存在差异。在PEG6000的处理条件下,CcPUB4的表达量呈现先上升后下降的趋势,CcPUB9、CcPUB41和CcPUB48在PEG6000的处理下无明显变化。在赤霉素（GA₃）处理下,CcPUB4在3 h时明显上调,在生长素（IAA）和脱落酸（ABA）下呈现无规律变化,CcPUB10在ABA处理下表达量表现出逐渐上升。结论 从柑橘克里曼丁全基因组上鉴定出56个U-box基因成员,各成员均含有U-box保守结构域,并位于细胞的不同位置。U-box基因家族参与植物对冷胁迫的应答并表现出4种不同的应答模式,在NaCl、PEG6000和激素处理下,CcPUB4和CcPUB10有不同程度的响应,而CcPUB9、CcPUB41和CcPUB48响应不明显或未响应。     

柑橘Rboh家族鉴定及其对激素和柑橘溃疡病的响应

【目的】活性氧（reactive oxygen species,ROS）是植物抗病反应中重要的信号分子,而Rboh是参与活性氧产生的关键酶之一。本研究通过鉴定和分析柑橘全基因组中Rboh基因家族生物信息学特性、生物胁迫相关植物激素和溃疡病菌（Xanthomonas citri subsp. citri,Xcc）侵染诱导下表达模式,为研究Rboh基因家族与柑橘抗溃疡病过程的相关性,进一步研究和利用柑橘Rboh基因打下基础。【方法】利用过氧化物酶数据库RedOxiBase和柑橘（甜橙）CAP数据库获得柑橘Rboh家族序列信息;利用生物信息学软件对CsRboh进行理化性质、系统进化关系、染色体定位、基因结构、蛋白功能结构域、保守基序和启动子元件系统分析。通过实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析植物激素水杨酸（salicylic acid,SA）、茉莉酸（jasmonic acid,JA）、脱落酸（abscisic acid,ABA）和溃疡病菌处理下CsRboh表达模式。【结果】鉴定得到7个柑橘Rboh家族成员（CsRboh01—CsRboh07）,其编码蛋白包含784—946个不等的氨基酸残基,等电点（PI）分布在8.67—9.40,主要定位于细胞膜结构和细胞质。根据系统进化树可将柑橘Rboh家族划分为I—IV 4个亚家族。CsRboh家族基因不均匀分布在甜橙的5条染色体,均含有典型的呼吸爆发NADPH氧化酶结构域（NADPH_Ox）、铁还原酶跨膜组件（Ferric_reduct）、FAD结合结构域（FAD_binding）和铁还原酶NAD结合结构域（NAD_binding）4个功能结构域。CsRboh家族各基因的启动子区域含不同激素响应元件,数目和类型各有差异。qRT-PCR结果显示CsRboh基因家族各成员可响应激素和溃疡病菌诱导,在不同激素和溃疡病菌处理下感病品种晚锦橙和抗病品种四季橘中表达模式具有差异。结合系统进化树聚类分析、同源基因功能研究及其启动子区域顺式作用元件分析发现,CsRboh02、CsRboh04和CsRboh06在抗、感两个品种中受柑橘溃疡病菌诱导表现出明显不同的表达趋势和表达量。【结论】CsRboh02、CsRboh04和CsRboh06可能与柑橘品种抗、感性密切相关,是3个有潜力的抗溃疡病分子育种候选基因,初步确定CsRboh家族基因在柑橘响应溃疡病过程中发挥关键作用。     

苹果LIM基因家族生物信息学及表达分析

【目的】在苹果全基因组中鉴定LIM,通过分析启动子作用元件、保守结构域、基因聚类、基因结构、染色体定位以及组织表达模式,为研究和利用苹果LIM奠定基础。【方法】利用苹果基因组数据库GDR和PLAZA,获得苹果LIM家族成员并进行编号。苹果LIM蛋白氨基酸序列的基本信息通过ExPASy Proteomics Server进行预测,利用Cell-PLoc进行亚细胞定位预测,利用CD-Search Tool进行LIM结构域分析,采用MEGA 7软件构建进化树,采用GSDS绘制基因结构,并利用TBtools软件对鉴定得到的MdLIM进行染色体定位,通过实时荧光定量RT-PCR对MdLIM的组织表达进行分析,并利用SPSS 18.0软件分析差异显著性。【结果】共鉴定得到11个苹果LIM家族成员,这些MdLIM蛋白包含96—222个不等的氨基酸残基,等电点分布在6.14—9.01。亚细胞定位结果显示,MdLIM蛋白在细胞核中均有分布。启动子作用元件分析表明,11个MdLIM启动子上分布有响应激素、环境适应性和逆境诱导的元件。蛋白保守结构域分析表明,11个MdLIM蛋白中除MdLIM8具有单LIM结构域外,其余10个均具有双LIM结构域。根据聚类分析结果可将MdLIM分为4组。染色体定位结果显示,MdLIM分布在苹果17条染色体中的7条,且MdLIM在7条染色体上的分布不均匀。花、叶、果皮和茎中的实时荧光定量RT-PCR结果显示,4个组织中均能检测到MdLIM的表达,且表达量具有一定差异。【结论】苹果LIM基因家族包括11个成员,进化上可分为4组,11个基因分布于7条染色体上,在不同组织中的表达具有多样性和特异性。     

大白菜ACA基因家族的全基因组鉴定与表达分析

【目的】通过对大白菜ACA（Ca²⁺-ATPase）基因家族鉴定与表达分析,研究其家族基因间的共性与特性,为进一步揭示ACA家族进化关系提供数据支撑,为深入解析BraACAs在低温胁迫、盐胁迫以及自交不亲和方面的功能研究奠定基础。【方法】根据已报道的拟南芥ACA基因家族,同源比对出大白菜ACA基因家族,利用在线软件Expasy预测其分子量、理论等电点等理化性质;采用MEGA 5.0软件构建系统进化树;运用在线软件GSDS 2.0绘制基因结构图谱;TBtools对其染色体定位;McscanX软件进行拟南芥与大白菜ACA家族基因共线性分析;利用在线软件PlantCARE预测大白菜ACA基因家族启动子元件;通过在线工具Pfam和MEME进行蛋白保守结构域分析;利用qRT-PCR技术检测BraACAs在不同组织、非生物胁迫和自交异交授粉后的表达量。【结果】大白菜ACA基因家族有18个基因成员,分布在大白菜10条染色体上;根据进化树关系分成4组,分别包含3、4、4和7个成员;蛋白结构域分析显示,有13个成员包含N端自抑结构域。qRT-PCR结果表明,BraACAs主要在花与果荚中高表达;低温胁迫下,Bra002762与Bra035649表达量总体上调;盐胁迫下,Bra031701表达量显著上调;自交和异交授粉中,Bra003276和Bra024117差异性表达。对Bra002762、Bra035649、Bra031701、Bra003276和Bra024117亚细胞定位分析,发现这些基因均定位在细胞质膜上。【结论】大白菜ACA家族基因蛋白结构均含有4个ACA基因特有的高度保守结构域。该家族在大白菜不同组织中表达模式不同,5个ACA家族基因成员编码蛋白定位于细胞膜上,其中Bra002762、Bra035649、Bra031701与低温和盐胁迫响应有关;Bra003276和Bra024117与自交不亲和性相关。     

黄瓜ERF基因家族鉴定及其在雌花芽分化中的表达分析

【目的】通过以黄瓜9930_V2版本基因组为参照进行生物信息学分析,对ERF基因家族在基因组中的数量、结构以及表达特征进行分析,为研究ERF转录因子在黄瓜雌花分化与发育中的作用提供数据支持。【方法】根据已报道的拟南芥ERF,利用黄瓜基因组数据库中9930_V2版本基因组进行BLAST比对,通过MEGA、MEME、TBtools、ExPASy等工具进行生物信息学分析。采用qRT-PCR方法检测不同性型黄瓜材料、雌花发育初期不同阶段中ERF基因家族成员的表达水平。采用酵母单杂交方法验证家族成员与乙烯响应元件GCC-box的互作。【结果】从黄瓜材料9930基因组中鉴定得到138个ERF基因家族成员,共分为10个亚族,编码氨基酸长度介于126—745。按照基因家族成员在染色体上的位置分布,将其命名为CsERF1-CsERF138。多序列比对和motif分析结果表明,黄瓜ERF基因家族均具有AP2/ERF结构域,其中4个成员具有B3结构域。表达分析结果显示,在不同性型材料中共有19个ERF家族成员差异表达,其中9个在FFMMAA基因型中高表达,10个在ffMMAA基因型中高表达。通过雌花芽发育初期ERF家族成员的表达趋势分析,发现31个ERF随子房发育表达上调,30个表达下调。初步证明CsERF9和CsERF31具有结合GCC-box元件的功能。【结论】从黄瓜基因组中鉴定出138个ERF基因家族成员,均拥有1个或多个AP2/ERF结构域;其中部分成员在不同性型材料中差异表达,并可能参与雌花分化初期的基因表达调控;部分成员具有结合保守元件GCC-box调控下游基因表达的功能。     

葡萄miR159s靶基因的鉴定及其应答GA在果实不同组织的调控作用

【目的】鉴定葡萄miR159家族成员及其靶基因,明确葡萄miR159家族成员及其靶基因应答外源赤霉素（GA）在无核葡萄果实不同组织发育过程中的作用。【方法】以‘白罗莎里奥’葡萄（Rosario Bianco）为试材,利用miR-RACE和PCR技术克隆鉴定VvmiR159a/b/c的成熟体及前体序列;通过PsRNATarget软件预测VvmiR159s的靶基因,利用生物信息学软件对其进行系统进化及保守结构域分析;通过启动子作用元件分析预测VvmiR159s及其靶基因的潜在功能;采用RLM-RACE和PPM-RACE验证VvmiR159s对靶基因的裂解作用;利用qRT-PCR鉴定其应答外源GA在葡萄果实不同组织发育过程中的时空表达模式。【结果】从‘白罗莎里奥’葡萄果实中克隆获得VvmiR159a/b/c的成熟体序列、前体序列并折叠发夹结构。鉴定到VvmiR159s的四条靶基因（VvGAMYB、VvMYB48、VvAIX15、VvGRAS-l）,其中VvmiR159s与VvGAMYB匹配程度最高,与VvAIX15匹配程度最低。靶基因系统进化及保守结构域分析显示,4条靶基因与其他物种同源基因具有较高同源性。VvmiR159s前体基因及其靶基因启动子的激素响应元件均以赤霉素和水杨酸响应元件为主,表明其可能主要通过应答这两种激素参与调控葡萄的生长发育过程。VvmiR159s在不同组织中的表达具有时空特异性,其中VvmiR159c在果皮和果肉中的表达趋势不同,在果皮中VvmiR159a/b/c与VvAIX15的表达水平呈负相关;而在果肉中,VvmiR159a/b与VvGAMYB和VvAIX15的表达模式相反。此外,在葡萄果皮、果肉中GA处理可显著下调VvmiR159a/c的表达,但却在幼果果肉中上调VvmiR159b的表达。表明葡萄miR159家族成员在果实不同组织中通过不同模式应答GA信号参与果实发育的调控。【结论】葡萄miR159家族含有VvmiR159a/b/c 3个成员;3个成员均可切割VvGAMYB、VvMYB48、VvAIX15及VvGRAS-l 4个靶基因;VvmiR159a/b/c及其4个靶基因可能以不同的GA应答模式参与调控葡萄果皮与果肉的发育。     

辣椒HD-Zip基因家族鉴定、系统进化及表达分析

【目的】鉴定辣椒HD-Zip基因家族,并利用生物信息学方法系统分析其在基因组中的分布、基因结构、进化分化特征及在不同组织中的时空表达特异性,解析该家族的进化特征及生物学功能。【方法】根据已报道及PlantTFDB数据库中的拟南芥HD-Zip序列,利用本地BLAST工具在我国辣椒测序品种‘遵辣1号’基因组中比对,并利用Pfam、SMART工具进一步验证。采用EMBOSS Programs、MEGA、GSDS、MEME、MCScanX、OrthoMCL、Circos等软件预测辣椒HD-Zip基因家族成员蛋白理化性质,构建系统进化树,定位染色体,分析基因结构、基因复制类型及直系、旁系同源基因。基于GEO数据库,运用R软件、本地perl语言及Cytoscape分析辣椒HD-Zip组织表达差异并绘制共表达网络。【结果】本研究在‘遵辣1号’基因组中鉴定获得42条辣椒HD-Zip,命名为CaHDZ01—CaHDZ42。CaHDZs长度跨度较大,70% CaHDZ蛋白的pI小于7.0。除CaHDZ42,其余基因不均匀地分布在12条染色体上,部分基因为片段复制。该基因家族可分为4个亚族,分别含有18、9、5、10个HD-Zip,基因结构及蛋白结构域差别显著。辣椒、番茄和拟南芥3个物种中的直系同源基因对数目大体相同,但同为茄科的辣椒和番茄之间的稍多;辣椒中的旁系同源基因少于番茄和拟南芥,说明辣椒基因组的倍增事件并没有使CaHDZs明显扩增。对无油樟、水稻、玉米、番茄、马铃薯、辣椒‘CM334’、辣椒‘Zunla-1’、毛果杨、葡萄以及拟南芥9个代表物种的HD-Zip进化特征分析结果表明,从被子植物开始,HD-Zip基因家族就稳定存在4个亚族。推测在形成4个亚族前,HD-Zip分为两组,其中一组分化成I和II亚族,而另一组则分化成为III和IV亚族。CaHDZs在根、茎、叶、花芽、花和果实不同发育时期的表达模式分析结果显示,4个亚族具有不同程度的表达趋势。其中I亚族基因在辣椒不同组织中的表达量均较高,且不同成员间表达模式不同,CaHDZ22在茎中的表达最高,表明该基因可能对辣椒茎的生长有重要作用。II、III和IV亚族基因在不同组织中的表达量相对较低,但部分基因在特定组织中具有较大的表达量。如CaHDZ34在辣椒果实成熟后期具有较大高的表达量,CaHDZ02和CaHDZ28在果实膨大时表达较高,CaHDZ04在果实成熟前期具有较高的表达量。CaHDZs表达网络中有33对基因表达趋势的相关系数（PCC）大于0.8,6对大于0.9,表明CaHDZs协同调控了辣椒的生长发育,不同亚族之间也具有协同性。【结论】在‘遵辣1号’基因组中鉴定获得42条CaHDZs,可分为4个亚族,不同亚族的基因结构、蛋白保守结构域及表达模式不同。在进化过程中,辣椒HD-Zip保守性高,数目没有明显扩增,I和II亚族、III和IV亚族关系更近。CaHDZs具有组织表达差异性,协同调控了辣椒的生长发育。     

独行菜抗冷相关基因的克隆及表达分析

【目的】独行菜在种子萌发和幼苗生长阶段可耐受一定程度的低温胁迫,研究独行菜的低温耐受机制。【方法】设计兼并引物,从独行菜冷诱导叶片的cDNA中克隆获得LaCBF3和LaCOR15a基因核心片段。利用半定量RT-PCR法分析两个基因在不同胁迫处理下的表达情况。【结果】获得442 bp LaCBF3及405 bp LaCOR15a核心片段,经比对与拟南芥CBF3、COR15a基因核心片段相似性分别为84.38%、81.8%。半定量RT-PCR结果显示在独行菜幼苗中,LaCOR15a基因不仅响应低温胁迫,还能迅速响应高盐、干旱及ABA处理,不同条件下表达各有差异。LaCBF3仅对低温胁迫响应迅速。【结论】LaCBF3、LaCOR15a在独行菜幼苗响应低温胁迫的分子机制中具有重要的调控作用,且LaCOR15a基因也应答干旱、高盐等非生物胁迫。     

陆地棉COR基因在低温胁迫下的表达分析及功能鉴定

【目的】分析低温胁迫条件下陆地棉中COR家族成员的表达特性,研究参与低温胁迫信号途径的COR基因。【方法】通过Real-time PCR分析低温胁迫条件下,陆地棉COR基因家族成员的表达情况,利用VIGS技术鉴定响应低温胁迫的COR基因功能。【结果】对8个COR基因家族成员在低温条件下的表达分析显示,基因序列号为Gh_D12G0215的COR基因受低温诱导表达水平不断上调,并在处理48 h后表达量较对照上调了近9倍;与之相反,基因序列号为Gh_D06G0147的COR基因在低温诱导3 h左右表达水平出现短暂的上调,但随后其表达受到显著抑制。其余COR基因家族成员的表达受低温胁迫表达水平发生改变,但是随着胁迫时间的增加,转录水平与对照无明显差异。利用VIGS技术在棉花中沉默候选COR基因Gh_D12G0215,并将基因沉默后的棉苗与对照共同进行低温胁迫处理,在相同的处理条件下,Gh_D12G0215基因沉默后的植株与对照相比,对低温胁迫更为敏感,基因序列号为Gh_D12G0215的COR基因可能参与棉花耐低温的调控。【结论】在低温胁迫条件下,陆地棉中部分COR基因的表达受低温胁迫诱导,在陆地棉受到低温胁迫时发挥功能。     

柑橘SAR及其信号转导基因CsSABP2在黄龙病菌侵染中的响应特征

【背景】柑橘系统获得性抗性（systemic acquired resistance,SAR）在柑橘抗黄龙病（Huanglongbing,HLB）过程中起着重要作用。水杨酸（SA）和水杨酸甲酯（MeSA）信号互换是激活植物SAR的关键信号转导途径,但其在抗HLB危害中的作用依然不清楚。【目的】以柑橘HLB不同耐病品种为材料,研究柑橘SAR及其信号转导的关键酶基因CsSABP2（salicylic acid binding protein 2）在HLB 病原菌‘Candidatus Liberibacter asiaticus’（CLas）侵染中的响应特征,了解柑橘SAR及CsSABP2响应CLas侵染的作用。【方法】从SAR Marker基因CsPR1、CsPR2、CsPR5表达、活性氧H₂O₂水平和淀粉含量变化等方面分析CLas侵染、外施SA和MeSA调控柑橘SAR的特征。进一步,基于易感HLB锦橙（Citrus sinensis）和耐HLB酸柚（C. grandis）感染CLas转录组测序比较分析,筛选和克隆响应CLas侵染的CsSABP2差异表达基因;生物信息学分析预测差异基因的生物学功能;qRT-PCR分析差异表达基因在锦橙、酸柚和耐HLB马蜂柑（C. hystrix）中响应CLas感染的表达变化;以锦橙叶片为试材分析差异表达基因响应外源SA和MeSA诱导的表达特征。【结果】SAR Marker基因响应CLas表达分析表明,CsPR1、CsPR2和CsPR5均正向响应CLas侵染上调表达,CsPR2和CsPR5在酸柚和马蜂柑中表达水平高于锦橙,特别是叶肉中两个基因的表达水平均显著高于锦橙;相反,CsPR1在叶脉中上调表达水平明显高于叶肉,且在锦橙叶脉中表达水平显著高于酸柚和马蜂柑叶脉中。离体模拟SA和MeSA调控柑橘SAR反应显示,与SA处理相比,MeSA处理明显诱导CsPR1、CsPR2和CsPR5上调表达,同时非处理部位基因（特别是CsPR5）表达水平也明显上调。H₂O₂检测结果表明,外源MeSA诱导非处理部位H₂O₂积累显著强于SA。同时,通过对外施MeSA、SA的感病叶片进行连续5周的淀粉含量检测,发现MeSA能明显减少感病叶片中淀粉的积累。进一步转录组数据和生物信息学分析表明,4个SAR关键调控基因CsSABP2-1、CsSABP2-2、CsSABP2-3、CsSABP2-4显著响应CLas侵染而差异表达,且编码蛋白质均含SABP2水解活性必需的保守结构域。qRT-PCR结果表明,CsSABP2-1、CsSABP2-4在耐病品种酸柚和马蜂柑中受CLas诱导高水平表达且在叶脉中的表达水平高于叶肉;CsSABP2-2和CsSABP2-3表达水平变化不明显。激素诱导结果显示,CsSABP2主要响应MeSA的诱导表达,MeSA显著诱导CsSABP2-2高水平表达（>10倍）,且显著下调CsSABP2-1和CsSABP2-4的表达（下调至0 h表达量的15%—55%）。【结论】耐病品种酸柚和马蜂柑SAR响应CLas的反应明显强于易感病品种锦橙,且MeSA在介导柑橘SAR抗病反应中起正向调控作用。SA与MeSA信号转导的关键酶基因CsSABP2-1 和CsSABP2-4在柑橘SAR响应CLas侵染中起着重要作用,其高水平表达与柑橘HLB抗性紧密相关;而且CsSABP2-1 、CsSABP2-2 、CsSABP2-4在调控SAR应答柑橘CLas侵染中可能起着关键的协同作用。     

广东梅州柑橘黄龙病和病毒病的发生调查及其黄龙病菌原噬菌体多样性

【目的】调查柑橘黄龙病（Huanglongbing,HLB）和病毒病在广东省梅州市柑橘主产区的危害情况,分析该地区柑橘黄龙病菌（CLas）的原噬菌体多样性。【方法】以16S rDNA为模板设计引物,利用实时荧光定量PCR（qPCR)检测梅州市不同抽检地在2017—2019年3年间柑橘黄龙病的发病情况;同时分别采用已报道的柑橘衰退病毒（Citrus tristeza virus,CTV）、柑橘裂皮病毒（Citrus exocortis viroid,CEVd）、柑橘褪绿矮缩病毒（Citrus chlorotic dwarf-associated virus,CCDaV）、柑橘碎叶病毒（Citrus tatter leaf virus,CTLV）和柑橘黄脉病毒（Citrus yellow vein clearing virus,CYVCV）的特异性检测引物,提取样品的RNA,反转后以样品的cDNA为模板,通过普通PCR的方法分析梅州市抽检地区柑橘病毒病的发生情况。此外,以基于2种原噬菌体类型（SC1和SC2）对应的超变异基因区域设计的2对引物（Lap-TJ-F/Lap-TJ-R1和Lap-TJ-F/Lap-TJ-R2）,运用普通PCR方法分析该地区CLas菌株原噬菌体的遗传多样性。【结果】除2018年9月梅州大浦顺兴公司蜜柚基地的抽检样品外,梅州市其他被检地区均发现CLas。总体来说,梅州市的脐橙CLas检出率为55.3%,蜜柚为61.5%,沙田柚为61.7%。其中2017年采集自平原县大拓镇的蜜柚和沙田柚样品CLas检出率为100%,兴宁市白马镇的蜜柚为100%,沙田柚为80%;其他抽检地区的样品CLas检出率在16.7%—83.3%。虽然梅州市部分地区的检出率较高,但其病原菌的含量并不高,大部分处于柑橘黄龙病发病初、中期,属可防可控阶段;此外,梅州市柑橘病毒的总检出率不高,CTV、CTLV和CYVCV为梅州的主要病毒,CEVd和CCDaV没有检测到。CTV、CTLV和CYVCV在脐橙上的检出率依次为78.9%、7.9%和21.1%,蜜柚为15.4%、25.0%和9.6%,沙田柚为6.4%、2.1%和4.3%。基于Lap-TJ-F/Lap-TJ-R1和Lap-TJ-F/Lap-TJ-R2来研究CLas原噬菌体多样性的PCR扩增条带共有4种类型（SC1-1、SC1-2、SC2-1和SC2-2）,经过PCR电泳和测序得出,来自梅州市脐橙和沙田柚的CLas菌株以SC2-1型为主,蜜柚上以SC1-1型为主。【结论】梅州柑橘产区的柑橘黄龙病目前属于可防可控阶段,其病原菌菌株的原噬菌体在不同品种上具有其独特性;由于在抽检时发现有柑橘病毒病的存在,因此在种植过程中需加强种苗监管,同时应采取有效措施对柑橘黄龙病和柑橘木虱（Diaphorina citri）进行绿色防控。     

红橘响应褐斑病菌侵染的转录组学分析

【目的】 明确红橘（Citrus reticulata Blanco, cv. Hongjv）接种褐斑病致病菌——链格孢菌橘致病型（Alternaria alternata tangerine pathotype）后基因种类和表达量在转录水平的变化规律,确定红橘响应该致病型侵染的关键基因。【方法】 采用链格孢菌橘致病型接种红橘离体叶片,28 h后选取感病叶片和未接种叶片提取RNA,进行转录组高通量测序,然后利用生物信息学分析,以甜橙基因组为参考,以|log₂ fold change|≥1,q-value≤0.01为阈值选取感病和健康红橘叶片转录组的差异表达基因,应用GO数据库对差异表达基因（differentially expressed gene,DEG）进行功能分类,KEGG分析代谢途径,MapMan软件分析生物胁迫信号通路相关基因的表达变化。采用qRT-PCR方法对测序结果进行验证。【结果】 红橘接种链格孢菌橘致病型28 h后产生大量与胁迫相关的差异表达基因,获得上调差异基因5 173个,下调差异基因6 555个。GO功能分类显示差异基因主要与蛋白结合、膜、氧化还原过程等相关。通过KEGG富集和MapMan软件分析发现,红橘在受链格孢菌橘致病型胁迫的过程中基础代谢被严重破坏。乙烯、水杨酸和生长素等寄主防御相关的植物激素信号转导途径多个基因表达出现差异,其中乙烯起主导作用,乙烯受体ETR 3个成员被不同程度激活,下游激酶和乙烯响应因子均上调,生长素大部分关键信号基因、绝大部分生长素响应因子ARF和水杨酸合成途径的基因均下调表达。同时,黄酮醇、花青素、萜类化合物和生物碱合成相关基因受该菌诱导显著变化,萜类合成中大部分基因下调,而黄酮类合成相关上调基因数量和表达趋势均强于表达下调基因,有抗虫和抑菌作用的硫代葡萄糖苷基因呈上调趋势。进一步研究发现,大量参与抗逆过程的转录因子如WRKY、bZIP、ERF、MYB、NAC被诱导激活,其中大部分WRKY和bZIP转录因子受该菌正向调控,超过50%的ERF家族基因表达上调;在转录因子调控下,PTI及ETI响应基因如受体激酶、R蛋白、NBS抗病蛋白等大量表达,多个PR家族抗菌蛋白基因上调表达,22个抗氧化保护酶系统POD成员基因受到活性氧信号激发大量表达。以上结果表明链格孢菌橘致病型侵染对寄主内部生理状态产生显著影响。选取了19个与植物抗病相关基因进行qRT-PCR分析,其基因表达趋势与测序数据一致。【结论】 获得了红橘响应链格孢菌橘致病型侵染的差异表达基因及显著上调表达基因,其主要富集于代谢过程、应激反应及转录调控等条目中,这些基因的相互协同调控是红橘对该致病型产生防御反应的重要机制。     

利用Target SSR-seq技术鉴定60份柑橘种质资源

【背景】 芽变是植物分生组织体细胞所发生的DNA突变，从而引起枝、叶、花、果及物候期、成熟期等系列表型特征的改变，其变异性状可遗传。然而由于环境条件、栽培技术等，植物可能产生彷徨变异，这种变异不可遗传。【目的】 利用高通量测序技术建立一套适用于柑橘芽变资源鉴定的方法，为柑橘种质资源的收集、保存、鉴定提供技术支撑。【方法】 为提高芽变材料的分子鉴定能力，本研究通过对‘克里曼丁’以及‘温州蜜柑’全基因组数据以及‘温州蜜柑’GSS、EST数据进行分析、比对，筛选出多态性高的位点用于深度测序。根据引物互补结构对引物进行分组后用于多重扩增检测及构建双端测序文库，构建好的文库通过Miniseq平台完成高通量测序，使用生物信息学方法对下机数据进行后续分析。【结果】 通过对大量测序数据的分析、比对，本研究共设计出77对用于柑橘芽变鉴定的SSR引物，根据引物互补结构，将引物分成18个组合。通过对60份柑橘材料进行Target SSR-seq分析，所设计引物可以将所测试的柑橘种质资源分为甜橙和宽皮柑橘，在宽皮柑橘中可细分为‘沃柑’‘椪柑’以及杂柑等栽培种，对于栽培种内芽变资源也具有较好的鉴别能力。在7个‘塔罗科’血橙芽变中发现11个SSR变异位点，2个‘五月红’芽变中发现8个SSR变异位点，5个脐橙样品中发现8个SSR变异位点，9个‘冰糖橙’品种中发现16个SSR变异位点，2个‘砂糖橘’芽变中发现9个SSR变异位点，4个‘温州蜜柑’芽变中发现15个芽变位点，8个‘沃柑’芽变中发现21个SSR变异位点，‘沃柑’杂交品种中发现11个SSR变异位点，在‘椪柑’中发现14个SSR变异位点。在SSR位点变异中，‘塔罗科’血橙以ATT基序最多，‘五月红’以TAA基序最多，脐橙以TAA基序最多，‘冰糖橙’以GA基序最多，‘砂糖橘’以AAT基序最多，‘温州蜜柑’以AAT基序最多，‘沃柑’芽变资源以AAT基序最多，‘沃柑’杂交资源以TAA、GA基序最多。【结论】 使用Target SSR-seq技术建立了一套高效的柑橘芽变鉴定方法。对所试验的60份柑橘资源具有鉴别能力，SSR基因分型信息准确、可靠，可用于柑橘种质资源管理和品种知识产权保护。     

柑橘CitPG34的克隆、定位与表达分析

【目的】 多聚半乳糖醛酸酶是一类参与细胞壁降解的水解酶,在植物生长发育和器官脱落过程中发挥着重要作用。本研究克隆柑橘CitPG34及其启动子（CitPG34-P）并进行表达分析,为深入研究柑橘PG在幼果脱落过程的生物功能奠定基础。【方法】 以‘塔罗科’血橙（Citrus sinensis L. Osbeck）为材料,克隆CitPG34及其启动子,利用ProtParam、Cello、CLUSTALX、MEGA5.2、PlantCARE等软件对其蛋白特性及启动子顺式作用元件进行分析预测;利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析CitPG34在不同组织以及柑橘幼果脱落过程中的表达水平。采用同源重组的方法构建pCAMBIA1302-CitPG34-GFP融合蛋白表达载体和CitPG34启动子表达载体（CitPG34-P::gus）,分别用于亚细胞定位和启动子活性分析。【结果】 从‘塔罗科’血橙幼果离层中克隆获得CitPG34,其ORF为1 194 bp,编码397个氨基酸,预测蛋白分子量为41.47 kD,理论等电点为5.19,其不稳定系数为30.23,表明CitPG34属于稳定蛋白;通过在线软件TMHMM分析发现：CitPG34为跨膜蛋白,具有一个跨膜结构,位于第7—29位氨基酸之间。在CitPG34二级结构中,α-螺旋结构约占15.37%,扩展链约占29.72%,无规则卷曲约占54.91%,与其三级结构预测基本一致。NJ树分析显示CitPG34与西洋梨PcPG3（BAF42034）亲缘关系最近,表明CitPG34可能与果实脱落和软化相关。qRT-PCR分析表明,CitPG34在花中表达量最高,在根、叶、离层A、离层C中表达量较低,在幼果中几乎不表达。1-氨基环丙烷羧酸（ACC）处理果梗后能显著提高离层A中CitPG34的表达水平,相反IAA抑制其转录。此外,在柑橘幼果正常脱落过程中,CitPG34表达明显升高。亚细胞定位发现,CitPG34主要位于细胞壁。克隆获取CitPG34起始密码子（ATG）前2 075 bp启动子序列（CitPG34-P）,PlantCare预测发现,在CitPG34-P序列上存在多种顺式调控元件,如核心启动元件TATA-box、增强子元件CAAT-box以及脱落酸响应元件ABRE等。将CitPG34-P::gus转入烟草,通过GUS组织化学染色发现,该启动子受乙烯诱导,主要在叶脉和毛状体中表达。【结论】 CitPG34的ORF长度为1 194 bp,可编码397个氨基酸,其蛋白主要位于细胞壁;该基因具有明显的组织特异性,在花中表达最高;CitPG34表达量与柑橘幼果脱落显著相关。上述结果表明,CitPG34在柑橘幼果脱落和花发育过程中可能发挥着重要的生物功能。     

转CiNPR4基因柑橘抗溃疡病的机制解析

【目的】病程相关基因非表达子1（non-expressor of pathogenesis-related gene 1,NPR1）是水杨酸（salicylic acid,SA）介导的系统获得性抗性信号转导途径中一个重要的转录因子,在调节植物的抗病方面发挥着关键性的作用。研究耐黄龙病的‘Jackson’葡萄柚（Citrus paradisi）中的NPR1-like基因CiNPR4对柑橘溃疡病的抗性,解析过表达CiNPR4的转基因晚锦橙（C. sinensis）抗柑橘溃疡病的机理。【方法】选取黄龙病抗性增强的CiNPR4转基因柑橘,采取完全成熟的叶片利用针刺法进行柑橘溃疡病的离体抗性评价分析;在此基础上,对溃疡病抗性增强的CiNPR4转基因植株利用针刺法离体接种溃疡病菌（Xanthomonas citri subsp. citri,Xcc）,统计接种Xcc后0、1、3、5、7和9 d的细菌数量;利用注射法对溃疡病抗性增强的CiNPR4转基因植株叶片接种Xcc,接种后0、3和5 d收集接种部位的叶片,测定叶片中SA和茉莉酸（jasmonic acid,JA）含量;同时,收集接种Xcc后0、3和5 d接种部位的叶片,利用实时荧光定量 PCR分析SA和JA分别介导的防御反应相关基因CsPR1和CsPDF1.2在Xcc诱导下表达水平的变化;根据CiNPR4蛋白与TGA转录因子相互作用网络预测CiNPR4互作蛋白为Ciclev10005080m和Ciclev10001081m,以甜橙为参考基因组,将这两个基因在https://www.citrusgenomedb.org/网站上进行blastx分析,预测CiNPR4在甜橙基因组中互作的候选蛋白,克隆CiNPR4和候选蛋白基因的cDNA,利用同源重组法分别构建诱饵载体和猎物载体,并将诱饵质粒和猎物质粒共转入酵母菌株Y2HGold中,进行点对点酵母双杂交分析。【结果】CiNPR4的超量表达减轻了转基因柑橘叶片上溃疡病的症状,柑橘溃疡病抗性增强的CiNPR4转基因植株叶片上Xcc的生长比较缓慢,在接种Xcc后9 d,转基因植株Xcc数量显著低于野生型（wild type,WT）晚锦橙;Xcc诱导0 d,溃疡病抗性增强的CiNPR4转基因植株含有与WT植株无差异的SA含量,随着Xcc诱导时间的延长,CiNPR4转基因植株中SA的含量显著增加;而Xcc处理0 d时,WT植株含有显著高于CiNPR4转基因植株的JA含量,随后,JA含量在CiNPR4转基因植株中逐步上升,Xcc处理5 d时,达到显著高于WT植株的水平;而WT植株在整个处理期间SA和JA的含量基本保持不变;溃疡病抗性增强的转基因植株受Xcc诱导3 d时CsPR1的表达水平迅速上升,达到与WT植株差异显著的水平,而CsPDF1.2的表达水平在Xcc诱导5 d时上升;WT植株受Xcc诱导后CsPR1的表达水平没有发生显著变化,而CsPDF1.2的表达水平在Xcc诱导5 d时上升,且显著高于CiNPR4转基因植株中CsPDF1.2的表达水平;酵母双杂交分析证实,CiNPR4与甜橙基因组中的CsTGA2转录因子互作。【结论】CiNPR4与CsTGA2转录因子互作,通过促进SA而抑制JA介导的防御反应,调控转基因柑橘对溃疡病的抗性。     

超量表达CsGH3.6通过抑制生长素信号转导 增强柑橘溃疡病抗性

背景 由柑橘黄单胞杆菌柑橘亚种（Xanthomonas citri subsp. citri,Xcc）引起的柑橘溃疡病是柑橘生产上最具毁灭性的一种病害。植物生长素在调控柑橘溃疡病菌引起的寄主侵染部位脓疱形成中起重要作用。生长素早期响应基因GH3通过酰基化吲哚-3-乙酸（indole-3-acetic acid,IAA）调控植物激素动态平衡。前期研究发现柑橘CsGH3.6在调控生长素响应溃疡病侵染中起着重要作用。目的 通过对超量表达CsGH3.6转基因晚锦橙的抗病性、植株表型、细胞和激素变化进行分析,利用RNA-Seq解析CsGH3.6调控的信号通路,探明CsGH3.6调控激素动态平衡影响柑橘溃疡病抗性的内在机制。方法 利用针刺法对离体转基因叶片接种溃疡病菌Xcc,统计接种第10 天时病斑面积和病情指数,以野生型为对照,评价转基因植株的抗性水平;提取感病前后叶片内源激素,利用高效液相色谱技术(high performance liquid chromatography,HPLC )检测转基因植株中激素含量变化;温室中观察转基因植株表型变化;通过测量叶片纵径、横径和厚度分析转基因植株叶型变化特征;制备叶片表皮切片,显微观察表皮细胞和气孔,并统计转基因植株表皮细胞长度和气孔密度;采用RNA-Seq测序技术研究转基因植株转录组变化情况,并利用Nr、Nt、Pfam、COG、SwissProt和gene ontology (GO)数据库注释基因功能,进一步利用KEEG数据库和MapMan软件解析超量表达CsGH3.6影响的重要基因、功能和途径,阐明CsGH3.6调控柑橘溃疡病抗性的分子机制。结果 超量表达CsGH3.6显著增强转基因植株的溃疡病抗性;转基因植株分枝增多且下垂,叶片向上卷曲,变小,颜色浅;转基因植株气孔密度增加,表皮细胞变短;激素含量分析显示,转基因植株自由生长素（IAA）和茉莉酸（jasmonic acid,JA）含量显著降低,而水杨酸（salicylic acid,SA）含量显著增加;转录组测序分析表明,超量表达CsGH3.6显著抑制生长素信号转导相关基因表达,特别是所有注释的Aux/IAA家族基因均下调表达,相反,与生物胁迫相关基因的表达为上调,其中绝大部分基因为病程相关蛋白基因。结论 超量表达CsGH3.6通过酰基化自由IAA抑制生长素信号转导,调控JA和SA的动态平衡,改变细胞和植株的形态建成,从而增强柑橘对溃疡病的抗性。研究结果暗示调控激素动态平衡在柑橘抗病育种中具有潜在价值。