高粱全基因组生长素原初响应基因Aux/IAA的序列特征分析

生长素在生物体的生长、发育与分化过程中发挥着重要作用。Aux/IAA基因家族在生长素诱导的早期做出响应,是生长素早期应答的三大基因家族之一。采用生物信息学的方法,对高粱全基因组Aux/IAA基因进行序列特征分析表明,高粱基因组中共有25个Aux/IAA基因,分布于高粱9对染色体,在高粱第6号染色体上未发现Aux/IAA基因。序列比对与系统发生分析表明,22个(88%)高粱Aux/IAA蛋白具有4个保守结构域,19对高粱/玉米Aux/IAA蛋白、2对高粱/水稻Aux/IAA蛋白处于系统进化树的同一分支。该研究结果不仅有助于生长素信号转导通路的解析,而且可以为其他作物基因家族的研究提供参考。     

十字花科植物嫁接mRNA长距离运输基因IAA14的鉴定及比较

Aux/IAA家族基因是一类典型的生长素诱导表达基因,是植物生长素信号转导通路的重要调控基因。IAA14基因是Aux/IAA基因家族的成员,IAA14基因mRNA被认为在嫁接中发生了长距离运输。本研究从十字花科11个物种中鉴定了14个IAA14基因,每种植物中至少有1个IAA14基因。比较分析了IAA7、IAA14和IAA17的蛋白特性,显示IAA14蛋白特性不同于Aux/IAA家族的其他蛋白,氨基酸序列比对显示所有的IAA14蛋白均包含4个保守结构域。在基因组织结构分析中,发现所有的IAA14基因分享了保守的基因结构:均由5个外显子和4个内含子构成,且内含子定位在保守位置。分析了IAA14基因起始密码子上游1 500 bp序列中的生长素响应相关元件。基于现有的白菜RNA-seq数据,发现白菜IAA14基因在花器官中有大量表达,在胚胎发育中特异表达在心形胚和早期子叶胚中。通过本研究,我们对十字花科11个物种的IAA14基因的基因定位、蛋白特性、基因组织结构、进化关系、启动子基序以及基因表达情况有了基本了解,对于未来进一步深入研究IAA14基因奠定基础。     

小麦及其祖先物种GRF转录因子家族鉴定与表达分析

生长调控因子(growth-regulating factor, GRF)在植物的生长发育、逆境响应和激素信号转导中起着重要的调控作用。系统分析小麦及其祖先物种GRF转录因子家族成员在基因组上的分布、结构、进化以及表达特性,对于深入研究GRF家族的生物学功能和小麦的进化具有重要的意义。本研究利用生物信息学方法,对乌拉尔图小麦、拟斯卑尔脱山羊草、粗山羊草、栽培二粒小麦和普通小麦5个物种的GRF成员进行全基因组鉴定,并对其理化性质、系统发育关系、基因结构、启动子顺式作用元件以及表达特性进行了分析。结果表明,乌拉尔图小麦、拟斯卑尔脱山羊草、粗山羊草、栽培二粒小麦和普通小麦中分别有15、12、19、29和53个GRF成员,通过种间共线性分析发现,TtGRFs分别有18个和29个成员与TuGRFs和AesGRFs具有共线性, TaGRFs分别有36个和37个成员与TtGRFs和AetGRFs具有共线性。启动子顺式作用元件预测发现GRF基因具有基本的转录元件以及一些与生长发育和逆境响应的结合元件。RT-qPCR分析表明,多数GRF基因在外源IAA、GA和干旱胁迫条件下呈上调表达趋势,而在高温胁迫条...     

马尾松Aux/IAA家族相关基因克隆及初步分析

生长素信号转导途径在植物生长发育过程中起到至关重要的作用,Aux/IAA(auxin/indoleacetic acids)家族基因可以直接和生长素相连而发生作用。研究马尾松Aux/IAA家族相关基因,可为马尾松体内生长素信号转导途径提供理论支持。本研究克隆出3个Aux/IAA家族基因,分别命名为Pm IAA1、Pm IAA2和Pm IAA3。Pm IAA1基因,c DNA全长1 330 bp,包含711 bp完整的ORF,能够编码含有236个氨基酸的蛋白质,此蛋白相对分子质量为26 015.6 u,等电点为7.01;Pm IAA2基因,c DNA全长1 628 bp,包含909 bp完整的ORF,能够编码含有302个氨基酸的蛋白质,此蛋白相对分子质量为41 176.1 u,等电点为5.25;Pm IAA3基因,c DNA全长1 316 bp,包含759 bp完整的ORF,能够编码含有252个氨基酸的蛋白质,此蛋白相对分子质量为28 060.1 u,等电点为6.01。Pm IAA1蛋白与火距松IAA1蛋白同源性高达95%,Pm IAA2蛋白与火距松IAA2蛋白同源性高达97%,Pm IAA3蛋白与火距松IAA3蛋白同源性高达98%。Pm IAA1、Pm IAA2、Pm IAA3蛋白都含有Aux/IAA结构域,此结构域可以与ARFs(auxin response factors)结合而发生作用,这符合Aux/IAA家族的特点。利用实时定量技术得知,Pm IAA1、Pm IAA2和Pm IAA3在马尾松嫩根、嫩芽、嫩叶中都有表达。Pm IAA1在嫩叶中表达量最高、嫩根中次之、嫩茎中最低;Pm IAA2和Pm IAA3在嫩根中表达最高、嫩叶和嫩茎中次之。本研究可为生长素调控马尾松生长发育相关机理提供依据。     

油棕Aux/IAA基因家族鉴定与生物信息学分析

Aux/IAA基因家族是植物激素生长素(Auxin)早期反应的三大家族之一,研究Aux/IAA基因家族有利于深入探讨生长素信号转导分子机制,而油棕Aux/IAA基因家族的全基因组分析尚无报道。本研究利用生物信息学方法在油棕中鉴定到55个Aux/IAA家族基因,染色体定位分析表明其中50个分布在油棕的除第5、第13、第14、第15染色体外的不同染色体上;聚类分析将油棕Aux/IAA分为A、B两大类群,8个亚族;分析油棕Aux/IAA基因的表达模式,表明其Aux/IAA基因家族不同亚族基因的表达模式存在较大差异,其中一些基因可能与油棕的授粉受精过程相关。本研究将为油棕Aux/IAA基因家族各基因的具体功能研究提供一定的理论依据,并对油棕育种研究和高产栽培提供一定的参考。     

栽培花生Aux/IAA家族鉴定与生物信息学分析

Aux/IAA(Auxin/Indole-3-Acetic Acid)家族是生长素(Auxin)信号的早期响应基因家族之一,广泛参与调控植物的生长发育。然而目前对于栽培花生(Arachis hypogaea)Aux/IAA家族的研究还未见相关报道。本研究在栽培花生中共鉴定到了34个Aux/IAA基因,分布在15条不同的染色上。多重序列比对分析发现花生Aux/IAAs具有4个保守结构域,分别为Ⅰ-Ⅳ。聚类分析将花生Aux/IAAs分为Ⅰ-Ⅷ,8个亚家族。各个亚家族内部基因具有相似的保守基序,而基因之间的内含子/外显子结构存在差异。基于基因表达模式分析将栽培花生分为A和B两组基因,A组基因在花生各个组织的表达量都相对较高,而B组基因的表达具有组织特异性。基于以上结果,本研究将为进一步对Aux/IAA家族的基因功能研究提供科学依据。     

植物的AUX/IAA基因家族研究进展

AUX/IAA是生长素早期响应基因家族,其编码的蛋白质能通过与生长素响应因子特异性结合来调控生长素响应基因的表达,在整个植物生长素信号转导过程中具有重要作用。为了深入研究生长素信号转导分子机制,本文就AUX/IAA基因结构特征、组织表达特异性及其在植物生长发育中的功能作了介绍;为提高Aux/IAA基因的应用价值和进行分子水平改良植物物种提供依据。     

油茶Aux/IAA基因家族的鉴定与分析

为了获取油茶Aux/IAA基因家族的分布和结构特征,利用HMM进行油茶全基因组Aux/IAA基因的鉴定。结果表明,油茶Aux/IAA基因非均匀分布在10条染色体上;序列长度和外显子数量差异较大,氨基酸长度范围在132～1 085之间,外显子数量为2～16个,同一系统发育亚组上的基因具有类似的外显子数量和基序结构;油茶Aux/IAA部分基因具备响应生长素的顺式作用元件外,还具备其他激素响应的基序和光响应元件。转录组数据表明,CoIAAChr12＿3、CoIAAChr7＿5、CoIAAChr9＿3、CoIAAChr9＿4、CoIAAChr7＿6基因在油茶花芽、花瓣、萼片、雄蕊、雌蕊中高表达,可能与花的形成和发育相关。CoIAAChr12＿5在油茶种子中高表达,可能与油茶种子发育相关。本研究为Aux/IAA基因家族在油茶中的系统研究提供了基础。     

草莓生长素响应基因FvIAA17的克隆及表达分析

Aux/IAA蛋白作为转录抑制因子在植物生长发育过程中有重要的调控作用。为了研究草莓生长素诱导基因FvIAA17在草莓生长发育过程中的功能,以森林草莓为试验材料,克隆草莓FvIAA17基因,并对其序列特征进行生物信息学分析,利用Real-time PCR技术分析了FvIAA17在草莓不同组织及外源激素处理下的表达模式。结果表明,FvIAA17基因开放阅读框为594 bp,编码197个氨基酸;预测其分子质量和等电点分别为21. 85 ku和7. 56,具有Aux/IAA家族蛋白典型结构域和保守序列;该基因启动子区含有脱落酸、茉莉酸甲酯及胁迫相关的顺时作用元件。进化分析表明,FvIAA17基因与苹果生长素诱导基因Md IAA1亲缘关系最近;亚细胞定位预测分析表明,FvIAA17蛋白定位于周质内。Real-time PCR结果表明,FvIAA17基因表达量受到外源激素IAA、ABA的显著诱导,说明该基因可能参与了生长素、脱落酸调控草莓发育的信号转导过程。本研究为后继研究草莓FvIAA17的功能和作用机制提供参考依据。     

一个属于Aux/IAA基因家族的毛白杨PtIAA1的克隆和序列分析

基于NCBI数据库中的序列信息,我们利用PCR技术克隆到一个毛白杨(Populus tomentosa)RtIAAl基因.序列分析表明PtIAA1 cDNA长度为946个碱基,编码一个由258个氨基酸组成的蛋白,该蛋白与PtIAA1、NtIAA28和AtIAA16蛋白的同源性分别高达97%、75%和74%.系统进化分析表明PtIAA1基因可能属于Aux/IAA基因家族中组的成员.与大多数的Aux/IAA基因家族中的基因一样,PtIAA1蛋白是一个短命核蛋白,拥有4个高度保守的区域.     

黄河中游粗山羊草三种y-型高分子量谷蛋白亚基的鉴定、克隆及系统进化分析

粗山羊草(Aegilops tauschii, 2n = 2x = 14, DD)是六倍体普通小麦的祖先之一,其高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)变异类型丰富,是小麦品质改良的重要基因资源。利用十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)分析了黄河中游地区161份粗山羊草的HMW-GS,发现3种编码序列未知的y-型亚基,即Dy10.5^t、Dy10.4^t和Dy10.5^*t亚基。通过AS-PCR扩增、克隆、测序和氨基酸序列推导,发现3种未知序列均具有典型HMW-GS的序列结构特征且较为相似,仅Dy10.4^t与Dy10.5^t亚基存在一个氨基酸重复单元的缺失,Dy10.5^t与Dy10.5^*t亚基在信号肽部位有一个氨基酸的替换(L-F)。通过对这3种HMW-GS与32个已知氨基酸序列的HMW-GS多序列比对和系统进化关系分析,证实Dy10.5^t、Dy10.4^t和Dy10.5^*t 3个亚基是D基因组编码的高分子量谷蛋白y-型亚基家族的新成员。     

CIMMYT新型人工合成小麦Pina和Pinb基因等位变异

六倍体人工合成小麦由硬粒小麦（Triticum turgidum subsp. durum）与粗山羊草（Aegilops tauschii Coss.）杂交产生,是研究小麦进化过程中基因变异的重要材料。以国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）提供的57份由野生二粒小麦（T. turgidum subsp. dicoccoides）与粗山羊草杂交产生的新型人工合成六倍体小麦为材料，用单籽粒特性测定仪和Pina、Pinb特异性PCR引物对其籽粒硬度变异以及控制籽粒硬度的主效基因Pina和Pinb的分布情况进行了研究。结果表明，这些材料的SKCS硬度值变异较大，从10.5到42.6，其中15~30的占78%。共有Pina-D1a、Pina-D1c、Pinb-D1h和Pinb-D1j 4种等位变异型，基因型为Pina-D1a/Pinb-D1j的8个，占14%；基因型为Pina-D1c/Pinb-D1h的49个，占86%。方差分析表明，基因型Pina-D1a/Pinb-D1j与Pina-D1c/Pinb-D1h对籽粒硬度的影响差异不显著，但父本粗山羊草和母本野生二粒小麦以及二者间的互作对籽粒硬度有显著影响，说明除Pina和Pinb外，还有其他微效基因影响籽粒硬度的形成。     

TaMyb2-Ⅱ基因在普通小麦(Triticum aestivum L.)及其近缘种中的单核苷酸多态性分析

以39份抗旱性不同的普通小麦、5份A基因组材料、4份拟斯卑尔脱山羊草（Aegilops speltoides）、6份粗山羊草（Aegilops tauschii）和2份四倍体小麦,分析TaMyb2基因的核苷酸序列长度多态性和单核苷酸多态性,及其与抗旱性的关系。结果发现,TaMyb2在A基因组材料中无目标片段扩增,在其他材料中检测到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3种类型序列。经详细分析,TaMyb2-Ⅱ序列长1 606 bp,在供试材料77 088 bp的核苷酸序列中包括34个单核苷酸变异,其中26个SNP,8个InDel,二者出现的频率分别为1/2 965 bp和1/9 636 bp,编码区π值（0.00055）小于非编码区的π值（0.00185）, 说明编码区的遗传变异小于非编码区的遗传变异。从SNP水平上分析,发现普通小麦与其D基因组供体种粗山羊草及四倍体小麦的亲缘关系较近,与B基因组供体种拟斯卑尔脱山羊草的亲缘关系较远。48份材料的TaMyb2-Ⅱ序列共分为18个单倍型（haplotype）,其中haplotype 2、3、5、6、8、9均为旱地栽培的普通小麦品种,说明普通小麦TaMyb2-Ⅱ的这几个haplotype结构可能与抗旱性有关。     

人工合成多倍体小麦及其供体种的高分子量 谷蛋白亚基组成研究

采用十二烷基磺酸钠—聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE），分析了4份节节麦及其在此基础上形成的人工合成多倍体高分子量麦谷蛋白亚基（high-molecular-weight glutenin subunit，HMW-GS）的组成。研究结果表明，4份节节麦AS60-1、AS60-2、AS77和AS2383在Glu-D1位点上出现了4种不同的亚基类型，分别为2+10、5+12、5+10和2.1+10；2份节节麦人工加倍形成四倍体AS2390、AS2410的HMW-GS分别为2.1+10、5+10；3份节节麦—圆锥麦人工合成双二倍体RSP、SHW-L1及SHW-L2的HWM-GS分别为2*、17+18、5+10；2*、17+18、2+10和2+10。谷蛋白亚基呈现了共显性遗传，表明了节节麦高分子量谷蛋白基因能在人工多倍体情况下得到正常表达。此外，还对利用节节麦优良基因的方式作了讨论。     

利用比较基因组学开发山羊草属InDel分子标记

为开发和利用小麦野生近缘种的有益基因, 采用比较基因组学方法, 通过拟斯卑尔脱山羊草EST(expressed sequence tag)与小麦UniGene序列的比对分析, 发现山羊草插入/缺失(InDel)位点137个, 在这些位点两端序列设计引物24对, 通过在15个小麦野生近缘属种基因组DNA的扩增分析, 发现11对引物具多态性, 可以作为InDel标记。这些包含突变位点的基因涉及亚细胞定位、蛋白质结合与催化以及代谢等过程。     

普通小麦-卵穗山羊草种质的菲利普孢囊线虫抗性

菲利普孢囊线虫(Heterodera filipjevi)是我国黄淮麦区新发现的一种病原线虫,但在小麦属中缺乏有效抗源。为从小麦亲缘种属中发掘抗病资源,采用室内接种平均单株雌虫鉴定法,从34份卵穗山羊草(Aegilops geniculataRoth)材料中筛选出6份抗H. filipjevi的种质材料,其中PI542187表现高抗,PI564186、PI573396、PI374365、PI361880和PI374365表现抗病。对中国春–卵穗山羊草染色体附加系抗性鉴定发现,卵穗山羊草7U^g和5M^g附加系的单株白雌虫数明显低于中国春。连续两年又对17份小麦?卵穗山羊草5M^g-5D易位系材料的抗性鉴定发现,5M^g464、5M^g466和5M^g457抗性较好。     

27个二倍体和10个四倍体小麦近缘种抗叶锈性鉴定

利用我国小麦叶锈菌5个优势致病类型的混合菌种,在田间对27个二倍体和10个四倍体小麦近缘种成株期抗病性进行了接种鉴定,发现3个粗山羊草、1个野生二粒小麦和3个硬粒小麦表现免疫,1个一粒小麦、9个粗山羊草和1个硬粒小麦表现抗病,说明目前这些材料所含抗叶锈病基因有很高的开发应用价值。选择18个有鉴别作用的小麦叶锈菌致病类型,在不同温度下进行苗期抗叶锈病基因推导,根据抗感反应模式,推定粗山羊草Y192含Lr40,Ae37和Y190含Lr41,硬粒小麦Altar 84、Doliu、Dr147和Volcani 447含Lr23和未知基因;Ae39、T96243和Y193等10个粗山羊草和野生二粒小麦不含苗期抗叶锈病基因。粗山羊草Ae39、T96243、Y193和野生二粒小麦在成株期表现免疫至抗病且严重度≤10%,说明具有成株期抗病性特点。     

不同水肥条件下二倍体、四倍体和六倍体小麦养分吸收、利用效率的研究

试验选用了3个二倍体（Triticum boeoticum，AA；Aegilops speltoides，BB和Ae. tauschii，DD）、2个四倍体（T. dicoccoides，AABB和T. dicoccum，AABB）和1个六倍体（T. aestivum，AABBDD）的小麦进化材料，在不同水肥条件下研究小麦进化中养分效率的差异及水肥条件对小麦养分利用的影响。试验表明，随小麦的进化，养分（N、P和K）吸收量和吸收效率显著增加，但是籽粒养分含量却减少。水分胁迫和低肥处理减少小麦籽粒养分含量、（整株）养分吸收量和吸收效率。小麦的生物量养分利用效率和产量养分利用效率都存在显著的种间差异，而且后者的差异更大。随小麦的进化，生物量养分利用效率和产量养分利用效率均显著增加。6个小麦进化材料的生物量氮、磷利用效率（NUTEb和PUTEb）的大小顺序相同，均为：Ae. speltoides > T. dicoccum、T. dicoccoides、Ae. tauschii、T. boeoticum > T. aestivum，而生物量钾利用效率（KUTEb）是T. aestivum、Ae. tauschii、Ae. speltoides > T. dicoccoides > T. dicoccum > T. boeoticum。Ae. tauschii的产量养分利用效率显著高于其他两个二倍体小麦（AA和BB），表明D组染色体上存在有控制高效利用养分的基因。产量氮、磷、钾利用效率（NUTEg、PUTEg、KUTEg）和收获指数（HI）的大小排序均为：T. aestivum > T. dicoccum、T. dicoccoides、Ae. tauschii > T. boeoticum、Ae. speltoides。水分与养分对生物量养分利用效率有显著影响，而对产量养分利用效率的作用却不显著，说明小麦产量养分利用效率是较为稳定的特性，主要由基因型决定。水分胁迫有利于提高小麦生物量养分利用效率，但是增加施肥量却对其有负作用。