可可FAT基因家族进化及表达模式分析

在植物中,酰基-ACP硫酯酶（fatty acyl-ACP thioesterase, FAT）是调控脂肪酸合成的关键酶。为解析可可FAT基因家族成员的特点与功能,本研究从可可基因组中筛选鉴定出FAT基因家族的6个成员,分别命名为TcFATA、TcFATB1、TcFATB2、TcFATB3、TcFATB4、TcFATB5。6个基因外显子数目为6~7个,编码区（CDS）长度介于1128~1263 bp,预测蛋白分子量介于42.72~46.47 kDa,等电点介于6.57~9.10。进化分析结果表明可可FAT基因家族分成FATA与FATB亚群,FATA亚群包含1个可可TcFATA成员,FATB亚群包含5个可可TcFATBs成员。不同可可种子发育时期表达分析结果表明:TcFATA和TcFATB1伴随果实发育成熟,表达量呈下降趋势,TcFATA和TcFATB1在不同种质中表达量与油酸（C18:1）和棕榈酸（C16:0）比例呈正相关,表明其与脂肪酸组分比例调控有紧密关联。     

外源ABA对苗期低温下冬小麦蔗糖含量及其关键酶基因表达的影响

为了探讨外源ABA对苗期低温下冬小麦植株蔗糖代谢的调节作用,以抗寒性强的品种东农冬麦1号和抗寒性弱的品种济麦22为试验材料,在三叶期分别于不同温度下经ABA处理48 h后取叶片和地下茎,研究外源ABA对苗期低温下冬小麦的蔗糖含量及蔗糖代谢相关酶基因表达的影响。结果表明,外源ABA处理使低温下抗寒性强的东农冬麦1号中积累了更多的蔗糖,尤其是叶片,而在济麦22中则抑制了蔗糖的积累。4℃以上温度时,外源ABA促进了东农冬麦1号叶片和地下茎中UGP在蔗糖合成中的作用;在4℃以下低温时,外源ABA则促进了UGP在蔗糖分解中的作用。4℃以上温度时,外源ABA提高了东农冬麦1号叶片中Ta SPS基因和地下茎中Ta SAInv基因的表达,而抑制了济麦22各器官中Ta SPS基因和Ta SAInv基因的表达。此外,4℃以上温度时,外源ABA抑制了两个小麦品种各器官中Ta SS基因的表达。表明抗寒性强的东农冬麦1号对外源ABA可能更加敏感,其蔗糖合成能力的提高将有利于冬小麦植株抵御低温,进而维持植株的存活。     

橡胶树中碱性转化酶基因 HbNIN8 的克隆与表达分析

蔗糖是高等植物光合产物的重要存储方式，而转化酶和蔗糖合酶是水解蔗糖的主要酶。研究基于橡胶树的基因组和转录组数据，采用 RT-PCR 技术克隆到一个中碱性转化酶基因 HbNIN8 的全长 cDNA。该基因预测编码 630 个氨基酸。同源和亚细胞定位分析表明，HbNIN8 属于 α 类中碱性转化酶，叶绿体定位。应用毕赤酵母真核表达获得其重组蛋白，分析了其酶活性特点，HbNIN8 在毕赤酵母中重组蛋白的最适 pH 为 7.5，最适温度为 45 ℃。实时荧光定量 PCR分析表明，HbNIN8 主要在叶片中表达，其表达量随着叶片的成熟而逐渐增加，在稳定期叶片中达到最大，在成熟叶片中，HbNIN8 的表达呈现明显的昼夜差异，晚上的表达水平相对高于白天。因此，HbNIN8 很可能是负责将叶绿体中的蔗糖水解为单糖，从而调控橡胶树叶绿体内蔗糖和淀粉的分配。     

橡胶树中碱性转化酶基因 HbNIN8 的克隆与表达分析

蔗糖是高等植物光合产物的重要存储方式,而转化酶和蔗糖合酶是水解蔗糖的主要酶。研究基于橡胶树的基 因组和转录组数据,采用 RT-PCR 技术克隆到一个中碱性转化酶基因 HbNIN8 的全长 cDNA。该基因预测编码 630 个氨 基酸。同源和亚细胞定位分析表明,HbNIN8 属于 α 类中碱性转化酶,叶绿体定位。应用毕赤酵母真核表达获得其重组 蛋白,分析了其酶活性特点,HbNIN8 在毕赤酵母中重组蛋白的最适 pH 为 7.5,最适温度为 45 ℃。实时荧光定量 PCR 分析表明,HbNIN8 主要在叶片中表达,其表达量随着叶片的成熟而逐渐增加,在稳定期叶片中达到最大,在成熟叶片 中,HbNIN8 的表达呈现明显的昼夜差异,晚上的表达水平相对高于白天。因此,HbNIN8 很可能是负责将叶绿体中的 蔗糖水解为单糖,从而调控橡胶树叶绿体内蔗糖和淀粉的分配。     

香蕉MaSULTR3家族成员的全基因组鉴定与不同温度下表达模式分析

利用生物信息学分析法对香蕉MaSULTR3基因家族成员进行全基因组鉴定、蛋白特性分析、分子进化树分析、启动子顺式作用元件分析以及低温胁迫下叶片转录组的FPKM值分析;其后,利用基因组数据结合RT-PCR方法克隆了‘天宝蕉’（Musa spp., AAA Group）组培苗MaSULTR3.1-2基因的ORF序列;最后,利用qPCR技术分析了该基因在低温胁迫下的表达模式。结果表明,香蕉MaSULTR3家族有12个成员;MaSULTR3启动子区域含有光响应、激素响应、低温、干旱等逆境胁迫相关的响应元件;分子进化树分析表明MaSULTR3家族成员可分为4类：Class Ⅰ包含2个MaSULTR3成员（MaSULTR3.3-2、MaSULTR3.3-1）,与单子叶植物香蕉和水稻的SULTR3.3聚在一起;Class Ⅱ包含3个MaSULTR3成员（MaSULTR3.4-2、MaSULTR3.4-1的2个不同转录本）,与大部分物种的SULTR3.4和拟南芥的SULTR3.3/4聚在一起;Class Ⅲ包含4个MaSULTR3成员（MaSULTR3.1-6、MaSULTR3.1-2、MaSULTR3.5-1、MaSULTR3.5-2）,与香蕉和水稻的SULTR3.5聚在一起;Class Ⅳ包含4个MaSULTR3成员（MaSULTR3.1-4、MaSULTR3.1-3、MaSULTR3.1-5、MaSULTR3.1-1）,拟南芥、水稻和香蕉的SULTR3.1/2聚在一起。不同温度下叶片转录组的FPKM值分析表明：MaSULTR3在低温下整体呈上调趋势,在13 ℃处理下表达量最高,且MaSULTR3不同成员在应对低温胁迫下有不同的分工。天宝蕉MaSULTR3.1-2基因的ORF序列包含1959 bp的完整开放阅读框,编码652个氨基酸残基,属于SULTR3基因家族,不含信号肽,具有双向跨膜,为疏水性蛋白,PI为8.55,含有55个蛋白磷酸化位点,三级结构中α-螺旋和无规则卷曲占比较大。亚细胞定位预测结果显示MaSULTR3.1-2可能定位于细胞质。qRT-PCR结果显示,‘天宝蕉’MaSULTR3.1-2基因在所有检测组织部位均有表达,其中在叶片的表达量最高,并且在叶片表达量为随温度下降,表达量先下降后上升,在28 ℃表达量最高。本研究结果表明MaSULTR3.1-2基因可能参与低温胁迫下香蕉的抗寒响应。     

可可泛素结合酶基因家族的生物信息学初步分析

泛素结合酶(E2s)促进底物泛素化或者与E3s链接,是靶蛋白泛素化的关键酶,在泛素-蛋白酶体途径中起重要作用。利用可可(Theobroma cacao L.)全基因组测序数据,共鉴定出45个E2s基因家族成员,包括39个UBC和6个UEV基因。通过生物信息学方法,对可可E2s家族的基本理化性质、基因结构、二级结构预测、亚细胞定位、进化关系等方面进行初步分析。结果表明:可可E2s基因CDS长度在441(Tc UEV3)~3 651 bp(Tc UBC7)之间,对应的编码蛋白氨基酸数目在146(Tc UEV3)~1 216 aa(Tc UBC7)之间,编码蛋白分子量在16.39~134.71 ku之间。E2s基因外显子在1~11之间,多数基因外显子数目在5~7之间。E2s基因在10条染色体上均有分布,1号染色体为7个,数量最多;6号染色体2个基因,数量最少。可可E2s蛋白大多为不稳定蛋白,且均为亲水性蛋白,其二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主要构成元件。大多数可可E2s蛋白定位在细胞核,少数定位在内质网或者细胞质。进化树分析表明:可可E2s蛋白被分为20个亚家族,包括16个UBC亚家族和4个UEV亚家族,第Ⅵ亚家族E2s数目最多为9个;E2s家族蛋白在物种进化过程中具有高度保守性。     

哈姆林甜橙蔗糖合酶Ⅰ和酸性转化酶基因表达与果实糖积累的关系

蔗糖合酶(Sucrose synthase,SS)与酸性转化酶(Acid invertase,AI)是甜橙糖代谢过程中的两个关键酶,SS催化尿嘧啶核苷二磷酸葡萄糖和果糖合成蔗糖的可逆反应,AI则不可逆的催化蔗糖分解为果糖和葡萄糖,它们在甜橙糖代谢过程中起着重要作用。笔者以哈姆林甜橙品种为试验材料,采用半定量RT-PCR法,对4个时期哈姆林叶片中的SSI基因和AI基因的表达进行了分析。结果表明,4个时期哈姆林叶片中均可检测到SSI基因和AI基因在转录水平上的表达,但表达量存在差异。SSI基因在果实发育过程中表达量呈"低-高-低-高"趋势。AI基因在哈姆林果实发育成熟过程中的表达逐渐减弱,与果实糖累积呈负相关。     

植物蔗糖转运蛋白研究进展

蔗糖转运蛋白(SUT)在植物的生长代谢中调控蔗糖的运输和分配,并通过蔗糖信号影响其它代谢途径。植物蔗糖转运蛋白结构较为保守,属于12次跨膜的膜蛋白基因家族。对已完成基因组测序的10个单子叶和8个双子叶植物的蔗糖转运蛋白聚类分析表明,该基因家族可以分为5个亚族,SUT1、SUT2、SUT3、SUT4、SUT5,其中SUT2和SUT4为单、双子叶所共有的基因,SUT1为双子叶特异,而SUT3、SUT5为单子叶特异。单、双子叶蔗糖转运蛋白是由2个祖先基因进化而来。SUT的组织分布和遗传转化研究表明,SUT参与植物蔗糖运输与贮存、非生物胁迫响应、胚乳发育等,且SUT家族成员之间存在功能差异。SUT2的表达受Sn RKs调控,而SUT4表达则调控部分生物钟相关基因,同时筛部移动信号等也调节SUT的表达。本文综述了植物蔗糖转运蛋白基因分类、生理功能及其在不同水平上的调控等方面的研究进展,为更好的理解蔗糖转运蛋白对植物生长发育的影响及其分子机制提供参考。     

玉米泛素活化酶基因家族鉴定及表达模式分析

通过生物信息学分析,从B73玉米全基因组中鉴定出4个泛素活化酶基因,分别命名为Zm UBA1~Zm UBA4。4个Zm UBA基因编码氨基酸数目在1 030~1 056 aa,编码蛋白分子量在114.63~117.39 k D,等电点在5.18~5.80,且均含有5个内含子。蛋白二级结构预测,4个基因编码的蛋白主要以α–螺旋和不规则卷曲为主,亚细胞定位预测4个基因均定位于细胞核中。荧光定量PCR结果表明,Zm UBA1基因在根、茎、叶、雄穗和雌穗中呈现组成性表达,Zm UBA2和Zm UBA4基因在雄穗表达量最高,Zm UBA3在叶片表达量最高,呈现组织特异性表达。Zm UBA3在盐和低温胁迫上调表达,Zm UBA4在盐胁迫时下调表达,说明Zm UBA3基因可能参与玉米低温和盐胁迫的应答,Zm UBA4可能参与玉米盐胁迫应答。     

巴西橡胶树蔗糖磷酸合成酶基因的克隆和表达分析

分析橡胶树EST数据库,得到一个注释为SPS(蔗糖磷酸合成酶)的EST序列重叠群(contig).通过PCR扩增和测序技术获得该基因的全长cDNA和基因组序列,命名为HbSPS1.序列分析显示,HbSPS1基因长度为5 298 bp,包含13个外显子和12个内含子.对应的cDNA编码序列(CDS)为3 156 bp,推测编码1 050个氨基酸,分子量大小为118.1 ku,等电点为6.05.采用荧光定量PCR技术分析该基因的表达模式,结果表明,HbSPS1基因主要在胶乳中表达,在乙烯利和机械伤害处理的胶乳中呈下调表达,在割胶影响下略有上调表达趋势,同时该基因在叶片发育过程中呈上调表达.说明HbSPS1基因可能参与胶乳蔗糖代谢和叶片发育调控.     

杜鹃红山茶ACO1的克隆及其表达分析研究

根据山茶（Camellia japonica）同源序列设计特异性引物,利用同源克隆和3°,5°-RACE技术,从杜鹃红山茶（C. azalea）花芽组织中克隆出ACC氧化酶（ACC-oxidase, ACO）基因,命名为CaACO1,基因全长1232 bp,开放阅读框963 bp,编码320个氨基酸。实时荧光定量PCR分析发现,ACO1在杜鹃红山茶不同组织中均得到表达,其中茎尖ACO1表达量最低,其次花芽、叶芽、根尖,表达量较高的是真叶和花器官,随着叶片成熟和花器官发育ACO1表达量均逐渐增加。结果表明,该基因可能参与杜鹃红山茶叶片发育,并且与花器官衰老密切相关。ACO1在参试的8个山茶品种花器官发育过程中的表达模式基本一致,但不同品种间的表达量存在差异。相关性分析发现ACO1表达量与花型、花色、花径和花瓣数4个形态指标均无显著相关性。     

芒果MiFRI1和MiFRI2基因的克隆与表达分析

FRIGIDA（FRI）是植物春化途径中影响成花的关键基因之一。本研究克隆了2个芒果FRI基因,分别命名为MiFRI1和MiFRI2。序列生物信息学分析结果显示,MiFRI1和MiFRI2基因的ORF长度分别为1752、1815 bp,编码584、605个氨基酸,蛋白质分子量为64.98、66.86 kDa。进化树分析结果显示,MiFRI1和MiFRI2分别属于FRIGIDA和FRIGIDA-like两个分支。表达模式分析结果显示,MiFRI1和MiFRI2基因在芒果的叶、茎和芽（花）中均表达。MiFRI1在芒果的营养期和成花转变期之间的各个组织中表达水平均较低,而在花芽分化后期的叶片和芽中表达水平显著升高且达到顶峰。MiFRI2的表达高峰在不同组织中出现的时间不同。2个MiFRIs基因在营养芽转向花芽发育的过程中的顶芽中表达水平均下降,但在花芽分化后期的顶芽中表达水平又再次上升,而在叶片中2个基因的表达高峰均出现在花芽分化后期,但MiFRI1的表达水平高于MiFRI2。说明MiFRIs与芒果的花发育有关,但2个基因发挥功能的程度可能存在差异。     

施钾量对甜玉米穗位叶蔗糖合成的影响

试验以甜玉米东甜3号、东甜4号为材料,研究钾素用量对甜玉米穗位叶蔗糖形成积累的影响。结果表明,吐丝后穗位叶蔗糖含量呈逐渐下降趋势,两个品种均以施钾肥150kg/hm2处理蔗糖含量最高,不施钾肥最低;穗位叶蔗糖磷酸合成酶活性变化与蔗糖含量变化一致;蔗糖合成酶(合成)活性呈单峰曲线变化,峰值出现的时期因品种而异,不同钾肥处理间酶活性高低不同。     

芒果SEPALLATA3基因的生物信息学与表达分析

SEPALLATA3（SEP3）属于MADS-box基因家族,与植物的成花时间和花器官分化有关。在本研究中,从芒果转录组数据中挖掘获得了2个MiSEP3s基因,分别命名为MiSEP3-1和MiSEP3-2。生物信息学分析显示,MiSEP3-1和MiSEP3-2基因的基因组DNA长度分别为4189 bp和3721 bp,2个基因的开放阅读框长度一致均为732 bp,编码244个氨基酸,蛋白质分子量分别为59.29 kD和59.28 kD。2个MiSEP3s的氨基酸序列中含有典型的MADS结构域和K-box结构域。启动子序列分析显示,2个MiSEP3s基因启动子均包含光响应元件、激素响应元件、逆境响应元件和转录因子结合位点,但调控元件种类和数量存在差异。基因表达模式分析显示,2个MiSEP3s基因在营养期的茎、叶和芽中表达量较低,但在成花转变后期的芽中持续上调表达,在花中达到表达高峰。该结果为MiSEP3基因功能的研究提供参考。     

氮素用量对春玉米穗位叶蔗糖合成关键酶活性的影响

试验以高淀粉玉米四单19、普通玉米东农250、优质蛋白玉米丰禾10为材料,研究氮素用量对春玉米穗位叶蔗糖代谢的影响,揭示蔗糖合成过程中蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)的调节作用。结果表明：氮素用量适当有利于提高玉米穗位叶蔗糖含量、蔗糖合成酶活性和蔗糖磷酸合成酶活性,证实了蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶能促进春玉米叶片蔗糖积累。     

茉莉花JsMYB108和JsMYB305基因的克隆及其对TPS基因的激活作用

基于茉莉花叶转录组（GenBank登录号为GHOY00000000）筛选了2个在花瓣中及夜间优势表达,且与其他物种中香气调控转录因子同源度高的MYB基因进行克隆并分析了它们在花朵开放中的表达模式。2个MYB基因编码序列长度分别为864 bp和588 bp,编码287 aa和195 aa个氨基酸残基。分别与拟南芥AtMYB108及AtMYB24亲缘关系相近,与油橄榄（Olea europaeavar. sylvestris）MYB108-like protein和MYB305-like protein相似度最高,分别命名为JsMYB108和JsMYB305。JsMYB108和JsMYB305在夜间表达量显著高于白天,与4个茉莉花萜类合成酶基因JsTPS表达特征一致。为探究JsMYB108和JsMYB305是否参与萜类香气调控,将其构建至植物表达载体pK7FWG2.0（35 S启动子,GFP报告基因）中,利用茉莉花茎段愈伤组织遗传转化体系检测其对愈伤组织中4个JsTPS基因表达水平的影响。结果显示：转化了JsMYB108和JsMYB305的愈伤组织内能检测到GFP荧光和2个MYB基因转录本;JsMYB108可显著提高JsTPS2表达水平,JsMYB305可显著提高4个JsTPS基因的表达,暗示JsMYB108和JsMYB305可能不同程度地参与了萜类合成的调控。该研究结果为今后茉莉花香气调控的深入研究提供参考。     

蝴蝶兰蔗糖合成酶基因的cDNA克隆及其表达分析

利用低夜温诱导的蝴蝶兰花芽的抑制消减杂交文库中分离的蔗糖合成酶基因的ESTs片段,采用RT-PCR和RACE技术,从蝴蝶兰花芽中克隆得到蔗糖合成酶基因的全长cDNA,命名为PhSUS,GenBank登录号JX162557.该基因全长2 816 bp,包含147 bp的5’非编码区、218 bp的3 '非编码区和一个长度为2 451 bp编码816个氨基酸的开放阅读框.PhSUS预测的分子量为93.30 ku,等电点为5.95.蛋白同源性分析结果表明,PhSUS与兰科植物的文心兰、石斛兰和莫氏兰(Mokara)等的蔗糖合成酶有很高同源性.保守结构域分析结果表明,PhSUS含有蔗糖合成酶和葡糖基转移酶两个保守功能域及4个ADP结合位点.表达分析结果表明,PhSUS在检测的组织中都有表达,但表达丰度不同.PhSUS在花蕾发育中后期、成熟花和花器官的表达量都较营养阶段根和叶中的表达量高.PhSUS的克隆为研究其参与花芽分化和发育的表达调控奠定了重要基础.     

锦绣杜鹃花芽分化与叶片物质变化的相关性研究

观察锦绣杜鹃的花芽分化结构变化,测定来自不同开花率的植株叶片中蛋白质、可溶性糖、淀粉和叶绿素含量,初步探讨这些物质变化与其花芽分化过程的相关性。结果表明:广州地区的锦绣杜鹃在6月下旬开始花芽形态分化,约40 d形成完整的小花结构,8月中下旬出现肉眼可见花蕾。锦绣杜鹃在花芽分化过程中,高成花率植株的功能叶中干物质含量趋于稳定。蛋白质含量出现升高-降低-升高-降低的起伏变化,直至花芽分化完成后再一直回升趋于平稳;可溶性糖、叶绿素含量均呈升高-降低-再回升的变化趋势;淀粉含量呈降低-升高-降低-再回升的变化。蛋白质、可溶性糖、淀粉和叶绿素在花芽分化前的快速有效积累和后期的有效利用,对锦绣杜鹃花芽分化具有非常重要的作用,并与植株成花率有一定的关系。     

不同气孔密度水稻剑叶光合特性及蔗糖代谢研究

以叶片不同气孔密度(高、中和低气孔密度)水稻品系为试验材料,在齐穗期研究水稻剑叶光合特性、糖分含量和蔗糖代谢酶活性。结果表明,水稻叶片中蔗糖含量、蔗糖磷酸合成酶活性与气孔密度呈极显著正相关;蔗糖合成酶活性与气孔密度呈显著正相关。高气孔密度水稻叶片Rubisco活性、净光合速率、蔗糖含量、蔗糖磷酸合成酶和蔗糖合成酶活性显著高于低气孔密度水稻;不同叶片气孔密度与中性转化酶呈显著负相关。研究认为,气孔密度增加提高了水稻叶片光合效率,促进了蔗糖积累及蔗糖代谢酶活性提高,有利于更多光合产物——蔗糖向籽粒转运。