甘蓝型油菜热激蛋白HSP70基因家族的鉴定和分析

热休克蛋白也称热激蛋白(heat shock protein, HSP),是植物在受到生长环境中不利的生长因子胁迫时产生的一种用于抗逆的防御蛋白,其中在生物体中分布最普遍的一种热激蛋白是热休克蛋白70 (heat shock protein 70, HSP70)。为全面、深入地了解芸薹属HSP70基因家族的信息,本研究对芸薹属的3个物种(白菜,甘蓝和甘蓝型油菜)进行了生物信息学分析,首先在BRAD数据库中对芸薹属的3个物种进行HSP70基因数目的鉴定,分别在白菜和甘蓝中鉴定出了2个HSP70,在甘蓝型油菜中鉴定出了4个HSP70。将鉴定出来的这8个HSP70基因进行生物信息学分析(系统发生关系,基因结构,保守基序,染色体定位和同源性等),结果显示,芸薹属HSP70基因结构相似,在核酸和蛋白水平均具有高度保守性,进化过程中基本种之间以及天然杂交种与基本种之间均保持着极高的同源性,进化树以及其他生物信息学分析结果还表明甘蓝型油菜的HSP70位点与白菜、甘蓝的HSP70位点符合"禹氏三角"理论,但是根据3个物种的HSP70基因数量及对应关系等分析结果可推测白菜、甘蓝、甘蓝型油菜3个物种的HSP70位点与三倍化理论不完全一致,此结果可反映芸薹属的这3个物种在进化过程中其HSP70基因在数量或结构上发生过变化,致使其不满足三倍化学说。     

芸薹属植物PHYB基因的鉴定与比较分析

植物光敏色素B (PHYB)是一种可吸收红光/远红光的光受体,参与调控植物光形态建成、开花时间、种子萌发等生长发育过程。本研究在芸薹属白菜(AA)、甘蓝(CC)、甘蓝型油菜(AACC)、黑芥(BB)和芥菜(AABB)中鉴定了9个PHYB基因,其中芸薹属A基因组和B基因组中均只有1个PHYB基因,而C基因组中有2个PHYB基因。C基因组中定位在MF2亚基因组上的BoPHYB2和BnCPHYB2有较多的片段缺失。比较分析芸薹属PHYB基因上游调控序列发现这些PHYB基因中均有多种光调控元件,每个PHYB基因上游均有2个保守的G-box元件,在其两侧至少有2个SORLIP2元件。基于转录组测序数据,显示白菜BrPHYB基因在根、茎、叶、花和角果中以及在不同胚胎发育阶段均有表达。通过对全基因组已测序的芸薹属植物PHYB基因的鉴定、进化关系、启动子基序及基因表达等分析,对进一步深入研究芸薹属植物PHYB基因提供了理论依据。     

甘蓝型油菜BES1转录因子家族的鉴定及比较基因组学分析

BES1转录因子家族对调节植物的生长发育和逆境胁迫具有非常重要的作用。本研究在甘蓝型油菜基因组测序完成的基础上,对芸薹属作物BES1转录因子家族的进化及表达进行了系统深入研究。本研究在甘蓝型油菜、白菜、甘蓝和拟南芥全基因组中分别鉴定到29条、15条、14条和8条BES1转录因子。通过系统发育、基因结构和保守基序的分析,这些转录因子被分为三组,即Group A、Group B和Group C。在甘蓝型油菜与白菜、甘蓝和拟南芥间分别鉴定出30对、32对和23对直系同源基因。甘蓝型油菜中含有15对旁系同源BES1基因,显著的高于其它3个物种。大多数BES1基因在根和叶中都具有较高的表达水平,表明这些基因在甘蓝型油菜生长发育过程中起到重要的作用。本研究对进一步探索该家族调控植物的生长及逆境适应的分子机制奠定了基础,同时为其它基因家族的研究提供了指导。     

芸薹属物种(B.napus,B.rapa,B.oleracea)CAMTA4基因家族的鉴定与进化分析

钙调蛋白在植物的生理代谢中起着重要作用,而钙调蛋白的转录翻译过程需要CAMTA的参与。为研究芸薹属植物中CAMTA4位点的分子进化,本研究利用生物信息学的方法,分析了甘蓝型油菜、白菜和甘蓝的CAMTA4家族核苷酸序列的基本特征和基因结构、蛋白序列的基本特征和功能域,以及它们的系统发生关系。结果显示,这3个物种的CAMTA4都具有CAMTA保守的结构域,且它们的进化符合禹氏三角理论和三倍化学说。本研究明确了甘蓝型油菜、白菜和甘蓝CAMTA4位点的进化历程,并且为研究芸薹属植物CAMTA的功能提供了生物信息学参考。     

芸薹属物种(B.napus,B.rapa,B.oleracea)TCP基因家族全基因组鉴定和分析

TCP蛋白是植物特有的一类转录因子,广泛参与植物叶发育、花对称性、侧枝发育等过程,具有重要的调控作用。为了揭示芸薹属TCP基因家族的功能和进化关系,本研究利用生物信息学方法对白菜、甘蓝和甘蓝型油菜的TCP转录因子家族成员、基因分类、基因结构、系统进化关系和结构域序列保守性进行分析。研究表明,白菜和甘蓝的TCP基因成员各有37条、甘蓝型油菜TCP基因成员有78条,且全部为亲水蛋白,大部分的TCP基因结构简单,不含内含子;序列分析表明,这些TCP基因均具有高度保守的TCP结构域;根据结构域差异和系统发育分析的结果,将白菜、甘蓝、甘蓝型油菜TCP基因分为两类:ClassⅠ和ClassⅡ,ClassⅡ可继续分为CIN和CYC/TB1两个小组;聚类分析发现,芸薹属中白菜、甘蓝、甘蓝型油菜TCP基因与拟南芥垂直同源的At TCP11、At TCP16、At TCP23的TCP基因缺失,可能与芸薹属发生三倍化事件或驯化过程中的人工选择有关。以上研究将为揭示芸薹属TCP基因的功能提供重要的理论基础。     

芸薹属物种(B.napus,B.rapa,B.oleracea,B.juncea,B.nigra)MYB28家族的分子进化

芸薹属物种(甘蓝型油菜,白菜,甘蓝,芥菜型油菜和黑芥)是重要的经济作物,它们均含有硫代葡萄糖苷(简称硫苷),硫苷的合成受MYB转录因子的调控,其中MYB28能够调控甲硫氨酸合成脂肪族硫苷。目前,普遍认为芸薹属物种在进化过程中发生了全基因组三倍化,并且用禹氏三角表示来表示它们间的亲缘关系。本研究利用生物信息学方法,鉴定了5个芸薹属物种MYB28,分析了芸薹属MYB28的基本特征、同源性和系统发生关系,探讨了芸薹属物种MYB28家族的分子进化。结果显示,芸薹属MYB28在不同物种间的同源性存在高于种内同源性的现象,芸薹属MYB28位点的进化符合禹氏三角理论,但不完全符合三倍化学说。     

利用SNP分型技术鉴别油菜FLC1与FLC3基因的A、C组基因型

甘蓝犁油菜是由白菜型油菜(A组基因型)与甘蓝(C组基因型)杂交后自然加倍的异源四倍体芸薹属植物.其中含有A组与C组两种基因型的染色体,而FLC1与FLC3是A、C组中共同拥有的FLC基因.通过序列比对,分别寻找出A、C组基因中FLC1与FLC3基因的特异性SNP位点,并设计了3对SNP特异性引物对.采用特异性引物延伸法,分别对来自白菜型油菜、甘蓝以及甘蓝型油菜的不同材料进行检测.利用这3对特异性SNP引物对,成功地对油菜中A、C组的FLC1与FLC3基因进行了有效的分型,为研究甘蓝型油菜中A、C组来源的FLC1与FLC3表达奠定了基础.     

芸薹属VFB4基因家族的生物信息学分析

为了探究芸薹属甘蓝型油菜(B. napus)、白菜(B. rapa)、甘蓝(B. oleracea) 3个物种的进化关系,本研究利用生物信息分析学的方法,测定芸薹属VFB4基因成员的氨基酸序列,染色体定位和二级结构。利用VFB4基因在染色体上的位置,绘制出染色体定位图和3个物种的进化系统发育树,并对3个物种的亲缘关系进行讨论。结果显示,芸薹属VFB4基因编码的氨基酸数在524~534之间,均为亲水蛋白,亚细胞定位均在细胞核中。VFB4基因不含内含子,GC含量很高,但是在染色体上分布不均匀。系统进化发育树分析得出,芸薹属物种间的同源性非常的高,种内的同源性不是很高。通过对基因的对比分析发现,芸薹属VFB4位点符合禹氏三角理论,但是不完全符合芸薹属三倍体进化学说。本研究结果可为进一步研究芸薹属基因进化提供科学依据。     

甘蓝型油菜白花新资源—91Ⅰ1110

甘蓝型油菜白花新资源—９１Ⅰ１１１０芸薹属作物中，甘蓝型油菜、白菜型油菜花瓣颜色多为黄色。但在甘蓝、埃塞俄比亚芥中存在白花品种类型。另外在芸薹属近缘属一萝卜属中也存在白花品种类型。近年来随着生物技术在油菜育种上的应用，远缘杂交技术的发展，外源基因向栽...     

科学家揭示作物多倍体基因组不对称进化规律

<正>笔者日前从中国农科院油料作物研究所获悉,由我国科学家领衔的白菜、甘蓝和油菜全基因组测序项目再次取得阶段性重大成果,项目组完成了甘蓝基因组测序和分析,并在此基础上与其它近缘种植物基因组比较,发现了作物种间和种内基因组呈现多层次的不对称进化规律。据悉,我国主要油料作物油菜(基因组命名为AACC)、主要蔬菜作物白菜(基因组为AA)和甘蓝(基因组为CC)同属于芸薹属作物,而油菜是由白菜和甘蓝杂交后进化而来的。甘蓝和白菜共同祖先种的基因组含三份同源基因组(三倍     

人工合成甘蓝型油菜及其亲本的甲基化变异模式分析

甘蓝型油菜作为多倍体起源和发生的历史较短, 遗传背景较为狭窄, 人工合成甘蓝型油菜可作为植物多倍化研究的优选模型, 本文以人工合成的甘蓝型油菜为材料, 通过HPLC分析发现白菜型油菜和甘蓝的甲基化率分别为8.33%和15.88%, 2个杂种株系的全基因组甲基化水平介于双亲之间(分别为10.29%和12.83%)。MSAP分析发现杂种F₁代及其亲本的甲基化水平存在明显差异(白菜型油菜<杂种F₁<甘蓝), 杂种F1代的甲基化变异(23.71%)中来自A、C基因组的变异分别占6.60%和10.16%。MSAP差异性条带的序列分析发现多倍化过程中与甲基化变化相关的基因参与了多种生物学过程, 且差异甲基化基因在人工合成甘蓝型油菜及其亲本间的表达差异与甲基化修饰模式是一致的。本研究为了解甘蓝型油菜多倍化过程中发生的表观变异奠定了基础。     

甘蓝型油菜及其亲本物种甲基化酶I基因的克隆及表达模式

DNA甲基化作为一种表观遗传调控方式,在植物体生长发育中起重要作用,而甲基转移酶I(DNA methylase I,MET1)在甲基化过程中起主要作用。本研究克隆到5个油菜Bn MET1同源基因,并比较了白菜Br MET1、甘蓝Bo MET1和油菜Bn MET1同源基因的进化及其表达模式。结果显示,白菜和甘蓝MET1同源基因在进化中较为保守,而油菜Bn MET1基因结构发生较大改变;部分油菜Bn MET1同源基因表达发生沉默,而激活表达的Bn MET1表达模式较其亲本白菜和甘蓝直系MET1同源基因发生明显的改变。上述结果表明,Bn MET1同源基因通过改变基因结构以及表达模式影响油菜组织中Bn MET1基因剂量,从而调节油菜的生长发育。     

GBS高密度遗传连锁图谱定位甘蓝型油菜粉色花性状

甘蓝型油菜花瓣颜色是重要的观赏性状,花瓣颜色的选育和改良已成为材料创制的主要研究方向。目前对甘蓝型油菜粉色花性状定位研究未见报道。本研究以甘蓝型油菜纯系黄花62和甘蓝型油菜纯系粉花77为亲本构建双单倍体(doubled haploid,DH)群体。利用简化基因组测序技术(genotyping-by-sequencing,GBS)筛选出3253个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)标记,构建了全长1766.06 cM甘蓝型油菜连锁图谱,标记间平均遗传距离为0.54 cM;使用WinQTL Cartographer复合区间作图方法对粉色花性状进行数量性状座位(quantitative trait locus,QTL)定位,检测到位于A07和C03染色体上各1个QTL;将定位区间内基因与甘蓝和白菜同源基因进行线性比对,在这些区间中找到了一些存在于3个物种的同源基因;对粉色花定位区间内基因进行可变剪切分析发现,2个花色相关基因BnaA07g15980D和BnaA07g17500D在亲本粉色花瓣中发生内含子保留可变剪切。上述研究结果为甘蓝型油菜粉色花相关基因精细定位和分子连锁标记开发提供了更多线索。     

人工合成具有白菜或甘蓝细胞质的甘蓝型油菜

为比较甘蓝型油菜不同细胞质基因组的遗传效应及其与核基因的相互作用,对12个白菜(2n=20)与1个芥蓝(2n=18)的正反交种间杂种分别进行子房和胚培养,人工合成白菜和甘蓝细胞质甘蓝型油菜。结果表明,白菜×芥蓝的正交子房培养杂种苗平均诱导率2.32%,甘蓝×白菜的反交胚培养杂种苗平均诱导率为1.16%。不同杂交组合之间,杂种苗诱导率差异大,但相同亲本正反交杂种获得的难易趋势相似。将单倍体杂种小苗在含0.01%秋水仙碱的MS培养基中预培养处理10d的染色体加倍效果最好,加倍率达59.32%。人工合成的甘蓝型油菜农艺性状类似于栽培甘蓝型油菜,无论正交或反交合成的甘蓝型油菜,其农艺性状介于父母本之间,但更接近于母本。合成油菜花粉育性在40.53%～88.95%之间。     

甘蓝和白菜紫色酸性磷酸酶17基因家族的克隆和比较分析

从甘蓝和白菜中分别克隆到2个PAP17, 根据序列相似性, 将PAP17分为类型I (BoPAP17-1和BrPAP17-1)和类型II (BoPAP17-2和BrPAP17-2)。Southern杂交表明, 白菜和甘蓝中均只存在2个PAP17成员, 与克隆结果吻合。系统发育和分子进化分析表明, PAP17基因家族受纯化选择, 编码低分子量PAP蛋白。荧光定量PCR结果表明, PAP17在所检测的9个组织器官中均有表达, 尤以花和蕾中的表达量特别高, 种子中也有一定程度的表达, 表明其与体内储备态磷的动用有关, 尤其在花和蕾的发育阶段。磷饥饿诱导表达结果表明, 除BrPAP17-2在幼苗叶片中表达受抑制外, BrPAP17和BoPAP17在幼苗根部和叶片中均受磷饥饿诱导, 表达量先降后升, 诱导4 d或8 d后达到峰值; 恢复供磷4 d后, 表达量迅速降低至基础表达水平以下。与幼苗叶片相比, 白菜和甘蓝幼苗根部的PAP17磷饥饿诱导表达似乎更为强烈。这些结果表明PAP17在白菜和甘蓝根部可能参与了根外磷的活化与吸收及无机磷由根部向其他组织器官的转运。     

甘蓝型油菜MYB4基因RNA干扰载体构建

拟南芥(Arabidopsis thaliana)MYB4(AtMYB4)编码负调控转录因子,通过对苯丙烷途径中关键酶C4H(肉桂酸4-羟化酶)基因的抑制来调控重要次生代谢物质芥子酸酯的生物合成,在防御紫外线中起重要作用。同为十字花科的芸薹属(Brassica)有多种重要的油料、蔬菜和园林作物,如甘蓝型油菜(B.napus)、白菜(B.rapa)、甘蓝(B.oleracea)和芥菜(B.juncea)等。本研究克隆了甘蓝型油菜MYB4基因家族的RNA干扰片段BMYB4I,将其反义片段、正义片段采用NcoI+AatII和BamHI+XbaI分别插入到改进型植物RNA干扰基础载体pFGC5941M的启动子与间隔区、间隔区与终止子之间,形成重组载体pF-GC5941M-BMYB4I(简称为pBMYB4I)。经复合PCR鉴定表明,载体构建成功,并转化根癌农杆菌获得工程菌株。为揭示芸薹属MYB4基因调控芥子酸酯等苯丙烷物质合成的分子机理以及探索抗紫外线分子育种奠定了基础。     

Molecular characterization of novel resynthesized rapeseed (Brassica napus) lines and analysis of their genetic diversity in comparison with spring rapeseed cultivars*

Resynthesized (RS) rapeseed generated from interspecific hybridization between suitable forms of Brassica rapa L. (syn. campestris; genome AA, 2n = 20) and B. oleracea L. (CC, 2n = 18) represents a potentially important resource to expand genetic diversity in the narrow gene pool of oilseed rape (B. napus L., AACC, 2n = 38). In this study 165 RS rapeseed lines originating from crosses between an Indian Yellow Sarson (B. rapa ssp. trilocularis) and five different cauliflower (B. oleracea convar. botrytis) cultivars were studied using amplified fragment length polymorphism (AFLP) markers and their genetic diversity was compared in relationship to an assortment of 40 diverse spring oilseed and fodder rape varieties. Using three AFLP primer combinations, a total of 467 polymorphic bands were scored. Cluster analysis allowed differentiation among the different RS lines, which, as expected, were genetically highly divergent from the cultivars. The genetic diversity of the material is discussed in relation to its morphological variability with a view to the implementation of RS lines in oilseed rape breeding.