高抗旱性二倍体马铃薯材料转录组分析及抗旱基因的初步挖掘

为探究不同干旱胁迫时间处理下,二倍体马铃薯材料对干旱胁迫响应的分子机制,挖掘抗旱相关基因。以高抗旱二倍体资源A90为试验材料,利用转录组测序技术对PEG-6000胁迫下不同时间的差异表达基因进行分析,通过GO富集、KEGG通路分析与转录因子预测参与马铃薯干旱胁迫响应的差异表达基因,初步挖掘抗旱调控关键基因;并通过RT-qPCR对3个抗旱候选基因进行逆境胁迫表达分析。结果表明：A90在20%PEG-6000胁迫处理3,6,24 h与对照相比,共有2 519个差异表达基因,这些基因主要富集在植物激素信号转导、谷胱甘肽代谢、苯丙烷生物合成、戊糖和葡萄糖醛酸相互转化等抗旱相关过程中。并且显著富集在通路上的340个共差异表达基因中有53个基因注释到了RLKs、AP2/ERF和Tify等15个转录因子家族中,其中StST/K1、StERF1和StTify1的表达量较高,有可能是抗旱调控关键基因。基因StST/K1和StERF1受到干旱和低温胁迫主要在材料的根和叶中上调表达,基因StERF1在盐胁迫下在材料的根、茎和叶中均上调表达;基因StTify1在受到干旱在材料的茎和叶中上调表达,受到盐胁迫在材...     

AP2/ERF转录因子对植物非生物胁迫的应答机制研究进展

AP2/ERF (APETALA2/ethylene responsive factor)家族转录因子是植物中的一大类转录因子,最早从拟南芥(Arabidopsis thaliana)中分离出。该家族转录因子一般包含两个AP2/ERF结构域,该结构域大约由60～70个氨基酸组成与DNA结合有关。AP2/ERF家族参与非生物胁迫的反应,比如干旱胁迫、高盐胁迫和低温胁迫等。这些胁迫会激活植物激素ABA、茉莉酸(jasmonate, JA)、乙烯(ethylene, ET)、水杨酸(salicylic acid, SA)等信号途径,同时激活AP2/ERF转录因子家族基因的表达,进而调控其下游功能基因的表达。本研究综述了近年来有关植物AP2/ERF转录因子响应非生物胁迫应答机制的新进展,探讨了该家族转录因子的结构特点、分布,及其对植物发育和次级代谢的影响以及对非生物胁迫的应答。     

板栗种子淀粉积累过程中ABA响应的AP2/ERF转录因子家族分析

板栗(Castanea mollissima)是中国重要的经济林树种之一,素有木本粮食之称,主要组成成分是淀粉,其含量对坚果品质具有重要影响。采用双波长紫外分光光度计法,测定ABA处理后板栗坚果不同发育时期的直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量;选择成熟期坚果的转录组数据,对AP2/ERF转录因子家族开展生物信息学和表达分析。结果表明,外施一定量ABA后,坚果仁中支链淀粉含量提高。转录组数据共检测出7 603个差异表达基因,检测出转录因子344个,AP2/ERF转录因子家族占比最多为18.31%。从板栗基因组中检测出AP2/ERF转录因子155个;在ABA处理后83 d的坚果中,AP2/ERF家族中有63个基因响应。AP2/ERF家族转录因子在坚果发育过程中通过响应ABA信号,调控糖和淀粉类物质的积累。本试验分析了淀粉积累过程中响应ABA的AP2/ERF转录因子家族,可为进一步实践验证板栗该基因家族功能和调控表达提供一定参考。     

玉米转录因子ZmEREB211对非生物逆境胁迫的应答

AP2/ERF (APETALA2/ethylene-responsive factor)转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,在调控植物生长发育和响应逆境胁迫等方面起重要作用。探究玉米(Zea mays L.) AP2/ERF家族基因功能将为玉米新种质创制提供重要的基因资源。本研究克隆获得了ZmEREB211(GeneID:103647485)基因,利用生物信息学分析、实时荧光定量PCR等技术对该基因的基本特性、组织表达特性及响应逆境胁迫表达模式等进行了分析;对转基因拟南芥株系进行了相应逆境胁迫处理和表型鉴定。结果显示:该基因只包含1个外显子,cDNA全长为792bp,编码263个氨基酸;ZmEREB211蛋白分子量为27.9kD,理论等电点为6.01,具有AP2家族所特有的保守结构域;ZmEREB211基因在玉米根系中的表达量最高,且在幼根中的表达量高于成熟根中的表达量;同时该基因在脱水、高盐、干旱和低温等处理条件下均有不同程度的诱导表达。在分别含有不同浓度梯度的NaCl、甘露醇(mannitol)和茉莉酸(jasmonicacid,JA)的1/2MS培养基上,转ZmEREB21...     

甜菜ERF转录因子基因克隆及非生物胁迫响应分析

ERF(Ethylene-responsive element binding factors)是调控植物生长发育和响应胁迫的重要转录因子，在植物应对生物及非生物胁迫反应、调控胁迫相关功能基因的表达、提高植物的抗逆性中起着重要的作用。分析甜菜ERF转录因子基因在非生物胁迫下的表达规律，旨在为深入研究ERF转录因子在甜菜逆境胁迫应答中的作用机制提供理论依据。本研究以高糖型甜菜品系‘BS02’为试材，利用RT-PCR方法克隆得到Bv＿ammr基因，并对其进行生物信息学分析。该基因CDS区长906 bp，编码301个氨基酸。蛋白质分子量为33.19 kD，理论等电点为8.61，其二级结构以无规则卷曲和α-螺旋为主，具有一个AP2保守结构域；氨基酸序列的同源性和进化树分析显示其编码蛋白与马兜铃菌毛所编码的蛋白亲缘关系较近。采用实时荧光定量PCR方法观测非生物胁迫下该基因表达模式，结果表明，Bv＿ammr基因对低温、高温、干旱、盐、ABA等非生物胁迫有不同程度响应。     

旱胁迫和复水处理后马铃薯转录因子的转录组分析

目前关于马铃薯对干旱胁迫和水分刺激的分子调控机理尚不清楚,而从组学水平整体分析转录因子的表达模式对于有效筛选关键调控基因、解析胁迫响应分子调控网络和促进分子育种具有重要意义。本研究利用高通量测序技术对正常浇水(对照,CK)、模拟干旱胁迫(D)和旱后复水(RW)处理后宁薯4号叶转录因子表达谱进行分析。结果表明:测序数据经de novo拼接共获得134 191条非冗余Unigenes,N50长度1 942 bp;与已公布的马铃薯基因组和转录组数据库比对、注释后共检测到55个家族、1 739个转录因子编码基因;干旱处理组和复水处理组中分别检测到867和1 026个差异表达转录因子编码基因;3个对比组中的差异表达基因均以上调表达方式为主。ERF、b HLH、WRKY、C2H2、MYB和NAC等是6类富集差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)数量最多、DEGs表达量变化最显著的转录因子家族。数据分析显示:复水组中偏向通过增加上调类型b HLH、MYB、ERF和下调b ZIP编码基因数量来实现叶片对水分刺激的应答调节;而干旱组更偏向保持b HLH、b ZIP和ERF上、下调DEGs数量平衡来实现叶片对干旱胁迫的响应。从测序数据中选取了10个转录因子编码基因,利用Real-time PCR方法验证测序数据的有效性,结果表明干旱组和复水组测序结果的表达量(FPKM)与用荧光定量PCR法得到的基因表达量之间的相关性分别为0.979 9和0.985 9,结果证实了两种处理产生的差异表达基因数据的有效性。研究结果可为深入探讨马铃薯对干旱胁迫的分子响应机制奠定了数据基础。     

马铃薯AP2/ERF转录因子的克隆及植物表达载体构建

AP2/ERF基因家族转录因子普遍存在于植物中,参与植物体内的各种生物学过程,包括植物的生长发育、生物和非生物胁迫响应等。前期转录组测序的结果发现马铃薯‘加湘1号’一个AP2/ERF家族基因(PGSC0003DMG400012154)在接种晚疫病菌(Phytophthora infestans)24 h后被显著激活。从接种P.infestans 24 h的‘加湘1号’的总RNA中通过RT-PCR获得了该基因CDS序列为885 bp,BLAST分析显示该基因编码一个295个氨基酸残基的蛋白,并且含有1个AP2/ERF结构域,是AP2/ERF转录因子家族中的ERF亚家族的一员。本研究将该基因与XcmⅠ酶切的表达载体pCXSN连接,转化大肠杆菌,通过测序挑选插入正确克隆酶切验证,并成功转化农杆菌。本研究结果为进一步研究该基因的功能提供了帮助。     

β-氨基丁酸早期诱导表达基因StWRKY5参与马铃薯晚疫病抗性

β-氨基丁酸(β-aminobutyric acid,BABA)诱导能够增强马铃薯对晚疫病的抗性。本研究从马铃薯中克隆了一个WRKY转录因子家族的基因St WRKY5。c DNA-AFLP表达谱研究表明,BABA(2 mmol/L)处理马铃薯6 h后该基因明显上调表达,晚疫病菌(Phytophthora infestans)接种16 h后上调表达。半定量RT-PCR检测表明水杨酸SA(10μmol/L)处理马铃薯离体叶片4 h后该基因上调表达,茉莉酸甲酯Me JA(50μmol/L)诱导12 h后开始表达,机械伤害处理24 h后,该基因表达也会增强,表明该基因参与多种生物和非生物因子的胁迫反应。通过稳定转化获得了超量表达St WRKY5的转基因马铃薯株系。采用离体叶片接种鉴定方法对转基因马铃薯株系晚疫病抗性进行了鉴定,研究结果显示接种4 d后超量表达转基因株系其病斑面积均显著小于对照,表明在马铃薯中超量表达St WRKY5提高了晚疫病抗性。     

菊花AP2/ERF家族全基因组分析

作为植物的转录因子家族之一,AP2/ERF基因家族在植物的发育调控、激素响应以及调控植物应对各种胁迫的生命过程中发挥关键作用。本研究基于菊花脑(Chrysanthemum nankingense)基因组,筛选到菊花AP2/ERF基因家族,并对该家族的成员进行基因与蛋白结构、蛋白理化性质、保守基序、启动子顺式元件、组织和胁迫条件下的表达特征等进行了相关分析。此外,结合现有的公共数据库的60个菊花转录组测序数据,通过WGCNA分析对该基因家族成员进行了初步的功能分类。研究结果表明：菊花AP2/ERF基因家族共筛选229个成员,分别将其命名为CnAP2001～CnAP2229。系统进化分析发现菊花AP2/ERF家族成员属于4个亚家族(AP2, ERF, DREB, RAV)以及3个Soloist (未分类)序列。通过WGCNA的方法,将筛选的39 508个表达的基因划分为36个模块。分析发现有31个AP2/ERF家族成员在花发育相关的7个模块,20个成员在胁迫相关的3个模块。综上所述,AP2/ERF家族成员在菊花花发育过程以及非生物胁迫过程中发挥着重要功能,本研究为菊花分子育种提供了新的思路...     

棉花ERF-B3亚组转录因子基因GhERF5-3的克隆及表达

植物在受到病原菌侵染时,ERF转录因子被诱导调控抗病相关基因的表达。为了研究棉花AP2/ERF-B3类转录因子在棉花抗病调控中的作用,用电子克隆及RT-PCR技术,从陆地棉抗枯萎品种‘中棉所12’根部c DNA克隆得到一个新的ERF转录因子Gh ERF5-3(登录号:MF197875)。利用q RT-PCR检测枯萎病及不同激素处理后该基因的表达。结果表明:其c DNA全长为672 bp,编码223个氨基酸,分子量24.95 k D,等电点为9.04,含有一个典型的保守AP2结构域,通过进化树分析属于B3亚组。枯萎病菌侵染后,随着侵染时间的延长,Gh ERF5-3基因呈现出先增后降的趋势,在24 h时间点,其相对表达量达到峰值;ET和Me JA处理后,Gh ERF5-3基因呈上调表达。SA处理后为下调表达。推断Gh ERF5-3基因响应枯萎病菌。     

玉米中低温应答ERF基因鉴定及表达分析

ERF转录因子在植物的多种发育过程和非生物胁迫反应中发挥重要作用。在玉米中,虽然ERF家族基因对盐胁迫和干旱胁迫的响应研究已经有报道,但尚没有研究从全基因组水平鉴定ERF家族基因对低温胁迫的响应。本研究采用高通量测序技术Illumina HiSeq,分别在5℃和22℃处理下构建玉米叶组织转录组,从中筛选出57条低温响应ZmERFs,包括53条上调表达的Zm ERFs,4条下调表达的Zm ERFs。不同的Zm ERFs在不同组织部位和发育阶段的表达模式有很大变化。蛋白保守结构域分析表明ZmERFs蛋白中共有20个保守基序,EAR基序出现在组B1成员中,LWSY基序出现在A1,A5和B2成员中。启动子分析显示,多种逆境相关元件ABRE、ARE、LTR和MBS在低温响应ZmERFs的启动子中高度富集。RT-qPCR结果进一步显示GRMZM2G544539和GRMZM2G040664基因可以同时受低温、盐和干旱胁迫诱导表达,GRMZM2G434203基因可以同时受低温和干旱胁迫诱导表达,表明ERF转录因子可以参与包括低温在内的多重非生物胁迫反应。此外,启动子中含有7个ABRE元件的GRMZM2...     

紫花苜蓿MsERF003的基因克隆及其在干旱胁迫中的功能分析

ERFs转录因子属于AP2/ERF转录因子超家族,在植物生长、发育和逆境胁迫响应调节中具有重要的作用。紫花苜蓿是重要的牧草,具有较强的抗旱能力。本研究通过RT-PCR的方法从紫花苜蓿中克隆了一个ERF基因,即MsERF003。该基因的开放阅读框长度为570 bp,编码190个氨基酸残基。序列比对发现,该基因与来自蒺藜苜蓿的同源基因PPLZ02 (LOC11427311)的mRNA的编码区同源性为99%,在氨基酸水平的同源性为98.94%。通过qPCR方法对MsERF003基因的表达模式进行了分析,我们发现在干旱胁迫的条件下,在各个组织中的表达量均有上调,在茎和荚果中尤为显著,暗示该基因在响应干旱胁迫时,主要在茎和胚胎发育中发挥作用。我们预测了可能与Ms ERF003高度同源的PPLZ02的互作蛋白,发现其与多种转录因子和酶类互作。我们构建了植物表达载体pCBC-MsERF003,并利用农杆菌转化法获得过量表达该基因的转基因烟草。抗旱性评估结果显示,在干旱处理后,过量表达Ms ERF003的转基因烟草植株比野生型有更好的保水性,其脯氨酸含量极显著高于野生型,显示出更强的抗旱能力。本研究为进一步探究紫花苜蓿的抗旱性调控提供了有益参考。     

水稻耐旱性基因OsERF65的克隆、表达及转录自激活活性分析

ERF家族转录因子普遍存在于植物中,在植物生长发育、抵抗逆境的过程中发挥着重要作用。本研究从‘珍汕97B’中克隆到一个耐旱相关基因OsERF65,属于ERF转录因子家族的成员。生物信息学分析表明,OsERF65含有一个保守的AP2结构域,与AtERF73等同源蛋白的亲缘关系较近。OsERF65的启动子区域含有多个响应非生物胁迫及激素处理的顺式作用元件,定量PCR结果显示该基因的表达明显受干旱、高盐等非生物胁迫处理的诱导;酵母中转录激活活性结果显示OsERF65具有一定的转录自激活活性;烟草瞬时表达结果表明Os ERF65蛋白定位于细胞核中。本研究为进一步研究OsERF65的生物学功能奠定了一定的基础。     

矮牵牛涝渍胁迫相关ERF转录因子筛选与鉴定

ERF转录因子是植物特有的一类转录因子，属于AP2/ERF转录因子家族，调控多种生物学功能，在植物响应生物与非生物胁迫过程中起到重要作用。本研究选取矮牵牛PhERF2过表达株系(I)、RNA干扰株系(4B)为实验材料，以野生型(WT)为对照，基于涝渍处理0、3 h的转录组测序技术(RNA-Seq)获得差异表达基因数据，利用生物信息学方法分析保守基序及蛋白理化性质、构建系统进化树、进行蛋白高级结构建模、磷酸化修饰位点预测和亚细胞定位分析。结果显示，共筛选出35个涝渍胁迫相关ERF转录因子，均属于AP2亚族，通过与拟南芥及水稻相关基因进行系统进化分析，发现矮牵牛与拟南芥同源性较高。生物信息学分析表明，矮牵牛涝渍胁迫相关ERF转录因子富含酸性氨基酸，热稳定性较高且均属于亲水性蛋白，蛋白二级结构以无规则卷曲为主要组成部分，蛋白质三级结构差异不明显，含有3个保守基序，大多数NAC蛋白定位于细胞核，均含有潜在的丝氨酸(Ser)、苏氨酸(Thr)和酪氨酸(Tyr)磷酸化位点。本研究为后续探究矮牵牛涝渍胁迫相关ERF基因功能提供一定基础。     

在低氮肥胁迫下马铃薯MYB转录因子的特征分析

MYB转录因子对调控植物生长发育和抗逆等多种生理反应发挥着重要作用。为探究MYB转录因子对马铃薯低氮肥胁迫的调控作用,对马铃薯苗期进行了低氮肥胁迫处理后,分别取根和叶片进行转录组测序,进而对有差异表达的MYB转录因子家族基因进行生物信息学分析。结果表明,36个MYB转录因子基因在根和叶片中显著性差异表达,且对应启动子区域的激素相关调控元件也呈现出差异的组成与分布;其中6个候选的响应低氮肥胁迫MYB转录因子与拟南芥中主要参与抗逆的MYB转录因子存在较近亲缘关系。基于对马铃薯MYB转录因子的研究,推测这6个表达差异的MYB类转录因子基因可作为马铃薯响应低氮肥胁迫的重要候选基因,可为后续研究氮高效马铃薯新品种提供理论依据。     

全基因组鉴定和表达模式分析玉米AP2转录因子

AP2属于AP2/ERF转录因子家族中的一个亚族,其主要特征是具有2个独立的AP2/ERF结构域。本研究利用生物信息学的方法在玉米基因组中鉴定到22个玉米AP2转录因子,并对其理化性质、基因结构、保守基序、系统进化关系和表达模式进行了分析。结果表明,玉米AP2家族成员的理化性质差异较大,且都属于亲水性蛋白。系统进化分析表明玉米AP2家族基因被分为euANT、baselANT、euAP2三个亚组,相同亚组的基因具有相似的基因结构和保守基序。共线性分析发现玉米AP2家族基因中不存在基因串联重复事件,只存在两对片段复制事件,同时结果表明禾本科AP2家族基因之间具有很好的共线性关系。表达模式分析发现ZmAP2基因广泛参与植物的生长发育。转录组数据分析发现,在盐胁迫下一共鉴定到16个ZmAP2基因。本研究为进一步研究玉米AP2转录因子家族的生物学功能提供了科学依据。     

全基因组鉴定和分析水稻AP2基因家族

AP2亚组类转录因子是植物特有的一类转录因子,属于AP2/ERF基因家族,在植物生长发育、细胞分化以及响应生物和非生物胁迫过程中起着重要的作用。本研究通过生物信息学的方式共鉴定到16个水稻AP2基因,并对这些基因的理化性质、基因结构、进化途径、顺式调控元件、表达谱等方面进行分析。结果显示这些基因不均匀地分布在8条染色体上,根据同源性差异又可以分成3个亚组。每个亚组成员在基因结构以及保守基序的位置和数目上具有相似性,而且大部分OsAP2基因受到一个或者多个miRNA基因的调控。另一方面,这些基因在不同组织的表达水平有很大的差异,其中茎和花药中表达量相对较高,且部分OsAP2基因的表达量受到激素的诱导。这些结果为下一步研究水稻AP2基因的生物学功能打下坚实的基础。     

花椰菜转录因子ERF056的克隆、分子特征及盐胁迫表达谱分析

AP2/ERF转录因子在植物中广泛存在,其在植物生长发育及逆境应答过程中均发挥重要作用。但目前对花椰菜中AP2/ERF转录因子及其功能知之甚少。本研究利用前期花椰菜转录组数据,采用RT-PCR等方法从花椰菜中分离并克隆得到一个AP2/ERF转录因子:ERF056。基因序列及分子特征分析结果表明,花椰菜ERF056全长741 bp,编码246个氨基酸,具有一个AP2/ERF结构域,其编码产物为疏水性蛋白,无跨膜结构,内部以无规则卷曲和α-螺旋为主。聚类分析结果显示,花椰菜ERF056与油菜和甘蓝中相应转录因子具有较高相似性。转录表达谱分析结果显示,ERF056在花椰菜不同组织中均有表达,其中花球中表达量最高。盐胁迫表达特征分析表明,花椰菜ERF056在盐胁迫条件下呈下调表达,暗示其负向响应盐胁迫。相关研究为深入揭示花椰菜ERF056在盐胁迫应答中的功能及调控机制提供了帮助。     

水稻干旱响应基因OsERF74的克隆和功能的初步分析

ERF (Ethylene-responsive factor)转录因子家族是AP2-EREBP (APETALA2 and ethylene-responsive element binding proteins, AP2/ERF)超家族中的一个具有较多成员的家族,其在植物中广泛存在并在植物生长发育过程中发挥重要作用。在水稻中ERF转录因子家族成员的OsERF74为水稻干旱响应模块7的节点基因。本研究从水稻品种‘日本晴’中克隆了OsERF74,通过生物信息学和蛋白质系统发育树分析显示OsERF74为ERF类转录因子,具有高度保守的AP2结构域,并在其N端具有跨膜结构域;在烟草中对OsERF74进行亚细胞定位显示其定位于细胞膜上;OsERF74在水稻营养生长和生殖生长时期的各个组织中均有表达,而在苗期的根和叶组织中OsERF74的表达受到多种激素和非生物胁迫的调节;为了解OsERF74基因功能,构建并获得了超表达转基因植株。通过高渗透胁迫下的种子萌发实验显示OsERF74超表达能够增强水稻种子在高渗透胁迫下的萌发率。本研究初步探究了OsERF74的特性与功能,为进一步挖掘水稻干旱响应功...     

马铃薯HD-Zip I家族ATHB12基因的克隆及功能鉴定

HD-Zip I是一类植物特异转录因子, 在植物应对外界逆境胁迫过程中有重要的调控作用。本研究从马铃薯栽培品种甘农薯2号中克隆了HD-Zip I转录因子ATHB12基因, 其开放阅读框为759 bp, 编码252个氨基酸残基。该基因位于马铃薯1号染色体, 其启动子区含有ABRE、LTRECOREATCOR15和WBOXATNPR1等多种响应非生物胁迫(ABA、低温、脱水及高盐)的顺式作用元件。ATHB12基因在马铃薯根、茎和叶中均有表达, 其根中表达量最高。qRT-PCR分析证实该基因的表达受聚乙二醇(PEG)、NaCl和ABA诱导, 受低温抑制。构建了由组成型表达启动子CaMV 35S驱动的ATHB12基因的过表达载体, 通过农杆菌介导法转化马铃薯获得了转基因植株。干旱处理后, 转基因植株叶片中丙二醛含量显著低于非转基因植株(P<0.05), 而脯氨酸含量显著高于非转基因植株(P<0.05); 转基因植株根鲜重和干重均高于非转基因植株; 说明马铃薯ATHB12基因可能参与了逆境胁迫的响应。