甜瓜乙烯受体基因Cm-ETR2的克隆及其在果实发育成熟过程中表达特性的分析

为研究Cm-ETR2基因在甜瓜果实发育成熟过程中的作用机理,根据已报道的甜瓜(Cucumis melo)品种Cantalupensis的Cm-ETR2基因序列,设计特异性引物,通过RT-PCR技术从甜瓜品种河套蜜瓜(Cucumis melo L.cvHetao)成熟果实中克隆得到了乙烯受体基因Cm-ETR2 cDNA,序列分析显示,序列长度为2 304 bp,编码767个氨基酸。利用实时荧光定量RT-PCR方法,对其在河套蜜瓜果实发育成熟过程中的表达特性进行了分析,Cm-ETR2基因在15DAP至30DAP表达基本没有变化,35DAP表达量开始上升,上升趋势一直持续至45DAP,且45DAP表达量为15DAP的9倍。     

甜瓜CmERFIV-3基因cDNA的克隆及功能初步分析

为了研究甜瓜ERF(ethylene-responsive factor)亚家族基因在果实成熟过程中的功能,本研究以甜瓜(Cucumis melo L.)品种河套蜜瓜为材料,克隆得到甜瓜ERF亚家组成员之一Cm ERFIV-3(MELO3C021306)基因c DNA,其开放阅读框(ORF)长为702 bp,编码233个氨基酸。分别构建了Cm ERFIV-3基因的超表达载体p PZPIV-3和RNAi载体p ARTIV-3,采用农杆菌介导的瞬时表达技术将含有重组质粒的农杆菌菌液注射到成熟期甜瓜果实中。结果显示,注射超表达载体的部位与对照相比,23.3%样品出现提前变黄的表型,而注射RNAi载体的部位与对照相比,20%样品出现持绿的表型。实时荧光定量PCR结果表明,注射超表达载体部位的目的基因的表达量是对照的2.37倍,而注射RNAi载体部位的目的基因的表达量是对照的0.24倍。这些结果初步表明Cm ERFIV-3基因参与甜瓜果实成熟过程。     

甜瓜CmMYBL基因调控类黄酮合成的功能分析

MYB类转录因子对植物的次生代谢具有重要的调控作用,广泛地参与了类黄酮代谢途径,在植物果实品质调控及抗病性中发挥作用。本研究以甜瓜品种河套蜜瓜(Cucumis melo L. cv Hetao)为试材,对转录组数据中甜瓜果实成熟期高表达的CmMYBL (v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog like gene)(MELONOMICS登录号:MELO3C003633)基因进行了克隆。利用实时荧光定量PCR技术对其在甜瓜果实发育成熟中的表达模式进行了分析,同时构建了基因的超表达及RNAi表达载体,利用子房注射法转化了甜瓜,经PCR及RT-qPCR方法检测,已经分别获得了2个转基因甜瓜株系。定量分析结果显示,该基因随着果实的成熟其表达量逐渐增加,在成熟时达到最大。对T2代转基因果实中类黄酮合成相关基因分析显示,超表达果实中查尔酮合成酶基因CmCHS (Chalcone synthase)、查尔酮异构酶基因CmCHI (Chalcone isomerase)和黄烷酮-3-羟基转移酶基因CmF3H (Flavanone-3-hydroxyltransferase)的表达量显著高于对照果实,而RNAi果实中CmCHS和CmCHI的表达量显著低于对照果实,CmF3H的表达量略低于对照果实。类黄酮含量分析显示,超表达CmMYBL基因的甜瓜果实中类黄酮含量显著增加,而RNAi果实的类黄酮含量相对较低。本研究初步鉴定出CmMYBL基因对甜瓜类黄酮的合成具有促进作用,为甜瓜类黄酮合成调控的研究提供了理论基础,同时为提高甜瓜果实品质的基因工程提供候选基因。     

甜瓜ACS基因家族表达与相关基因的定点编辑分析

果实软化是甜瓜果实储藏和保鲜的瓶颈,乙烯与果实软化密切相关,而ACS基因是合成乙烯的关键限速酶。本研究在果实呼吸跃变型‘T4’和非呼吸跃变型‘T5’品种中,分析了11个甜瓜ACS基因家族成员的表达模式,获得了果实发育不同阶段差异ACS基因,并对其进行了CRISPR/Cas9遗传转化。结果表明,甜瓜ACS基因家族成员在受试甜瓜品种中具有不同的组织表达模式,在发育的果实中,CmACS1、CmACS2和CmACS5主要在果实成熟和软化过程中高表达;CmACS3、CmACS7、CmACS13、CmACS14和CmACS15表达量低;CmACS5在果实成熟期40 d高表达;CmACS10在两个品种果实发育过程中变化趋势相同;CmACS12在两个品种果实发育过程中变化趋势相反;CmACS2在‘T4’整个果实发育期高表达。结合软肉甜瓜‘老汉瓜’和硬肉甜瓜‘皇后’在果实发育过程中的定量分析表明,不同呼吸跃变类型甜瓜在果实成熟过程中ACS的作用基因和基因表达量均差异显著。此外,通过构建以CmACS1、CmACS2、CmACS5为靶标基因的CRISPR/Cas9基因编辑载体,采用子房注射法转化甜瓜,其中C...     

2种甜度差异型甜瓜果实糖分积累及其相关酶代谢特征研究

为研究不同甜度甜瓜果实糖代谢的酶学机制,以具有甜度差异的2种甜瓜‘河套蜜瓜’和‘楼兰王’为试验材料,测定果实发育时期果实糖含量、淀粉含量以及蔗糖代谢相关酶活性变化。结果显示,2种甜瓜果实均呈现单S型动态生长,‘楼兰王’果实膨大期生长速率显著高于‘河套密瓜’。2种甜瓜果实发育期间糖分积累动态基本一致,前期以葡萄糖的积累为主,且‘河套密瓜’葡萄糖积累量显著高于‘楼兰王’;进入转色期后葡萄糖含量下降,蔗糖含量增加,‘河套密瓜’蔗糖含量远高于‘楼兰王’。甜瓜果实糖分积累由蔗糖代谢相关酶协同调控,认为‘河套密瓜’转色期后蔗糖磷酸合成酶和蔗糖合成酶合成方向活性升高,是其蔗糖含量增加的主要原因,成熟期蔗糖磷酸合成酶活性升高是‘楼兰王’果实中蔗糖积累的主要原因。     

苯丙氨酸解氨酶基因家族在大豆中的时空表达研究

苯丙氨酸代谢途径是植物最重要的次生代谢途径之一,其下游产物包括异黄酮、植保素、木质素等多种次生代谢产物。苯丙氨酸解氨酶（PAL）是苯丙氨酸代谢途径的起始酶和关键酶。PAL基因家族包含8个基因,为了明晰这8个基因在大豆植株内的表达情况,通过实时定量PCR研究了PAL家族所有成员在大豆植株内的时空表达差异性。发现PAL基因家族总体的相对表达量在生殖生长时期高于营养生长时期,在叶片和子粒中相对表达量较高。PAL1-1、PAL2-1和PAL2-3基因在各部位相对表达量明显高于其他同家族基因,PAL1-1基因各时期稳定表达,PAL2-1和PAL2-3基因在生殖生长后期先后出现表达峰值。这些结果表明大豆PAL基因家族各成员的相对表达量在时间和空间上存在差异,具有一定时空表达特异性。     

甜瓜MADS-box基因家族的鉴定及系统进化分析

中国是甜瓜的主要生产国家，种植面积和产量都位于世界首位。本研究通过全基因组分析鉴定了甜瓜MADS-box基因家族成员，分析甜瓜MADS-box基因家族成员的染色体定位、多重序列比对、motif分布和外显子-内含子结构分布，以及对其成员进行进化及表达分析，并分析启动子区的顺式作用元件分布。结果显示，从甜瓜全基因组数据库中共鉴定了45个甜瓜MADS-box基因，其中Ⅰ型基因11个，Ⅱ型基因34个；通过系统发育分析，Ⅰ型基因主要分布于Mβ和Mγ亚家族中；Ⅱ型基因则分布于13个亚家族；Ⅰ型基因与Ⅱ型基因的motif分布和外显子个数区别明显，但同型基因区别不大；对CmMADS-box基因家族全生理期表达量进行可视化分析并进行了共线性分析；根据启动子区的顺式作用元件分布情况，推测CmMADS-box基因可能响应多种外界胁迫，即具有功能多样性。该研究结果为探究甜瓜MADS-box基因家族生物学功能提供参考。     

基于高通量测序的梨果实常用内参基因表达稳定性分析

合适的内参基因对基因表达分析结果准确性至关重要。通过同源搜索在梨中获取了102个常用内参基因同源基因,其中的89个基因以基因家族形式存在。高通量数据分析揭示,各基因在不同发育时段或家族成员间均检测到不同水平的表达水平差异和表达稳定性差异。而相同基因在不同材料间的表达水平相对保守。这些基因在不同发育时段梨果实中的表达存在明显分化而聚成不同类型,部分基因在不同材料间表现出所有发育时段或部分发育时段表达变化趋势的保守性。本研究全面收集了相关内参基因家族成员,又有效区分出不同成员的表达特征,结果清晰、直观,为梨果实内参基因选择提供了可靠的实验依据。     

甜瓜CmERFV-4基因cDNA克隆及特性分析

乙稀应答因子(ethylene-responsive factor,ERF)是乙烯信号通路中的组分之一,通过认别并结合下游功能基因启动子顺式作用元件GCC-box,从而实现对植物发育的调控和逆境胁迫的响应。本研究以甜瓜品种河套蜜瓜为研究材料,从成熟甜瓜果实中克隆得到554 bp的CmERFV-4基因cDNA,基于该cDNA序列,进行了蛋白理化性质、空间结构与系统进化分析。实时荧光定量PCR检测表明,在不同组织检测结果中CmERFV-4基因在子叶中的表达量最高,在不同发育阶段果实检测结果中该基因在授粉后40 d果实中的表达量最高。构建了该基因超表达载体和RNAi载体。     

甜瓜品种河套蜜瓜ACC氧化酶基因1(ACO1)全长cDNA的克隆及序列分析

根据GenBank上登录的甜瓜ACC氧化酶基因1 (Cm-ACO1)序列,设计特异性引物,应用RT-PCR从甜瓜品种河套蜜瓜成熟果实中克隆得到了ACO1的全长cDNA,共1 035 bp,并对其进行了序列分析,结果表明,所克隆的cDNA与已报道的甜瓜品种Cantaloup charentais的ACO1 cDNA序列完全一致.该基因的克隆为进一步研究 ACC氧化酶基因在甜瓜中的表达特性以及功能奠定了基础.     

大麻CBDAS基因家族成员的全基因组鉴定及表达分析

为了探究大麻二酚酸合成酶基因(CBDAS)家族在大麻中的功能,利用生物信息学方法对大麻二酚酸合成酶基因(CBDAS)进行了全基因组鉴定,并系统分析其理化特性、进化发育、基因结构、启动子顺式结合元件及表达模式.结果表明,大麻CBDAS基因家族包含5个成员,仅分布在2,7号染色体上;理化性质分析显示,大麻CBDAS基因家族编码的氨基酸数目为541～545 aa,分子质量为介于61.49～62.41 ku,等电点为6.90～9.00;系统进化分析显示,来自植物、动物和微生物的33个CBDAS基因可分为3个家族,多数CsCBDAS基因家族成员属于同一亚家族;启动子区顺式作用元件预测表明,CsCBDAS基因家族成员均富含光响应元件;组织特异表达分析显示,CsCBDAS1和CsCBDAS2在雌蕊中表达最高,CsCBDAS4、CsCBDAS5在根中表达量最高;大麻CBDAS基因在高大麻二酚(CBD)和低CBD含量品种的表达模式不同,CsCBDAS1表达量在高大麻二酚(CBD)品种中高于低CBD含量品种;外源重金属Cd处理CsCBDAS4和CsCBDAS5基因表达量显著上调表达;CsCBDAS1、CsCBDAS2及CsCBDAS5表达量在黑暗和光照处理间表现出显著差异,光照处理下,CBDAS1基因表达量显著低于黑暗处理,而CsCBDAS2及CsCBDAS5的表达量高于黑暗处理.这些基因可能参与大麻的生长发育与大麻素的合成,该研究为后续大麻CBDAS基因家族的功能研究奠定了基础.     

水稻NRL基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

NRL (NPH3/RPT2-Like)基因家族是植物中特异存在的基因家族,根据拟南芥NRL基因家族中参与植物向光性响应的NPH3 (NONPHOTOTROPIC HYPOCOTYL 3)和RPT2 (ROOT PHOTOTROPISM 2)命名.本研究利用生物信息学方法鉴定到27个水稻NRL基因,分布在除10号染色体外的染色体上,同时基因复制分析结果表明,全基因复制或片段复制比串联复制在水稻NRL基因家族扩张中起更大的作用.利用单、双子叶植物的7个物种进行系统进化关系分析,将192个NRL基因家族成员分为6个不同的组.水稻NRL家族的结构特征分析显示,多数成员含有NRL基因家族的特征结构域,而基于RNA-Seq和微阵列数据的表达分析结果表明,水稻NRL家族基因在多个组织表达,同时部分基因在叶片、花序和花药中高表达.本研究对水稻NRL基因家族进行鉴定和分析,为进一步研究水稻NRL基因家族的功能提供了一定的参考和依据.     

水稻DUF760基因家族的全基因组鉴定与表达谱分析

为了探索DUF760基因家族在水稻生长发育中的潜在功能,对水稻DUF760基因家族进行了全基因组鉴定、分类、启动子序列分析和表达谱分析。通过生物信息学技术在水稻和拟南芥中分别鉴定了6,8个DUF760家族成员。系统进化树分析将这些家族成员分成2个亚家族,二者在蛋白保守基序和基因结构上也存在一些特征差别。水稻DUF760家族基因启动子区域存在多个响应逆境胁迫和植物激素的顺式作用元件,ABRE(脱落酸响应)元件存在于家族所有成员的启动子序列中,OsDUF760-1启动子区域拥有9个脱落酸(ABA)相关的响应元件。在ABA处理水稻后,OsDUF760-1的转录表达水平显著下调,而OsDUF760-3显著上调,二者在干旱胁迫处理水稻后的表达变化模式与ABA处理水稻后的表达变化模式一致,说明这2个基因可能通过ABA信号途径参与水稻干旱胁迫响应,并且扮演不同的角色。除对ABA和干旱胁迫处理具有较强响应外,水稻DUF760家族成员还对JA(茉莉素)、低温及稻瘟菌处理具有较强的响应表达变化。     

陆地棉REM基因家族全基因组鉴定及表达分析

【目的】REM (Reproductive meristem)基因家族编码一类转录因子在植物生长发育过程中发挥重要作用,但在棉花中未见报道。【方法】基于陆地棉基因组数据和公共数据库中的转录组数据,运用生物信息学方法对陆地棉REM基因家族成员进行系统鉴定,并对该基因家族的理化性质、基因结构、组织表达特异性以及胁迫条件下的表达规律等进行分析。【结果】陆地棉REM基因家族包含79个成员,分布在25条染色体上,可分为5个亚组。每个成员编码的蛋白质至少含有1个B3结构域,大部分定位在细胞核。基因上游2 kb序列中存在激素及胁迫响应等顺式作用元件。组织表达特性分析结果显示,大部分REM基因在胚珠或纤维中的表达量较其他组织更高。逆境胁迫下的表达分析显示,29个基因响应棉花冷、热、盐或干旱胁迫。对6个基因在纤维不同发育时期表达量进行分析,发现这些基因的表达与已发表的转录组数据基本一致。【结论】明确了REM基因家族在基因组中的分布特征、结构特征以及系统进化特征,根据转录组数据初步揭示了该家族基因在生长发育和抗逆中的功能。     

粉蕉MbACS7基因的克隆及表达分析

乙烯合成及其效应是决定香蕉果实成熟的核心要素,其中1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)合成酶(ACS)是乙烯合成途径的限速酶。粉蕉果实成熟速度较快,保鲜难度较大。研究粉蕉ACS家族基因的特征和表达模式可为控制香蕉果实成熟进程和延长货架期提供理论依据。本研究从粉蕉中克隆获得一个全长序列为1 458 bp的目的片段,编码485个氨基酸,分子量为54.751 kD,具有PLN02450保守结构域(37～1 377氨基酸),属于ACS基因家族蛋白,因此被命名为MbACS7。理化性质分析表明MbACS7蛋白亲水且不稳定。进化分析表明MbACS7蛋白预测的氨基酸序列与苦瓜(Momordica charantia) ACS蛋白的氨基酸序列(CAE53271.1)遗传关系较近。瞬时表达分析表明MbACS7蛋白在烟草表皮细胞的细胞核中强烈表达,表明该蛋白可能在细胞核中发挥着重要的生理功能。实时荧光定量表达分析表明MbACS7基因在粉蕉果实成熟期表达量最高,为果实发育初期的900多倍。本研究为进一步解析MbACS7基因在粉蕉果实乙烯生物合成中的功能奠定基础,也为改良香蕉果实贮藏性提供基因资源。     

毛果杨MGT基因家族全基因组水平鉴定及表达分析

为探究MGT基因家族在毛果杨生长发育及响应胁迫中的作用,本研究在毛果杨全基因组范围,通过生物信息学分析PtrMGT基因家族成员的数量、进化关系、染色体位置、基因结构、编码蛋白基本特征、启动子顺式作用元件,并对各成员的组织表达特异性以及对NaCl胁迫与ABA处理的响应特性进行了分析。结果表明：PtrMGT家族共含有10个基因,可分为4个亚族;有2对同源基因且Ka/Ks值均小于1;家族成员启动子区含有数量不等的非生物胁迫响应元件,共12种、146个元件;PtrMGT家族编码的蛋白均含有GMN序列,同一亚族基因编码蛋白的序列相对保守;PtrMGT家族成员在毛果杨根、茎和叶表达量具有差异;NaCl胁迫下,PtrMGT家族基因在根、茎和叶中表达量在0～48 h内均表现为先上升后下降的变化趋势;ABA处理下,大部分成员表达量先升后降,小部分成员表达量持续下降,表明PtrMGT家族基因对NaCl胁迫与ABA处理产生响应且响应模式出现分化。本研究为深入研究PtrMGT基因家族功能提供理论基础。     

梨PbrCCD基因家族鉴定与表达分析

为了对梨PbrCCD基因家族的功能进行深入研究,本研究利用生物信息学方法对梨PbrCCD基因家族进行鉴定,并对其家族成员的理化性质,基因结构,保守基序,表达模式等进行分析。结果表明：在梨中共鉴定到22个PbrCCD基因家族成员,均包含CCD基因的RPE65保守结构域,编码氨基酸在183～617,分子量大小在20.49～69.10 kD,不稳定系数为25.54～46.58,等电点为5.00～8.01,脂肪族氨基酸指数为67.16～87.31,亲水性为-0.445～-0.193,表明PbrCCD基因家族成员均为亲水性蛋白。亚细胞定位预测结果表明PbrCCD家族成员均定位在细胞质和线粒体上。二级结构分析表明,β-折叠的比例最低、无规则的比例最高。系统进化树分析将PbrCCD基因家族分成6组亚家族(CCD1, CCD4, CCD7, CCD8, CCD-like和NCED)。同一亚家族的成员基因结构较为相似,并预测了motif 7和motif 10两个保守基序元件。通过对砀山酥梨果实不同发育期的表达分析发现PbrCCD1a和PbrNCED5与果实的生长发育存在重要的关系。本研究初步分析梨Pbr...     

转基因河套蜜瓜新品系育种过程的方法及其生态适应性

1-氨基环丙烷-1-羧酸合成酶(ACS)是高等植物中乙烯合成的关键酶.以成熟河套蜜瓜果实的RNA为模板,经反转录和PCR扩增合成和克隆了河套蜜瓜ACS基因cDNA片断(627 bp),将ACS基因cDNA反向构建到植物表达载体pGA643,配制成DNA溶液后用花粉管通道法导入外源基因,对转基因河套蜜瓜的叶片用CTAB法提取总DNA,PCR扩增检测,结果表明某些果实的部分种子已整合外源基因.目前,该转基因新品系正在进行生态适应性研究及"环境释放"和"生产性试验"的安全性评价.     

毛竹CCT基因家族成员的鉴定及表达分析

CCT基因家族广泛参与植物昼夜节律、开花、作物产量及胁迫等多种生长过程,对植物的生长发育和形态建成有着重要的影响。目前毛竹CCT基因尚未被发掘研究,本研究利用生物信息学方法对毛竹CCT基因家族成员进行鉴定,并对其理化性质、进化关系、保守结构域、基因结构、顺式作用元件以及不同光处理下的表达模式进行了分析。结果表明：毛竹基因组中共有37个CCT家族成员,这些家族成员间基因长度存在着一定的差异,所编码的CCT蛋白大多属于不稳定的亲水性蛋白;家族成员在进化过程中CCT基因的长度逐渐变短,外显子数量变少,基因结构差异较大;家族成员含有多种保守结构域,处于同一亚家族成员的保守结构域基本类似;毛竹CCT家族成员含有多种不同的顺式作用元件,如光响应元件、脱落酸响应元件等,基本所有的基因都含有光响应元件,且这些基因在不同光质下的表达量存在着明显的差别。本研究结果为毛竹CCT家族基因在毛竹开花和遗传改良等方面提供一定的理论依据和参考。     

石榴GST基因家族全基因组鉴定及表达分析

谷胱甘肽硫-转移酶(glutathione-S-transferase, GST)是一类重要的多功能蛋白酶(EC 2.5.1.18),可参与解毒作用、抵御生物与非生物胁迫以及次级代谢物质运输。本研究以石榴(Punica granatum)为材料,在其全基因组中共鉴定到44个Pg GSTs基因家族成员。44个成员编码蛋白氨基酸长度为103～417 aa,分子量为11.87～47.42 kD,理论等电点在4.96～9.34,大部分成员定位于细胞质。进化分析显示,Pg GSTs可以划分为8个亚家族,石榴U型和F型亚家族成员居多数。其中43个基因家族成员均含有GST_N保守基序motif 1和motif 2。染色体定位与共线性分析显示,44个成员在8条染色体不均匀分布,存在10处串联重复,并与苹果MdGSTs具有更近的基因进化起源关系。上游2 kb区域顺式作用元件分析表明,该基因家族成员能够响应非生物胁迫、植物激素等刺激。转录组表达分析显示Pg GST有一定的组织表达特异性,其中PgGSTF3可能参与了成熟花和果实外种皮花青苷转运积累过程。本研究可为深入研究石榴GST基因家族生物学功能提供理论基础。