苹果磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶基因（PEPCKs）的克隆与表达分析

【目的】克隆苹果（Malus×domestica Borkh.）多个代谢途径中的关键酶磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶（phosphoenolpyruvate carboxykinase,PEPCK）基因MdPCKs,研究其在不同组织器官及不同胁迫处理条件下的表达特性,为解析该基因在多个代谢途径中的功能奠定基础。【方法】利用同源比对和RT-PCR技术,克隆获得MdPCK1和MdPCK2全长cDNA序列并进行生物信息学分析;克隆MdPCKs的启动子序列,利用PlantCARE软件在线分析启动子上的顺式作用元件;采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测MdPCKs在不同组织中的表达以及在水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）、脱落酸（ABA）、模拟干旱（PEG）、高温（40℃）和低温（8℃）处理条件下的表达特性。【结果】获得2个苹果磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶基因（MdPCK1和MdPCK2;GenBank登录号分别为KT454964和KT454965）,其开放阅读框（open reading frame,ORF）分别为2 001 bp和2 028 bp,分别编码666和675个氨基酸残基;基因结构和进化分析表明,MdPCK1和MdPCK2均由12个外显子组成,且序列结构进化高度保守;氨基酸序列和结构分析显示,二者均含有保守的PEPCK ATP domain区域;启动子分析显示,MdPCK1和MdPCK2启动子区域含有多个顺式作用元件,包括光响应元件、昼夜节律相关顺式作用元件、JA响应元件、SA响应元件、ABA响应元件、防御及逆境响应元件、低温响应元件和热激响应元件等;qRT-PCR结果显示,MdPCKs在被检测的组织中均有表达。在‘泰山嘎啦’苹果果实不同发育阶段,MdPCK1和MdPCK2具有相似的表达模式。在多种非生物胁迫处理下,MdPCK1受到100 μmol·L^-1 ABA和100 g·L^-1 PEG胁迫诱导;MdPCK2受到150 μmol·L^-1 SA、100 μmol·L^-1 ABA、100 g·L^-1 PEG和低温胁迫诱导。【结论】MdPCK1和MdPCK2属于植物PEPCK家族,非生物逆境胁迫可诱导MdPCK1和MdPCK2表达。     

苹果MdJAZ1基因表达及蛋白互作分析

【目的】克隆苹果茉莉酸信号途径阻遏因子基因MdJAZ1,并对其表达及蛋白互作进行分析,为进一步研究MdJAZ1的功能奠定基础。【方法】以TIFY及Jas功能域为探针,在苹果基因组中进行比对,获得多个同源基因,对其中的一个基因设计引物进行克隆;利用DNAMan软件对该基因编码蛋白的分子量、等电点进行预测;利用SMART在线分析软件对该蛋白的功能域进行分析;利用MEGA5.0对该蛋白与拟南芥JAZ家族蛋白构建系统发育树;利用荧光定量PCR分析该基因在苹果不同组织器官、茉莉酸甲酯及创伤处理下的表达情况;利用PlantCARE在线软件分析该基因启动子区域的顺式作用元件;利用酵母双杂交系统检测MdJAZ1蛋白的二聚化及其与拟南芥AtCOI1蛋白的互作关系。【结果】MdJAZ1开放阅读框为1 149 bp,编码382个氨基酸残基,其蛋白的分子量为40.536 kDa,等电点9。氨基酸序列分析显示,该蛋白包含保守的TIFY及Jas结构域;系统发育树分析显示,MdJAZ1蛋白与拟南芥JAZ家族AtJAZ3、AtJAZ4亲缘关系最近;qPCR结果显示,MdJAZ1在苹果的根、茎、叶、花及果实等组织中都有表达,但表达水平存在明显差异,其中根中的表达量最高,果实中的表达量最低;该基因还能被茉莉酸甲酯及创伤处理诱导表达,均在1 h内达到最高表达水平;启动子分析显示,MdJAZ1启动子中包含多个ABA、乙烯、抗病及逆境胁迫等响应元件,此外,还包含多个MYB结合位点;酵母双杂交结果显示,MdJAZ1蛋白能与其自身相互作用形成同源二聚体,还可与拟南芥中同源性较近的AtJAZ3、AtJAZ4蛋白相互作用形成异源二聚体,并且在冠菌素存在时,MdJAZ1蛋白可与拟南芥F-box蛋白AtCOI1相互作用。【结论】MdJAZ1受茉莉酸甲酯及创伤诱导表达,其蛋白能形成同源及异源二聚体,且在冠菌素存在时可与AtCOI1互作。     

苹果光响应转录因子MdHY5表达及蛋白互作分析

【目的】克隆苹果光响应过程中关键的bZIP（basic-leucine zipper）转录因子MdHY5,并进行表达分析及蛋白互作检测,为阐述苹果中MdHY5在光信号过程中的功能及作用机制奠定基础。【方法】对苹果中具有bZIP保守结构的基因设计半定量引物进行表达分析,筛选具有光响应的bZIP转录因子。对光响应的bZIP家族基因进行BLAST比对,根据同源比对分析将目的蛋白命名为MdHY5,同时对cDNA序列设计引物进行克隆;利用MEGA5软件将MdHY5蛋白与拟南芥基因组中所有的bZIP转录因子家族成员进行聚类分析,同时对蛋白进行保守结构域分析;取苹果各组织材料进行MdHY5时空表达分析;通过对MdHY5启动子序列进行预测分析,并结合拟南芥同源基因芯片数据,进一步利用RT-PCR与半定量PCR检测MdHY5对不同光质的表达响应。将MdHY5连接到原核表达载体PGEX-4T-1上,利用IPTG对转化的大肠杆菌BL21融合蛋白进行诱导表达、蛋白杂交检测,并进行蛋白纯化;利用pull down试验验证MdHY5与MdCOP1蛋白的互作。【结果】通过光响应分析,在苹果中筛选到一个bZip转录因子家族成员,聚类分析显示MdHY5基因与拟南芥AtHY5同源性最高,该基因位于苹果基因组12号染色体上,基因编号为MDP0000586302,与拟南芥AtHY5结构相似,MdHY5也含有4个外显子,3个内含子。该基因cDNA序列长度为1 112 bp,其中5′非编码区长度为214 bp,3′非编码区长度为403 bp,开放阅读框长度为495 bp,编码一个含有164个氨基酸残基的蛋白。蛋白保守域分析显示,MdHY5蛋白C端含有一个典型的亮氨酸拉链结构（bZIP domain）,其中在bZIP结构域的N端含有一个核定位信号区域（NLS domain）。时空表达分析显示MdHY5在各组织中均表达,其中叶片中表达水平最高,花和种子中表达水平较低。利用PLACE对启动子进行了顺式作用元件分析发现,MdHY5启动子上含有G-box、GT-1-box、I-box等多个光响应的作用元件,而定量表达分析显示MdHY5能够被白光、蓝光、紫外光诱导,而红光对MdHY5表达没有明显影响。将构建好的融合蛋白表达载体转化BL21并进行蛋白诱导,菌体经超声波破碎后显示,融合蛋白主要在上清中存在。将诱导的MdHY5-GST蛋白分别与MdCOP1-HIS及pET-HIS蛋白孵育进行pull down试验,结果显示,MdHY5在体外能够与MdCOP1蛋白互作。【结论】MdHY5为光诱导的bZIP转录因子,是拟南芥光形态建成关键转录因子AtHY5的同源基因,与AtHY5具有类似的基因与蛋白结构,在叶中表达量最高,同时对多种光质具有表达响应,能够与MdCOP1互作。     

谷子WRKY36转录因子的分子特性及功能鉴定

【目的】干旱等非生物胁迫严重影响了植物的生长和作物的产量。WRKY转录因子广泛参与了植物生长发育、形态建成和代谢调控等过程,在调控非生物胁迫响应中也扮演着十分重要的角色。分析谷子SiWRKY36的分子特性和功能,解析谷子转录因子的抗逆调控机制。【方法】通过对干旱胁迫谷子转录组测序结果分析,获得了一个WRKY转录因子SiWRKY36;利用生物信息学的方法分析谷子SiWRKY36的分子特性;根据SiWRKY36蛋白序列进行同源性搜索,得到与谷子SiWRKY36蛋白序列相似度较高的其他物种的蛋白序列;使用MEGA5对谷子SiWRKY36蛋白序列及其同源序列进行多序列比对分析并构建同源物种间系统进化树;利用MEME和SMART在线工具进行蛋白序列分析;利用GSDS和PHYRE2在线工具分别对谷子SiWRKY36基因结构和三级结构进行分析;从谷子基因组数据库Phytozome获取谷子SiWRKY36上游2 000 bp作为启动子;用PLACE数据库对SiWRKY36启动子顺式作用元件进行分析;利用实时荧光定量PCR检测SiWRKY36在不同胁迫条件下（PEG、低温、NaCl、MeJA、ABA、GA和SA、H₂O₂）的表达模式;分别以8种胁迫处理的谷子cDNA作为模板,以谷子Si001873m.g为内参,以SYBR Green染料法进行real-time PCR。用实时荧光定量PCR仪进行PCR扩增;将SiWRKY36的cDNA序列连入带有CaMV 35S启动子的pBI121表达载体中,构建表达载体pBI121-SiWRKY36,转入农杆菌,侵染野生型拟南芥得到转基因株系。用T₃转SiWRKY36拟南芥植株进行抗性鉴定。【结果】谷子SiWRKY36全长1 485 bp,基因编码区包含UTR区和3个内含子以及4个外显子,与柳枝稷亲缘性最高,属于WRKY转录因子家族的第一类。SiWRKY36编码蛋白包含2个WRKY保守域,预测的SiWRKY36蛋白三级结构包含2个α螺旋结构和3个β折叠结构。启动子元件分析表明SiWRKY36包含ABA-responsive element（ABRE）、MYB、MYC、low-temperature-responsive element（LTRE）、GT-1等多种逆境胁迫应答元件。实时荧光定量PCR结果显示SiWRKY36对多种非生物胁迫和激素均有不同程度的响应,但在H₂O₂和低温处理下基因表达量无明显变化;亚细胞定位结果表明SiWRKY36蛋白主要定位于细胞核中。抗性鉴定结果显示,在不进行任何处理的MS培养基上,野生型拟南芥和过表达株系拟南芥的长势基本一致;在2% PEG的处理条件下,3个转基因株系的根长、根的总表面积和根的总体积要大于野生型拟南芥。【结论】SiWRKY36转基因植株可能对轻度干旱有一定的抗性。     

苹果MdMYB9、MdMYB11表达及其蛋白互作分析

【目的】克隆苹果(Malus domestica)中的TT2同源基因MdMYB9和MdMYB11,分析它们的序列特征,并对这两个基因在不同组织器官及光诱导条件下的表达特性及蛋白互作进行分析,为进一步解析这两个基因的功能奠定基础。【方法】采用同源克隆的方法分离得到MdMYB9和MdMYB11;利用DNAMAN软件对这两个蛋白的分子量、等电点等进行预测及对氨基酸序列进行分析,同时利用MEGA4.0软件构建这两个蛋白与拟南芥R2R3家族MYB蛋白的系统进化树;利用定量PCR检测这两个基因在不同组织器官、不同发育时期苹果果皮及种子和光照处理条件下的表达特性;利用酵母双杂交检测这两个MYB蛋白与花青苷合成相关蛋白MdbHLH33之间的互作关系。【结果】序列分析显示,MdMYB9开放阅读框长度为873 bp,编码290个氨基酸残基,与拟南芥TT2序列同源性为38.13%;MdMYB11开放阅读框为861 bp,编码286个氨基酸残基,与TT2同源性为32.44%;蛋白结构分析显示,MdMYB9和MdMYB11蛋白的N端都含有保守的R2R3功能域;进化树分析显示,这两个MYB蛋白都与拟南芥原花青苷合成相关蛋白TT2聚在同一个分支;荧光定量结果表明,MdMYB9和MdMYB11在苹果根、茎、叶和花中均有表达,但各器官中表达水平存在差异;同时,这两个基因在不同发育时期的种子及果皮中都有表达,其中均在发育中期表达水平最高;此外,光照诱导条件下MdMYB9和MdMYB11的表达变化无明显差异。酵母双杂交结果显示,MdMYB9和MdMYB11均能够与花青苷合成相关蛋白MdbHLH33相互作用。【结论】苹果MdMYB9和MdMYB11属于R2R3类MYB蛋白,在不同组织器官及不同发育时期的果皮和种子中都有表达,并与MdbHLH33蛋白相互作用。     

大豆硫转运蛋白基因GmSULTR1;2b启动子的克隆及活性分析

【目的】硫转运蛋白（sulfate transporter,SULTR）参与根系对外界环境中硫酸根（SO₄^2-）的吸收与转运。大豆硫转运蛋白基因GmSULTR1;2b在根中特异表达,其功能是将外界的SO₄^2-吸收转运到植物根系中。文章克隆大豆硫转运蛋白GmSULTR1;2b的启动子,研究该启动子的驱动活性和组织表达情况,从而了解GmSULTR1;2b的调控机制,为提高大豆含硫氨基酸含量提供分子依据。【方法】根据NCBI中GmSULTR1;2b的序列,分析预测该基因上游2 259 bp为启动子,并利用在线数据库PLACE和Plant-CARE预测该启动子序列的调控元件。以大豆品种南农N2899的DNA为模板,进行普通PCR扩增,将克隆的启动子序列与GUS连接构建植物重组表达载体pSULTR1;2b∷GUS。利用冻融法将重组质粒转入农杆菌EHA105中,通过农杆菌介导的遗传转化法转化大豆进行瞬时表达,以GUS为报告基因对启动子的活性进行分析。另外,将重组质粒转入发根农杆菌K599中进行大豆毛状根转化试验,借助于GUS报告基因,通过体视镜观察毛状根的横切面,分析启动子在根中的表达情况。最后以转化的阳性毛状根为材料,通过GUS酶活试验（GUS activity）分析启动子的活性。【结果】克隆大豆品种南农N2899的GmSULTR1;2b启动子与NCBI序列基本一致。通过在线预测分析启动子的调控元件发现该启动子具有真核生物启动子必须的核心元件TATA-box外,还含有激素应答元件ERE（乙烯响应元件）、ABRE（脱落酸响应元件）等,胁迫应答元件TC-rich repeats（干旱胁迫以及病虫害胁迫）、AT-rich element（AT-rich的DNA与蛋白结合位点）和MYB等。重组载体pSULTR1;2b∷GUS经PCR和测序鉴定,证实已构建成功。大豆瞬时表达后进行X-gluc染色显示,重组载体侵染的大豆显蓝色,说明GmSULTR1;2b启动子能够驱动下游GUS的表达。对转化的毛状根染色之后,体视镜下观察阳性根的横切面,发现GUS主要在根毛、根表皮和中柱内表达,表明GmSULTR1;2b启动子主要在根毛、根表皮和中柱内表达。对转化毛状根进行GUS酶活试验（GUS activity）说明该启动子的启动活性比CaMV35S启动子的启动活性弱。【结论】克隆了GmSULTR1;2b启动子序列,该启动子具有驱动下游GUS的表达的功能,而且该启动子在根毛、根表皮和中柱内表达。     

枇杷叶片发育基因EjGRF5与启动子克隆及其在不同倍性枇杷中的表达

【目的】克隆并解析枇杷（Eriobotrya japonica (Thunb.) Lindl.）中参与调控叶片生长发育的EjGRF5及其启动子序列的结构特征,研究其在不同倍性枇杷中的表达特性,为进一步研究该基因调控不同倍性枇杷叶片生长势差异的机理奠定基础。【方法】从转录组测序数据中挖掘枇杷EjGRF5的参考序列,以此序列设计引物,并以‘龙泉1号’四倍体枇杷基因组DNA为模板扩增EjGRF5全长,参照EjGRF5参考序列获得其CDS序列。利用Bioedit7.2及SignalP4.1对EjGRF5的CDS序列及其蛋白的理化性质进行分析;采用Mega7.0软件构建EjGRF5和其他物种GRF5的系统进化树;采用LocTree3及SoftBerry ProtComp9.0在线软件对EjGRF5蛋白进行亚细胞定位预测;采用染色体步移的方法克隆EjGRF5的启动子序列,并利用PlantCARE在线软件对克隆得到的EjGRF5启动子序列进行生物信息学分析;采用RT-PCR技术对EjGRF5在三倍体枇杷及其亲本（4x、2x）中的表达差异进行初步分析。【结果】将测序结果与转录组测序的参考序列进行比对发现,EjGRF5全长为1 386 bp,含有3个外显子,2个内含子,内含子全长399 bp,CDS全长987 bp。进化树分析表明,枇杷EjGRF5与蔷薇科的其他植物高度同源,且与白梨的亲缘关系最近。亚细胞定位预测结果显示,枇杷EjGRF5蛋白定位于细胞核中。启动子分析显示,EjGRF5启动子区域含有多个顺势作用元件,包括脱落酸、乙烯、高温、厌氧诱导、赤霉素和光响应元件,并且光响应元件多达11个。qRT-PCR结果显示,除F₁代A-6和B-3外,其余三倍体子代EjGRF5表达量相对于中间亲本值（MPV）都发生了不同程度的上调,其中A-3的表达量是其MPV的20倍,A-5表达量是其MPV的18倍左右。【结论】获得了与枇杷叶片生长发育相关的EjGRF5、CDS序列及其启动子序列,EjGRF5在三倍体枇杷叶片中的表达呈现出上调趋势。     

拟南芥GT47基因家族鉴定及不同胁迫下的表达特征

【目的】筛选拟南芥糖基转移酶GT47基因家族,进一步了解GT47基因家族的生物信息学特征,为其功能及抗逆性研究提供参考。【方法】利用生物信息学方法在拟南芥GT47基因家族中挖掘并鉴定出39个基因,并对这些基因进行系列分析。【结果】家族蛋白为亲水性蛋白质,大部分蛋白稳定性较差,亚细胞定位预测显示,大部分基因定位于高尔基体。蛋白质结构预测表明,α-螺旋和无规则卷曲是二级结构的主要组成部分,三级结构具有相似性。基因结构和保守基序分析发现,各亚族成员间具有相似的保守基序和进化的保守性。系统发育树分析显示,该基因家族可分为6个亚家族,基因在不同物种间具有一定保守性。启动子顺式作用元件分析表明,拟南芥GT47家族基因具有多种激素响应元件及非生物胁迫响应元件。表达模式分析表明,拟南芥GT47基因家族在不同组织中广泛表达,对6 h的热胁迫表现明显的响应,尤其是AT1G63450在冷、干旱、盐及2 h热胁迫下发生了下调,但是在6 h热胁迫下发生了上调。【结论】糖基转移酶基因在不同组织中的表达具有显著差异,能响应ABA激素信号传导并参与植物调控胁迫应激过程,对植物生长发育有重要意义。     

盐芥GRP7基因的克隆和逆境表达分析

【目的】从抗逆植物盐芥中分离GRP7(glycine-rich RNA-binding protein7,GRP7)基因,为进一步揭示GRPs基因在盐芥逆境应答中的作用机制及生物学功能奠定基础。【方法】利用盐芥GRP7基因的EST序列设计特异引物,克隆GRP7基因的全长序列,对其保守结构域和系统进化树进行分析,并对TsGRP7基因的启动子区进行预测;利用qRT-PCR技术,检测GRP7基因在不同逆境胁迫、不同组织中的表达情况。【结果】TsGRP7基因编码区全长522bp,编码173个氨基酸;TsGRP7蛋白的N端第9~82位氨基酸之间有1个RNA识别基序(RRM),RRM中含有保守的RNP-1和RNP-2亚结构域;多重序列比对和系统进化树分析表明,盐芥和拟南芥亲缘关系较近;启动子序列分析表明,盐芥GRP7启动子区含有HSE热激响应元件、LTR低温应答元件等多个逆境相关的顺式作用元件,表明盐芥GRP7基因参与逆境响应。qRT-PCR分析表明,盐芥GRP7基因在不同逆境胁迫条件及不同组织中表达不同。【结论】盐芥GRP7基因参与低温、高盐、PEG等逆境响应。     

棉花GhGT-2转录因子的克隆及其功能分析

【目的】棉花是重要的纤维作物,其生长常遭受非生物逆境危害,严重影响棉花的生长和产量。Trihelix转录因子在植物抵御各种逆境胁迫中扮演重要作用。克隆棉花Trihelix转录因子基因并分析其表达特性和功能,为最终利用转基因手段改良棉花抗逆性奠定基础。【方法】通过BLAST分析比对,从棉花EST数据库中获得1个高度同源基因,通过基因序列分析,发现其属于Trihelix转录因子GT-2亚家族,命名为GhGT-2。以棉花叶片总RNA为模板,根据EST序列设计引物,利用RT-PCR结合RACE技术,获得GhGT-2的编码序列。使用MEGA5对蛋白序列及其同源序列进行多序列比对分析,并构建同源物种间系统进化树,通过SMART网站（http://smart.embl- heidelberg.de/）进行蛋白结构预测。以陆地棉品种新陆早26号为研究材料,在棉花15 d苗龄时（一对真叶期）,分别对其植株进行非生物胁迫和ABA处理0、1、3、6和12 h,然后采集相应时段棉苗叶片。另外采集同一品种棉花的不同发育时期的根、茎、叶、花、开花后当天胚珠以及开花后12 d（12 days post anthesis,DPA）纤维等不同组织样品,利用实时荧光定量PCR方法分析GhGT-2在棉花不同组织间的表达差异及其在低温、干旱、高盐和ABA处理下的表达模式。将GhGT-2克隆至GFP表达载体pBI221,和GAL4 DNA结合结构域载体,在拟南芥原生质体中验证GhGT-2在细胞内的定位情况和转录激活活性。利用凝胶迁移试验（EMSA）检测DNA结合元件。【结果】克隆了棉花GhGT-2的cDNA全长序列。该基因cDNA全长1 579 bp,开放阅读框为1 428 bp,编码475个氨基酸的蛋白,推导编码蛋白质的分子量为54.07 kD,等电点为8.96。SMART蛋白结构预测发现,该蛋白含有2个Trihelix家族典型的SANT蛋白结合域。系统进化树分析表明,GhGT-2属于Trihelix转录因子GT-2亚家族,与拟南芥AtGTL1、白杨PtaGTL1 GT2-Box、GT3-Box、GT-1b（BoxⅡ）和MYB元件MBS1、MRE1、MRE3、MRE4亲缘关系最近。实时荧光定量PCR表明,GhGT-2在棉花的根、茎、叶、花、开花后当天胚珠以及开花后12 d（12 DPA）纤维中均有表达,其中,在叶中表达量最高,在根中表达量最低。在冷胁迫下,GhGT-2除在3 h时表达量接近0 h外,在1、6和12 h的表达量均低于0 h,呈现抑制表达特征。在高盐、干旱和ABA处理3种胁迫下,GhGT-2在1 h的表达量均低于0 h,但3、6和12 h的表达量均高于0 h,表现为先抑制后上调表达特征。推测该基因可能参与棉花ABA信号通路中对逆境胁迫的抗性反应。利用拟南芥原生质体分析,GhGT-2主要定位于细胞核中,转录激活活性不明显。凝胶阻滞（EMSA）分析发现,GhGT-2可以结合GT元件。【结论】获得棉花GhGT-2的全长cDNA序列,其编码蛋白含有2个SANT蛋白结合域,属于棉花Trihelix转录因子GT-2亚家族。在干旱、高盐和ABA逆境胁迫下,GhGT-2属于依赖于ABA胁迫响应基因调控网络,推测GhGT-2在陆地棉的非生物胁迫适应过程中可能具有重要的作用。     

霜霉威胁迫下黄瓜CsWRKY30表达及功能分析

【目的】从前期转录组测序结果中筛选获得一个在霜霉威(propamocarb)胁迫条件下差异上调表达的基因CsWRKY30,对其进行克隆并分析其在霜霉威胁迫下的功能,了解黄瓜低霜霉威残留的分子机制。【方法】通过PCR技术扩增CsWRKY30全长,利用NCBI和PlantCARE在线工具分别进行该基因编码蛋白的保守结构域分析和启动子序列分析;利用实时荧光定量PCR分析CsWRKY30在霜霉威胁迫及其他胁迫条件下的相关表达模式;通过与GFP蛋白融合对CsWRKY30蛋白进行亚细胞定位;通过花序侵染法将CsWRKY30构建的植物过表达载体转化到哥伦比亚野生型拟南芥中,对获得的纯合转基因株系在霜霉威胁迫条件下的功能进行鉴定。【结果】CsWRKY30的CDS序列全长为1 014 bp,其编码的337个氨基酸中包含1个由60个氨基酸组成的WRKY结构域。CsWRKY30表达模式分析结果显示,黄瓜遭受霜霉威胁迫时,CsWRKY30在低霜霉威残留品系D0351中表达量显著上调,而在高霜霉威残留品系D9320中表达量并没有发生改变;在霜霉威胁迫的0.5-9 h间,该基因在D0351中的表达量一直明显高于对照,然而在24 h以后,该基因的表达不再显著上调。组织特异性表达分析表明,CsWRKY30主要在黄瓜果实中表达。蛋白亚细胞定位结果表明,CsWRKY30定位于细胞核。对CsWRKY30转基因拟南芥进行霜霉威胁迫发现,在未处理条件下,CsWRKY30 转基因拟南芥与野生型拟南芥表型上无明显差异;在2 mmol?L^-1霜霉威处理条件下,CsWRKY30转基因拟南芥萌发率及主根长均明显高于野生型拟南芥。在其他逆境作用下,CsWRKY30对霜霉威和多主棒孢霉菌条件积极响应,对干旱和高盐没有作用,同时受到脱落酸（ABA）信号诱导。【结论】黄瓜CsWRKY30在霜霉威胁迫条件下发挥重要作用,过量表达CsWRKY30可显著提高转基因拟南芥对霜霉威胁迫的抵抗能力。     

基于高通量测序的技术检测梨树病毒

【目的】 研究运用基于高通量测序的技术检测梨树病毒,为梨树病毒的检测提供新方法。【方法】 于2014年、2017年、2018年4月中旬采集库尔勒香梨花朵若干,分别进行转录组测序,将得到的序列经过转录本拼接、层次聚类和基因功能注释,筛选出注释为植物病毒的序列作为候选病毒序列。利用RT-PCR方法检测随机采集的香梨枝条样品,验证高通量测序结果的可靠性。【结果】 根据3组转录组测序数据的生物信息学分析结果,分别对注释为来源于植物病毒的66、202和921条基因序列进行分析。3种梨树中已报道的病毒,分别是苹果茎痘病毒、苹果茎沟病毒和苹果褪绿叶斑病毒,以及梨树中未报道的芸薹黄化病毒。采用设计的特异性引物,通过RT-PCR技术对筛选出的4种病毒进行扩增验证,结果扩增出苹果茎痘病毒和苹果茎沟病毒的目的片段。【结论】 高通量测序技术可作为检测梨树病毒的一种快速、有效手段。     

转Pal基因拟南芥对根际土壤细菌群落的影响

利用 Miseq测序技术研究了转苯丙氨酸解氨酶基因(Pal)拟南芥对其根际土壤细菌群落结构和多样性的影响。结果表明,转Pal基因拟南芥土壤细菌Chao指数显著高于突变体和野生型;从Shannon和Simpson指数来看,转Pal基因拟南芥根际土壤细菌的群落多样性显著高于野生型和突变体;转Pal基因处理与突变体相比,在门水平上变形菌门(Actinobacteria)的相对丰度增加,在纲水平上α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)的相对丰度增加;转Pal基因拟南芥起作用的主要类群为变形菌门(Proteobacteria)、蓝藻菌门(Cyanobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、δ-变形菌纲(Deltaproteobacteria)、粘球菌目(Myxococcales)等。转基因拟南芥根系可能促进或抑制具有某些特定生理特征的根际微生物种群,从而改变了土壤细菌群落的结构和多样性。     

意大利蜜蜂工蜂幼虫饲料中适宜色氨酸水平

【目的】研究意大利蜜蜂（Apis mellifera）工蜂幼虫饲料中适宜色氨酸水平,为探明意大利蜜蜂工蜂幼虫发育阶段的色氨酸营养需要提供理论依据。【方法】选用1日龄工蜂幼虫1 008只,随机分为7组,每组3个重复,每个重复48只幼虫,分别饲喂色氨酸水平为7.84、8.84、9.84、10.84、11.84、12.84和13.84 mg?g^-1 的7种日粮。取5日龄工蜂幼虫虫体测定色氨酸羟化酶（tryptophan hydroxylase,TPH）基因与5羟色胺受体（5-hydroxytryptamine receptors, 5-HTR）1、2α、2β、7基因表达量;取6日龄工蜂幼虫虫体测定总蛋白、丙二醛（malondialdehyde,MDA）含量、总抗氧化能力（total antioxidant capacity,T-AOC）;取6日龄工蜂幼虫血淋巴测定其中游离色氨酸水平;7日龄时,统计工蜂化蛹率;取9日龄工蜂蛹测定色氨酸体沉积量,统计21日龄工蜂出房数目,计算羽化率。【结果】色氨酸水平为10.84 mg?g^-1时,6日龄工蜂化蛹率最高,6日龄工蜂幼虫虫体蛋白含量最高,9日龄工蜂蜂蛹色氨酸体沉积最多,21日龄工蜂羽化率最高。色氨酸水平为10.84-11.84 mg?g^-1时,5日龄工蜂幼虫TPH基因表达量最高,5日龄工蜂幼虫5-HT受体1、2α、2β基因表达水平最高,6日龄工蜂幼虫血淋巴游离色氨酸含量最高。5日龄工蜂幼虫5-HT受体7基因表达量在色氨酸水平为7.84-11.84 mg?g^-1时,处于较低水平,12.84-13.84 mg?g^-1时显著高于其他水平（P＜0.05）。6日龄工蜂幼虫MDA含量在色氨酸水平为7.84-11.84 mg?g^-1时较低,12.84-13.84 mg?g^-1时含量显著高于其他水平（P＜0.05）。6日龄工蜂幼虫T-AOC在色氨酸水平为7.84-9.84 mg?g^-1时处于较低水平,10.84-11.84 mg?g^-1时处于较高水平,12.84-13.84 mg?g^-1时显著高于其他水平。【结论】意大利蜜蜂工蜂幼虫饲料适宜色氨酸水平为10.84-11.84 mg?g^-1。     

一个橡胶树谷胱甘肽-S-转移酶基因的克隆和表达特性分析

 【目的】从橡胶树中克隆Glutathione-S-transferase（GST）基因的cDNA和基因组DNA,进行序列、结构和系统进化分析,研究胁迫条件和激素处理下的表达谱。【方法】利用产排胶机理课题组构建的胶乳EST数据库,通过PCR技术克隆橡胶树GST基因的cDNA和基因组DNA;在线预测蛋白质保守功能域和亚细胞定位,构建系统进化树,利用实时荧光定量PCR分析割胶、伤害、低温、激素和死皮病等因素对该基因表达的影响。【结果】从橡胶树胶乳中克隆到1个GST基因的全长cDNA（793 bp）,编码25.4 kD（219aa）蛋白,命名为HbGSTU1;克隆了HbGSTU1的基因组DNA（1 313 bp）,包含1个内含子（520 bp）和2个外显子。HbGSTU1属于GST Tau家族,推测是一种无信号肽的细胞质蛋白,其N端结构域包含结合GSH的G位点,C端结构域包含特异结合底物的H位点;HbGSTU1与一个蓖麻GST蛋白的亲缘关系最近,氨基酸序列的一致性为85%;HbGSTU1的表达受割胶、伤害、低温、2,4-D、乙烯利和死皮病等因素调控,但对JA、SA和ABA处理的应答不明显。【结论】HbGSTU1是一个典型的GST Tau家族蛋白,可能在橡胶树抗逆过程中起作用,可作为橡胶树抗逆分子育种的靶标基因。     

小麦中国春NAM转录因子Gpc-1和Gpc-2灌浆期时空表达模式分析

【目的】对面包小麦(Triticum aestivumL.)中国春NAM转录因子Gpc-1（TaNAM-A1、TaNAM-B1、TaNAM-D1）和Gpc-2（TaNAM-B2、TaNAM-D2）灌浆期的表达模式进行全面系统的分析,为深入了解其协同调控籽粒发育时期组织衰老和矿物元素转运的方式及各基因间相互作用提供参考。【方法】从中国春中克隆Gpc-1和Gpc-2的全长cDNA编码序列并进行序列比对分析。采用荧光定量PCR (qRT-PCR)定量分析各基因在不同组织中的表达特性。以多个经评估的稳定基因作为内参,并采用Pfaffl法对Gpc-1和Gpc-2的相对表达量进行计算。针对Gpc-1和Gpc-2 5′或3′非翻译区（UTR）的差异核苷酸序列设计5条特异性寡核苷酸探针,地高辛标记后利用mRNA原位杂交技术分别在花后的旗叶、穗下节及籽粒中对基因的表达进行组织定位。【结果】利用一对特异性引物,从中国春中克隆到TaNAM-A1、TaNAM-B2、TaNAM-D1、TaNAM-D2以及具有功能的TaNAM-B1,且其核酸序列与野生二粒小麦（Triticum turgidum var.dicoccoides）野生型TtNAM-B1完全一致。Gpc-1和Gpc-2的转录本均广泛地分布于倒二叶、旗叶、穗下节、颖壳、穗轴及籽粒中。但不同于Gpc-1, Gpc-2在花后的根中并不表达。mRNA原位杂交结果显示,Gpc-1和Gpc-2具有相同的组织表达特异性,除叶表皮细胞、种皮和果皮外普遍在旗叶、穗下节以及籽粒的其他细胞类型中具有表达。其转录本大量积累于叶肉细胞,而在穗下节及叶片维管束中表达量则相对较低。籽粒中Gpc-1和Gpc-2的表达具有不均一性,其转录水平在胚中较高,与矿物元素运输相关的主要组织（维管束、色素链、珠心突出及传递细胞）及糊粉层中次之,而胚乳中表达量相对较低。qRT-PCR结果显示各NAM基因的表达特性在不同组织及基因间存在差异。TaNAM-D2在各组织中表达量均最低;籽粒中TaNAM-D1丰度最高,穗下节、颖壳及穗轴中TaNAM-B2转录水平高于其他基因,而旗叶中TaNAM-B2与TaNAM-A1表达量最大。开花前,TaNAM-A1、TaNAM-B1、TaNAM-B2和TaNAM-D2在倒二叶、旗叶、穗下节、颖壳、穗轴及籽粒中均有表达。花后15 d,倒二叶、穗轴及籽粒中TaNAM-A1的表达水平先于旗叶（25DAA）出现下降,在穗下节及颖壳中则持续增长至30DAA;籽粒中TaNAM-B1丰度在15DAA达到最大值,而其他组织中其最大值出现于25DAA（旗叶、颖壳）及30DAA（倒二叶、穗下节和穗轴）;除旗叶（25DAA）及穗下节（20DAA）外,TaNAM-B2转录水平在其他组织中均从15DAA起迅速降低;不同于其他基因,TaNAM-D1仅从花后开始表达,其丰度在各分析组织中不断增加至灌浆后期（25DAA或30DAA）。颖壳中TaNAM-D2表达水平在15DAA开始降低,早于叶片（25DAA）及其他组织。【结论】Gpc-1及Gpc-2转录因子参与调控籽粒中矿物元素的转运,但与该组织中细胞程序性死亡（programmed cell death,PCD）或衰老无显著联系;灌浆期各基因间表达特性不尽相同,其在功能上具有差异。Gpc-1和Gpc-2或仅参与对矿物元素转运的调控或同时平行调控组织的衰老。     

84个苹果栽培品种对斑点落叶病的抗性评价和全基因组关联分析

【目的】斑点落叶病是中国苹果产区发生的主要病害之一,严重影响苹果的产量和品质。本研究旨在发掘具有高抗病性的苹果栽培品种和探寻调控斑点落叶病抗性的关键基因,为苹果品种改良提供科学依据。【方法】利用苹果斑点落叶病菌（Alternaria alternata f. sp. mali）对84份苹果栽培品种进行离体叶片接种鉴定,从病斑面积和病斑面积增长率两方面进行聚类分析,评价苹果栽培品种对斑点落叶病的抗性。用接种后叶片的病斑面积作为表型性状,以全基因组深度重测序获得的1 243 071个高质量SNP位点为遗传标记,采用EMMAX方法进行全基因组关联分析。【结果】84份苹果栽培品种接种后统计病斑面积发现,不同的苹果栽培品种在对斑点落叶病的抗病性方面表现出显著的多样性,其中感病和中抗的品种占绝大多数,而高抗和高感的品种占比较少;苹果斑点落叶病抗病性具有正态分布特征,呈现数量性状遗传特征。全基因组关联性状分析最终获得6个SNP位点呈现显著水平P≤0.0000001（-LgP≥7）,深入分析将其关联到7个关键候选基因,包括整合素连接蛋白激酶、FMN连锁氧化还原酶、B-box型锌指蛋白、GATA型转录因子等,并验证了整合素连接蛋白激酶在苹果抗病中的作用。【结论】经过两年数据的综合分析,最终从84个苹果栽培品种里,鉴定到稳定抗性品种7份,稳定易感品种2份。通过全基因组关联性状分析鉴定到与苹果斑点落叶病抗病性显著相关的6个SNP位点,关联到7个关键候选基因,并验证了其中一个基因的功能。     

麦角硫因抑制双孢蘑菇褐变及其与能量代谢关系

【目的】控制和降低运输与贮藏过程中的褐变是目前双孢蘑菇保鲜的重点。研究麦角硫因处理对双孢蘑菇采后褐变的抑制效果,进一步分析褐变与能量代谢关系,为控制褐变和延长其保质期提供科学依据和生产指导。【方法】对具有代表性的双孢蘑菇品种AS2796喷涂浓度为0.12 mmol·L^-1的麦角硫因溶液,对照组采用超纯水处理,于4℃低温下贮藏17 d,贮藏时定期测定其褐变度、菌盖白度、丙二醛含量（MDA）和能量相关物质（ATP、ADP、AMP含量）、能荷及琥珀酸脱氢酶（SDH）、细胞色素氧化酶（CCO）、H⁺-ATPase、Ca²⁺-ATPase等线粒体呼吸代谢相关酶活性。【结果】随着贮藏时间的延长,双孢蘑菇的褐变度和MDA含量逐渐增加,菌盖白度不断下降。与对照组相比,麦角硫因处理延缓了MDA含量和褐变度的上升及菌盖白度的下降,保护了细胞膜的完整性,降低了膜脂过氧化程度,有效抑制了双孢蘑菇菌盖表面及内部组织的褐变。贮藏过程中,双孢蘑菇的ATP含量呈现出先上升后下降的趋势,且始终维持在较高水平,最低点（贮藏第17天）也高于0.6 mg·g^-1。整个贮藏期间,双孢蘑菇的ADP和AMP含量逐渐上升,处理组的ATP和AMP含量显著高于对照组（P＜0.05),而ADP含量始终低于对照组。能荷值不断下降,但处理组双孢蘑菇的能荷值始终略高于对照组。表明麦角硫因处理延缓了双孢蘑菇采后ATP含量的下降,提高了ATP的利用效率,在一定程度上维持了较高的能荷水平。麦角硫因处理的双孢蘑菇SDH、H⁺-ATPase和Ca²⁺-ATPase酶活性显著高于对照组（P＜0.05),且CCO酶活性在贮藏前期（第5天）和贮藏末期（第17天）相较于对照组也有所提升,从而维持了更好的线粒体功能,保证了ATP的高效合成。【结论】麦角硫因处理明显抑制了双孢蘑菇采后褐变,且其对褐变的抑制作用与能量代谢密切相关。     

甘蔗黄叶病毒P0蛋白分子特性及其抑制RNA沉默活性

【目的】甘蔗黄叶病（yellow leaf,YL）是一种主要的甘蔗病毒病害,在全球多数甘蔗种植国家或地区普遍发生,已对甘蔗生产造成严重威胁。其病原为甘蔗黄叶病毒（Sugarcane yellow leaf virus,SCYLV）,属于黄症病毒科马铃薯卷叶病毒属成员。研究SCYLV编码的沉默抑制子P0蛋白的分子特征、保守结构域及其在自然寄主甘蔗上抑制RNA沉默的功能,为下一步从RNA沉默水平解析SCYLV致病分子机理奠定基础。【方法】利用RT-PCR克隆技术获得SCYLV中国分离物CHN-FJ4编码的RNA沉默抑制子基因P0及其两个缺失突变体P0^Δ2-15（N端缺失15个氨基酸）和P0^Δ155-256（C端缺失102个氨基酸）,然后定向克隆到单子叶植物表达载体pUbi-nos（空载体）上,获得重组质粒。利用甘蔗嫩叶组织瞬时表达系统鉴定病毒RNA沉默抑制子技术,结合ImageJ软件定量分析P0及其两个缺失突变体抑制外源基因EYFP瞬时表达活性的变化。番茄丛矮病毒（Tomato bushy stunt virus,TBSV）编码的P19作为沉默抑制子阳性对照。【结果】P0核苷酸序列的遗传进化分析结果显示,所获得的SCYLV病毒分离物CHN-FJ4为BRA基因型,与其他BRA基因型分离物氨基酸序列一致性为96.1%-98.4%。利用MEME在线软件预测P0蛋白的保守结构域,结果表明P0蛋白含有3个显著的保守区。分别位于第1-60、76-125和161-210氨基酸残基。通过Datamonkey在线服务器（http://www.datamonkey.org）提供的5种运算方法分析P0蛋白氨基酸位点的选择压力,结果显示P0蛋白具有8个氨基酸正向选择位点。将含有P0及其缺失突变体的重组质粒连同含EYFP报告基因的pTEM12质粒采用基因枪轰击法分别导入甘蔗嫩叶组织细胞,轰击后48-120 h,P0和P19逐渐地提高EYFP荧光表达点数和荧光表达水平;在120 h,与pUbi-nos空载体（不含沉默抑制子）对照组相比,P0和P19均显著地提高甘蔗嫩叶组织EYFP荧光表达点数和荧光表达水平,分别达1.6倍和4.0倍以上。P0与P19抑制RNA沉默活性水平没有显著差异（P>0.05）。P0蛋白N端缺失15个氨基酸（P0^Δ2-15）和C端缺失102个氨基酸（P0^Δ155-256）均丧失了沉默抑制子的功能,荧光表达与不含沉默抑制子对照组相当。【结论】在甘蔗嫩叶组织EYFP瞬时表达体系上,P0能够显著地提高外源基因EYFP表达水平。P0蛋白N端15个氨基酸和C端102个氨基酸含有显著的保守区域,是P0发挥沉默抑制子功能所必需的。