番茄CBL家族基因的鉴定和遗传进化分析

植物CBL基因在逆境应答过程具有重要功能,但在番茄中缺乏相关报道。本研究利用生物信息学的方法从番茄基因组中鉴定出13个CBL基因,并对它们的基因组分布、分子特征、遗传进化以及顺式元件等进行了分析。结果发现,番茄CBL基因在基因组中的分布是不均匀的,外显子数大多为8或者9,编码区序列大小在561~774 bp之间。在进化上番茄CBL基因分为两个不同的类群;它们编码的蛋白除了一个预测定位在胞外基质中,其余定位在细胞的不同部位;在番茄CBL基因的上游序列中存在几个或者多个应答不同逆境和植物激素的顺式元件,而且不同成员含有的顺式元件的种类和数目各不相同。上述分析显示番茄CBL可能参与多种生物学过程,而且不同成员存在功能上的分化。本研究结果可为进一步研究番茄CBL基因的功能提供有益参考。     

番茄RAV基因家族鉴定及生物信息学分析

RAV (Related to ABI3/VP1)基因是植物特有的转录因子,在调控胁迫响应和生长发育等过程中起着重要作用。为了明确番茄RAV基因家族成员并为其功能研究奠定基础,本研究在番茄全基因组范围内鉴定了RAV基因并对其进行系统的生物信息学分析。结果表明,番茄中有9个RAV家族基因,可以分为4个分支且同一分支内的基因结构和结构域相对保守。番茄、水稻和拟南芥RAV基因的同源进化关系、基因结构和保守基序分析结果表明,3个物种中的RAV基因的进化相对保守,预示着其功能的相似性。共线性分析结果表明,片段复制事件对番茄RAV基因家族的进化和扩张起着重要作用。与水稻RAV基因相比,番茄和拟南芥的RAV基因的进化关系更近。顺式作用元件分析表明,番茄RAV可能通过参与激素代谢参与逆境胁迫和生长发育等生物学过程。本研究结果揭示了番茄、拟南芥和水稻RAV基因的同源进化关系和番茄RAV基因的潜在功能,为进一步研究番茄RAV基因的生物学功能提供理论基础。     

草地早熟禾硝酸盐转运蛋白NRT1/PTR FAMILY 5.8基因的克隆及生物信息学分析

硝态氮是植物主要的氮素营养来源,与植物的生长发育与抗性能力密切相关。硝态氮的吸收与运转对提高植物氮素利用效率有调控作用,其中硝酸盐转运蛋白发挥重要作用。本研究通过RT-PCR的方法克隆得到草地早熟禾硝酸盐转运蛋白NRT1/PTR FAMILY 5.8基因的编码区序列,并进行生物信息学分析。结果表明,该基因编码区长度为1 434 bp,共编码477个氨基酸。NRT1/PTR FAMILY 5.8蛋白分子量为51.7 kD,等电点为4.9。NRT1/PTR FAMILY 5.8蛋白共有8个跨膜结构域,3个糖基化,位点无信号肽,预测定位于质膜或内质网中。NRT1/PTR FAMILY 5.8蛋白含有结构域PTR2属于MFS蛋白超家族。草地早熟禾NRT1/PTR FAMILY 5.8蛋白与二穗短柄草,粗山羊草的相似度较高,而且不同物种之间的NRT1/PTR FAMILY 5.8与NRT1/PTR FAMILY 5.9的同源进化关系较近。本研究为进一步研究NRT1/PTR FAMILY 5.8基因的功能及硝酸盐转运途径具有重要意义。     

黄瓜CsRAX2的克隆与表达分析及原核表达蛋白诱导

作为最大的转录因子家族,MYB转录因子广泛参与植物的生长发育以及对胁迫的响应与耐受。CsRAX2是黄瓜MYB转录因子家族成员之一,本研究通过同源克隆法克隆了CsRAX2全长,分析了该转录因子基因的生物信息和表达特征,在原核表达系统中诱导并纯化该蛋白。结果表明,CsRAX2全长939 bp,编码321个氨基酸,定位在3号染色体。CsRAX2蛋白定位在细胞核,与其他物种MYB的进化关系很近,是一个典型的R2R3-MYB转录因子。CsRAX2表达具有组织特异性,且低温处理显著诱导采后黄瓜CsRAX2表达,表明其可能在采后黄瓜低温反应调控中发挥作用。启动子元件分析显示,该基因启动子中含有多个环境和激素响应元件,表明非生物胁迫可能通过激素信号调控CsRAX2表达。原核表达研究表明,培养温度影响原核表达蛋白的诱导效果,降低细菌培养温度能提高上清液中融合表达蛋白产量。本研究结果为进一步研究黄瓜CsRAX2基因的生物学功能及黄瓜耐冷性机理提供了帮助。     

水稻粒形调控相关基因进化的全基因组尺度分析

水稻粒形相关基因,对于调控作物产量和品质都具有十分重要的作用,但关于其进化缺少一个系统的、全基因组尺度的比较基因组学分析。研究以已鉴定的水稻粒形相关基因为目标序列,在8个禾本科植物中进行比较基因组学分析,旨在全基因组范围揭示不同粒形基因在多个禾本科作物种系中的进化规律。基于同源比对分析发现,不同基因组中粒形相关基因数量不具有明显差异,平均每个基因组中粒长和粒宽相关的基因分别有364和75,其中较多的是谷子,有423粒长、71粒宽调控基因。基因组同源共线分析,发现全基因组加倍和串联重复对于家族基因拷贝数增加具有重要贡献,但是重复基因丢失可能维持了基因数量的稳定。通过粒形基因中旁系同源基因对间的同义核苷酸置换率(Ks)比较,揭示不同的粒形基因具有不同的进化速率,进化最快的是粒长调控相关基因An-1。本研究为认识水稻粒形调控相关基因进化提供了重要的理论基础,对于禾本科粒形相关基因从全局尺度到单基因的进化具有极为重要的意义。     

黄瓜SUN家族的鉴定及其对逆境的响应

黄瓜(Cucumis sativus L.)是中国主要蔬菜作物之一,具有很高的经济价值。植物特有的IQ67结构域蛋白(SUN)家族成员是钙传感器的下游靶标,能够参与植物发育和基础防御反应。本研究通过黄瓜基因组新组装版本(v3.0),对黄瓜SUN基因家族成员进行了全基因组的鉴定和分析。结果表明,黄瓜SUN基因家族包含29个成员,编码的蛋白均含有保守的IQ67结构域。黄瓜SUN家族成员基因启动子区域含有多个响应激素和胁迫反应的顺式作用元件,通过分析公共已发表的转录组数据,本研究发现SUN家族基因可能在黄瓜果实生长发育及生物和非生物胁迫中起重要作用。研究结果为进一步了解SUN家族基因的功能提供了一定基础。     

雷蒙德氏棉PIF-like转座元件鉴定与特征分析

PIF-like转座元件在植物基因组中含量丰富,是植物DNA转座子的重要组成部分。利用基因组学和生物信息学的研究手段,系统研究了雷蒙德氏棉全基因组水平PIF-like转座元件的数量、染色体分布、结构特征、表达模式及相邻基因的种类和功能等,共鉴定了440条包含转座酶且插入位置明确的PIF-like转座元件。这些元件几乎均匀地分布在13条染色体上,上下游2 kb内共有171个相邻编码蛋白的基因,其中132个基因注释到了GO数据库中,且这些基因的功能分布广泛;部分PIF-like转座元件表达,且具有组织特异性。这些遗传信息为深入研究棉花PIF-like转座元件介导的基因和基因组的进化规律以及棉花基因的功能奠定基础。     

杨树SRK2C基因的克隆及其遗传转化

在杨树全基因组序列信息的基础上,根据拟南芥渗透胁迫诱导基因SRK2C的全长cDNA序列,在杨树基因组上定位并克隆获得了3个SRK2C同源基因全长cDNA序列.运用Gateway定向克隆技术构建了杨树SRK2C基因的过量表达载体,并进行了T89杨遗传转化研究,获得了一批转SRK2C基因T89杨植株,PCR检测表明目的基因已经整合到了杨树基因组中,实时定量荧光RT-PCR结果也进一步证实,目的基因在T89杨转基因植株中有较高水平的表达丰度.为进一步分析杨树PtSRK2C基因功能奠定了基础,也为进一步开展林木的抗逆机制和林木抗逆遗传改良研究提供了依据.     

茄科植物Ca~(2+)-ATPase基因家族鉴定及分析

Ca~(2+)是响应发育和环境信号的重要信使,Ca~(2+)-ATPase对植物生长发育和抗逆功能具有重要的作用。本研究以茄科植物栽培番茄、潘那利番茄、马铃薯、烟草和辣椒的Ca~(2+)-ATPase为研究对象,鉴定了五个茄科植物共87个Ca~(2+)-ATPase基因家族成员,基因家族成员在茄科植物进化的过程中数量发生明显变化,但成员数与基因组大小和进化没有线性变化关系,同一物种的基因家族成员分布在多条染色体上。该基因家族中有许多成员具有与生长发育相关和抗逆功能相关的顺式作用元件,与抗逆功能相关的顺式作用元件主要存在于ACA亚家族。在番茄中,SLyACA1在冷胁迫和盐胁迫的逆境条件下均表达效果强烈、上调变化明显,SLyACA5和SLyACA6也在两种逆境条件下都产生表达变化,说明这三个基因特别是SLyACA1基因和冷胁迫和盐胁迫相关。本研究为阐明Ca~(2+)-ATPase基因家族在茄科物种中的进化及其功能提供了理论依据。     

花生SWEET基因全基因组鉴定及表达分析

SWEET (sugars will eventually be exported transporter)蛋白是一类结构保守、不依赖能量的糖转运蛋白,在植物生长发育、响应生物/非生物逆境胁迫等生理过程发挥重要作用。目前,尚未见花生SWEET基因相关报道。本研究首次全基因组挖掘了花生SWEET基因,对其分子特征及表达模式进行了细致分析。结果表明,栽培种花生和2个祖先野生种基因组分别存在55、25、28个SWEET基因,随机不均匀分布在各染色体上。来源于野生种和栽培种的同源基因在染色体位置相近,但也存在个别缺失,这验证了花生野生种和栽培种的进化关系,也暗示了基因组复制加倍过程中存在同源基因的丢失或扩张。基因内含子-外显子数目和位置以及启动子中顺式作用元件种类和数量均存在差异,暗示了花生SWEET基因生物学功能的多样性。系统进化分析将花生SWEET基因分为4个亚家族Clade I～Clade IV,同一亚家族同一分支的基因具有相似的外显子-内含子结构。分析Clevenger等组织表达谱发现部分基因表现为组织优势表达,这为深入了解SWEET基因行使功能部位提供了参考。此外,基于课题组前期发表...     

西红花苷的生物合成及CCD家族基因研究进展

西红花苷属于脱辅基类胡萝卜素化合物,是中国传统珍贵药材西红花（藏红花）的主要活性成分。为解析西红花苷合成途径及明确参与该途径的基因功能,本文系统综述了西红花苷的结构特征、生物合成过程及前体物质、西红花苷合成过程中类胡萝卜素裂解双加氧酶(CCD)家族基因(CCD1、CCD4、CCD7、CCD8)的功能及表达特征等方面的研究进展。指出了西红花苷合成途径及关键基因现阶段研究中存在的问题,认为随着分子生物学技术的发展,更多参与西红花苷合成途径的基因将被挖掘鉴定,有助于明确西红花苷合成途径。     

生物熏蒸对黄瓜枯萎病抑制及品质和产量的影响

以传统化学农药进行土壤消毒控制作物枯萎病,在杀死病原菌的同时会造成农药残留和污染环境,寻找新的控制土传病害的方法是目前亟需解决的问题。试验利用含有硫苷的3种芸薹属植物(芥菜、红圆芜菁和秋冬小白菜)生物熏蒸含有黄瓜枯萎病的土壤,以非芸薹属植物菠菜和化学农药处理为对照,通过盆栽试验和大棚试验来研究生物熏蒸对黄瓜枯萎病抑制作用,以及对其品质和产量的影响。结果表明,芥菜生物熏蒸处理对黄瓜发病率、病情指数、防病效果分别为25.0%、25.0%、52.9%,显著优于其余各处理。小花叶芥菜和红圆芜菁熏蒸处理后,黄瓜果实维生素C、可溶性糖、可溶性固形物的含量均显著高于非芸薹属熏蒸和化学农药处理。小叶花芥菜和红圆芜菁生物熏蒸处理后的黄瓜总产分别是10.89、10.07 kg/m~2,是CK黄瓜产量的1.81、1.56倍。生物熏蒸能显著促进黄瓜植株的生长,对抑制黄瓜枯萎病有一定效果。     

油菜B-box型锌指蛋白基因BnSTO的克隆和表达

B-box型锌指蛋白参与植物多种生长发育和非生物逆境胁迫响应过程。笔者通过RT-PCR克隆得到甘蓝型油菜2个B-box型锌指蛋白基因Bn STO-1和Bn STO-2。Bn STO-1的ORF长度为723 bp,推测编码240个氨基酸,定位于A8染色体。Bn STO-2的ORF长度为726 bp,推测编码241个氨基酸,定位于C8染色体。2个基因均由3个外显子和2个内含子构成,在氨基酸水平上的相似性达到了96.68%。系统进化分析表明Bn STO与拟南芥At STO的亲缘关系较近,同源性较高。荧光实时定量PCR结果表明Bn STO在检测的各个组织中均有表达,其中叶和蕾中的表达量最高;高盐、干旱和高温能显著诱导Bn STO-1和Bn STO-2的表达,但出现峰值的时间不同,推测2个基因均可能参与了油菜的非生物逆境胁迫响应。     

灵昆鸡VLDLR和CTSD基因多态性与产蛋性状的相关性研究

为了研究极低密度脂蛋白受体(VLDLR)和溶酶体组织蛋白酶(CTSD)的单核苷酸多态性(SNPs),寻找与灵昆鸡产蛋性状相关的候选分子标记,以276只灵昆鸡母鸡为研究对象,采用直接测序法,检测VLDLR和CTSD基因在灵昆鸡中的SNPs,并分析各多态位点不同基因型与11个产蛋性状的相关性。结果表明:VLDLR基因存在1个突变位点C13444T,该位点不同基因型与哈氏单位、蛋黄重及蛋黄比例呈显著相关(P0.05),在哈氏单位性状中,ZTW型为优势基因型,在蛋黄重及蛋黄比例性状中,ZCW型为优势基因型;CTSD基因有5个突变位点,其中,T2614C对蛋白高度和哈氏单位有显著影响(P0.05),C9445T、C9475T对500日龄产蛋量和蛋重显著相关(P0.05),C9457T对蛋重有显著影响(P0.05),T11028C位点对蛋白高度有显著影响(P0.05)。C13444T、C9457T、T11028C位点偏离Hardy-Weinberg平衡状态(P0.05),其他9个位点均处Hardy-Weinberg平衡状态(P0.05)。结果提示:VLDLR和CTSD基因多态性可能与产蛋性状有关,可尝试作为灵昆鸡产蛋性状分子标记的候选基因,为以后的选育工作提供理论依据。     

2个MADS-box基因在山葡萄雌花和雄花中的表达分析

为了探明MADS-box基因在山葡萄性别分化中的作用,笔者利用实时荧光定量PCR技术对Vv MADS5和Vv MADS8 2个基因在山葡萄雌、雄花发育过程的表达情况进行分析。结果表明,2个基因在山葡萄雌花和雄花中都有表达,Vv MADS8在雌花和雄花中的表达趋势以及表达量基本相同。Vv MADS5在雌花和雄花中的表达类型相同,而其在雌花中的表达量显著高于雄花。Vv MADS8在花芽膨大期(4月30日)表达量最高,而Vv MADS5在花序展露期(5月14日)表达量最高。Vv MADS8、Vv MADS5参与山葡萄性别分化,但不是控制性别分化的关键基因。     

水稻草状矮化病毒侵染下水稻根发育相关基因的表达分析

水稻草状矮化病毒(Rice grassy stunt virus, RGSV)引起的水稻草矮病是热带和亚热带稻区的重要病害,RGSV侵染引起水稻植株根系严重发育不良。为解析RGSV侵染引致水稻根系发育不良的分子机制,以水稻品种‘汕优63’为材料,通过实时荧光定量RT-PCR技术分析水稻经RGSV侵染后根系发育相关基因OsPHR2、QHB、OsRR1、OsEXPB5、Crl-5和OsEXPA17等基因的mRNA表达量变化。结果表明,RGSV侵染引起OsPHR2和Crl-5基因表达下调,下调比率分别为2.18和4.86,而水稻病株QHB、OsRR1、OsEXPB5和OsEXPA17等基因的表达量与健株相比,各基因差异比率分别为1/1.49、1.01、1.39、1/1.37,表明RGSV侵染未引起这些基因的表达量发生变化。RGSV可能通过直接或间接调控根系发育相关基因表达水平而使根系发育异常。

     

毛果杨半胱氨酸蛋白酶基因PtCP3的基因克隆和原核表达分析

为研究毛果杨半胱氨酸蛋白酶基因PtCP3的酶学特征和生理功能,本实验对PtCP3进行了基因克隆和原核表达分析。从毛果杨(Populus trichocarpa Torr.Gray)中克隆得到半胱氨酸蛋白酶基因PtCP3,将其克隆至pMD-18T载体。进一步构建原核表达载体pET30a-PtCP3,并在大肠杆菌(Escherichia coli)中成功诱导表达重组蛋白,然后通过包涵体洗涤法对目的蛋白进行纯化。测序结果表明,PtCP3基因CDS序列全长1074 bp,含有木瓜蛋白酶的保守催化位点和组织蛋白酶B的保守结构域。序列分析结果显示,半胱氨酸蛋白酶基因PtCP3编码357个氨基酸,预测N-末端含有长度为27个氨基酸残基的信号肽序列,去除信号肽后蛋白酶大小为36.515 kDa,理论等电点为7.44。SDS-PAGE电泳结果显示,可以检测到大小约为42 kDa的目的条带,并可通过包涵体洗涤法在体外得到了高表达量、单一的重组蛋白PtCP3。     

贪铜菌6-5双组分信号系统czcR2-czcS2 的克隆

为阐明贪铜菌6-5的耐镉机理,更有效的治理土壤重金属污染。本研究利用同源序列克隆技术从本研究室筛选的高耐镉菌株贪铜菌6-5中成功克隆出双组分信号转导系统czcR2-czcS2,通过DNA测序及序列比对,结果表明,该扩增产物的DNA序列与耐金属贪铜菌CH34中megaplasmid质粒的czcR2和czcS2基因的同源性分别为99%和98%。czcR2-czcS2彼此相邻,并且转录方向一致,很可能作为一个独立的操纵子控制其他功能基因的表达。并利用生物信息学对该调控基因的一般特性、跨膜区和信号肽进行了预测,该研究为开展更为深入的研究以及制定有针对性的重金属污染治理对策建立了基础,具有重要的理论意义和实际应用潜能。

     

生态垫和覆袋沙障对梭梭林冠下土壤含水量的影响

受沙障影响,梭梭冠下土壤含水量及分布会出现不同差异,探讨梭梭林冠下土壤水分受沙障影响的分布规律,可以为提高梭梭存活率,防风固沙提供理论依据。以民勤县老虎口生态垫沙障和覆袋沙障布设区的梭梭林及裸沙丘上的梭梭林（对照区）为研究对象,在沙障布设区及对照区各选取3株具有代表性的梭梭,在其东西南北向上各水平取土至80 cm,（部分情况下取土至60 cm处）每20 cm 1个梯度。垂直取土至60 cm,每10 cm 1个梯度。然后测定土壤水分。结果表明：（1）沙障的布设削弱了沙障内梭梭冠下土壤含水量,对照区梭梭冠下土壤含水量大于2种沙障布设区,差异性显著(P＜0.05),但2种沙障布设区的梭梭冠下土壤含水量差异性不显著(P＞0.05);（2）覆袋沙障在出现破损后,会削弱沙障内梭梭的土壤含水量;（3）布设有生态垫沙障的梭梭根部土壤含水量较丰富,越往外围土壤含水量越少。     

川芎等中草药提取物对柑橘病原菌的抑制作用

为探究中草药提取物对柑橘病原菌的抑菌效果,以川芎、五加皮、独活等6种中草药作为原料从中提取抑菌液,测定其对3种柑橘病原菌（白霉、柑橘褐腐疫霉、指状青霉）的抑菌效果。结果表明,不同中草药提取液对不同柑橘病原菌的抑菌效果均不同,其中,川芎的抑菌作用最为明显,当其浓度低至1.0×10^-3 g/mL时,对3种病原菌仍有较好的抑制效果。进一步的涂膜保鲜试验证明,添加0.10%川芎提取液于壳聚糖膜中,对柑橘保鲜效果有明显增强作用。