基因表达系列分析技术及其在植物抗病性研究中的应用

基因表达系列分析(SAGE)技术不仅能够全面地分析特定组织或细胞内表达的基因，还可以比较不同组织在不同时间、空间条件下基因表达的差异，从而发现新基因。SAGE技术在植物抗病性研究中的应用近几年发展很快。综述介绍了SAGE技术的原理、特点、实验方案、技术发展与演变。     

扇贝性腺和肠组织表达序列标签的初步识别*

构建了扇贝(Placopecten magellanicus)的性腺和肠组织cDNA文库,并对96个克隆进行部分测序,获得82个表达序列标签(ESTs)序列.序列同源性搜索结果表明,72个EST序列与GenBank中的已知序列具有很高的同源性(e<10-8).其中19个序列属于rRNA基因;53个序列分别属于44个不同的基因.在44个基因中,有36个是编码已知功能的蛋白质基因,8个与未知功能的开放阅读框具同源性(假定蛋白);此外,44个基因全部是首次在扇贝中鉴定的基因;基因的功能分类显示,36个已知功能的基因分别属于基因表达与蛋白质合成、细胞结构、物质运输、代谢、细胞调节和信号传导等6大类.     

应用Solexa测序技术分析棉花不同抗病品种的数字表达谱

棉花枯萎病是一种危害严重的世界性病害,构建棉花枯萎病不同抗病品种的基因表达谱将为进一步研究棉花抗枯萎病的分子调控机制及筛选抗枯萎病相关基因奠定基础.本研究选用高抗枯萎病的陆地棉品种中棉所12和高感枯萎病的陆地棉品种新陆早7号为材料,利用Solexa高通量测序技术分析棉花幼苗根部组织中的基因表达情况.Solexa高通量测序后构建了多达350万个reads的标签文库,根据已知序列信息,显著差异表达基因1 080个,其中上调基因302个,下调基因778个.基因功能分析表明,已注释的显著差异表达基因可划分为分子功能、生物过程和细胞组件3个功能注释本体,并进一步细分为37个功能类别.鉴定出112条代谢通路,注释了1 238个显著差异表达基因,共涉及氨基酸代谢、多糖的生物合成和代谢、脂类代谢、能量代谢及信号转导等方面.在植物激素信号转导通路分析中,涉及到26个已知功能基因,4个基因编码AP2/ERF转录因子,4个基因与LRR类受体丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶或蛋白激酶有关,5个基因与蛋白磷酸酶2C有关,而这些基因都参与植物的抗病反应.随机抽取5个基因进行实时荧光定量PCR验证,其结果与测序结果一致.本研究初步揭示了棉花枯萎病抗感品种在转录组水平上的表达差异,获得了大量差异表达基因.     

稻瘟病菌发育cDNA文库构建与表达序列标签分析*

利用稻瘟病菌(Magnaporthegriesa)连续6个发育时期的材料构建了一个混合cDNA文库。文库滴度,重组率和插入片段长度等质量分析表明,构建的文库包含完整的稻瘟病菌基因,可用于病菌基因表达分析。利用该文库获得了7456条5′端表达序列标签(ESTs)(GenBank收录号:(CK909944￣CK913666和CK928583￣CK932582),生物信息分析表明:EST序列拼接出2975个假定独立转录本(TUTs),冗余度为60.1%;从cDNA文库中筛选出大量的低丰度表达基因,约占TUT总数的79.8%,说明在文库中基因组成类型的复杂性较高;在所有TUTs中,功能未知基因约占85.5%,编码ECM33蛋白和疏水蛋白等病菌致病相关的注释基因高丰度表达,进一步表明该cDNA文库反映了病菌侵染和发育过程中基因表达的状况。     

一种改良的从LongSAGE标签中鉴定猪新基因的GLGI方法

将长的基因表达序列标签(LongSAGE)和结合标签的基因序列延伸(GLGI)技术相结合,对GLGI的方法进行改良。(1)将原始GLGI方法中正向引物中长为10bp的SAGE标签特异序列改为17bp的LongSAGE标签;(2)针对不同LongSAGE标签,在PCR反应中给定相应不同的退火温度;(3)在PCR反应中用普通的DNA聚合酶代替高保真酶(Pfu);(4)在PCR反应的克隆中,使用普通的T载体和感受态细胞代替原始方法中特异的载体和感受态细胞。利用改良的GLGI方法分离的EST位于cDNA的3′末端并带有加尾信号和ploy(dA)尾巴。该方法在鉴定低丰度表达的基因时比普通的EST测序方法具有更高的灵敏性。     

白叶枯病菌诱导水稻特异基因表达的微阵列分析

应用水稻（Oryza sativa)2200条非冗余表达序列标签（EST）所制备的cDNA微阵列及同位素^33P杂交体系，对水稻抗白叶枯菌近等基因系中早14R、中早9S经白叶枯病菌（Xanthomonas oryaepv.oyzae(Xoo)）诱导后特异基因表达模式进行研究。结果表明：四叶期诱导3h后，在1336对有效数据所代表的基因中表达丰度上调有315个，下调有176个，对其中78个受诱导的已知功能基因进一步分析表明：cDNA微阵列上基因表达变化反应了植物防卫反应中基因表达的协同作用以及对病原物的攻击作出防卫反应的基本模式，尽管以往研究中一些基因未明确与植物抗病有直接关系。但在供试材料受白叶枯菌诱导后却发现其表达量发生了明显改变，对此作了初步讨论，另外，实验结果还发现了多个受白叶枯菌强烈诱导但功能未知的相关基因。     

猪胚胎骨骼肌LongSAGE文库的构建

基因表达系列分析(SAGE,serial analysis of gene express)技术(Velculescu et al.,1995)是一种高通量基因表达分析技术,目前已在人、动物、植物、微生物等许多研究领域广泛应用(Renu and Narendra,2004)。LongSAGE是Saha et al.(2002)对原始SAGE技术的进一步改良。本研究将该技术用于猪骨骼肌转录谱分析,成功地构建通城猪胚胎骨骼肌LongSAGE文库。     

提高外源基因在转基因植物中表达效率的途径

利用转基因技术获得具有目的性状的转基因植株,是进行作物品种改良的有效方式.但基因沉默等现象降低了外源基因在转基因植物中的表达效率.从外源基因的DNA修饰水平、翻译后蛋白的定位、以及转基因方式等方面综述了国内外植物基因工程中的相关研究;分析了外源基因表达效率低的原因;提出了克服基因沉默并实现外源基因高效表达的途径.     

利用拟南芥种群间转录组和表皮毛密度差异信息筛选表皮毛相关功能基因

如何利用基因组、转录组以及代谢组学等海量信息确定基因功能,并阐述其调控机制是生命科学研究领域的核心内容之一.本研究利用种群间数量性状遗传变异与相应基因表达量差异之间的关联性,尝试一种功能基因筛选的快速方法,首先利用已经发表的拟南芥(Arabidopsis thaliana)生物信息数据,运用线性相关模型,根据拟南芥种群遗传变异导致的叶片表皮毛数量性状差异和对应种群基因表达量差异的相关性,筛选与表皮毛性状功能相关的基因,从33 554个基因中共筛选到1 747个相关基因,其中负相关基因195个,正相关基因1 552个.对筛选基因集合进行基因本体(Gene Ontology,GO)富集分析,结果表明,筛选到的基因主要富集于植物防御、先天免疫、胁迫反应、茉莉酸刺激应答、机械损伤反应和芥子油苷代谢等生物功能,特别筛选到和表皮毛发育及其防御代谢物分泌有关的基因,如诱导叶片表皮毛分化起始的MYB结构域蛋白基因MYB23,对叶片表皮毛发育具有重要影响的缺陷表皮毛因子1 (distorted trichomes 1,DIS1),参与吲哚芥子油苷合成的细胞色素P450家族蛋白基因(cytochrome P450 family 81 subfamily F polypeptide 2,CYP81F2)和MYB51.将本研究筛选基因功能富集结果与前人对表皮毛的功能研究成果做对比,证明了本研究中所用方法的可行性.因此,在与数量性状有关目的基因筛选的研究中,此方法可以作为参考,对于其他物种的数量性状研究也具有借鉴意义.     

激发标签技术用于水稻功能基因组的初步研究

近年来,一种新的构建植物突变体的方法一激发标签技术(Activationtagging)已有效地用于功能基因的鉴定与克隆.此方法已在拟南芥等植物中分离了多个功能基因.该方法与其它创造突变体方法相比有以下优势:①插入位点上下游基因超表达后产生功能获得突变;②可用于QTL基因的鉴定与克隆;③T-DNA插入基因所引起的功能丧失突变;④用质粒挽救的方法直接从基因组DNA中克隆功能基因,避免了T-DNA或转座子突变分离功能基因的不便.另一方面,大部分重要的农艺性状包括抗病、抗逆、高产、优质等受QTL所控制.     

多选择标记植物表达载体的构建

具有多选择标记的植物基因表达载体有利于转基因植物研究中的转基因植株的筛选。本研究对植物基因表达载体pCAMBIA1301进行了改造,产生了1个具有可溶性的红移绿色荧光蛋白基因（smRS-GFP）、抗除草剂Basta、葡萄糖苷酸酶（GUS）及潮霉素（Hpt）的多选择标记的新的植物基因表达载体。运用这一表达载体的多选择标记可以有效降低检测和筛选转化植株时的假阳性率。此外,如此的基因表达载体也能满足实验室的不同筛选方法的需求。     

核基质结合区的研究进展

核基质结合区是真核生物染色质中可以与核基质结合的一段ＤＮＡ序列。它能使染色质形成环状结构,还可以作ＤＮＡ复制的起始点或调控基因的转录。在基因工程研究中发现,用ＭＡＲ构建载体能够提高外源基因的整体表达水平,并增强外源基因表达的稳定性。深入了解ＭＡＲ的性质,功能等特点对克服遗传操作中常出现的外源基因失活现象有重要的理论与应用意义。本文就ＭＡＲ的分离,结构功能特征及在植物基因工程中的应用等几个方面进行了     

SCoT分子标记在茶树育种中的应用研究进展

目标起始密码子多态性(Start Codon Targeted Polymorphism,SCoT)是一种可以与目标功能基因紧密连锁的目的基因标记,具有开发简单,成本低廉,稳定性和重复性好,多态性丰富,引物可在物种间通用等特点,已在多种植物中广泛应用。综述SCoT分子标记的原理及特点、引物设计、在茶树上的应用进展等方面,展望其在茶树指纹图谱构建和种质鉴定、差异基因表达分析、遗传连锁图谱构建方面的应用前景,以期为该标记在茶树中的深入应用提供更多参考。     

草菇菌丝体与原基差异表达基因分析

采用Solexa测序技术,对草菇菌丝体和原基进行了数字基因表达谱（DGE）测序,在菌丝体和原基文库中分别得到5701781个和5659262个高质量测序标签（cleantags）,对应的标签种数（distinct clean tags）分别为85626和95363。将所有高质量测序标签与参考基因库进行比对,在菌丝体和原基文库中,占标签种数的43.32%和52.57%的标签可以唯一定位（map）到参考序列上,占标签种数的21.65%和21.47%的标签可以被定位到基因组序列上。最终,被菌丝体和原基标签唯一定位的基因数（unambiguous tag-mapped genes）分别为14794和15534。差异基因分析显示,两个文库中共有显著性差异表达的基因4163个,其中在原基中上调、下调的基因数分别为2486和1677,只在原基中表达的基因321个。经过Blastnr比对,在原基中特异表达的基因,涉及蛋白质（氨基酸）合成与代谢、糖代谢、脂类代谢和抗逆反应等多个代谢途径。GO功能富集分析结果表明,葡萄糖、己糖和乙醇等代谢途径大部分基因下调表达。Pathway功能富集分析结果表明,合成核糖体蛋白的基因均下调表达,表明原基形成时细胞代谢减弱,蛋白质合成量减小。     

植物病原细菌hrp基因研究进展

ｈｒｐ基因是一类决定病原细菌对寄主植物的致病性和在非寄主植物上激发过敏性反应的基因。由于它在寄主致病和非寄主抗病中的双重功能，使得ｈｒｐ基因的研究成为植物病原菌和植物互作研究领域中的一个重要内容。ｈｒｐ基因在植物病原细菌中的广泛存在及高度同源性说明不同植物细菌病害中存在着共同的机制。本文就植物病原细菌中ｈｒｐ基因的分布、特征、同源性、ｈｒｐ基因表达调控以及ｈｒｐ基因产物和功能等方面研究进展做一综述     

甲基营养型芽胞杆菌WM7低温响应转录谱分析

为从分子水平揭示甲基营养型芽胞杆菌WM7低温响应机制,采用高通量测序技术对低温和常温培养的菌体进行转录组测序分析,对部分差异表达显著基因进行RT-qPCR验证。结果表明,共检测到2 029个差异表达基因,其中1 519个低温上调,510个低温下调。GO和KEGG分析显示,1 199个差异表达基因归属细胞组分、分子功能和生物过程3个部分,683个基因参与到225个代谢途径中,其中涉及基因最多的是磷酸戊糖途径、嘌呤和氨基酸合成途径。菌株低温响应主要与脂肪酸代谢、ABC转运体、转录调控、信号转导、碳氮代谢等途径相关。此外,检测到大量差异表达的未知功能基因,多个基因差异表达倍数均大于50倍。本研究从基因表达方面阐述了甲基营养型芽胞杆菌WM7低温响应机制,为全面揭示其低温生长机制奠定了理论基础,提供了基因信息。     

植物病原细菌hrp基因研究现状和展望

从ｈｒｐ（过敏性反应和致病性）基因簇，ＤＮＡ序列的同源性，基因表达调控与ａｖｒ基因（无毒基因）的关系和基因的功能等几个方面较为详细地综述了植物病原细菌ｈｒｐ基因的研究现状，并分析了ｈｒｐ基因研究的未来趋势。     

植物非生物逆境相关锌指蛋白基因的研究进展

植物能够适应多种逆境主要是通过改变其基因表达和代谢途径来实现的,因此研究这些基因表达和功能对提高植物耐逆性具有重要意义。锌指蛋白是一类具有手指状结构域的转录因子,这种结构域由锌离子与多个半胱氨酸和(或)组氨酸组成,锌离子在稳定其结构和发挥调控功能方面具有关键作用。植物锌指蛋白在植物耐逆性方面具有重要作用。本文综述了近几年来从拟南芥(Arabidopsis thaliana)、水稻(Oryza sativa)、小麦(Triticum aestivum)、番茄(Solanum lycopersicum)等植物中克隆的与非生物逆境相关锌指蛋白基因的研究成果,重点阐述了其基因表达部位、受逆境诱导情况及转基因植株的耐逆性等。目前的研究结果表明锌指蛋白能够调控耐逆相关基因的表达,在植物逆境代谢中发挥重要作用,因此可以利用锌指蛋白基因进行作物耐逆性的遗传改良,提高作物的耐逆能力。     

谷子MLO家族的全基因组鉴定和表达谱分析

MLO是高等植物特有的一类抗病家族,在响应非生物胁迫中发挥重要作用。为全面解析MLO基因在谷子基因组中的特征,本研究利用生物信息学的方法,从谷子基因组中共鉴定出12个MLO基因,并对其编码蛋白的结构特征、亚细胞定位、系统进化关系、保守氨基酸残基位点进行预测,分析MLO基因在不同组织中的表达特征。结果表明,谷子MLO基因编码的蛋白质均包含有一个MLO结构域和多个跨膜区,且大多定位于细胞膜上,并存在一些保守的氨基酸残基位点和基序;与其他物种MLO成员的聚类结果表明,谷子MLO可分为7个类群(Ⅰ~Ⅶ),其中第Ⅶ类全部由禾本科作物的MLO成员组成,这些可能是禾本科作物单独进化出的一类特有的MLO成员;Si MLO10与单子叶植物中已知的抗白粉病MLO基因聚在第Ⅳ类,是谷子中一个候选的抗白粉病基因,而单子叶和双子叶植物中已知功能的MLO成员分别聚在第Ⅳ、第Ⅴ类群,表明MLO功能的形成可能发生在单、双子叶植物分化之后。大多数MLO基因在谷子的根、茎、叶、穗中均有表达,且不同的基因表达量存在较大差异,说明谷子MLO家族成员可能具有不同的生物学功能。本研究结果为揭示谷子MLO基因的功能及其在谷子抗白粉病育种中的应用奠定了一定的理论基础。