谷子MYB转录因子响应Sclerospora graminicola侵染的生物信息学及表达分析

谷子白发病可严重降低谷子的产量和品质,谷子MYB转录因子在调控生物胁迫响应中扮演重要的角色。本研究依据课题组前期白发病菌侵染谷子不同时期的相关转录组数据,获得6个显著差异表达的MYB转录因子,结合ExPASY、GSDS、Phytozome、ProtComp 9.0和MEGA7.0等软件对其启动子元件、亚细胞定位及系统进化等分析。随后,利用qRT-PCR方法对该6个转录因子的表达模式进行验证。结果表明,通过比较分析6个显著差异表达的MYB转录家族与玉米、水稻、拟南芥MYB家族共同构建的进化树,发现谷子MYB基因家族与玉米、水稻等禾本科聚为一类,与拟南芥亲缘关系较远;亚细胞定位预测结果显示,4个MYB转录因子定位于细胞质中,其余2个主要定位于胞外。顺式作用元件分析,发现谷子6个MYB转录因子中均含有响应防御胁迫和真菌激发响应、MeJA、脱落酸和水杨酸等作用元件。最后,基于荧光定量PCR的差异表达数据进一步验证了MYB转录因子在抗病过程中发挥重要转录调控作用。该研究结果可为今后MYB基因的克隆、功能验证以及开展抗病分子育种提供理论依据。     

小麦白粉病菌诱导的TaWRKY34基因的鉴定与分析

WRKY转录因子在植物抗病防卫反应中发挥重要作用。利用cDNA宏阵列(macroarray)和RT-PCR相结合的方法,从小麦全长cDNA文库的WRKY转录因子中筛选出一个应答小麦白粉病菌胁迫的TaWRKY34转录因子,该基因编码464个氨基酸。染色体定位分析表明,该转录因子位于小麦第一同源群染色体的短臂上,并且只在细胞核中表达。其蛋白序列与拟南芥、大麦和葡萄抗病相关WRKY转录因子的亲缘关系较近,与其中的3个WRKY基因具有相似的表达模式。TaWRKY34在Pm16/北京8377抗白粉病近等基因系中,对小麦白粉病菌、水杨酸和茉莉酸诱导的表达模式存在差异。TaWRKY34可能与小麦对白粉菌的抗性有关。     

乌拉尔图小麦WRKY转录因子的筛选与分析

WRKY转录因子广泛参与植物抗逆胁迫反应,全面分析挖掘小麦A染色体组供体物种乌拉尔图小麦中的WRKY转录因子,对进一步挖掘分析六倍体小麦WRKY转录因子的分子功能具有重要意义。本研究通过生物信息学分析,在乌拉尔图小麦基因组数据中鉴定得到62条全长WRKY转录因子,其中14条能被准确定位在染色体上,并发现2对WRKY转录因子发生了复制;通过进化树分析,发现62条WRKY转录因子被分为8个小亚族,且小亚族内部的基因结构相对保守。通过荧光定量分析所选基因在非生物胁迫下的表达模式,筛选到2条在不同非生物胁迫下均上调表达的WRKY转录因子,为进一步分析其功能打下基础。     

谷子F-box家族基因的鉴定、分类及干旱响应

蛋白参与细胞周期调控、细胞凋亡及信号转导等多种生命活动对维持植物正常生长发育和介导非生阿物胁迫响应等过程发挥重要作用。谷子具有显著的耐旱耐瘠薄等特性本研究根据谷子转录组分析结果从个家族成员中鉴定出个在干旱胁迫下表达量上调的基因根据序列相似性将其分为类同一类基因具有相似的内含子外显子结构染色体定位分析发现这些基因分别分布在谷子的条染色体上其中第条染色体上含基因最多有个。结构域分析结果表明个蛋白均含保守的结构域而端含、、、、和等结构域。启动子元件分析表明谷子个基因均含逆境应答元件其中和元件的数量最多个说明这些基因对干旱应答反应可能主要受、转录因子调控。转录组分析结果表明基因对干旱胁迫的响应远远高于其他成员对干旱、高盐、、和都有响应亚细胞定位结果显示蛋白定位在细胞核中。本研究为进一步深入了解基因的功能提供了依据。F-box蛋白参与细胞周期调控、细胞凋亡及信号转导等多种生命活动, 对维持植物正常生长发育a和介导非生阿物胁迫响应等过程发挥重要作用。谷子具有显著的耐旱耐瘠薄等特性, 本研究根据谷子转录组分析结果, 从525个F-box家族成员中鉴定出19个在干旱胁迫下表达量上调的F-box基因; 根据序列相似性将其分为6类, 同一类基因具有相似的内含子-外显子结构; 染色体定位分析发现, 这些基因分别分布在谷子的8条染色体上, 其中, 第2条染色体上含F-box基因最多, 有6个。结构域分析结果表明, 19个F-box蛋白均含保守的F-box结构域, 而C端含FBD、WD40、FBA、ZnF、Kelch和LRR等结构域。启动子元件分析表明, 谷子19个F-box基因均含逆境应答元件, 其中, MYB和MYC元件的数量最多(9~78个), 说明这些基因对干旱应答反应可能主要受MYB、MYC转录因子调控。转录组分析结果表明, SiF-box18基因对干旱胁迫的响应远远高于其他F-box成员, 对干旱、高盐、ABA、SA和JA都有响应; 亚细胞定位结果显示, SiF-box18蛋白定位在细胞核中。本研究为进一步深入了解SiF-box18基因的功能提供了依据。     

谷子LEA＿1基因家族鉴定及其渗透胁迫响应

胚胎发育晚期丰富(late embryogenesis abundant,LEA)蛋白在植物响应多种非生物胁迫过程中具有重要作用。基于表达谱测序数据我们分析了抗旱谷子品种(GG)和干旱敏感品种(JF)在PEG胁迫0.5 h前后LEA基因的表达变化,发现谷子LEA_1家族的Seita.6G114000基因在抗旱性不同的谷子品种中胁迫响应模式不同;利用同源序列比对和保守结构域分析我们系统鉴定得到5个谷子LEA_1家族蛋白(PF03760),该家族基因序列短,启动子区皆含多个ABRE元件,蛋白质N端序列高度保守;通过分析NCBI数据库中谷子转录组测序数据(SRA062640),发现谷子LEA_1家族基因在‘豫谷1号’中PEG胁迫7 h前后转录本丰度变化显著,表明LEA_1家族蛋白在谷子应对干旱胁迫过程中发挥重要作用。上述结果为深入研究LEA_1基因在逆境应答中的功能提供参考。     

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...     

向日葵WRKY转录因子家族鉴定与生物信息学分析

WRKY转录因子家族参与了多种激素调节信号通路,在帮助植物响应外界不良环境中起着重要作用。本研究基于向日葵(Helianthus annuus)基因组数据库对向日葵进行了WRKY基因家族成员鉴定、进化关系分析、基因定位、基因结构和保守Motif分析、功能启动子元件和基因共线性分析。结果表明:向日葵中包含117个WRKY家族基因,分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类,其中Ⅱ类包含Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd和Ⅱe五个亚家族。染色体定位显示HaWRKY基因在向日葵所有染色体上均有分布,第10号染色体上分布最多含有18个HaWRKY基因,2号和13号染色体分布最少仅有3个HaWRKY基因。向日葵WRKY转录因子蛋白在59～940个氨基酸之间,平均氨基酸个数为345个,等电点为5.01～10.19不等。基因结构分析表明除Ha WRKY52、HaWRKY82不含内含子,其他成员都含有1～9个不等的内含子。保守域分析表明有12个HaWRKY家族基因WRKYGQK发生了变异,占向日葵WRKY家族的10%。此外,启动子分析表明HaWRKY家族基因启动子区含有大量响应生物胁迫和非生物胁迫元件,共线性分析得到11对加倍复制基因。本研究结果有助于了解向日葵WRKY基因家族成员的情况,为向日葵WRKY基因家族成员进一步的功能分析提供基础。     

谷子SiWRKY03基因的分子特征与表达分析

WRKY是参与植物生长发育与抗逆反应的一类转录因子。为了解谷子中SiWRKY03基因的功能,利用生物信息学软件分析了其生物学特征,采用Real-time PCR技术检测了SiWRKY03转录因子在谷子不同组织部位和抗谷锈病过程中的表达丰度变化。结果表明,SiWRKY03基因的开放阅读框全长为1 137 bp,编码378个氨基酸,预测分子质量为39.73 ku,理论等电点(pI)为5.91,含有1个WRKY保守结构域。该蛋白质二级结构的最大元件是无规则卷曲,最小元件为β-转角。进化分析表明,SiWRKY03与糜子(RLM93064.1)和哈氏黍(PAN29607.1)的氨基酸序列同源性最高,为99%。组织表达分析表明,该基因在谷子根、茎、叶和穗中均有表达,其中根中表达量最高,穗中表达量最低,与转录组数据一致。在谷子响应锈菌胁迫反应的120 h内,SiWRKY03基因在抗病反应的12,36 h上调表达,而感病反应过程中无显著性变化,推测SiWRKY03在谷子抗锈病反应中起正调控作用。上述试验结果为进一步研究SiWRKY03基因功能与抗病机制奠定理论基础。     

红掌响应细菌性叶疫病的转录因子基因AanWRKY1的鉴定

WRKY家族转录因子参与植物各种生物胁迫和非生物胁迫反应,同时也参与形态建成、物质代谢、种子休眠、衰老等过程。本研究在前期红掌疫病诱导转录组数据中筛选到一个WRKY家族基因,RT-PCR扩增到1 658 bp全长cDNA,包含一个1 035 bp的开放阅读框,生物信息学分析预测此基因是一个典型的WRKY转录因子,命名为Aan WRKY1(NCBI No.KY597634)。qRT-PCR证实该基因叶片中受疫病侵染上调表达,同时能够被SA、JA、ABA、ETH、GA等激素信号分子诱导,非处理条件下在花梗和茎中表达量最高。通过农杆菌介导洋葱表皮侵染法,瞬时表达AanWRKY1-eGFP,显示该基因编码蛋白定位于细胞核,进一步酵母单杂交实验,证明该基因具有离体转录激活活性。研究结果表明红掌AanWRKY1基因能够响应细菌性疫病及其他胁迫反应,具有应激转录调控的作用,该基因的鉴定为进一步解析其分子病理学作用机理提供依据。     

花生蛋白磷酸酶2C家族基因的鉴定和盐胁迫响应分析

为了分析花生中蛋白磷酸酶2C基因(PP2C)的情况,对耐盐花生突变体(S2)和对照(S4)在胁迫处理前后的叶片进行RNA-Seq分析。通过生物信息学分析筛选出了79个具有完整开放阅读框的PP2C基因,它们位于花生A组野生种的10条染色体上,不同染色体上的PP2C基因数目差异很大,分布为1~15个。根据拟南芥中的PP2C基因的聚类分析结果,79个花生PP2C基因能聚到已报道的12个亚族15个亚类。为了分析这些PP2C基因对盐胁迫响应情况,利用突变体S2和对照S4构建了盐胁迫处理前后的表达谱,筛选出35个受盐胁迫诱导表达的PP2 C基因,涉及12个亚族14个亚类,其中A亚族b亚类、G亚族b亚类、I亚族、L亚族所有成员均受盐胁迫诱导表达;而G亚族a亚类的所有成员均不受盐胁迫诱导表达。对这35个PP2C基因的启动子研究发现,绝大多数PP2C基因的启动子存在多种胁迫响应元件:如与高温胁迫相关的调控元件HSE、与干旱诱导相关的MYB转录因子结合位点MBS、逆境胁迫应答元件TC-rich repeats、与抗氧化反应相关的ARE元件等。为花生PP2C基因的功能研究和利用奠定了基础。     

谷子角质合成基因对干旱胁迫的响应

干旱是影响谷子产量的重要因素,以抗旱性强的谷子品种赤谷16（M79）及其母本赤谷10号（E1）,父本承谷8号（H1）作为研究材料,采用苗期自然干旱处理并设置对照,在干旱处理第6天（土壤水分含量约为20%）时取叶片进行转录组测序。用ExPASY分析基因的理化性质,GSDS 2.0分析基因结构,MAGA 7.0构建系统进化树,TMHMM Server v. 2.0预测跨膜结构域,SOPMA预测蛋白的二级结构。结果显示8个谷子角质合成基因编码的蛋白均为亲水性蛋白,且均为酸性;经干旱胁迫处理之后,M79、E1和H1中8个基因的表达变化趋势有所不同,Seita.8G128800和Seita.7G197000表达明显上调;8个基因中有4个基因与玉米的基因具有同源性,有3个基因与水稻的基因具有同源性,编码蛋白部分有跨膜结构域。角质合成基因在谷子响应干旱胁迫过程中发挥作用,其调控机理较为复杂。本研究的结果为进一步探讨谷子角质与抗旱的关系提供了一定理论依据。     

谷子TCP基因家族成员序列特征及表达模式分析

为深入解析谷子TCP基因家族的功能,通过生物信息学方法对谷子TCP转录因子家族基因成员序列特征、基因结构、染色体定位、系统进化关系及表达模式进行分析。结果表明:除第8染色体之外,从谷子基因组上其余8条染色体中共鉴定出26个TCP家族成员,并根据其在染色体的顺序和位置先后进行命名,其中分布在第3和第5染色体上的TCP家族成员数量最多,高达5个。不同家族成员其编码的氨基酸残基数目具有明显差异,范围为95 aa^451 aa。其中SiTCP21基因编码氨基酸残基数目最少为95个氨基酸;而SiTCP15最多为451个氨基酸残基。26个TCP家族成员的蛋白结构中均含有bHLH保守结构域。基因表达分析结果表明,31%的成员在穗中的表达量明显高于其他组织,因此推测该基因家族可能对谷子穗部生长发育的调控起关键作用。本研究对深入研究Si TCPs家族基因的功能奠定了基础,也为谷子生长发育的调控机制提供了新的思路。     

水稻转录因子WRKY68在Xa21介导的抗白叶枯病反应中发挥正调控作用

白叶枯病是一种严重影响水稻产量的细菌性病害。Xa21是第一个克隆的抗白叶枯病基因,具有广谱抗性,在水稻抗病育种中被广泛应用。转录因子的鉴定对解析Xa21介导的水稻抗白叶枯病分子机制具有重要意义。本研究构建了Xa21背景下的WRKY68-RNAi转基因水稻。与受体材料4021相比,转基因水稻中WRKY68蛋白质丰度下调,接种白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo)后抗病性下降,证明WRKY68基因在Xa21介导的抗白叶枯病反应中发挥正调控作用。此外,转基因受体材料4021和感病对照TP309接种后不同时期和部位叶片中WRKY68的蛋白质丰度没有显著差异,表明WRKY68蛋白质的表达不受抗病基因Xa21和病原物Xoo诱导,推测其功能主要是调控下游基因的表达。WRKY68-RNAi转基因水稻接种后, PR1A、PR5、PR10A、PR-pha和PAL1等病程相关蛋白质表达丰度发生变化,表明相关基因可能在WRKY68基因的调控下参与下游抗病反应。     

甘薯近缘野生种三浅裂野牵牛WRKY基因家族的生物信息学分析

WRKY基因家族是一类含有WRKY保守结构域的转录因子大家族,是植物中最大的转录调控因子家族之一。目前已有多种植物WRKY家族的分析鉴定报告,但关于甘薯(Ipomoea batatas(L.)Lam.)中WRKY家族的报告却很少。本研究利用生物信息学方法对甘薯近缘野生种三浅裂野牵牛Ipomoea trifida(Kunth)G.Don的基因组数据进行了详细的分析,结果显示:在三浅裂野牵牛基因组中共鉴定得到82个WRKY转录因子,其中81个不均匀分布在基因组的15条染色体上,第5号染色体上分布最多(10个基因),第8和15号染色体上分布最少(2个基因);蛋白分子大小在116~710个氨基酸之间,等电点为4.85~10.33不等;按照保守结构域分类可以分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三组,Ⅱ组包含Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd和Ⅱe五个亚组,其中Ⅰ组有15个ItWRKY基因、Ⅱa组4个、Ⅱb组11个、Ⅱc组23个、Ⅱd组7个Ⅱe组10个、Ⅲ组12个;82个ItWRKY基因中有8个基因的核心结构域WRKYGQK发生了单个氨基酸变化(WRKYGKK)。ItWRKY基因以组织特异性的方式表达且在不同胁迫下基因的表达量存在差异,表明ItWRKY基因参与了三浅裂野牵牛对胁迫的响应。本研究为甘薯WRKY基因的功能鉴定提供了参考作用,进一步为甘薯的分子育种提供了帮助。     

Recurrent selection for downy-mildew resistance in pearl millet

One population of pearl millet (Pennisetum glaucum (L.) R. Br.) highly susceptible to downy mildew (Sclerospora graminicola (Sacc.) Schroet.) was subjected to two cycles of recurrent selection for downy mildew resistance using a modified greenhouse screening method. The response to selection was evaluated under greenhouse and field conditions using 50 random S₁ progenies and 50 random full-sib progenies from each cycle bulk. Significant progress over cycles of selection was observed in all evaluation trials. These results demonstrated that, in a susceptible population, recurrent selection effectively increased the level of resistance to downy mildew. The modified greenhouse method for assessing resistance to downy mildew effectively differentiated genotypes and had the advantages of greater rapidity and suitability for use throughout the year, independent of season. A rapid decline of genotypic variance was observed in advanced cycles of selection, indicating that a small number of genes controls downy-mildew resistance in this population. The comparison of genotypic and error variance components from S₁ progenies and full-sib progenies suggested that full-sib progenies can be used successfully in recurrent selection for increased downy-mildew resistance.     

植物WRKY转录因子研究进展

转录因子在植物的生长发育及其对外界环境的反应中起着重要的调控作用。典型的转录因子含有DNA结合域,转录调控域,寡聚化位点和核定位信号,转录因子通过这些结构域与相应的顺式元件相互作用调控基因的表达。WRKY转录因子是植物中特有的N-端含有WRKYGQK高度保守氨基酸序列的一种转录调控因子,它能够与(T)(T)TGAC(C/T)序列（W-box）发生特异性结合,从而调节启动子中含W-box元件的调节基因和/或功能基因的表达,参与植物的各种生理生化反应。文章主要论述近年来植物WRKY转录因子的相关研究进展。     

陆地棉三个WRKY基因的克隆及表达分析

WRKY转录因子可调控下游抗逆基因的表达,进而在植物生长发育以及对外界环境的反应中起着重要的调控作用,目前对棉花WRKY家族基因的研究比较少。本研究利用电子克隆的方法,从陆地棉品种山农圣杂3号中克隆得到了3个具有完整开放阅读框的棉花WRKY基因,聚类分析表明它们同属于WRKY家族中的第Ⅱ类。利用RT-PCR结果表明:250mmol/LNaCl盐胁迫和20%PEG6000干旱胁迫下同时诱导GhWRKY4的基因表达,GhWRKY5仅受干旱胁迫下的诱导,而GhWRKY6对这两种逆境胁迫都没有变化。     

利用酵母单杂交筛选拟南芥AtSTK基因表达调控蛋白的研究

拟南芥丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因AtSTK的过量表达可以明显提高拟南芥的耐盐性。为进一步研究AtSTK基因表达的调控机制,以拟南芥基因组DNA为模板设计引物,扩增获得AtSTK基因的启动子序列,并构建到报告载体pAbAi,将重组报告载体质粒pAbAi-HYT利用BstbⅠ进行单酶切线性化,转化酵母菌株Y1H Gold,线性化的pAbAi-HYT整合到基因组中。然后,将纯化的拟南芥双链cDNA、pGADT7-Rec载体共转化含有报告载体pAbAi-HYT的酵母菌,将菌液涂布到含有100 ng/m L Ab A的SD/-Leu培养基上进行阳性克隆的酵母单杂交筛选。通过回复鉴定、序列测定,最终筛选获得了可能参与AtSTK基因表达调控的4个拟南芥基因。测序结果表明,酵母单杂交筛选获得的拟南芥基因AT3G32090含有WRKY转录因子保守结构域,为WRKY类转录因子的一员。因此,AtSTK基因的表达很可能接受MAPK信号传导途径中AT3G32090基因编码的WRKY类转录因子的调控,从而影响拟南芥植株的耐盐性。