木豆GDSL脂肪酶基因的克隆及表达分析

【目的】为探明GDSL家族脂肪酶的抗逆机理,【方法】在前期研究基础上,利用RACE技术克隆木豆GDSL脂肪酶基因,并通过荧光定量PCR技术检测其表达特性。【结果】获得1条木豆GDSL脂肪酶基因,命名为Cc GDSL1,该基因含开放阅读框全长1107 bp,编码369个氨基酸;经同源性分析,Cc GDSL1编码的氨基酸序列与豆科植物中GDSL脂肪酶具有较高的相似性。该基因在叶、茎和根中均表达,且叶和茎中表达量显著高于根;干旱胁迫能提高Cc GDSL1的表达量,随干旱的持续表现出先降后升随后趋于稳定的表达模式。【结论】推测Cc GDSL1基因参与木豆应激干旱胁迫。     

甘蓝纤维素合成酶基因BoCesA的克隆与序列分析

为研究甘蓝纤维素合成酶BoCesA基因在干旱胁迫下的表达模式,通过同源克隆得到甘蓝纤维素合成酶基因的cDNA全长,利用生物信息学软件分析该基因的特征;构建含BoCesA和GFP的融合表达载体,通过基因枪转化洋葱表皮细胞试验对该基因进行亚细胞定位;利用荧光定量PCR分析基因在不同组织中的表达情况及干旱胁迫下的表达模式。甘蓝纤维素合成酶BoCesA基因的cDNA全长为2 721bp,编码906个氨基酸,在N端含有锌指结构域和2个跨膜区,C端含有6个跨膜区,除包含植物纤维素合成酶基因共有的保守区外,还包含2个高突变区。通过氨基酸序列比对分析,发现甘蓝的该基因与拟南芥的AtCesA3基因同源性较高。亚细胞定位表明BoCesA基因初步定位于细胞质膜上。荧光定量PCR分析表明该基因在叶中的表达量高于茎和根中的表达量,在NaCl、PEG处理下BoCesA表达量呈现先升高后下降的趋势。通过对甘蓝纤维素合成酶BoCesA基因在NaCl、PEG胁迫下的表达分析,预测该基因对干旱胁迫有响应,它的表达受干旱胁迫的影响,这为进一步研究基因功能奠定了基础。     

干旱胁迫下蒙古冰草的蛋白质组学分析

蒙古冰草(Agropyron mongolicum Keng)是禾本科冰草属多年生草本植物,对干旱、寒冷及风沙具有很强的抵抗力,是干旱草原和荒漠地带的重要牧草。iTRAQ(isobaric tags for relative and absolute quantification)技术即同位素相对标记与绝对定量技术,是近年来最新开发的一种新的蛋白质组学定量研究技术,具有分离能力强、定量结果可靠、灵敏度高、可检测出低丰度蛋白等特点。以蒙古冰草为材料进行干旱处理12d后复水处理,分别在处理0,4,8,12,16d取样,利用iTRAQ技术分析蒙古冰草叶片在干旱胁迫及复水处理下蛋白质组学的变化,并进行生物信息学分析,研究结果表明:在干旱情况下持续上调的蛋白15个,持续下调的蛋白6个,在干旱复水处理中发现有1个基因(Q40001)是在干旱处理中处于下调状态,但是在复水处理后处于上调状态,通过查询蛋白的注释信息发现,该蛋白是一种镁离子螯合酶,其含量的变化与叶绿素的变化趋势相符。     

蒙古冰草居群遗传多样性研究

 应用居群生物学原理及方法，对分布于中国不同地区的35个蒙古冰草（Agropyron mongolicum Keng）居群的形态学性状进行了分析。结果表明，蒙古冰草居群在形态学性状上具有丰富的遗传多样性（H′=1.7779）。在遗传多样性的分布上，居群间虽存在一定程度的遗传变异（9.15%），但遗传多样性主要集中在居群内部（90.85%），这种居群内遗传变异大于居群间遗传变异是由蒙古冰草异花、风媒传粉的外繁育系统所决定的。我国蒙古冰草居群在各个分布区的遗传多样性程度也不同，从大到小依次为陕西地区（H′=1.8627）、宁夏地区（H′=1.8332）、内蒙古地区（H′=1.7232）、新疆地区（H′=1.6453）、甘肃地区（H′=1.6436）；陕西与宁夏地区的蒙古冰草居群主要采集于毛乌素沙漠南缘地区，其数量占分析居群数的68.6%。因此，对于分布于毛乌素沙漠南缘地区的蒙古冰草居群，无论从研究还是利用的角度都应给予较大关注。另外，还讨论了居群在物种定义上的意义，并提出了我国蒙古冰草居群的保护策略。     

黄瓜CsGASA4基因克隆及生物信息学分析

选取霜霉病与棒孢叶斑病两种病害胁迫后,在抗病品种中上调表达、感病品种中下调表达的基因克隆。通过生物信息学分析,初步开展该基因编码蛋白理化性质分析、亲疏水性预测、亚细胞定位预测、蛋白质结构预测。结果表明,该基因编码区全长315 bp,编码104个氨基酸,编码蛋白属于GASA super-family,具有跨膜结构,存在明显信号肽。系统进化树显示与大马士革玫瑰亲缘关系最近,同源性最高。根据其编码蛋白将该基因命名为Cs GASA4,亚细胞定位于分泌系统囊泡中。研究为进一步探究该基因功能及挖掘黄瓜双抗基因奠定基础。     

花生AhbZIP4基因克隆及其在侧枝发育中的表达分析

花生侧枝发育决定株型的建成，但有关花生侧枝发育的基因尚知之甚少。为探究AhbZIP4基因序列特征及在2种株型花生品种的组织器官中的表达模式，本研究从侧枝直立型花生‘冀花5号’（JH5）中克隆获得AhbZIP4基因（Arahy.CS824N.1）序列，并对其进行序列特征分析、亚细胞定位和不同株型品种组织器官表达分析。序列分析表明，该基因编码序列全长1 182 bp，编码393个氨基酸，预测蛋白质分子质量为42.10 kD，蛋白质二、三级结构具典型的bZIP拉链，无跨膜域和信号肽；系统进化分析发现，AhbZIP4与大豆GBF2和GBF2A同源性最高；亚细胞定位显示，AhbZIP4位于细胞核和细胞膜中；表达量分析说明，JH5和匍匐型花生M130除在结荚期时的花中表达差异不显著，在其他生育期的不同组织中均呈现显著或极显著表达差异。其中，2个品种在侧枝发育的15～25 d之间，AhbZIP4表达差异极显著，推测该基因可能间接影响花生株型的分化。研究结果将为进一步揭示花生侧枝发育及株型建成的分子机制提供理论基础。     

水稻Ossp1基因的亚细胞定位及其干旱条件下的表达

sp1基因是叶绿体蛋白质输入调控的关键基因,本研究通过生物信息学分析、Real time PCR分析、瞬时表达分析等方法,对sp1在水稻中的同源基因Ossp1进行了结构和功能预测、组织表达和干旱响应性分析以及亚细胞定位分析。生物信息学分析结果显示,水稻Ossp1基因位于7号染色体,基因登录号为Os07g0647800,序列全长1 032 bp,SP1蛋白由343个氨基酸残基组成,信号肽序列位于氮端,蛋白质分子中有2个跨膜区域。Real time PCR分析结果显示,Ossp1在水稻叶片中表达量最高,其次为叶鞘,根中最低,此外,Ossp1在叶片中的表达具有明显的干旱响应性,受到干旱胁迫诱导后,表达量显著提高。采用瞬时表达进行亚细胞定位结果显示,SP1蛋白定位于水稻叶绿体。上述结果显示了Ossp1基因与水稻叶绿体及干旱胁迫响应的关系,为Ossp1基因功能的深入研究提供了基础。     

甘蓝型油菜脂肪酶基因BnGLIP1的克隆与分析

植物GDSL脂肪酶是一个重要的脂肪酶家族,具有水解酶活性,在植物体内参与众多的生理活动。从甘蓝型油菜中克隆到1个GDSL类型脂肪酶基因,将其命名为BnGLIP1。该脂肪酶基因编码的蛋白有360个氨基酸,含有20种氨基酸,分子质量为39 545.35 u,理论等电点为4.95。生物信息学分析表明,该蛋白属于稳定性蛋白,可能为亲水性蛋白;编码蛋白的N端具有信号肽序列,推测可能为外分泌蛋白;蛋白质二级和三级结构显示α螺旋和无规则卷曲所占比例较高。组织特异性表达分析表明,BnGLIP1在甘蓝型油菜的根、茎、茎尖、叶、花、角果、种子等中均有表达,其中角果中的表达量最高,茎中最低。干旱、高盐等胁迫处理均能诱导BnGLIP1的表达,表明BnGLIP1脂肪酶基因在植物的胁迫响应中发挥作用。     

硒诱导的黄瓜耐镉转录本鉴定分析及表达载体构建

以黄瓜乙烯响应因子CsERF7转录本为研究对象，通过外源硒缓解黄瓜镉胁迫试验分析其表达及黄瓜生长状况，并克隆CsERF7基因，构建过表达载体转化拟南芥，同时分析CsERF7的理化性质和功能。结果表明，外源硒显著升高了镉胁迫引起的黄瓜生长指标的降低，CsERF7在镉处理下的表达丰度是对照的56%,而镉+硒比单独镉处理上调表达4.53倍，与RNA-seq结果相符，此基因可能在硒调控黄瓜镉胁迫响应中起作用。同时，成功构建超表达载体pEGOEP35S-H-ERF7-GFP,转化拟南芥获得转基因株系。生物信息学分析表明，黄瓜CsERF7基因属于AP2/ERF家族的AP2亚家族，开放阅读框ORF长度588 bp,编码196个氨基酸，有1个AP2结构域；该蛋白属于非跨膜亲水性蛋白，亚细胞定位预测定位在线粒体中，存在22个氨基酸磷酸化位点；其二级结构主要由α-螺旋和延伸链构成，与三级结构预测结果高度一致，所得蛋白序列与黄瓜、甜瓜同源性最高。     

油茶NAC基因鉴定及对干旱胁迫响应分析

[目的]NAC是参与调控植物逆境胁迫反应的一类特异转录因子,在植物应对干旱胁迫中具有重要的调控作用.油茶是南方丘陵山地重要的经济树种,主产区夏季干旱严重影响了油茶生产.研究油茶应对干旱胁迫的响应机制具有重要意义.[方法]为明确油茶NAC基因家族成员并探究其对干旱胁迫响应的表达特征,本研究以油茶全长转录组为参考,通过蛋白序列比对和保守功能域,鉴定了67个CoNAC基因家族成员,进一步明确了各基因的结构、理化性质、系统进化关系、亚细胞定位.基于油茶干旱转录组数据,明确各CoNAC在油茶不同干旱程度和复水下的表达水平,并采用qPCR对CoNAC在不同油茶品种和不同干旱胁迫程度下的表达特征进行验证.[结果]根据系统发育关系,67个CoNAC可分为17个亚类,其中ANAC2亚类最多,有13个成员.亚细胞定位预测表明,大部分CoNAC蛋白都定位在细胞核,少数定位在细胞质、线粒体、叶绿体或细胞外.基于不同干旱程度和复水的转录组高通量测序数据,研究发现CoNAC基因表达模式存在一定差异.其中,在中度和重度干旱胁迫期,CoNAC28、51、52、56、60和61等基因的表达量随着干旱胁迫程度加强而持续增加.复水后,CoNAC28、51、52、56、60和61等基因均无表达或表达呈明显下降趋势.qPCR验证结果显示,在干旱胁迫和复水后,4个候选的CoNAC基因均表现出较为相似的表达趋势,即在干旱处理时表达量均呈显著上调,复水后下调,这与转录组表达谱结果基本相同.而候选CoNAC51和CoNAC52基因的表达趋势在干旱和复水后存在在品种间差异.在耐旱性较弱的长林18中,CoNAC52在干旱胁迫和复水后表现为先下调后上调,而CoNAC51基因表达量呈上升趋势.在相对较耐旱长林53中,2个基因的表达模式均呈现随着干旱胁迫上调,复水后下调.由此说明它们的表达调控在不同油茶品种中对水分的敏感程度不同,不同油茶品种对干旱胁迫的响应机制存在差异.[结论]CoNAC基因表达与油茶抗旱性有关,且CoNAC51和CoNAC52在不同油茶品种的表达模式差异能在一定程度上帮助解析油茶的耐旱机制.本研究为油茶NAC转录因子进一步功能分析奠定了理论基础,为油茶耐旱性的遗传改良提供参考依据.     

油用向日葵GDSL脂酶/脂肪酶基因的序列分析

为挖掘油用向日葵中的GDSL脂肪酶基因,本研究以油用向日葵转录组测序得到的Unigenes为对象,筛选GDSL脂酶/脂肪酶基因并对其理化性质和序列结构等特点进行生物信息学分析。结果表明:油用向日葵中筛选到7个GDSL脂酶/脂肪酶基因,编码的蛋白质为稳定存在的亲水性蛋白,由255~396个氨基酸组成,分子量介于28.75~42.61ku,等电点分布在4.91~8.89;除unigene 60916外,编码的蛋白质都含有较多的跨膜区域和较高的磷酸化程度;α-螺旋和无规则卷曲是主要的二级结构;进化树分析表明,这7个基因聚为三类,保守性较高,其中unigene 58624与AT4G01130.1在同一分支上高度保守,unigene 60916与AT1G74460.1相似度最高,含有多个α螺旋和β折叠,推测与种子的油脂代谢有关。     

Genome-wide identification and expression analysis of GDSL esterase/lipase genes in tomato

The GDSL esterase/lipase family contains many functional genes that perform important biological functions in growth and development, morphogenesis, seed oil synthesis, and defense responses in plants. The expression of GDSL esterase/lipase genes can respond to biotic and abiotic stresses. Although GDSL esterase/lipase family genes have been identified and studied in other plants, they have not been identified and their functions remain unclear in tomato. This study is the first to identify 80 GDSL esterase/lipase family genes in tomato, which were named SlGELP1–80. These genes were mapped to their positions on the chromosomes and their physical and chemical properties, gene structure, phylogenetic relationships, collinear relationships, and cis-acting elements were analyzed. The spatiotemporal expression characteristics of the SlGELP genes in tomato were diverse. In addition, RNA-seq analysis indicated that the expression patterns of the SlGELP genes in tomato differed before and after inoculation with Stemphylium lycopersici. qRT-PCR was used to analyze the expression of five SlGELP genes after treatments with S. lycopersici, salicylic acid and jasmonic acid. Finally, this study was the first to identify and analyze GDSL esterase/lipase family genes in tomato via bioinformatics approaches, and these findings provide new insights for improving the study of plant disease resistance.     

甘蓝型油菜WOX基因家族的鉴定与表达分析

对甘蓝型油菜WOX基因家族进行研究，利用生物信息学方法鉴定到58个家族成员，对其理化性质、系统发育树、基因结构、保守结构域、染色体位置、顺式作用元件和表达模式等进行分析，结果表明：氨基酸长度为121~397，分子质量为13 962.77~44 157.46 u，等电点为5.23~9.63，亲水性均小于0，不稳定系数为42.12~75.63，亚细胞定位在细胞核和叶绿体；系统进化树将WOX基因分为3大类和9个亚支；相同亚支的成员motif和基因结构相似或相同；除 BnWOX1、 BnWOX3、 BnWOX4、 BnWOX15、 BnWOX32、 BnWOX42、 BnWOX43、 BnWOX51、 BnWOX53 基因外，其余 49 个BnWOX基因不均匀分布在19条染色体中的18条染色体上(ChrC06 除外)，有38对串联重复基因；基因上游序列中包含转录因子结合位点、逆境响应、光响应、激素响应、分生组织调控等顺式作用元件等；各组织器官表达分析表明，BnWOX基因在根、茎尖、种子、角果中表达量较高；对WOX基因进行定量分析发现，在冷胁迫和干旱胁迫下基因表达量有显著变化，表明BnWOX基因可能在油菜响应冷/旱胁迫的调控机制中发挥着重要作用。     

梨树CDPK基因家族进化和表达分析

钙依赖蛋白激酶(CDPK或CPK)在植物生长和发育、逆境信号刺激及其对病原物的防御反应过程中发挥着非常重要的作用。本研究利用梨树全基因组数据,采用生物信息学的方法,在全基因组水平上对梨树CDPK基因家族进行系谱进化关系、基因结构、共线性关系及表达情况等分析。结果表明,梨树基因组中共存在31个CDPK基因,命名为PbCDPK1~PbCDPK31。系谱分析结果表明,这些CDPK基因归属于4个亚家族。共线性分析检测到12对CDKP基因间存在显著的共线性关系,其中10对由最近一次发生的全基因组复制事件形成。非同义/同义置换率的比率(dN/dS)说明CDPK基因在功能上进化得非常保守。荧光定量PCR结果发现,5个梨树CDPK基因对干旱逆境有响应。试验结果可为进一步开展梨树CDPK基因家族的功能鉴定和分子进化机制的研究提供参考。     

基于比较转录组学分析揭示中华蜜蜂及意大利蜜蜂幼虫的球囊菌抗性差异机制

为探究中华蜜蜂(Apis cerana cerana,以下简称中蜂)与意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica,以下简称意蜂)幼虫的球囊菌(Ascospahaera apis)抗性差异产生的原因,利用Venn分析、GO分类分析、KEGG代谢通路分析以及Ka/Ks分析对二者的转录组进行比较研究。Venn分析结果显示,中蜂与意蜂的同源基因有17 656个,归属于8 111个基因家族,二者的特有基因分别有1 158和241个,分别归属于468和86个基因家族。GO分类结果显示,中蜂和意蜂的特有基因分别富集在38和28个GO条目。KEGG代谢通路富集分析结果显示,中蜂和意蜂的特有基因分别富集于96和21个代谢通路;进一步分析发现中蜂的特有基因富集在内吞作用、溶酶体、泛素介导的蛋白水解和黑化作用等4个细胞免疫通路,以及MAPK信号通路和Toll-like受体信号通路等2个体液免疫通路,而意蜂仅有1个特有基因富集在MAPK信号通路。Ka/Ks分析结果显示受到强烈正向选择、弱正向选择、中性选择和负向选择的单拷贝同源基因分别有37、281、2 630和3 269个。对受到强烈正向选择的基因进行GO分类和KEGG代谢通路富集分析,GO结果显示中蜂和意蜂的单拷贝同源基因富集的GO条目类型相同;KEGG结果显示中蜂的单拷贝基因仅富集在氧化磷酸化。上述结果表明免疫相关基因数量的差异是二者的球囊菌抗性差异产生的重要原因之一,中蜂在与球囊菌的协同进化过程中可能通过提高能量利用从而限制球囊菌的增殖。本研究结果可为阐明中蜂及意蜂幼虫的球囊菌抗性差异产生的分子机制提供参考。     

谷子 SWI3基因鉴定及其在盐和干旱胁迫下的表达分析

SWI/SNF染色质重塑因子在植物的生长发育及逆境应答过程中起重要作用。本研究首先通过序列比对，从谷子基因组中鉴定出6个候选SiSWI3基因，分别命名为SiSWI3A、SiSWI3B、SiSWI3C1、SiSWI3C2、SiSWI3D1和SiSWI3D2。然后对上述基因的结构、编码蛋白、启动子元件、亚细胞定位等进行生物信息学分析和预测，结果表明：SiSWI3蛋白都含有SANT Motif，且亚细胞定位预测显示SiSWI3成员主要被定位在细胞核中；SiSWI3基因启动子区域含有大量与光响应、激素类应答、逆境应答、代谢调控等相关的顺式作用元件。最后采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测这些基因在谷子苗期盐胁迫和干旱胁迫下的表达量变化，检测结果表明：SiSWI3基因受盐和干旱不同程度的诱导，说明SiSWI3基因参与谷子苗期盐胁迫和干旱胁迫应答。本研究所得结论为进一步探究SiSWI3染色质重塑因子在抗逆作物谷子的逆境响应中的功能和机制奠定了基础。     

陆地棉小GTP结合蛋白基因GhROP1和GhROP8的克隆及表达分析

为探究棉花ROP基因在非生物逆境胁迫及外源激素处理下的表达模式,利用同源克隆的方法获得2个陆地棉(Gossypium hirsutum L.)ROP基因GhROP1和GhROP8,通过生物信息学方法分析其理化性质、结构及进化关系,并利用荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对其组织表达的特异性及不同逆境胁迫和外源激素处理下的表达模式进行分析。结果表明：1)GhROP1和GhROP8基因的开放阅读框(ORF)分别为591和630 bp,各编码197和210个氨基酸,均含有1个保守的RHO结构域。2)多序列比对显示2个GhROPs蛋白均符合ROP蛋白结构特征且与其他物种ROP蛋白具有高度的相似性,聚类分析表明,GhROP1蛋白属于Ⅰ类ROP蛋白,GhROP8蛋白属于Ⅱ类。3)2个GhROPs基因在不同组织中均有表达且存在组织特异性：GhROP1基因在真叶中表达量最高,在根部和茎部表达量较低;GhROP8基因在根部表达量最高,其他组织中均为低表达量。2个GhROPs基因对于干旱、高盐、低温及高温等非生物逆境胁迫和外源脱落酸(ABA)、生长素(IAA)的处理均有响应：2个GhROPs基因表达均受...     

转抗坏血酸过氧化物酶基因（APX）菊苣抗旱相关生理特性

在获得转抗坏血酸过氧化物酶基因(APX)菊苣株系的基础上,对3个转基因株系的抗旱相关生理特性进行分析。结果表明：正常供水条件下,转基因株系与非转基因植株各项生理指标差异不显著;干旱条件下, 3个转基因株系菊苣叶片APX质量摩尔浓度均显著高于非转基因对照。3个转基因株系中有2个株系丙二醛（MDA）质量摩尔浓度低于非转基因对照,表明APX基因可显著提高菊苣APX活性,降低氧自由基浓度,减轻对细胞的伤害。3个转基因株系叶片相对含水量、脯氨酸质量分数、叶绿素质量分数、单株幼苗的根系生长量,均高于非转基因对照。可见,转APX基因菊苣具有较强的抗旱能力,从而验证APX基因的抗旱功能,为转基因材料应用于菊苣的抗旱育种提供依据。     

黄瓜YABBYs家族及CsYAB1a基因功能初探

为鉴定黄瓜YABBYs家族及对CsYAB1a基因的生物学功能进行初步探究,通过BLASTp比对鉴定黄瓜YABBYs基因,并对其进行基因、蛋白质水平分析和染色体定位,同时利用实时荧光定量和原位杂交技术检测其在黄瓜中的时空表达模式;在拟南芥中异源过表达CsYAB1a基因,对转基因株系进行表达量分析和表型观察统计;通过外源喷施脱落酸和生长素处理检测CsYAB1a基因的响应情况。结果表明:1)黄瓜YABBYs家族包含8个家族成员,所有成员均包含C2C2锌指结构域和YABBY结构域;大部分YABBYs基因在生殖器官有表达,CsYAB1a基因主要在花瓣原基和子房外果皮中富集,并呈现出远轴端表达的极性模式。2)在拟南芥中异源过表达CsYAB1a基因导致雌雄蕊发育畸形且果荚变短、叶片细长并向远轴端卷曲等表型;CsYAB1a基因调控拟南芥果实和叶片的发育,并对果实发育基因AtSPL、AtIND、AtHEC以及叶片极性基因AtAS1和AtKANs的表达量有影响。3)黄瓜YABBYs基因启动子包含5种激素响应元件,CsYAB1a和CsCRC基因对外源脱落酸和生长素喷施处理均有响应。综上,推测黄瓜YABBYs家族可能在黄瓜营养生长和生殖生长过程中发挥重要作用,且CsYAB1a基因调控黄瓜果实和叶片的发育。