蓝莓AP2/ERF基因家族鉴定及其在休眠解除过程中的表达分析研究

通过生物信息学鉴定蓝莓AP2/ERF基因家族成员,本研究在蓝莓中鉴定到160个AP2/ERF家族基因,通过进化树和基序分析,其家族成员可划分为AP2、ERF、RAV3个亚家族。氨基酸序列比对和保守结构域分析结果表明,蓝莓AP2/ERF家族成员均含有AP2结构域。启动子顺式作用元件分析表明,ERF基因启动子含有大量光反应、防御应激、脱落酸、赤霉素等响应元件。为了了解蓝莓ERF基因在花芽休眠中的功能,通过转录组表达谱分析发现,多数VcERF基因在蓝莓花芽休眠解除过程中均能表达,不同基因在冷积累下的表达量不同,在休眠解除过程中的表达模式同样存在差异。     

白桦BpERF1和BpERF2基因的克隆与表达模式分析

【目的】对白桦Bp ERF1和Bp ERF2基因进行生物信息学分析及非生物胁迫下的表达模式分析,为白桦抗逆育种提供重要基因源和理论依据。【方法】从白桦转录组数据库中找到2条ERF基因,通过生物学网站及软件对其进行生物信息学分析;通过RT-PCR分析盐和干旱胁迫下2个ERF基因的表达模式。【结果】Bp ERF1蛋白含有2个核定位信号,Bp ERF2蛋白含有1个核定位信号;两个ERF蛋白的结构域均含有3个反向平行的β折叠和一个α螺旋;Bp ERF1和Bp ERF2都属于ERF亚家族成员;在Na Cl胁迫下,Bp ERF1基因在根和叶中的相对表达量与对照相比呈上调表达的趋势;Bp ERF2基因在根茎叶中均呈下调表达的趋势;在PEG胁迫下,两个基因的表达模式与Na Cl相似。【结论】生物信息学分析结果推测Bp ERF1和Bp ERF2基因可能参与植物对生物和非生物胁迫的应答;2个ERF基因均可以不同程度地被高盐和干旱胁迫所诱导,但不同ERF基因在胁迫下的表达模式存在差异,ERF基因的表达具有组织特异性,说明2个ERF基因可能通过不同的调控机制来应答逆境胁迫。     

黄瓜ERF基因家族鉴定及其在雌花芽分化中的表达分析

【目的】通过以黄瓜9930_V2版本基因组为参照进行生物信息学分析,对ERF基因家族在基因组中的数量、结构以及表达特征进行分析,为研究ERF转录因子在黄瓜雌花分化与发育中的作用提供数据支持。【方法】根据已报道的拟南芥ERF,利用黄瓜基因组数据库中9930_V2版本基因组进行BLAST比对,通过MEGA、MEME、TBtools、ExPASy等工具进行生物信息学分析。采用qRT-PCR方法检测不同性型黄瓜材料、雌花发育初期不同阶段中ERF基因家族成员的表达水平。采用酵母单杂交方法验证家族成员与乙烯响应元件GCC-box的互作。【结果】从黄瓜材料9930基因组中鉴定得到138个ERF基因家族成员,共分为10个亚族,编码氨基酸长度介于126—745。按照基因家族成员在染色体上的位置分布,将其命名为CsERF1-CsERF138。多序列比对和motif分析结果表明,黄瓜ERF基因家族均具有AP2/ERF结构域,其中4个成员具有B3结构域。表达分析结果显示,在不同性型材料中共有19个ERF家族成员差异表达,其中9个在FFMMAA基因型中高表达,10个在ffMMAA基因型中高表达。通过雌花芽发育初期ERF家族成员的表达趋势分析,发现31个ERF随子房发育表达上调,30个表达下调。初步证明CsERF9和CsERF31具有结合GCC-box元件的功能。【结论】从黄瓜基因组中鉴定出138个ERF基因家族成员,均拥有1个或多个AP2/ERF结构域;其中部分成员在不同性型材料中差异表达,并可能参与雌花分化初期的基因表达调控;部分成员具有结合保守元件GCC-box调控下游基因表达的功能。     

光皮桦AP2/ERF基因家族鉴定与表达分析

  目的  深入研究AP2/ERF基因家族在光皮桦Betula luminifera生长发育及环境胁迫响应中的生物学功能。  方法  利用光皮桦基因组数据,通过生物信息学方法开展AP2/ERF基因家族鉴定、基因特征、系统进化、基因结构、保守基序、顺式作用元件、蛋白互作和表达分析。  结果  在光皮桦基因组中共鉴定到77个AP2/ERF基因,其编码的蛋白理化性质存在差异,大多数蛋白(60个)的理论等电点小于7.0。系统进化分析显示:这77个AP2/ERF转录因子属于5个亚家族,其中ERF亚家族最大,包含34个成员。光皮桦AP2/ERF各亚家族间的基因结构存在较大差异,其中AP2亚家族成员均具有6~9个内含子,而DREB亚家族基因则没有内含子;但AP2/ERF各亚家族内的不同成员具有相似的保守基序类型和分布。同时,AP2/ERF基因启动子上都存在大量与激素、调节、胁迫响应及生长发育相关的顺式作用元件。此外,互作网络分析预测不同的光皮桦AP2/ERF亚家族蛋白间存在广泛的互作关系。进一步的表达分析显示:绝大多数光皮桦AP2/ERF基因(71个)的表达存在较强组织特异性,且在高温胁迫下,多数ERF或DREB基因的表达发生显著变化,表明ERF和DREB基因在高温胁迫应答中可能发挥着重要作用。  结论  通过生物信息学分析获得光皮桦77个AP2/ERF基因,分属于5个亚家族。不同亚家族基因具有相似的基因结构、保守基序等特征。基因启动子区含激素、胁迫响应等相关的作用元件。基因表达具有较强的组织特异性,且多数ERF或DREB基因对高温胁迫有明显响应。图6表1参39     

陆地棉COR基因在低温胁迫下的表达分析及功能鉴定

【目的】分析低温胁迫条件下陆地棉中COR家族成员的表达特性,研究参与低温胁迫信号途径的COR基因。【方法】通过Real-time PCR分析低温胁迫条件下,陆地棉COR基因家族成员的表达情况,利用VIGS技术鉴定响应低温胁迫的COR基因功能。【结果】对8个COR基因家族成员在低温条件下的表达分析显示,基因序列号为Gh_D12G0215的COR基因受低温诱导表达水平不断上调,并在处理48 h后表达量较对照上调了近9倍;与之相反,基因序列号为Gh_D06G0147的COR基因在低温诱导3 h左右表达水平出现短暂的上调,但随后其表达受到显著抑制。其余COR基因家族成员的表达受低温胁迫表达水平发生改变,但是随着胁迫时间的增加,转录水平与对照无明显差异。利用VIGS技术在棉花中沉默候选COR基因Gh_D12G0215,并将基因沉默后的棉苗与对照共同进行低温胁迫处理,在相同的处理条件下,Gh_D12G0215基因沉默后的植株与对照相比,对低温胁迫更为敏感,基因序列号为Gh_D12G0215的COR基因可能参与棉花耐低温的调控。【结论】在低温胁迫条件下,陆地棉中部分COR基因的表达受低温胁迫诱导,在陆地棉受到低温胁迫时发挥功能。     

番茄DIR基因家族鉴定及其对非生物胁迫响应的分析

【目的】鉴定番茄DIR基因家族所有成员,并对其基因结构、编码蛋白的理化性质、系统进化、染色体定位、共线性、启动子元件、表达模式、互作转录因子及内源竞争RNA预测等进行了解析,为探究DIR在番茄生长发育和逆境胁迫中的作用提供参考。【方法】采用生物信息学方法,基于全基因组数据对番茄DIR基因家族成员进行鉴定,运用Phytozome、MEME、PlantCARE、opsRNATarget和plantcircnet等在线网站获取染色体位置、保守基序、顺式作用元件、存在互作的转录因子、miRNA和circRNA等信息。利用Mapteace、TBtools、Cytoscape、OmicShare等作图软件及工具绘制染色体定位图、进化树、DIR与转录因子关系图、ceRNA网络等。采用NCBI的基因数据库结合转录组测序及qRT-PCR试验研究DIR基因家族在逆境下的表达情况。【结果】共鉴定到番茄中27个DIR基因,将其命名为SlDIR1—SlDIR27,分别位于12条染色体上,且大部分基因位于染色体末端,其基因结构、基序和结构域相对保守,其中22个SlDIR具有一个外显子的经典结构。番茄DIR基因家族同拟南芥的共线性关系远高于水稻和大豆。基于系统进化关系将27个番茄DIR成员分为3个不同的亚家族。转录组数据表明大部分DIR基因在番茄根部具有较高的表达量。此外,DIR基因的启动子区域含有多个与干旱、低温等非生物胁迫,以及MeJA、ABA、SA等激素诱导相关的顺式作用元件,且预测到与激素、生长发育、非生物胁迫相关的ERF、E2F/DP、MYB等互作转录因子。结合转录组数据分析,分别有5、10、10和13个SlDIR在农药、干旱、盐和冷胁迫后显著上调表达,其中,SlDIR23受到以上4种胁迫的诱导表达,而SlDIR8、SlDIR13和SlDIR20特异性响应冷胁迫的诱导,SlDIR17特异性响应盐胁迫。番茄DIR的ceRNA调控表明,miR-156与靶基因SlDIR8可能共同作用调控番茄的逆境胁迫。【结论】共鉴定出番茄DIR家族基因27个,不均匀地分布在12条染色体上,在根部有较高的表达量。SlDIR1、SlDIR13和SlDIR14等具有MeJA、ABA、SA等激素响应元件,其中,SlDIR6仅具有MeJA元件,SlDIR27仅具有SA响应元件。另外,SlDIR2、SlDIR14、SlDIR23等参与干旱、盐、低温等多种逆境胁迫,其中SlDIR23在不同胁迫处理下均可被激活。此外,DIR基因和转录因子、非编码RNA相互作用,共同参与调控番茄植株的逆境胁迫。     

葡萄Fe-S簇装配基因的鉴定、克隆和表达特征分析

【目的】从葡萄中克隆并鉴定Fe-S簇装配基因,在转录水平探索其组织特异性表达特征及其对缺铁胁迫的差异响应,明确主效基因。【方法】通过同源克隆法,在葡萄基因组中筛选并鉴定参与Fe-S簇装配的基因;借助生物信息学软件分析葡萄Fe-S簇装配相关基因及其编码蛋白的详细特征;利用实时荧光定量PCR分析Fe-S簇装配相关基因在葡萄不同组织部位的表达模式及其对缺铁胁迫的响应情况;利用MEGE 7.0软件建立不同植物ISU1同源蛋白的系统进化树。【结果】在葡萄基因组中检索并克隆获得46个Fe-S簇装配基因,分布于16条染色体上,含有1—21个长度不一的内含子,且主要分布于质体、线粒体和细胞质,分别含有14、21和11个基因成员;葡萄Fe-S簇装配蛋白在多种亚细胞结构中均有定位,且不同装配机制中蛋白的亚细胞定位情况差异很大;所选10种植物ISU1蛋白序列的一致性高达77%,系统发育树分析表明同一属的ISU1同源蛋白如十字花科的拟南芥和盐芥、禾本科的水稻和短柄草、蔷薇科的桃和苹果,倾向于紧密聚在一起,但葡萄ISU1和番茄ISU1紧密聚集在一起;葡萄Fe-S簇装配基因在3年生‘马瑟兰’成年树体和组培幼苗不同组织中的表达水平差异较大,其中,ISU1整体水平的表达量最为丰富（尤其是成熟期果实中的表达量最高）,其次是HSCA1、ISA2、NFU2、SUFA和SUFB等基因,而SUFE2、NFS1、HSCA2、HSCA6、TAH18和CIA2在本研究所有葡萄组织中均未检测到表达量;在‘马瑟兰’幼苗中,葡萄Fe-S簇装配基因对缺铁处理较为敏感,所有基因至少在1个检测的组织部位对缺铁处理有响应,其中,22个基因的表达水平在所有检测组织中均受缺铁处理调控：根部Fe-S簇装配基因的表达水平易受缺铁胁迫诱导而上调,但地上部（茎和叶）Fe-S簇装配基因的表达水平易受缺铁胁迫抑制而下调。【结论】从葡萄中克隆并鉴定了46个Fe-S簇装配基因,分别定位于质体、线粒体和细胞质;葡萄Fe-S簇装配基因在三年生成年树体和组培幼苗不同组织中的表达水平差异较大,且在葡萄幼苗不同组织中的转录水平对缺铁胁迫的响应具有显著差异;ISU1在葡萄所有组织中的整体表达量较高;葡萄ISU1和番茄ISU1同源蛋白遗传进化距离最接近。     

AP2/ERF转录因子对植物非生物胁迫应答的研究进展

植物AP2/ERF(APETALA 2/ethylene-responsive element binding factor)是一个庞大的转录因子超家族,其蛋白质中均含有1或2段60~70个氨基酸残基组成的AP2/ERF结构域,存在于所有植物中。AP2/ERF转录因子参与多种生物学过程,包括干旱、高盐、低温等逆境胁迫响应等。在植物受到逆境刺激后,脱落酸、乙烯等信号相应地被激活,并激活AP2/ERF转录因子的表达,从而调控功能基因的表达。文中对国内外近年来有关植物AP2/ERF类转录因子的分类、结构特点、分布、信号传导途径及基因调节等方面的研究进行了综述。     

瞬时过表达MnERF2基因对桑树耐盐性的影响

为探明桑树AP2/ERF转录因子MnERF2基因对桑树耐盐胁迫能力的影响,利用构建好的植物过表达和抑制表达载体瞬时转化桑树,并比较分析NaCl胁迫前后瞬时转化桑树中的活性氧(ROS)含量、抗氧化酶活性、抗氧化物质含量以及抗氧化酶基因的表达量,以综合评定MnERF2基因的耐盐功能.通过荧光定量RT-PCR对盐胁迫后MnE...     

外源褪黑素对低温弱光胁迫下辣椒叶绿素荧光和抗氧化系统的影响

以陇椒10号为试验材料,待辣椒幼苗长至6片真叶时,叶面喷施不同浓度褪黑素(MT)溶液0(T1)、50(T2)、100(T3)、150(T4)、200(T5)和250(T6)μmol·L^-1,研究不同浓度褪黑素对辣椒幼苗低温弱光胁迫条件下叶绿素含量、叶绿素荧光参数、相对电导率、可溶性糖、丙二醛(MDA)含量以及抗氧化酶活性的影响。结果表明:在低温弱光胁迫下(15 ℃/5 ℃,100 μmol·m^-2·s^-1)处理7 d后,与T1相比,外源喷施 100 μmol·L^-1的褪黑素溶液(T3)后总叶绿素含量和可溶性糖含量分别提高了25.72%、52.88%,实际光化学效率Y(Ⅱ)、光化学猝灭系数qP、光化学猝灭qL分别显著增加了43.79%、36.99%和33.88%,超氧化物歧化酶(SOD)、超过氧化氢酶(CAT)活性显著提高了66.31%、56.65%,超氧阴离子含量、相对电导率分别显著降低了48.40%、17.54%。综上所述,叶面喷施褪黑素能通过提高低温弱光胁迫下辣椒叶片叶绿素含量、叶绿素荧光特性及抗氧化能力,并且通过提高可溶性糖含量来增加植株的抗逆性,以100 μmol·L^-1的褪黑素溶液处理效果最好。     

红橘响应褐斑病菌侵染的转录组学分析

【目的】 明确红橘（Citrus reticulata Blanco, cv. Hongjv）接种褐斑病致病菌——链格孢菌橘致病型（Alternaria alternata tangerine pathotype）后基因种类和表达量在转录水平的变化规律,确定红橘响应该致病型侵染的关键基因。【方法】 采用链格孢菌橘致病型接种红橘离体叶片,28 h后选取感病叶片和未接种叶片提取RNA,进行转录组高通量测序,然后利用生物信息学分析,以甜橙基因组为参考,以|log₂ fold change|≥1,q-value≤0.01为阈值选取感病和健康红橘叶片转录组的差异表达基因,应用GO数据库对差异表达基因（differentially expressed gene,DEG）进行功能分类,KEGG分析代谢途径,MapMan软件分析生物胁迫信号通路相关基因的表达变化。采用qRT-PCR方法对测序结果进行验证。【结果】 红橘接种链格孢菌橘致病型28 h后产生大量与胁迫相关的差异表达基因,获得上调差异基因5 173个,下调差异基因6 555个。GO功能分类显示差异基因主要与蛋白结合、膜、氧化还原过程等相关。通过KEGG富集和MapMan软件分析发现,红橘在受链格孢菌橘致病型胁迫的过程中基础代谢被严重破坏。乙烯、水杨酸和生长素等寄主防御相关的植物激素信号转导途径多个基因表达出现差异,其中乙烯起主导作用,乙烯受体ETR 3个成员被不同程度激活,下游激酶和乙烯响应因子均上调,生长素大部分关键信号基因、绝大部分生长素响应因子ARF和水杨酸合成途径的基因均下调表达。同时,黄酮醇、花青素、萜类化合物和生物碱合成相关基因受该菌诱导显著变化,萜类合成中大部分基因下调,而黄酮类合成相关上调基因数量和表达趋势均强于表达下调基因,有抗虫和抑菌作用的硫代葡萄糖苷基因呈上调趋势。进一步研究发现,大量参与抗逆过程的转录因子如WRKY、bZIP、ERF、MYB、NAC被诱导激活,其中大部分WRKY和bZIP转录因子受该菌正向调控,超过50%的ERF家族基因表达上调;在转录因子调控下,PTI及ETI响应基因如受体激酶、R蛋白、NBS抗病蛋白等大量表达,多个PR家族抗菌蛋白基因上调表达,22个抗氧化保护酶系统POD成员基因受到活性氧信号激发大量表达。以上结果表明链格孢菌橘致病型侵染对寄主内部生理状态产生显著影响。选取了19个与植物抗病相关基因进行qRT-PCR分析,其基因表达趋势与测序数据一致。【结论】 获得了红橘响应链格孢菌橘致病型侵染的差异表达基因及显著上调表达基因,其主要富集于代谢过程、应激反应及转录调控等条目中,这些基因的相互协同调控是红橘对该致病型产生防御反应的重要机制。     

桃NAC家族基因生物信息学分析及其响应低温胁迫的表达特征

NAC(NAM-ATAF1/2-CUC2)是植物特有的具有多种生物功能的一类重要转录因子,在植物应对非生物胁迫、激素信号应答与器官形成中发挥重要作用。为了解桃NAC蛋白(PpNAC)及其在桃低温胁迫过程中的响应,采用生物信息学方法和qRT-PCR系统分析了桃NAC家族基因的成员、结构、功能和低温胁迫下的表达。结果表明,桃NAC家族共有119个成员,命名为PpNAC001~PpNAC119。PpNACs的氨基酸长度在68~862 aa,平均氨基酸长度为352 aa,分子量为7.2~96.1ku,等电点为4.3~9.5。除PpNAC119定位在染色体骨架上之外,其余基因均定位在桃的8条染色体上。基因结构和保守基序分析表明,位于同一亚族的成员基因结构相似,外显子数量和长度基本相同,并且同一亚族中的成员所含motif的种类和排列顺序基本相似,推测同一亚族的成员可能具有相同的功能,而不同亚族之间的差异可能与他们的功能特异性有关。对PpNACs蛋白启动子区2 000 bp的序列进行顺式作用元件分析,结果表明,脱落酸响应原件、光响应原件、茉莉酸甲酯响应原件、赤霉素响应原件、低温响应原件和生长素响应原件在筛选到的所有原件中占比较大。qRT-PCR结果显示,在4 ℃低温胁迫2、6 h,部分基因表达量上调不明显;低温胁迫12 h,16个NAC基因的表达量均显著上调。     

全基因组DNA甲基化和转录组联合分析鉴定杜梨耐盐相关转录因子

【目的】鉴定不同杜梨株系根中响应盐胁迫信号的相关转录因子,分析盐胁迫下基因序列DNA甲基化变化与基因表达改变之间的关系,探讨参与调控不同杜梨株系耐盐能力的转录因子成员。【方法】以杜梨耐盐株系和普通株系为试材,在苗期使用200 mmol·L^-1 NaCl对90日龄组培生根苗进行水培处理,以Hoagland营养液为对照。利用火焰石墨炉原子吸收光谱仪测定钠离子含量;利用全基因组DNA甲基化和转录组测序技术从表观遗传修饰和转录调控水平对盐胁迫下转录因子进行生物信息学分析;最后用McrBC-PCR和qPCR对差异转录因子进行验证。【结果】外源NaCl处理24 h后,杜梨植株中钠离子含量显著增加,其中耐盐株系的增加幅度比普通株系小,为普通株系钠含量的73.1%,但根中积累的钠是普通株系含量的1.1倍;杜梨根中检测到69类共2 682个转录因子的表达,盐胁迫后243个转录因子在两个株系中都发生了差异表达,包括AP2/ERF(37个)、bHLH(19个)、bZIP(7个)、HD-Zip(10个)、MYB(30个)、NAC(18个)、WRKY(8个)和ZFP(23个)等家族成员;盐...     

植物抗逆相关ERF转录因子研究综述

植物在它的生命周期中要经历各种逆境胁迫。植物许多胁迫相关基因的表达主要受特定转录因子在转录水平的调控。ERF转录因子家族参与植物的生物胁迫和非生物胁迫的应答,是同植物抗逆应答密切相关的一类转录因子大家族。它们通过识别不同的顺式元件,调节多种功能基因的表达,调节植物抗性应答。综述简要介绍ERF转录因子及其相关顺式作用元件。阐述植物ERF转录因子家族在植物抗逆应答中的功能。     

杨树干旱胁迫响应转录因子的研究进展

转录因子是杨树干旱胁迫应答分子调控网络中的重要组成部分之一,通过特异性结合干旱响应相关基因启动子区的顺式作用元件,调控下游靶基因的转录表达,从而参与杨树干旱胁迫响应过程。杨树WRKY、NAC、bZIP、MYB和AP2/ERF是干旱胁迫响应分子机制研究中最主要的五大转录因子家族,每个家族拥有超过80个成员。本文简要介绍了杨树干旱胁迫转录组学研究进展,系统总结和概括了杨树这五类转录因子的结构特征与亚家族分类、调控下游靶基因表达的方式及其在参与调控干旱信号转导网络中的作用等方面的研究进展,并对存在的问题与未来研究进行展望,旨在深入了解杨树耐旱分子机理,为培育抗旱型杨树新品种提供参考。     

5个桃砧木品种对淹水胁迫的生理响应及耐涝性评价

【目的】探究不同品种桃树砧木对淹水胁迫的生理响应及耐涝性，为桃耐涝砧木品种选育及抗涝机理提供理论依据。【方法】以毛桃、抗砧1号、浙砧1号、筑波6号、南京白沙5个桃砧木当年生实生苗为供试材料，设正常水分（对照，CK）和淹水处理，测定叶片的光合特性、抗氧化酶活性、光合色素及渗透调节物质含量等指标，综合评价砧木耐涝性。【结果】淹水处理下，各砧木叶片的净光合作用（Pn）和蒸腾速率（Tr）均显著低于CK（P<0.05，下同）；抗砧1号、筑波6号和毛桃叶片的气孔导度（Gs）较CK显著降低；浙砧1号的胞间二氧化碳浓度（Ci）较CK显著下降，其他品种不同程度上升。筑波6号、抗砧1号、南京白沙和毛桃的叶绿素a（Chl a）和类胡萝卜素（Car）含量较CK显著下降。浙砧1号的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、脯氨酶（Pro）和可溶性蛋白（SP）含量较CK显著提高，丙二酶（MDA）含量显著低于CK；毛桃的过氧化物酶（POD）、CAT及Pro活性显著提高，而SOD活性和（SP）含量显著下降。各种砧木的POD、CAT和Pro的耐涝系数均大于100.00%，Pn、Tr、Chl a、Chl b和Car的耐涝系数均小于100.00%。利用主成分及隶属函数等多元统计方法对15个指标耐涝系数进行综合分析，浙砧1号综合耐涝评价值D值最大，为0.760，表现出较强的耐涝性，其次为南京白沙、筑波6号和抗砧1号，耐涝性中等，毛桃D值最小，为0.091，耐涝性最弱。【结论】淹水胁迫不同程度抑制了砧木叶片光合作用和光合色素合成，各砧木在胁迫下调节体内渗透物质和抗氧化酶能力不同，耐涝性存在差异。在涝害频发的区域应避免桃园积水并采用耐涝性较好的砧木品种。