紫花苜蓿响应低温胁迫转录因子的鉴定及表达分析

研究证明,转录因子广泛参与植物的生长发育过程并响应多种生物/非生物胁迫信号途径。低温胁迫可导致紫花苜蓿(Medicao sativa)减产、越冬率降低以及生产年限缩短。利用新一代高通量转录组测序技术,本研究对4℃低温胁迫下紫花苜蓿中响应低温胁迫的转录因子基因进行了鉴定,并对其表达情况进行分析,结果表明,转录组测序共获得78 925条Unigene序列和3 448个差异表达基因。其中,从3 448个差异表达基因中共鉴定出43个转录因子家族,共251个基因被显著地诱导表达。不同转录因子家族基因受低温胁迫诱导表达不同。本研究有助于在整体水平加深了解紫花苜蓿转录因子表达特性,为进一步研究这些响应低温胁迫的转录因子的功能提供参考。     

千穗谷TALE转录因子家族的生物信息学分析

TALE转录因子广泛存在于植物中，对植物的生长发育和对外界环境的响应发挥着重要作用。本研究在千穗谷(Amaranthus hypochondriacus)基因组中共鉴定出11个TALE基因。系统发育分析将千穗谷TALE家族蛋白分为BELL和KNOX两个亚家族，同一亚家族中的AhTALEs基因具有相似的基因结构，编码蛋白也具有类似的结构域。蛋白二级结构和三级结构分析都表明AhTALEs蛋白由螺旋-角-螺旋的结构构成。此外，对千穗谷与其他物种的TALE基因共线性关系、组织表达特性和AhTALEs基因启动子区的顺式作用元件分析发现，不同AhTALEs亚家族在各组织中的表达模式不同，并且发现启动子区包含大量非生物胁迫和激素响应元件，这为AhTALE家族的进化分析提供了依据。qRT-PCR分析发现AhTALEs基因在低温和干旱胁迫下的表达水平有不同程度的变化，表明AhTALEs基因能够响应低温和干旱胁迫应答。本研究为开展千穗谷中TALE转录因子在非生物胁迫中的生物学功能研究提供了重要参考。     

草地早熟禾NAC基因鉴定及非生物胁迫下表达模式分析

草地早熟禾(Poa pratensis)是世界上广泛应用的草坪草种,其抗逆基因的挖掘对抗逆新品种的选育具有重要意义.NAC基因家族是植物特有的转录因子之一,在植物逆境响应中起到重要作用.以二穗短柄草(Brach ypodium distach yon)的NAC蛋白序列为请求序列,从草地早熟禾转录组数据库序列比对分析得到15个草地早熟禾PpNACs基因的cDNA全长序列,具有完整的开放阅读框.运用生物信息学方法预测早熟禾NAC家族成员的理化性质和保守结构域,发现15个PpNACs转录因子都是酸性蛋白,除PpNAC16外都属于不稳定蛋白,疏水性蛋白,具有相似的结构,通过聚类分析可将15个PpNACs成员分为3类.荧光定量PCR结果显示,在重金属胁迫下显著上调表达的基因有Pp-NAC10、PpNAC18、PpNAC19和PpNAC24,在盐胁迫过程下显著上调表达的基因有PpNAC10和PpNAC24,在干旱胁迫下显著上调表达的基因有PpNAC1、PpNAC6、PpNAC10和PpNAC13,在低温胁迫下显著上调表达的基因有PpNAC1、PpNAC10和PpNAC18,在高温胁迫下显著上调表达的基因有PpNAC20.其中,PpNAC10在重金属、盐、干旱和低温胁迫下均被显著诱导上调表达,Pp-NAC18在重金属、干旱和低温胁迫下均被显著诱导上调表达,PpNAC10和PpNAC18可作为草地早熟禾逆境胁迫响应的候选基因.     

柳枝稷TIFY基因家族的鉴定与分析

为探究TIFY基因家族在柳枝稷（Panicum virgatum）中的生物学功能,本研究运用生物信息学手段对柳枝稷基因组中的TIFY家族成员进行了鉴定,并对其染色体定位、进化与结构特点、启动子区顺式作用元件、时空表达模式等进行了分析,且通过定量实验验证了JAZ亚家族部分成员的激素应答与胁迫响应特性。结果表明：48个柳枝稷TIFY基因分属于ZML（7个）、TIFY（1个）与JAZ（40个）3个亚家族,分布在除染色体3以外的染色体上,且在染色体9成簇排列;柳枝稷TIFY基因按照进化关系及结构特点可分为5组,每组内的成员具有相似的基因结构与保守基序组成;柳枝稷TIFY基因启动子区存在多种胁迫响应元件与激素信号调控元件,经定量实验证实PviTIFY10各成员在茉莉酸（jasmonic acid,JA）处理及盐与干旱胁迫下反应强烈;JAZ亚家族部分成员尤其是PviTIFY10b在花序与根的发育过程中有较高表达。根据以上结果推测TIFY基因家族可能在柳枝稷激素信号调控与胁迫防御反应及生长发育等多方面发挥功能。     

结缕草ZjCCS基因的克隆与表达分析

为了解Cu/Zn超氧化物歧化酶分子伴侣基因(CCS)在结缕草逆境胁迫过程中的表达调控机制,以结缕草(Zoysia japonica)盐胁迫条件下的转录组数据为依据,结缕草cDNA为模板,通过RT-PCR法,克隆了924 bp长的结缕草ZjCCS基因的CDS序列。同源性分析显示该基因与谷子(Setaria italica)同源性最高,含有植物CCS蛋白所特有的3个保守结构域。利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术研究该基因在非生物胁迫条件下在结缕草叶片中的表达情况,结果显示,在盐胁迫条件下,ZjCCS基因的表达量呈先上升后下降的趋势,4 h表达量最高,相对于盐胁迫,干旱和重金属胁迫对ZjCCS基因的表达量影响不大,推测ZjCCS基因可能在结缕草响应盐胁迫过程中发挥作用。     

MAPK在植物响应逆境胁迫中的作用

丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）是一类高度保守的丝氨酸/苏氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶，广泛存在于真核生物中级联反应途径。植物MAPK具有相对保守的11个亚结构域，均为Ser/Thr蛋白激酶发挥其催化作用所必需的元件，其表达受活性氧、一氧化氮、激素等调控。MAPK可磷酸化多种底物，包括转录因子、蛋白激酶和细胞骨架相关蛋白等，在调控植物响应逆境（盐分、干旱、极端温度、重金属等）胁迫中起重要作用。本研究对植物MAPK家族的发现、分类与结构、调控机制及其响应各种非生物胁迫等方面的研究成果加以综述，并对未来研究方向进行展望，以期为农作物抗逆性遗传改良提供理论依据和基因资源。     

白三叶TrMYB1R1全长克隆及转录表达分析

R1-MYB是MYB转录因子家族中的一亚类,可能参与植物非生物胁迫应答。通过RT-PCR和RACE技术,在白三叶(Trifolium repens)中成功克隆出一个MYB转录因子TrMYB1R1,基因全长1 403 bp,编码297个氨基酸残基。通过生物信息学分析,发现TrMYB1R1蛋白含有一个MYB结构域,属于MYB-related蛋白,保守域形成3个α-螺旋;亚细胞定位预测该蛋白可能位于细胞核中。同源进化分析结果显示TrMYB1R1蛋白和豆科植物MYB蛋白亲缘较近,蛋白进化符合植物进化分类。非生物胁迫和外源激素处理结果表明,该基因在白三叶根和叶中均受到诱导调节。在聚乙二醇(PEG)水分胁迫、镉胁迫、4℃冷处理及35℃高温处理下,白三叶TrMYB1R1表达受到抑制,且该基因对镉、冷及热处理响应强烈,对PEG处理响应较弱;而在NaCl胁迫处理下该基因受到诱导表达;同时,脱落酸(ABA)处理前期抑制TrMYB1R1表达,但细胞分裂素(CTK)显著诱导该基因表达。这些结果表明,该基因可能参与多种非生物胁迫应答并可能受激素调控,但对TrMYB1R1在白三叶中的功能及调控作用仍需进一步研究。     

植物AP2/ERF类转录因子研究进展

AP2/ERF (APETALA2/ethylene-responsive factor)是植物中广泛存在的一类超大家族转录因子,含有1～2个约由60个氨基酸组成AP2/ERF结构域,根据AP2/ERF结构域的数量及结合序列可以将其分为5个亚家族:AP2(APETALA2)、 ERF(ethylene-responsivefactor)、 DREB(dehydration-responsiveelement-bindingprotein)、 RAV(relatedto ABI3/VP1)和Soloist。该家族转录因子在调控植物生长发育及响应逆境胁迫过程中发挥重要作用,本文重点介绍了近年来AP2/ERF类转录因子参与植物花发育、果实发育、种子发育等生长发育过程以及调控植物对病原体、干旱和高盐等逆境胁迫的响应过程等方面的研究进展,可为今后挖掘和利用该类转录因子基因提供参考。     

胡杨AHL基因家族生物信息学分析及逆境胁迫下的表达特征

AT-hook核定位(AT-hook motif nuclear localized, AHL)蛋白作为一种小型DNA结合蛋白，广泛存在于植物中，在植物生长发育、逆境胁迫和激素信号应答等方面发挥着重要的作用。为全面了解胡杨(Populus euphratica)AHL基因家族的结构及功能，利用生物信息学方法及qRT-PCR对胡杨AHL家族成员的理化性质、基因结构、亚细胞定位以及逆境胁迫下的表达特征进行分析。理化性质分析表明，胡杨AHL家族共有19个成员，除PeAHL16外，其余PeAHL蛋白均为碱性的不稳定亲水蛋白。基因结构分析表明，PeAHL成员全部为内含子缺失型基因。系统进化结果显示，胡杨AHL家族成员可根据基因类型分为8个亚群。保守基序分析显示，聚类在同一分支中的PeAHL基因其motif组成及排列顺序基本相同。在顺式作用元件分析中，响应干旱胁迫的元件其种类和数量最多。实时荧光定量分析表明，PeAHLs的表达受低温、高温、NaCl以及PEG的显著诱导，与对照相比，PeAHLs在PEG处理下表达量最高。本研究结果为胡杨AHL基因家族的深入研究提供理论依据，为进一步解析胡杨AHL基因...     

Identification of CAX gene family and expression profile analysis of response to abiotic stress in alfalfa北大核心CSCD

Ca²⁺/H⁺反向转运蛋白（CAX）是一类重要的跨膜转运蛋白,在调控植物Ca²⁺平衡、抵抗非生物胁迫和转运重金属离子等方面具有重要作用。利用生物信息学方法在全基因组水平对紫花苜蓿CAX基因家族进行了鉴定,并对其理化性质、结构特征、系统进化关系、顺式作用元件、染色体定位等进行了分析。结果表明,在紫花苜蓿全基因组中共筛选鉴定出15个MsCAX基因,分布于紫花苜蓿15条染色体上,发生22对基因片段重复事件,编码367~460个氨基酸,等电点为5.2~6.5,且均表现为疏水性蛋白。系统进化关系分析结果表明,MsCAXs分为2个亚家族,同一亚家族成员具有相似的基因结构、保守基序和跨膜结构域数量。MsCAXs启动子区域存在光响应性、激素反应性和胁迫响应元件。利用qRT-PCR分析了6个MsCAXs基因在非生物胁迫下的表达模式,结果表明,在干旱和低温胁迫下,6个MsCAX基因均显著下调表达,在盐和盐碱胁迫下,3个MsCAX基因上调表达。说明在不同的非生物胁迫下,MsCAXs基因表现出不同的表达模式。研究结果为进一步探索紫花苜蓿CAX基因家族的功能提供了参考。     

紫花苜蓿bZIP转录因子MsbZIP1的克隆、表达特性和遗传转化分析

bZIP（Basic leucine zipper）是植物中一类非常重要的转录因子,参与植物从生长发育到抗性调控的多个生物学过程。为了了解紫花苜蓿（Medicago sativa）中bZIP转录因子的特性,解析紫花苜蓿MsbZIP1基因的生物学功能,从而阐述MsbZIP1基因响应紫花苜蓿抗逆调控机制,本研究利用RACE技术从紫花苜蓿中获得1个MsbZIP1基因的全长cDNA,该序列全长1 176 bp,编码361个氨基酸,预测分子量为42.3 kD,等电点为6.5。分析发现,该蛋白含有bZIP家族典型的BRLZ碱性结构域和亮氨酸拉链,属于bZIP家族蛋白。进化树分析表明,该蛋白属于bZIP转录因子C亚族,与拟南芥（Arabidopsis thaliana）的AtbZIP63具有很高的同源性,推测可能具有与该类蛋白相似的功能。qRT-PCR分析表明,MsbZIP1基因对干旱、高盐、高温、低温,以及脱落酸（Abscisic acid,ABA）和生长素（Auxin,IAA）处理都有不同程度的响应,推测该基因可能参与调控紫花苜蓿多种非生物胁迫。本试验通过构建表达载体PCAMBIA3301-MsbZIP1,以农杆菌介导的花序浸染法转化拟南芥,经后代筛选、扩繁和分子检测,得到7株超表达的转基因拟南芥。本研究第一次分离了紫花苜蓿C亚族bZIP转录因子,初步确定紫花苜蓿MsbZIP1基因响应多种逆境胁迫的反应,并获得了阳性转基因材料,并为进一步探索该类转录因子在紫花苜蓿抗逆性调控中的作用奠定了基础。     

狗尾草GASA基因家族鉴定及其在不同逆境下表达模式分析

GASA蛋白（Gibberellic acid-stimulated in arabidopsis）是植物特有的小分子蛋白，通过参与调控相关植物激素信号转导与生长发育过程在植物体内发挥着重要作用。深入研究GASA蛋白的功能对阐明植物小分子蛋白作用机理具有重要理论研究意义。狗尾草（Setaria viridis）是新型的C₄模式植物，对其GASA基因家族的研究尚未见报道。本研究采用生物信息学技术，基于狗尾草全基因组序列，分析获得12个GASA基因。进一步生物信息学分析结果表明，狗尾草GASA家族基因结构简单，GASA蛋白可划分为三个进化枝，均含有3~4个模体结构，12个基因启动子区共同含有响应脱水、低温、高盐及植物激素的顺式作用元件。采用实时荧光定量PCR技术对短期干旱（15%聚乙二醇6000）、冷害（4℃）、盐害（150 mM NaCl）逆境胁迫下狗尾草叶片中GASA基因表达模式进行了初步研究。结果表明，狗尾草不同GASA基因对各类逆境胁迫有响应。研究结果将为进一步开展GASA基因参与逆境胁迫的功能解析提供初步的实验证据。     

草地早熟禾Phosphate Starvation Response 2基因的克隆及表达分析

磷饥饿响应(Phosphate starvation response PHR2)家族基因在植物磷(Pi)信号调节网络中发挥重要指示作用.为了解该基因在逆境胁迫中的反应机制,本研究从草地早熟禾(Poa pratensis L.)中克隆了PHR2基因,对其进行生物信息学和基因表达模式分析,并分析P H R2基因在草地早熟...     

全基因组水平蒺藜苜蓿CPP基因家族的鉴定及表达模式分析

CPP （cysteine-rich polycomb-like protein）基因家族是一类小转录因子，广泛存在于除酵母与原核生物外的各种生物体中，在植物生长发育及响应胁迫过程中具有重要作用。截至目前，CPP基因家族已在多个物种中被鉴定和研究，但在豆科模式植物蒺藜苜蓿中还未见报道。本研究采用生物信息学的方法，在蒺藜苜蓿中共鉴定出9个CPP基因。通过与3个物种CPP基因的蛋白序列构建系统发育树，将CPP基因分为3类，MtCPP成员与大豆的亲缘关系更接近。保守结构域分析表明MtCPP转录因子都具有1~2个CXC保守结构域。染色体定位分析得出，9个CPP基因分布在6条染色体上，并鉴定出2对旁系同源基因，均来源于片段重复事件。通过基因芯片技术检测MtCPP基因的表达模式结果显示，MtCPP基因的表达具有一定的时空特异性。MtCPP基因启动子中含有大量与激素以及胁迫相关的顺式作用元件，并且MtCPP2、MtCPP5、MtCPP6和MtCPP7基因具有响应干旱的表达特征，MtCPP2和MtCPP8基因具有响应盐胁迫的功能。该研究可为后期深入解析MtCPP基因家族功能和筛选参与苜蓿抗逆的MtCPP基因奠定基础。     

蒺藜苜蓿cation/H+ exchanger基因家族鉴定及表达特征分析

CPA（cation proton antiporter）超家族通过转运质子和一价金属离子调节细胞内离子和pH稳定。阳离子质子转运体（cation/H⁺ exchanger,CHX）基因家族属于CPA2（cation proton antiporter 2）超家族,其N端有一个Na⁺/H⁺ exchanger结构域,对植物维持细胞离子平衡、花器官发育起着至关重要的作用。通过生物信息学手段,系统地分析了蒺藜苜蓿CHX家族基因,通过全基因组筛选共鉴定出47个MtCHXs;染色体定位分析表明蒺藜苜蓿CHX基因分布在8条不同的染色体上;同源性分析显示蒺藜苜蓿和拟南芥亲缘关系近,而与水稻亲缘关系远;进一步进化关系分析将47个MtCHXs基因分为5组,并且各组内成员在基因结构和基序上比较保守;顺式作用元件分析发现MtCHXs基因启动子包含大量光响应元件、激素响应元件以及干旱、低温、创伤响应元件;表达特性分析发现MtCHXs在生殖器官中高表达,并且响应干旱、低温等非生物胁迫。