彩色油菜花瓣色素成分研究

为明确彩色油菜花瓣色素成分和色素呈色机制,提高彩色油菜育种效率,本研究比较了红色、橙色、黄色和白色4种色系共10种彩色油菜花瓣色素代谢的次生代谢物含量,并采用液质联用仪(HPLC-MS/MS)分析红色、橙色和黄色油菜花瓣中花青素和类胡萝卜素含量,同时对花青素合成关键酶活性和编码关键酶活性的基因表达量进行分析。结果表明,各色系油菜花瓣积累了大量酚类和类黄酮化合物。红色系和橙色系油菜花瓣中含有丰富的原花青素和花色苷;黄色系油菜花瓣中不含原花青素,但含花色苷;白色系油菜花瓣既不合成原花青素,也不合成花色苷。红色和橙色油菜花瓣中的花色苷主要成分是矢车菊素和芍药素。红色、橙色、黄色和白色油菜花瓣中均含有胡萝卜素和番茄红素,且4种花色花瓣中的番茄红素含量均高于胡萝卜素。红色、橙色和黄色油菜花瓣的番茄红素含量仅为对应花色花瓣花青素的0.25%、0.15%、0.02%。基因表达分析结果表明,引起花青素在不同色系油菜花瓣中积累差异的基因为二氢黄酮醇还原酶基因(DFR)和花青素还原酶基因(ANS),在红色、橙色和橙黄色花瓣中DFR和ANS的表达量分别为黄色花瓣的100倍和1 000倍以上。相关性分析表明,彩色油菜DFR和ANS基因的表达量与花色苷含量呈高度正相关性。但是,DFR和ANS活性在红色、橙色、黄色和白色油菜花瓣中差异不显著。本研究为彩色油菜进行基因操纵中靶基因的选择和合理的育种线路提供了理论基础。     

茶树3个MAPKKK基因的克隆及其在采后加工中的表达

丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联在植物应对生物和非生物胁迫过程中发挥重要作用。为了研究MAPKKK基因在应答茶树采后加工中的功能,本研究以福鼎大白茶品种为材料,克隆了3个MAPKKK基因,分别命名为CsMAPKKK18、CsMAPKKK18-like和CsMAPKKK-NPK1。生物信息学分析结果显示,CsMAPKKK18包含1 005 bp开放阅读框,编码334个氨基酸,预测定位于液泡中;CsMAPKKK18-like包含1 209 bp开放阅读框,编码402个氨基酸,预测定位于线粒体中;CsMAPKKK-NPK1包含1 077 bp开放阅读框,编码358个氨基酸,预测定位于细胞核中。3个MAPKKK蛋白均具有MEKK特征性保守区域G(T/S)PX(W/Y/F)MAPEV,属于MEKK亚家族。进化树分析显示,CsMAPKKK18与CsMAPKKK18-like都与番茄、甜椒亲缘关系较近,MAPKKK-NPK1与蓖麻和葡萄关系最近。荧光定量PCR检测结果显示,3个CsMAPKKK基因都在根中表达量较高。在白茶萎凋过程中,3个MAPKKK基因都显著上调表达,其中CsMAPKKK18表达量最高上调达65倍。在乌龙茶做青过程中,CsMAPKKK18表达量显著上调最大为26倍;CsMAPKKK18-like在三摇显著上调,但在晒青、二摇和杀青前显著下调表达;CsMAPKKK-NPK1在晒青过程中显著下调,在一摇、二摇和三摇都显著上调。研究结果表明CsMAPKKKs基因在白茶萎凋过程及乌龙茶做青过程中可能发挥作用,这为后续研究茶叶加工过程中品质形成的分子调控机理提供参考。     

马铃薯愈伤组织中色素含量与4个花色苷合成相关基因的表达差异

本研究从马铃薯（Solanum tuberosum cv．Chieftain）茎的愈伤组织中分离得到绿色、白色和红色3种愈伤组织,并利用鲜重法和分光光度法分别测量愈伤组织的生长量、叶绿素和花色苷的含量;通过半定量RT—PCR法分析4个花色苷生物合成相关基因的表达差异。结果表明：绿色愈伤组织生长最快,叶绿素含量最高,红色愈伤组织生长最慢,叶绿素含量最低;绿色和白色愈伤组织中几乎不含花色苷,红色愈伤组织中花色苷含量最高,达2．1OD513/mgFw;对CHS、F3H、DFR和F3’5’H四个花色苷生物合成相关基因表达分析发现,绿色和白色愈伤组织不合成花色苷可能与DFR基因不表达有关。本实验结果为进一步阐明花色昔生物合成机理和花色苷色素的生产应用提供一定的理论依据。     

番茄2个ERF-B1亚族转录因子基因的克隆及其对生物和非生物胁迫响应

为进一步研究番茄ERF转录因子调控植物抗逆的分子机理,本研究以番茄浙杂-301为试验材料,分别克隆获得2个乙烯反应元件结合蛋白基因SlERF83和SlERF109,并对其进行序列及表达分析。结果表明,番茄SlERF83和SlERF109基因分别含有678 bp和669 bp的开放阅读框,编码225和222个氨基酸,各含有1个保守的AP2结构域,属于亲水性蛋白。进化分析表明,这2个ERF转录因子均属于AP2/ERF家族中ERF亚族的B1组。SlERF83和SlERF109三级结构都含有1个α-螺旋和3个β-折叠。酵母单杂交及β-半乳糖苷酶活性测定结果证明SlERF83转录因子可以与GCC-box结合。番茄2个ERF蛋白启动子含有多种逆境相关的顺式作用元件。采用荧光定量PCR检测SlERF83和SlERF109在非生物和生物胁迫下的表达,结果表明,高盐和干旱胁迫下,SlERF83和SlERF109基因的表达均被抑制;水杨酸处理能够诱导SlERF83和SlERF109基因的表达;茉莉酸甲酯处理下SlERF83表达水平提高,SlERF109表达量降低;番茄黄化曲叶病毒侵染下,SlERF83和SlERF109基因的表达均被抑制。SlERF83和SlERF109转录因子可能参与了番茄对生物及非生物胁迫的响应过程。本研究结果为进一步深入开展ERF转录因子调控番茄抗逆分子机制研究提供了一定的理论依据。     

花生AhMKK4基因的克隆、表达分析和亚细胞定位研究

为挖掘花生抗逆相关基因,本研究以花生品种花育20号为试验材料,根据cDNA文库中已知的促丝裂原活化蛋白激酶激酶(MKK)基因EST序列设计引物,通过RACE-PCR克隆得到AhMKK4基因。结果表明,AhMKK4基因序列全长1 434 bp,含有3'非编码区151 bp,5'非编码区317 bp,开放阅读框全长966 bp,编码一条含有322个氨基酸的蛋白序列。预测其分子量为36.74 kDa,属于MAPKK基因家族D组成员。亚细胞定位显示AhMKK4基因定位于细胞质和细胞核中。RT-qPCR分析发现,AhMKK4基因在根中表达量高于其他组织,说明该基因具有组织表达特异性;AhMKK4基因受JA和IAA诱导时表达量上调,受SA和ABA诱导时表达量下调,说明该基因可能参与到JA和IAA介导的信号转导途径;AhMKK4在盐胁迫下表达量上调,说明该基因可能参与花生对盐胁迫的适应性调控。本研究结果为花生抗逆育种研究提供了新的基因资源。     

印度南瓜延伸因子基因CmEF1a的克隆与分析

真核生物延伸因子(EF1a)是一种重要的内参基因,广泛应用于RT-qPCR中。为获得印度南瓜EF1a基因,开发合适的荧光定量PCR引物,本研究通过转录组测序和RT-PCR方法获得了1条长度为1 701 bp的cDNA,命名为CmEF1a,GeneBank登录号:MH310443。结果表明,CmEF1a包含1个ORF,大小为1 344 bp,编码447个氨基酸,理论分子大小约为49.30 kD, 蛋白质等电点为9.14。Wolf Psort分析发现, CmEF1a蛋白亚细胞定位于细胞质基质中;Motif Scan分析显示, CmEF1a蛋白质的氨基酸序列2~432位和322~430位分别为EF1结构域和EF1的C端保守结构域。同源性分析表明, CmEF1a基因编码的蛋白质与同为葫芦科的中国南瓜、甜瓜和黄瓜同源蛋白的相似性达到99%,具有高度的保守性。在此基础上设计了1对RT-qPCR引物, 该引物具有较高的特异性和扩增效率, 在印度南瓜不同组织和不同胁迫处理下均能稳定表达, 适合作为内参基因应用于印度南瓜基因表达研究。本研究结果为印度南瓜重要功能基因的表达分析及相关分子调控机制的研究奠定了一定的理论基础。     

茶树CsDREB-A2转录因子基因的克隆与非生物胁迫响应分析

干旱应答元件结合蛋白(DREB)类转录因子在植物逆境信号转导途径中具有重要的调控作用。为了解AP2/ERF转录因子在茶树逆境胁迫的分子调控机理,本研究从茶树龙井43叶片的cDNA中克隆得到一个编码CsDREB-A2转录因子的基因;对CsDREB-A2基因及其编码蛋白序列特征进行分析,并利用实时荧光定量PCR法检测该基因在茶树不同非生物胁迫处理下的表达水平。结果表明,CsDREB-A2基因开放阅读框为1 056 bp,编码351个氨基酸,其编码氨基酸序列具有AP2保守结构域,包含典型的YRG元件和WLG基序。AP2结构域第14、第19位氨基酸分别为缬氨酸和谷氨酸。拟南芥AP2/ERF家族转录因子的进化分析表明,该转录因子属于DREB亚族的A2组。CsDREB-A2相对分子质量为39 080 Da,理论等电点为5.32,属于亲水性蛋白,主要由α-螺旋和随机卷曲组成,无序化特征明显且存在一个LM无序区域;可能定位于细胞核,不存在信号肽和跨膜结构,属于非分泌蛋白。CsDREB-A2基因在高温(38℃)和干旱(200 g·L^-1 PEG)胁迫下均能快速诱导表达,并显著高于对照,分别在处理4、2 h达到最大值,为对照的20.70和42.90倍,植物在渗透胁迫下,可能通过ABA信号途径调节该基因对干旱的耐受性。高盐(200 mmol·L^-1 NaCl)胁迫下CsDREB-A2基因的表达受抑制,推测其可能存在负调控结构域降低该基因在盐胁迫下的表达量。本试验结果为研究DREB类转录因子在茶树抗逆胁迫的分子调控机制提供了一定的理论参考。     

独行菜LaBBX基因低温表达响应与密码子偏性分析

BBX是调控植物非生物胁迫相关基因表达,响应植物逆境胁迫的重要锌指蛋白类转录因子。为探究BBX在独行菜(Lepidium apetalum)幼苗耐受低温生长中的表达响应及其密码子偏好性,本研究基于独行菜转录组数据,筛选独行菜BBX编码基因的cDNA序列,并从独行菜幼苗中克隆获得全长733 bp的基因编码区序列,命名为LaBBX。序列分析表明,LaBBX由242个氨基酸组成,包含2个B-box锌指蛋白结构域,蛋白分子量为61.66 kDa,等电点为5.09,无信号肽和跨膜区。独行菜幼苗受低温胁迫时,LaBBX基因显著上调表达,6 h上调表达至21倍,且24 h内均呈现高水平表达,说明该转录因子可能在独行菜幼苗受低温胁迫时起重要作用。偏好性分析结果显示,独行菜LaBBX基因的ENc、CAI值和GC含量分别为55.453、0.244和46.78%,其密码子使用偏性较弱,相对偏好使用AT,高频密码子有8个,CDS序列及RSCU聚类分析中与十字花科植物最相近;其偏好性的形成与突变和自然选择等诸多因素相关,酵母菌表达系统更适合作为LaBBX基因的异源表达受体,拟南芥是适宜LaBBX基因的遗传转化受体。本研究为了解独行菜LaBBX基因的异源表达及基因功能提供了重要参考。     

杏山梨醇脱氢酶基因克隆及其在果实发育过程中的表达与酶活性分析

为研究杏山梨醇脱氢酶(SDH)的基因序列特征、在杏果实发育过程中的表达及其酶活变化,以金太阳杏为试验材料,采用同源克隆的方法克隆杏NAD⁺依赖的SDH编码基因的cDNA序列,命名为PaSDH,并利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)分析PaSDH在杏果实发育过程中的表达水平,检测酶活变化。序列分析结果表明,PaSDH基因全长1 104 bp,编码367个氨基酸,其编码蛋白具有含锌乙醇脱氢酶特征,具有催化锌结合位点、结构锌结合位点和NAD结合位点;与蔷薇科李属梅、桃和李的NAD⁺-SDH编码基因进化关系最接近,cDNA序列相似性达98%以上。随着杏果实的生长,NAD⁺-SDH酶活性与PaSDH相对表达量总体呈下降趋势;花后7 d,NAD⁺-SDH酶活性及PaSDH相对表达量最高,说明其可能在杏坐果和果实早期发育中具有重要作用,转录水平的调控可能是PaSDH表达调控的关键环节。本研究为探索杏果实营养积累和品质形成的机理提供了参考。     

杜梨精氨酸脱羧酶基因PbADC的克隆与表达分析

精氨酸脱羧酶(ADC)是植物多胺生物合成途径中的关键酶。为探索ADC基因在杜梨中的序列特征及其对非生物胁迫的应答特性,采用反转录PCR(RT-PCR)技术从杜梨中克隆PbADC基因,利用生物信息学软件进行序列分析,并通过荧光定量PCR技术检测其在不同组织中的表达水平和对多种非生物胁迫的响应。结果表明,PbADC基因的开放阅读框全长2 190 bp,编码730个氨基酸,预测PbADC蛋白含有66个磷酸化位点。结构域分析显示,PbADC含有保守的2-磷酸吡哆醛结合位点、磷酸吡哆醛(PLP)磷酸基结合位点和底物识别信号序列,是Ⅲ型磷酸吡哆醛依赖性精氨酸脱羧酶家族成员。在亲缘关系上与苹果MdADC、甜樱桃PaADC和桃PpADC较为接近。荧光定量PCR检测结果表明,PbADC在叶片中的表达量高于根和茎部组织,且该基因的转录水平受低温、脱水、盐和过氧化氢等非生物胁迫调控。本研究结果为进一步探讨PbADC基因的抗逆功能提供了理论依据。     

西南鸢尾花色变异实时定量PCR内参基因的筛选与验证

为筛选适用于不同花色西南鸢尾花色合成途径相关基因表达分析的内参基因,本研究根据西南鸢尾及其白花变型白花西南鸢尾花蕾组织的转录组测序数据,筛选了6个常用内参基因(ɑ-TUB、β-TUB、AQP、ACT、GAPDH、UBQ),同时以百合18S做为对照内参基因,在西南鸢尾及其白花变型白花西南鸢尾的花蕾组织中,分别通过反转录PCR(RT-PCR)初筛和RT-qPCR检测表达量,并利用geNorm、NormFinder和BestKeeper软件对7个候选内参基因的稳定性进行评价。RT-PCR初筛结果显示,7个候选内参基因引物的特异性均较好,在6个样品间没有明显差异;RT-qPCR分析表明,7个候选内参基因的表达量存在一定差异,其中18S表达量最高,UBQ最低;geNorm、NormFinder和BestKeeper分析结果表明,ACT表现最稳定,最适合做为内参基因,β-TUB相对稳定性最低;以Actin为内参对西南鸢尾类黄酮/花青素和类胡萝卜素2类色素合成途径中部分相关基因的RT-qPCR分析结果与转录组测序结果相一致。本研究为鸢尾属植物花色素合成相关基因表达分析内参基因的筛选以及鸢尾属植物资源利用和花色育种研究提供了理论参考。     

光皮桦BlCCoAOMT基因的克隆、表达及单核苷酸变异分析

咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶(CCoAOMT)是植物木质素合成过程中的一个关键酶,对木质素组成和结构有重要的作用。为探究BlCCoAOMT基因在木质素合成中的作用,本研究从光皮桦中克隆了该基因,并分析其基因结构和表达模式,以及在73个基因型中的单核苷酸多态性(SNP)。结果表明,BlCCoAOMT基因cDNA全长1 114 bp,含有一个744 bp的完整ORF,编码一个由247个氨基酸残基组成的蛋白;该编码蛋白包含高等植物CCoAOMT所有的8个典型保守基序。BlCCoAOMT在木质化茎段中优势表达,且随着木质化程度提高而逐渐增强,表明BlCCoAOMT可能参与光皮桦木质素的生物合成;在拉弯处理的6 h到7 d间,该基因在应拉区发育木质部中的表达显著下调,与应拉木木质素含量的下降相符。共检测到BlCCoAOMT基因有119个SNP位点,平均每14 bp就有1个SNP位点,其中在外显子区域存在26个SNP位点,表明不同基因型中存在丰富SNP变异;在不同群体间BlCCoAOMT基因的分化程度无显著差异,且非同义突变和同义突变的位点的比值均小于1,表明在演化进程中主要受到了纯化选择压力。本研究结果为深入解析光皮桦木质素合成分子机制及后续分子标记辅助育种提供了理论依据。     

春兰与大花蕙兰杂交种红花呈色机理初探

为探究兰属杂交种红花的呈色机理,选择绿花春兰和黄花大花蕙兰的红花杂交种黄金梅为试验材料,通过小花蕾期和始花期花瓣的转录组测序分析,筛选影响花色的关键结构基因及调节基因,实时荧光定量PCR(qPCR)验证基因的差异表达,分光光度计法检测花瓣色素(类黄酮、叶绿素A、叶绿素B、花青苷)的含量。结果表明,通过测序共获得113 780条单基因(Unigene),其中200~300 bp的Unigene占比42.68%;44 088 个Unigene获得注释信息;与小花蕾期花瓣比较,始花期花瓣上调基因有1 855个,下调基因有2 494 个;差异表达基因(DEGs)被GO数据库注释划分为47个功能组;1 219个DEGs被KEGG数据库注释,涉及166条代谢途径;根据KEGG代谢通路及基因注释结果,筛选出与花色相关的54个关键结构基因和21个转录因子;花青苷合成基因DFR、ANS、3,5GT及转录因子Zm1、Hv1、MYB305表达量在始花期上调, 在NCBI库BLAST同源基因发现黄金梅DFR、ANS、3GT基因与大花蕙兰的基因同源性最高,5,3GT、3,5GT、Zm1基因与蝴蝶兰和石斛兰的基因同源性最高,转录因子Hv1、MYB305与建兰的基因同源性最高。qPCR参试基因表达量变化与转录组测序结果趋势一致。各阶段花瓣总黄酮的含量显著高于类胡萝卜素和叶绿素含量;始花期花瓣中花青苷含量升高。本研究结果为兰属杂交种花色基因的功能分析提供了参考。     

水分胁迫对葡萄果实白藜芦醇合成相关基因表达的影响

为探究水分胁迫对葡萄果实白藜芦醇合成的影响,本研究以赤霞珠为试验材料,对其进行不同程度水分胁迫处理,测定葡萄果实白藜芦醇含量及白藜芦醇生物合成相关基因表达量。结果表明,葡萄果实进入转色期,PAL、4CL、STS基因随白藜芦醇合成而大量表达;不同水分胁迫处理均能增加葡萄果实白藜芦醇含量,同时提高白藜芦醇合成相关基因的表达量,不同水分胁迫处理间存在差异;水分胁迫对果实转色前期和后期PAL、STS基因表达的促进作用最为显著,但水分胁迫显著降低了CHS基因的表达量。相关性分析表明,白藜芦醇含量与PAL、STS基因的表达量呈显著正相关,表明水分胁迫主要通过诱导PAL、STS基因表达来增加果实白藜芦醇含量。本研究结果为进一步阐明葡萄白藜芦醇合成调控机制奠定了理论基础。     

薄壳山核桃CiSULTR2.1基因的克隆与表达分析

为探究薄壳山核桃CiSULTR2.1基因功能及表达特征,以一年生薄壳山核桃实生苗为材料,利用RT-PCR和PCR技术克隆CiSULTR2.1基因全长,利用RT-qPCR技术分析其在不同浓度硒酸盐处理下的表达情况。结果表明,克隆得到1 902 bp的序列,经分析此序列属硫转运蛋白基因CiSULTR2.1全长开放阅读框的cDNA,编码633个氨基酸。CiSULTR2.1蛋白分子质量为68 943.37 Da,为疏水性的非分泌蛋白,无信号肽,结构稳定,二级结构主要由α-螺旋(51.18%)、延伸链(12.64%)和无规则卷曲(31.28%)构成,包含硫转运蛋白典型的Sulfate-transp结构域(PF00916)和STAS结构域(PF01740)。RT-qPCR分析结果表明,CiSULTR2.1在薄壳山核桃幼苗根与叶中均有表达,40、80 μmol·L^-1硒酸盐处理下,12 h出现表达高峰,此后表达量明显下降;而0.5 μmol·L^-1硒酸盐处理下,CiSULTR2.1表达高峰出现时间延后至48 h。硒酸盐浓度过高时,CiSULTR2.1表达量显著下降且低于对照。CiSULTR2.1基因能够快速响应40、80 μmol·L^-1高浓度硒酸盐的诱导,而0.5 μmol·L^-1低浓度硒酸盐需要较长时间才能诱导其高表达。高浓度硒酸盐处理较长时间对植物产生毒性效应,植物对硒酸盐的吸收减少,硒含量降低。本研究结果为薄壳山核桃CiSULTR2.1基因功能及硒吸收机制的研究提供了理论依据。