温度胁迫对幼体大海马基因转录表达的影响

为探究大海马幼体在高温和低温胁迫条件下基因表达水平的变化规律,采用Illumina平台的PE150测序功能对大海马幼体肝脏进行了转录组测序。对照组、高温胁迫组和低温胁迫组测序数据组装后获得22 513个单基因簇(Unigene),N50为2 223 bp,平均长度为1 122.71 bp。与对照组相比,高温胁迫组共获得14 009个差异表达基因,其中5 543个差异表达基因上调,8 466个差异表达基因下调;低温胁迫组共获得20 030个差异基因,14 016个差异表达基因上调,6 014个差异表达基因下调。差异表达基因经KEGG数据库富集发现,高/低温胁迫均导致大海马体内抗氧化途径相关基因表达(HSP70、HSP90、SOD等)发生显著改变;另外,高温胁迫还造成大海马免疫系统相关基因(PIK3R、Akt、IL-10、TLR等)以及细胞凋亡相关基因(CYCS、CASP9、CASP3等)表达显著改变;低温胁迫造成DNA损伤修复(MSH、DDB2、XRCC2、RAD52、Ogg1、PMS2等)、脂肪酸代谢(StARD7、ApoA4、CYP51、Fadsd6等)和细胞凋亡(P21、P53、BAX等)相关基因显著上调。选择HSP70、Fadsd 6与IL-10等13个差异基因验证,RT-qPCR结果与RNA-Seq测序结果基本一致。本研究结果为深入探究大海马温度应激的调控机制奠定了一定的理论基础,而且有助于预防极端温度对大海马造成损伤。     

百香果低温胁迫转录组及茉莉酸代谢基因分析

为研究百香果低温胁迫响应机制,以紫果百香果(Passiflora edulia Sims)为试验材料在0℃下低温胁迫处理,以常温处理为对照组(CK),采用Illumina HiSeq测序平台进行转录组测序,并对茉莉酸代谢相关基因进行挖掘。结果显示,共获得百香果转录组数据45.30 Gb,组装得到39 521条Unigene和5 311 个差异基因;GO分类显示注释的Unigene分为细胞组件、分子功能及生物过程三大类,其中差异基因数量最多为生物过程大类的代谢过程,包括甾醇生物合成、类黄酮糖脂化、酪氨酸代谢、L-苯丙氨酸生物合成、软木脂生物合成、芥子油苷代谢及长链脂肪-酰基辅酶A代谢等。KEGG途径富集分析结果显示,核糖体途径、淀粉与蔗糖代谢途径、植物激素信号转导途径及植物与病原体互作途径为百香果响应低温胁迫的重要代谢途径。实时定量PCR(qRT-PCR)分析表明,百香果低温胁迫后其茉莉酸代谢途径相关基因AOC、AOS、JAR1、MYC2、PYL和JAZ均上调表达,该结果与测序获得FPKM值变化趋势较为相似,说明测序结果较为准确。但低温胁迫后,COI1的表达水平呈下调趋势。研究发现,在百香果中茉莉酸对低温胁迫的响应机制大体上与模式植物一致,关于COI1和MYC2等基因的调控方式还有待进一步功能验证。本研究结果为进一步明确百香果抗寒机制提供了科学参考。     

基于转录组金银花AP2基因家族的生物信息学及表达分析

为研究金银花AP2转录因子参与低温的应答机制,本研究基于低温下金银花转录组测序数据,利用在线生物信息学工具对金银花AP2转录因子的理化性质、亚细胞定位、磷酸化位点、蛋白基序以及进化分析进行鉴定和分析;利用实时荧光定量PCR检测3个DREB基因和1个RAV基因在低温胁迫下的表达情况。结果表明,在金银花中共筛选了34个AP2转录因子,不同转录因子之间的理化性质存在差异,表明其在不同的微环境中发挥不同的功能;亚细胞定位结果显示,仅有2个AP2定位于叶绿体,其余均定位于细胞核,符合其作为转录因子调控下游基因的表达特性;所有AP2的磷酸化位点均依次表现为丝氨酸>苏氨酸>酪氨酸;根据AP2中所含有的AP2数量以及序列同源性,可将34个AP2分为四个大类,20个AP2属于ERF亚家族,3个属于DREB亚家族,RAV亚家族仅有1个,其余10个属于AP2亚家族。实时荧光定量PCR检测结果表明,DREB和RAV基因均能响应低温胁迫,且不同低温处理时间的不同组织的表达量存在差异。本研究为阐明金银花AP2转录因子响应低温胁迫的机制奠定了一定的理论基础。     

干旱、高盐及低温胁迫下植物生理及转录因子的应答调控

干旱、高盐及低温等非生物胁迫是限制植物生长发育的主要环境因子。这些环境胁迫因子通常导致植物体内生理代谢改变,并参与非生物胁迫调控转录因子的差异表达。植物抵御上述非生物逆境的能力与转录因子调控逆境相关功能基因的表达密不可分。近年来,发掘植物非生物胁迫相关转录因子的功能及揭示转录因子介导植物非生物胁迫响应的调控机制,已成为植物营养分子生物学关注的热点之一。因此,了解植物非生物胁迫下的生理应答及转录因子参与的调控机制,对建立植物适应性改良途径具有重要科学意义。本文从干旱、高盐和低温三方面阐述了非生物胁迫下植物生理生化的适应性变化,概述了MYB、bZIP、AP2/EREBP、WRKY和NAC五类与植物抗逆相关的转录因子的结构与功能特征,着重论述了转录因子介导植物抵御非生物胁迫的分子调控机制。植物遭遇非生物胁迫时,通常表现为生长速率、叶面积和叶片数量下降,蒸腾及光合速率降低。同时,植物体内活性氧逐渐累积,使细胞膜脂过氧化程度加剧,造成细胞损伤。为适应不利环境,在生理上植物表现为体内抗氧化酶活性增强,渗透调节物数量增多;在分子水平上,植物对非生物胁迫适应性的增强,通常与转录因子识别抗逆基因启动子特异性元件及调控逆境防御基因的转录有关。本文对于深入阐明干旱、高盐及低温胁迫下植物生理生化应答与转录因子的分子调控机制提供了全新的科学启示。     

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。     

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。     

辣椒BES1基因家族鉴定及表达分析

BES1基因是油菜素内酯信号途径中的关键转录因子。为了解辣椒中BES1基因家族功能,以已测序辣椒CM334为试验材料,根据已公布辣椒基因组数据,本研究利用生物信息学方法对辣椒BES1基因家族进行鉴定,并对基因结构、结构域、系统进化关系、基因表达模式和生物非生物胁迫表达情况进行分析。结果表明,辣椒中有9个候选BES1基因,根据BES1基因结构可将其分为ClassⅠ和ClassⅡ 2大类,Class Ⅰ 和 Class Ⅱ 在结构上差异较大。辣椒BES1编码蛋白介于181~713个氨基酸范围内,分子量为20.22~78.23 kDa,等电点介于5.48~9.23。转录组数据分析发现,辣椒BES1基因在辣椒中表达具有差异性。在脱落酸、低温、高温、茉莉酸甲酯和疫病胁迫下CA04g20150和CA12g17430均被诱导上调,表明其在生物和非生物胁迫中发挥作用。本研究结果为进一步探究BES1基因家族调控植物抗逆的分子机制奠定了基础。     

碱胁迫下榆叶梅差异基因表达分析

为了解榆叶梅(Prumus triloba Lindl.)在短期碱胁迫下的分子响应机制,本研究采用Illumina HiSeq^TM2500高通量测序技术对其在0、1、3、6、12 h碱胁迫下的叶片进行了de novo转录组测序,以此鉴定与碱胁迫相关的差异表达基因(DEGs)。结果表明,从5 960万条raw reads中获得了约5 300万条高质量clean reads,经从头组装后获得了124 786条榆叶梅unigenes。基于8 948个 unigenes差异表达(DEGs), GO富集分析发现,其中有28个基因可能在早期碱胁迫响应机制中起着重要作用; KEGG富集分析发现,不同碱处理时间下的KEGG途径(pathways)具有显著差异。对7个碱性胁迫反应相关基因进行RT-qPCR验证,所得基因的表达模式与RNA-Seq数据结果一致,证实了RNA-Seq结果的可靠性。本研究首次对碱胁迫下的榆叶梅叶片进行了转录组分析,获得的序列数据极大地丰富了榆叶梅可利用的基因资源,深入了解了榆叶梅碱胁迫的分子响应机制,同时为研究以榆叶梅为砧木的中国李(Prunus salicina)在碱胁迫下的适应机制奠定了分子研究基础。     

花生中低温胁迫相关转录因子基因的筛选

为了研究花生低温胁迫下的基因表达调控机理,以花生花育19为材料,通过低温处理后芯片杂交实验,筛选花生叶片中低温胁迫响应转录因子基因。结果表明,175个具有转录调控活性的基因在低温胁迫的花生叶片中表达变化量达到2倍以上,其中92个为上调基因,83个为下调基因。通过基因功能分类分析发现,这些基因中53个上调基因和46个下调基因编码转录因子。进一步分析发现,参与花生低温抗性调控的转录因子主要包括MYB、WRKY、NAC及AP2/ERF等家族蛋白。此外,一些不包含已知保守结构域的转录因子也参与了花生低温抗性调控。本研究为花生低温抗性调控研究提供了新的转录因子基因资源。     

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。     

冬瓜实时荧光定量PCR内参基因的筛选与评价

为筛选适合冬瓜稳定表达的内参基因,以黑皮冬瓜低温、高温、干旱胁迫处理不同时间的叶片和正常处理不同组织为试验材料,利用RT-qPCR技术,结合GeNorm、NormFinder和BestKeeper软件评价7个候选内参基因(28SrRNA、UBQ、RP Ⅱ、GAPDH、EF-1α、UBC21和TUA)稳定性。结果表明,7个候选内参基因在不同组织和不同胁迫处理下表达丰度及稳定性存在差异; EF-1α在低温胁迫处理下表达稳定性最好;UBQ和TUA在高温和干旱胁迫处理下表达稳定性最好; EF-1α 在不同组织中表达稳定性最好。本研究结果为冬瓜内参基因的选择提供了一定的理论参考。     

金花茶对低温胁迫的生理响应及耐寒性分析

为探究金花茶幼苗对低温胁迫的生理响应及其耐寒性,本研究以2 a生金花茶幼苗为材料,进行6~-9℃低温胁迫处理,测定了细胞伤害率(CIR)、丙二醛(MDA)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、束缚水(BW)/自由水(FW)、脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)等指标,并进行了低温半致死温度(LT₅₀)和抗寒生理指标相关性分析。结果表明,3~12 h的低温LT₅₀为-6.62~-3.94℃,且随着时间的延长而升高。随着温度的降低, CIR、SS含量及POD、CAT活性总体呈上升趋势, BW/FW、MDA、Pro含量呈先上升后下降趋势, SOD活性总体呈下降趋势;随着胁迫时间的延长,CIR含量呈上升趋势,3~-9℃的SOD活性、0~-9℃的POD活性、-6~-9℃的BW/FW比值呈下降趋势,6~-6℃的SS含量变化较小,-9℃的SS含量呈下降趋势。相关性分析表明,CIR可作为耐寒性鉴定的主要指标,BW、SS、SOD、POD、CAT可作为辅助指标。本研究结果为金花茶引种区域和耐寒性鉴定指标的确定提供了理论依据。     

盐碱胁迫下野生大豆CBL-CIPK通路表达分析

野生大豆(Glycine soja)是栽培大豆(Glycine max)的近缘野生种,含有栽培大豆中不存在的优异基因。为了明确类钙调磷酸酶B蛋白(CBL)与其互作蛋白激酶(CIPKS)组成的CBL-CIPK通路蛋白在野生大豆抗盐碱胁迫中的功能,本研究在盐碱胁迫下高耐及敏感野生大豆材料转录组分析的基础上,利用在线生物学工具对野生大豆CBL-CIPK通路蛋白结构、亚细胞定位、磷酸化位点及系统发育进行了分析。结果发现,10个野生大豆CBLs蛋白均含有3个EF手结构;7个CBLs蛋白定位于细胞核,另外3个分别定位于细胞质、叶绿体和内膜系统。38个CIPKs蛋白均含有ATP结合结构域、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性结构域和NAF结构域;20个CIPKs蛋白定位在细胞质中,9个定位在叶绿体中,6个定位在细胞核中,另有3个分别位于细胞器膜、线粒体和内膜系统。野生大豆与栽培大豆的CBL-CIPK通路基因高度同源,但野生大豆GsCIPK5_like基因与栽培大豆GmCIPK5亲缘关系较远,栽培大豆GmCIPK21基因与野生大豆GsCIPK21亲缘关系较远。在盐碱胁迫处理0和10 h后,GsCBL10基因在高耐材料中的表达量比敏感材料显著上调;在盐碱胁迫处理0 h后,GsCIPK10基因在高耐材料中的表达量也比敏感材料显著上调。本研究为阐明CBL-CIPK通路对野生大豆耐盐碱胁迫中的功能奠定了理论基础。     

超表达SlSAMS1对番茄镉胁迫的缓解效应及抗氧化系统的影响

为探讨硫代腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)基因与番茄抗镉性的关系,以番茄自交系和超表达SlSAMS1的3个株系为试验材料,采用营养液水培法研究SlSAMS1对镉胁迫下番茄抗氧化系统及镉积累量的影响,并利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术检测番茄自交系中SlSAMS1基因在镉处理条件下的表达情况。结果表明,番茄SlSAMS1受镉胁迫显著诱导,而超表达SlSAMS1基因显著缓解了镉胁迫诱导的番茄叶片失绿和对植株生长的抑制作用。进一步研究表明,超表达SlSAMS1显著提高了镉胁迫下抗坏血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循环效率,以及愈创木酚过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性,降低了镉胁迫诱导的活性氧积累和膜脂过氧化水平。同时,超表达SlSAMS1降低了镉在番茄根系中的积累,降低了镉对番茄根系的危害。本试验结果为进一步研究番茄SlSAMS1基因的功能奠定了一定的理论基础,也为缓解番茄镉胁迫的生理机制提供了一定的理论依据。     

冀东野生大豆(Glycine soja)耐盐碱性鉴定及耐性生理指标测定

为充分利用盐碱地资源,明确野生大豆耐盐碱生理机制,本研究对采集于冀东地区的349份野生大豆种质资源进行耐盐碱性鉴定,测定了高耐材料2010-12和敏感材料2012-34、2012-49在0、100和200 mmol·L^-1盐碱胁迫下的丙二醛、脯氨酸和可溶性糖含量、电解质外渗率以及脯氨酸代谢关键酶吡咯琳-5-羧酸合成酶(GmP5CS)、吡咯琳-5-羧酸还原酶(GmP5CR)、脯氨酸脱氢酶(GmPDH)及谷胱甘肽S-转移酶19(GsGST19)相关基因的表达量。结果表明,表现耐性等级1级的高耐材料有2份(Yong 2和2010-12),表现耐性等级2级的耐性材料有22份,表现耐性等级3、4、5级的材料各有80、77和161份。与CK相比,高耐野生大豆材料2010-12在盐碱胁迫下脯氨酸及可溶性糖含量显著升高,丙二醛含量及电解质外渗率无显著差异。在高耐盐碱野生大豆材料中,GmP5CS、GmP5CR和GsGST19基因表达量上调,GmPDH基因表达量下调。以上结果表明高耐野生大豆材料在盐碱胁迫下脯氨酸合成通路激活,脯氨酸含量升高,说明脯氨酸在野生大豆对抗盐碱胁迫中发挥重要作用。本研究筛选的高耐盐碱野生大豆材料可为培育耐盐碱栽培大豆提供优异种质。     

月季MYB转录因子基因RcWER-like的克隆及表达分析

MYB转录因子在植物响应盐胁迫过程中起着重要的调控作用。为明确MYB类转录因子RcWER-like生物学功能,本研究以月季月月粉为材料,利用生物信息学分析及实时荧光定量PCR技术研究RcWER-like基因在盐处理、激素处理、盐与激素综合处理下不同组织不同时间点的表达特性。结果表明,依据转录组测序获得的序列信息和月季全基因组信息克隆得到了RcWER-like,该基因全长为882 bp,开放阅读框(ORF)为669 bp,编码223个氨基酸。序列比对发现,RcWER-like在N端具有保守的R2R3-MYB结构域。系统进化树分析结果显示,RcWER-like与桃PpWER-like、梅花PmWER-like、苹果MdWER-like处于同一分支,属于R2R3-MYB类转录因子。实时荧光定量PCR结果表明,RcWER-like基因在盐胁迫处理24 h后表达明显上调,且外施水杨酸和茉莉酸甲酯均可诱导RcWER-like的表达;在盐胁迫下,外施水杨酸和茉莉酸甲酯可诱导RcWER-like的表达,且均高于单独盐或激素处理。此外,月季RcWER-like在盐处理、激素处理、盐与激素综合处理下不同组织不同时间点的表达模式存在显著差异,R2R3-MYB类转录因子RcWER-like参与了月季盐胁迫响应和对水杨酸和茉莉酸甲酯的应答过程,可能在月季高盐胁迫应答中具有重要的作用。本研究结果为月季耐盐分子育种提供了候选基因资源和理论依据。     

异源表达EgrNAC1提高拟南芥抗寒性和对干旱、高盐的敏感性

桉树是我国南方重要用材树种,但其栽培种对低温、干旱和高盐等非生物逆境抗性弱,限制了其栽培范围的扩大和栽培效益的提高。EgrNAC1(Eucgr.I00058)是巨桉中受低温、干旱和高盐诱导表达的NAC类转录因子。为进一步研究EgrNAC1的功能,通过异源转化拟南芥,获得了超表达EgrNAC1的转基因纯合株系,并对其进行低温(-6℃)、干旱、高盐(NaCl 300 mmol·L^-1 )和脱落酸(0.5 μmol·L^-1)处理,分析转基因株系对非生物逆境的响应。结果表明,超表达EgrNAC1能提高拟南芥植株对低温的抗性。-6℃处理12 h,恢复5 d后,转基因株系EgrNAC1-OE1和EgrNAC1-OE8的存活率分别达到88.9%和81.5%,而野生型仅有29.6%。低温处理下,转基因株系中3个低温信号传导(CBF)途径相关的基因,AtCBF1、AtCBF2和AtRD29A的表达量相对于野生型显著上调;超表达EgrNAC1提高了转基因植株对干旱和高盐的敏感程度。同时,转基因植株相对于野生型表现出对ABA敏感性的下降。综上,EgrNAC1在巨桉低温响应中可能作为一个正向调控因子,通过参与调控CBF途径中低温响应相关基因的表达,提高植物在低温逆境下的适应性。但在干旱和高盐逆境下,EgrNAC1可能发挥负调控作用,且这种作用可能与ABA的影响有关。本研究结果为深入了解桉树EgrNAC1的功能以及开展桉树抗逆分子辅助育种提供了一定的理论参考。