亚麻荠油脂相关转录因子CsLEC2基因家族的鉴定及表达分析

对亚麻荠CsLEC2家族进行全基因组鉴定、半定量RT-PCR、qRT-PCR,检测CsLEC2基因的时空表达特性并通过转录组数据预测CsLEC2下游靶基因,以解析CsLEC2调控亚麻荠种子油脂合成和积累等生物学功能。结果表明,在亚麻荠基因组中共鉴定到3个亚麻荠CsLEC2基因（CsLEC2.1、CsLEC2.2和CsLEC2.3）。蛋白理化性质和高级结构分析显示,亚麻荠CsLEC2蛋白具有与拟南芥AtLEC2相似的理化性质,且其二级结构的主体也相似。系统进化分析表明,亚麻荠CsLEC2蛋白与模式植物拟南芥AtLEC2蛋白及拟南芥琴亚种AlLEC2蛋白亲缘关系最近。qRT-PCR结果显示亚麻荠CsLEC2在未成熟的种子中高表达。转录组数据分析显示下游基因CsWRI1和CsOLE3高表达,推测CsLEC2可能直接上调CsWRI1和CsOLE3的转录表达,参与油脂代谢调控。     

小麦转录因子基因TaMYB70的分离和表达分析

为了探究小麦MYB转录因子基因TaMYB70的功能,采用同源克隆方法分离TaMYB70（MK024291）基因cDNA序列,运用生物信息学手段分析该基因序列特征,采用实时荧光定量反转录PCR（qRT-PCR）检测其在不同逆境胁迫下的表达模式。结果表明,分离得到的TaMYB70部分序列长度为1 272bp,包含一个长度为1 008bp的开放阅读框,编码335个氨基酸残基。TaMYB70蛋白含有2个螺旋-转角-螺旋结构的Myb-type HTH DNA结合结构域。TaMYB70氨基酸序列与粗山羊草、二穗短柄草等植物MYB44同源性较高,与拟南芥R2R3-MYB转录因子第22亚族成员属于同一分支。qRT-PCR分析表明,TaMYB70在脱落酸胁迫下表达量升高,在PEG和NaCl胁迫下表达量下降,该转录因子可能参与小麦逆境胁迫应答。     

杜鹃花品种大鸳鸯锦花瓣条纹形成的色素基础和差异表达基因的挖掘

为解析杜鹃品种大鸳鸯锦花瓣粉色条纹形成的分子机制，挖掘与粉色条纹形成相关的关键基因，选取大鸳鸯锦盛花期花瓣，对花瓣白色区域与粉色条纹区域的色素分别进行测定，同时，利用Illumina HiSeq^TM测序平台对它们的转录组进行测序分析，并采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对测序结果进行验证。结果表明，大鸳鸯锦花瓣粉色条纹的形成是由花色苷积累引起的。花瓣粉色条纹区域与白色区域共鉴定出7 086个差异表达基因(DEGs),其中上调表达基因3 802个，下调表达基因3 284个。与花色苷形成相关的花青素生物合成、苯丙素生物合成和类黄酮生物合成途径在花瓣粉色条纹区域中更为活跃。根据DEGs的GO和KEGG富集分析结果，从与花色苷生物合成代谢相关及其调控途径共筛选出31个DEGs,其中26个为花青素合成代谢结构基因，5个为转录调控基因(3个MYB和2个bHLH);26个花青素合成代谢结构基因共编码9种酶，其中20个基因在花瓣粉色条纹组织中的表达水平明显高于白色花瓣组织；通过NCBI同源搜索发现2个R2R3-MYB和1个bHLH与已知调控果实或叶片中花青素合成有关的同...     

烟草MRS2/MGT基因家族的鉴定与表达分析

为鉴定烟草基因组中的镁转运蛋白(MGT)基因,探讨MGT对烟株镁离子运输的机制,首先以水稻和拟南芥基因组中的镁转运蛋白家族基因为参考序列,应用同源序列比对方法,从烟草基因组中鉴定获得7个NtMGTs,均具有保守的Gly-Met-Asn三肽基序。再设计不同镁供应水平和光强处理的实验,结果发现NtMGTs的表达具有组织特异性且受光诱导表达。强光处理使烟株根中NtMGT1与叶片中的NtMGT2、NtMGT4、NtMGT5的表达量上升。随着镁供应浓度的上升,根系NtMGT1基因表达量提高且与根系镁含量变化趋势一致,推断NtMGT1基因主要介导烟株根系对镁的吸收;而叶片中NtMGT2、NtMGT4与NtMGT5基因表达量先上升后降低,说明3个基因属于高亲和镁离子转运系统。高温强光胁迫下,适当施镁能提高烟株地下部NtMGT1表达,促进根系吸收镁离子;提升地上部NtMGT2、NtMGT4与NtMGT5基因表达,促进镁离子的转运,保障烟株正常的生长发育。研究结果可为烟草生产上合理施镁提供理论指导。     

甘蓝型油菜BnGS3和BnGhd7的同源克隆及其与油菜产量相关性状的关系

甘蓝型油菜为异源四倍体, 基因组结构复杂, 而水稻基因组与油菜基因组具有一定的共线性。本研究利用水稻产量相关基因GS3和Ghd7序列信息, 通过同源克隆方法, 获得了甘蓝型油菜的同源基因BnGS3和BnGhd7。BnGS3有6个外显子, ORF全长666 bp, 编码222个氨基酸。BnGS3蛋白具有水稻GS3四个保守结构域中的VWF结构, 属于A型。BnGhd7含有1个外显子, ORF全长1014 bp, 编码337个氨基酸。BnGhd7蛋白具有N端的B-Box和C端的CCT两个重要的结构域。BnGS3和BnGhd7分别位于A2和A10连锁群, 比较测序得到BnGS3的多态性标记brgs-16及BnGhd7的多态性标记brghd-3和ghd7-7, 其中brghd-3与千粒重(P < 0.05)、ghd7-7与株高(P < 0.01)正相关, ghd7-7与开花期负相关(P < 0.05)。上述结果表明, 利用水稻功能基因序列信息克隆甘蓝型油菜的同源基因是可行的, 为油菜功能基因研究提供了一种有效途径。     

喜马拉雅紫茉莉MYB家族的生物信息学及表达分析

旨在筛选高山植物喜马拉雅紫茉莉调控类黄酮等次生代谢产物合成的MYB转录因子(MhMYB)基因家族。基于喜马拉雅紫茉莉愈伤组织低温转录组测序数据库,利用PlantTFDB 3.0和BLASTP等软件对MhMYB序列进行筛选与鉴定,使用Web Logo 3.0、MEGA 7.0和Mev等生物信息学软件对MhMYB转录因子进行结构域、系统进化及低温诱导表达水平分析。研究筛选出34个喜马拉雅紫茉莉MhMYB家族成员,分别为1R-MYB（2个）、R2R3-MYB（30个）和3R-MYB（2个）3类转录因子;亚细胞定位预测大多数定位于细胞核中;进化分析显示,MhMYB家族成员可分为15个亚类,基于拟南芥AtMYB家族成员的生物学功能,预测MhMYB的S2、S7、S20亚家族成员可能参与调控类黄酮等次生代谢产物合成;转录组数据分析显示,低温可诱导MhMYB6、MhMYB15、MhMYB62基因表达水平增加;共表达分析发现,MhMYB6、MhMYB15、MhMYB62对类黄酮合成途径基因起到一定调控作用。初步研究表明,MhMYB6、MhMYB15、MhMYB62可参与调控低温诱导喜马拉雅紫茉莉类黄酮的累积。     

甘薯基因组R2R3-MYB转录因子鉴定与分析

MYB是植物中数量众多且功能重要的转录因子家族.本研究通过生物信息学方法从未经注释的甘薯全基因组序列中筛选鉴定出MYB家族基因,分析了R2R3-MYB类基因的结构与功能.结果 发现,甘薯基因组中含有R2R3-MYB转录因子基因88个,均含有完整的R2、R3保守结构域,且R2、R3保守结构域中分别含有8个和9个高度保守的碱性氨基酸.MEME分析结果表明,甘薯R2R3-MYB蛋白序列中含有10个保守基序,其中80％以上的R2R3-MYB序列中含有motif 1、motif2、motif3、motif4、motif5以及motif7;利用circos软件定位R2R3-MYB序列在染色体上的分布情况,发现甘薯88个R2R3-MYB基因不均匀分布在15条染色体上,其中5号染色体上数量最多,达15个,4号和13号数量最少,仅2个,经序列比对分析,发现它们在染色体内和染色体间均存在复制关系,其中存在于染色体间潜在复制关系的基因有6对,染色体内有20对,且这20个基因对中有19对在染色体上成簇状分布.经序列功能预测与归类,有44个R2R3-MYB转录因子基因可归入拟南芥R2R3-MYB基因分类的13个亚组中,分别参与响应生物与非生物胁迫、花青素合成、花药发育等途径.进一步分析发现,甘薯中有36个R2R3-MYB转录因子基因可能在响应生物和非生物胁迫上发挥重要功能,其中9个基因在尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum f.sp.batatas,Fob)胁迫下表达量出现明显上调/下调变化,27个在低温胁迫下表达量出现明显上调/下调变化.甘薯R2R3-MYB转录因子结构域高度保守,R2和R3结构域中均含有较高的保守基序;进化树及转录组测序分析显示部分基因可能参与植物生长发育、代谢调控以及生物与非生物胁迫等途径,可为甘薯抗性育种提供参考.     

元宝枫无性系秋季叶片主要成分含量动态变化

为了探究不同表现型无性系叶片呈色机理,以3个不同叶变色类型的（绿、红、黄）元宝枫(Acer truncatum Bunge)的无性系（G-绿、R-红、Y-黄）植株为试验材料,于2011年10月19日—11月11日叶片转色期间分别测定总叶绿素、类胡萝卜素、可溶性糖和花色素苷含量的变化。结果表明：各无性系的叶片在转色前存在较低含量花色素苷,叶片转红是大量合成花色素苷的结果,元宝枫无性系叶片颜色与花色素苷和各色素比例有关,叶片呈色不同主要由基因型决定。不同无性系的可溶性糖含量存在显著差异,无性系R的可溶性糖含量最高,花色素苷的合成可能受高可溶性糖含量的诱导。     

R2R3-MYB转录因子GmMYB184调节大豆异黄酮合成

异黄酮是一类主要含在豆科植物中的次生代谢物, 在植物防御体系中发挥重要作用, 并与人类健康密切相关。大豆异黄酮含量受多基因和复杂代谢网络控制, 调控代谢途径上的结构基因不能显著改变大豆异黄酮含量, 与异黄酮代谢途径相关的转录因子的鉴定和应用可能会有效解决这个问题。本研究克隆了一个与大豆异黄酮合成相关的R2R3类型MYB转录因子GmMYB184, 并进行了初步的功能验证。亚细胞定位研究结果表明GmMYB184转录因子定位于细胞核。组织表达分析结果表明该转录因子基因与IFS2 (异黄酮合酶2编码基因)的表达模式相同。同时, GmMYB184和IFS2的表达模式与异黄酮的积累模式相似。谷胱甘肽诱导表达分析表明该转录因子基因与IFS2共同被诱导, 说明这两个基因可能参与同一或相似的生物过程。采用双荧光素酶报告系统分析其对异黄酮合成途径关键基因的转录激活活性影响, 发现GmMYB184能够促进IFS2和CHS8启动子表达活性分别提高5倍和7倍。最后, 通过发根农杆菌介导的遗传转化系统, 找到该转录因子在异黄酮合成调控中的直接作用证据。沉默GmMYB184导致大豆毛状根异黄酮含量的显著下降。但是, 过表达GmMYB184不足以显著提高毛状根中异黄酮的含量。总之, 本研究为大豆异黄酮合成分子机制探索及大豆异黄酮品质改良提供了理论依据。     

玉米隐花色素CRY1b和CRY2基因转录丰度对不同光质处理的响应

玉米株高、开花期、产量、品质等性状与环境中的光密切相关。隐花色素是一类蓝光和近紫外光的受体, 主要参与植物的光形态建成及动、植物的生物钟调控。通过研究玉米隐花色素基因对不同光处理的表达模式, 可为进一步研究其对玉米光形态建成的作用奠定基础。本研究采用RT-PCR技术克隆了玉米ZmCRY1b和ZmCRY2基因; 利用生物信息学相关网站和软件对其编码蛋白的结构域及氨基酸进行了系统发育分析; 利用qRT-PCR分析了玉米自交系B73中ZmCRY1b和ZmCRY2基因在不同组织、以及响应不同光质及长日照和短日照处理的转录丰度。研究发现, 玉米与拟南芥、水稻和小麦的CRY蛋白有相同的结构域及较高的氨基酸序列的一致性, 表明它们具有相似的功能。ZmCRY1b和ZmCRY2基因主要在玉米的叶片中表达; 二者能迅速响应各种持续光质、黑暗到不同光质转换及长日照和短日照处理, 且ZmCRY1b在各种处理下的转录丰度均高于ZmCRY2, 可能暗示ZmCRY1b在玉米中功能更强。以上研究结果表明, ZmCRY1b和ZmCRY2基因均能有效地响应各种光质和光周期处理, 并在玉米的光形态建成中发挥重要作用。本研究为进一步探明ZmCRY1b和ZmCRY2基因的功能及其在玉米品种改良中的应用提供了研究基础。     

甘薯IbCAF1基因的克隆及耐盐性、抗旱性鉴定

CAF1 (CCR4-associated factor 1) gene plays an important role in plant development and disease resistance. In this study, the IbCAF1 gene of sweetpotato was cloned according to the EST sequence. The ORF of IbCAF1 was 846 bp, encoding 281 amino acids, with a molecular weight of 32.13 kD and an isoelectric point of 4.83. The results of amino acid sequence alignment and phylogenetic tree analysis showed that IbCAF1 had higher homology with ItlCAF1, a homologous protein of Ipomoea triloba (2x), and the homology was 96.8%. IbCAF1 gene was induced and expressed by NaCl, PEG, ABA, and H₂O₂. The IbCAF1 gene was transferred into tobacco by Agrobacterium tumefaciens mediated transformation. The overexpression of IbCAF1 gene significantly improved the salt and drought tolerance of transgenic tobacco plants. After 200 mmol L ^-1NaCl and 10% PEG-6000 treatments, the transgenic tobacco plants showed significant upregulation of the genes involved in ROS scavenging system and proline biosynthesis related genes, significant increase of SOD activity, POD activity and proline content and significant decrease of H₂O₂ and malondialdehyde contents. These results demonstrate that the IbCAF1 gene could improve salt and drought tolerance in transgenic tobacco. This study will lay a foundation on salt and drought tolerance gene engineering of IbCAF1 gene in sweetpotato for the following research.     

小麦近缘属植物1-FFT基因的克隆及功能分析

果聚糖与植物碳素分配和抗逆性有关, 在逆境胁迫中具有保护植物细胞免受伤害的作用。为明确不同来源的果聚糖1-果糖基转移酶基因在植物抗逆中的作用, 本研究分别以小麦近缘属植物华山新麦草(Psathyrostachys huashanica, 2n = 2x = 14, NsNs)、簇毛麦(Dasypyrum villosum, 2n = 2x = 14, VV)、大赖草(Leymus racemosus, 2n = 4x = 28, NsNsXmXm)为材料, 利用RACE技术克隆获得3个果聚糖1-果糖基转移酶1-FFT基因, 分别命名为Ph-1-FFT、Dv-1-FFT和Lr-1-FFT。3个基因的完整开放阅读框长度分别为1989、1950和1989 bp, 编码662、649和662个氨基酸, 其编码氨基酸序列均含有果糖基转移酶保守结构域。氨基酸序列比对及进化树分析表明, Ph-1-FFT和Lr-1-FFT高度同源, 与Dv-1-FFT位于不同的分支, 而Dv-1-FFT与普通小麦、圆锥小麦、西尔斯山羊草和乌拉尔图小麦1-FFT具有高度同源性。采用基因重组技术构建p1300-35SN-Ph-1-FFT/Dv-1-FFT/Lr-1-FFT表达载体, 利用农杆菌介导法将3个载体分别转入烟草品种W38中。对经过抗性筛选、PCR和RT-PCR验证的转基因植株鉴定发现, 其抗旱和抗寒性明显高于对照, 不同来源的1-FFT转基因植株的抗逆性差异不明显; 在逆境胁迫条件下, 转基因株系的果聚糖、可溶性糖、脯氨酸含量都显著高于对照, 而丙二醛的含量显著低于对照, 不同来源的1-FFT转基因植株的果聚糖、可溶性糖、脯氨酸和丙二醛含量差异不显著。本研究表明, Ph-1-FFT、Dv-1-FFT和Lr-1-FFT基因均是典型的GH32基因家族成员, 其表达可能对提高烟草抗旱和抗寒性起作用。     

甘蓝型油菜AVP1、VHA-a2和VHA-a3基因的鉴定及功能性研究

液泡是调控植物细胞分化、生长发育的重要部位, AVP1、VHA-a2和VHA-a3基因调控植物液泡内外离子平衡、离子运输以及能量供应。本研究利用功能已知的拟南芥AVP1、VHA-a2和VHA-a3基因为参考序列在甘蓝型油菜全基因组数据库、NCBI植物基因组注释数据库等鉴定并筛选出9个BnaAVP1、3个BnaVHA-a2和4个BnaVHA-a3,并分析基因拷贝数变异、分子特征、跨膜结构域、保守基序、染色体定位、系统进化树构建、蛋白二级结构及三维结构预测、高通量转录组测序等。发现甘蓝型油菜BnaAVP1和BnaVHA-a3的基因数量明显多于甘蓝和白菜;甘蓝型油菜AVP1、VHA-a2和VHA-a3蛋白属于由酸性氨基酸组成的稳定蛋白;系统进化选择能力的分析表明,甘蓝型油菜AVP1、VHA-a2和VHA-a3家族基因与甘蓝、白菜关系相近。转录组测序表明,低氮处理后,BnaAVP1s基因主要在地上部表达,且低氮3 h后地上部表达下调,低氮处理72 h根中表达量上调; BnaVHA-a2s和BnaVHA-a3s基因在地上部和根中均有表达, BnaVHA-a2s在低氮处理72 h后表达量基本呈上调趋势, BnaVHA-a3s在低氮3 h后基本呈下调趋势。低磷处理后,BnaAVP1s根中大部分基因表达上调,地上部表达基本无差异;BnaVHA-a2s表达基本无差异;BnaVHA-a3s地上部和根中均基本为上调趋势。该结果为进一步研究甘蓝型油菜AVP1、VHA-a2和VHA-a3基因生物学功能及AVP1、VHA-a2和VHA-a3蛋白水解ATP提供能量供植物代谢的分子机制奠定基础,为已知大量数据的其他物种家族基因生物信息学研究提供参考。     

玉米油菜素甾醇生物合成关键酶基因ZmCYP90B1的克隆及其对逆境胁迫的响应

油菜素甾醇作为一类重要植物激素, 在植物生长发育和抵御逆境胁迫等过程中发挥重要作用。CYP90B1基因编码酶是其合成途径中关键限速酶。本研究针对迄今有关玉米CYP90B1基因应答逆境胁迫特征尚未见报道现状, 采用RT-PCR结合RACE技术, 从玉米中克隆了油菜素甾醇生物合成关键基因ZmCYP90B1 (GenBank登录号KY242373)。ZmCYP90B1全长2058 bp, 开放阅读框为1518 bp, 编码506个氨基酸。ZmCYP90B1蛋白预测分子量为57.66 kD, 等电点为9.54, 含有1个跨膜结构域及1个p450保守结构域。序列比对表明, ZmCYP90B1与其他物种CYP90B1蛋白高度相似, 但在单双子叶植物中进化上具有明显差异。实时荧光定量PCR结果表明, 非生物胁迫(干旱、高盐、低温和脱落酸)、虫害(甜菜夜蛾取食)和茉莉酸甲酯均诱导ZmCYP90B1表达, 表明该基因响应多种非生物胁迫, 参与植物对虫害和茉莉酸甲酯的响应。进一步构建过量表达ZmCYP90B1基因的烟草株系并检测表明该烟草株系抗旱性增强, 叶片失水率下降, SPAD值增大。此外, 干旱胁迫下转基因烟草超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)的活性以及游离脯氨酸(Pro)的积累量均显著高于野生型, 丙二醛(MDA)和脱落酸(ABA)含量明显低于野生型。通过检测下游胁迫响应基因表达, 表明ZmCYP90B1提高植物抗旱性可能不依赖ABA途径, 而与其对抗氧化相关途径相关基因的转录调控有关。     

陆地棉Pht1家族成员的全基因组鉴定及表达分析

【目的】磷是植物三大必需矿质元素之一,对植物的生长发育至关重要。Pht1家族的磷酸盐转运蛋白在植物磷吸收和转运方面具有重要作用,然而关于该基因的系统研究工作尚很少开展。本研究旨在进行Pht1家族成员全基因组鉴定和表达模式分析。【方法】通过生物信息学的方法对陆地棉Pht1家族成员的基因结构、编码蛋白质的结构、染色体定位、基因复制和表达情况等进行全面分析。【结果】(1)在陆地棉的基因组中共鉴定到17个磷酸盐转运蛋白基因(GhPT),其中A亚组包含8个GhPT,D亚组包含9个GhPT;(2)棉花GhPT蛋白之间序列相似性很高,并均具有12个疏水的跨膜区域;(3)进化分析表明这些GhPT蛋白主要聚为2大组(GroupⅠ和GroupⅡ),位于同一组的GhPT的编码基因大部分具有相似的内含子/外显子分布模式;(4)17个GhPT基因不均匀分布在A亚组和D亚组中的5条染色体上,串联复制和片段复制可能导致GhPT基因在陆地棉中的扩增;(5)表达模式分析表明,GhPT6和GhPT14在根中表达量最高,且同时响应低磷和低钾胁迫诱导并上调表达。【结论】这些结果将有助于深入了解Pht1家族基因的功能及离子信号途径相互作用的分子机制。     

花生AhPEPC1基因抑制表达的转基因后代转录组分析

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvatecarboxylase,PEPC)是控制油料作物种子中蛋白质/油脂含量比率的一个关键酶。本研究检测了花生AhPEPC1基因抑制表达的转基因株系种子含油量,与非转基因花生相比,转基因花生种子含油量提高了5.7%～10.3%。利用转录组测序(RNA-Seq)技术分析花生中AhPEPC1基因的抑制表达是否影响其他基因的功能。结果表明,转录组分析筛选到110个基因差异表达,其中25个基因上调表达,85个基因表达下调。对110个差异表达基因进行了KEGG富集分析,其中有34个基因成功获得了KEGG注释,发现氨基酸的生物合成途径中有2个基因(Aradu.M0JX8,Aradu.FE0Z7)下调表达。利用荧光定量PCR分析了15个DEG(differential expressed gene)在非转基因对照和转基因花生种子中的表达情况,发现其趋势与转录组测序结果基本一致。研究结果可在一定程度上解析AhPEPC1基因调控花生种子含油量的分子机制。     

Bna-novel-miR311-HSC70-1模块调控甘蓝型油菜响应热胁迫的机制

HSP70(heat shock protein 70)参与植物热胁迫应答,增强植物耐热性,但目前油菜中尚无miRNA调控HSP70基因的报道。本研究novel-miR311是利用高通量技术在甘蓝型油菜茎尖中筛选出的新miRNA。novel-miR311存在于油菜而不存在于拟南芥中, 5'-RACE技术证实其2个靶基因属热应激同源蛋白基因HSC70-1 (HSP70家族),在甘蓝型油菜体内被剪切。构建novel-miR311超表达载体,转化拟南芥和甘蓝型油菜,其转基因阳性苗中HSC70-1基因表达量显著下降。高温胁迫试验表明,拟南芥和甘蓝型油菜热胁迫后,其阳性苗的生长势和存活率显著低于其对应的对照。qPCR结果显示,油菜中HSC70-1基因表达量热胁迫后较热胁迫前上升。上述结果表明,油菜novel-miR311介导HSC70-1基因的剪切降低了拟南芥和甘蓝型油菜耐热性。