大豆GmNF-YC2基因的克隆与功能分析

NF-Y (nuclear factor-y)是真核生物中普遍存在的一种转录因子复合物, 是由3个不同的亚基(A, B, C)组成, 并通过作用于其他调控因子的启动子来调节目的基因的表达。本文从大豆KN18中克隆大豆NF-YC基因GmNF-YC2, 并且利用实时荧光定量PCR (qRT-PCR)分析其表达模式, 发现GmNF-YC2的表达受光调控, 并在开花期第3复叶中表达量最高。结果表明, GmNF-YC2在大豆光周期开花调节中起重要作用。拟南芥原生质体瞬时表达实验证实, GmNF-YC2蛋白定位在细胞核中。这为大豆NF-YC家族基因的功能研究提供重要依据。     

GmCHS8和GmIFS2基因共同决定大豆中异黄酮的积累

大豆异黄酮受多基因控制,采用传统育种方法提高大豆异黄酮含量比较困难。我们之前的研究中表明,CHS8基因在异黄酮生物合成过程中发挥着重要作用,但CHS8基因过量表达并不能显著提高异黄酮含量。本研究利用Microarray技术,检测了高异黄酮品种RCAT Angra (RCAT)和低异黄酮品种Harovinton (HVNT)的18 362基因在种子发育过程中表达水平的变化以及大豆种子中异黄酮累积的趋势,利用RT-PCR证实CHS8和IFS2分别是CHSs和IFSs基因家族中的主要基因;证实CHS8是类苯基丙醇主路径中的主基因,并发现异黄酮支路中的IFS2基因在RCAT和HVNT品种中表达差异亦达到显著水平。进一步利用发根农杆菌转化系统,在大豆上分别过量表达CHS8、IFS2和CHS8+IFS2,前两者异黄酮含量较对照分别提高65.9%和34.4%,但增幅未达显著水平;而后者则提高了82.3%,增幅达显著水平(P<0.0001),因而证实大豆中异黄酮的积累由CHS8和IFS2基因共同决定。     

野生大豆转录因子GsNAC20基因的分离及胁迫耐性分析

NAC (NAM, ATAF1/2, CUC2)转录因子作为一类新型转录因子已成为非生物胁迫基因工程领域的研究热点。本研究以野生大豆(Glycine soja)为材料,利用酵母单杂交的方法筛选到一个能够与MYB1AT元件(核心序列为AAACCA)结合的转录因子基因,该基因与大豆NAC20 (EU440353.1)基因具有99%的相似性,命名为GsNAC20。GsNAC20蛋白含有典型的NAC结构域和转录激活区。酵母试验表明,GsNAC20转录因子能够与耐逆相关顺式元件MYB1AT特异结合,但不具有自激活功能。细胞定位分析证明该基因位于细胞核中,符合转录因子的特征。GsNAC20能够响应高盐、干旱和低温胁迫,并且在根和叶中具有不同的表达模式。超量表达GsNAC20基因的拟南芥对盐胁迫的敏感性提高。以上结果表明GsNAC20参与植物非生物胁迫反应过程,该基因在非生物胁迫基因工程研究领域具有良好的理论研究和实际应用价值。     

DOF转录因子AtDof1.7 RNA干扰载体的构建及拟南芥的遗传转化

DOF (DNA binding with one finger)转录因子是植物特有的转录因子家族,含有一个独特的富含Cys残基的单锌指DNA结合区域,在植物生长发育中参与多种生物学过程。本研究根据拟南芥AtDof1.7基因(GenBank登录号为AT1G51700)序列设计含有不同酶切位点的特异性扩增引物,以拟南芥总DNA为模板,扩增AtDof1.7基因片段,将AtDof1.7基因正向反向分别插入表达载体的相应位置,构建成AtDof1.7基因的RNA干扰载体pADOF1。利用改良的floral-dip方法将干扰载体pADOF1成功转入野生型拟南芥,经草甘膦抗性筛选和PCR检测获得5株阳性转基因植株。利用RT-PCR技术和气相色谱法分别分析了AtDof1.7基因的表达和种子脂肪酸组成,结果表明5株转基因植株中AtDof1.7基因的表达量不同程度低于野生型植株,种子油酸含量明显上升,亚麻酸含量明显下降,说明AtDof1.7转录因子与拟南芥种子脂肪酸代谢途径有一定的关系,为进一步研究其在脂肪酸代谢过程中的调控作用以及在油菜中研究该类转录因子的功能奠定了基础。     

大豆MYB转录因子基因GmMYBJ6和GmMYBJ7的克隆及表达分析

MYB转录因子以保守的DNA结合域为共同特征, 是植物最大的转录因子家族之一, 广泛参与植物代谢调控。本文根据植物中MYB转录因子的DNA保守结构域, 通过RT-PCR和RACE的方法从大豆品种吉林3号的叶片中分离得到了2个MYB基因GmMYBJ6和GmMYBJ7, 并对其结构特征和表达特性进行了分析鉴定。基因组DNA序列分析表明, 两个基因都含有两个内含子; 酵母系统检测表明, 两个基因均具有转录激活活性; β-半乳糖甘酶活性分析表明, 内含子的存在使两个基因的转录激活活性明显降低; 实时荧光定量PCR检测结果显示, GmMYBJ6在大豆中的表达受ABA、GA3和NAA的诱导, 而GmMYBJ7的表达则受ABA和NAA的诱导; 半定量RT-PCR分析表明, 两个基因在大豆的根、茎、叶、花和未成熟种子中均有表达。GmMYBJ6和GmMYBJ7为典型的R2R3-MYB转录因子新基因; 他们在大豆中的表达可能与ABA和NAA的信号转导途径有关。     

基于转录组测序技术挖掘大豆蛋白质合成相关基因

通过转录组测序技术挖掘蛋白质合成相关基因,为解析蛋白质合成机制奠定基础。以遗传背景相近但蛋白含量差异较大的大豆高蛋白品系冀HJ117(蛋白质含量52. 99%)及其回交亲本冀豆12(蛋白质含量46. 48%)为研究材料,利用转录组测序技术和生物信息学分析,以期挖掘大豆籽粒蛋白质合成相关基因。通过对转录组数据中冀HJ117和冀豆12差异表达基因的分析筛选,共得到336个差异表达基因,其中冀HJ117较冀豆12有195个上调表达基因,141个下调表达基因。通过GO功能富集分析,发现在分子功能类型中注释的差异基因主要与催化和连接等功能相关; KEGG显著富集分析发现差异表达基因主要富集在蛋白质内质网合成途径中,该途径共筛选到34个差异表达基因,其中33个基因在冀HJ117中表达量较高。从该途径中筛选出9个候选基因,采用荧光定量PCR方法检测其表达量,表达趋势与RNA-Seq检测结果基本一致,证实了RNA-Seq数据的可靠性。RNA-Seq测序结果获得了与蛋白质合成相关基因的基本信息,蛋白质内质网合成途径可能是冀HJ117与冀豆12蛋白质含量产生差异的重要通路。     

大豆MYB转录因子基因GmMYBJ6和GmMYBJ7的克隆及表达分析

MYB转录因子以保守的DNA结合域为共同特征, 是植物最大的转录因子家族之一, 广泛参与植物代谢调控。本文根据植物中MYB转录因子的DNA保守结构域, 通过RT-PCR和RACE的方法从大豆品种吉林3号的叶片中分离得到了2个MYB基因GmMYBJ6和GmMYBJ7, 并对其结构特征和表达特性进行了分析鉴定。基因组DNA序列分析表明, 两个基因都含有两个内含子; 酵母系统检测表明, 两个基因均具有转录激活活性; β-半乳糖甘酶活性分析表明, 内含子的存在使两个基因的转录激活活性明显降低; 实时荧光定量PCR检测结果显示, GmMYBJ6在大豆中的表达受ABA、GA3和NAA的诱导, 而GmMYBJ7的表达则受ABA和NAA的诱导; 半定量RT-PCR分析表明, 两个基因在大豆的根、茎、叶、花和未成熟种子中均有表达。GmMYBJ6和GmMYBJ7为典型的R2R3-MYB转录因子新基因; 他们在大豆中的表达可能与ABA和NAA的信号转导途径有关。     

大豆GmNAC011基因的分离及对异黄酮合酶基因GmIFS2的调控分析

通过对不同异黄酮含量品种大豆的转录组测序分析,发现GmNAC011基因在不同品种间的表达量存在显著差异。为了研究该基因的功能,根据大豆基因组序列设计引物,从大豆根系中克隆到GmNAC011基因完整的开放性阅读框(ORF)(Opening reading frame)序列,通过生物信息学对该序列进行分析,结果显示:该基因编码268个氨基酸,蛋白质分子量为31 k Da,理论等电点为8.3。进化树分析发现该蛋白与GmNAC2亲缘关系较近,属于NAC转录因子ATAF1亚家族。通过RT-PCR的方法分析了GmNAC011基因与异黄酮合酶基因GmIFS2在不同组织中的表达模式,结果显示GmNAC011与GmIFS2呈现相似的表达趋势,均为在花中表达量相对较低,而在根、茎、叶和荚中的表达量较高;通过酵母单杂交实验发现GmNAC011可以与GmIFS2基因启动子中的"CGTG"基序结合,这些结果说明了GmNAC011基因参与调控GmIFS2基因的表达,进而可以调控异黄酮的合成。     

大豆GmGRF5基因的组织表达模式与生物信息学分析

Growth Regulating Factor (GRF)家族基因是一类植物特有的转录因子,广泛参与植物多个重要的发育过程。为了研究大豆中的GRF转录因子的功能,本研究从大豆‘天隆1号’品种中克隆获得全长为1 038 bp的cDNA序列,由于该序列的编码蛋白与拟南芥GRF5具有高度的相似性,因此将其命名为GmGRF5基因。通过RT-PCR进行组织部位表达分析,发现GmGRF5基因在大豆各个组织部位均有表达,且在花中的表达量最高。通过ExPASy-Protparam分析发现,该蛋白质的分子量为39.463 48 kD,是具有一定亲水性、不稳定的碱性蛋白。该蛋白含有GRF家族蛋白的两个保守功能域(QLQ和WRC)。利用SOPMA对该蛋白的二级结构预测,显示其主要由无规则卷曲(72.05%)、α-螺旋(13.83%)、延伸链区(9.8%)和β-转角(4.32%)组成。此外,还利用不同的生物信息学软件对其三级结构、跨膜域、亚细胞定位、互作蛋白进行了分析,并构建系统进化树。结果表明,Gm GRF5基因在进化过程中具有高度的保守性,在大豆中具有潜在的功能多样性。     

应用RNA重测序分析低硫条件下大豆基因表达谱

大豆是重要的粮油兼用作物,其硫利用的研究不足。本研究评价了云梦六月花叶和沁阳大豆对低硫的耐性,以这2个品种为材料,利用RNA重测序技术分析了对照(+S)和缺硫(–S)水平下根和叶中的表达谱。结果表明,云梦六月花叶对低硫表现为耐性,沁阳大豆对低硫表现为敏感。表达谱分析在云梦六月花叶和沁阳大豆的叶中分别鉴定到9064个和9795个低硫响应的差异表达基因,根中分别鉴定到3185个和5006个差异表达基因。KEGG富集分析发现,2个材料叶中有9个共有途径,仅植物MAPK信号途径富集更多的上调表达基因。2个材料根中有18个共有途径,其中9个途径在2个材料的中对低硫的响应一致, 4个途径包含更多的上调表达基因, 5个途径包含更多的下调表达基因。在其余9个途径中,云梦六月花叶包含更多的上调表达基因。大豆硫酸根转运蛋白基因对硫酸根的吸收和转运非常重要,在表达谱中鉴定到27个硫酸根转运蛋白基因,分属4个亚组,亚组1、2、4的基因多受低硫诱导,亚组3的基因对低硫的响应较为复杂。基于富集分析结果,本研究从植物MAPK信号途径中克隆了一个受低硫诱导的基因Gm EIL1,通过转化大豆毛状根证明该基因参与大豆硫利...     

CO基因的调控表达与植物光周期反应

光周期是影响植物花发育的重要环境因素,CONSTANS（CO）是拟南芥光周期遗传调控途径中的关键因子,目前已在许多植物中发现了具有N 端类锌指结构B-box和C端CCT 保守结构域的CONSTANS-like (COL)基因,但它们的功能却不尽相同。本文概述了CO基因的结构、家族成员及其在光周期途径中的作用机制,以期为植物光周期遗传机理研究提供参考。     

植物开花光周期反应的分子调控机制

植物开花时间受到日照长短季节性变化的调节,拟南芥和水稻中与光周期反应相关基因的分离,使人们得以认识植物开花光周期反应的分子调控机制。植物感知日照长短的变化主要由CONSTANS(CO)基因的表达所控制。CO能够将光信号与生物钟信号整合,调节开花基因FLOWERING LOCUS T(FT)的表达,并最终控制植物的开花时间。本文对这一研究的最新进展进行了综述。     

大豆光周期反应与生育期基因研究进展

20世纪20年代,植物学家Garner与Allard在研究大豆与烟草等植物的光反应时发现了植物光周期现象。大豆作为模式植物对光周期现象的理论形成起了重要作用。但大豆基因组的复杂性及与相关功能基因关系的不明确性严重阻碍了学者对大豆光周期现象本质的认识。近年来,随着控制大豆生育期主要QTL基因的相继克隆,特别是对大豆生育期贡献最大的E1基因的成功破译,学者们逐步认识到大豆光周期调控开花的独特性。遗传学及分子生物学研究表明,大豆中具有拮抗关系的E1和FT基因位于大豆光周期调控开花主要通路的中心节点(integrator),但两者间的作用机制及相关的调节因子尚待明晰。对大豆光周期反应及生育期基因的深入研究,在生产实践上可为大豆品种的栽培区划、合理布局及分子育种等提供理论依据。     

棉花GhCO基因的克隆与表达分析

以中棉所36均一化全长cDNA文库为基础,利用RT-PCR技术从棉花中克隆了一个新的CO蛋白基因,命名为GhCO(GenBank:HM006910)。GhCO cDNA的ORF全长为1017 bp,编码338个氨基酸,含有一个CCT域和两个BBOX域。序列比较分析结果表明,GhCO蛋白与蓖麻RcCO、芒果MiCO具有较高的同源性,是棉花CO蛋白家族中的新成员。QRT-PCR结果表明,GhCO在棉花的花、蕾、胚珠等均有表达,而且在蕾和花中优势表达。GhCO在花芽分化形态出现以前就已经高调表达,推测可能与棉花的花芽分化有关。AtCO已经证明在花发育过程中对开花时间起正向调节因子的作用,推测GhCO蛋白在花发育过程中可能起重要作用。因此,构建了pBIGhCO过量表达载体,为进一步研究GhCO的功能奠定了重要的基础。     

枸杞LbCO基因的克隆与生物信息学分析

CONSTANS(CO)基因是高等植物叶片中光周期途径的关键成分,生物钟及光信号控制CO基因的表达。本研究以宁夏枸杞(Lycium barbarum L.)品种之一‘宁杞7号’叶片为实验材料,通过转录组测序结果筛选,利用RT-PCR技术扩增得到‘宁杞7号’的CO基因cDNA全长序列,命名为LbCO。利用生物信息学手段对所获得的序列进行结果及功能预测,结果显示:LbCO基因的cDNA序列全长1224 bp,编码407个氨基酸,分子质量为44.83 k D,理论等电点pI=5.58,不稳定指数为39.66,是一种稳定的非分泌蛋白。该蛋白亚细胞定位于细胞核,二级结构中无规则卷曲占比最高(54.48%),其次为α-螺旋(28.99%)。系统进化分析表明枸杞LbCO蛋白与其它物种的CO蛋白具有较高的同源性,其中与辣椒属CO蛋白亲缘关系最近。本研究为后续进一步探讨该基因编码的蛋白在调控枸杞花期研究方面提供理论参考。     

2个玉米ZmCRY1a基因的克隆及其响应光质处理的表达模式

隐花色素(Cryptochrome, CRY)是植物蓝光的主要受体,参与其调节生长发育及生物钟过程。为研究隐花色素在玉米光形态建成及生物钟调控方面的作用,本研究利用同源克隆的方法得到玉米自交系B73的2个ZmCRY1a基因的cDNA序列,分别命名为ZmCRY1a1和ZmCRY1a2。这2个基因的编码区(coding DNA sequence, CDS)序列长度都为2124个核苷酸,编码707个氨基酸。生物信息学分析表明ZmCRY1a1和ZmCRY1a2推测的氨基酸序列均包含DNA photolyase、FAD binding和Crytochrome C结构域;与拟南芥及其他常见作物的CRY比对并构建系统发育树显示,这2个基因与水稻OsCRY1a氨基酸序列一致性最高,而与拟南芥和大豆等双子叶植物的CRY1氨基酸序列一致性相对较低。利用实时荧光定量PCR分析了ZmCRY1a1和ZmCRY1a2在不同器官及响应光质、光质转换及长日照与短日照处理的表达模式。在检测的器官中,ZmCRY1a1的表达丰度均高于ZmCRY1a2;这2个基因在成株期叶片中表达丰度最高,分别是根中ZmCRY1a1的52.1和6.2倍。相对于黑暗下,二者在各种持续光质中的表达丰度均较高,尤其在蓝光和远红光条件下。尽管是作为编码蓝光受体的基因,2个ZmCRY1a的表达却能强烈地响应远红光和红光转换处理。同样二者也能响应不同光周期处理,长日照条件下,ZmCRY1a1的转录在一个光周期内共出现5个峰值,而ZmCRY1a2的转录只有4个峰值;短日照条件下,2个ZmCRY1a的表达出现了极其相似的模式,均在进入黑暗后10 h和14 h时出现2个最高峰。由此推测2个ZmCRY1a可能在玉米光形态建成与开花调节中发挥重要作用。     

Variation in the photoperiodic response on several characters in soybean,Glycine max (L.) Merrill

Summary The photoperiodic response on 12 characters in 40 soybean, Glycine max (L.) Merrill, cultivars were investigated using 10-hour (short day) and 16-hour (long day) photoperiods. Seventeen cultivars showed no significant difference between photoperiods for all 12 characters. Seven cultivars showed significant difference for only one trait. Phenotypic changes in 17 cultivars may be due to factors other than photoperiod. Number of pods per plant, days to maturity, and number of nodes per plant were highly correlated with yield per plant in both photoperiods. Invariably, the cultivars which had significant differences in the numbers of flowers produced per plant between the two photoperiods also had significant differences in the numbers of pods per plant and yield. First node to flower, plant height at flowering, days to flowering, nodes at flowering, and the 100-seed weight were least influenced by the photoperiods in most of the cultivars, while the height at maturity, number of nodes at maturity, number of days to maturity, and yield were most influenced.AVRDC Journal paper 46 (78–88).     

自由大气CO2浓度升高对夏大豆光合色素含量和光合作用的影响

研究大气CO2浓度升高对大豆光合指标的影响,有助于了解未来气候变化后大豆光合生理的变化。利用开放式自由大气CO2浓度富集系统(Free Air CO2 Enrichment)在高CO2浓度（550±60 μmol/mol左右）和对照大气CO2浓度（平均389±40 μmol/mol左右）及2种施氮水平下种植‘中黄35’和‘中黄13’大豆品种,测定了2个大豆品种的叶绿素、类胡萝卜素含量及光合作用的变化。结果表明：CO2浓度升高对大豆功能叶光合色素含量的影响存在品种差异,初花期‘中黄13’光合色素含量变化不显著,但在盛荚期光合色素显著下降,且在低肥处理下更明显,对‘中黄35’没有影响。大气CO2浓度升高后,2个品种大豆净光合速率均明显升高,气孔导度下降。大豆净光合速率提高将促使作物积累更多的有机物,有利于作物生物量和产量的提高。气孔导度下降可能会使作物蒸腾作用减弱,有利于作物水分利用率的提高。     

菜用大豆落花落荚率与品种生育阶段的关系

本文采用单因素随机区组设计,研究菜用大豆品种生育阶段遗传差异对花荚脱落率的影响。结果表明：菜用大豆花荚脱落与各生育时期生育日数的遗传差异达极显著;花荚脱落率不仅与品种的开花阶段、结荚阶段日数呈极显著负相关,并均有显著的回归线性效应。