茄子单性结实果实发育规律与营养物质的关系

以茄子单性结实品系D-11和非单性结实品系S8为试材,研究了果实发育、营养成分变化与茄子单性结实的关系。结果表明:D-11品系在不授粉的情况下,仍具有较好的结实性能,其单果重和果实纵横径均接近于授粉后生长的果实,且比S8品系果实增重快、果重大。授粉当天单性结实品系子房中蛋白质含量比非单性结实品系高59%。随着果实的生长发育,D-11和S8品系果实内可溶性糖含量均呈上升趋势,而蛋白质含量则呈下降趋势,两者呈负相关关系。     

茄子单性结实相关基因的挖掘与分析

利用qPCR技术,对茄子单性结实SSH-cDNA文库中的109条EST序列进行表达量分析,研究其在单性结实品系和非单性结实品系中的表达模式。分析表明,在低温条件下,相对表达量有显著差异的EST序列有48条,其中上调表达的EST序列有21条,下调表达的EST序列有27条。通过NCBI对EST序列进行BLASTx比对,得到与其同源性高的序列信息。其中,8条EST与植物激素合成和信号转导相关、4条EST与低温胁迫相关、5条EST与植物代谢过程中的蛋白质和碳水化合物合成相关、5条ESTs无比对结果,可能为新基因。差异表达序列可作为研究单性结实和耐低温的候选基因,为进一步探究茄子单性结实的形成机理,挖掘和利用茄子单性结实相关基因提供参考。     

温度和果实发育与茄子单性结实的关系研究

以课题组选育的茄子单性结实品系D-11及非单性结实品系S8为试材,研究了温度和果实发育与茄子单性结实的关系。结果表明：最低温度是诱导茄子单性结实基因表达的主要气象因子。影响茄子单性结实基因表达的最敏感时段是开花前1d至开花后2d,诱导D-11品系单性结实基因表达的温度在6．3～15℃。单性结实品系D-11在未授粉情况下仍具有较好的结实性能,其单果重和果实纵横径均接近于授粉后生长的果实,在低温条件下的自然坐果率也明显高于对照品系S8,且比S8果实增长快、果重大。     

春兰AGL6基因的克隆及实时定量表达分析

本研究采用RT-PCR结合RACE技术从春兰(Cymbidium goeringii)中分离到一个AGL6基因。序列分析表明,该基因含有一个729bp长的开放阅读框(ORF),共编码242个氨基酸。系统进化树分析显示,该基因属于MADS-box基因家族AP1/AGL9组的AGL6同源基因,其编码的蛋白与其它植物AGL6类蛋白具有较高的同源性,命名为CgAGL6(基因登录号为HM208533)。实时荧光定量表达分析表明,CgAGL6基因春兰不同组织中均有表达,其中在唇瓣、花芽和子房中的表达量较高,在花瓣和萼片中的表达量次之,在根、叶和蕊柱中的表达量最低,显示了CgAGL6基因可能在春兰成花转变和花器官的形成过程中起着重要作用。     

玉米籽粒发育相关基因ZmMADS-RIN的克隆及表达分析

玉米籽粒发育及产量是玉米重要的经济性状。本研究以玉米骨干自交系郑58为试材,采用同源克隆法得到一个与玉米籽粒发育相关的基因ZmMADS-RIN。该基因的cDNA全长859 bp,开放阅读框为768 bp,编码255个氨基酸,与玉米B73中所对应的cDNA的编码区序列相比,共有6个SNPs位点的差异,3个氨基酸残基发生了变化。生物信息学分析表明,ZmMADS-RIN蛋白的相对分子量为29.23 kD,理论等电点(pI)为8.84,是一种亲水性蛋白,不含信号肽序列,也不含跨膜结构;具有5个磷酸化位点;二级结构中含有50.20%的α-螺旋(alpha helix)、27.45%的无规则卷曲(random coil)、14.51%的延伸链(extended strand)和7.84%的β-转角(beta turn);该蛋白位于细胞核内;其氨基酸序列中含有高度保守的MADS结构域、相对保守的K结构域、低保守的I结构域和最不稳定的C结构域,是典型的MIKC型MADS-box蛋白;系统进化树分析表明,ZmMADS-RIN蛋白属于AGL6分枝,与水稻基因OsMADS6的相似性最高,为89%。ZmMADS-RIN基因在玉米自交系郑58的籽粒中特异表达,在根及不同时期的叶片中没有检测到表达信号。荧光定量PCR结果显示,ZmMADS-RIN基因的表达量在玉米籽粒发育的不同阶段呈一定规律的变化,在授粉后0~20 d,呈上调表达趋势,授粉后25 d表达量迅速下降至较低水平,而在授粉后30~40 d则检测不到其表达。推测该基因可能与玉米籽粒的发育有关。     

粉蕉MbACS7基因的克隆及表达分析

乙烯合成及其效应是决定香蕉果实成熟的核心要素,其中1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)合成酶(ACS)是乙烯合成途径的限速酶。粉蕉果实成熟速度较快,保鲜难度较大。研究粉蕉ACS家族基因的特征和表达模式可为控制香蕉果实成熟进程和延长货架期提供理论依据。本研究从粉蕉中克隆获得一个全长序列为1 458 bp的目的片段,编码485个氨基酸,分子量为54.751 kD,具有PLN02450保守结构域(37～1 377氨基酸),属于ACS基因家族蛋白,因此被命名为MbACS7。理化性质分析表明MbACS7蛋白亲水且不稳定。进化分析表明MbACS7蛋白预测的氨基酸序列与苦瓜(Momordica charantia) ACS蛋白的氨基酸序列(CAE53271.1)遗传关系较近。瞬时表达分析表明MbACS7蛋白在烟草表皮细胞的细胞核中强烈表达,表明该蛋白可能在细胞核中发挥着重要的生理功能。实时荧光定量表达分析表明MbACS7基因在粉蕉果实成熟期表达量最高,为果实发育初期的900多倍。本研究为进一步解析MbACS7基因在粉蕉果实乙烯生物合成中的功能奠定基础,也为改良香蕉果实贮藏性提供基因资源。     

甜荞FaesFUL4基因的克隆与表达分析

本研究采用同源克隆的方法,从甜荞(Fagopyrum esculentum Moench.)品种‘北早生’中分离出调控果实发育的FaesFUL4基因,该基因的cDNA序列全长795 bp,包含一个长为714 bp完整的开放阅读框,共编码237个氨基酸和1个终止密码子。分子系统发生分析和同源蛋白比对结果显示:FaesFUL4蛋白属于A类MADS-box基因家族AP1/SQUA亚家族的euFUL进化系,含有MADS、I、K和C末端四个明显的结构域,且C末端转录激活区含有2个保守的模体(Motif):FUL motif和paleoAP1 motif。基因表达的组织特异性分析表明:FaesFUL4基因主要在甜荞叶片、花序和果实中表达,在根和茎中有微量表达,其在花序中的相对表达量最高。进一步分析基因在果实不同发育时期的表达量发现,其在果实迅速膨大期表达量最高。因此推测该基因不但参与调控花器官的发育过程,且对于维持果实的正常发育具有重要作用。     

香蕉MuMA DS2的克隆、序列分析和表达分析

根据抑制缩减文库获得的一个MADS-box基因片段,从香蕉果实cDNA文库中,采用RT-PCR技术分离获得一个全长cDNA,经序列测定和同源性分析表明,该cDNA含705bp的完整的开放阅读框,编码234个氨基酸残基的MADS-box蛋白,将其命名为MuMADS2。MuMADS2具有植物MADS-box基因家族中特有的M、I、K和C四个结构域,与芦笋、风信子、蝴蝶兰和百合的MADS-box基因的氨基酸序列存在很高的一致性（82%、78%、77%和75%）。将MuMADS2与其它植物来源的MADS-box基因进行序列比较发现,MuMADS2属于MADS-box基因的AGAMOUS亚族的D世系。RT-PCR分析表明,MuMADS2仅在生殖器官（花和果）中表达,在营养器官（根、茎和叶）中不表达。进一步分析发现MuMADS2仅在雄花和雌花的子房、由雌花发育而成的果实中表达,而在雄花和和雌花的柱头和花柱都不表达。推测MuMADS2可能在果实的发育和成熟过程中起作用。     

黄瓜CsamiR399b及其靶基因CsUBC24的生物信息学分析

为深入研究CsamiR399b对黄瓜果实膨大的影响,对CsamiR399b及其靶基因CsUBC24进行生物信息学分析,并通过实时荧光定量PCR分析了CsamiR399b的表达特性。结果发现,CsamiR399b前体序列含有完整的茎环结构; CsamiR399b在膨大的黄瓜果实中表达量高于开花当天子房和未膨大子房,证实其参与黄瓜果实膨大调控。对靶基因的生物信息学分析发现,CsUBC24蛋白二级结构主要由无规则卷曲和α-螺旋构成,该蛋白质无信号肽及跨膜结构,定位于细胞核,为可溶性蛋白。系统进化树表明,黄瓜CsUBC24与甜瓜、南瓜和苦瓜等物种UBC24遗传距离较近;通过序列比对和保守域分析发现,各物种UBC24蛋白序列和功能结构域表现出较高的保守性,说明UBC蛋白功能保守。推测CsamiR399b通过调控CsUBC24基因表达参与了黄瓜果实膨大。     

玉米热激蛋白基因ZmHSP90-1的克隆及表达分析

HSP90是普遍存在于原核和真核细胞中的一种高度保守的分子伴侣。本研究从玉米中克隆了一个HSP90同源基因, 命名为ZmHSP90-1基因, 并对其进行了初步的序列分析。该基因cDNA序列全长2 371 bp, 开放阅读框2 094 bp, 编码697个氨基酸, 蛋白质分子量约79.98 kD。蛋白结构预测及同源比对分析表明, ZmHSP90-1基因编码蛋白含ATPase位点和HSP90保守结构域, 并与拟南芥、水稻等多种物种的热激蛋白高度同源; 进化树分析表明ZmHSP90-1与拟南芥AtHSP90.1基因关系较近, 蛋白序列相似性达88.3%。目的蛋白亚细胞定位显示, ZmHSP90-1蛋白在细胞质中表达。实时荧光定量PCR分析表明, ZmHSP90-1对非生物胁迫高温、高盐、ABA、低温、干旱均具有明显的应答反应。推测ZmHSP90-1是玉米的一个胁迫相关基因。     

小麦NBS类抗病相关基因片段RGA-A的初步研究

利用同源序列法分离小麦抗病相关基因同源序列。根据已经克隆的抗病基因保守结构NBS区设计引物,采用RT-PCR方法对小麦抗叶锈病近等基因系材料TcLr24进行扩增。获得了一条通读的525 bp条带RGA-A,通过BLASTp比较,序列中含有典型的NBS保守结构域,与很多已知植物抗病基因的功能相应区域一致,编码的蛋白与大麦中抗性蛋白亲缘关系较近。半定量RT-PCR分析表明,RGA-A受叶锈菌诱导表达,表明该基因在小麦叶片中与抗叶锈性相关。该NBS类抗病基因相关片段的获得为研究小麦抗病基因奠定了基础。     

玉米大斑病菌StRTG2基因结构、原核表达及表达模式分析

为明确玉米大斑病菌StRTG2基因功能以及其在病菌不同发育时期的表达模式。利用酵母ScRTG2基因编码的氨基酸序列进行BlastP,在玉米大斑病菌中得到了其同源基因序列,将其命名为StRTG2;分别以玉米大斑病菌野生型01-23的全基因组DNA及cDNA为模板,对该基因进行克隆;利用生物信息学技术对该基因编码的蛋白StRtg2进行理化性质分析、结构域预测、亚细胞定位预测;利用MEGA 7.0对Rtg2进行进化关系分析;扩增目的片段的ORF序列,构建该基因原核表达载体,通过转化大肠杆菌BL21后,使用IPTG进行诱导表达;最后利用RNA-Seq数据库分析StRTG2基因在玉米大斑病菌关键生长发育时期(菌丝、分生孢子、芽管、附着胞和侵入钉)的表达模式。主要研究结果如下:克隆了该基因发现其长度为1 695 bp,不含有内含子;该基因编码的蛋白由564个氨基酸组成,理论等电点值(pI)是6.96,具有典型的Ppx-Gppa保守结构域,亚细胞定位预测结果显示,该蛋白在细胞各部位均有分布,分布于细胞质中的可能性最大;对该蛋白进行进化关系分析表明,玉米大斑病菌StRtg2蛋白与番茄匍柄霉菌中同源蛋白的同源性最高,其次是酿酒酵母;原核表达该基因,SDS-PAGE胶显示该蛋白的大小约为62 ku,与预期大小相符;表达模式分析发现,该基因在病菌发育的5个时期均有表达,其中芽管和侵入钉时期表达量显著降低。为进一步解析StRTG2基因的功能研究奠定基础。     

玉米干旱诱导表达基因ZmCKS2的克隆与表达分析

在本实验室前期研究的干旱胁迫相关的抑制差减文库(SSH)中,发现一个玉米干旱胁迫诱导表达的EST序列,与拟南芥AtCKS2和AtCKS1基因有较高的同源性。应用生物信息学手段和同源克隆的方法,分离得到该基因,命名为ZmCKS2。序列分析表明该基因开放阅读框区267bp,编码88个氨基酸。ZmCKS2蛋白含有真核生物中高度保守的CKS(cyclin-dependent kinase regulatory subunit)结构域。应用在线分析软件预测该基因上游2kb序列表明,该序列具有启动子的核心序列和增强子序列,同时还具有与干旱等多种逆境胁迫相关的调控序列。应用实时荧光定量PCR分析表明该基因在幼穗中表达量最高,且受干旱和MeJA诱导上调表达,受低温和外源ABA诱导下调表达。     

一种来自长柄扁桃、桃和梅的包含AP2结构域基因的生物信息学分析

通过分析长柄扁桃幼苗叶片转录组测序,从中找到一个包含AP2结构域的Unigene,该Unigene包含完整的开放读码框,全长3182bp,编码767个氨基酸,将其命名为ApAP2dc1。以ApAP2dc1的DNA序列作为信息探针,在桃和梅的基因组序列中进行查询比较,发现桃和梅的基因组中均存在ApAP2dc1的直系同源基因,分别命名为PpAP2dc1和PmAP2dc1。在桃和梅的基因组中还各发现一个串联重复的旁系同源基因,分别命名为PpRYdc1和PmRINGdc1。保守结构域分析表明,ApAP2dc1、PpAP2dc1和PmAP2dc1都含有AP2结构域,而PpRYdc1和PmRINGdc1不含AP2结构域;基因结构分析表明,PpAP2dc1和PmAP2dc1、PpRYdc1和PmRINGdc1虽然互为直系同源基因,但其基因结构有明显差异;旁系同源基因的启动子序列也有较大差异。该研究结果表明长柄扁桃、桃和梅基因组上的上述区域在进化上不保守,该区域的基因在结构和表达上正在进行快速趋异进化。     

椰子DNMT家族基因的鉴定和生物信息学分析

DNA甲基化(DNA methylation)能引起染色质结构、DNA结构和稳定性等的改变,影响基因的时空表达。DNA甲基转移酶(DNA methyltrans ferase, DNMT)负责催化完成DNA的甲基化。本研究通过比对已有的椰子基因组数据,找到CnDNMT家族基因,删除不含DNA＿methylase结构域的蛋白,共鉴定4个具有DNA甲基转移酶保守结构域的DNMT基因,分别命名为CnDNMT1～CnDNMT4。采用生物信息学的方法,对基因结构、表达量、蛋白保守结构域、启动子序列等进行了分析。结果表明：这4个基因为DNA甲基转移酶家族中的2个亚家族：CMT和DRM。氨基酸序列分析表明,椰子CnDNMT家族蛋白均为酸性蛋白,且亚细胞定位预测定位在细胞核中。motif搜索结果表明CnDNMT蛋白家族含有5个椰子CnDNMT基因家族含有5个保守元件,5个保守元件的结构域所含有的氨基酸位点数量基本一致,CnDNMT2基因在胚乳中表达量很高,这说明CnDNMT2可能在椰子胚乳发育过程中起重要作用。     

斑茅cDNA中抗病基因同源序列的分离和表达特性分析

植物抗病基因具有一些特定的保守结构域。本研究根据已知植物同源抗病基因(RGAs)保守序列设计简并引物, 从甘蔗近缘植物斑茅的cDNA中扩增出6条抗病基因同源序列, 它们在NCBI上登录号分别为EU685835、EU685836、EU685837、EU685838、EU685839 和 EU685840。序列分析表明, 这些RGAs均含有典型的NBS-LRR类抗病基因保守结构域P-loop、Kinase-2a、Kinase-3a和疏水结构域(Hydrophobic domain, HD)。氨基酸序列的同源性比对表明,6条RGAs序列同11条参试的抗病基因之间的同源性为8.3%~93%,而6条RGAs之间的氨基酸序列同源为30.5%~45.6%。另外,本实验所克隆的6条斑茅抗病基因同源序列中, kinase-2 (LLVLDDVW/D)最后一个氨基酸皆为色氨酸,推测所克隆的NBS-LRR类抗病基因都属于non-TIR-NBS-LRR类。定量PCR分析表明, 6条斑茅抗病基因同源序列在根、茎和叶片中组成型表达,同时这些抗病基因同源序列的表达会受外源信号分子水杨酸和过氧化氢的上调作用,可能在斑茅的抗病性中具有一定的作用。     

罗汉果SgNPY2基因的克隆及在单性结实幼果中的表达

在转录组分析基础上,选择罗汉果生长素信号途径关键酶基因NPY2的unigene,结合RACE技术,克隆其全长cDNA;采用实时荧光定量PCR,比较研究该基因在2,4-D诱导单性结实幼果中的表达规律。结果:获得2 465 bp的全长cDNA序列,命名为Sg NPY2,Gen Bank登录号KU554698,最长ORF编码625aa的BTB/NPH3超家族蛋白;分子进化分析表明,该蛋白与黄瓜和西瓜中同源蛋白亲缘关系较近,与桑树的亲缘关系较远;定量分析表明,SgNPY2基因的表达与幼果内源IAA含量表现相反的变化规律,在20日龄以内SgNPY2在罗汉果幼果中均表达,且随着日龄的增加其表达量"先升后降",约7日龄幼果中表达量最高,2,4-D诱导单性结实幼果比人工授粉的相同日龄幼果中的表达量高,至12日和20日龄幼果中达到显著差异,暗示罗汉果幼果中SgNPY2与生长素极性运输及果实起始发育迅速生长密切相关,受2,4-D诱导表达,为深入其功能研究和品种改良提供了基础。     

茄子果色相关阿罗酸脱水酶基因的鉴定与表达分析

花青苷合成是植物苯丙烷类代谢途径的重要部分,苯丙烷代谢的前体物质苯丙氨酸合成最后一步反应的阿罗酸脱水酶(arogenate dehydratase, ADT)被认为是影响苯丙氨酸可用率的关键酶。本研究根据茄子基因组数据库基因注释检索ADT基因,并将茄子ADT基因氨基酸序列和拟南芥ADT基因编码的氨基酸序列进行同源比对、进化树分析;然后选取了6种不同果皮颜色的茄子自交系为试材,利用qPCR技术分析了ADT基因家族各成员在不同茄子果皮中的表达模式。结果表明,在茄子全基因组水平上鉴定到5个ADT基因,除SmADT3外,其余4个ADT基因编码的氨基酸序列高度保守。进化树分析表明,茄子SmADT2和SmADT5聚为1类,SmADT1和SmADT4聚为1类;其次,茄子SmADT1和拟南芥AtADT1高度同源,茄子SmADT4和拟南芥AtADT2高度同源。基因表达分析发现5个茄子SmADT基因在6种不同颜色果皮中均有表达,其中紫色品种中的表达量和花青苷合成关键酶基因SmANS、SmF3’5’H、SmDFR的表达趋势相同。相关性分析表明仅有SmADT2基因的表达量和6种茄子的果皮花青苷相对含量呈正相关...     

重瓣百合LiAGL6基因的克隆与表达分析

为了深入研究重瓣百合花形成的分子机制,以重瓣百合比罗尼卡为试验材料,从中分离得到1个AGL6基因,其开放阅读框为744 bp,共编码247个氨基酸,蛋白质分子量为28.3 ku。亲水性平均系数为-0.748,等电点为8.23。蛋白结构分析显示,百合AGL6蛋白具有典型的MADS-box结构域、K-box区及2个AGL6基序。系统进化树分析结果显示,百合AGL6编码的蛋白属于AP1/AGL9亚家族AGL6分枝的单子叶植物类群,与同为单子叶植物的风信子亲缘关系最近,相似度达到78%,说明克隆得到的基因即为AGL6的同源基因,将其命名为LiAGL6。亚细胞定位表明,LiAGL6在洋葱表皮细胞的细胞核中表达,具备转录因子的基本特征。实时荧光定量PCR结果分析表明,LiAGL6基因在花中表达量最高,在茎、叶中几乎不表达;在整朵花中,LiAGL6在第7轮花瓣中的相对表达量最高,其次依次是第6轮和第3轮,第2轮花瓣中几乎检测不到表达。研究表明,LiAGL6基因可能在百合重瓣花形成方面发挥了调控作用。     

基于RNA-Seq的茶树CsMYB生物信息学分析

作为植物中最大的转录因子家族之一,MYB参与多种生物学过程,本研究基于RNA-Seq技术,对获得的一条茶树MYB Unigene,将其命名为CsMYB。采用生物信息学的分析方法,对CsMYB基因片段氨基酸序列同其它植物间相应片段进行同源性和系统进化分析,并进行该基因编码蛋白的理化性质和结构功能预测,结果表明:CsMYB基因编码的蛋白含315个氨基酸,是一种亲水性蛋白,定位于其它细胞器,该蛋白不存在信号肽,是一种非分泌蛋白;其编码的氨基酸序列与葡萄的同源关系较近,与豆科植物的同源关系较远;功能结构分析表明其20~127位氨基酸之间含2个保守的HTH-MYB类型结构域,归属于R2R3-MYB家族;二三级结构分析表明CsMYB主要由无规则卷曲和α-螺旋组成,空间结构主要是螺旋和转角。分析茶树基因组MYB基因的表达模式,发现不同茶树品种间大部分差异MYB基因表达呈显著上调趋势,少部分下调表达。