基于RNA-Seq的彩色马铃薯MYB转录因子家族分析

植物MYB转录因子是功能多样、数量众多的转录因子之一,对植物的生长发育和代谢调控起着极其重要的作用.本研究基于彩色马铃薯块茎转录组测序数据,对彩色马铃薯发育过程中MYB转录因子基因进行筛选,并对其保守结构域、亚细胞定位进行分析;同时利用TMEV软件对其中R2R3-MYB转录因子的差异表达进行分析,并对差异显著的R2R3-MYB转录因子进行功能预测.结果 表明,基于转录组测序数据,筛选得到143个彩色马铃薯MYB类转录因子基因,根据结构特征分为4大类:1R-MYB、R2R3-MYB、3R-MYB和4R-MYB;亚细胞定位结果显示,138个MYB转录因子定位于细胞核,4个定位于细胞膜,1个定位细胞质;保守域分析显示,R2R3-MYB类转录因子的保守基序为R2、R3;彩色马铃薯R2R3-MYB转录因子基因在不同时期差异表达,其中上调表达10个、下调表达5个;根据GO富集性分析,共注释到6个和花青素相关的R2R3-MYB转录因子,本研究为下一步彩色马铃薯花青素合成相关MYB基因生物学功能和代谢调控机制的研究提供参考.     

基于RNA-Seq的彩色马铃薯MYB转录因子家族分析

植物MYB转录因子是功能多样、数量众多的转录因子之一,对植物的生长发育和代谢调控起着极其重要的作用.本研究基于彩色马铃薯块茎转录组测序数据,对彩色马铃薯发育过程中MYB转录因子基因进行筛选,并对其保守结构域、亚细胞定位进行分析;同时利用TMEV软件对其中R2R3-MYB转录因子的差异表达进行分析,并对差异显著的R2R3-MYB转录因子进行功能预测.结果 表明,基于转录组测序数据,筛选得到143个彩色马铃薯MYB类转录因子基因,根据结构特征分为4大类:1R-MYB、R2R3-MYB、3R-MYB和4R-MYB;亚细胞定位结果显示,138个MYB转录因子定位于细胞核,4个定位于细胞膜,1个定位细胞质;保守域分析显示,R2R3-MYB类转录因子的保守基序为R2、R3;彩色马铃薯R2R3-MYB转录因子基因在不同时期差异表达,其中上调表达10个、下调表达5个;根据GO富集性分析,共注释到6个和花青素相关的R2R3-MYB转录因子,本研究为下一步彩色马铃薯花青素合成相关MYB基因生物学功能和代谢调控机制的研究提供参考.     

水稻B3转录因子OsL1的生信分析及表达模式

B3转录因子是植物特有的转录因子,与植物花形态建成、激素信号转导、种子生长发育及植物逆境胁迫响应密切相关。前期研究中,利用穗发育芯片筛选到一个OsL1基因。生物信息学分析发现,OsL1基因位于水稻4号染色体,基因全长4 262 bp,编码433个氨基酸,蛋白分子量为48.7 kD,序列比对和系统发育分析表明Os L1属于B3家族转录因子,不含信号肽剪切位点和跨膜结构域,亚细胞定位于细胞核。启动子序列分析发现,该基因启动子中含有8个光响应元件及部分激素响应元件。实时PCR分析发现OsL1在水稻根、茎、叶、和穗中均有表达,其中在根和穗发育7期表达量较高,进一步克隆Os L1启动子区域,构建pCAMBIA1301-OsL1-GUS表达载体,遗传转化并鉴定获得转基因植株,The previous study在水稻根、茎、叶、和穗中均检测到了GUS信号,表明OsL1属于组成型表达。以上结果为深入研究OsL1基因在水稻生长发育过程的生物学功能提供了科学依据。     

陆地棉基因GhMYB52的克隆及特征分析

【目的】克隆了1个在棉纤维发育次生壁加厚期优势表达的R2R3类MYB (v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog, MYB)转录因子基因Gh MYB52(Gh_A12G2460)。本研究旨在分析该MYB转录因子在陆地棉纤维次生壁发育过程中的作用。【方法】通过一步克隆法,从陆地棉遗传标准系TM-1中克隆了1个在纤维次生壁加厚期优势表达的R2R3类MYB转录因子基因Gh_A12G2460,进化树分析结果表明Gh_A12G2460与拟南芥中AtMYB52基因的相似度最高,因此将其命名为Gh MYB52。通过进化树构建、氨基酸序列多重比对、定量聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction,PCR)、烟草瞬时转化、酵母双杂交等对其基因结构、编码产物的结构、表达特征、亚细胞定位以及互作蛋白进行了分析。【结果】GhMYB52基因的开放阅读框长672 bp,编码223个氨基酸残基,预测蛋白的相对分子质量为26.06 kDa,等电点为9.83。qRT-PCR结果表明,Gh MYB52基因在开花后15～25 d的棉纤维中优势表达。亚细胞定位结果显示,GhMYB52蛋白定位于细胞核,符合转录因子的特征。酵母转化结果显示,GhMYB52蛋白具有强烈的转录激活活性,并且与1个NAC类转录因子GhFSN1有强烈互作。【结论】GhMYB52是1个在棉花纤维次生壁加厚时期优势表达的R2R3类MYB转录因子,它可能通过与NAC类转录因子互作,形成蛋白复合物参与棉花纤维次生壁加厚过程。本研究为进一步从分子水平上验证GhMYB52基因在棉花纤维发育过程中的生物学功能奠定了基础。     

玉米雄穗发育早期耐旱相关转录因子的发掘

为了发掘更多与玉米雄穗生长发育早期耐旱性相关的转录因子基因,选用耐旱型玉米自交系(DT)铁7922、X178,以及干旱敏感型自交系(DS)吉81162和丹340为试验材料。使用盆栽方法进行育苗,并在一致且适宜的肥水条件下培养至雄穗发育前期,通过人工模拟田间干旱胁迫及正常灌溉的方法对材料进行处理。采用RNA-Seq技术检测玉米雄穗发育早期在受到干旱胁迫后相对于正常灌溉处理而言,耐旱相关转录因子家族基因在转录水平上表达量的变化。结果共发现287个转录因子基因在受到干旱胁迫后相对于正常灌溉呈现差异表达。对差异表达基因进行功能富集和注释结果发现,差异表达基因中具有耐旱调控功能的转录因子基因34个。其中在2个耐旱型材料中共有且表达模式一致的基因6个;在2个干旱敏感型材料中共有且表达模式一致的基因3个;在4个材料中均呈显著差异表达的转录因子基因1个。研究结果为玉米雄穗发育早期耐旱功能转录因子基因发掘和耐旱分子育种提供了基因基础。     

油棕中果皮MYB转录因子家族的鉴定与表达分析

油棕(Elaeis guineensis Jacq.)是世界上最重要的油料作物之一,其中果皮含有的棕榈油极其丰富。MYB蛋白是一类广泛存在于真核生物中的转录因子,在植物的生长发育中发挥重要调控作用。本研究基于油棕中果皮转录组的测序结果为基础,利用生物信息学对油棕MYB基因家族进行全面鉴定,并对这些基因的结构、保守域和果实发育不同时期动态表达进行研究,解析油棕MYB转录因子在油棕发育过程中的生物学功能。结果发现,本研究中的38个油棕MYB转录因子,包含26个R2R3-MYB型和8个MYB-related型,以及2个3R-MYB型,不包含4R-MYB类型;MYB蛋白编码约200～700个氨基酸,等电点在4.5～9.5之间;亚细胞定位预测结果显示,所有MYB基因均定位于细胞核中;油棕MYB蛋白具有相似的保守基序组成,38个基因主要分布在13条染色体上,含有1到10个外显子数目;油棕MYB转录因子与多个物种的MYB转录因子具有序列同源性和进化亲缘性;表达模式分析发现,MYB家族基因存在差异表达,且具有几种不同的表达趋势。该研究结果为今后油棕MYB转录因子的脂类代谢途径研究以及功能和调控机制提供重要的研究基础。     

水稻穗发育调控分子遗传研究进展

水稻是世界上最重要的粮食作物之一。穗型是水稻重要的农艺性状,影响水稻的产量和质量。因此水稻花序结构的起源和发育一直是研究的热点。越来越多的证据表明,许多因素如转录因子和植物激素,在生殖分生组织分化和穗型调控中发挥关键作用。本文综合评述了国内外近年来水稻穗发育相关的基因的研究进展。     

植物逆转座子起源的特异性转录因子ALOG基因研究进展

特异性转录因子广泛参与植物胚胎发育、器官形成、开花、果实成熟、环境胁迫以及衰老等多项生命过程,但目前还未见有关逆转座子起源的植物特异性转录因子的文献综述。ALOG基因是近些年在水稻和拟南芥中发现的唯一起源于DIRS1-like型逆转座子的特异性转录因子,是一类编码DUF640结构域的新型蛋白。该基因家族在高等植物中存在多个拷贝,并且参与了植物幼苗下胚轴和花器官等发育过程。本研究介绍了ALOG基因结构及起源,并回顾了拟南芥中ALOG基因的表达模式以及在幼苗下胚轴及花器官发育中的作用,介绍了水稻ALOG基因在内外稃发育、小穗不育外稃发育以及花序形态建成的作用。分析表明ALOG基因不仅参与了器官形成,而且与一些重要的农艺性状有关,对水稻中该基因家族其他成员以及禾本科其他粮食作物的ALOG基因家族进行功能研究是非常有价值的。随着分子生物学研究的深入开展,将在其他高等植物中发现更多由逆转座子进化而来的特异性转录因子,研究ALOG基因将为解析这些基因的功能提供参考。     

玉米转录因子Opaque-2的分子生物学特性

Opaque-2是在玉米胚乳中特异表达的转录因子,可转录激活22 kDa Zein基因家族、b-32基因家族、14 kDa β-Zein基因家族和cyPPDK1基因的表达并涉及多种代谢途径.对转录因子Opaque-2基因的结构、功能和表达调控特点等分子生物学特性的研究有助于从新的角度探索种子和胚乳基因表达调控及发育机制的认识.     

木薯MYB转录因子基因MeMYB60表达特征分析及其互作蛋白筛选

Myeloblastosis (MYB)类转录因子在植物对非生物胁迫的响应过程中起重要调控作用。本研究在分析栽培木薯MYB家族成员表达模式的基础上,筛选并克隆到了一个R2R3-MYB转录因子基因MeMYB60。基因表达特性分析表明,该基因在叶片特异表达,受干旱、低温负调控,同时对ABA处理也有响应。启动子活性分析发现,MeMYB60可以在保卫细胞表达,预示着该转录因子基因的表达可能与木薯气孔开闭调节有关。MeMYB60编码蛋白主要定位于细胞核中,具有转录激活活性,其转录激活结构域在蛋白C端第194～343氨基酸残基范围内。以MeMYB60蛋白N端第1～194氨基酸残基片段为诱饵,从干旱胁迫后木薯叶片的cDNA文库中筛选到18种可能与MeMYB60互作的蛋白,酵母双杂确定了MeCatlase1和MeCatalase2分别与MeMYB60存在互作关系。本研究为深入研究转录因子MeMYB60在木薯响应非生物胁迫过程中的功能并解析其调控网络奠定了基础。     

大麦GRF家族的基因组鉴定及生物信息学分析

生长调控因子(grow regulating factor,GRF)是重要的植物转录因子之一,在调控植物生长发育过程中发挥重要作用。本研究通过生物信息学分析,从大麦基因组中鉴定出12个Hv GRF转录因子家族成员,且均具有完整的特征结构域QLQ和WRC。Hv GRF家族成员含有2~5个外显子,蛋白二级结构具有相似的特征,亚细胞定位均位于细胞核。系统进化分析表明,Hv GRF与水稻GRF家族的亲缘关系更为接近。HvGRFs基因启动子区域序列分析表明,植物生长发育、激素信号传导及逆境胁迫响应等相关的顺式作用元件大量存在于HvGRFs启动子序列中。转录组数据表明,Hv GRF基因家族不同成员在萌发的胚、幼苗的根茎、发育的花组织器官、灌浆期的籽粒中存在组织特异性表达模式,推测Hv GRF基因家族成员可能在大麦生长发育中发挥重要的作用。     

东乡普通野生稻全生育期抗旱性鉴定

利用组合R974//东野/R974 BC₁F₅ BIL群体，设水分胁迫和非胁迫两种处理，在全生育期测定了株高、单株分蘖数、单株有效穗数、穗长、穗实粒数、穗总粒数、着粒密度、千粒重、结实率、单株产量、叶片相对含水量、卷叶级别等12个与抗旱相关的形态及生理性状，其中单株产量对水分胁迫影响最敏感。通过各性状旱、水相对值对抗旱系数分别进行单因素逐步回归、通径、灰色关联分析，结果表明，叶片相对含水量、单株分蘖数、穗实粒数、千粒重、株高、单株有效穗数等6个性状与水稻抗旱性相关显著，可作为全生育期抗旱鉴定指标。利用模糊隶属函数法对入选性状的抗旱D值进行抗旱性综合评价，更表明上述性状作为水稻全生育期的抗旱鉴定指标是可行的。同时对5种抗旱性评价方法进行比较指出，抗旱指数是最合适的抗旱性直接评价方法。     

水稻OsNCED4基因的克隆及功能初探

脱落酸(abscisic acid,ABA)是一种抑制植物生长的植物激素,因能促使叶子脱落而得名,在植物逆胁迫中发挥关键作用。由NCED基因编码的9-顺-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED),是ABA在高等植物中的关键酶。本研究已成功从水稻Ilmibyeo(O.sativa L.ssp.japonica)基因组中克隆得到Os NCED4,生物信息学分析表明,Os NCED4基因位于水稻第7号染色体上,ORF全长1749 bp,无内含子结构,编码582个氨基酸,具有NCED家族的RPE65保守结构;以该基因和其启动子序列构建组织表达载体pOsNCED4::GUS、pCaMV35S::OsNCED4:EGFP和RNAi干扰载体p Ca MV35S::OsNCED4:RNAi,用于基因表达和功能分析,并利用农杆菌介导的方法,成功获得了相应遗传载体的转基因植株;GUS染色结果表明,该基因在叶片、叶耳、小穗等组织部位均有表达;RT-PCR结果显示,Os NCED4在水稻不同生育期的根、茎、叶、叶鞘和穗子中均有不同程度的表达,但表达量具有明显的差异;亚细胞定位结果显示,OsNCED4基因编码的蛋白定位于细胞核;与野生型植株相比,RNAi植株的花粉育性无明显差异,而结实率显著下降。该研究结果为进一步研究水稻OsNCED4基因表达的调控,以及为水稻生长发育上的功能研究提供了科学依据。     

水稻穗大小决定基因PS1的遗传分析及克隆

穗大小是影响水稻产量的重要农艺性状之一。本研究在水稻粳稻品种"中花11号"T-DNA插入突变体库中鉴定了一个植株略矮、穗长变短25%、一次枝梗和二次枝梗数目分别减少33%和80%、且粒型变异的突变体。T-DNA标签共分离检测表明:该突变体的表型与T-DNA插入无关。通过与籼稻品种"珍汕97"配置杂交组合构建遗传作图群体,F2杂合后代符合经典孟德尔遗传分离比3:1,证明突变性状受一对隐性基因PS1(Panicle Size 1)所控制。采用图位克隆的方法,将基因PS1初步定位在第11号染色体短臂上的IN44和IN50标记之间,两标记物理图距为105 kb。对候选基因进行进一步的表达量分析、比较扩增及测序发现基因LOC_Os11g12740(即SP1)可能是本研究的PS1基因。本研究为进一步分离克隆PS1基因及对水稻穗大小发育的深入研究提供依据。     

水稻SUPERMAN类似基因ZOS11-11的表达分析及功能初探

SUPL(SUPERMAN-like)是一类单C2H2型锌指蛋白,SUPL基因在植物生长发育过程中起着重要的调控作用.利用生物信息学分析方法,我们从水稻中找到了一个SUPL基因ZOS11-11,它位于水稻第11号染色体上,编码245个氨基酸.序列分析结果表明,ZOS11-11具有与其它SUPL蛋白相同的功能结构域,包括...     

谷子TCP基因家族成员序列特征及表达模式分析

为深入解析谷子TCP基因家族的功能,通过生物信息学方法对谷子TCP转录因子家族基因成员序列特征、基因结构、染色体定位、系统进化关系及表达模式进行分析。结果表明:除第8染色体之外,从谷子基因组上其余8条染色体中共鉴定出26个TCP家族成员,并根据其在染色体的顺序和位置先后进行命名,其中分布在第3和第5染色体上的TCP家族成员数量最多,高达5个。不同家族成员其编码的氨基酸残基数目具有明显差异,范围为95 aa^451 aa。其中SiTCP21基因编码氨基酸残基数目最少为95个氨基酸;而SiTCP15最多为451个氨基酸残基。26个TCP家族成员的蛋白结构中均含有bHLH保守结构域。基因表达分析结果表明,31%的成员在穗中的表达量明显高于其他组织,因此推测该基因家族可能对谷子穗部生长发育的调控起关键作用。本研究对深入研究Si TCPs家族基因的功能奠定了基础,也为谷子生长发育的调控机制提供了新的思路。     

OsBTF3基因在水稻光合作用和生长发育中的功能

为了揭示转录因子OsBTF3在水稻生长发育中的功能,比较分析了OsBTF3过量表达和RNAi转基因水稻T₁代株系叶片生长和株型发育的表型。结果表明,与野生型对照株相比,过量表达株系在叶绿素含量、叶绿体数量、光合速率、叶片大小、株高、节间长方面显著增加或增强; 而RNAi株系的明显降低或减弱。OsBTF3基因的增量或减量表达显著影响水稻光合作用、叶片生长和株型发育。说明OsBTF3在水稻生长发育中具有重要调控功能,可能在水稻转基因分子育种方面具有潜在的应用价值。     

拟南芥TCP家族转录因子At2g31070的转录激活活性鉴定与表达谱分析

TCP家族转录因子是植物所特有的转录因子家族,它主要在分生组织中起作用,与细胞分化和生长有很大联系。我们以哥伦比亚野生型拟南芥为模板得到基因At2g31070的全长ORF,生物信息学分析结果表明它具有TCP家族保守结构域,属于TCP家族的转录因子。以拟南芥成株不同组织的RNA为模板进行RT—PCR实验,结果发现较之其它组织,该基因在花中有比较高的表达量;通过酵母单杂交实验鉴定该基因具有转录激活活性。综合以上结果,我们认为At2g31070基因在拟南芥花形成发育的过程中发挥转录因子的作用,在一定程度上调控和影响了这个过程。     

Modeling morphological dynamics and color characteristics of rice panicle

This paper was to develop the models for predicting the dynamics of panicle geometric morphology, panicle and branch curves and panicle color, and to visualize rice panicle in three dimensions (3D). Based on three experiments with different rice (Oryza sativa L.) cultivars, the time-course data were collected on the panicle geometric morphology, (including the number of branches and spikelets, the lengths of panicle and branches, and the diameter of panicle axis), the spatial coordinates of panicle axis and branches, and the RGB (red, green and blue) values of panicle color in rice. The dynamics of rice panicle morphology, panicle and branch curves, and RGB values of panicle color with thermal time (TT) were then characterized and simulated. The derived models were further used to visualize rice panicle in 3D. The results indicated that some appropriate functions (quadratic, logistic, exponential and Gaussian) could be chosen to describe the dynamics of the panicle geometric morphology and the RGB values of panicle color with time (growing process) and space (distributions of panicle organs) during panicle development. Combining the above models with the topological structure of rice panicle, rice panicle was visualized with Microsoft.Net and OpenGL (a graphics library). Validation of the models with the independent data indicated that all relative root mean square errors (RRMSEs) between the measured and simulated values were below 20%. Comparison of virtual and real panicles at different development stages showed that the virtual rice panicles were quite similar to real panicles. Overall, the present study could effectively simulate the dynamic changes of 3D morphology and color characteristics of rice panicle, and would provide a key technological support for fulfilling visualization of the whole rice plant.