香蕉胚胎发育晚期丰富蛋白(MaLEA)家族生物信息学分析

晚期胚胎发育丰富蛋白(late embryogenesis abundant protein, LEA)普遍存在于植物中,该家族蛋白在非生物胁迫下大量积累以保护植物正常生长发育。为了探索MaLEA家族蛋白在调控香蕉非生物胁迫中的功能,本研究利用生物信息学方法对23个香蕉LEA家族的基因结构、理化性质、亚细胞定位、系统进化、表达特性及启动子进行初步研究。结果显示:Ma LEA家族属于高度亲水蛋白,等电点在4.6～9.96之间,大多数定位于细胞质,同时在细胞核、叶绿体和线粒体也有分布。聚类分析发现MaLEA家族共分为7组,不同组间Motif存在一定差异;在启动子序列中,内含子数目为0～3。转录组数据显示,大多数MaLEA家族成员在香蕉果实发育的前期表达量较高;同时,MaLEA3、MaLEA5、MaLEA14和MaLEA23响应了干旱、盐和冷胁迫。进一步分析MaLEA家族基因启动子区响应元件,发现大量响应盐、干旱、高温、低温胁迫、机械损伤和茉莉酸甲酯、脱落酸激素等的顺式作用元件,推测Ma LEA家族在非生物胁迫中发挥着重要作用,为深入研究香蕉MaLEA家族基因的功能提供了基础数据。     

棉花种子特异表达的LEA启动子克隆及功能验证

以棉花品种新陆早33号为材料,克隆获得其胚胎发育晚期丰富蛋白LEA基因的种子特异性启动子。启动子序列全长为1228bp;作用元件分析表明该区域除了具有启动子核心调控序列外,还含有多个与组织特异性、激素、逆境等表达相关的顺式作用元件,如E-box、ABRE元件、A-box等。与已报道的棉花品种Coker 201的LEA基因D34的5'端上游调控序列1212bp相比,两者具有97%的一致性。拟南芥遗传转化的功能分析结果表明,所克隆的序列能驱动GUS基因在种子中特异表达,且GUS主要在转基因植物的种子发育后期表达;其表达强度要弱于组成型的CaMV35S启动子。研究结果不仅有助于进一步深入认识棉花LEA基因功能及其表达调控规律,也为植物遗传转化提供组织特异性的启动子。     

植物种子发育相关NAC家族转录因子研究进展

种子的发育和营养物质积累过程依赖于大量基因的表达和调控,研究这些基因的表达调控规律有助于了解种子发育过程中各种营养物质积累的分子机制.植物特有的NAC转录因子参与种子发育过程的调控,本文综述了NAC家族转录因子的系统发育关系,并对在种子发育过程中起调控作用的NAC家族转录因子的研究进行了总结归纳.     

东北白桦(Betula platyphylla Suk.)LEA基因的克隆及盐胁迫响应基因的鉴定

LEA蛋白(late embryogenesis abundant proteins)是一类胚胎发育晚期种子中大量富集的蛋白,在植物抗逆过程中起重要作用。目前,白桦的全基因组测序工作已经完成,在此基础上,本研究根据已报导的拟南芥抗逆相关LEA基因,从白桦全基因组序列中鉴定出13个与这些抗逆LEA基因同源的白桦LEA基因。并进一步利用qRT-PCR方法研究这些LEA基因对盐胁迫的表达响应,从而鉴定出在白桦响应盐胁迫过程中起作用的LEA基因,这些盐胁迫响应的LEA基因将为白桦的抗性育种及抗逆分子生物学研究提供帮助。     

小麦胁迫相关基因TaLEAL3的克隆及分子特性分析

第3组LEA蛋白(late embryogenesis abundant protein)介导干旱、高温、高盐等非生物胁迫响应, 关于普通小麦LEA基因的研究鲜有报道。利用噬菌体原位杂交技术, 从小麦苗期干旱胁迫条件构建的cDNA文库中筛选出LEA蛋白基因TaLEAL3, 其全长750 bp, 编码区长501 bp, 编码166个氨基酸, 含有一个明显的核定位信号区。氨基酸同源性分析发现, TaLEAL3属于第3组LEA蛋白, 序列中含有由11个氨基酸组成的3个不完全重复的基序和α-螺旋的LEA结构。电子定位结果显示, TaLEAL3基因位于4BL、4DL和5AL染色体上, 主要在茎中表达, 而在根中几乎无表达。实时荧光定量PCR分析表明, 在干旱、低温和ABA诱导下, TaLEAL3基因表达量明显增加。在该基因上游1.7 kb序列处, 预测具有启动子的核心序列和增强子序列, 及与干旱和低温等多种逆境胁迫相关的调控序列。本研究为深入分析小麦LEA蛋白基因的功能, 初步解析LEA蛋白的作用机制提供了数据。     

谷子LEA＿1基因家族鉴定及其渗透胁迫响应

胚胎发育晚期丰富(late embryogenesis abundant,LEA)蛋白在植物响应多种非生物胁迫过程中具有重要作用。基于表达谱测序数据我们分析了抗旱谷子品种(GG)和干旱敏感品种(JF)在PEG胁迫0.5 h前后LEA基因的表达变化,发现谷子LEA_1家族的Seita.6G114000基因在抗旱性不同的谷子品种中胁迫响应模式不同;利用同源序列比对和保守结构域分析我们系统鉴定得到5个谷子LEA_1家族蛋白(PF03760),该家族基因序列短,启动子区皆含多个ABRE元件,蛋白质N端序列高度保守;通过分析NCBI数据库中谷子转录组测序数据(SRA062640),发现谷子LEA_1家族基因在‘豫谷1号’中PEG胁迫7 h前后转录本丰度变化显著,表明LEA_1家族蛋白在谷子应对干旱胁迫过程中发挥重要作用。上述结果为深入研究LEA_1基因在逆境应答中的功能提供参考。     

蓖麻RcWRI1基因表达分析及生物信息学分析

WRINKLED1(WRI1)是成熟拟南芥种子中油脂积累的重要调节蛋白,是植物特异转录因子家族(AP2/EREBP)的一个成员,其靶基因主要参与脂肪酸合成和糖酵解,因而在植物脂肪酸合成和积累中起着重要的作用。通过半定量分析了蓖麻中与拟南芥WRI1同源的RcWRI1、RcWRI3和RcAIL5基因在叶片及种子不同发育时期的表达量。结果显示在叶片中RcWRI1和RcAIL5基因有少量表达,RcWRI3无表达;在种子发育过程中,RcWRI3基因仅在种子发育前期表达,RcWRI1和RcAIL5基因在发育过程中表达量先增大后减小,其中RcWRI1的表达量较高。并进一步对RcWRI1、RcWRI3、RcAIL5进行生物信息学分析。     

花生荚果发育过程中的microRNA鉴定与表达分析

花生(Arachis hypogaea L.)是典型“地上开花、地下结果”的作物,为从转录后调控水平解析此独特的果实发育现象,本文应用small RNA测序技术研究荚果发育11个时期果壳及种子中的microRNA及其靶基因。通过测序分别获得212个已知的microRNA和112个新microRNA,其中,已知microRNA包括197个保守microRNA和15个花生特异microRNA,新microRNA来自62个新的microRNA前体序列。表达分析发现,67个microRNA及其靶基因在荚果发育的11个时期存在时空特异性表达,部分microRNA的表达量积累阶段性调节果壳与种子的发育,表明microRNA参与了花生荚果暗发育的整个过程。此外,对28个microRNA与30个靶基因进行荧光定量PCR验证发现,microRNA和靶基因的表达趋势与测序结果基本一致。本研究通过对花生荚果不同发育时期的果壳和种子进行small RNA测序,鉴定参与调控花生荚果膨大相关的microRNA,为研究黑暗条件下植物果实发育的调控机制与花生遗传改良奠定理论基础。     

花生油脂合成相关基因的表达谱分析

为研究不同发育时期花生籽仁油脂合成过程中基因表达调控模式,本研究以高油酸、中油花生品系F18和低油酸、低油花生品种‘鲁花6号’为材料,对下针后10、30、40、60 DAP(days after pegging)的花生种子进行表达谱芯片测序。结果表明,130、3556、2783个基因分别在30、40、60 DAP时期差异表达。GO注释和KEGG富集结果显示,差异表达的基因主要富集在脂肪酸合成和光合等代谢进程中,其中FAB2、FAD2、WRI1等主要参与油酸的积累,参与光合作用的基因均为捕光叶绿素a/b结合蛋白,全部上调表达。代谢通路图结果表明,籽仁发育的40 DAP和60 DAP时期,脂肪酸合成途径的基因均上调表达。研究结果为花生油脂代谢的分子机制提供理论基础,同时也为花生品质改良贡献了基因资源。     

西藏青稞LEA3蛋白新抗旱基因的克隆与序列分析

以强抗旱青稞冬青8号和弱抗旱青稞品比14为材料,将幼苗经干旱诱导处理12 h提取总RNA,RT-PCR同源克隆到2个有差异的LEA3蛋白抗旱基因的全编码框序列。冬青8号、品比14的LEA3蛋白基因序列全长分别为661 bp和694 bp,其中,来源于品比14的LEA3蛋白基因编码框全长639 bp,编码含213个氨基酸残基的蛋白质,该多肽含有9个重复的、由11个氨基酸残基组成的保守基元序列。而来源冬青8号的LEA3蛋白基因与之相比较除缺少33 bp核苷酸外,另有6个碱基的差异,所编码的蛋白质也相应地缺少第4个保守基元序列,由8个重复的保守基元序列组成。二者在DNA与氨基酸序列上的同源性分别为94.38%和92.02%。结果证实抗旱性不同的青稞品种之间LEA3抗旱蛋白保守基元拷贝数有差异,推测抗旱蛋白结构的差异可能对植物的抗旱性有影响。     

植物LEA 蛋白及其功能

干旱、盐碱和冻害是限制植物生长发育的主要逆境因子,胚胎晚期丰富蛋白（LEA）是一类重要的植物细胞脱水保护蛋白,在抵御干旱等非生物胁迫过程中发挥着重要功能。本文介绍了植物LEA蛋白的种类、结构及其表达特性,并综述了该类蛋白在提高植物抗旱、耐盐及抗冻能力等方面的研究进展。     

顽拗性种子的发育特性与脱水耐性

顽拗性种子不经过成熟脱水，在整个发育过程中保持代谢活性，没有明显的静止期，对脱水高度敏感。主要的贮藏物质是可溶性的糖，淀粉是碳水化合物贮藏物的唯一复杂形式。顽拗性种子在发育后期，胚中的ABA含量下降，胚缺乏LEA蛋白，在贮藏物积累阶段获得发芽能力。脱水耐性的影响因子主要有ABA、寡糖和LEA蛋白等。     

种子自然老化时蛋白质类型的变化

许多作物种子,在收获后的贮藏过程中,往往使活力下降或丧失种子活力,既影响了农业生产又降低了人们食用的价值。由于种子活力的重要性,吸引不少研究者从不同的角度进行研究,目前获得了许多与种子活力有关的生理生化指标。但是影响种子活力的一个重要方面     

柠条锦鸡儿CkLEA4-1基因的克隆及表达分析

为研究胚胎发育晚期蛋白(LEA)在柠条中的生物学功能,从已构建的柠条锦鸡儿干旱胁迫抑制削减杂交文库中筛选到一条LEA蛋白编码基因,并采用RT-PCR法进行克隆。所得LEA基因的开放阅读框(ORF)长1 119 bp,编码373个氨基酸的蛋白质,命名为CkLEA4-1。结合序列比对与系统进化分析结果,推断CkLEA4-1属于5族LEA蛋白。利用实时荧光定量PCR技术对CkLEA4-1在干旱、高盐等逆境胁迫条件下的表达情况进行初步研究,结果表明,CkLEA4-1受到不同程度的诱导,推测该基因可能与柠条锦鸡儿响应逆境胁迫有关。研究还成功构建了CkLEA4-1的过表达载体p Can G-CkLEA4-1,得到转基因纯合体株系,为进一步研究柠条锦鸡儿CkLEA4-1基因的功能提供了材料。     

花生Rab2基因的克隆及表达分析

Rab2是小GTP结合蛋白家族成员之一,控制着蛋白从内质网到高尔基体的运输,研究发现有些Rab2基因受多种逆境胁迫的诱导表达。为了获得花生Rab2基因,本试验根据拼接的cDNA序列设计1对特异性引物,通过RT-PCR克隆了1个花生Rab2基因。测序结果显示其cDNA含有长636 bp的完整开放阅读框,编码的蛋白含211个氨基酸,推测分子量为23.4 kDa。比对分析发现花生Rab2蛋白与多种生物的Rab2的氨基酸序列具有较高的同源性,荧光定量PCR研究表明AhRab2基因受低温、干旱、盐和植物激素ABA的诱导表达。这为利用基因工程手段调控花生的抗逆性奠定了基础。     

小琴丝竹和凤尾竹LEA3基因的克隆及分析

中国竹类植物资源丰富,栽培历史悠久,是集生态、经济和社会价值于一身的园林植物。本研究以小琴丝竹和凤尾竹为材料提取叶片总DNA,通过PCR扩增技术克隆得到2种竹类植物LEA3基因,其中小琴丝竹LEA3基因全长810 bp,编码区序列编码188个氨基酸,GC含量为67.9%;凤尾竹LEA3基因全长分别为810 bp和834 bp,编码区序列分别编码188个氨基酸和195个氨基酸,GC含量为67.72%和68.53%。通过DNAMAN等生物软件分析发现,小琴丝竹和凤尾竹LEA3基因与其他禾本科LEA3基因同源性均在77%以上,同源性较高,且编码蛋白均属于稳定的亲水蛋白;此外,小琴丝竹和凤尾竹LEA3基因均包含一个完整的开放阅读框,其编码的氨基酸均含有6个由11个氨基酸组成的保守基元序列,本研究不仅为分析其他竹类植物的脱水耐受性机制提供基础数据,同时也为竹类植物及其他农作物抗旱育种提供了科学依据。     

甘菊中FLORICAULA/LEAFY同源基因DFL的基因组序列(登录号:AY672542)

There are many genes which control the flowering development. FLORICA ULA/LEA FY gene is one of controlling flower meristem identity of plant. We isolated the homologue gene (DFL) of FLORICA ULA/LEA FY from D. lavandulifolium. The genomic sequence of DFL include three extron and two intron. The number and position of introns are conserved with other most FLORICA ULA/LEA FY homologue. This result is helpful for better understanding the mechanisms of plant flowering and may have important effect in the forestry and angriculture.     

西伯利亚蓼PsLEA基因的克隆及在NaHCO_3胁迫下的表达

根据西伯利亚蓼叶片cDNA文库中获得的胚胎发育晚期丰富蛋白(late embryogenesis abundant proteins,LEA)基因的部分序列,采用cDNA末端快速扩增(RACE)技术成功克隆了胚胎发育晚期丰富蛋白基因(LEA),命名为PsLEA(GenBank登录号:FJ478172)。该基因全长686bp,5'非翻译区为102bp,3'非翻译区为131bp,开放读码框为453bp,编码150个氨基酸。荧光定量PCR分析表明:正常情况下PsLEA基因在西伯利亚蓼的叶、茎和地下茎中皆有表达,其中茎中表达量最高。3%NaHCO3诱导胁迫下,叶、茎、地下茎中PsLEA表达均受到影响且表达模式存在差异,说明PsLEA基因与西伯利亚蓼的耐盐性相关。