玉米甘油-3-磷酸酰基转移酶基因ZmGPAT13生物信息学及表达特性分析

【目的】对玉米（Zea mays L.）甘油-3-磷酸酰基转移酶（Glycerol-3-phosphate acyltransferase,GPAT）家族成员ZmGPAT13进行生物信息学分析和在不同非生物胁迫处理下的基因表达模式变化检测，为进一步研究ZmGPAT13的生物学功能奠定理论基础。【方法】通过TAIR和MaizeGDB数据库获得拟南芥（Arabidopsis thaliana）和玉米中GPAT家族蛋白序列，利用生物信息学方法进行理化性质、蛋白结构、亚细胞定位、保守基序、系统进化、磷酸化位点和启动子顺式作用元件等分析，并采用荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对ZmGPAT13在不同组织部位及甘露醇（Mannitol）、NaCl、脱落酸（ABA）、高温（42℃）、低温（4℃）处理下的相对基因表达量进行分析。【结果】ZmGPAT13是一个定位于线粒体的跨膜蛋白，与部分GPAT家族成员含有排序相同的15个保守基序（motif），且与拟南芥中AtGPAT1的亲缘关系最近；预测分析发现ZmGPAT13含有62个磷酸化位点，可能与玉米中多个GPATs存在相互作用关系；ZmGPAT13基...     

小麦锌指转录因子TaDi19A对低温的响应及其互作蛋白的筛选

【目的】锌指类转录因子在植物逆境信号转导和非生物胁迫响应中发挥重要的作用。通过对小麦锌指转录因子基因Ta Di19A的耐冷性能进行鉴定,利用酵母双杂交技术筛选并获得与Ta Di19A互作的候选蛋白,以解析Ta Di19A介导的抗逆调控机制。【方法】通过对低温处理的小麦转录组测序结果进行分析,获得一个锌指类转录因子Ta Di19A。利用生物信息学的方法分析Ta Di19A的分子特性,用SMART在线工具进行蛋白结构分析;用GSDS和PHYRE2在线工具分别对Ta Di19A结构和蛋白三级结构进行分析;用Net Phos 2.0 Server数据库预测Ta Di19A蛋白磷酸化位点。以低温处理的小麦c DNA作为模板,通过SYBR Green染料法进行实时荧光定量PCR,检测Ta Di19A在低温处理不同时间段的表达模式。构建植物表达载体p BI121-Ta Di19A,通过花序侵染法转化拟南芥,用T3代拟南芥进行耐冷性鉴定,分析低温处理对转基因拟南芥的根长、鲜重和存活率的影响。检测转Ta Di19A拟南芥中抗逆相关基因表达变化,分析Ta Di19A调控植物耐冷性的作用机制。构建诱饵载体p GBKT7-Ta Di19A,验证自激活活性;利用酵母双杂交技术,将诱饵载体p GBKT7-Ta Di19A和小麦c DNA文库共转化酵母AH109感受态细胞,通过SD/-Trp/-Leu/-His/-Ade和X-α-gal显蓝反应筛选得到阳性克隆,测序和BLAST分析获得候选蛋白。【结果】小麦Ta Di19A编码区全长747 bp,编码248个氨基酸,分子量为28.03 k D,等电点为4.74,基因含4个外显子,3个内含子。Ta Di19A蛋白靠近N-端包含锌指结合结构域,C端为Di19结构域,预测的Ta Di19A蛋白三级结构包含2个α螺旋结构。磷酸化位点分析结果显示Ta Di19A蛋白含有12个丝氨酸、9个苏氨酸和3个酪氨酸磷酸化位点。实时荧光定量PCR结果显示,Ta Di19A受低温胁迫诱导表达。正常生长条件下,转基因和野生型拟南芥没有明显差异,低温处理下,转基因拟南芥的根长明显大于野生型拟南芥,并且耐冷性强于野生型拟南芥。下游基因检测结果表明,低温处理后,CBL1、CBL2和KIN1等冷胁迫响应相关基因在野生型和转基因植株中表达量都升高,在转基因植株中的表达量显著高于野生型,表明Ta Di19A可能通过调节下游冷胁迫响应相关基因的表达提高转基因植物的耐冷性。通过对酵母双杂交系统筛选到的候选互作蛋白进行初步分析表明,这些候选互作蛋白主要参与植物体的信号转导和非生物胁迫响应过程,表明Ta Di19A在植物的逆境信号转导及非生物胁迫响应过程中发挥着重要作用。【结论】小麦Ta Di19A受低温诱导表达,过表达能够提高转基因拟南芥的耐冷性;而Ta Di19A功能的发挥可能需要其他蛋白的参与。     

小麦蛋白激酶TaMAPK2互作蛋白的筛选与验证

【目的】利用构建的干旱胁迫处理的小麦cDNA文库,通过酵母双杂系统筛选与小麦TaMAPK2互作的蛋白,并对其进行验证分析。【方法】以小麦cDNA为模板克隆得到TaMAPK2,构建pGBKT7-TaMAPK2诱饵载体,将诱饵载体pGBKT7-TaMAPK2质粒以及pGADT7和小麦cDNA文库共转化酵母AH109菌株感受态细胞,在SD/-Trp/-Leu/-His/-Ade营养缺陷型培养基上30℃培养3-5 d,挑选单克隆于YPDA培养基中培养,吸取1 μL各候选克隆的菌液点至于SD/Raf/Gal/x-gal平板上培养,筛选蓝色单克隆。将筛出的单克隆经测序、序列比对分析,初步获得与TaMAPK2互作的候选蛋白。采用双酶切的方法构建pGADT7-HSP90以及pSPYNE-TaMAPK2和pSPYCE-HSP90双分子荧光互补表达载体,将重组载体质粒pGADT7-HSP90和pGBKT7-TaMAPK2共转化AH109酵母感受态细胞,利用酵母双杂交的方法验证TaMAPK2与候选蛋白HSP90的相互作用;采用PEG-Ca2+介导法将双分子荧光互补表达载体pSPYNE-TaMAPK2和pSPYCE-HSP90共转化小麦原生质体细胞,激光共聚焦显微镜下观察相互作用产生的YFP荧光信号。根据HSP90的保守序列设计特异引物,在SYBR Green Ⅰ的检测模式基础上,构建HSP90的实时荧光定量PCR检测体系,检测HSP90在不同胁迫处理以及不同组织的小麦植株中的表达量。【结果】通过对候选蛋白的初步分析表明这些候选蛋白主要参与植物体的信号转导或免疫过程,表明TaMAPK2在植物的逆境信号转导、基因转录调控过程中发挥着重要作用。通过酵母双杂交显蓝系统和双分子荧光互补技术（BiFc）进一步确认HSP90与TaMAPK2的互作关系。HSP90定位在细胞核、细胞膜以及细胞质中,且在植物的根茎叶中均有表达,在根中的表达量最高。通过实时荧光定量PCR分析显示,HSP90基因受到高温、低温、高盐和ABA胁迫后表达量上调。【结论】HSP90作为分子伴侣,在降解这些受损或异常蛋白以及调控抗逆相关转录因子表达的过程中发挥着重要的作用。非生物胁迫会引起植物体内一些受损或异常蛋白聚合物的积累,HSP90能通过折叠已损坏的蛋白底物以及构象的维持来保持细胞的完整性。表明在植物逆境信号转导过程中,TaMAPK2功能的发挥可能需要HSP90蛋白的参与。     

小麦SnRK2.2基因克隆、表达载体构建及转化

SnRK2基因家族成员参与蛋白质的磷酸化,在植物抵御非生物胁迫方面发挥重要的作用。本研究以水稻SAPK2基因序列为基础,通过RT-PCR技术克隆得到一个新的小麦SnRK2基因,命名为Ta SnRK2.2,并提交到Gen Bank(登录号:KJ850253)。Ta SnRK2.2基因全长4 118 bp,由9个外显子和8个内含子组成,包含一个1 026 bp的开放阅读框,编码341个氨基酸。SnRK2.2基因序列在禾本科植物中高度保守,Ta SnRK2.2与水稻SAPK2以及玉米SnRK2.2亲缘关系较近。Ta SnRK2.2基因编码的蛋白质分子量为38.64 k D,理论等电点为5.45,含有SnRK2基因家族典型的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶保守结构域和多处磷酸化位点。构建了Ta SnRK2.2基因过表达载体,转化拟南芥,获得转基因植株,通过RT-PCR方法检测到Ta SnRK2.2基因在拟南芥中稳定表达。     

意大利蜜蜂Ci蛋白的生物信息学分析

【目的】掌握意大利蜜蜂转录因子(Ci)的生物信息学并阐述其功能,为揭示Ci蛋白在意大利蜜蜂Hh信号通路中的功能和作用打下基础。【方法】从NCBI获取意大利蜜蜂Ci蛋白氨基酸序列,分别使用ProtParam预测其理化性质、SignalP-5.0预测信号肽、TMHMM-2.0预测跨膜结构,通过NetOGlyc 3.0、NetNGlyc 1.0、NetPhos 3.1、SUMOplot等进行O-糖基化位点、N-糖基化位点、磷酸化位点及苏木化位点预测,采用GOR4、SWISS-MODEL、CD-Search等预测意大利蜜蜂Ci蛋白高级结构,在多重序列比对分析的基础上利用MEGA 11.0构建系统发育进化树,并通过String数据库预测相互作用蛋白。【结果】意大利蜜蜂Ci蛋白存在2个亚型,分别是XP_624136.4和XP_006558245.2。其中,XP_624136.4亚型的开放阅读(ORF)为4338 bp,编码1445个氨基酸残基,编码蛋白分子量为15.50 kD,理论等电点(pI)为8.39;XP_006558245.2亚型的ORF为3873 bp,编码1290个氨基酸残基,编码蛋白分子量13.99 kD,pI为8.48。2个亚型均属于不稳定的两性蛋白,无信号肽,无跨膜结构,主要定位于在细胞核,少数分布在囊细胞质,XP_006558245.2亚型在线粒体中也有少量分布。XP_624136.4亚型存在2个O-糖基化位点、9个N-糖基化位点、174个磷酸化位点及5个苏木素化位点;XP_006558245.2亚型存在26个O-糖基化位点、8个N-糖基化位点、156个磷酸化位点及5个苏木素化位点。意大利蜜蜂Ci蛋白二级结构主要有α-螺旋、延伸链和无规则卷曲,其三级结构中无规则卷曲、延伸链分布较多,α-螺旋分布较少;2个亚型均具有5个典型的C₂H₂型锌指蛋白结构域,且从昆虫到哺乳动物Ci蛋白序列高度保守。意大利蜜蜂Ci蛋白与Kinesin-B、Ptc、Poz、Su(fu)、Slmb、Smo、Csnk1a1、Cul-3和Fu等驱动蛋白样蛋白形成相互作用网络。【结论】意大利蜜蜂Ci蛋白属于不稳定的两性蛋白,主要定位于细胞核中,少量分布在囊细胞质或线粒体中,具有5个典型的C₂H₂型锌指蛋白结构域,蛋白序列高度保守,在意大利蜜蜂Hh信号通路中主要承担转录功能,对意大利蜜蜂的生长发育、跨膜运输、突触传递、信号转导及蛋白生成等起重要调控作用。     

小麦TaDREB6转录因子互作蛋白的筛选

 【目的】利用酵母双杂交技术从小麦cDNA文库中筛选TaDREB6互作蛋白,进一步研究DREB介导的小麦抗逆机制。【方法】以小麦的cDNA为模板扩增得到TaDREB6,构建小麦cDNA文库和pGBKT7-TaDREB6诱饵载体,将诱饵载体pGBKT7-TaDREB6以及pGADT7和cDNA文库混匀转入AH109酵母感受态细胞,在SD/-Ade/-His/-Leu/-Trp营养缺陷型培养基上,30℃培养3—5 d,挑取平板上直径大于2 mm的菌落,进行显蓝筛选。【结果】对筛选到的102个候选阳性克隆进行测序,在NCBI上进行BLAST比对分析,获得与能量代谢、抗逆和防御、转运、转录和翻译、信号转导以及生长发育等相关的候选蛋白。【结论】筛选得到候选蛋白的功能预测表明TaDREB6可能参与了多条信号转导途径,在抗逆境调控中具有重要作用。     

利用WGCNA鉴定谷子内源脱落酸响应禾生指梗霉胁迫的共表达基因

【目的】脱落酸(ABA)作为一类逆境激素,在植物生长发育、生物胁迫和非生物胁迫中发挥着重要作用。脱落酸受体蛋白PYR/PYL/PCAR及SNF1相关的蛋白激酶(SnRK2)是介导脱落酸信号转导的重要调控因子。本研究通过预测脱落酸及其信号转导途径中关键基因在谷子白发病致病菌禾生指梗霉(Sclerospora graminicola)中的调控作用,为谷子内源脱落酸响应禾生指梗霉侵染的互作研究提供参考。【方法】通过对禾生指梗霉侵染的晋谷21号谷子进行转录组测序和脱落酸含量测定,基于谷子全基因组对脱落酸信号转导通路上的PYL和SnRK2家族基因进行鉴定、分析,利用测定的转录组构建加权基因共表达网络(WGCNA),并与禾生指梗霉侵染引起的寄主内源脱落酸含量进行关联,预测脱落酸及其下游信号转导基因PYL和SnRK2在谷子与禾生指梗霉互作调控中的关键核心基因;利用qRT-PCR技术对候选基因进行验证。【结果】谷子中存在禾本科中较为保守的PYL和SnRK2家族基因各11个,且在PYL和SnRK2家族基因的启动子上均预测到脱落酸响应元件。在禾生指梗霉侵染后,寄主内源脱落酸在第一、第二时期大量积累,含量显著高于对照组,分别为22.50和18.08 ng·mL-1,而在第三、第四和第五时期脱落酸含量下降,低于对照组。在基因共表达网络分析中,利用18 535个基因共构建了34个基因共表达模块。通过对脱落酸含量和PYL、SnRK2家族基因的关联分析,预测到MEpaleturquoise和MEbrown模块为核心候选模块。利用GO功能富集和模块关键基因的挖掘共预测到1个PYL家族基因Seita.1G030500和2个SnRK2家族基因Seita.2G394500、Seita.3G03200,以及3个核心基因Seita.4G105600、Seita.6G218100和Seita.9G138400,共6个基因可能在脱落酸及其信号转导调控过程中参与谷子与禾生指梗霉的互作。对预测到的3个核心基因在水稻和拟南芥数据中进行比对,鉴定到Seita.4G105600为转导蛋白/WD40重复超家族蛋白、Seita.6G218100为WRKY57转录因子、Seita.9G138400为TIFY转录因子。qRT-PCR分析表明Seita.2G394500、Seita.4G105600和Seita.6G218100基因在谷子白发病早期表达均上调。【结论】谷子在受到禾生指梗霉侵染后脱落酸会在体内大量积累,预测到1个PYL家族基因、2个SnRK2家族基因、2个转录因子基因和1个WD40家族蛋白基因参与谷子内源脱落酸响应禾生指梗霉侵染过程。qRT-PCR结果表明1个SnRK2家族基因、1个WD40家族蛋白基因和1个WRKY57转录因子基因共3个基因可能在谷子脱落酸响应禾生指梗霉侵染过程中发挥重要作用。     

红肉苹果MdMKK9互作蛋白的筛选与鉴定

MKK9是丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族重要成员之一，是在植物细胞响应外界胁迫信号转导中发挥重要作用的酶。为深入研究苹果MKK9的相关功能，以红肉苹果‘黛红’为材料，克隆到MdMKK9基因CDS序列，利用酵母双杂交试验筛选苹果cDNA文库，并通过酵母双杂交筛选、体内双分子荧光互补(BiFC)和体外Pull-down试验进行MdMKK9互作蛋白验证。结果表明，通过对苹果cDNA文库的筛选，共获得11个参与调控植物生长发育及应答逆境胁迫的候选互作蛋白；选取花青苷合成相关蛋白MdCHS及氮胁迫调控相关蛋白MdSPX3进行酵母双杂交、体内BiFC及体外Pull-down试验，结果证明MdMKK9可与MdSPX3互作。     

苹果MdJAZ1基因表达及蛋白互作分析

【目的】克隆苹果茉莉酸信号途径阻遏因子基因MdJAZ1,并对其表达及蛋白互作进行分析,为进一步研究MdJAZ1的功能奠定基础。【方法】以TIFY及Jas功能域为探针,在苹果基因组中进行比对,获得多个同源基因,对其中的一个基因设计引物进行克隆;利用DNAMan软件对该基因编码蛋白的分子量、等电点进行预测;利用SMART在线分析软件对该蛋白的功能域进行分析;利用MEGA5.0对该蛋白与拟南芥JAZ家族蛋白构建系统发育树;利用荧光定量PCR分析该基因在苹果不同组织器官、茉莉酸甲酯及创伤处理下的表达情况;利用PlantCARE在线软件分析该基因启动子区域的顺式作用元件;利用酵母双杂交系统检测MdJAZ1蛋白的二聚化及其与拟南芥AtCOI1蛋白的互作关系。【结果】MdJAZ1开放阅读框为1 149 bp,编码382个氨基酸残基,其蛋白的分子量为40.536 kDa,等电点9。氨基酸序列分析显示,该蛋白包含保守的TIFY及Jas结构域;系统发育树分析显示,MdJAZ1蛋白与拟南芥JAZ家族AtJAZ3、AtJAZ4亲缘关系最近;qPCR结果显示,MdJAZ1在苹果的根、茎、叶、花及果实等组织中都有表达,但表达水平存在明显差异,其中根中的表达量最高,果实中的表达量最低;该基因还能被茉莉酸甲酯及创伤处理诱导表达,均在1 h内达到最高表达水平;启动子分析显示,MdJAZ1启动子中包含多个ABA、乙烯、抗病及逆境胁迫等响应元件,此外,还包含多个MYB结合位点;酵母双杂交结果显示,MdJAZ1蛋白能与其自身相互作用形成同源二聚体,还可与拟南芥中同源性较近的AtJAZ3、AtJAZ4蛋白相互作用形成异源二聚体,并且在冠菌素存在时,MdJAZ1蛋白可与拟南芥F-box蛋白AtCOI1相互作用。【结论】MdJAZ1受茉莉酸甲酯及创伤诱导表达,其蛋白能形成同源及异源二聚体,且在冠菌素存在时可与AtCOI1互作。     

木薯MeASR3基因的克隆及表达分析

【目的】克隆木薯脱落酸、胁迫、成熟诱导蛋白(abscisic acid, stress, ripening-induced, ASR)的cDNA序列,检测该基因在ABA、H_2O_2、NaCl和甘露醇4种处理下的表达模式,为揭示ASR基因在木薯耐旱机制中的作用提供参考。【方法】以木薯KU50叶片总RNA反转录的cDNA为模板,利用PCR的方法扩增获得一个ASR家族基因,对其进行了氨基酸序列比对和进化树分析,并利用荧光定量PCR技术对该基因在多种处理下的表达模式进行分析。【结果】克隆得到的cDNA长度为459 bp,编码153个氨基酸,命名为MeASR3 (GeneBank登录号:XM_021744431.1)。序列比对结果表明MeASR3含有ASR家族蛋白的主要特征功能域,进化树显示MeASR3与橡胶树来源的ASR蛋白亲缘关系最近。荧光定量结果表明MeASR3在转录水平受到H_2O_2、甘露醇和高盐胁迫的诱导作用,同时受到ABA的抑制作用。【结论】克隆获得木薯MeASR3基因,该基因在转录水平响应ABA处理以及氧化、高盐和干旱胁迫,可能参与到ABA以及多种胁迫下的信号转导途径,可作为候选基因用于木薯耐旱机制的研究。     

辣椒ASR基因的克隆与表达分析

【目的】克隆辣椒ASR（ABA-stress-ripening）基因进行生物信息学分析并探究其在不同组织和非生物胁迫处理下的表达模式,为深入研究ASR基因家族在辣椒果实发育和逆境胁迫中的作用机制提供参考。【方法】以遵辣1号辣椒为材料克隆其ASR基因,对该基因家族成员进行生物信息学分析和系统进化分析,运用实时荧光定量PCR检测其在不同组织及在ABA、高温、高盐和干旱胁迫处理下的表达模式。【结果】克隆的2个辣椒ASR基因分别命名为CaASR2和CaASR3,基因全长分别为987和938 bp,最长开放阅读框（ORF）分别为333和339 bp,分别编码110和112个氨基酸,蛋白分子量分别为12.45和12.73 kD,理论等电点（pI）分别为7.47和6.50,均为亲水性蛋白。结合前人克隆的辣椒CaASR1基因分析,结果显示,CaASRs预测位于细胞核,均含有ABA/WDS特征结构域;基因结构分析结果显示,辣椒ASR基因均含有2个外显子和1个内含子,启动子区域均包含ABA响应元件ABRE。CaASR1、CaASR2和CaASR3氨基酸序列分别与番茄（Solanum lycopersicum）基因组中的ASR蛋白氨基酸序列NP_001269248.1（80.20%）、NP_001307920.1（91.30%）和NP_001234137.1（96.43%）有非常高的相似性,表明其进化的相对保守性。3个ASR基因在辣椒花中表达量最低,在根、茎、叶和种子中表达量中等,但均随着果实的发育表达量逐渐升高,特别是在转色和成熟果实中。ABA、高温、高盐和干旱胁迫处理下,基因的表达量均显著升高（P<0.05）,其中以CaASR3响应最快,且上调表达量高于其他同源基因。【结论】辣椒基因组中3个ASR基因具有ASR基因家族的典型特征,并在辣椒不同组织和非生物胁迫响应中发挥重要作用。     

藜CaMAPKK2的表达分析及盐胁迫信号通路互作组分的筛选

【目的】通过对抗逆植物藜的丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）级联途径中MAPKK的胁迫表达模式分析及信号转导途径互作组分的筛选,探索植物藜响应外界胁迫信号诱发逆境耐受的机制。【方法】以藜叶片总RNA为模板,利用定量PCR方法对NaCl、H2O2和ABA胁迫下藜MAPKK表达规律进行了分析。利用RT-PCR结合RACE技术获得了藜MAPKK的全长cDNA序列。利用酵母双杂交技术对MAPKK盐胁迫信号通路互作组分进行了分析。【结果】获得一个藜MAPKK的全长cDNA序列,命名为CaMAPKK2,其开放阅读框为1 089 bp,编码一个由362个氨基酸组成的丝裂原活化蛋白激酶。定量PCR显示CaMAPKK2受盐胁迫诱导明显上调表达,同时受外源H2O2和ABA调控。H2O2合成抑制剂DPI与ABA合成抑制剂Na2WO4显著抑制了300 mmol•L-1 NaCl处理下CaMAPKK2的表达。以全长CaMAPKK2为诱饵蛋白,利用酵母双杂交技术筛选到5个可能与CaMAPKK2相互作用的蛋白。测序结果显示,其中1个序列可通读,该cDNA序列长794 bp,与欧洲赤杨（Alnus glutinosa）和拟南芥的噻唑合成酶（thiazole biosynthetic enzyme）基因AgTHI1和AtTHI1核酸序列相似度达79%和78%,其它4个序列没有连续的读码框。【结论】CaMAPKK2受NaCl和H2O2诱导上调表达,暗示盐胁迫可能通过诱导H2O2和ABA的积累从而导致CaMAPKK2表达增加。要进一步筛选CaMAPKK2互作组分需获得更多阳性克隆并开展相关功能验证试验。     

谷子转录因子基因SibZIP42在拟南芥中对高盐和ABA的响应

【目的】分析谷子抗逆相关转录因子基因Sib ZIP42的特性和生物学功能,探讨Sib ZIP42提高植物耐盐性的调控途径,为作物抗逆分子育种提供新的候选基因。【方法】利用生物信息学方法分析谷子Sib ZIP42的特性:使用Clustal X 2.0和MEGA 5.05软件对谷子Sib ZIP42蛋白序列及其同源序列进行多序列比对,并构建系统进化树;从数据库Phytozome获取谷子Sib ZIP42上游2 000 bp作为启动子序列,在PLACE数据库对Sib ZIP42启动子顺式作用元件进行分析;使用Net Phos 2.0 Server数据库预测Sib ZIP42蛋白磷酸化位点;利用实时荧光定量PCR检测Sib ZIP42在不同胁迫条件下的表达模式;将Sib ZIP42与绿色荧光蛋白GFP融合表达,检测Sib ZIP42蛋白的亚细胞定位情况;构建植物表达载体p BI121-Sib ZIP42,转化拟南芥并检测转Sib ZIP42拟南芥的耐盐性及对ABA处理的敏感性。分析转Sib ZIP42拟南芥中ABA及脱水响应相关基因表达变化,分析Sib ZIP42调控植物耐盐性的作用机制。【结果】谷子Sib ZIP42全长546 bp,编码由181个氨基酸组成的亲水性蛋白,分子量约为20.3k D,基因编码区包含1个外显子;系统进化树分析表明该基因位于b ZIP基因家族的S亚组;Sib ZIP42与拟南芥Atb ZIP42序列同源性最高;启动子元件分析表明,Sib ZIP42包含ABRE、MYB、MYC等多种逆境胁迫应答相关元件;磷酸化位点分析结果显示Sib ZIP42含有14个丝氨酸、4个酪氨酸和1个苏氨酸磷酸化位点;实时荧光定量PCR结果显示,Sib ZIP42对多种非生物胁迫均有不同程度的响应,在高盐、干旱(PEG)和ABA处理条件下表达量明显上升,Sib ZIP42在根部的表达量显著高于在茎及叶子中的表达;亚细胞定位结果表明,Sib ZIP42蛋白定位于细胞核中;基因功能分析结果显示,在正常MS培养基上,野生型拟南芥WT和Sib ZIP42转基因拟南芥的萌发率基本一致,在Na Cl浓度为90、120和150 mmol·L~(-1)的MS培养基上,转基因拟南芥萌发率显著高于WT,在90 mmol·L~(-1) Na Cl处理条件下,转基因拟南芥的绿化率显著高于WT;在ABA浓度为0.5、1和2μmol·L~(-1)的MS培养基上,转基因拟南芥的绿化率显著低于WT;下游基因检测结果表明,HIS1-3、RD29B和RAB18等ABA胁迫响应相关基因以及脱水响应相关基因At PIP2A在转基因植株中表达量显著高于在WT中的表达,表明Sib ZIP42可能通过ABA信号途径提高植物对高盐胁迫的耐性。【结论】与WT相比,Sib ZIP42转基因拟南芥株系在种子萌发时期耐盐性显著提高。同时,在种子萌发后期Sib ZIP42转基因株系相比于WT对ABA处理的敏感性增强,Sib ZIP42可能通过ABA信号途径正向调控植物的耐盐性。     

大豆锌指转录因子GmDi19-5对高温的响应及互作蛋白的筛选

【目的】高温胁迫已经成为威胁作物生长发育的主要非生物胁迫因素之一,转录因子在植物非生物胁迫响应中起着重要作用。通过对大豆锌指转录因子基因Gm Di19-5在高温胁迫下的响应和功能鉴定,以及利用酵母双杂交技术从大豆c DNA文库筛选与其互作的候选蛋白,研究Gm Di19-5对高温胁迫的响应机制。【方法】以大豆c DNA为模板,利用实时荧光定量PCR检测Gm Di19-5在高温处理不同时间段的表达模式;通过Plant CARE和PLACE数据库预测Gm Di19-5启动子元件,并对Gm Di19-5启动子转基因拟南芥在高温处理下进行的组织化学染色,分析Gm Di19-5启动子在高温胁迫下的活性;构建p GBKT7-Gm Di19-5诱饵载体,验证自激活活性;利用酵母双杂交技术,以p GBKT7-Gm Di19-5为诱饵筛选大豆c DNA文库,筛选与其互作的候选蛋白;进一步用酵母双杂交系统验证Gm Di19-5与候选蛋白的互作;利用实时荧光定量PCR检测候选蛋白基因在对高温处理的响应情况;构建融合表达载体,用GFP-Gm Di19-5融合表达载体转化拟南芥原生质体,检测Gm Di19-5蛋白的亚细胞定位情况。【结果】实时荧光定量PCR结果显示,Gm Di19-5在高温胁迫下上调表达;启动子元件分析表明,Gm Di19-5包含多种与胁迫应答相关的顺式作用元件,包括热响应元件HSE;组织化学染色分析发现,经高温处理后,过表达拟南芥幼苗的地上部分和地下部分均有报告基因的表达;亚细胞定位结果表明,Gm Di19-5蛋白定位于拟南芥原生质体的细胞核中;通过酵母双杂交技术筛选到了与Gm Di19-5互作的候选蛋白,试验进一步验证了Gm Di19-5与Gm Dna J在酵母细胞中互作;另外,实时荧光定量PCR结果显示,互作蛋白基因Gm Dna J受高温胁迫诱导表达。【结论】Gm Di19-5受高温诱导表达,Gm Di19-5可能与Gm Dna J互作,表明Gm Di19-5功能的发挥可能需要Gm Dna J的参与。     

澳洲坚果MYB1基因克隆及生物信息学分析

[目的]从澳洲坚果(Macadamia integrifolia)叶片中克隆MYB1转录因子基因(MiMYB1)并进行生物信息学分析,为揭示R2R3-MYB家族转录因子成员在澳洲坚果中的抗逆作用机制提供参考依据.[方法]利用PCR从澳洲坚果品种桂热一号叶片中克隆MiMYB1基因,采用ProtParam、TMHMM Server v.2.0和SMART:Main page等在线分析软件对MiMYB1蛋白进行生物信息学分析,运用DNAMAN 7.0进行蛋白氨基酸多序列比对分析,并从NCBI中选取126个拟南芥R2R3-MYB家族成员,以Geneious Pro v4.8.4中的邻接法(Neighbor-joining,NJ)构建系统发育进化树.[结果]从澳洲坚果品种桂热一号叶片中克隆获得的MiMYB1基因序列全长1205 bp,包含1062 bp的开放阅读框(ORF),共编码353个氨基酸,GenBank登录号为MN254975.MiMYB1蛋白具有2个SANT保守结构域,属于R2R3-MYB家族,是无跨膜结构、无信号肽且定位于细胞核的不稳定亲水性蛋白.MiMYB1氨基酸序列(MN254975)与荷花NnMYB39氨基酸序列(XP_010277911.1)的亲缘关系最近,相似性为71.81%;与哥伦比亚锦葵HuMYB102-like(XP_021293847.1)、榴莲DzMYB102-like(XP_022777375.1)、木薯MeMYB102-like(XP_021596793.1)和高山栎QsMYB102-like(XP_023877052.1)的MYB氨基酸序列相似性分别为67.47%、68.63%、64.44%和67.28%.MiMYB1蛋白与126个拟南芥R2R3-MYB家族成员的系统发育进化分析结果显示,MiMYB1与AtMYB41的亲缘关系最近,与AtMYB41、AtMYB74和AtMYB102同属于S11亚族,具有相似的生物学功能,即与植物抗逆性功能相关.[结论]MiMYB1是典型的植物R2R3-MYB转录因子,在澳洲坚果的抗逆反应中发挥作用.     

油棕脱落酸受体PYL基因家族的全基因组鉴定及表达分析

【目的】鉴定油棕（Elaeis guineensis）脱落酸（ABA）受体PYR/PYL/RCARs （PYL）基因家族成员,分析其表达特性,为探究ABA信号通路在油棕果肉成熟过程中的功能研究提供理论依据。【方法】以拟南芥和水稻的PYL蛋白氨基酸序列作为参考序列,通过BLASTp比对及保守结构域预测分析从油棕基因组中鉴定出PYL基因家族成员,利用生物信息学软件对其染色体定位、基因结构、启动子顺式作用元件及编码蛋白的理化性质、保守结构域、进化关系进行分析,并采用实时荧光定量PCR对PYL家族基因在不同组织、不同发育期果实及外源ABA处理下的表达特性进行检测。【结果】从油棕基因组中共鉴定出12个油棕PYL基因家族成员（EgPYL1~EgPYL112）,分布在8条染色体和1个Scaffolds上,含有1~3个外显子,开放阅读框（ORF）为564~765 bp,编码187~254个氨基酸,蛋白分子量为20.95~28.33 kD,等电点（pI）为5.26~7.95,不稳定指数为32.67~52.87,脂溶指数为73.87~87.60,总平均亲水性为-0.68~-0.17。12个PYL家族蛋白均含有特征结构域PYR/PYL/RCAR,分为3个亚族。EgPYL1和EgPYL6基因具有共线性,EgPYL4、EgPYL5、EgPYL9和EgPYL11基因具有共线性。EgPYLs基因的启动子上含有大量植物激素响应元件、逆境胁迫响应元件和光响应元件。EgPYLs基因在根、茎尖、叶、花和果肉中均有表达,但表达量差异较明显。EgPYL7、EgPYL8和EgPYL9基因的表达量随果肉成熟度增加逐渐升高,在23周达峰值。11个Eg PYLs基因均受外源ABA诱导表达。【结论】大多数PYL基因家族成员参与油棕对ABA的响应,且部分成员（如EgPYL7、EgPYL8和EgPYL9）在油棕果实发育中发挥重要的调控作用。     

红小豆与芸豆AREB1基因生物信息学分析

【目的】红小豆和芸豆作为重要的粮食作物,在我国东北地区广泛种植。但其在生长过程中经常遭受各种非生物逆境,如干旱、低温和盐碱胁迫等,这将严重影响其生长发育过程及产量品质的提高。AREB1是ABA信号转导中最为重要的转录因子之一,其可调节胁迫相关基因的表达,因此,解析红小豆和芸豆中AREB1基因的功能具有十分重要的意义。【方法】本研究利用拟南芥、NCBI、Phytozome等数据库初步获取红小豆和芸豆中的AREB1基因及蛋白序列,并通过Ex PASy、SOPMA和MEGA 5.0等在线软件对所得蛋白质序列进行理化特性分析、二级结构预测和系统发育树构建。【结果】红小豆AREB1同源蛋白共3个,芸豆AREB1同源蛋白5个,均属于不稳定的亲水性蛋白,二级结构均以α螺旋和无规卷曲为主。除芸豆XP_007136688.1外,其余几种同源蛋白均为碱性蛋白,消光系数、分子量、脂肪族氨基酸指数、等电点均相近。同时红小豆AREB1的3个同源蛋白亲缘关系也较为相近,芸豆AREB1的5个同源蛋白除芸豆XP_007136688.1外也表现出较近的进化关系。【结论】利用红小豆和芸豆中AREB1基因结构与功能的生物信息学分析结果,可为其抗逆机制的研究及遗传改良提供重要参考与信息。     

苦荞WOX家族全基因组鉴定及响应愈伤诱导率表达分析

【目的】全基因组鉴定苦荞WOX（WUSCHEL-related homeobox）基因,揭示其基因家族成员序列特征、基因表达模式及与出愈率的相关性,为突破苦荞再生及遗传转化难题提供理论基础。【方法】基于同源性搜索策略,以拟南芥WOX基因蛋白为参考序列,进行苦荞全基因组比对,获得苦荞WOX基因家族成员蛋白及核酸序列。基于蛋白同源性及保守结构域分析,鉴定出苦荞WOX基因家族所有成员。同时使用TBtools软件展示FtWOXs家族成员基因结构、保守结构域及启动子顺式作用元件特征。比较分析WOX基因家族成员在苦荞与拟南芥之间的基因组共线性。基于邻近法,利用MEGA X软件构建苦荞、拟南芥和水稻WOX基因家族成员蛋白序列系统进化树。以MS+2,4-D 3.0 mg·L^-1+6-BA 1.0 mg·L^-1为愈伤诱导培养基,下胚轴为外植体,选取70份苦荞品种诱导愈伤组织,评价不同基因型的出愈率。qRT-PCR比较分析高、低出愈率苦荞品种间FtWOXs基因表达水平。基于Pearson相关系数分析出愈率与FtWOXs基因家族成员表达相关性。【结果】共鉴定出30个苦荞WOX基因成员,在苦荞8条染色体上呈现不均匀分布。系统进化树表明30个苦荞WOX基因可划分为3大类,不同类群中WOX基因包含不同的保守结构域,主要的保守结构域为HD（Homeodomain）、START和MEKHLA结构域。保守基序分析表明,FtWOXs基因家族成员所含保守基序数目的范围为2—10个。基因结构分析表明,FtWOXs基因家族成员所含外显子数目的范围为2—18个。顺式作用元件分析表明FtWOXs基因启动子富含26个不同种类的顺式作用元件。系统进化分析表明,30个苦荞、15个拟南芥和12个水稻WOX基因家族成员可分为3类,其中第3类为苦荞独有。基因组共线性分析表明,6个WOX基因在苦荞和拟南芥之间存在基因组共线性。表达模式及相关性表明,FtWOX1/FtWOX12/FtWOX22/FtWOX23/FtWOX24与苦荞出愈率存在正相关性。【结论】苦荞FtWOXs成员存在丰富的序列变异特征,不同苦荞基因型中WOX基因表达水平及出愈率存在明显差异和一定的相关性,揭示不同苦荞WOX基因具有潜在的功能多样性。     

外源ABA处理的玉米叶片酵母双杂交cDNA文库的构建及评价

为深入研究ABA信号转导机制以及筛选该信号途径中相关重要蛋白的相互作用,利用Gateway技术,以外源ABA处理的玉米叶片为材料首先构建了cDNA初级文库,初级文库再通过LR重组的方式最终构建成以pDEST22为目的载体的酵母双杂交cDNA文库。经质量鉴定,该文库的滴度为3.9×106CFU/m L,文库总容量达到1.17×107CFU,平均插入cDNA片段长度大于800 bp,重组率大于95%。结果表明所获酵母双杂交文库质量较高,符合文库构建的标准,保证了文库的覆盖度,为进一步开展互作蛋白筛选的后续工作奠定了基础。     

谷子转录因子SiNAC18通过ABA信号途径正向调控干旱条件下的种子萌发

【目的】谷子(Setaria italica L.)具有显著耐旱性。研究旨在通过反向遗传学方法分析并鉴定在干旱条件下影响植物萌发过程的重要调控因子,为研究作物干旱条件下种子萌发的调控机制创造条件。【方法】使用Clustal X 2.0和MEGA 5.05软件对谷子SiNAC18蛋白序列及其同源序列进行多序列比对,并构建系统进化树;利用real-time PCR方法检测SiNAC18在不同胁迫条件下的表达模式;通过瞬时转化的方法分析SiNAC18蛋白亚细胞定位;在拟南芥中过表达SiNAC18,分析SiNAC18的生物学功能;分析SiNAC18在转基因拟南芥中可能控制的下游基因。【结果】SiNAC18全长1 074 bp,编码由357个氨基酸组成的亲水性蛋白,分子量约为38.8 k D;系统进化树分析表明SiNAC18属于NAC转录因子家族第Ⅰ组的NAP亚组,与拟南芥基因At NAC29同源性最高;氨基酸序列比对结果显示,SiNAC18与其他物种包括水稻、拟南芥、大豆和玉米中同源性最高的NAC类转录因子蛋白的N端都具有A、B、C、D和E这5个保守结构域,蛋白C端具有高度多态性,证明SiNAC18的N端序列与其结合下游基因启动子元件相关;real-time PCR结果显示,SiNAC18在干旱(PEG)、ABA、高盐(Na Cl)及过氧化氢(H2O2)处理条件下的表达量明显上升;亚细胞定位结果表明SiNAC18蛋白定位于细胞核中;基因功能分析结果显示,在ABA和PEG胁迫处理下,SiNAC18转基因拟南芥与野生型种子的萌发率存在明显差异:在正常生长条件下,野生型拟南芥WT和SiNAC18转基因拟南芥的萌发率基本一致,在PEG浓度为10%和15%的MS培养基上,SiNAC18转基因拟南芥的萌发率显著高于WT。在2和5μmol·L-1 ABA处理条件下,转基因拟南芥的萌发率显著低于WT;下游基因表达分析结果显示,ABA信号途径相关基因At RD29A,脯氨酸合成相关基因At P5CR和At PRODH以及过氧化物酶基因At PRX34在SiNAC18转基因株系中的表达量高于WT中的表达量,表明SiNAC18通过调控这些下游基因影响转基因植物在干旱条件下的萌发率。【结论】谷子NAC类转录因子基因SiNAC18可能通过ABA信号途径、氧化胁迫调控等途径正向调控植物在干旱条件下的萌发过程。