芥菜型油菜类黄酮合成相关基因的克隆和序列分析

 【目的】分离和克隆芥菜型油菜类黄酮合成相关基因。【方法】采用同源克隆基因的方法，参照拟南芥等植物控制类黄酮合成的基因保守序列设计引物，对扩增片段进行测序并进行BLAST分析。【结果】有13对引物扩增的17个基因拷贝与参考基因序列相符，这些克隆属于13个已知功能基因，其中查尔酮合成酶基因有3个不同的基因拷贝，花色素形成（Production of anthocyanin pigment）基因和查尔酮异构酶基因分别有2个不同的基因拷贝，其余引物的扩增只获得一个拷贝。在GenBank数据库中进行检索表明，所克隆的基因拷贝中的DNA结合/转录因子基因(TT2、TT8、TTG2) 、花色素形成基因（PAP）和黄烷酮-3-羟化酶基因（TT6），在芸薹属植物中未见报道。【结论】克隆芥菜型油菜类黄酮合成相关基因拷贝为阐明油菜种皮颜色形成的遗传调节奠定了基础。     

油菜原花色素合成途径基因的克隆及进展

原花色素是类黄酮生物合成途径的终端产物,其基因调控网络在拟南芥、葡萄等基因组已经测序的植物中得到充分阐释。种皮中原花色素的积累与种子颜色、种子休眠和寿命有关。油菜种皮中原花色素的积累决定种皮颜色,同时影响种子的油分含量。本文综述了通过图位克隆、同源克隆和电子克隆等途径克隆油菜原花色素合成途径基因的进展,分析了在油菜中已经克隆的部分原花色素合成途径基因与种皮颜色的关系,提出了如何利用已经公开的油菜、白菜基因组序列通过筛选BAC文库得到基因不同拷贝的全长序列的综合路径,列举了笔者运用该方法已经克隆的部分原花色素合成途径基因拷贝数,以期揭示油菜原花色素形成积累的基因调控网络。     

芸薹属TT8基因家族RNA干扰载体的构建

类黄酮是植物的重要次生代谢物质,拟南芥透明种皮8(TT8)是调控花青素苷、原花青素、种皮黏液生物合成的1个转录因子,参与决定植株彩色、种皮色泽、种皮黏液分泌等性状.本研究采用PCR法从甘蓝型油菜中克隆了592 bp(不计人工酶切位点)的芸薹属TT8基因家族的RNA干扰片段,将其反义片段、正义片段采用No Ⅰ+Swa Ⅰ、BamH Ⅰ+Xba Ⅰ双酶切方式分别插入到改进型植物RNA干扰平台载体pFGC5941M的启动子与间隔区、间隔区与终止子之间,形成了11 380bp的重组载体pFCC5941M - BTT8 Ⅰ(简称为pBTT8 Ⅰ),多种PCR鉴定结果表明构建成功;然后转化根癌农杆菌,获得工程菌株,可用于芸薹属植物相关性状的分子机理研究和遗传修饰.     

杉木ClLAR基因的克隆及遗传转化拟南芥

为探究杉木种子发育过程中无色花青素还原酶(LAR)基因在类黄酮生物合成途径中对原花青素(PA)合成的分子调控机制,以杉木种子为试验材料,通过RT-PCR结合RACE的方法成功克隆到杉木ClLAR基因全长,该基因的cDNA全长为1625bp,具有1个1242bp的开放阅读框(ORF),编码413个氨基酸。构建pCambia3301-ClLAR植物表达载体,运用冻融法将重组质粒转至农杆菌GV3101,通过花序侵染法获得拟南芥转基因植株,利用Basta溶液和PCR验证筛选出阳性苗,确定目的基因ClLAR已整合至拟南芥基因组中。研究结果为深入分析杉木ClLAR基因调控PA合成的分子机制和ClLAR蛋白功能奠定了基础。     

山楂中木质素合成调控转录因子MYB46的克隆及功能鉴定

模式植物拟南芥AtMYB46在次生壁形成过程中充当纤维素、木质素和木聚糖生物合成基因的转录调节因子,其表达受植物特异性转录因子NAC家族成员的调控。然而,果树次生壁生物合成的调节机制在很大程度上尚不清楚。从山楂(Crataegus pinnatifida)中分离克隆得到与拟南芥和苹果中MYB46具有高度保守R2R3 MYB DNA结合结构域的MYB46编码基因,并将其命名为CpMYB46。通过农杆菌介导的转化方法分别在拟南芥、烟草和苹果中异位表达CpMYB46基因。异位表达CpMYB46基因的拟南芥和烟草的次生壁过量沉积而导致生长受到限制,表现出株型矮小和叶片上卷的表型。定量RT-PCR数据表明,CpMYB46基因可以调控转基因植株次生细胞壁生物合成中下游基因的表达,茎切片观察表明异位表达CpMYB46明显增加了转基因拟南芥、烟草和苹果木质部中次生壁厚度。EMSA实验结果表明其上游NAC家族成员CpSND1可以直接结合CpMYB46基因的启动子。研究揭示了CpMYB46在DNA结合结构域与拟南芥和苹果中的MYB46具有高度保守性,而且在植物次生壁合成调控中也存在功能保守性。研究为揭示山楂内种皮中木质素的合成提供了分子依据,也为山楂的分子育种奠定了基础。     

比较转录组分析揭示花生种皮花青素积累的分子调控机制

花青素作为一种抗氧化物质,具有多种保健功效。与其他颜色花生相比,黑种皮花生具有良好的感官品质,且花青素含量更高。为了揭示花生黑种皮花青素形成和调控的分子机理,本研究以黑种皮花生(YH29)和粉红种皮花生(WH10)为研究对象,通过RNA-seq技术比较其转录组的差异。结果表明,与粉红种皮花生相比,黑种皮花生中1 539个基因表达上调,1 275个基因表达下调。KEGG分析发现花青素生物合成、苯丙素生物合成、类黄酮生物合成等多个与色素积累相关的通路在黑色种皮花生中富集。在黑种皮花生中,苯丙氨酸解氨酶、查尔酮合成酶等5个与花青素合成相关的关键酶基因表达上调,而与花青素生物合成途径竞争同一底物的一些关键酶基因,如柚皮素和甘草素基因,则表达下调,这使得有更多的底物流向花青素合成途径,这些基因的协同表达可能是黑种皮花青素高水平积累的关键。另外,两个R2R3-MYB转录因子在黑种皮花生中也表达上调,可能是引起花青素合成关键基因表达差异的关键因素。我们的研究结果为深入研究花生种皮花青素合成的分子机理及培育高花青素含量的花生新品种提供了参考。     

蓖麻RcWRI1的鉴定及表达分析

[目的]蓖麻(Ricinus communis L.)是一种重要的工业油料作物。为了鉴定蓖麻WRI1(WRINKLED1)转录因子,搞清蓖麻种子油脂生物合成调控机制。[方法]利用生物信息学工具全基因组鉴定蓖麻RcWRI1蛋白及基因,分析蓖麻RcWRI1蛋白结构特征和功能;应用qPCR检测蓖麻RcWRI1基因表达谱。[结果]鉴定获得2种蓖麻RcWRI1蛋白,即RcWRI1-1(446AA)和RcWRI1-2(443AA),均为蓖麻RcWRI1基因(LOC8283400)编码的产物。与拟南芥AtWRI1相似,RcWRI1-1和RcWRI1-2都具有2个高度保守AP2结构域,属不稳定的亲水蛋白,预测其具有调控脂肪酸代谢等功能。RcWRI1-1和RcWRI1-2在蓖麻花、叶、种子和果皮均表达,RcWRI1-1的表达量明显高于RcWRI1-2,且在种子中表达量最高。[结论]蓖麻RcWRI1基因编码两种RcWRI1蛋白(RcWRI1-1和RcWRI1-2),其中RcWRI1-1是主要表达者,在蓖麻叶、花、种子和果皮油脂合成中起重要调控作用。本研究可为种子油脂生物合成调控机制提供理论基础。     

菘蓝查尔酮合成酶基因(IiCHS)的克隆及其生物信息学分析

类黄酮是植物体内一类重要的次生代谢产物,对植物的生长发育有着重要的调节作用。查尔酮合成酶是植物类黄酮合成途径的第一个关键酶,在调控类黄酮的生物合成中起着决定作用。本研究采用RTPCR方法扩增得到一条菘蓝查尔酮合成酶家族蛋白基因,命名为IiCHS,全长1 273 bp,包含一个1 194 bp的ORF,编码397个氨基酸,分析其编码的蛋白质序列显示其属于查尔酮合成酶家族蛋白,定位于胞质中。该研究不仅有助于分析查尔酮合酶基因的功能,而且还为进一步利用该基因资源改良菘蓝品质奠定了理论基础。     

新疆红肉苹果杂种一代4个株系类黄酮含量及其合成相关基因表达分析

【目的】研究新疆红肉苹果(Malus sieversii f.neidzwetzkyana(Dieck)Langenf.)与‘富士’(M.domestica cv.Fuji)等苹果品种杂交后代株系间果实类黄酮合成差异的分子机理,为进一步完善功能型苹果育种的理论与技术体系提供科学依据。【方法】以紫红2号及红脆1、2、4号等红肉程度存在明显差异的4个苹果株系发育后期的果实为试材,进行MYB10启动子基因型鉴定,并测定类黄酮组分和含量,分析类黄酮合成相关基因的表达。【结果】红脆1、2、4号MYB10启动子基因型均是R6R1型,而紫红2号启动子类型为R6R6型。红脆1号和紫红2号果实成熟期类黄酮含量分别为3.0 mg·g~(-1)和3.1 mg·g~(-1);紫红2号花青苷含量(23.9 U·g~(-1) FW)是红脆1号(12.2 U·g~(-1) FW)的2倍,其他类黄酮组分含量(1 635.3 mg·kg~(-1))仅是红脆1号的69%。紫红2号MYB10和UFGT等转录因子及花青苷合成基因在果实发育后期(花后110—125 d)均具有较高的表达量;红脆4号的MYB10虽然在果实发育后期(花后110—125 d)表达量较高,但b HLH3、TTG1、ANS和UFGT表达量较低。红脆1、2、4号类黄酮组分含量分别为2 355.0、1 247.5和1 337.5 mg·kg~(-1),差异显著;红脆1号MYB12转录因子及FLS、LAR和ANR等类黄酮生物合成相关结构基因表达量较高,而MYB16和MYB111表达量较低;红脆2、4号MYB12转录因子及FLS、LAR和ANR等类黄酮生物合成相关结构基因表达量较低,而MYB16和MYB111转录因子表达量较高。【结论】MYB10、b HLH3和TTG1等转录因子及ANS和UFGT等花青苷生物合成结构基因在果实发育后期高水平表达,可能是导致紫红2号成熟期果肉花青苷含量高的主要原因,而MYB12、MYB16和MYB111等转录因子及DFR、FLS、LAR和ANR类黄酮生物合成相关结构基因的差异表达,可能是导致红脆1、2、4号等3个株系类黄酮组分及含量差异的主要原因。     

促生细菌挥发性物质通过lncRNA调控拟南芥的 关键功能基因表达

促生细菌的挥发性有机物可以促进拟南芥生长,提高拟南芥对多种生物和非生物胁迫的抗性。近年来的研究表明,植物lncRNA参与生长、发育和胁迫反应等生理过程。通过去rRNA全转录组测序,筛选出受到根际促生细菌ACCC 01380挥发性有机物处理影响的拟南芥lncRNA,并通过顺式分析获得可能受到这些lncRNA调控的蛋白编码基因;通过ceRNA分析获得lncRNA影响蛋白编码基因表达的调控网络。结果发现,拟南芥重要的生长发育调控和胁迫响应基因,如细胞分裂素降解基因At CKX7、SOS2-like protein kinase PKS5,都受到促生细菌的挥发性有机物通过lncRNA的调控。研究结果初步证实了根际促生细菌挥发性有机物在促生过程中lncRNA的作用,并为进一步研究lncRNA功能以及根际促生细菌挥发性有机物的作用机理奠定了基础。     

cDNA芯片筛选亚洲棉短绒分化发育相关基因

 【目的】筛选亚洲棉短绒分化发育相关基因。【方法】利用cDNA芯片技术在棉纤维发育前期开花前3天(-3DPA)、开花当天(0DPA)、开花后3天(+3DPA)、5天(+5DPA)、7天(+7DPA)筛选野生型DPL971与其短绒突变体DPL972的差异基因。通过与模式植物拟南芥数据库相结合,找到与棉纤维起始发育相关基因,并通过RT-PCR和Real-Time PCR（QRT-PCR）验证部分侯选基因。【结果】筛选出与亚洲棉纤维起始分化发育相关基因8个,其中相对应的与拟南芥同源性较高的蛋白有7个,分别为KAK（DR461366）、MYB5（ES812048）、TTG1（ES811600）、MYB23（DR453866）、CSLD3（DR459646）、RHD2（DR461821）和ZWI（ES791383）,这些基因在拟南芥的表皮毛起始发育过程中都起着重要的作用。RT-PCR和QRT-PCR结果表明MYB23、MYB5、TTG1、CSLD3、RHD2这5个基因在短绒突变体DPL972与其野生型DPL971的+3DPA胚珠中表达差异都有差异。【结论】上述结果表明这5个基因可能与短绒分化发育相关,第1个基因可能抑制短绒分化和发育,后4个则促进短绒分化和发育。     

拟南芥VTC1的5’UTR内含子功能分析

拟南芥VTC1(At VTC1)是维生素C(Vc)的主要合成途径—L-半乳糖途径的关键酶之一,At VTC1在转录水平和转录后水平均受到调控。通过生物信息学分析发现At VTC1的5’UTR(5’untranslated regions,5’非翻译区)中包含一个内含子,将5’UTR和启动子不同删除片段与报告基因GUS融合,通过检测转基因拟南芥的GUS活性发现这些片段均能启动GUS的高度表达;然而,将5’UTR中的内含子删除后,GUS的表达明显降低,但5’UTR自身并不能启动GUS的表达。序列分析发现,At VTC1的5’UTR内含子包含有多个增强其功能的特征序列,如GATCTG基序。同时,At VTC1在拟南芥和水稻的同源基因中同样具有5’UTR内含子。以上结果表明,At VTC1的5’UTR内含子可能具有增强子的功能,分析保守的5’UTR内含子功能为进一步探究在转录水平上的Vc合成调控机制奠定基础。     

转录组的黄山栾树MYB基因家族鉴定及表达

植物叶片颜色是有色素组成、含量及分布动态决定,MYB转录因子在这一生物过程中发挥重要作用。为了揭示黄山栾树黄叶突变体‘金焰彩栾’叶片呈色的转录调控机制,依据转录组数据,通过挖掘MYB转录因子和生物信息学分析,结合不同组织表达对其功能进行分析。结果表明:从黄山栾树转录组共鉴定97个MYB转录因子,预测编码蛋白质所含氨基酸数目52~1 780个,分子质量大小52.0~193.35 ku。序列比对及进化分析发现,黄山栾树MYB基因与拟南芥MYB基因聚为23个亚家族,预测分别参与次生代谢、生长发育和胁迫响应等过程。结合表达特征分析,预测KbMYB80、KbMYB91、KbMYB6、KbMYB8和KbMYB40可能参与黄酮和花青素的生物合成调控,KbMYB60负调控花青素生物合成,KbMYB16和KbMYB88参与黄山栾树叶片细胞次生壁合成过程。     

不同生态型拟南芥FLC基因的序列分析

[目的]对拟南芥春化作用相关基因FLC的序列分析。[方法]先期经过对拟南芥自然群体的春化反应的QTL分析,发现拟南芥5号染色体上有一个与开花有关的QTL,本实验就是运用序列分析确定它与FLC基因是否具有同源性。[结果]意大利拟南芥与瑞典拟南芥在第27位、第461位、第501位、第638位、第738位、第884位碱基上不同。虽然这些碱基有所不同,但是密码子编码出来的第9个氨基酸、第167个氨基酸、第246个氨基酸,由于密码子的简并性,编码的蛋白质均相同。[结论]拟南芥具有丰富的遗传多样性,其FLC基因序列长度高度保守、碱基变异位点丰富密码子的简并性它们均编码同一种氨基酸对拟南芥生长没有影响。这表明拟南芥的基因序列会受到环境的影响。     

枯草芽孢杆菌突变株proBA基因植物表达载体的构建及转基因拟南芥的耐盐性能初探

从枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)抗脯氨酸结构类似物突变株中克隆得到脯氨酸合成途径中的关键酶基因proB(编码γ-谷氨酰胺激酶)和proA(编码谷氨酰胺-γ-半醛脱氢酶),同时设计引物从拟南芥基因组中扩增得到吡咯啉-5-羧酸合成酶B基因(p5csB)的第一个内含子序列,将其分别与proB和proA基因通过PCR拼接后,酶切连接构建得到植物双元表达载体pBI121pro.以LBA4404为介导,采用真空抽滤的方法转化得到转proBA基因拟南芥;第三代的纯合子(T3)通过半巢式PCR的方法验证外源基因已整合到拟南芥基因组中,GUS活性分析表明外源基因在叶片中表达最强,茎部其次,根部最弱;对600 mmol·L-1致死浓度NaCl耐受能力的分析表明,转基因拟南芥的平均存活时间(37.8 min)明显高于野生型拟南芥(26 min).     

拟南芥花青素合成途径及其调控进展

花青素是植物的主要代谢产物,在植物的生长发育过程中扮演重要角色。其合成受多种结构基因和调控基因的控制。文中综述了模式植物拟南芥的花青素合成途径,着重介绍了调控花青素合成途径转录因子的最新进展,为植物代谢工程和观赏园艺植物分子育种提供参考。     

色氨酸对拟南芥酪氨酸降解途径缺陷突变体sscd1细胞死亡的影响

为了解色氨酸处理是否影响sscd1的细胞死亡,以拟南芥野生型Columbia(Col–0)和sscd1突变体为试验材料,用色氨酸处理,观察并统计幼苗的死亡情况,检测叶绿素含量,分析酪氨酸降解途径基因HGO、MAAI和SSCD1以及活性氧诱导基因BAP1、OXI1、ZP的表达。结果表明：色氨酸处理能明显抑制sscd1突变体幼苗死亡,增加叶绿素的合成,抑制sscd1突变体中酪氨酸降解途径基因HGO和MAAI以及活性氧诱导基因BAP1、OXI1、ZP的上调。推测色氨酸可能通过增加叶绿素的生物合成,减少活性氧的产生来抑制酪氨酸降解途径突变体sscd1的细胞死亡。     

川芎转录组密码子使用偏好性分析

为了解川芎(Ligusticum chuanxiong Hort.)阿魏酸生物合成相关基因的密码子使用偏好性特点,为运用基因工程技术实现阿魏酸的异源生物合成提供理论依据,对川芎转录组中共50 108条Unigenes使用Codon W、Cusp和Chips进行在线分析。结果表明,总GC含量为41.4%,有效密码子占总数的16.17%,最优密码子偏好以A/U结尾,表明川芎转录组Unigenes密码子偏好程度整体水平不高。比较分析了川芎转录组中阿魏酸生物合成相关基因(PAL、C4H、C3H与COMT)与不同模式生物的稀有密码子,表明与大肠杆菌基因组密码子使用频率差值较大的有4个,与酵母、烟草和拟南芥基因组差值较大的均有3个,这预示着川芎阿魏酸生物合成相关基因在酵母、烟草和拟南芥中的表达效率较高。     

水稻与拟南芥全基因组丝氨酸羧肽酶类蛋白家族比较分析(英文)

    基于水稻与拟南芥全基因组序列,在基因组与蛋白质组水平上对这2种模式植物的丝氨酸羧肽酶 (SCPs)基因家族进行比较分析.利用隐马可夫模型(hidden Markov models,HMM),发现水稻与拟南芥中分别存在71个与54个丝氨酸羧肽酶类(serine carboxypeptidases like,SCPL)蛋白编码基因,它们广泛分布于基因组中各条染色体上,并且存在多个基因簇聚区.基因结构分析显示,拟南芥的SCPL基因存在广泛的交替剪接方式,而这种现象在水稻SCPL基因中却不常见.蛋白结构分析表明,所有SCPL家族成员均具有α/β水解酶折叠亚族与S10家族典型的保守结构域与二级结构特征.系统进化分析表明,这125个SCPL蛋白可以分成3大类,与水稻不同,大多数拟南芥SCPL (88.9%)可归属于双链羧肽酶Ⅰ或Ⅱ.