玉米SNAC转录因子的基因结构特征与逆境调控预测

NAC蛋白是植物特有的转录因子,在植物发育和各种非生物逆境应答中发挥着重要作用。为更好地揭示玉米SNAC(stress-responsive NAM,ATAF1/2,CUC2)家族的耐逆境胁迫功能,对其基因的结构特征及可能的调控机理进行了预测。利用生物信息学方法,鉴定了玉米16个SNAC家族基因,并对该基因家族各编码蛋白的理化性质、基因结构、潜在的磷酸化位点、蛋白质二级结构、基因进化关系、基因组序列结构和启动子结合元件等信息进行分析。分析结果表明：玉米16个SNACs不具有跨膜结构,且均具有N-末端保守结构域和高度可变的C-末端结构域。系统发育分析表明,同一亚群中密切相关的成员具有相似的基因结构,推测在不同植物中会具有类似的耐逆功能。磷酸化位点分析表明,玉米SNAC家族存在着大量的磷酸化位点。二级结构预测表明,玉米SNAC的转录调控区具有高度的内在灵活性。启动子分析表明,玉米SNAC家族基因启动子区域均含有大量的逆境胁迫应答顺式作用元件。这些结果为玉米耐逆境研究提供了候选基因,对促进玉米SNAC家族功能分析的进展具有重要意义。     

杨树MIR156基因家族的进化与功能分化

为阐明杨树MIR156基因家族的进化过程和功能分化,研究了杨树MIR156基因家族的扩张模式、倍增时间、系统发育、表达方式、启动子元件和靶基因。结果表明:杨树MIR156基因家族主要通过染色体大片段重复实现扩张,而串联重复对此没有贡献;不同家族成员表达方式已分化,其中ptc-MIR156g/h/i/j表达活性最高;家族成员启动子顺式作用元件存在差异;杨树MIR156的靶基因包括29个SBP结构域蛋白质,由于成熟序列存在差异,家族成员调控的靶基因也表现出差异。说明杨树MIR156基因家族成员的功能已经分化,在杨树中可能形成了复杂的调控网络。     

玉米YABBY基因家族的全基因组鉴定与分析

YABBY基因家族作为植物特有的转录因子家族,在调控植物侧生器官发育中发挥重要作用。本研究利用玉米全基因组数据分析玉米YABBY基因家族,阐明该基因家族成员结构、系统进化发育关系以及基因家族成员在玉米不同组织及不同发育时期的表达谱。结果显示,玉米参考基因组中存在13个YABBY基因,命名为Zm YABBY1~Zm YABBY13,根据系统发育关系和序列相似性将该基因家族分为4亚类S1~S4。RNAseq数据显示玉米YABBY基因在籽粒、茎和茎端分生组织(Shoot apical meristem,SAM)、幼胚及叶片中有较高表达,预示玉米YABBY基因可能在上述器官发育中发挥调控作用。本研究结果为进一步解析该基因家族的功能奠定了研究基础。     

玉米ZmEXO70s基因家族鉴定及苗期耐热性关联分析

【目的】鉴定玉米EXO70s（ZmEXO70s）基因家族成员,分析其遗传变异与玉米耐热性的关联性,为揭示其在玉米耐热方面的功能和分子机制打下基础。【方法】以拟南芥EXO70s（AtEXO70s）基因家族成员序列为参考,利用MaizeGDB和NCBI数据库从玉米全基因组中鉴定出ZmEXO70s基因家族成员,对其进行基因结构及系统进化分析,根据其在系统发育进化树上的位置对其进行系统命名,并基于转录组测序（RNA-Seq）数据分析ZmEXO70s基因家族成员在不同组织及非生物胁迫下的表达模式。最后,鉴定玉米自交群体AM368中ZmEXO70s基因SNP位点,结合玉米AM368群体苗期耐热存活率进行基因家族关联分析。【结果】从玉米全基因组序列中共鉴定出36个ZmEXO70s基因,分布在10条染色体上,长度为228～3726 bp,编码75～1241个氨基酸残基,蛋白分子量为8.6～136.6 kD,理论等电点（pI）介于4.5～9.9,大部分蛋白pI小于7.0。拟南芥、水稻和玉米的EXO70s蛋白被分为9组（A组～I组）,其中ZmEXO70s蛋白在各组中均有分布。大多数ZmEXO70s基因不含内含子,只有少数基因含有内含子,且内含子数量不同。36个ZmEXO70s蛋白共含8种基序（Motif 1～Motif 8）,主要集中在C端,说明这些蛋白端序列较保守,且Motif 1～Motif 8组成Exo70保守结构域。ZmEXO70s基因在不同组织中的表达水平均存在明显差异,其中ZmEXO70B3基因在雄穗、花药、叶片和花丝中高表达,ZmEXO70C1a基因只在雄穗和花药中高表达,ZmEXO70D2b基因在胚乳和萌发种子中低表达,ZmEXO70G1c基因在花丝和萌发种子中低表达。有23个ZmEXO70s基因至少可响应一种非生物胁迫,说明这些ZmEXO70s基因参与非生物胁迫响应过程。ZmEXO70D2a和ZmEXO70E1基因的遗传变异与玉米苗期耐热性具有显著相关性（P≤0.01）。【结论】ZmEXO70s基因家族成员在系统发育进化上较保守,其基因组复制事件可能发生在禾本科植物分化后,且大多数ZmEXO70s基因被保留,仅部分基因被丢失。ZmEXO70s基因可能在非生物胁迫响应过程中发挥重要作用,ZmEXO70D2a和ZmEXO70E1基因可作为调控玉米苗期耐热性重要候选基因。     

玉米泛素连接酶U-box基因家族的全基因组鉴定及表达分析

[目的]U-box基因家族广泛存在于植物基因组中,能够编码泛素蛋白酶体系中特异性识别底物的泛素E3连接酶,调控蛋白的修饰和降解,对玉米的生长发育及逆境胁迫应答调控中起着重要作用,因此鉴定玉米U-box基因家族成员及进行基因功能研究具有重要意义.[方法]通过玉米全基因组数据库,利用一系列生物信息学工具对玉米U-box基因...     

扩张蛋白(Expansin)研究进展

扩张蛋白是一类细胞壁酶蛋白,能够通过打断细胞壁多聚物之间的氢键诱导酸依赖的细胞壁延展和压力松弛。其由两类多基因家族编码,分别命名为α-expansin、β-expansin,每类扩张蛋白基因家族又有很多的基因成员。扩张蛋白已在不同的种属植物中被鉴定存在,并且大量的扩张蛋白基因被克隆。研究表明:每一个扩张蛋白基因在高度特定的位点和高度特定的细胞类型中表达,其表达在时间、空间上受到严格的调控且受到激素和环境因子的调控。目前认为扩张蛋白几乎参与了植物的整个发育过程:除具有增大细胞的功能外,扩张蛋白在细胞生长、种子萌发、根毛形成、根系生长、叶原基形成、叶子生长发育、果实成熟、器官脱离,以及花粉管生长方面起着重要的作用。就此最新研究进展,作一综合阐述。     

茶树MYC基因家族生物信息学及其表达特性

采用生物信息学方法对茶树髓细胞增生蛋白(myelocytomatosisproteins,MYCs)基因家族成员的理化性质、进化关系、蛋白质结构、顺式作用元件进行分析,运用qRT–PCR技术研究MYC基因家族成员在茶树中的表达。结果表明：茶树MYC为不稳定蛋白、亲水蛋白、非分泌蛋白、非跨膜蛋白,均呈酸性;MYC基因家族6个成员都定位于细胞核中;基因家族二级结构主要以无规则卷曲和α–螺旋为主,均含1个外显子,无内含子,motif分布相似的成员,其三级结构也相似;茶树MYC基因和拟南芥的亲缘关系更近;茶树MYC家族基因启动子均主要含有光信号、茉莉酸甲酯和脱落酸等3个顺式作用元件。qRT–PCR分析显示,MYC家族成员主要在茶树的根和种子中表达,可能在茶树对硒吸收累积过程中发挥调控作用。     

野菊花GRF基因家族的鉴定和生物信息学分析

运用生物信息学对野菊花中植物生长调控因子(Growth Regulation Factors,GRF)基因家族成员的一些基本理化性质、蛋白质的亚细胞定位、进化树的构建、基因结构、保守结构域和保守基序、潜在磷酸化修饰位点以及蛋白质二级结构进行分析发现,野菊花GRF蛋白家族多数成员氨基酸数量相差不大,15个家族成员亚细胞定位均在细胞核。通过进化树构建、基因结构和保守基序、保守结构域分析发现,QLQ和WRC这两个结构域在大部分家族成员中存在,且亲缘关系相近的GRF家族成员所含有的保守基序也十分相似。     

4个物种CCT结构域基因家族的序列进化分析

通过分析4个完成测序和注释的植物基因组,系统地分离鉴定了97个水稻、玉米、高粱和拟南芥的CCT结构域基因,并对相应蛋白质的结构和基因之间的系统演化关系进行了分析。结果表明:CCT结构域基因的蛋白质结构和特性在不同物种之间具有广泛的变异;不同基因组中CCT结构域基因通过染色体复制扩展了基因家族成员。根据其CCT结构域分为4组,其中1个亚组集中了绝大部分的禾本科CCT结构域基因,该亚组基因可能特异参与了禾本科作物开花时间的调控。基因家族成员的扩展,蛋白质结构的改变以及基因表达模式的变异共同导致了CCT结构域基因家族成员在物种间和物种内的功能分化。     

谷子XTH基因家族与抗旱相关基因的分析

[目的]木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶(XTH)属于糖苷水解酶GH16家族,其家族成员可能在植物响应逆境胁迫的过程中发挥重要作用,为深入挖掘谷子抗旱基因,进而选育谷子抗逆新品种,[方法]本研究利用生物信息学手段,对谷子XTH基因家族进行了分析。[结果]从谷子基因组数据库中鉴定出16个XTH基因。结构分析表明:SiXTH家族成员在基因结构及编码区序列上较为保守,含1~3个内含子;谷子XTH蛋白含有XTH家族典型的保守基序DEIDFEFLG;预测SiXTH基因家族成员在启动子区域含有响应逆境胁迫的顺式作用元件。在干旱胁迫下,通过比较两个谷子品种勾勾母鸡咀及晋汾16在干旱胁迫下基因的相对表达水平,我们发现了3个上调表达和1个下调表达的SiXTH基因。[结论]因此推测,同一类基因其基因结构及蛋白结构域相似,且XTH基因家族在谷子应答干旱胁迫的过程中起一定的作用,同时本研究也为深入探究XTH基因家族成员的功能奠定了一定的基础。     

玉米ZmREM基因的克隆与逆境胁迫后表达分析

B3超家族基因是植物中特有的一类转录因子,参与植物生长发育、形态建成及抗逆境胁迫等过程。从玉米黄早4中获得一个含有2个B3-DNA结合域的基因,为B3超家族基因,命名为ZmREM。该基因全长1 047 bp,编码含有349个氨基酸的蛋白。Blast比对结果表明,ZmREM和谷子含有B3结构域蛋白、高粱的假定蛋白相似性分别为81%和84%。ZmREM基因是组成型表达,在根中表达量最高。同时ZmREM基因的转录水平可以为干旱、盐、冷和热所诱导。因此,ZmREM可能参与玉米多种非生物胁迫应答途径。     

玉米亚硫酸氧化酶基因ZmSO的克隆及在二氧化硫胁迫下的表达分析

 【目的】克隆玉米中的亚硫酸氧化酶（Sulfite Oxidase,SO）基因,明确其在SO2胁迫下的表达,为今后利用SO进行玉米抗环境污染（SO2、酸雨等）的遗传改良奠定基础。【方法】采用RT-PCR结合RACE技术克隆SO基因,并利用半定量RT-PCR技术分析其在SO2胁迫下的表达。【结果】从玉米自交系Q9中分离到SO基因的全长cDNA 序列（GenBank登录号：FJ436404）,命名为ZmSO。该基因的开放阅读框为1 194 bp,编码397个氨基酸。序列比对及结构预测分析表明,ZmSO编码的氨基酸序列与拟南芥、番茄、水稻中的氨基酸序列的相似性分别达到72%、74%和89%,且包含1个钼辅因子结合域、1个自身二聚化的结构域和1个过氧化物体靶信号序列。半定量RT-PCR分析显示,高浓度SO2胁迫后,在高抗系中ZmSO表达水平显著增高,而在高感系中无显著变化。【结论】分离获得的ZmSO与其它植物物种的SO具有较高的同源性,在高抗系中表达受SO2胁迫诱导增强,可能参与抗性系对SO2胁迫的响应和抗性反应过程。     

vvi-miR160s介导VvARF18应答赤霉素调控葡萄种子的发育

【目的】研究vvi-miR160家族（vvi-miR160s）及其靶基因在‘魏可’葡萄种子发育过程中的作用,探究其应答赤霉素（GA）调控葡萄果实无核的潜在机理。【方法】采用miR-RACE、生物信息学分析、RT-qPCR、RLM-RACE等方法,鉴定vvi-miR160家族成员及其靶基因,分析vvi-miR160s及其靶基因应答GA的时空表达模式及其潜在功能。【结果】花前GA处理强烈抑制‘魏可’葡萄胚珠及种子发育,高效诱导其无核,且无核率达99.8%。克隆鉴定了VvMIR160s前体基因序列（501 bp）及成熟体序列,且它们在不同物种间具有较高的保守性;基于vvi-miR160s序列,预测到靶基因VvARF18,利用RLM-RACE技术检测到vvi-miR160s对VvARF18的裂解位点在第10和第11位之间,裂解频度9/17,证明VvARF18是vvi-miR160s的真实靶基因。该靶基因编码683个氨基酸,在398—411位存在核定位信号,且该蛋白亚细胞定位于细胞核上。VvARF18与其他物种间序列的同源保守性较高,基因结构相似,其中VvARF18蛋白与茶、烟草、梅花等物种亲缘关系较近。VvARF18启动子中包含4种作用元件,且含有较多激素相关元件。RT-qPCR结果显示,随着葡萄果实的发育,vvi-miR160c/d/e呈现‘V’形表达趋势,在硬核种子发育期表达较低,而VvARF18表现出与前者相反的表达趋势,在硬核种子发育期呈现高表达,表明vvi-miR160c/d/e对VvARF18负调控,但vvi-miR160a/b与VvARF18表达水平却不存在明显负相关。GA处理极显著地上调了vvi-miR160a/b在葡萄硬核种子发育期的表达,同时也显著抑制了VvARF18在同时期的表达,且它们的表达水平呈负相关,表明GA处理促进了vvi-miR160a/b对VvARF18的负调控作用;相反,GA减弱了vvi-miR160c/d/e对VvARF18的负调控作用。【结论】在vvi-miR160家族中,vvi-miR160c/d/e可能介导VvARF18在葡萄种子发育的特定阶段调控种子的发育形成,而vvi-miR160a/b可能主要介导VvARF18参与调控GA诱导葡萄种子败育的过程。     

玉米锌指蛋白基因ZmAN14过表达转基因烟草对非生物胁迫的响应

【目的】ZmAN14是玉米A20/AN1型锌指蛋白基因家族成员,该家族在水稻中广泛参与非生物胁迫应答。通过分析玉米旱21（H21）及转ZmAN14烟草在非生物胁迫下的表达情况,为玉米ZmAN14及其家族的功能和分子机制的全面解析提供新信息。【方法】通过对ZmAN14进行序列分析,发现其属于玉米A20/AN1型锌指蛋白基因家族。以玉米自交系H21为研究材料,在三叶期时对其进行非生物胁迫和ABA诱导处理,0、1、3、6、12和24 h时取整株样品,同时在玉米不同生长期取根、茎、叶、胚芽鞘、雌蕊、雄蕊、花丝、苞叶等不同组织样品,利用实时荧光定量PCR方法对ZmAN14的组织表达谱和非生物胁迫及ABA诱导的表达谱进行分析,并结合启动子区顺式作用元件分布情况进行对比分析。将ZmAN14编码序列克隆至GFP表达载体pMDC85,利用亚细胞定位技术验证ZmAN14在胞内的定位情况。将ZmAN14克隆至GAL4 DNA结合结构域载体,并转化酵母,将其涂布在缺陷培养基上观察酵母生长情况,分析其有无转录激活活性。将ZmAN14编码区与植物表达载体p1300-221连接构建超表达载体,并将其转入烟草,选择ZmAN14 mRNA 表达量高的T₂纯合体株系进行盐、干旱胁迫和ABA诱导,观察其对非生物胁迫的应答。【结果】序列分析表明,ZmAN14开放阅读框（ORF）为516 bp,编码一个171个氨基酸的蛋白,预测分子量为18.3 kD,等电点是8.28。ZmAN14具有A20和AN1结构域,属于玉米A20/AN1型锌指蛋白基因家族。实时定量荧光PCR结果表明ZmAN14在叶中大量表达,受NaCl、干旱胁迫和ABA诱导上调。ZmAN14与GFP融合蛋白定位于细胞质和细胞核中,定位结果与ZNF216 和ZmAN13类似,而ZmAN14本身并没有核定位信号,暗示ZmAN14与其他蛋白结合进入细胞核中发挥其生物学功能。ZmAN14在酵母中表达时不能在酵母缺陷培养基（SD/-Leu-His medium）上生长,因此,未发现其具有转录激活活性。将ZmAN14在烟草中过表达会增加烟草苗期对盐和干旱的抗性。【结论】ZmAN14属于玉米A20/AN1型锌指蛋白基因家族。ZmAN14主要在叶中表达,受非生物胁迫和ABA诱导,在烟草中过表达可以提高烟草苗期对盐和干旱的抗性。ZmAN14可能通过与其他蛋白的互作行使功能。相比较于其他的A20/AN1型锌指蛋白,在转基因烟草中,ZmAN14也参与非生物胁迫应答。ZmAN14与ZmAN13具有高同源性,但在盐和干旱胁迫时,二者却具有向反方向调控的功能。     

玉米TCP家族基因生物信息学鉴定与分析

TCP家族是一类与植物器官三维形态发育或细胞周期调控相关的转录因子。本研究通过SeqHunter2软件,在玉米基因组范围内进行TCP家族基因的搜索和鉴定。共鉴定了7个玉米TCP家族基因,并根据进化树拓扑结构将其分为两大类:ClassⅠ和ClassⅡ。通过玉米、拟南芥和水稻TCP家族的进化分析推测,玉米发生了特有的TCP家族基因扩增事件,这些物种分化后进化出的基因可能参与了玉米特有的生命活动或与玉米特有的生物特征相关。玉米7个TCP转录因子的保守基序在组成上存在差异,但均含有TCP家族中最保守的两个基序。     

玉米肌动蛋白解聚因子ZmADF4基因克隆、转录活性及表达分析

【目的】克隆玉米肌动蛋白解聚因子4（ZmADF4）基因,并对其转录活性和表达模式进行分析,为探究玉米ADF家族基因的功能及调控机制提供参考依据,也为玉米抵抗逆境胁迫研究提供潜在的基因资源。【方法】采用同源克隆技术克隆玉米叶片ZmADF4基因,运用生物信息学软件分析其编码蛋白的理化性质、保守结构域及二、三级结构;通过原生质体瞬时转化进行亚细胞定位;利用酵母自激活分析该基因转录活性,下载RNA-Seq数据分析其在不同组织中的表达特性,并利用实时荧光定量PCR检测其在不同逆境胁迫下的表达情况。【结果】从玉米叶片克隆获得的ZmADF4基因,编码区（CDS）长度为420 bp,编码139个氨基酸残基,蛋白分子量为15.855 kD,理论等电点（pI）为7.66,属于亲水性蛋白,具有典型的植物ADF蛋白家族的保守结构域ADF_gelsolin,主要定位于细胞质中。ZmADF4基因不具有转录自激活效应,且在根、茎、叶、花丝、花药、胚、胚乳和果皮等组织中呈差异性表达,在茎、果皮和叶片中表达量较高。ZmADF4基因对高温胁迫、低温胁迫、高盐胁迫、干旱胁迫及脱落酸处理均有响应,其中高温胁迫下,整体呈上调表达趋势,而低温胁迫和脱落酸处理下,整体呈下调表达趋势,干旱和高盐胁迫下则呈先上调再下调表达的趋势。【结论】ZmADF4基因属于ADF基因家族成员,不仅参与玉米茎、果皮和叶片的生长发育调控,还参与低温、高温、干旱、脱落酸、盐胁迫等逆境响应调控。     

转phyA2、ZmTMT和Bar玉米的获得及其特性分析

【目的】玉米是家禽和单胃动物饲料的主要原料,但玉米籽粒中高活性的α-生育酚含量较低,且籽粒中的磷主要是以植酸磷的形式存在,动物不能有效吸收利用,因此,饲料中需要添加化学合成的维生素E和无机磷或微生物来源的植酸酶以满足动物生长发育的需要,增加了饲料成本,同时又容易造成磷污染。通过转基因获得α-生育酚含量和植酸酶活性大量提高的玉米,为饲用玉米育种提供材料基础。【方法】构建含有3个基因表达盒的载体,采用农杆菌侵染的方法转化玉米,草铵膦作为筛选压力;通过喷施草铵膦和PCR鉴定的方法筛选转基因阳性植株,RT-PCR分析目的基因在转录水平的表达情况;Western blot分析目的基因在翻译水平上的表达情况,采用分光光度计测定转基因玉米籽粒中的植酸酶活性,利用HPLC测定籽粒中的维生素E含量,同时比较转基因株系与野生型在其他营养成分和农艺性状上的差异。【结果】构建了胚乳特异性启动子123387驱动的植酸酶基因phyA2表达盒、胚特异性启动子13387驱动的玉米γ-生育酚甲基转移酶基因ZmTMT表达盒以及组成型启动子CaMV 35S驱动的草铵膦抗性基因Bar表达盒串联的植物表达载体;转化玉米获得转基因植株;喷施草铵膦和PCR鉴定得到阳性植株;经过多个世代回交转育,获得目标性状均较好的2个转基因纯合玉米株系TPB1和TPB2;RT-PCR和Western blot分析结果表明phyA2、ZmTMT和Bar在转基因玉米中显著高表达。植酸酶活性测定结果表明,转基因玉米籽粒中植酸酶活性达到10 000—13 000 U·kg^-1。维生素E含量测定结果表明,转基因玉米籽粒中90%以上的γ-生育酚转化为α-生育酚,α-生育酚的含量达到50—70 mg·kg^-1,α-三烯生育酚的含量也有明显增加。转基因玉米中的植酸酶活性和α-生育酚含量完全能够满足动物饲料的需要。转基因株系的农艺性状与野生型无显著差异,TPB1的营养成分与野生型总体无显著差异,TPB2稍高于野生型但是未产生不利影响;且均具有草铵膦抗性。【结论】获得的富含维生素E和植酸酶、且具有除草剂抗性的玉米新材料可以用于玉米杂交种的开发应用,降低饲料成本,提高磷的利用率,减少环境污染。     

玉米钙依赖蛋白激酶全基因组鉴定及抗旱表达分析

【目的】分析研究玉米钙依赖蛋白激酶全基因组鉴定及抗旱表达。【方法】使用NCBI Blast、DNAMAN和MotifScan等程序分析玉米钙依赖蛋白激酶CDPK的蛋白结构域和系统发育。采用Real-time RT-PCR方法分析CDPK基因在干旱胁迫处理玉米幼苗中的表达,评价CDPK基因对玉米干旱胁迫反应能力。【结果】鉴定出了在玉米中含有39个CDPK基因。将CDPK基因分为4个组。每个群体中的成员有共同的蛋白质基序和外显子及内含子结构,共同的进化起源。39个玉米CDPK基因根据它们的系统发育关系分组,并锚定在特定的玉米染色体上。多数CDPK基因在玉米干旱胁迫中的表达水平发生改变,CDPK基因参与对干旱胁迫的响应。【结论】从玉米基因组数据库中鉴定出了39个CDPK基因,大多数玉米CDPK基因在不同组织和不同发育阶段表现出不同的表达水平,CDPK基因在玉米发育中发挥不同的作用。多数CDPK基因在干旱胁迫下的表达量均发生变化。     

玉米光周期反应及一个相关基因的克隆

【目的】研究玉米的光周期反应，克隆出玉米中的EMF同源基因并研究其表达模式。【方法】以热带玉米自交系CML288和温带玉米自交系黄早四为材料，研究了它们在9 h和15 h光周期处理后的反应和热带自交系CML288在不同时期两种日照挪动处理下的光周期反应。通过RT-PCR法克隆到一个玉米上的EMF同源基因，并检测了该基因在经过不同光周期处理的自交系CML288、黄早四及其F1的不同生长时期茎尖中的表达。【结果】 CML288对光周期的反应非常敏感，黄早四相对不敏感。CML288在短日照条件下7片叶时期是光周期反应的敏感时期，在长日照条件下9片叶时期是光周期反应的敏感时期。推测新克隆的cDNA序列含有完整的1 881bp的开放阅读框，编码一条约71kD的多肽，包含626个氨基酸残基，编码的蛋白质有一个C2H2型锌指结构区,两个核定位信号区和一个酸性区，可能是DAN结合蛋白，Northern杂交显示，其在茎尖和叶片中均有表达。经不同光周期处理后，该基因在2个自交系及F1不同生长时期茎尖中的表达情况不同。【结论】克隆到的基因其功能可能与促进营养生长和抑制生殖生长有关。     

蛋白质组学分析揭示玉米籽粒发育过程中胁迫相关蛋白的表达特性

【目的】从蛋白质组学的层面探讨玉米籽粒发育过程中胁迫相关蛋白的表达特性,分析其功能,揭示籽粒自身防御系统的分子调控机理。【方法】大田条件下,以玉米品种登海661(DH661)为供试材料,67 500株/hm~2密度下种植,开花期人工饱和授粉后第3、5、10、15、20、30、40和50天(DAP)取果穗中部籽粒。TCA-丙酮沉淀法提取籽粒总蛋白,用同位素标记相对定量(i TRAQ)技术进行蛋白质组学分析。通过匹配Uniprot玉米蛋白数据库鉴定籽粒总蛋白,并且用基因本论(GO)注释按照生物过程、分子功能及细胞组件进行功能分类。分析鉴定籽粒发育过程中显著差异表达的胁迫相关蛋白,并且将其分层聚类以展示其在籽粒发育过程中的表达模式。【结果】通过匹配玉米蛋白数据库,籽粒中总计鉴定到4 751个蛋白,这些蛋白涉及多种生物过程与分子功能,其中代谢过程与分子过程是最主要的两个生物过程,而催化活性与绑定功能是最主要的两个分子功能类别,表明这些生物过程与分子功能对籽粒发育具有重要作用。定量分析检测到123个胁迫相关蛋白在玉米籽粒发育过程中显著差异表达,主要参与籽粒蛋白修饰(33个)、活性氧(ROS)体内平衡(31个)、贮藏物质保护(17个)、病虫害响应(8个)及其他胁迫响应过程(34个)。蛋白修饰相关蛋白主要包含一系列的热激蛋白、肽基脯氨酰顺反异构酶及蛋白二硫键异构酶,并且这些蛋白在籽粒不同发育阶段均显著积累,这对稳定籽粒中的蛋白结构具有重要作用。ROS相关蛋白包含不同的抗氧化酶系,并且主要在籽粒发育前、后期显著积累,维护了ROS的体内平衡。贮藏物质保护相关蛋白主要包含多种蛋白酶抑制剂、油脂体蛋白及油脂体固醇蛋白,并且这些蛋白随着籽粒发育不断上调表达,保护了贮藏物质的合成与积累。病虫害响应相关蛋白同样在籽粒发育后期显著积累,增强了籽粒对生物胁迫的抗性。其他胁迫响应相关蛋白主要包括一系列的晚期胚胎丰富蛋白(LEA)、膜联蛋白、脂质转移蛋白、非特异性脂质转移蛋白及脂氧合酶,其中LEA在籽粒发育后期显著积累,膜联蛋白与脂氧合酶主要在发育前期显著表达,而脂质转移蛋白及非特异性脂质转移蛋白在籽粒不同发育阶段均有积累,表明这些蛋白在籽粒不同发育阶段发挥重要作用。【结论】胁迫相关蛋白在籽粒不同发育阶段显著积累,构建了一个协同、多样、稳定的防御调控机制,维护了籽粒正常的发育过程。