黄瓜不同性型花中差异表达的MADS-box基因

MADS-box基因家族是一类转录调控因子,影响植物各个生长发育的环节,尤其是花器官的发育。随着模式植物MADS-box基因研究的深入,一些该类基因的作用方式已经被阐明。黄瓜的性型直接关系到其产量,黄瓜中MADS-box基因对其性型的影响尚未清楚。本研究对6组不同黄瓜性型的近等基因系材料的花芽以及顶芽进行转录组分析,利用生物信息学方法,获得9个不同性型花芽和顶芽差异表达的MADS-box基因:Cucsa.018420、Cucsa.113420、Cucsa.251170和Cucsa.327970在雄花中特异表达,Cucsa.139620、Cucsa.160640、Cucsa.241990在雌花和两性花中的表达差异显著,Cucsa.212720和Cucsa.392160在雌花中特异表达。通过荧光定量RT-PCR验证了其中两个差异表达基因Cucsa.018420和Cucsa.392160的表达,发现两者在整个花发育过程中的表达规律与转录组结果一致。本研究初步探讨了MADS-box基因对黄瓜花性型的影响,为黄瓜MADS-box基因的深入研究提供参考。     

黄瓜CsGPX基因克隆与细菌性角斑病胁迫下的表达分析

[目的]克隆CsGPX基因并研究其与黄瓜抗病性的关系.[方法]采用RT-PCR技术克隆黄瓜CsGPX基因cDNA序列全长,并对其进行生物信息学分析;采用荧光定量PCR的方法分析CsGPX基因在细菌性角斑病侵染0～96 h下的表达情况.[结果]CsGPX基因cDNA序列全长914 bp,包含一个513 bp的开放阅读框,编码170个氨基酸,该基因编码蛋白的相对分子质量约为19.02 kD,理论等电点是8.66,为亲水性蛋白,不具有跨膜结构,不含信号肽序列.实时荧光定量PCR分析表明,CsGPX在黄瓜叶中有表达.在黄瓜细菌性角斑病菌侵染下,该基因在黄瓜叶中表达增高,明显受黄瓜细菌性角斑病菌的诱导.[结论]CsGPX基因的分子鉴定为进一步解析该基因在黄瓜抗病机制方面的作用提供重要依据.     

黄瓜基因组中抗霜霉病候选基因的生物信息学及其表达特异性

【目的】寻找黄瓜抗霜霉病基因,研究黄瓜抗霜霉病机制。【方法】利用拟南芥和甜瓜抗霜霉病蛋白质序列,搜索黄瓜基因组数据库;通过生物信息学分析候选基因特征,以黄瓜抗霜霉病自交系M801-3-1为试材,分析候选基因在叶片组织中的表达状态。【结果】共获得187个黄瓜抗霜霉病候选基因;确定了候选基因染色体位置和排列特点、序列相似性特征以及系统进化关系;大部分黄瓜R基因在未接种霜霉病菌的抗病自交系和感病叶片组织中都有一定的表达量,在接种霜霉病菌后在抗病自交系M801-3-1中Csa001907和Csa002921表达量下调,感病自交系M302-3 中Csa001907和Csa002921变化不明显。【结论】在黄瓜基因组中存在185个与拟南芥抗霜霉病基因同源的R基因,2个与甜瓜的抗霜霉病基因At1和At2同源的eR基因,通过聚类分析这些基因可以分为6类,初步认定Csa001907和Csa002921为黄瓜抗霜霉病的R基因,这2个基因在叶片组织中有一定表达量,其表达量减少可诱发抗病黄瓜品种的抗病反应。     

黄瓜丝氨酸羧肽酶类蛋白家族鉴定及表达分析

[目的]丝氨酸羧肽酶类(serine carboxypeptidase like,SCPL)蛋白属于SC羧肽酶中的S10家族,在植物生长发育以及逆境反应中发挥重要功能.基于全基因组水平系统鉴定黄瓜SCPL基因家族,并通过分析它们的组织、非生物及生物逆境胁迫表达模式,为深入阐明黄瓜SCPL基因的功能提供理论依据.[方法]运用生物信息学的方法,首次在黄瓜中对丝氨酸羧肽酶类蛋白家族进行了鉴定和全基因组分析.利用HMMER软件和BLAST搜索黄瓜蛋白数据库,并将鉴定出来的成员导入PFAM和SMART等数据库验证是否含有SCPL特征结构域(PF00450).利用ProtParam、MEGA、MEME、GSDS和TBtools等软件对黄瓜SCPL基因序列和蛋白序列进行生物信息学分析.[结果]黄瓜基因组含有27个SCPL基因(CsaSCPL1～CsaSCPL27),它们在7条染色体上的分布并不均匀.理化性质分析结果表明大多数CsaSCPL蛋白是酸性的亲水蛋白,这可能和它们发挥水解酶的功能密切相关.系统进化树分析显示拟南芥和黄瓜SCPL家族成员在系统发育上可以分为3个亚类,分别为SCPL-I、SCPL-II、SCPL-III.基因结构分析结果表明大多数CsaSCPL基因具有3～13个内含子,而且亲缘关系接近的CsaSCPL成员的保守基序分布和基因结构也非常相似.利用转录组测序数据分析了CsaSCPL基因的组织和胁迫表达谱.结果表明CsaSCPL基因的表达具有明显的组织特异性,一些基因的表达量在盐和白粉病胁迫下发生了明显的变化.[结论]研究一共鉴定了27个黄瓜CsaSCPL基因家族成员,其中一些成员可能在不同的非生物及生物逆境胁迫过程中发挥功能,这将为进一步揭示黄瓜SCPL家族基因的功能及后续培育抗逆黄瓜品种提供坚实的基础.     

黄瓜丝氨酸羧肽酶类蛋白家族鉴定及表达分析

[目的]丝氨酸羧肽酶类(serine carboxypeptidase like,SCPL)蛋白属于SC羧肽酶中的S10家族,在植物生长发育以及逆境反应中发挥重要功能.基于全基因组水平系统鉴定黄瓜SCPL基因家族,并通过分析它们的组织、非生物及生物逆境胁迫表达模式,为深入阐明黄瓜SCPL基因的功能提供理论依据.[方法]运用生物信息学的方法,首次在黄瓜中对丝氨酸羧肽酶类蛋白家族进行了鉴定和全基因组分析.利用HMMER软件和BLAST搜索黄瓜蛋白数据库,并将鉴定出来的成员导入PFAM和SMART等数据库验证是否含有SCPL特征结构域(PF00450).利用ProtParam、MEGA、MEME、GSDS和TBtools等软件对黄瓜SCPL基因序列和蛋白序列进行生物信息学分析.[结果]黄瓜基因组含有27个SCPL基因(CsaSCPL1～CsaSCPL27),它们在7条染色体上的分布并不均匀.理化性质分析结果表明大多数CsaSCPL蛋白是酸性的亲水蛋白,这可能和它们发挥水解酶的功能密切相关.系统进化树分析显示拟南芥和黄瓜SCPL家族成员在系统发育上可以分为3个亚类,分别为SCPL-I、SCPL-II、SCPL-III.基因结构分析结果表明大多数CsaSCPL基因具有3～13个内含子,而且亲缘关系接近的CsaSCPL成员的保守基序分布和基因结构也非常相似.利用转录组测序数据分析了CsaSCPL基因的组织和胁迫表达谱.结果表明CsaSCPL基因的表达具有明显的组织特异性,一些基因的表达量在盐和白粉病胁迫下发生了明显的变化.[结论]研究一共鉴定了27个黄瓜CsaSCPL基因家族成员,其中一些成员可能在不同的非生物及生物逆境胁迫过程中发挥功能,这将为进一步揭示黄瓜SCPL家族基因的功能及后续培育抗逆黄瓜品种提供坚实的基础.     

矮化黄瓜膨胀素Cs-EXPA1基因的表达差异研究

根据GenBank中膨胀素蛋白序列设计特异引物进行矮化黄瓜膨胀素Cs-EXPA1基因的克隆。结果表明,从矮化黄瓜D0462中克隆得到一个膨胀素基因Cs-EXPA1(GenBank accession No.U30382.1)。PCR获得长约787 bp的全长基因,利用Real-time PCR定量检测到该基因在黄瓜苗期的下胚轴、子叶、根中均有表达,且表达丰度可能与该部位细胞生长分裂状态相关,在不同生长时期差异较明显。     

黄瓜DIR家族基因的全基因组鉴定及其表达分析

【目的】基于黄瓜基因组信息和转录组测序大数据,利用生物信息学手段,对黄瓜中DIR基因家族进行鉴定,并分析其在不同组织器官和胁迫响应过程中的表达模式,为后续深入研究黄瓜DIR基因的生物学功能奠定重要基础。【方法】基于已报道的DIR基因HMM模型文件,利用HMMER软件包的hmmsearch程序从黄瓜蛋白数据库中筛选出可能的DIR基因ID,并利用在线工具Pfam和SMART进行验证,最终确定黄瓜DIR家族基因。利用ExPASy、TBtools、GSDS、MEME、MEGA、MCScanX和Circos等工具分析黄瓜DIR基因家族成员的理化特征、染色体定位、基因结构、系统进化树和共线性。基于黄瓜在不同组织和胁迫响应下的转录组测序大数据,利用黄瓜V3版本基因组信息进行转录组分析,检索黄瓜DIR基因在不同转录组测序分析中的表达情况,利用TBtools软件绘制表达热图,分析黄瓜DIR基因在不同组织和胁迫响应过程中的表达模式。【结果】在黄瓜中鉴定到23个DIR家族基因,分布于7条染色体上,编码氨基酸个数在78—684,分子量8.70—73.82 kD;系统进化分析将黄瓜DIR基因家族划分为3个亚族,...     

冷诱导转录因子基因CBF3转化黄瓜的研究

从拟南芥Columbia生态型基因组DNA中扩增并克隆了冷诱导转录因子CBF 3基因,将其与CaMV 35 S启动子和Nos终止子融合后构建成植物表达载体pBINP-35 S-CBF 3.通过农杆菌介导转化黄瓜子叶,获得了具有卡那霉素抗性的黄瓜再生植株.经PCR检测鉴定,表明CBF 3基因已整合到黄瓜基因组中.     

黄瓜RNA解旋酶基因家族的生物信息学鉴定和表达分析

利用生物信息学方法对黄瓜RNA解旋酶基因家族成员、基因分类、染色体定位和系统进化关系进行了分析预测,并利用实时荧光定量PCR技术检测了11个黄瓜DEAD-box RNA解旋酶基因的组织表达模式和NaCl、低温4℃、脱落酸(ABA)以及高温39℃胁迫条件下的表达变化。结果表明,黄瓜RNA解旋酶家族包含101个基因,DEAD-box、DEAH-box和DExD/H-box 3个亚家族分别包含32、27和42个基因成员;黄瓜的7条染色体均有RNA解旋酶基因分布,其中第3条染色体最多,有30个RNA解旋酶基因,仅有8个基因分布在第4条染色体上;黄瓜RNA解旋酶基因编码的蛋白包含376~2 330个氨基酸,等电点在5.13~10.00;qRT-PCR分析发现,除CsDEAD16和CsDEAD25外,其他基因在花中表达量均最高,在黄瓜根中仅检测到CsDEAD17、CsDEAD21、CsDEAD22和CsDEAD24的表达;黄瓜幼苗经上述胁迫处理后11个基因均有不同程度的表达量变化,其中CsDEAD16、CsDEAD21、CsDEAD22、CsDEAD24、CsDEAD25和CsDEAD27明显受ABA上调,而CsDEAD24的表达受高温诱导。本研究为进一步探索黄瓜RNA解旋酶基因在其生长发育中的作用和抗性作用机制,奠定了一定的理论基础。     

黄瓜硝酸盐转运蛋白基因CsNRT1.5的克隆及表达分析

结合黄瓜基因组数据和生物信息学分析,采用PCR技术从黄瓜津研4号叶片中获得一个与衰老相关的基因,命名为CsNRT1.5。该基因全长1 764 bp,编码588个氨基酸,与拟南芥硝酸盐转运蛋白基因NRT1.5同源性最高(71%)。系统进化树分析表明,CsNRT1.5与拟南芥硝酸盐转运蛋白基因NRT1.5亲缘关系最近。RT-PCR以及qRT-PCR表达分析表明,CsNRT1.5是一个与黄瓜衰老相关的基因,在黄瓜幼嫩叶片表达量最高,其次为中部叶片,在下部衰老叶片检测到痕量表达。研究结果为下一步分析其在黄瓜氮代谢过程中的功能验证奠定理论基础。     

CMV侵染胁迫下黄瓜重要功能基因表达及代谢响应的研究

【目的】研究黄瓜花叶病毒病（CMV）侵染胁迫下黄瓜重要功能基因表达和代谢途径响应。【方法】在结合气体交换和叶绿素荧光参数及抗性相关酶活性测定的基础上, 应用农业部园艺植物生长发育与品质调控重点开放实验室自主开发的黄瓜cDNA芯片研究黄瓜在CMV侵染胁迫下的基因表达谱变化,并对其中5个具有代表性的基因通过实时荧光定量PCR（QRT—PCR）进行检测,以验证cDNA芯片杂交结果的可靠性。【结果】共获得67个差异表达显著的基因,其中42个基因下调表达,25个基因上调表达。这些差异表达的基因涉及了许多重要代谢途径。许多与光合作用、氮同化相关的基因受到明显的抑制;而一些防御相关基因和信号传导相关基因则诱导表达;同时,也发现了一些与CMV胁迫相关的功能未知基因或未有任何功能信息的基因。【结论】CMV胁迫引发了黄瓜代谢发生一系列复杂的适应性变化,PR1-1a等基因可能在黄瓜防御CMV侵染过程发挥着重要作用。     

黄瓜抗病基因同源序列的表达分析

对黄瓜抗霜霉病品种东农129进行霜霉菌诱导,以稳定表达的18S RNA基因做对照,用RT-PCR半定量的方法分析黄瓜抗病基因同源序列(RGAs)的表达情况。结果表明,霜霉菌能诱导RGA基因的表达,经霜霉菌诱导后多数RGA基因相对表达量增强。说明了RGA基因的表达情况和霜霉菌密切相关。用半定量RT-PCR研究RGA基因的表达具有操作简单,特异性高,可靠性强的优点。     

黄瓜肌醇半乳糖苷合成酶基因GolS2克隆与表达调控

肌醇半乳糖苷合成酶(GolS)是合成棉子糖系列寡糖(RFOs)的关键酶，在植物抵抗非生物胁迫过程中发挥重要作用。为探究GolS2基因在黄瓜应答非生物胁迫中的作用，本研究采用RT-PCR法从黄瓜中克隆了GolS2基因，其开放阅读框长度为981 bp,编码326个氨基酸，植物GolS2蛋白氨基酸序列一致性很高。进化树中，黄瓜GolS2蛋白与拟南芥GolS2和GolS3蛋白聚在同一分支，亲缘关系最近。盐胁迫和低温胁迫处理显著诱导GolS2基因在黄瓜幼苗中的表达，但低温处理显著抑制GolS2基因在采后黄瓜果实中的表达。对其启动子顺式作用元件的分析结果显示，GolS2基因启动子中含有多个与逆境胁迫响应有关的顺式作用元件。在采后黄瓜果实中沉默HHO2和GRP3基因的表达，显著下调GolS2基因表达，表明这两个基因调控GolS2基因表达。本研究结果明确了GolS2基因在不同类型黄瓜组织中应答非生物胁迫的功能存在差异，这为进一步研究该基因的功能奠定了基础。     

热胁迫下黄瓜幼苗生理生化指标变化及CSHSP70基因表达

选用2个黄瓜热敏材料和2个耐热材料研究了黄瓜幼苗在不同温度热胁迫下的生理表现,并用RT-PCR技术检测了黄瓜热激蛋白CSHSP70基因的表达.结果表明:随着热胁迫温度的增高,黄瓜幼苗叶片细胞膜透性增加,丙二醛含量升高,膜脂过氧化严重,膜伤害加剧,游离脯氨酸含量增加,超氧化物岐化酶活性增强,CSHSP70被诱导增强表达,耐热材料与热敏材料间表达存在差异.     

黄瓜非特异性脂质转移蛋白基因的序列分析及细菌性角斑病菌浸染下的表达

非特异性脂质转移蛋白(nsLTP)是植物中大量存在的小分子脂类结合蛋白,具有抗菌防御功能。分析黄瓜非特异性脂质转运蛋白基因nsLTP的序列特征及其在细菌性角斑病菌浸染过程中的表达模式,对其应用于黄瓜等农作物转基因工程,增强作物抗病性具有重要意义。在黄瓜叶cDNA文库中,获得非特异性脂质转移蛋白(nsLTP)cDNA序列,命名为CsnsLTP;该基因全长566 bp,编码121个氨基酸残基;序列分析表明,该基因具有N端信号肽,具有nsLTP家族共有的典型保守区域,属nsLTP家族基因。实时荧光定量PCR分析表明,CsnsLTP在黄瓜叶中有表达。在黄瓜细菌性角斑病菌浸染下,该基因在黄瓜叶中表达增高,并随浸染时间的延长而增强,明显受黄瓜细菌性角斑病菌的诱导,推测该基因在抵御黄瓜细菌性角斑病菌浸染时具有重要作用。     

黄瓜低霜霉威残留性相关基因SDH克隆及表达

通过Solexa技术和比较基因组学方法鉴定霜霉威胁迫下黄瓜果实差异表达基因,筛选黄瓜低霜霉威残留性相关基因SDH。研究利用PCR克隆获得SDH基因全长,命名为Cs SDH。构建亚细胞定位表达载体,利用农杆菌浸润法注射烟草叶片后激光共聚焦显微镜下观察;分别用荧光定量RT-PCR方法和酶联免疫法研究高、低农残品系D9320和D0351中Cs SDH基因在农药霜霉威处理后,不同时间点、不同组织部位时空表达特征和琥珀酸脱氢酶活性。结果表明,Cs SDH基因在烟草叶片细胞中被定位在细胞膜上。黄瓜低农残品种D0351中,Cs SDH基因在果实受霜霉威胁迫后反应迅速,主要在处理前期响应表达强烈,琥珀酸脱氢酶活性显著增加,且该基因表达量显著高于其在高农残品种D9320中表达量。Cs SDH果、叶中表达量较茎中高,且各组织部位表达量高低顺序稳定,为叶果茎。黄瓜高农残品种D9320中,Cs SDH基因表达量在0.5、1、3、12 h呈现上调表达,6、9 h基因表达量差异不显著,48 h出现上调表达高峰。说明克隆得到的Cs SDH基因属农药处理前期响应基因,且该基因可能在降低黄瓜农药残留过程中发挥重要作用。试验通过研究黄瓜琥珀酸脱氢酶基因(SDH)在霜霉威胁迫下表达情况,为挖掘黄瓜低农药残留性功能基因以及探明其作用分子机制奠定基础。     

黄瓜异戊烯基转移酶基因(CsIPT2)的克隆及特征分析

为了分析黄瓜异戊烯基转移酶基因(CsIPT2)在果实发育不同模式中的转录变化以及对不同激素的转录应答情况,对CsIPT2基因进行了克隆和序列分析,再利用荧光定量PCR技术分析该基因在黄瓜单性结实自交系EC1和非单性结实自交系8419s-1果实发育过程中的表达情况,并分析了CsIPT2对不同激素的应答反应。结果表明:CsIPT2基因全长843 bp,共编码280个氨基酸,蛋白空间结构模型与蛇麻IPT蛋白极其相似。该基因不仅在授粉后的黄瓜果实发育中表达量上调,而且在黄瓜天然单性结实前期和人工诱导的单性结实后期表达量均有增加,推测该基因在促进黄瓜果实发育过程中发挥着重要作用,同时也可能参与了黄瓜单性结实的调控过程。GA、ET、6-BA、ABA和NAA 5种激素都能够诱导该基因的上调表达。其中GA处理后3 h基因表达量最高,ET、6-BA、ABA和NAA诱导的表达峰值出现在处理后6 h。随着NAA处理浓度的增加基因的表达量上调幅度增大。     

黄瓜酪氨酸硫化转移酶基因CsTPST克隆及其表达分析

【目的】克隆黄瓜酪氨酸硫化转移酶基因(CsTPST),并分析植物多肽在发育过程中的调控作用,为研究CsTPST的功能及多肽与乙烯在黄瓜发育过程中的相互作用打下基础。【方法】以拟南芥TPST蛋白序列信息为基础进行同源比对,经PCR扩增和生物信息学分析获得CsTPST基因序列信息、结构和亲缘关系,并利用qRT-PCR对其表达模式进行分析。【结果】CsTPST基因cDNA全长789 bp,编码262个氨基酸。进化分析结果表明,CsTPST蛋白与甜瓜的TPST蛋白亲缘关系最近,其氨基酸序列相似性为93%。 qRT-PCR分析结果表明,CsTPST基因在黄瓜雌花、根和叶片中表达量较高,在雄花和茎中表达量较低。此外,CsTPST基因在乙烯合成促进剂ACC处理的黄瓜叶片中上调表达,而在乙烯合成抑制剂AVG处理下呈下调表达。 CsTPST基因启动子能激活GFP基因的表达。【结论】CsTSPT基因是一个受乙烯诱导表达的基因,可供开展CsTPST基因的生物学功能及性别决定的分子机理研究参考。     

黄瓜缺铜响应转录因子CsSPL7的克隆及表达分析

结合黄瓜基因组数据和生物信息学分析,采用同源扩增技术从黄瓜津研4号叶片中获得1个受缺铜诱导表达的基因,命名为CsSPL7。该基因全长1 746 bp,编码582个氨基酸,与拟南芥SPL7基因序列相似性为43%。QRTPCR表达分析表明,CsSPL7是1个受缺铜诱导表达的基因,在缺铜处理的黄瓜叶片中表达量最高,并且随着铜处理浓度的升高,其表达量逐渐降低。研究结果为下一步分析CsSPL7在黄瓜缺铜胁迫过程中的功能奠定了基础。     

Cs-ACS1基因克隆与转化黄瓜研究

采用PCR方法,从全雌系黄瓜基因组DNA中扩增出2 333 bp的基因片段,BLAST分析结果表明:所克隆的基因序列与CS-ACS1仅有1个碱基的差异,与Cs-ACS1G的核苷酸序列同源性为98%,而推导氨基酸完全一致;结果表明所克隆的基因为Cs-ACS1基因.构建了该基因的正义表达栽体,并导入黄瓜,获得2株转基因植株.