谷子NADP-ME的鉴定及其对逆境胁迫的响应

【目的】鉴定谷子NADP-ME家族成员,研究不同成员对非生物逆境胁迫的响应,为揭示SiNADP-ME在谷子逆境应答信号途径中的作用奠定基础。【方法】 利用生物信息学方法鉴定谷子基因组中的NADP-ME家族成员。采用GSDS2.0、plantCARE、Clustalx、MEGA6.0等软件及网站ExPASy对鉴定成员蛋白和基因序列进行生物信息学分析。采用qRT-PCR方法检测SiNADP-ME在苗期不同逆境、不同生育期干旱胁迫及不同光照强度下的表达情况。【结果】 谷子NADP-ME家族由7个成员组成,它们在谷子的第2、3、5、7染色体上呈不均匀分布。保守功能域分析显示7个基因都含有NADP-ME特征保守功能域。序列比对发现谷子NADP-ME成员之间序列非常保守,相似性较高,7个谷子成员序列一致性为77.30%,而不同物种NADP-ME序列之间相似性为56.52%。序列分析显示SiNADP-ME1、SiNADP-ME4、SiNADP-ME5、SiNADP-ME6序列较长,分别编码576、639、652和636个氨基酸,而SiNADP-ME2、SiNADP-ME3、SiNADP-ME7序列较短,分别编码213、265和149个氨基酸。基因结构分析显示SiNADP-ME1有2个可变剪切,SiNADP-ME5有3个可变剪切,其他基因无可变剪切。SiNADP-ME1、SiNADP-ME2、SiNADP-ME3、SiNADP-ME7含内含子较少,而SiNADP-ME4、SiNADP-ME5、SiNADP-ME6含内含子较多。蛋白参数预测显示谷子NADP-ME成员间分子量跨度较大,在161.94—725.43 kD,等电点为5.32—8.05,不稳定指数为23.01—45.01,脂肪系数介于89.19—107.77,平均疏水指数介于-0.218—0.004。亚细胞定位预测显示SiNADP-ME成员主要被定位在叶绿体、线粒体和细胞质中。顺式元件分析显示SiNADP-ME成员启动子区域主要包括激素类应答、逆境应答、光应答以及其他类生长调控相关的顺式元件。聚类分析发现谷子SiNADP-ME基因在单、双子叶植物分离之前就已存在。不同物种同源基因对在进化树中广泛存在揭示它们在进化上可能存在共同祖先,也暗示它们在某些信号通路中可能具有相似的功能。苗期逆境表达分析表明所有谷子SiNADP-ME家族基因表达量在本文应用的4种逆境胁迫下都被明显诱导。SiNADP-ME1在ABA、低温、NaCl处理后被诱导的最高相对表达量分别为对照的460.53、411.50和15.24倍;SiNADP-ME6在ABA、低温、PEG、NaCl处理后被诱导的最高相对表达量分别为对照的211.13、15.21、772.41和643.99倍。进一步分析表明SiNADP-ME1和SiNADP-ME6在拔节期、抽穗期和灌浆期干旱胁迫下表达量上调。【结论】 从谷子基因组中鉴定了7个NADP-ME基因家族成员;7个成员间序列非常保守并且都含有NADP-ME基因典型特征结构域;7个谷子NADP-ME家族基因参与了植物非生物逆境应答,特别是SiNADP-ME1和SiNADP-ME6可能在ABA、盐、干旱、低温等逆境应答信号途径中起重要作用。     

谷子GH5基因家族全基因组鉴定和表达分析

糖苷水解酶5(GH5)属于最大的糖苷水解酶家族,在细胞壁合成与降解过程中发挥重要作用。为解读谷子GH5基因家族特性,通过生物信息学方法对谷子进行全基因组扫描,鉴定并分析谷子GH5家族成员。结果表明,谷子具有18个GH5基因(命名为SiGH5-1~SiGH5-18),不均匀分布在8条染色体上。SiGH5蛋白具有保守结构域,叠合比对发现不同物种GH5蛋白结构高度保守。多物种系统发育树分析表明,GH5蛋白具有种属特异性特点。基因结构分析发现,同一分支的GH5蛋白具有相似的基序分布,GH5成员具有外显子改组现象。表达谱分析发现,谷子GH5家族基因属诱导型表达,其中,SiGH5-8、SiGH5-17在谷子各器官和非生物胁迫过程中均具有较高表达量。启动子分析鉴定到大量激素类响应元件,暗示GH5家族成员通过响应植物内源激素发挥调控作用。     

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。     

谷子AMT基因家族的鉴定及生物信息学分析

铵态氮转运蛋白(AMT)是一种高亲和性的转运蛋白,对植物的生长和发育有着重要的调节作用。谷子作为耐贫瘠作物,鉴定谷子AMT基因家族成员及对其进行生物信息学分析,将为研究谷子AMT基因家族的分子功能奠定一定的基础。根据已经报道的拟南芥和水稻AMT基因,运用生物信息学方法在谷子xiaomi基因组上鉴定了谷子AMT基因家族成员,并分析其在染色体上的分布、理化性质和基因结构,同时基于不同组织中的基因表达量,构建谷子AMT基因的表达模式。结果表明,在谷子xiaomi基因组中共鉴定到9个AMT基因家族成员,分为4个亚族,均由α-螺旋、β-折叠、扩展链以及无规则卷曲4种形式组成;不同SiAMT基因家族间的等电点、亲水性、相对分子质量等理化性质存在差异。motif分析结果表明,Si AMT蛋白均含有motif 8、motif 6、motif 5;此外,Si1g19720.1、Si1g24430.1、Si5g39610.1、Si7g17570.1基因的启动子区检测到与植物生长发育、光照、激素、胁迫响应有关的顺式作用元件。表达谱分析结果发现,Si7g17570.1、Si3g20620.1、Si9g02830.1基因具有明显的组织表达特异性。研究结果可为深入探讨该基因家族的功能机制与表达调控提供一定的参考信息。     

谷子SiCBL3对非生物胁迫响应特征分析

钙调磷酸酶Ｂ蛋白 （calcineurin B-like proteins, CBL）在植物逆境应答中起重要作用。前期研究表明谷子SiCBL3受干旱和盐的强烈诱导,因此对其进行系统分析。检索发现SiCBL3位于3号染色体,有2个转录本,均编码226个氨基酸,含3个典型的EF-hand功能域。亚细胞定位显示,SiCBL3蛋白主要位于液泡膜上。荧光实时定量PCR分析表明,SiCBL3广泛参与谷子苗期对PEG、盐、高温、低温和ABA等多种非生物逆境胁迫响应;SiCBL3在正常抽穗和灌浆期表达量较高,且在谷子拔节、抽穗和灌浆期干旱胁迫下被大量诱导。组织表达分析揭示,SiCBL3主要在地上部的倒2叶、茎杆、叶鞘、穗等器官中表达,而在地下部根中表达量较低;不同生育阶段SiCBL3在茎叶中表达量较高,在根中较低;灌浆期SiCBL3主要在倒2叶、茎、穗轴、叶鞘、籽粒等地上部组织中表达,而且在干旱胁迫下被大量诱导。这些结果表明,SiCBL3主要在地上部组织中高效表达,在生长中后期积极地参与植物对干旱等逆境胁迫响应,特别是在灌浆期干旱胁迫应答中起重要作用。研究结果为解析谷子CBL家族基因在逆境应答中的功能奠定基础。     

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。     

谷子硝酸盐转运蛋白NRT1家族的鉴定及表达分析

[目的]为了揭示谷子硝酸盐高效吸收和利用的分子机制,本文鉴定并分析了谷子硝酸盐转运蛋白NRT1基因家族。[方法]以拟南芥中已知的11个参与硝酸盐吸收和转运的NRT1蛋白为基础,利用Blast的方法在全基因组范围内鉴定谷子参与硝酸盐吸收和转运的NRT1基因,利用MEGA7.0和MEME构建系统进化树和鉴定保守的基序,并进一步利用PlantCARE预测顺式作用元件,最后通过RT-PCR的方法研究了谷子硝酸盐转运蛋白NRT1家族基因的组织表达情况。[结果]从谷子中鉴定了8个硝酸盐转运蛋白NRT1基因,系统进化分析表明所得8个NRT1基因分别属于NPF1、NPF2、NPF4、NPF6和NPF7亚家族。谷子NRT1蛋白中都含有一个保守的QX4GX8GX3FX5P基序,可能与硝酸盐的吸收和转运相关。谷子NRT1基因的启动子中富含光响应元件,尤其是SP1元件。RT-PCR分析表明谷子8个NRT1基因表达具有组织特异性,暗示了其可能在不同组织和器官的硝酸盐吸收转运中起作用。[结论]本研究鉴定了8个谷子硝酸盐吸收和转运相关的NRT1基因,为后续谷子NRT1基因功能研究及谷子耐低氮分子机制的揭示奠定了基础。     

谷子抗锈病反应相关MYB转录因子的鉴定与表达

【目的】谷子锈病是影响其产量和品质的重要因素之一。鉴定谷子抗锈病相关的MYB转录因子,为谷子抗锈病机理研究奠定基础。【方法】 利用real-time PCR技术,检测9个SiMYBs转录因子基因在（1）谷子孕穗期根、茎、叶和穗4个部位的表达情况,（2）在谷子抗（resistance,R）、感（susceptibility,S）锈病反应120 h内的表达丰度差异,（3）在植株外接水杨酸（salicylic acid,SA）和茉莉酸甲酯（methyl jasmonate,MeJA）后24 h内的表达变化;比较SiMYBs基因在谷子R、S、SA与MeJA 4种反应中的表达模式;选择抗病相关SiMYBs基因进行转录激活活性检测和亚细胞定位。【结果】 SiMYB100在叶部表达量最高,其余8个基因均在根部表达量最高,SiMYB074最显著。5个基因的表达与抗病相关：SiMYB074和SiMYB202受锈菌侵染诱导表达,抗病反应早期的表达量明显高于感病反应;SiMYB041和SiMYB177在抗病反应早期下调表达,后期上升至接种前,而感病反应中保持低水平表达;SiMYB100在接种后的48 h内,抗病、感病反应表达模式相反。在响应外源激素SA和MeJA反应中,SiMYBs基因的表达量均发生不同程度的变化。4个基因（SiMYB074、SiMYB100、SiMYB174和SiMYB202）在R、SA与MeJA反应中的表达模式一致,不同于S反应。5个抗病相关SiMYBs基因具有转录激活活性,其编码蛋白质定位于细胞核中。【结论】 鉴定到SiMYB041、SiMYB074、SiMYB100、SiMYB177和SiMYB202 5个基因的表达与谷子抗锈病相关;SiMYB074与SiMYB100在谷子生长发育和抗病过程中都发挥一定的功能;SiMYB074、SiMYB100、SiMYB174和SiMYB202 4个基因可能通过SA和JA信号途径参与谷子的早期抗病反应。     

大白菜ACA基因家族的全基因组鉴定与表达分析

【目的】通过对大白菜ACA（Ca²⁺-ATPase）基因家族鉴定与表达分析,研究其家族基因间的共性与特性,为进一步揭示ACA家族进化关系提供数据支撑,为深入解析BraACAs在低温胁迫、盐胁迫以及自交不亲和方面的功能研究奠定基础。【方法】根据已报道的拟南芥ACA基因家族,同源比对出大白菜ACA基因家族,利用在线软件Expasy预测其分子量、理论等电点等理化性质;采用MEGA 5.0软件构建系统进化树;运用在线软件GSDS 2.0绘制基因结构图谱;TBtools对其染色体定位;McscanX软件进行拟南芥与大白菜ACA家族基因共线性分析;利用在线软件PlantCARE预测大白菜ACA基因家族启动子元件;通过在线工具Pfam和MEME进行蛋白保守结构域分析;利用qRT-PCR技术检测BraACAs在不同组织、非生物胁迫和自交异交授粉后的表达量。【结果】大白菜ACA基因家族有18个基因成员,分布在大白菜10条染色体上;根据进化树关系分成4组,分别包含3、4、4和7个成员;蛋白结构域分析显示,有13个成员包含N端自抑结构域。qRT-PCR结果表明,BraACAs主要在花与果荚中高表达;低温胁迫下,Bra002762与Bra035649表达量总体上调;盐胁迫下,Bra031701表达量显著上调;自交和异交授粉中,Bra003276和Bra024117差异性表达。对Bra002762、Bra035649、Bra031701、Bra003276和Bra024117亚细胞定位分析,发现这些基因均定位在细胞质膜上。【结论】大白菜ACA家族基因蛋白结构均含有4个ACA基因特有的高度保守结构域。该家族在大白菜不同组织中表达模式不同,5个ACA家族基因成员编码蛋白定位于细胞膜上,其中Bra002762、Bra035649、Bra031701与低温和盐胁迫响应有关;Bra003276和Bra024117与自交不亲和性相关。     

谷子NF-YB基因家族的鉴定与生物信息学分析

为进一步明确谷子NF-YB基因家族结构的功能,研究利用生物信息学分析了谷子NF-YB基因家族的数目、染色体分布、进化关系、保守基序、保守结构域及组织表达情况。结果表明,在谷子中共鉴定出16个NF-YB基因,谷子NF-YB基因家族在染色体上呈不均匀分布;大多数亲缘关系较近的谷子NF-YB基因家族成员的外显子-内含子结构、保守基序、保守结构域较为相似,且NF-YB基因家族不同成员在谷子不同组织中的表达量存在显著差异。研究结果可为进一步探索NF-YB基因家族的功能奠定理论基础。     

河北省太行山区谷子生产现状与发展建议——以武安市谷子生产调研为例

河北省是谷子生产大省,种植面积一直位居中国前列,尤其以山区丘陵地带居多。河北省太行山区是河北省谷子种植面积最大的地区,其发展潜力很大,但目前也存在着诸多限制因素。为了实现太行山区谷子持续、快速发展,促使农民增收、社会增效,故以武安市谷子生产调研为例,利用专家访谈、实地调研和Excel表格分析等方法,分析河北省太行山区谷子生产现状。通过调查得出：河北省太行山区谷子生产受到劳动者素质低,劳动群体由老年、妇女组成,平均年龄52.8岁,小学文化占53.7%;几乎全部农民对补贴制度不清楚;生产分散、产业零连接;机械化水平较低。最后从5个方面提出发展建议。     

小米吸水特性及其与蒸煮时间的相关性

为了探索不同品种小米吸水率、吸水速率与蒸煮时间之间的关系,对7个谷子品种采用离心沥水法测定了1 h内不同时间的吸水率、吸水速率,采用直接蒸煮试验测定了米粒蒸煮开花时间,通过研究吸水率、吸水速率不同变化曲线、并将其与蒸煮时间进行相关分析及聚类分析。结果表明,7个品种小米0~2 min吸水率曲线急剧上升,2~60 min基本呈2种趋势上升,其中5个品种吸水率变化呈缓慢上升的S型曲线,其余2个品种吸水率变化趋于直线上升。小米2~20 min内的吸水率、吸水速率与蒸煮时间均呈极显著负相关关系,30 min后吸水率与蒸煮时间仍为负相关,而吸水速率与蒸煮时间为正相关。小米吸水特点为前期吸水快,后期吸水慢,每个品种小米2 min吸水率均是吸水率变化陡缓转变的拐点,2 min吸水速率均是吸水速率变化的高峰值,因此小米2 min的吸水率和吸水速率可作为其吸水的2个特征值;由于小米的吸水率与蒸煮时间呈极显著负相关关系,通常蒸煮时间短的类型蒸煮品质好,因此可以把谷子2 min的吸水率或吸水速率作为快速鉴定谷子优良蒸煮品质的方法,也可作为谷子品质育种中蒸煮品质的简单筛选方法。     

谷子抽穗时间基因SiTOC1的表达与单倍型变异分析

【目的】谷子抽穗时间的适应性表现是广适性新品种选育的基础,分析抽穗时间关键基因的遗传变异和单倍型效应,为品种适应性改良提供基础信息。【方法】通过全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）,定位谷子抽穗时间关键基因SiTOC1,利用多组学数据库（multi-omics database for Setaria italica,MDSi）提供的SiTOC1数字表达量,分析SiTOC1的组织时空表达特性,并利用原生质体对SiTOC1蛋白进行亚细胞定位。采用qRT-PCR在短日（10 h光照/14 h黑暗）条件下进行SiTOC1 24 h节律表达模式分析。利用有代表性的99份谷子品种,分析SiTOC1编码区和启动子区的遗传多态性、单倍型以及转录水平,并对单倍型与抽穗时间的关系进行鉴定。【结果】在第1染色体物理位置31 456 761 bp处鉴定到了一个显著的关联信号,与抽穗时间紧密相关,该位点附近存在一个拟南芥抽穗期TOC1的同源基因SiTOC1。SiTOC1在光周期响应组织（根、茎、叶等）中高表达,亚细胞定位于细胞核,在傍晚表达量上调,呈现出24 h节律性表达模式。SiTOC1在不同谷子品种中存在丰富的多态性,但REC和CCT结构域高度保守。SiTOC1编码区2种主要单倍型H-2和H-6分别与启动子单倍型Hp-591C和Hp-591A共分离,其中,启动子单倍型Hp-591C较Hp-591A的相对表达量显著上调了约2.5倍（P=0.014）,并且该单倍型在三亚市、长治市和乌鲁木齐市3个环境下的抽穗时间分别平均延迟9、11和12 d。【结论】SiTOC1启动子区第591 bp处的SNP是引起抽穗时间差异的主效位点,单倍型Hp-591A较Hp-591C早熟,可作为主效单倍型用于分子育种选择。     

不同短日照对不同叶龄谷子生长发育的影响

谷子是短日照作物,短日照处理可以减少单株叶片数,促进出叶速度,从而提前抽穗,缩短育种进程。谷子在五叶期时,给予8h短日照光周期处理效果最显著。     

谷子类受体蛋白激酶基因SiRLK35在水稻中对盐胁迫的响应

【目的】盐胁迫影响作物的产量和品质,而作物的耐盐性受特定基因的调控。在前期获得谷子类受体蛋白激酶基因SiRLK35过表达水稻株系的基础上,拟结合植株在盐胁迫下的表型,对部分盐胁迫指标及响应基因的表达模式进行检测和验证,解析谷子SiRLK35参与盐害响应的可能机制。【方法】 选取谷子SiRLK35过表达水稻株系,分别为过表达株系（over-expression,OE）-1（OE-1）、OE-2和OE-3,以野生型中花11为对照,实时荧光定量PCR（quantitative real-time PCR,qRT-PCR）检测各株系中SiRLK35的表达情况;分别用含0、150和200 mmol·L ^-1 NaCl的MS培养液处理三叶期的对照及转基因株系幼苗,观察其表型,统计150 mmol·L ^-1 NaCl处理3 d后苗长及根长;用150 mmol·L ^-1 NaCl处理四叶期幼苗,统计处理14 d后材料干重、死亡率和死叶率,对各材料的耐盐性进行评价;进一步挑选SiRLK35过表达程度高且耐盐表型好的OE-1株系,利用3,3'-二氨基联苯胺（3,3'-Diaminobenzidine,DAB)和氮蓝四唑（nitrotetrazolium blue chloride,NBT）染色检测其胁迫下过氧化物积累及超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）和过氧化物酶（peroxidase,POD）的活性;并对部分盐害响应基因的表达模式进行检测。 【结果】 谷子SiRLK35在株系OE-1中的相对表达量最高;150 mmol·L ^-1NaCl处理3 d幼苗后,中花11苗长和根长的生长受抑制程度均大于SiRLK35过表达株系,其中OE-1的受抑制程度最小;四叶期幼苗经150 mmol·L ^-1 NaCl处理14 d后,转基因株系地上部和地下部干重降低幅度均低于对照,且幼苗死亡率和死叶率均低于对照;盐胁迫下对照过氧化染色反应明显,O ^2-和H₂O₂的积累均高于过表达植株,SOD和POD抗氧化酶活性均高于对照;部分盐害响应基因在SiRLK35过表达株系中表现为上调,其中,OsLEA3在盐处理24 h的相对表达量是对照中的1.9倍。 【结论】 谷子SiRLK35异源转化水稻获得的过表达株系对盐胁迫具有一定的抗性,SiRLK35可通过调控抗氧化酶活性及相关信号途径,从而参与盐害响应。     

谷子突变体研究进展

谷子是在我国种植历史最悠久的主要杂粮作物之一,伴随谷子基因组测序的完成,研究谷子的功能基 因将成为谷子研究的热点。谷子属C4植物,并且与水稻的基因组共线性高等特性亦会增加对谷子的研究热情。构建 谷子功能基因组饱和的突变体库,既能为谷子功能基因研究提供基础材料,亦能为谷子功能基因组和转录组学的解 析打下基础。通过化学因素和辐射因素诱发构建突变体库的方法是获得谷子突变体库主要的有效手段。通过阐述构 建谷子突变体库的目的和意义,综述了诱变技术在创造谷子突变体和功能基因组研究中的应用。     

谷子GATA基因家族的鉴定及表达分析

本研究从谷子基因组水平鉴定出33个SiGATA成员,命名为 SiGATA1～ SiGATA33。利用生物信息学方法对谷子SiGATA家族的系统发育、基因结构、染色体分布、保守基序、蛋白三级结构和顺式调控元件进行预测和分析。结果表明,33个SiGATA转录因子被划分为3组,不均匀的分布在8条染色体上,多数含有CX_2CX_(18)CX_2C保守结构域;谷子GATA蛋白与单子叶植物水稻的同源性大于其他两种单子叶植物;蛋白三级结构分析表明,整体结构相似度存在差异,同组进化序列基因的结构相似度较高;顺式作用元件分析表明,SiGATAs启动子序列中存在调控生长发育、激素信号传导和逆境胁迫响应元件,其中 SiGATA15、 SiGATA22、 SiGATA31在干旱、厌氧诱导及脱落酸响应等元件中表达量较高,其在谷子生长发育及逆境响应过程中可能发挥了重要生物学功能。这些逆境响应及生长发育相关转录因子的挖掘,将为作物育种提供一定理论参考。     

黄瓜CC-NBS-LRR家族基因鉴定及在霜霉病和白粉病胁迫下的表达分析

【目的】对黄瓜全基因组的CC-NBS-LRR（CNL）基因家族进行生物信息学和表达模式分析,为深入研究CNL基因家族在黄瓜生长、发育和病害胁迫响应中的功能提供参考。【方法】以拟南芥CNL为参考序列,利用本地Perl语言和Pfam等软件检索黄瓜‘9930’基因组并确定黄瓜CNL基因家族成员。通过ExPASy、GSDS2.0、MEGA、MEME、Tbtools、Mev等工具对黄瓜CNL家族基因进行生物信息学分析。根据转录组数据库、霜霉病菌（Pseudoperonospora cubensis）、白粉病菌（Podosphaera xanthii）接种处理和实时荧光定量PCR技术分析该类基因的表达模式。【结果】从黄瓜全基因组中鉴定得到17个CsCNL,这些基因分布在除1号染色体外的6条染色体上,其编码蛋白与其他植物CNL结构相似,均含有CC、NBS和LRR保守结构域,蛋白质大小介于197—1 148 aa,分子量在22.6—131.3 kD,等电点在5.71—8.38。共线性分析表明其中不存在片段重复和串联重复基因,多物种系统进化关系表明,CsCNL基因家族成员在葫芦科植物之间具有较高的结构和功能相似性。CsCNL启动子中存在多种与抗病相关的顺式作用元件。CsCNL表达具有组织特异性。在接种霜霉病菌2 d和5 d后,Csa3G815400、Csa3G822360和Csa7G420890在抗性品种中均显著上调表达,Csa4G015850在抗性品种中下调表达,在敏感品种中显著性表现不一;在接种白粉病菌2 d和5 d后,Csa2G008000和Csa3G684170在敏感品种中显著上调表达,在抗性品种中显著下调表达;Csa4G016360、Csa7G420890和Csa7G425940在抗性品种中显著上调表达,在敏感品种中表达量无变化或显著下调。【结论】CsCNL家族成员具有组织表达特异性并且多数基因能够响应霜霉病菌和白粉病菌的胁迫。推测Csa3G815400、Csa3G822360和Csa7G420890表达量增加,Csa4G015850表达量减少可诱发抗病黄瓜品种的霜霉病抗病反应;Csa4G016360、Csa7G420890和Csa7G425940表达量增加,Csa2G008000和Csa3G684170表达量减少可诱发抗病黄瓜品种的白粉病抗病反应;而Csa7G420890表达量的增加能同时诱发抗病黄瓜品种的霜霉病和白粉病的抗病反应。