辣椒全基因组序列测定完成

<正>近日,由贵州省遵义市农科所牵头,四川农业大学、华南农业大学、深圳华大基因和墨西哥生物多样性基因组学国家重点实验室等13家科研院所,通过对辣椒基因组、转录组、重测序、小RNA、Bisulfite等方面的研究,成功测定了遵义市农业科学研究所选育的栽培品种"遵辣1号"(Zunla-1)和其来自墨西哥的野生种"Chiltepin"的基因组,研究成果以论文形式于2014年3月在国际著名期刊《美国国家科学院院刊》(PNAS)上发表,该论文标志着辣椒基因组序列成功解码,贵州辣     

辣椒Aux/IAA基因家族的鉴定与表达分析

采用生物信息学的方法,共鉴定出22个辣椒Aux/IAA基因,经聚类分析,将其分为A、B、C、D、E、F、G 7个亚族。这些基因非均匀地分布在辣椒7条染色体上,其中第3条染色体上分布最多,有8个Aux/IAA基因。这些基因在辣椒的根、茎、叶、花、花蕾以及果实各个发育时期的表达模式显示:Capana03g000310在每个组织的各个发育时期都能检测到表达,且表达量较高,呈现出明显的组成型表达模式。Capana00g002758只在根和茎中检测到表达,Capana03g000311和Capana06g001465只在花和果实中检测到有较高表达量,呈现出明显的特异型表达模式。以辣椒6421高世代自交系为试验材料,用30μmol/L脱落酸处理幼叶,采用qRT–PCR进行分析,结果表明:辣椒Capana00g002644和Capana01g001423的相对表达量高于对照,而Capana09g001096、Capana06g001308、Capana03g004455、Capana00g000845、Capana03g004568、Capana03g000244和Capana03g000310的相对表达量均低于对照,说明脱落酸胁迫可以对辣椒Aux/IAA部分基因产生明显的正向或负向诱导。     

苹果NAC转录因子家族生物信息学分析

NAC转录因子是植物特有的且具有多种生物功能的一类重要转录因子,该家族转录因子广泛参与植物生长发育以及器官建成、逆境胁迫应答等反应.首先利用生物信息学方法对苹果256条NAC蛋白序列的系统发生和NAC基因组定位进行分析,然后对其氨基酸组成成分、理化性质以及二级结构和三级结构进行预测和分析,同时还分析了苹果与拟南芥NAC转录因子家族之间的联系.结果显示苹果256条蛋白序列与拟南芥94条NAC蛋白序列一起被分成了 23个亚族,拟南芥与苹果MC基因间具有较高的保守性.基因组定位结果显示苹果256条MAC基因分布在17条染色体上.研究还发现不同亚族间氨基酸数目、氨基酸序列疏水性存在一定的差异;二级结构预测分析发现,256条氨基酸序列以随机卷曲为主要组成部分,且256条氨基酸序列三维结构相似.本试验结果将为苹果NAC转录因子家族的进一步功能分析提供重要研究基础.     

辣椒HD-Zip基因家族鉴定、系统进化及表达分析

【目的】鉴定辣椒HD-Zip基因家族,并利用生物信息学方法系统分析其在基因组中的分布、基因结构、进化分化特征及在不同组织中的时空表达特异性,解析该家族的进化特征及生物学功能。【方法】根据已报道及PlantTFDB数据库中的拟南芥HD-Zip序列,利用本地BLAST工具在我国辣椒测序品种‘遵辣1号’基因组中比对,并利用Pfam、SMART工具进一步验证。采用EMBOSS Programs、MEGA、GSDS、MEME、MCScanX、OrthoMCL、Circos等软件预测辣椒HD-Zip基因家族成员蛋白理化性质,构建系统进化树,定位染色体,分析基因结构、基因复制类型及直系、旁系同源基因。基于GEO数据库,运用R软件、本地perl语言及Cytoscape分析辣椒HD-Zip组织表达差异并绘制共表达网络。【结果】本研究在‘遵辣1号’基因组中鉴定获得42条辣椒HD-Zip,命名为CaHDZ01—CaHDZ42。CaHDZs长度跨度较大,70%CaHDZ蛋白的pI小于7.0。除CaHDZ42,其余基因不均匀地分布在12条染色体上,部分基因为片段复制。该基因家族可分为4个亚族,分别含有18、9、5、10个HD-Zip,基因结构及蛋白结构域差别显著。辣椒、番茄和拟南芥3个物种中的直系同源基因对数目大体相同,但同为茄科的辣椒和番茄之间的稍多;辣椒中的旁系同源基因少于番茄和拟南芥,说明辣椒基因组的倍增事件并没有使CaHDZs明显扩增。对无油樟、水稻、玉米、番茄、马铃薯、辣椒‘CM334’、辣椒‘Zunla-1’、毛果杨、葡萄以及拟南芥9个代表物种的HD-Zip进化特征分析结果表明,从被子植物开始,HD-Zip基因家族就稳定存在4个亚族。推测在形成4个亚族前,HD-Zip分为两组,其中一组分化成Ⅰ和Ⅱ亚族,而另一组则分化成为Ⅲ和Ⅳ亚族。CaHDZs在根、茎、叶、花芽、花和果实不同发育时期的表达模式分析结果显示,4个亚族具有不同程度的表达趋势。其中Ⅰ亚族基因在辣椒不同组织中的表达量均较高,且不同成员间表达模式不同,CaHDZ22在茎中的表达最高,表明该基因可能对辣椒茎的生长有重要作用。Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ亚族基因在不同组织中的表达量相对较低,但部分基因在特定组织中具有较大的表达量。如CaHDZ34在辣椒果实成熟后期具有较大高的表达量,CaHDZ02和CaHDZ28在果实膨大时表达较高,CaHDZ04在果实成熟前期具有较高的表达量。CaHDZs表达网络中有33对基因表达趋势的相关系数(PCC)大于0.8,6对大于0.9,表明CaHDZs协同调控了辣椒的生长发育,不同亚族之间也具有协同性。【结论】在‘遵辣1号’基因组中鉴定获得42条CaHDZs,可分为4个亚族,不同亚族的基因结构、蛋白保守结构域及表达模式不同。在进化过程中,辣椒HD-Zip保守性高,数目没有明显扩增,Ⅰ和Ⅱ亚族、Ⅲ和Ⅳ亚族关系更近。CaHDZs具有组织表达差异性,协同调控了辣椒的生长发育。     

辣椒WOX转录因子家族的鉴定、进化与表达分析

WUSCHEL(WUS)相关的同源异型盒（WOX）转录因子家族是一类植物特异性转录因子，维系植物干细胞动态平衡、茎尖分生组织形成、胚胎发育等重要生命活动。利用生物信息学方法，在遵辣1号辣椒中鉴定到10个WOX基因，命名为CaWUS—CaWOX13。CaWOXs不均等地分布在5条染色体上，被分为3个支系，亚细胞预测全部定位在细胞核上。不同支系间基因数目差异较大，同一支系的成员具有相似的基因结构和保守基序。CaWOX家族启动子包含14种有关植物生长发育、激素调控和逆境胁迫的作用元件，分布最广的为茉莉酸甲酯应答元件（MeJA responsiveness）。CaWOX家族内没有发现串联重复和大片段复制，但和拟南芥、番茄存在共线性关系。CaWUS作为关键蛋白，在蛋白质互作网络中承担枢纽作用。CaWOXs的基因表达量具有显著的差异性，部分基因在根、茎以及果实发育过程中具有重要的调控作用。     

辣椒HD-Zip基因家族鉴定、系统进化及表达分析

【目的】鉴定辣椒HD-Zip基因家族,并利用生物信息学方法系统分析其在基因组中的分布、基因结构、进化分化特征及在不同组织中的时空表达特异性,解析该家族的进化特征及生物学功能。【方法】根据已报道及PlantTFDB数据库中的拟南芥HD-Zip序列,利用本地BLAST工具在我国辣椒测序品种‘遵辣1号’基因组中比对,并利用Pfam、SMART工具进一步验证。采用EMBOSS Programs、MEGA、GSDS、MEME、MCScanX、OrthoMCL、Circos等软件预测辣椒HD-Zip基因家族成员蛋白理化性质,构建系统进化树,定位染色体,分析基因结构、基因复制类型及直系、旁系同源基因。基于GEO数据库,运用R软件、本地perl语言及Cytoscape分析辣椒HD-Zip组织表达差异并绘制共表达网络。【结果】本研究在‘遵辣1号’基因组中鉴定获得42条辣椒HD-Zip,命名为CaHDZ01—CaHDZ42。CaHDZs长度跨度较大,70% CaHDZ蛋白的pI小于7.0。除CaHDZ42,其余基因不均匀地分布在12条染色体上,部分基因为片段复制。该基因家族可分为4个亚族,分别含有18、9、5、10个HD-Zip,基因结构及蛋白结构域差别显著。辣椒、番茄和拟南芥3个物种中的直系同源基因对数目大体相同,但同为茄科的辣椒和番茄之间的稍多;辣椒中的旁系同源基因少于番茄和拟南芥,说明辣椒基因组的倍增事件并没有使CaHDZs明显扩增。对无油樟、水稻、玉米、番茄、马铃薯、辣椒‘CM334’、辣椒‘Zunla-1’、毛果杨、葡萄以及拟南芥9个代表物种的HD-Zip进化特征分析结果表明,从被子植物开始,HD-Zip基因家族就稳定存在4个亚族。推测在形成4个亚族前,HD-Zip分为两组,其中一组分化成I和II亚族,而另一组则分化成为III和IV亚族。CaHDZs在根、茎、叶、花芽、花和果实不同发育时期的表达模式分析结果显示,4个亚族具有不同程度的表达趋势。其中I亚族基因在辣椒不同组织中的表达量均较高,且不同成员间表达模式不同,CaHDZ22在茎中的表达最高,表明该基因可能对辣椒茎的生长有重要作用。II、III和IV亚族基因在不同组织中的表达量相对较低,但部分基因在特定组织中具有较大的表达量。如CaHDZ34在辣椒果实成熟后期具有较大高的表达量,CaHDZ02和CaHDZ28在果实膨大时表达较高,CaHDZ04在果实成熟前期具有较高的表达量。CaHDZs表达网络中有33对基因表达趋势的相关系数（PCC）大于0.8,6对大于0.9,表明CaHDZs协同调控了辣椒的生长发育,不同亚族之间也具有协同性。【结论】在‘遵辣1号’基因组中鉴定获得42条CaHDZs,可分为4个亚族,不同亚族的基因结构、蛋白保守结构域及表达模式不同。在进化过程中,辣椒HD-Zip保守性高,数目没有明显扩增,I和II亚族、III和IV亚族关系更近。CaHDZs具有组织表达差异性,协同调控了辣椒的生长发育。     

辣椒紫色酸性磷酸酶基因家族的鉴定与表达特征

紫色酸性磷酸酶(purple acid phosphatases,PAPs)属于金属磷酸酯酶家族,参与了植物大量的生理反应,特别是磷素的吸收与利用。本研究利用已经发表的辣椒基因组数据,采用同源比对方法对辣椒PAP基因家族进行鉴定与表达分析。通过鉴定发现辣椒基因组中至少含有25个PAP基因成员,氨基酸序列长度在264~639 aa,具有1~12个内含子,不均匀地分布在12条染色体上,仅发现1对基因以串联重复的形式存在。系统发育关系表明,辣椒、拟南芥和水稻PAP基因家族成员可以分为3个家族,8个亚家族,每个家族成员的数目是变异的,而且存在6对直系同源基因和20对旁系同源基因,这表明PAP基因家族的存在早于辣椒、拟南芥和水稻的分化。基于RNA-seq数据库和q RT-PCR方法,对辣椒PAP基因的组织表达及果实发育的不同时期进行分析,结果表明PAP家族基因具有组织表达特异性和发育时期表达特异性。     

天麻抗真菌蛋白基因转化辣椒的研究

为获取辣椒的抗真菌种质资源,运用RT-PCR技术扩增出GAFP的cDNA序列,通过基因工程技术构建植物表达载体pBI121-GAFP,并导入遵椒1号辣椒。转化后再生的植株经PCR检测,初步证实GAFP基因已经整合到辣椒基因组中,得到了GAFP基因转化遵椒1号辣椒植株。     

葡萄全基因组WRKY转录因子鉴定和分析

为鉴定和分析葡萄全基因组中WRKY家族转录因子基因,利用生物信息学的方法,分析葡萄全基因组WRKY转录因子类型、进化分析、染色体定位、基因结构、保守元件和基因表达模式。结果表明:葡萄全基因组中有56个WRKY转录因子。序列比对和系谱进化表明,分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三个组,Ⅱ组分为Ⅱ-a、Ⅱ-b、Ⅱ-c、Ⅱ-d和Ⅱ-e五个亚组。染色体定位表明,存在串联复制和分布不均现象,但是在3号染色体上无该家族基因定位。结构域和保守元件分析都说明葡萄WRKY(VvWRKY)家族的WRKY结构域是高度保守的。葡萄叶片中基因表达模式分析表明,VvWRKY家族的部分基因参与非生物胁迫。     

紫外线照射辣椒叶片cDNA文库构建及部分防御信号基因cDNA的检测

对抗病的朝天椒地方品种,以紫外线(UV)处理叶片并提取叶片总RNA,采用SMARTTMcDNA文库构建试剂盒构建了一个cDNA文库.该文库含有2.6×106个独立的噬菌斑克隆,扩增后滴度达到1.5×109pfu.μL-1,随机挑取的噬菌斑PCR检测发现重组率达90.0%.在搜索、拼接与植物WRKY、bZIP、AP2和E2等重要调节基因同源的辣椒表达序列标签(ESTs),获得重叠群的基础上,分别设计上述基因ESTs重叠群特异性引物,以cDNA文库为模板进行PCR扩增.结果表明,部分上述基因cDNA存在于文库中.因此,本研究所构建的文库可用于进一步分离响应UV的重要调节基因cDNA的分离.     

辣椒NBS-LRR类型抗病基因同源序列的克隆及分析

为研究辣椒NBS-LRR类抗病基因的结构和功能特点,运用前人根据NBS-LRR类抗病基因保守结构域(P-Loop和GLPL)设计的简并引物,以辣椒PBC631B的基因组DNA为模板进行PCR扩增,共获得17个具有完整开放阅读框的辣椒抗病基因同源序列(CaRGA01～CaRGA17)。多重序列比对显示这些序列都含有NBS-LRR类基因的6个保守结构域(P-loop、RNBS-A-nonTIR或RNBS-A-TIR、Kinase-2、RNBS-B、RNBS-C和GLPL)。与已知6个抗病基因(Gpa2、L6、M、N、Prf和RPM1)构建系统进化树,发现这17个序列被分为TIR-NBS-LRR和nonTIR-NBS-LRR2组,进一步划分为4个亚组(CaRGAⅠ～CaRGAⅣ)。其中,CaRGA01和CaRGA13分别与来自番茄Solanum lycop-ersicum抗细菌性斑点病基因Bs4和番茄Solanum sp.VFNT抗线虫基因Mi-1.4相似性最高,分别为90%和91%,推测这2个序列可能是相关抗病基因的一部分或与相关抗病基因属于同一家族。这些结果将为研究辣椒抗病相关基因提供理论依据。     

辣椒水通道蛋白基因CaAQP的克隆与序列分析

 【目的】分析辣椒水通道蛋白基因CaAQP的序列特征,并研究其在抗寒品种P70中经4℃低温胁迫处理后的表达模式,为探讨辣椒的耐寒机理及辣椒品种耐寒性改良积累资料。【方法】利用RACE 技术进行cDNA全长克隆,采用生物信息学软件分析克隆基因的编码蛋白特性,并以4℃低温胁迫处理不同时间的抗寒品种P70为材料,利用Real time-PCR分析所克隆基因在辣椒低温胁迫前后的表达模式,以25℃处理为对照。【结果】在4℃低温胁迫处理后的耐寒辣椒品种P70叶片中分离到与水通道蛋白基因相关的差异表达片段,并利用RACE技术克隆得到该基因的全长cDNA,命名为CaAQP,登录号为GU116569。序列分析表明,该基因大小为1 032 bp,含5′非编码区为69 bp,3′非编码区为210 bp,CDS长753 bp,编码250个氨基酸, 蛋白分子量为25.7 kD。应用生物信息学软件对CaAQP分析表明,CaAQP含有6个跨膜区,有2个NPA单元,其氨基酸残基与MIP家族蛋白保守区序列完全一致。氨基酸序列比对发现,该序列与其它物种TIP类液泡膜水通道蛋白氨基酸序列有很高的同源性。聚类分析表明,CaAQP与番茄液泡膜水通道蛋白遗传距离最近,与禾本科的玉米和大麦遗传距离相对较远。Real time-PCR分析结果证实,该基因在低温胁迫下呈现下调表达的趋势。【结论】利用cDNA-AFLP并结合RACE技术首次在耐寒辣椒品种中克隆了水通道蛋白基因CaAQP,该基因属于MIP蛋白家族的一员,具有其典型的功能域,表达模式分析表明,该基因在低温胁迫过程中具有重要的调控作用,该研究结果为进一步探讨辣椒逆境胁迫过程中基因表达调控机制提供了重要信息。     

栽培型与野生型辣椒HAK/KUP/KT基因家族的进化分析

HAK/KUP/KT家族是一类重要的钾转运蛋白家族。利用生物信息学手段对栽培型及墨西哥野生型辣椒全基因组范围内的HAK/KUP/KT基因成员进行鉴定及分析,比较两者在数目、复制类型及组织表达模式等方面的差异。发现2种辣椒中HAK/KUP/KT家族成员分别为24和22个,且在染色体上呈不均衡分布。基因复制类型分析发现,HAK/KUP/KT家族成员中存在片段重复和串联重复,且纯化选择是该家族进化的主要动力。组织表达分析显示,辣椒HAK/KUP/KT基因间的表达模式存在差异,暗示辣椒HAK/KUP/KT家族成员在功能上的多样性,并为后续发掘有益的钾转运基因提供了重要的理论依据。     

土壤水分含量与施氮量对辣椒产量与品质的影响

通过盆栽大方线辣椒,研究了土壤水分含量与施氮量对辣椒果实产量和品质的影响.结果表明,土壤水分含量和施氮量对产量影响显著,其中土壤水分下限为60%、0.2 g/kg干土产量最高;同一土壤水分含量,施氮能显著增加辣椒素、Vc、干物质、可溶性糖等物质含量,但施氮过多辣椒素、Vc含量下降;同一施氮量,土壤水分含量下降辣椒素、Vc含量显著增加.     

腈菌唑在辣椒上的残留检测方法研究

[目的]研究农药腈菌唑在辣椒（Capsicum annuum）上残留的提取及检测方法,并对其在辣椒作物上的施用作了安全性评价。[方法]采用气相色谱法进行测定。[结果]辣椒中腈菌唑添加浓度为0.01～1.00 mg/kg时,平均回收率为94.3%～98.8%,相对标准偏差为2.1%～5.4%;建立的检测方法的标准曲线的回归方程为y=16 298x＋348.92,R2=0.999 4,按照剂量60 g/hm2施药60 d后,在采集的辣椒样品中腈菌唑残留量小于0.01 mg/kg。[结论]腈菌唑按照该研究中的试验剂量在辣椒上施用是安全的。     

高压氮气处理对作物种子萌发及幼苗生长的影响

以辣椒、大豆和大麦为材料,以氮气为传压介质,在24~26 MPa高压条件下,对3种作物的种子分别进行了4 h8、h的高压处理,以未处理的种子作为对照,初步探讨了高压氮气处理种子对3种作物早期生长发育的影响。结果表明:高压氮气处理种子对供试作物的萌发率、辣椒的出苗率和移栽成活率、大麦苗期的生长发育速度均有一定程度的影响,但其影响大小、影响方向存在一定的物种和品种差异。其中,高压氮气处理对五彩椒和大麦种子萌发及幼苗生长主要表现为抑制作用,而对大豆则表现为促进作用。     

辣椒组织培养再生体系的建立与应用

综述了辣椒再生体系的建立及其转基因等方面的研究进展,以期为进一步建立辣椒高效组织培养再生体系以及开展其在基因工程中的应用研究提供依据。