碱蓬转录组分析及油脂合成相关基因表达模式

碱蓬（Suaeda salsa）籽粒具有较高的含油量及丰富的不饱和脂肪酸,作为潜在的特种油料作物具有极高的开发和利用价值。为了全面研究碱蓬中油脂合成相关基因的构成及表达模式,本文利用Illumina HiSeq 2000高通量测序平台对碱蓬根、叶和发育期种子进行转录组检测和分析,筛选碱蓬发育期种子和叶片转录组中参与油脂合成途径的关键脂类基因,并对其差异表达模式进行了比较分析。本研究测序共计产出106 647条Unigenes,通过与各蛋白数据库比对,其中76 755条Unigenes成功获得了功能注释。共有45个Unigenes编码参与脂肪酸（FA）合成的关键酶,其中25个Unigenes在发育期种子中上调表达;多个编码ACCase、KASⅢ和EAR等的Unigenes上调表达;且7个编码酰基载体蛋白去饱和酶（SAD）的Unigenes中有5个在发育期种子中显著上调,可能与碱蓬油脂中不饱和脂肪酸的生成相关。共有30个Unigenes编码参与三酰甘油（TAG）合成的关键酶,其中16个Unigenes在发育期种子中上调表达,包括多个编码GPAT和DGAT的Unigenes。本研究对解析碱蓬脂类代谢途径的调控模式及发掘参与碱蓬油脂合成的关键基因具有重要的意义和参考价值。     

玉米BBR-BPC基因家族全基因组鉴定及表达分析

对玉米BBR-BPC基因家族进行全基因组鉴定，分析基因结构、染色体分布和启动子顺式作用元件结合位点、分布和数量情况以及编码蛋白的理化性质、保守基序和蛋白二级三级结构、进化关系，基于转录组的结果研究基因的组织表达模式和高温、干旱等非生物胁迫以及外源生长素等诱导表达模式。结果表明，玉米BBR-BPC家族共有4个成员，家族基因的结构存在较大的差异，且存在可变剪切，共编码9个蛋白。定位分析发现，BBR-BPC1.1和BBR-BPC4定位在细胞核，其余除定位在细胞核，叶绿体中也有分布。BBR-BPC启动子区存在多种逆境胁迫、植物激素、组织部位特异表达、光响应等顺式作用元件。BBR-BPC成员在玉米不同材料、不同组织部位中的表达水平差异较大且受热、干旱等胁迫调控。在B73和Mo17材料中，BBR-BPC受热胁迫诱导表达，与qRT-PCR验证结果一致。研究结果表明，ZmBBR-BPC基因家族不同成员会在特定部位激活或者抑制相关基因表达，响应非生物胁迫。     

小麦逆境胁迫基因TaSKIP的克隆、定位及初步表达分析

非生物逆境是小麦生长、发育及产量形成的主要限制因子之一。为揭示小麦抗逆胁迫响应机制,并为培育转基因抗逆种质奠定基础,本研究利用同源克隆的方法从普通六倍体小麦中国春中克隆出TaSKIP基因并进行序列分析及基因定位,同时对TaSKIP基因在PEG6000胁迫下的表达模式进行分析。结果表明,共克隆得到3个TaSKIP基因,其中2个基因被定位于6A和6D染色体上。序列分析表明,TaSKIP-6A编码区长为1 827bp,编码608个氨基酸,TaSKIP-B和TaSKIP-6D编码区长均为1 824bp,编码607个氨基酸。氨基酸序列比对分析表明,小麦TaSKIP蛋白与水稻、玉米和大麦等禾本科植物SKIP蛋白的同源性均大于88%,而且含有相同的SKIP/SNW结构域。实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,qRTPCR)检测结果表明,TaSKIP在模拟干旱胁迫条件下表达量上调,暗示该基因在小麦非生物逆境胁迫响应中起重要作用。     

花生酰基载体蛋白硫酯酶(FATB2)基因的克隆与表达分析

本研究从花生中分离得到1个FATB基因,命名为AhFATB2,其全长为1245bp,编码414个氨基酸,属于亲水性蛋白。利用荧光定量PCR分析了该基因在不同组织、种子不同发育时期、多种非生物逆境胁迫和激素处理下的表达情况。结果显示,AhFATB2基因在花中表达量最高,并且在种子发育过程中表达量逐渐升高。在非生物胁迫和激素处理下,AhFATB2基因的表达量均有不同程度的上调,推测该基因可能参与花生对逆境胁迫的适应性调控。该研究为将来改良花生品种提供了基因资源,同时揭示了AhFATB2基因在花生抗逆性中可能发挥的作用。     

乌拉尔图小麦WOX基因的克隆与表达分析

WOX基因家族是一类植物特有的转录因子基因家族,在植物的生长发育过程发挥重要作用。本研究通过同源克隆的方法,得到乌拉尔图小麦(Triticum urartu)WOX基因家族的6个成员: TuWOX1、 TuWOX2、 TuWOX3、 TuWOX4、 TuWOX5和 TuWOX3a。生物信息学分析表明, TuWOX2、 TuWOX3和 TuWOX3a属于WUS支/进化支, TuWOX4属于古老支, TuWOX5属于中间支。除这三个分支外, TuWOX1自成一支,说明在乌拉尔图小麦中可能出现了不同功能的WOX家族基因。利用qRT-PCR技术对得到的WOX基因在乌拉尔图小麦不同组织的表达模式以及幼苗在不同非生物胁迫处理下的表达情况进行了分析,结果表明,WOX基因在乌拉尔图小麦各组织中均有表达,但在不同组织中的表达量差异较大,说明WOX基因在不同的组织中发挥作用;非生物胁迫条件下WOX基因表达水平发生了变化,表明其可以响应外界的胁迫。     

小麦HD2基因家族的全基因组鉴定及热胁迫下的表达模式分析

组蛋白去乙酰化酶(histonedeacetylase,HDAC)负责去除组蛋白上的乙酰基团,在生物体的生长发育和非生物胁迫响应方面具有重要作用。本研究根据其他植物中HD2基因家族序列,利用生物信息学方法对小麦中的HD2基因进行鉴定,并对其基本生物学特性和调控网络等进行分析。结果表明,有12个小麦HD2基因被鉴定,并根据蛋白质序列C端是否含有锌指结构将其分为Group1和Group2两个亚家族;这些基因的编码蛋白均定位于细胞核内。利用WheatExp数据和RNA-seq数据对小麦HD2基因在不同组织和不同逆境胁迫下的表达模式进行分析,结果表明,小麦HD2基因在不同组织和不同逆境下均存在差异表达。同时,利用qRT-PCR技术对其在小麦12个生长发育时期的叶片中响应热胁迫的表达模式进行分析,结果表明,其在小麦挑旗期和抽穗期表达量明显上升。     

小麦microRNA167e的特征及表达模式分析

MicroRNAs(miRNAs)是一类在植物发育调控和逆境胁迫响应过程中发挥重要功能的小RNA,为了探讨miR167e在小麦中的生物学功能,以小麦品种中国春、豫麦18和矮抗58为材料,利用RT-PCR技术克隆了小麦miR167家族基因新成员 MIR167e,并采用qRT-PCR技术分析了其时空表达特性及其对渗透胁迫的响应模式。结果将小麦 MIR167e基因定位在第5同源群染色体的短臂上,将该基因A、B和D基因组的三个部分同源基因分别命名为 TaMIR167e-5AS、 TaMIR167e-5BS和 TaMIR167e-5DS。序列分析显示,该miRNA前体区域在所检测品种间高度保守,3个部分同源基因间仅存在SNP差异,在成熟tae-miR167e对应区域完全一致。时空表达特性分析显示,tae-miR167e在籽粒发育过程中表达呈上调趋势,在不同组织间的表达差异较大,其中在3叶期,叶片和根系中表达量较高,种子中次之,穗下节中表达量最低;在干旱胁迫条件下,该miRNA受胁迫诱导而上调表达,与中国春相比,矮抗58根系中该miRNA的诱导表达启动更快,在叶片中的表达水平更高;在盐胁迫条件下,该miRNA在根系中呈下调表达趋势,而在叶片中上调表达。推测tae-miR167e在小麦发育调控和渗透胁迫响应过程中发挥重要功能。     

玉米/大豆间作增强大豆种子在萌发期间的抗逆能力

玉米/大豆间作模式下,低位作物大豆受到高位作物玉米的遮荫,导致大豆种子在发育期间受到荫蔽胁迫。为研究荫蔽胁迫对大豆种子在随后的萌发期间抗逆性的影响,本研究以大豆品种菏豆19、玉米品种浚单26为试验材料,采用1∶1玉米/大豆间作(intercropping,IC)模式,对照为净作大豆(monocropping,MC),大豆种子收获后,测定百粒重、蛋白质含量以及脂肪含量等性状;并分析其在萌发期间的抗逆能力(以高温、甘露醇、葡萄糖、聚乙二醇、Na Cl以及脱落酸进行胁迫处理);进一步以qRT-PCR分析了ABA信号转导相关基因的表达情况。结果表明,玉米/大豆间作模式下收获的大豆种子的百粒重、脂肪和蛋白质含量与净作大豆无明显差异;在上述非生物胁迫条件下,与对照相比,间作大豆种子具有较快的萌发速率,表现出较强的抗逆能力;qRT-PCR数据显示,在萌发过程中,间作大豆种子中ABA信号通路上的正调控基因Gm ABI4、Gm ABI5表达量较净作有所下调。因此,本研究表明玉米/大豆间作模式不会降低大豆种子品质,但是会通过削弱ABA信号,进而增强间作大豆种子在萌发期间的抗逆能力,提高其萌发期间对非生物逆境的适应性。     

植物种子油脂积累的转录调控及在大豆中的研究进展

植物种子是油脂的主要来源之一,种子中的油脂主要在其发育过程中积累。油脂的积累除受脂肪酸合成途径中多种酶的活性、特异性和稳定性的影响,更受到转录前、转录和转录后水平的调控。众多相关基因参与此过程,形成一系列基因网络调控了下游油脂合成基因的表达。文章综述了转录因子对油脂积累的调控、DNA甲基化和组蛋白修饰相关基因在种子发育和油脂积累中的作用以及小RNA调控种子发育的分子机理,并介绍了大豆油脂积累调控机制的研究进展。     

玉米GA2ox类基因的发掘及其在苗期干旱胁迫后的表达分析

GA2ox类基因是玉米赤霉素合成途径中的一类负调控基因,其表达产物(GA 2-oxidases)可通过降解赤霉素及其前体物质,调控植物中赤霉素的含量,进而影响植株的诸多表型。研究中发掘到玉米ZmGA2ox类基因13个,进一步分析各基因的基因结构以及在不同组织中的表达状况。通过对各基因干旱胁迫下转录变化的分析发现,只有ZmGA2ox3;1、ZmGA2ox3;2、ZmGA2ox6、ZmGA2ox7;3和ZmGA2ox9共5个ZmGA2ox类基因在干旱胁迫后发生了显著的转录变化。初步鉴定出ZmGA2ox类基因中与玉米耐旱响应相关的候选基因。     

玉米BURP家族基因的鉴定和分析

利用玉米基因组数据库,通过生物信息学手段鉴定玉米BURP家族基因的全序列、定位和编码蛋白,通过序列比对进行进化和分类分析,利用玉米高通量芯片表达数据进行组织表达谱分析。结果表明,玉米基因组中含有10个BURP家族基因,分布于玉米的5条染色体上,该10个基因通过选择性剪切编码14个BURP蛋白。启动子分析表明,大部分BURP家族基因的启动子区均含有逆境应答及花粉和种子发育顺式作用元件。各个发育阶段中,多数成员在生殖器官及营养器官中均有较高的表达量,只有ZmBURP3仅在营养器官根、茎、叶中高表达,ZmBURP2仅在生殖器官雄蕊和花粉中高量表达。实时荧光定量PCR结果表明,ZmBURP3、ZmBURP4基因受PEG和NaCl胁迫处理诱导不同程度上调表达。     

玉米PRC2基因在子粒发育过程中的表达分析

以玉米自交系昌7-2授粉后不同天数的玉米子粒为研究对象,通过实时荧光定量PCR技术,对玉米中3个Polycomb Repressive Complex 2基因(PRC2)Mez1(Maize enhancer of zeste 1)、Fie1(Fertilization independent endosperm 1)和Vef101(VEF family protein 101)在授粉后不同天数的表达情况进行研究。结果表明,Mez1、Fie1和Vef101在授粉后子粒发育不同阶段均有表达,Fie1在子粒发育过程中呈先上升后下降的趋势,授粉后10 d表达量最高,表明Fie1可能在子粒由胚胎形成到干物质积累的过渡时期发挥调控作用;Mez1在子粒发育过程中呈先下降后上升的趋势,授粉后10 d表达量最低,子粒发育后期表达量明显上升,表明Mez1可能在子粒淀粉积累过程中发挥调控作用;Vef101只在授粉后5 d的子粒中呈现高表达,其他时期表达量均较低,表明Vef101可能在玉米子粒发育早期胚胎形成过程中发挥调控作用。     

玉米生长调节因子(GRF)家族的全基因组鉴定及在非生物胁迫下的表达研究

以拟南芥作为种子序列进行Blastp序列比对,共鉴定15个ZmGRFs基因,对其理化性质、系统进化关系等在非生物胁迫下的表达进行分析。根据系统发育树分析表明,ZmGRFs基因与单子叶植物水稻亲缘关系较近,15个ZmGRFs基因分别定位在1、2、4、5、6、7、9、10号染色体上且各个基因之间高度同源,每个亚族之间基因结构及保守基序均相对保守。ZmGRFs蛋白二级结构均以α-螺旋和无规卷曲为主。根据磷酸化位点预测分析表明,除ZmGRF6和ZmGRF9不含酪氨酸外,其他ZmGRFs蛋白均含有潜在的丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸位点且各蛋白之间的潜在的磷酸化位点数目差异较大。根据转录组数据分析表明,ZmGRF4和ZmGRF13基因在NaHCO3上调表达,同时发现热、盐和干旱胁迫下ZmGRF4和ZmGRF13基因表达较高,冷胁迫下ZmGRF1/3/4/15基因表达较高。根据不同组织部位表达谱分析显示,ZmGRF4和ZmGRF13在各个部位表达均较高。     

分子改造Cry蛋白基因的转基因玉米创制及其抗虫功能评价

利用结构域交换和密码子优化方法对苏云金芽孢杆菌(Bt)杀虫晶体蛋白Cry1Ab进行合理化设计改造,获得新型Bt蛋白编码基因cry FLIa。利用农杆菌介导法将该基因转入玉米Hi II中,对转基因后代开展分子鉴定和抗性评价等相关工作。结果表明,cryFLIa基因已整合进玉米基因组中,连续3代自交材料检测显示,转基因玉米目标基因正常表达并稳定遗传;蛋白在植株叶片中发育各时期的表达各异,在灌浆期蛋白表达量较高(471.883 ng/g)。室内生测和田间人工接虫试验表明,转cryFLIa基因玉米具有抗亚洲玉米螟的能力。     

乙烯处理对玉米胚乳发育过程中淀粉合成的影响

以玉米自交系B73为试验材料,研究施用外源乙烯之后对胚乳内淀粉合成的影响。结果表明,在玉米10展叶时期施用400 mg/L的乙烯利水溶液显著降低玉米百粒重和淀粉含量。淀粉合成相关酶活性测定结果表明,处理组中ADP葡萄糖焦磷酸化酶、可溶性淀粉合成酶、淀粉分支酶、蔗糖合成酶的活性均显著下降。淀粉合成相关基因表达量分析结果表明,处理组中ADP葡萄糖焦磷酸化酶基因ZmSH2、可溶性淀粉合成酶基因ZmSS1、蔗糖合成酶的基因ZmSH1表达量低于对照组。由此推测,外源乙烯通过调控淀粉合成相关基因的表达与酶的活性影响玉米胚乳内淀粉的合成。     

玉米LIM结构域蛋白基因家族分析

采用生物信息学的方法,在玉米全基因组水平鉴定并分析玉米LIM蛋白基因,鉴定出11个ZmLIM基因,分别分布于玉米的8条染色体上。结构域分析表明,多数LIM蛋白包括2个典型的LIM结构域。系统发育分析表明,LIM家族可以分为3个亚家族。假定调控元件分析发现,所有LIM基因启动子都具有大量花粉特异表达元件,相对来说其他组织器官特异表达,激素和逆境调控元件数量很少。EST基因表达数据分析表明,该家族成员具有明显的时空表达特性。     

玉米DCL1基因鉴定及其自然等位变异分析

根据生物信息学分析,同源性克隆分离玉米DCL1候选基因,鉴定该基因组织与逆境响应等表达特征,并分析其自然等位变异。结果表明,目标候选基因全长7 408 bp,与拟南芥和水稻DCL1基因氨基酸序列高度保守,相似度分别为91%和77%。mRNA定量PCR分析表明,该基因在幼叶和吐丝期雌穗中表达丰度分别是幼茎的75.35倍和16.21倍;高盐、脱水、ABA、低氮、低磷胁迫处理条件下,幼苗中高盐和ABA处理呈下调表达,低氮和低磷处理呈显著上调表达,脱水处理无显著变化。核苷酸与氨基酸序列的保守性、组织与逆境响应差异表达特征均与拟南芥和水稻等相似。87份玉米自交系10×全基因重测序数据分析结果表明,该基因遗传变异丰富,共83个位点存在自然变异,但外显子区域和主要的功能结构域序列相对保守,约2/3的自然变异集中在内含子区域,外显子区域的27个自然变异位点只有8个位点在16个材料存在氨基酸差异。     

基于共表达网络分析发掘调控玉米株高发育的关键ZmGRF基因

生长调控因子(growth-regulating factors,GRF)基因家族是一类植物特有的转录因子。在模式植物水稻、拟南芥中,部分GRF基因被证实是影响株高发育的核心调控因子。利用加权基因共表达网络分析方法(Weighted Gene Co-expression Network Analysis, WGCNA),初步构建以玉米ZmGRF基因与调控株高发育的功能基因为核心的共表达网络。结果表明,有9个ZmGRF基因与已报道的调控株高发育基因具有显著的共表达关系,并呈现出网络化的共表达模式,推测这9个ZmGRF基因是调控玉米株高发育的潜在候选基因。进一步通过微共线性分析发现,9个ZmGRF候选基因中有8个基因可以形成基因对,并且所有基因对的Ka/Ks值均显著小于1,暗示调控株高发育候选ZmGRF基因功能的保守性。     

小麦品种东农冬麦2号根中TaEXPA7部分同源基因的克隆及表达特性分析

膨胀素(expansin)是植物生长发育过程中诱导细胞壁松弛和伸展的蛋白,包括EXPA、EXPB、EXLA、EXLB四个基因家族,对植物根系的形成及快速发育具有重要作用。本试验以寒地冬小麦品种东农冬麦2号两叶一心期的根为材料,克隆了TaEXPA7基因的3个CDS全长,其氨基酸序列同源性较高,仅信号肽处有两个氨基酸不同,其核酸序列长度均为777bp,编码258个氨基酸,分别命名为TaEXPA7-A、TaEXPA7-B、TaEXPA7-D,且分别定位于2AL、2BL、2DL染色体。蛋白均含有DPBB-1和Pollen-allerg-1两个保守结构域,分子量为27 670.74Da,等电点为8.09,均为疏水性蛋白;与节节麦、二穗短柄草的相似性分别为99%和92%。采用两叶一心期的根进行qRT-PCR分析发现,TaEXPA7-A/B/D三个基因在根尖中的表达量均较高,伸长区和成熟区次之;对冬小麦根进行低温、干旱和激素处理后,这三个基因均下调表达,并且TaEXPA7-B基因的相对表达量较高,TaEXPA7-D的相对表达量较低。由此可见,多倍体小麦不同染色体上的基因在应对不同环境胁迫时,表达以及应答模式存在差异,并且在不同的环境胁迫下,发挥主导作用的染色体也存在差异;此外,该基因在根中的表达可能与低温、干旱以及外源激素的胁迫有一定的关系,可能是促进根系生长的重要基因。     

玉米TCP家族基因的表达分析

植物所特有的TCP(Teosinte branched1/Cincinnata/Proliferating cell factor)转录因子在器官三维形态发育过程中发挥重要作用.对玉米、水稻、高粱、拟南芥和杨树中的131个TCP基因进行系统进化树构建,可分为5个分支,ClassI包含两个分支A和B,Class Ⅱ包含3...