玉米V-ATPase B亚基基因(ZmVHA-B)的克隆及其表达分析

根据玉米基因组数据MaizeGDB(http://www.maizegdb.org/)已经公布的玉米VHA-B(V-ATPase subunit B)基因的mRNA序列(AY104180),从干旱处理玉米材料CN165的花丝中利用RT-PCR技术获得VHA-B基因的编码序列,并进行了序列分析和Northern杂交分析。结果表明：VHA-B基因编码487个氨基酸,含有1个保守的ATP结合位点,其编码的蛋白分子量为54.09 kD,等电点为4.99。氨基酸同源性分析表明：V-ATPase B亚基是一个较为保守的蛋白亚基。Northern杂交结果表明：在干旱处理下,B亚基存在两个不同的转录本,它们对干旱的响应不同;在盐胁迫下,同样也存在两个转录本,它们都对盐胁迫做出了响应;在冷处理下,仅存在1个转录本,且它的表达较强,仅仅在6 h有一些微小地反复;在ABA处理下,也仅存在1个转录本,处理1 h后表达明显上调,此后一直保持较高的表达水平。玉米VHA-B基因对花期干旱有响应,但在花丝和雌穗中的表达响应方式不同,在花丝中干旱诱导表达明显,而在雌穗中存在表达没有明显差异的两个转录本。     

8个玉米ZmDOFs基因对非生物胁迫响应的表达分析

转录因子家族是由含有锌指结构的DOF结构域组成,构成植物特有的转录因子家族之一,在植物的生长发育进程中诸如信号转导、形态建成、抵御环境胁迫等方面都发挥着重要的作用。本研究利用定量PCR技术,探测了8个ZmDOFs基因在玉米6个不同组织的表达模式,结果表明,8个ZmDOFs基因具有不同的组织特异性表达模式,4个主要在幼穗中表达,2个主要在雄花中表达,ZmDOF28主要在苞叶中表达,而ZmDOF38在多种组织中表达,表明在玉米进化的进程中8个ZmDOFs基因表达模式的保守性和特异性。盐胁迫和干旱胁迫时,分别有7个和6个ZmDOFs基因受到明显的诱导,表明ZmDOFs基因广泛参与玉米应答盐胁迫或干旱胁迫响应途径。在铵态氮胁迫和硝态氮胁迫时,分别有7个和8个ZmDOFs基因的表达受到了明显的改变,表明ZmDOFs基因参与玉米应答氮胁迫响应途径,体现了在其历史进化进程中的表达模式和功能的保守性与独特性。本研究为后续研究ZmDOFs基因的功能提供了参考。     

燕麦植物激素信号转导通路中响应干旱胁迫的关键基因

植物激素信号转导通路是响应胁迫的重要通路，该通路中基因的表达调控作物的抗旱性。为挖掘燕麦植物激素信号转导通路中响应干旱胁迫的关键基因，本研究对燕麦幼苗进行不同干旱胁迫处理，取叶片进行转录组测序，分析不同处理下基因的表达。结果表明，与正常水分条件相比，轻度干旱胁迫（PEG 10%）诱导624个基因表达发生显著变化（DEGs），重度干旱胁迫（PEG 20%）诱导13 063个。GO富集分析显示，重度干旱胁迫下，DEGs主要富集在对胁迫反应的调节；KEGG分析显示，轻度干旱胁迫下，植物激素信号转导通路中1个ARF和2个CRE1基因表达显著下调，表达量较高，可能为燕麦在该通路中响应轻度干旱胁迫的基因；而重度干旱胁迫下，植物激素信号转导通路富集169个DEGs，其中生长素和脱落酸信号转导过程DEGs较多，分别占植物激素信号转导通路总DEGs的20.7%和15.9%；在8条激素信号转导过程中筛选出12个表达量较高的基因，可能为燕麦在该通路中响应重度干旱胁迫的关键基因。本研究将为今后燕麦抗旱基因的克隆和验证提供依据。     

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。     

玉米泛素结合酶基因ZmUBC-76的功能分析

通过生物信息学方法,从玉米基因组中得到1个泛素结合酶家族基因序列,将其命名为ZmUBC-76。该基因序列开放阅读框为2 589 bp,编码的蛋白具有862个氨基酸,其分子量为98.91 ku,理论等电点为8.07。预测定位于细胞核。荧光定量PCR分析表明,该基因具有组织表达特异性,在根和幼果中的表达量最高,在穗丝中表达最低。非生物胁迫表达分析结果表明:在盐胁迫和干旱胁迫下,ZmUBC-76的表达呈逐渐下降趋势,在处理24 h时达到最低;在低温胁迫时,ZmUBC-76的表达量未出现显著变化。上述结果表明,ZmUBC-76可能参与了植物对盐和干旱胁迫的响应。     

茶树MADS-box转录因子基因的克隆与非生物胁迫响应分析

本研究基于茶树转录组数据库,以茶树龙井43为试验材料,通过RT-PCR方法从该茶树的cDNA中克隆得到1个CsMADS1基因。序列分析表明:茶树CsMADS1基因开放阅读框长度为657 bp,编码218个氨基酸,是典型的植物MADS-box家族转录因子。序列多重比对显示,该序列与多个相关物种的MADS-box序列一致性为65.65%,含有高度保守的MADS结构域和半保守的K结构域。氨基酸理化性质、亲疏水性、亚细胞定位预测、无序化分析,以及二级和三级结构分析显示,CsMADS1转录因子是亲水性蛋白,可能定位于细胞核中,无序化程度明显,以α-螺旋结构为主,并与人MEF2蛋白具有相似的三级结构。利用实时荧光定量PCR方法分析了茶树龙井43中CsMADS1基因在非生物胁迫下的表达。结果表明,茶树中CsMADS1基因对高温、低温、干旱和高盐等不同非生物胁迫有响应,且表达存在差异。     

生长素反应因子ZmARF1的表达分析及互作网络探究

以抗旱型玉米自交系郑36和弱抗旱型玉米自交系B73为试验材料,利用克隆、qRT-PCR、亚细胞定位、互作蛋白预测等手段验证ZmARF1(GRMZM2G702026)对干旱胁迫的响应模式及初步探究ZmARF1基因的互作网络。克隆及测序分析表明,该基因含有1个2 034 bp的开放阅读框,翻译677个氨基酸。蛋白分析表明,该蛋白无跨膜域,属于高亲水性蛋白,亚细胞定位于细胞核。潜在磷酸化位点分析显示,ZmARF1蛋白含有潜在的丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸磷酸化位点数目分别为39、16、6个。复合进化树、功能域和保守motif分析表明,该基因蛋白与其他物种同源性较高,说明不同物种该基因在功能上较保守。ZmARF1属于组成型表达基因,受干旱胁迫的正向诱导,且郑36基因表达量上升幅度大于B73。预测的互作功能蛋白主要通过调节激素应答基因的表达、参与激素介导的信号等途径,来调控植物对逆境的胁迫应答和生长发育等过程。     

大豆GmDof4和GmDof11基因的非生物胁迫诱导表达及启动子分析

Dof家族是典型的植物特异性锌指转录因子家族,在植物中可以对非生物胁迫产生应答.为初步研究大豆Dof家族主要转录因子编码基因GmDof4和GmDof11在大豆抗非生物胁迫过程中的作用及调控原理,本研究通过实时荧光定量PCR检测大豆幼苗中GmDof4和GmDof11基因在非生物胁迫下的表达情况,并使用PlantCARE在线数据库分析两个基因上游启动子的作用元件.结果显示:GmDof4在干旱、高盐、高温和低温胁迫下表达量升高;GmDof11在干旱、高盐和低温胁迫下表达量升高,在高温胁迫下表达量下降.启动子顺式作用元件预测结果显示,GmDof4启动子中含有1个厌氧诱导元件、1个低温响应元件和1个MYB转录因子结合位点;GmDof11启动子中含有3个厌氧诱导元件、2个低温响应元件、1个防御和胁迫响应元件和1个MYB转录因子结合位点.此外,它们的启动子序列中还含有脱落酸响应元件、茉莉酸甲酯响应元件、赤霉素响应元件以及生长素响应元件.结果说明GmDof4和GmDof11的启动子区域含有逆境相关顺式作用元件,能够参与大豆对非生物胁迫的应答.     

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。     

甘薯黄烷酮3-羟化酶基因IbF3H的克隆和表达特性分析

黄烷酮3-羟化酶（flavanone 3-hydroxylase,F3H）是黄酮类化合物合成途径中的一个关键酶。本研究基于前期转录组数据,以‘福菜薯7-6’叶片为材料成功克隆CDS序列长度为1107 bp的基因IbF3H,利用生物信息学分析甘薯F3H基因的序列特征、氨基酸序列对比、蛋白系统进化树、蛋白的二、三级结构、预测其跨膜结构和亚细胞定位,并利用qRT-PCR分析盐旱胁迫处理下基因的表达特性。结果表明,该基因含有3个外显子和2个内含子,编码368个氨基酸,蛋白分子量为41.12 kDa,等电点为5.83。存在多种类型的启动子顺式作用元件,如光响应元件G-Box、ACE,干旱胁迫相关的MBS元件,与脱落酸激素响应相关的ABRE元件等。与其他植物的氨基酸序列相似性达到了80%以上,可见IbF3H的编码区高度保守,且黄烷酮3-羟化酶在进化上具有较高的保守性。IbF3H蛋白含有非血红素双加氧酶结构域（DIOX-N superfamily）和典型的F3H蛋白功能结构域（2OG-FeⅡ-Oxy加氧酶结构域）,属于双加氧酶超家族。IbF3H蛋白可能在细胞质中表达并且不具备跨膜结构。qRT-PCR研究结果表明,IbF3H基因并非组织特异性表达的基因,叶和茎表达量高于茎尖和根。模拟盐胁迫处理后,IbF3H基因表达量呈现先下降后上升的趋势;模拟干旱胁迫处理后,IbF3H基因表达量始终高于对照组,以响应逆境胁迫。本研究可为下一步探索IbF3H基因在调控甘薯类黄酮生物合成途径和功能作用奠定基础。