亚洲棉GaPP2C24基因的克隆及表达分析

PP2C是一大类重要的蛋白磷酸酶,广泛参与不同的逆境胁迫响应。为了解PP2C基因在干旱响应中的功能,以亚洲棉石系亚1号为材料,利用RT-PCR方法从中克隆了GaPP2C24基因,并对该基因进行了生物信息学分析,荧光定量PCR研究了其在亚洲棉不同组织和干旱胁迫下的表达情况。结果表明,GaPP2C24基因CDS序列全长为1 251 bp,编码416个氨基酸。序列同源比对发现,GaPP2C24与其他植物的PP2C氨基酸序列有较高的相似性,其中与可可树(EOY33930.1)、黄麻(OMO91132.1)的相似性分别为85%,84%。进化分析表明,GaPP2C24与同属锦葵目的黄麻聚在一支,亲缘关系最近,与可可树的亲缘关系次之。实时荧光定量PCR结果表明,GaPP2C24基因在子叶、下胚轴、胚根、叶、茎和根均有表达,且在茎中的表达量最高,根中次之。GaPP2C24受干旱胁迫的诱导表达,其在根和叶片中的相对表达量在处理1 h后最高,分别达到对照的53.9,6.9倍,推测该基因在棉花干旱响应中有重要作用。     

冀228纤维均一化全长cDNA文库的构建与鉴定分析

【目的】构建优质陆地棉栽培品种冀228纤维均一化全长cDNA文库,降低纤维中存在的高峰度基因的拷贝数,提高发现纤维发育相关基因随机序列和稀有基因的效率,为公共数据库提供丰富的陆地棉EST资源。【方法】以优质陆地棉冀228开花后8-40 d纤维为材料,将纤维全长cDNA与Gateway供体载体pDONR222重组,构建了棉花纤维的非剪切型全长cDNA原始文库。利用均一化技术获得均一化全长cDNA文库,进而测序获得大量的EST序列。采用生物信息分析手段,对所测EST进行拼接、比对、COG功能注释和GO注释。【结果】构建了优质陆地棉冀228纤维均一化全长cDNA文库,该文库初级文库库容为1.06×10⁷,初级文库的滴度为3.56×10⁶ cfu·mL^-1,平均片段长度为1.2 kb。qRT-PCR检测均一化程度结果表明,棉花2个高峰度表达基因在该文库中的表达量均下降了1 000倍。随机选取2 384个克隆进行单向测序,获得2 169条高质量的表达标签（EST）,拼接成1 745个单一基因（Unigene）;同源比对分析表明,70%的Unigenes与已知功能基因具有较高的同源性。基因进行COG功能分类结果显示,较多的COG功能分类集中在“翻译、核糖体结构和生物转化”、“碳水化合物运输与代谢”和“翻译后修饰、蛋白转移及蛋白伴侣”功能上。根据基因的GO注释结果,参与细胞构成、细胞器和膜构成的基因比例最高,参与细胞过程和新陈代谢等过程的基因比例较高,具有结合和催化功能的基因较多,这些基因可能在棉纤维发育中发挥比较重要的作用。【结论】构建了优质陆地棉栽培品种冀228纤维均一化全长cDNA文库,经文库质量检测、均一化程度检测和随机选取克隆的测序分析结果表明,文库的代表性和重组片段的完整性均达到了分离筛选目的基因的建库要求,整个文库有着很高的非冗余性。构建的cDNA文库具有既能获得与已知序列同源性很高的基因,又能挖掘出优质陆地棉冀228特有的基因或同源序列的作用,能够提高发现纤维发育相关基因随机序列和稀有基因的效率,将为公共数据库提供丰富的陆地棉EST资源。     

棉花盐胁迫应答基因GhCPK5的克隆及序列分析

本研究克隆了1个陆地棉新的钙依赖蛋白激酶基因GhCPK5(Genbank登录号为:HM002634)。GhCPK5基因组DNA序列全长3 031 bp,包含一个1 707 bp的开放阅读框,具有7个外显子和6个内含子。GhCPK5可能定位于细胞核内,有568个氨基酸残基,分子量为63 ku。氨基酸序列分析表明,陆地棉GhCPK5与杨树PtCPK5同源性达到89%,同样包含完整的激酶结构域和4个EF-hand结构域。RT-PCR分析表明,该基因在根、茎、叶等组织中表达;在盐胁迫处理下,GhCPK5在各组织的表达量明显上升。     

金花葵开花前后差异基因及代谢物分析

为深入研究金花葵花朵开花前后基因和代谢物的变化,利用转录组学和代谢组学技术相结合的方法对金花葵花蕾和花朵进行检测。结果显示,通过转录组分析鉴定了206 636个Unigenes,筛选出42 618个差异表达Unigenes,其中包括63个差异表达转录因子家族,24个转录调节因子家族。GO分析结果显示,差异表达基因主要富集于囊泡介导的逆行运输等生物学过程。KOG功能注释显示,差异表达基因功能以通用功能预测居多,其次是信号转导机制、翻译后修饰蛋白周转以及碳水化合物的转运和代谢。差异表达基因KEGG富集分析表明,差异基因主要富集于代谢、植物激素和信号转导、淀粉和蔗糖代谢等代谢通路。通过代谢组学检测,筛选到差异显著代谢物135个,主要包括脂类、氨基酸及衍生物和黄酮类等,KEGG富集分析表明,差异代谢物主要富集于甘油磷脂代谢、糖基磷脂酰肌醇(GPI)-锚定生物合成和次生代谢产物的生物合成-未分类等过程,其中,缬氨酸,亮氨酸和异亮氨酸的降解代谢通路同时出现在了基因和代谢物KEGG代谢通路富集Top 20中。     

cDNA文库在棉花基因发掘中的应用

构建cDNA文库是发掘基因和研究基因功能的重要工具,也是基因组学研究的重要技术手段。棉花作为世界上重要的经济作物之一,研究人员已经构建了大量的棉花cDNA文库,为棉花基因发掘和功能研究积累了丰富的Expressed Sequence Tags(ESTs)资源。本文对近几年来cDNA文库在棉花基因发掘中的应用进行了总结。     

棉花僵瓣率与品种性状的相关性分析

烂铃严重影响棉花产量和品质,近几年生产上烂铃发生严重。本研究于2009-2012年以僵瓣率作为反映烂铃程度的指标,分析了僵瓣率与棉花9个农艺性状的相关性。结果表明,棉花不同品种间僵瓣率的高低有明显差异,培育低烂铃率品种是可行的;僵瓣率与第一果枝节位呈极显著负相关,与株高呈极显著或显著负相关,与全生育期、出苗至开花日数呈显著负相关趋势,与单株结铃数呈显著正相关趋势。所分析的性状中,对僵瓣率影响最大的为第一果枝节位,其次为单株成铃数和出苗至开花日数,然后为株高和全生育期。研究结果可为选育烂铃率低的棉花品种提供参考依据。     

陆地棉与金花葵花朵差异代谢物筛选与分析

为挖掘棉花花朵中具有药用和食用价值的代谢物,以开花当天的陆地棉和金花葵的花朵为材料开展代谢组学检测,结果共检测到465个代谢物。利用差异倍数(Fold change)和VIP值(Variable importance in projection)相结合的方法筛选差异代谢物。结果表明,在陆地棉和金花葵的花朵中共筛选出差异显著代谢物269个,196个代谢物在陆地棉和金花葵中含量差异不显著。有29个代谢物仅在金花葵中检测到,包括氨基酸及衍生物、酚酸类、黄酮、木脂素和香豆素等,有41个代谢物仅在陆地棉中检测到,主要包括黄酮类、酚酸类和鞣质等次生代谢物。综上,陆地棉中富含黄酮、氨基酸及其衍生物、酚酸、生物碱、有机酸、脂质、核苷酸及其衍生物、鞣质和香豆素等物质。     

陆地棉盐胁迫应答基因GhWRKY41的克隆与分析

为研究转录因子GhWRKY41在陆地棉盐胁迫应答过程中的作用,基于差减文库分析结果,利用RT-PCR和RACE技术,克隆了GhWRKY41基因(GenBank登录号为HM002635)。该基因cDNA长度为1 630bp,含有ORF(Open reading frame)为1 068bp,编码355个氨基酸的多肽,包含2个内含子。通过瞬时表达分析亚细胞定位,结果表明,转录因子GhWRKY41定位于细胞核,符合转录因子特性。转基因株系发芽试验结果表明,过量表达GhWRKY41基因,可显著提高转基因棉花在干旱、盐和低温胁迫下的发芽率;利用Real-time PCR技术,证明在盐和干旱胁迫条件下,转基因株系中GhWRKY41基因的表达量显著上升。GhWRKY41基因在根、茎和叶片中表达存在差异,根系中胁迫6h上调达到最高,茎中则胁迫48h达到最高,而叶片中仅6和24h上调表达。进一步比较转基因棉花与野生型棉花的纤维品质性状,结果表明GhWRKY41的过表达可以提高转基因棉花的衣分。因此,GhWRKY41参与了棉花响应盐和干旱胁迫应答过程,且过表达可提高转基因棉花耐盐性和耐旱性。     

柴胡转录组SSR的分布及序列特征分析

【目的】分析柴胡转录组中SSR的分布及序列特征,为开发多态性良好的、功能基因相关的SSR标记提供理论依据。【方法】以不同温度处理的柴胡种子为材料,经高通量转录组测序后,使用Trinity对测序结果进行de novo组装,并利用MISA对组装得到的Unigenes进行SSR位点搜索,最后统计分析SSR的分布及序列特征。【结果】从转录组数据组装获得244194条Unigenes,其N50值为1036 bp,平均长度791 bp,总长度193138105 bp。从Unigenes序列中共检测到50303个SSR位点,去除20405个复合型SSR位点,以29898个单一型SSR位点为后续分析对象。转录组SSR的出现频率为12.24%,平均分布距离6.46 kb,主要重复基元类型为二核苷酸,共17105个,占SSR总数的57.21%,其次为三核苷酸和单核苷酸,分别占SSR总数的20.75%和20.46%,四核苷酸~六核苷酸重复基元数量均较少。转录组SSR中,共有97种重复基元,其中二核苷酸和三核苷酸重复基元分别以AT/AT和ATC/GAT为主,分别占SSR总数的33.33%和3.98%;重复次数5~10次的SSR位点数量最多,共27942个,占SSR总数的93.46%。转录组SSR序列长度存在明显差异（12~76 bp）,平均长度15.28 bp。【结论】柴胡转录组的SSR位点出现频率较高,类型较丰富,具有开发出高多态性SSR分子标记的潜力,将其用于柴胡的遗传多样性分析、种质资源评价及分子标记辅助育种等研究。     

CRISPR/Cas9植物基因编辑系统敲除棉花GhSBP基因表达载体的构建

基因编辑技术是研究基因功能的一个有效工具。CRISPR/Cas9系统是基于细菌Ⅱ型免疫系统改造而成的一种全新的基因编辑系统。因其相对于ZFNs、TALENs更加简单高效,适用于普通分子生物学实验室。各种植物特异的CRISPR/Cas9载体被构建并快速应用于多种植物中。本实验以棉花GhSBP基因为编辑对象,构建了CRISPR/Cas9系统敲除GhSBP基因的表达载体,并利用农杆菌介导法转化棉花,以期获得敲除GhSBP基因的棉花转基因株系。