棉花转录因子GhSNAC3启动子的克隆与表达分析

为研究棉花NAC转录因子基因GhSNAC3启动子的结构和功能,以鲁棉研32号基因组为模板,用PCR扩增的方法得到棉花基因GhSNAC3的启动子序列,利用分析网站PlantCARE、PLACER和BDGP对启动子上存在的顺式作用元件进行了预测与分析,在此基础上利用该启动子及GhSNAC3基因构建植物表达载体,并通过烟草遗传转化进一步研究启动子的转录活性。结果表明GhSNAC3启动子除含有CAAT-box等基本顺式作用元件外,还含有茉莉酸、赤霉素和脱落酸响应元件以及大量光顺式作用元件和逆境胁迫诱导相关的顺式调控元件。采用不同胁迫处理转基因烟草并进行表达分析,结果显示GhSNAC3在盐胁迫下植株根部有高水平的表达,而在茎和叶中表达量极低,表明GhSNAC3在逆境胁迫应答过程中可能具有重要功能,其启动子是一个盐诱导型启动子,具有组织特异性。研究结果为棉花NAC信号通路研究和耐盐基因工程改良提供了理论依据。     

利用WGCNA鉴定棉花抗黄萎病相关基因共表达网络

加权基因共表达网络分析(Weighted Gene Co-expression Network Analysis,WGCNA)作为一种典型的系统生物学方法,可用来鉴定协同表达的基因模块,探索模块与目标性状之间的生物学相关性,并挖掘网络中的核心基因。黄萎病(Verticillium wilt)可严重降低棉花(Gossypium spp.)的产量及品质,因此研究抗病基因及抗病机制,对于棉花抗病育种工作具有重要意义。本研究以黄萎病菌侵染不同时间点的海岛棉(Gossypium barbadense)幼苗根尖转录组数据为基础,分析其差异表达基因,并选取在不同样本之间表达水平变异最大的前50%基因(共35,647个)进行WGCNA。结果表明,在黄萎病菌侵染条件下,共有22,850个基因差异表达,其中4685个为所有侵染时间点共有的差异基因。共鉴定到18个基因共表达模块,其中5个为抗黄萎病相关特异性模块(black、mediumpurple3、darkolivegreen、plum3模块分别与侵染2 h、6 h、48 h、72 h时间点正相关;mediumpurple2与侵染2 h时间点负相关)。GO和KEGG富集分析表明,特异性模块可以富集到有生物学意义的富集结果,如刺激响应、钙离子结合、黄酮类化合物合成代谢等抗逆相关通路。通过计算模块内基因的连通性,挖掘出了网络中的核心基因,功能预测表明,这些基因可能在逆境胁迫响应中发挥重要作用。本研究为进一步理解棉花抗黄萎病的分子机制、选育棉花抗病新品种提供了理论指导。     

陆地棉膜结合脂肪酸去饱和酶基因家族的全基因组鉴定及表达分析

膜结合脂肪酸去饱和酶(fatty acid desaturase, FAD)是生物合成不饱和脂肪酸的关键酶。本研究以陆地棉基因组数据为基础，利用生物信息学方法对棉花FAD基因家族进行全基因组鉴定和进化分析。结果表明，陆地棉基因组中共含有37个FAD基因，进化分析发现这些基因分为4个亚家族，各亚家族成员数量不一，但相同亚家族成员含有相似的基因结构和保守基序。共线性分析发现28对复制基因全为片段复制基因，且都经历了严格的纯化选择作用。此外，在陆地棉FAD基因的启动子区域，发现了丰富的响应植物激素信号和逆境胁迫的顺式作用元件。转录组分析表明，陆地棉FAD基因家族响应干旱和盐胁迫，定量PCR分析表明施加外源褪黑素显著影响了FAD基因的表达。本研究结果为进一步解析FAD家族基因的功能奠定了基础。