自花授粉诱导的甘蓝功能基因BoSPI的克隆与表达分析

自交不亲和性是甘蓝在长期进化过程中形成的防止自交衰败、促进杂交优势的一种复杂而完善的遗传机制。克隆自交不亲和性相关基因对甘蓝自交不亲和性的深入研究和利用有重要意义。本研究通过挖掘0~60 min自花和异花授粉的甘蓝柱头转录组数据, 筛选到一个受自花授粉诱导上调表达的基因, 命名为BoSPI。BoSPI开放阅读框534 bp, 编码177个氨基酸, 理论等电点为4.21, 不包含信号肽和跨膜区, 含有4个保守的EF-hand结构域。BoSPI基因起始密码子上游2000 bp的核苷酸序列中含有真菌诱导响应、代谢调节以及器官形成等应答元件。BoSPI基因在大肠杆菌中可诱导表达为17 kD的蛋白。BoSPI在柱头中表达量最高, 在花瓣、萼片、叶片、雄蕊表达量较低。BoSPI蛋白被定位在细胞膜和细胞质。自花授粉30 min后对BoSPI基因的诱导表达显著增强。表明BoSPI参与了柱头响应自花花粉刺激的分子过程, 可能是实现甘蓝自交不亲和性相关的某种新功能基因。     

甘蓝自交不亲和相关基因BoPUB9的克隆及表达分析

自交不亲和性(self-incompatibility,SI)是指植株的雌蕊对自身花粉和异体花粉进行识别从而抑制自身花粉萌发的特性, PUB (Plant U-Box)蛋白在植物抗逆及信号转导过程中起着重要的作用。本研究通过分析甘蓝自花授粉0～60min的柱头转录组数据,筛选到1个受自花授粉诱导上调表达的PUB蛋白编码基因BoPUB9。BoPUB9 cDNA序列长度为1368 bp, gDNA序列全长1720 bp,含有1个臂重复结构域和1个U-box结构域。荧光定量PCR结果显示, BoPUB9基因在甘蓝的不同组织中均有表达,在萼片中的表达量最高,花瓣、雄蕊、柱头表达量次之,在花粉花蕾中表达量相对较低,同GUS染色结果保持一致。BoPUB9基因在自花授粉0～30 min内快速上调表达, 15 min后为异花授粉后表达量的20多倍,在30min后达到差异最大,自花授粉后的表达量为异花授粉的40多倍。亚细胞定位结果显示,BoPUB9蛋白在细胞核和细胞质中均有表达,且BoPUB9蛋白在大肠杆菌中被成功诱导表达,相对分子质量为51 kD,与预测结果一致。酵母双杂交与poll-down结果显示...     

甘蓝BoPINs家族基因的特征和表达分析

为了探索植物生长素极性运输载体蛋白编码基因BoPINs家族参与甘蓝自交不亲和性的成员数目与参与方式,本文通过转录组分析获得BoPINs家族在甘蓝自花和异花授粉后的表达情况,利用分子生物学技术和生物信息学方法对该家族的基因结构、蛋白进化亲缘关系和表达模式等特征进行分析。结果表明,甘蓝BoPINs基因家族包含8个成员,含有5～9个外显子和4～8个内含子;其编码的蛋白质的氨基酸残基数在350～650之间,相对分子质量为38～70kD;除了BoPIN5和BoPIN8不含中间亲水区以外,其余6个BoPINs家族成员都含有位于两端的疏水区和中间亲水环,它们可能以膜锚定蛋白的形式发挥作用;甘蓝BoPINs与芜菁BrPINs、拟南芥AtPINs基因家族亲缘关系较近;染色体定位分析表明, BoPIN1-1、BoPIN3-1、BoPIN3-2和BoPIN6与S位点之间发生不同程度的连锁;启动子活性分析表明, BoPINs家族蛋白参与甘蓝SI反应,可能受IAA、ABA等激素相互交叉影响; BoPIN1-1、BoPIN1-2、BoPIN2、BoPIN3-1、BoPIN3-2、BoPIN4、BoPIN6、BoPIN7-1和BoPIN7-2在柱头中表达量均较高;数据表达谱和荧光定量分析表明, 8个家族成员中的6个BoPINs基因在自花授粉后下调表达;自花授粉后柱头生长素含量降低,与SI反应呈负相关。因此,在甘蓝BoPINs家族的8个成员中有6个BoPINs基因家族成员可能在膜上以负调节方式调控自交不亲和反应。     

甘蓝S-位点基因SRK、SLG和SP11/SCR密码子偏好性分析

S位点是芸薹属植物自交不亲和反应的关键位点,控制自交不亲和反应的识别与启动。为明确甘蓝S位点基因SRK和SLG的S域和SP11/SCR编码序列密码子的使用特性,利用Codon W、SPSS软件、Python程序和EMBOSS在线程序分析甘蓝41个SRK、36个SLG和11个SP11/SCR等位基因的偏好性,同时通过中性绘图、ENC-GC3绘图、PR2绘图及多元统计分析探讨基因密码子偏好性形成原因,并利用不同方法对其进行聚类分析。结果表明,甘蓝SRK、SLG和SP11/SCR基因编码序列富含A/T,密码子偏好以A/T碱基结尾,偏好性较低。自然选择是影响密码子使用模式的主要因素,突变压力为次要因素,还受到二核苷酸丰度的影响。根据RSCU值发现, SRK和SLG基因高表现密码子有4个, SP11/SCR基因有11个。基于RSCU的聚类能够较准确地反应甘蓝SRK、SLG和SP11/SCR等位基因间的关系,并与基于CDS核酸序列的聚类具有一致性和可靠性。根据密码子使用偏好性和聚类关系发现, SRK的S域和SP11/SCR编码序列在密码子偏好性上可能是协同进化的。这为更好理解甘蓝中密码子的分布机制...     

结球甘蓝CML家族基因及其在授粉后柱头中的表达

利用NCBI和甘蓝基因组数据库筛选获得了76个结球甘蓝CML家族基因,其随机分布在甘蓝的9条染色体上,染色体上最多的有12个基因,最少有1个基因。分析发现该基因家族编码蛋白氨基酸残基长度在109 ~ 365个之间,分子量大多在20 kD左右,为小分子蛋白,且均含有2 ~ 4个保守的EF-hand结构域。甘蓝的76个CML基因依据与拟南芥的CML家族的进化关系及序列相似性分为Ⅰ~ Ⅷ个亚家族,每个亚家族基因有较高的同源性,进化关系较近。经亚细胞预测分析发现大部分蛋白在质膜和胞外表达,少量在质膜、细胞核内和叶绿体等部位表达。数字表达谱分析发现在76个基因中,有25个基因在自花和异花授粉后差异表达,其中BoCML12、BoCML42、BoCML44、BoCML45、BoCML60、BoCML70、BoCML71 和BoCML74等8个基因在自花和异花授粉后表达趋势有较大差异,表明这8个基因以不同的方式参与调控甘蓝自花和异花授粉后的反应过程,有可能与甘蓝的自交不亲和性相关。