谷子SiHd3a基因的克隆及表达分析

分析谷子成花素基因(Hd3a)在不同光周期条件下的表达规律,旨在揭示成花素基因在光周期调控谷子开花过程中扮演的角色。首先利用生物信息学方法获得位于谷子4号染色体的成花素基因序列(Seita.4G067600),命名为SiHd3a,然后根据基因序列设计1对特异引物,提取谷子农家种黄毛谷总RNA,利用RT-PCR技术克隆得到黄毛谷SiHd3a基因cDNA序列,其长度为792 bp,包含一个537 bp的CDS区,编码178个氨基酸;预测SiHd3a蛋白的分子质量为19.74 ku,等电点为6.82,初步判断其为亲水蛋白;蛋白质的二级结构中无规则卷曲所占比例最高(43.26%),其次为延伸链(β-折叠,29.21%)、α螺旋(16.29%)、β转角(11.24%);亚细胞定位分析发现,SiHd3a蛋白定位在细胞质和细胞间质;基于Hd3a蛋白序列进化分析发现,谷子与野生黍、玉米、高粱之间的亲缘关系比较近,聚在一组,而与水稻亲缘关系较远。半定量PCR发现,SiHd3a基因在短日照条件下表现为昼夜节律性表达,在早晨6:00、中午12:00各有1个表达峰,而在长日照条件下基因24 h内表现稳定表达水平。推测谷子SiHd3a基因长、短日照条件下昼夜表达模式的差异是导致其光周期敏感性的可能原因。     

谷子SiPRR73基因在不同光温组合条件下的可变剪切分析

【目的】通过系统的可变剪切分析揭示SiPRR73参与谷子光温互作调控的可能机制。【方法】利用RT-PCR技术从“延谷11号”克隆生物钟基因SiPRR73,克隆低温（15℃）条件、自然条件、4个光温组合条件下的SiPRR73基因序列进行可变剪切分析。【结果】扩增片段经克隆、测序以及序列拼接后得到2 928 bp的cDNA序列,包含2283 bp的CDS区域,编码760个氨基酸。可变剪切分析表明只有低温（15℃）和低温长日照（22℃、15 h光/9 h暗）条件下检测到的SiPRR73-1和SiPRR73-3剪切体具有完整的编码区,因而具有完整的REC和CCT结构域;自然条件和低温短日照（22℃、9 h光/15 h暗）条件检测到的SiPRR73-2、SiPRR73-4剪切体均缺失CCT结构域;高温（27℃）条件无论长日照还是短日照SiPRR73均形成缺失REC和CCT结构域的SiPRR73-5、SiPRR73-6两种剪切体。【结论】SiPRR73基因通过可变剪接的方式参与谷子的光温互作调节。     

谷子SiPRR37基因对光温、非生物胁迫的响应特点及其有利等位变异鉴定

从谷子品种延谷11号克隆生物钟基因SiPRR37,通过生物信息学分析、组织特异性表达分析、4种不同光温组合条件的昼夜表达模式分析以及对NaCl、ABA、PEG、低温、Fe 5种非生物胁迫的响应特点分析,揭示SiPRR37参与谷子光温互作调控以及应对非生物胁迫的作用机制;并对160份谷子材料重测序检测SiPRR37基因的突变位点进行单倍型分析,探究该基因对谷子主要农艺性状的影响。结果表明,SiPRR37基因蛋白质编码区(sequence coding for amino acids in protein,CDS)全长2247 bp,编码748个氨基酸,含有REC和CCT 2个结构域,基于PRR37蛋白的系统进化分析发现,谷子与糜子、高粱、玉米亲缘关系最近;启动子预测分析发现,SiPRR37启动子区存在光、温、生长素、赤霉素、脱落酸、茉莉酸甲酯、干旱和盐胁迫等多种应答元件。SiPRR37相对表达量从高到低依次为根、穗颈、穗、顶叶、次顶叶、茎秆;4个光温组合条件SiPRR37均只在光照期出现1个表达峰,无论高温(27℃)还是低温(22℃),短日照相比长日照表达峰均要提前,无论长日照还是短日照,低温(22℃)相比高温(27℃)表达峰均要提前;NaCl、低温(15℃)胁迫能够抑制SiPRR37表达,PEG模拟干旱胁迫和Fe胁迫能够诱导SiPRR37基因表达,SiPRR37参与了ABA信号传导过程。位于SiPRR37 CDS区的10个SNP将160份谷子材料分为19个单倍型,其中3个单倍型(Hap_7、Hap_10、Hap_19)是改善穗部性状的有利单倍型。谷子SiPRR37基因表达具有昼夜节律性,同时受光周期和温度调控,并且参与了谷子对盐胁迫、低温胁迫、干旱胁迫和铁胁迫的应答反应,同时SiPRR37与抽穗期和多个穗部性状相关,在开展谷子高产分子辅助选育中具有一定应用潜力。     

光周期调控植物开花分子机制以及CCT基因家族研究进展

植物从营养生长到生殖生长的成花转变是其适应外界环境确保自身繁衍的关键环节,主要受内部调控和外部环境因素的影响,其中光周期是影响植物开花的一个重要因素,目前对其调控开花的分子机制研究也较为深入。本文结合近几年最新研究成果,总结了拟南芥、水稻、高粱和谷子4种植物光周期调控开花的分子机制,在此基础上还介绍了在植物光周期途径中扮演重要角色的一类含有CCT结构域的基因家族,对其不同成员在各个作物中的功能进行了概述,以期为进一步研究CCT基因家族的功能和开展光周期调控开花相关性状的分子育种提供理论基础。