木薯MeTPS1基因克隆、表达及生物信息学分析

海藻糖-6-磷酸合成酶(trehalose-6-phosphate synthase,简称TPS)是海藻糖生物合成途径中的关键酶,提高TPS基因的表达量可以增强植物在干旱、低温等非生物胁迫条件下的抗逆性。木薯是重要的热带经济作物和粮食作物,在严重干旱、低温或密植(遮阴)条件下,木薯块根产量会显著减少。为了研究TPS基因在木薯抗逆中的功能,通过同源基因克隆的方法,从木薯叶片中克隆了1个TPS基因MeTPS1,该基因含有1个2 781 bp的开放阅读框,编码926个氨基酸,含有TPS家族保守结构域。系统进化树分析表明,MeTPS1与杨树、杞柳中同源基因的亲缘关系较近,序列相似性分别达到88.1%、89.4%。启动子元件分析表明,MeTPS1含有干旱诱导元件(MBS)、热胁迫响应元件(HSE)、防御和胁迫响应元件(TC-rich repeats)以及光响应元件(ACE、Box I、Box 4)等。实时荧光定量PCR分析表明,MeTPS1在叶片中的表达量最高,在须根和储藏根中表达量最低,并且MeTPS1基因的表达能被干旱、低温和遮阴处理显著诱导,但对ABA处理无明显响应。这些结果表明,MeTPS1在转录水平参与木薯干旱、低温和遮阴胁迫的响应,可将其作为候选基因进一步研究其在木薯抗逆中的功能。     

木薯MeTPS7基因克隆及其在非生物胁迫下的表达分析

海藻糖-6-磷酸合成酶(trehalose-6-phosphate synthase,TPS)是海藻糖生物合成途径中的关键酶,提高TPS基因的表达可以增强植物在干旱、低温等非生物胁迫条件下的抗逆性。为了研究TPS基因在热带作物木薯抗逆中的功能,本研究通过RT-PCR的方法从木薯叶片中克隆了一个TPS基因,命名为Me TPS7。该基因含有一个2 562 bp的开放阅读框,编码853个氨基酸,含有TPS家族保守结构域,属于TPS第Ⅱ家族成员。系统进化树分析表明,Me TPS7与杞柳和杨树中同源基因的亲缘关系较近,序列相似性分别达到90.2%和90.3%。启动子元件分析表明,Me TPS7含有干旱诱导(MBS)、低温和干旱响应(C-repeat/DRE)、热胁迫响应(HSE)、ABA响应(ABRE)、以及光响应(ACE,G-Box,BoxⅠ,Box 4)等元件。实时荧光定量PCR分析表明,Me TPS7在须根中表达最高,叶片和储藏根中表达最低,其表达量仅为须根的34%和38%。而且,Me TPS7基因的表达能被干旱、低温、遮荫和ABA处理显著诱导。这些结果表明Me TPS7可能在转录水平参与ABA介导的木薯干旱、低温和遮荫胁迫响应,可作为候选基因进一步研究其在木薯抗逆中的功能。     

木薯MeASR3基因的克隆及表达分析

【目的】克隆木薯脱落酸、胁迫、成熟诱导蛋白(abscisic acid, stress, ripening-induced, ASR)的cDNA序列,检测该基因在ABA、H_2O_2、NaCl和甘露醇4种处理下的表达模式,为揭示ASR基因在木薯耐旱机制中的作用提供参考。【方法】以木薯KU50叶片总RNA反转录的cDNA为模板,利用PCR的方法扩增获得一个ASR家族基因,对其进行了氨基酸序列比对和进化树分析,并利用荧光定量PCR技术对该基因在多种处理下的表达模式进行分析。【结果】克隆得到的cDNA长度为459 bp,编码153个氨基酸,命名为MeASR3 (GeneBank登录号:XM_021744431.1)。序列比对结果表明MeASR3含有ASR家族蛋白的主要特征功能域,进化树显示MeASR3与橡胶树来源的ASR蛋白亲缘关系最近。荧光定量结果表明MeASR3在转录水平受到H_2O_2、甘露醇和高盐胁迫的诱导作用,同时受到ABA的抑制作用。【结论】克隆获得木薯MeASR3基因,该基因在转录水平响应ABA处理以及氧化、高盐和干旱胁迫,可能参与到ABA以及多种胁迫下的信号转导途径,可作为候选基因用于木薯耐旱机制的研究。     

水稻染色体片段代换系对氮反应的QTL分析

利用来源于93-11(受体)和日本晴(供体)构建的染色体片段代换系,采用盆栽试验分析其在两种氮水平下产量相关性状的差异,包括株高、每穗实粒数、单株产量、根干重、地上部干物重以及氮素利用效率等。结果表明,与正常条件相比,低氮胁迫条件下代换系的单株产量与生物学产量显著降低。两种氮水平下共定位到54个QTLs,其中仅有6个在两种氮水平下同时检测到,说明水稻对不同氮肥反应由不同的基因调控。定位到5个氮肥农学利用效率QTLs,其中,第6染色体的qNAE6解释表型变异较大(14%)。同时,我们还发现存在一些QTL区域同时影响多个性状,如第2染色体RM2634区域,第6染色体RM510-RM225区域,第10染色体RM228和第11染色体RM536区域,暗示其可能是一因多效或紧密连锁的基因的效应。该结果将为鉴定分析氮利用相关基因以及氮高效育种提供一定试验依据。     

木薯MeCIPK1基因克隆及表达分析

CIPK蛋白是一类植物特有的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,已在多个物种中被证实参与逆境胁迫应答。本研究利用PCR技术从木薯栽培种KU50中克隆得到一个CIPK家族基因,命名为Me CIPK1,该基因的开放阅读框全长为1 137 bp,编码379个氨基酸。生物信息学分析表明Me CIPK1蛋白含有CIPK家族保守的丝氨酸/苏氨酸激酶结构域和NAF结构域,与橡胶树和麻疯树中的氨基酸序列同源性最高。利用荧光定量PCR研究Me CIPK1在多种处理下的表达模式,结果表明Me CIPK1在转录水平受到ABA、高盐胁迫、干旱胁迫和低温的抑制作用,同时受到氧化胁迫的诱导作用,故此推测Me CIPK1在木薯应答多种非生物胁迫的过程中可能会发挥重要作用。本研究结果为后期深入分析木薯Me CIPK1基因的功能提供理论基础。     

木薯MeSnRK2-1基因克隆及表达分析

蔗糖非发酵型蛋白激酶SnRKs在植物应对非生物胁迫的过程中具有非常重要的功能。本研究利用PCR技术从木薯栽培种KU50中克隆得到一个SnRK2家族基因,命名为MeSnRK2-1,对其进行了序列比对和进化树分析,并利用荧光定量技术对该基因在多种处理下的表达模式进行分析。结果表明,该基因的开放阅读框全长为1 062 bp,编码354个氨基酸,进化树分析显示MeSnRK2-1与橡胶树和麻疯树中的同源蛋白亲缘关系较近。此外,荧光定量结果表明MeSnRK2-1在转录水平受到高盐胁迫、H2O2和低温的诱导作用的同时也受到了ABA和甘露醇的抑制作用。这些结果表明MeSnRK2-1在多种非生物胁迫下的信号转导通路中可能具有重要的功能。本研究为后续深入探索MeSnRK2-1的功能以及木薯的逆境生理提供理论和物质基础。     

木薯MePYL8基因克隆及表达分析

脱落酸介导的核心信号通路在植物应答非生物胁迫的过程中具有重要功能,而PYL蛋白是该信号通路中ABA的受体,因此研究PYL家族基因有助于完善对该信号通路的理解。本研究利用PCR技术从木薯栽培种KU50中克隆得到一个PYL家族基因,命名为MePYL8,该基因的开放阅读框全长为579 bp,编码193个氨基酸。对其进行序列比对表明MePYL8与橡胶树和麻疯树中的氨基酸序列同源性最高,进化树分析显示MePYL8与拟南芥PYL8/RCAR3的亲缘关系最近。此外,利用荧光定量PCR对MePYL8进行多种处理下的表达分析,结果显示:MePYL8在转录水平受到ABA、高盐胁迫和干旱胁迫的诱导作用,同时受到氧化胁迫的抑制作用,表明MePYL8在多种非生物胁迫下的信号转导通路中可能具有重要的功能。本研究为后续深入研究该基因的功能和分子调控机制提供理论依据,为作物抗逆育种提供潜在的资源。     

木薯NAC转录因子Rd26基因克隆及表达

【目的】克隆木薯NAC转录因子Rd26基因(MeRd26)并检测其在干旱胁迫下的表达量,为Rd26基因抗旱调控机制研究打下基础。【方法】利用反RT-PCR克隆木薯叶片中的MeRd26基因,对其进行序列比对及系统发育进化树构建,研究其在栽培种Ku50和野生种W14间的变异情况,并用实时荧光定量PCR(qPCR)检测PEG-6000干旱胁迫下的MeRd26基因表达量。【结果】从木薯叶片中克隆获得的MeRd26基因,长度为1288 bp,包含1041 bp的开放阅读框,编码346个氨基酸,且含NAC保守结构域。系统发育进化树分析结果表明,MeRd26蛋白与杨树(Potri.011G123300.1)和杞柳(SapurV1A.0127s0020.1)的Rd26蛋白亲缘关系较近。基因结构变异分析结果显示,MeRd26基因有33个SNP位点和7个InDel位点,且大部分变异分布在非编码区及最后一个外显子的后半区域。基因表达检测结果显示,在正常大田种植条件下,栽培种Ku50叶片的MeRd26基因表达量是野生种W14的130倍,但在根中表达量差异较小;在干旱胁迫下,栽培种Ku50未展开叶、老叶和根中MeRd26基因表达被快速诱导,表达量随胁迫时间的延长而增加,在根中表达量最高,但在第1片完全展开叶中,MeRd26基因的表达被抑制,其表达量明显降低。【结论】MeRd26基因在转录水平上参与了木薯抗干旱胁迫反应,可作为候选基因用于木薯抗旱机制研究。     

木薯海藻糖-6-磷酸酯酶MeTPP6基因克隆及其表达分析

海藻糖-6-磷酸酯酶(TPP)负责海藻糖生物合成催化反应的最后一步,是植物海藻糖生物合成途径的关键酶。采用RT-PCR的方法从木薯叶片中克隆了1个TPP基因,命名为MeTPP6,该基因含有1个1 122 bp的开放阅读框,编码373个氨基酸,具有TPP家族保守结构域。系统进化树分析表明,MeTPP6与杞柳和杨树中同源基因的亲缘关系较近,序列相似性高达89.7%和89.0%。启动子分析表明,MeTPP6含有干旱、低温、热胁迫、激素(如ABA)和光响应等相关元件。荧光定量PCR分析表明,MeTPP6在叶片和叶柄中表达量最低;在须根和储藏根中表达量最高,分别为叶片表达量的4.2倍和4.5倍。而且,MeTPP6基因的表达能被干旱、低温和ABA处理显著诱导。这些结果表明,MeTPP6通过依赖于ABA的信号通路在转录水平参与木薯干旱和低温胁迫,可作为重要候选基因进一步研究其在木薯非生物逆境中的功能。     

木薯海藻糖合成酶基因MeTPS6克隆及其在非生物胁迫下的表达分析

[目的]克隆木薯海藻糖合成酶基因MeTPS6,并分析其在干旱、低温、遮荫等非生物胁迫应答中的表达情况,为研究TPS基因功能及抗逆分子机理提供参考.[方法]采用RT-PCR从木薯中克隆MeTPS6基因,并进行生物信息学分析及构建系统发育进化树.采用荧光定量PCR(qPCR)分析MeTPS6基因在干旱、低温和遮荫胁迫下不同木薯品种不同组织中的表达特性及模式.[结果]克隆获得的MeTPS6基因具有一个2565 bp的开放阅读框,编码854个氨基酸,含有TPS家族保守结构域(Glyco_transf_20).MeTPS6蛋白与杨树(Potri.010G104500)和杞柳(SapurV1A.0015s0610)同源蛋白氨基酸序列的相似性分别达92.6%和90.0%,表明木薯与杨树和杞柳的亲缘关系较近.MeTPS6基因的启动子序列中存在大量非生物胁迫相关元件(低温相关元件LTR、干旱相关元件MBS等)、激素相关元件(脱落酸相关的元件ABRE和CE3、水杨酸相关元件TCA-element等)及光响应相关元件(ACE、Box I等).MeTPS6基因在木薯储藏根中的表达量最高,须根次之,二者均显著高于茎、叶柄和叶片中的表达量(P<0.05,下同),且在干旱、低温和遮荫胁迫下,不同组织中的表达模式存在明显差异.对于不同木薯品种,干旱、低温和遮荫胁迫处理均显著诱导其MeTPS6基因表达.在高置信度(Confidence=0.8)的情况下,共找到13个共表达基因,其中有10个为TPS同源基因,表明这些同源基因可能相互协调,共同参与植物生物学过程;另外3个基因(CAT、CAT1和F5M15.5)均编码过氧化氢酶,主要参与保护细胞免受过氧化氢的毒性作用.[结论]MeTPS6基因主要在木薯的根(特别是储藏根)中表达,并从转录水平参与干旱、低温和遮荫胁迫响应,可作为候选基因进一步研究其在木薯抗逆中的功能.