基于转录组数据对陆地棉GhHMP1的克隆及表达分析

本研究就转录组数据分析得到一个与镉胁迫相关的基因GhHMP1(Heavy metal transport/detoxification superfamily protein1),并从陆地棉耐镉品种‘邯242’中克隆成功。为研究该基因的功能和特点,对其进行生物信息学分析、转录组分析和实时荧光定量表达分析。结果表明:陆地棉‘邯242’基因GhHMP1的CDS全长为402 bp,编码133个氨基酸,分子量约为14.88 kD,等电点为8.20;转录组和实时荧光定量分析表明,GhHMP1基因的表达具有组织特异性,且受镉胁迫诱导,可以作为重要的候选基因来培育棉花耐镉新材料,从而为棉花耐镉育种及修复重金属污染土壤提供重要的理论依据。     

杜氏盐藻甘油醛-3-磷酸脱氢酶基因在棉花中的转化及分子检测

根据NCBI核酸数据库中杜氏盐藻耐盐基因甘油醛-3-磷酸脱氢酶基因(dunaliella salina glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,Ds GAPDH)的c DNA全长序列信息,本研究利用RT-PCR技术扩增克隆该基因,获得完整全长为1 131 bp并编码376个氨基酸的多肽的ORF序列。生物信息学分析表明:Ds GAPDH编码的蛋白与拟南芥、蒺藜苜蓿、玉米和葡萄等物种高度同源,分别达到90%、92%、96%和97%。构建的系统发育树结果显示,该基因编码的蛋白与团藻中该蛋白的亲缘关系最为接近。该蛋白主要由四种二级结构即α-螺旋、β-折叠、转角和无规则卷曲等组成。构建p BI121-Ds GAPDH植物表达载体,以非抗虫棉F12A、F12B和HU-749513为材料,利用基因枪活体技术转化棉花花粉,并对T0代种子进行分子检测和相关序列验证,成功获得两株阳性转基因植株,为基因枪活体转化技术研究奠定了一定的实践基础,同时也为棉花耐盐机制的研究提供了新材料。     

陆地棉脱水素蛋白GhDHN1的结构特征和无序性分析

利用生物信息学对陆地棉脱水素蛋白GhDHN1的氨基酸组成理化性质、保守结构域K片段以及无序性进行分析。结果表明，GhDHN1蛋白无明显跨膜结构，不是分泌蛋白，其2个序列相近的K片段均具有高度亲水性，属于部分无序性蛋白。推测GhDHN1的这些结构特性与其调控棉花响应低温胁迫有关。     

陆地棉GhDHN1基因结构及内含子生物信息学分析

利用生物信息学方法分析陆地棉脱水素基因GhDHN1的DNA序列结构特性,预测其功能。序列分析表明,GhDHN1基因的基因组DNA中AT碱基含量为52.16%,而内含子具有较高的AT碱基含量（63.33%）;GhDHN1基因不含CpG岛;其内含子序列含有核心启动子元件TATA框、启动子的增强子元件CAAT框,并含有参与光响应的保守DNA模块的部分元件（Box 4）、赤霉素响应元件GARE-motif、生长素响应元件TGA元件等,说明该内含子可能参与了该基因的转录活动,可能受光、激素的诱导;GhDHN1内含子具有GT-AG 规则的保守序列,推测GhDHN1基因具有保守的内含子剪接机制。     

棉花耐盐相关基因GhVP的表达及功能分析

为了研究Gh VP基因在棉花中的表达特性和功能,克隆了棉花Gh VP基因,构建p BI121-Gh VP∷GFP荧光表达载体,采用基因枪技术转化洋葱内表皮细胞,结果显示Gh VP基因编码蛋白定位于细胞质膜上。将构建的p BI121-Gh VP∷GFP荧光表达载体转化棉花花粉,花粉荧光明显增强,说明该基因可以在棉花中表达,为Gh VP基因可以在棉花中表达提供了依据,为培育棉花耐盐新材料奠定了基础。     

棉花耐低温研究进展

低温胁迫是影响棉花生长发育和品质的主要环境胁迫因子之一，是决定棉花生存、生长成熟和地域分布的最重要环境因素。从低温胁迫对棉花的影响和危害出发，分析了不同抗冷鉴定方法，综述了国内外关于抗冷相关基因、抗冷蛋白以及低温胁迫条件下转录组分析的研究进展，以期为棉花的抗冷育种和抗冷机理提供理论参考。     

陆地棉GhLEA3基因的克隆及其响应低温胁迫表达分析

【目的】本研究旨在探索棉花GhLEA3基因的结构特征及其在低温胁迫下的表达模式,研究其抗逆功能。【方法】利用同源序列克隆法在陆地棉中克隆GhLEA3;采用生物信息学方法分析其蛋白质性质,构建系统进化树。采用In-Fusion连接技术构建融合蛋白表达载体35S∷GhLEA3-GFP并进行亚细胞定位;在棉花三叶期进行叶片低温表达分析;采用农杆菌介导的花序浸染法将GhLEA3基因转入拟南芥;对T_3转基因拟南芥种子进行4℃低温萌发试验;低温处理后测转基因拟南芥叶片的电导率。【结果】GhLEA3基因编码序列全长1 218bp,编码405个氨基酸;GhLEA3蛋白含有4个功能结构域PF02987。陆地棉GhLEA3与拟南芥AtLEA3氨基酸序列之间相似性为52.6%。GhLEA3蛋白可能定位在液泡和小泡中。GhLEA3基因在低温处理的棉花叶片中上调表达。T_3转基因拟南芥低温萌发率显著高于野生型,低温处理后转基因拟南芥叶片电导率显著低于野生型。【结论】陆地棉GhLEA3属于典型的LEA3家族成员,与拟南芥AtLEA3亲缘关系最近;该基因响应低温胁迫,可能在抗冷中起重要作用。     

干旱胁迫下棉花SSH文库构建及其抗旱相关基因分析

以耐旱自交系邯郸177为材料,利用抑制性差减杂交技术(SSH),构建棉花苗期叶片的正向差减文库。挑取300个阳性克隆进行PCR验证,并对验证后的单克隆进行测序和分析,共获得284个有效序列。聚类后得到202条uniESTs序列,其中174条singlets,28条contigs。经过BlastN分析,156个unigene可以在GenBank中找到同源序列,46个unigene未能找到同源匹配。经BlastX分析,40个unigene与未知功能蛋白或假定蛋白有较高相似性,116条unigene与已知功能蛋白有较高同源性。用KOBAS系统将33个unigene定位到55个Pathways中,其中P值小于0.5的Pathway有23条。初步分析发现, 丙酮酸盐代谢(pyruvate metabolism)途径、乙醛酸和二羧酸代谢(glyoxylate and dicarboxylate metabolism)途径与棉花抗旱相关性较大。这些unigene基因涉及信号传导、能量代谢、蛋白质代谢、核酸代谢、光合作用及膜运输等代谢过程。发现了苹果酸合成酶基因(Ms1, 001_B03; Ms2, 003_E04)、苹果酸脱氢酶基因(Md1, 001_C12; Md2, 002_F01);NAC(001_C08)、锌指蛋白(zfp, 003_C06)、BZR1/BES1(003_G04)等转录调节因子,以及翻译控制肿瘤蛋白基因(TCTP,002_C04)等耐旱相关基因。     

NaCl和Na_2CO_3对不同棉花基因组的DNA甲基化影响

【目的】探究不同盐胁迫后的棉花基因组DNA甲基化变化情况,并比较分析叶片和根部DNA甲基化变化差异,进而探究DNA甲基化与棉花耐盐性之间的关系。【方法】以陆地棉耐盐品种中9806和盐敏感品种中S9612为试验材料,分别用NaCl和Na2CO3(浓度均为0.4%)处理。提取对照和处理材料的DNA,进行双酶切、连接、预扩增和选择性扩增,然后采用MSAP技术(甲基化敏感扩增多态性)分析棉花幼苗在盐胁迫前后的DNA甲基化情况。从聚丙烯酰胺凝胶中回收纯化多态性片段并进行测序,通过NCBI进行比对分析;设计引物,用实时荧光定量PCR对多态性片段在棉花幼苗中的表达量进行验证。【结果】盐胁迫分析表明不同类型盐胁迫对棉花幼苗的影响不同;0.4%的中性盐NaCl对棉花幼苗的影响相对较小,各部分组织的形态变化不明显,而0.4%的碱性盐Na2CO3对棉花幼苗的影响较大,使棉花幼苗子叶变软,茎基部和根部发黑;MSAP分析结果表明,NaCl胁迫后中9806和中S9612叶片的甲基化比率分别为23.5%和27.7%,其中,全甲基化比率分别为20.3%和22.9%,根部的甲基化比率分别为24.7%和27.1%,其中,全甲基化比率分别为19.6%和21.6%;Na2CO3胁迫后中9806和中S9612叶片的甲基化比率分别为28.9%和28.1%,其中,全甲基化比率分别为24.3%和24.5,根部的甲基化比率分别为25.7%和27.6%,其中,全甲基化比率分别为21.5%和24.0%。叶片和根部甲基化水平存在差异,随着盐类型由中性盐向碱性盐转变的过程中,基因组DNA甲基化水平迅速增加,并在Na2CO3处达到最大值。通过分析胁迫以后的甲基化状态,在NaCl和Na2CO3胁迫后,中9806叶片的甲基化条带所占多态性条带比率分别为40.00%和50.00%,去甲基化条带所占多态性条带比率分别为54.12%和46.67%,中9806根部的甲基化条带所占多态性条带比率分别为35.53%和43.59%,去甲基化条带所占多态性条带比率分别为56.58%和51.28%。而中S9612叶片和根部中的甲基化条带比率和去甲基化条带比率的变化不明显。对多态性片段回收共获得6条序列,这6条序列涉及不同的同源基因,在基因编码区和非编码区均有分布,参与不同的代谢反应。qRT-PCR分析结果表明,6个同源基因在对照和处理之间的表达差异显著。【结论】耐盐性不同的棉花品种对盐胁迫反应不同,耐盐品种中9806在中性盐NaCl胁迫后基因组甲基化水平降低,诱导相关耐盐基因表达来抵抗胁迫而盐敏感品种中S9612则缺乏相应的耐盐基因使植株受到伤害增加,在Na2CO3处理以后受到伤害最大,对照与处理间甲基化水平差异显著,叶片和根部甲基化水平存在差异,具有组织特异性;多态性片段比对分析可知,同源性基因涉及多条代谢途径,通过多种代谢途径间的协同作用来抵抗胁迫。     

棉花GhMGL11基因的克隆和表达分析

为研究陆地棉甲硫氨酸裂解酶(Methionineγ-lyase)基因的结构与功能,本研究以陆地棉中9807叶片为试验材料克隆得到棉花甲硫氨酸裂解酶(Methionineγ-lyase)基因c DNA全长,命名为GhMGL11(Cottongen:Gh_A12G2168)。蛋白序列分析该基因的编码区序列全长1 359 bp,编码452氨基酸;GhMGL11蛋白属于亲水性蛋白,预测含有41个磷酸化位点;亚细胞定位显示位于细胞质,无信号肽。序列比对分析,该基因含有Cys_Met_Meta_PP家族特有的保守结构域Cys_Met_Meta_PP,属于PLP(Pyridoxal phosphate)依赖性氨基转移酶中的一种。系统进化分析,陆地棉GhMGL11蛋白与可可(Theobroma cacao)亲缘关系较近。在陆地棉中发现23个与GhMGL11基因同源的含有Cys_Met_Meta_PP结构域的基因。组织特异性分析,GhMGL11基因在棉花根、茎、叶中均有表达,其中在根中的表达量最高;碱胁迫处理后不同时间内,该基因的表达量先升高后降低,说明该基因表达受碱胁迫影响。