葡萄PP2C家族基因的鉴定与表达分析

参考拟南芥（Arabidopsis thaliana）的PP2C基因注册序列,从葡萄（Vitis vinifera）全基因组中鉴定得到PP2C家族基因27个,分为10个亚族A、C ~ I、K、L。编码氨基酸181 ~ 1 084个,理论等电点4.46 ~ 8.98。亚细胞定位分析表明,葡萄PP2C基因家族主要在细胞质、叶绿体和细胞核中表达。二级结构主要以α–螺旋和不规则卷曲为主。葡萄PP2C基因芯片表达谱分析发现,该家族成员在葡萄不同组织中响应不同的逆境胁迫。qRT-PCR分析表明,葡萄试管苗在100和50 mmol ? L-1 ABA、10% NaCl和10% PEG单独处理6 h后VvPP2C02的诱导表达量最高,分别是对照的11倍、8倍、14倍和13倍。     

不同糖源对葡萄试管苗蛋白激酶相关基因表达的影响

【目的】探究不同外源糖对葡萄试管苗生长发育及蛋白激酶基因转录调控的影响,应用转录组测序挖掘蛋白质磷酸化过程中的基因,为葡萄蛋白激酶相关基因功能的验证奠定一定基础。【方法】在基本培养基中分别添加2%的蔗糖、葡萄糖和果糖,以无糖为对照,分别命名为S20、G20、F20和CK,经过37 d培养后,测定不同处理的地上和地下鲜重,并采用Illumina HiSeq ^TM 2000对各处理叶片进行转录组测序,通过综合生物信息学分析（参考基因组比对、差异基因（DEGs）筛选、COG（Cluster of Orthologous Groups of proteins）注释、GO（Gene Ontology）注释等）筛选出蛋白激酶相关基因,通过qRT-PCR分析该蛋白激酶相关基因的表达特性。【结果】F20、G20和S20处理下的葡萄（‘红地球’）试管苗与CK相比,地上鲜重具有明显差异,且F20最高,而G20地下鲜重最高。SNP统计发现,转换是主要的变异类型,颠换次之,且发生在基因间区的SNP数量最多,其次是下游;剪接位点供体和同义终止发生的基因数量最少且相等。4个样品中共获得了2 633个差异基因,3个处理与CK相比,共有差异基因180个且被聚类为3组,第一组中127个基因仅在CK中高表达,第二组19个基因仅在G20下高表达,而第三组34个基因在3个处理下表达模式不尽相同。这些共有的差异基因在COG中注释到了26个基因并分在11个功能类别中,且主要注释在一般的功能类别中。在GO分类中,共有的基因分别被注释在分子功能、生物学过程和细胞组分的14、22和13个功能类别中。共筛选出7种蛋白激酶,分别为葡萄糖激酶（Glucokinase,GK）、丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen-activated protein kinases,MAPKs）、钙调蛋白激酶（Calcineurin protein kinase,CBL）、蛋白磷酸酶2（Protein phosphatase 2,PP2A）、己糖激酶（Hexokinase,HXK）、组氨酸蛋白激酶（Histidine protein kinase,HPK）和酪氨酸激酶（Tyrosine kinase,TK）,其不同激酶的基因在不同处理中具有各自的表达模式,经qRT-PCR验证,选择的20个差异基因中有17个基因表达与转录组测序结果相一致。【结论】在葡萄试管苗培养中,果糖较葡萄糖和蔗糖相比对生长较好。测序得出180个差异基因对3种不同糖均作出响应,这些基因在COG数据库中主要富集在膜酯转运和代谢、次级代谢物和碳水化合物的合成、转运和分解;GO中大多注释在蛋白激酶和氧化还原酶的活性中;筛选出了7种蛋白激酶,这些差异基因在数量、功能分类和代谢通路上对糖的响应各不相同。     

葡萄HAK基因家族的鉴定与表达分析

从葡萄基因组数据库中检索到18个HAK基因家族成员,对其在生物信息学及非生物胁迫下的表达水平进行分析。结果表明:葡萄HAKs编码CDS序列长度为2 000～2 500 bp,外显子数从7个到12个不等。二级结构主要以α-螺旋和不规则卷曲为主,至少含9个跨膜区域,亚细胞定位表明该家族主要在细胞质膜上。葡萄HAK基因分为7个亚族且整个家族与拟南芥HAK家族成员的同源性很高。基因芯片表达谱分析表明,葡萄HAK基因家族能够响应高温、低温、盐、干旱和水分等非生物胁迫,不同成员的表达水平存在一定的差异。荧光定量分析表明, VvHAK01、 VvHAK04、 VvHAK06和 VvHAK13质量分数为10%PEG处理6 h后表达量显著上升; VvHAK02、 VvHAK07、 VvHAK09、 VvHAK10、 VvHAK12、 VvHAK13、 VvHAK15、 VvHAK16、 VvHAK17、 VvHAK18在50μmol·L~(-1) ABA处理6 h后表达量显著上升; VvHAK07、 VvHAK09、 VvHAK11在400 mmol·L~(-1) NaCl处理6 h后表达量显著上升; VvHAK05在50μmol·L~(-1) ABA、400 mmol·L~(-1) NaCl和质量分数为10%的PEG处理6 h后,叶片表达量显著下调。大多数HAK基因家族成员对ABA、NaCl和PEG无法有响应,试验为进一步解析HAK基因功能和利用HAK基因进行植物的遗传改良奠定基础。     

葡萄LIM家族基因特征及表达模式分析

为了明确LIM家族基因在葡萄非生物胁迫下的表达特性，在生物信息分析的基础上，以‘黑比诺’葡萄（Vitis vinifera‘Pinot Noir’）试管苗为试验材料，利用qRT-PCR技术检测了不同逆境处理对葡萄LIM家族基因成员表达的影响。结果显示，葡萄LIM基因家族有14个成员，可分为4个亚族，各亚族编码蛋白氨基酸数量差异较大，但亚族内差异较小；分析葡萄基因和拟南芥基因间的选择压发现，二者存在钝化选择关系；多序列比对发现，该家族基因成员含有1或2个锌指结构的保守结构域；保守基序分析结果表明，所有基因均包含motif2；基因结构显示VvLIM含有4 ~ 15个外显子；14个基因中有11个编码蛋白存在互作关系。该家族基因存在大量的光诱导元件和水杨酸等逆境胁迫相关元件。基因芯片表达数据表明，高表达的基因主要存在生长旺盛的组织中。qRT-PCR分析发现，VvLIM1在100 mmol ? L-1 NaCl、10% PEG和50 mg ? L-1 SA胁迫下表达量与对照相比显著上调，且随处理时间的延长表达量显著增加。     

葡萄NHX基因家族的鉴定和表达分析

【目的】探究葡萄NHX基因家族生物信息学特性及在非生物胁迫下的表达情况,以期筛选出与非生物胁迫相关的家族成员,从而为葡萄抗逆性研究提供理论依据。【方法】以拟南芥、水稻及胡扬NHX基因序列为基础,对葡萄NHX基因进行同源克隆、染色体定位、氨基酸组成成分、理化性质、motif、蛋白质二级结构以及基因芯片表达等分析,同时利用qRT-PCR技术分析葡萄NHX基因家族表达情况。【结果】葡萄NHXs可分为2个亚族,主要分布在第1、5、7、14、15、19号染色体上,其外显子数为12～23个;VvNHX06的氨基酸数最少,有291个,VvNHX07的氨基酸数最多,有1141个。Motif分析发现,N端含有典型的锌指结构,蛋白质二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主。亚细胞定位预测发现,葡萄NHX基因主要分布在细胞膜、内质网、线粒体、液泡和细胞质中。基因芯片表达显示,使用NaCl、ABA和PEG处理后,葡萄叶片中VvNHX02和VvNHX06基因表达量均呈上升趋势。qRT-PCR分析结果表明,在200 mmol·L~(-1)NaCl、100 mmol·L~(-1)ABA处理后的葡萄叶片中,VvNHX06表达量显著增加,分别是对照的30倍和60倍。用10%PEG处理实验材料6 h后,VvNHX05的表达量明显增加,是对照的5倍。【结论】VvNHX05和VvNHX06基因与植物耐盐和抗旱性有密切关系,可为葡萄的逆境胁迫机制研究提供参考。     

草莓CIPK基因家族的鉴定与表达分析

从拟南芥数据库中获得CIPK基因家族注册号，运用生物信息学分析的方法，在蔷薇科森林草莓（Fragaria vesca）数据库中得到CIPK基因家族成员19个，可分为6个亚族。该基因家族分布在草莓7条染色体中的6条上。其编码蛋白的氨基酸数157 ~ 1 196，理论等电点3.91 ~ 9.34，分子量18 667.68 ~ 133 714.31 D。基因结构分析表明，有11条基因只有1个外显子，其余基因外显子数2 ~ 15。亚细胞定位结果表明，该基因家族成员主要在细胞质、细胞核和叶绿体上表达。蛋白质二级结构预测表明，该基因家族成员主要以α–螺旋、β–转角和不规则卷曲为主。对上游2 kb区域启动子顺式作用元件分析表明，该基因家族成员对逆境胁迫应答MYB响应明显，除FvCIPK02、FvCIPK15、FvCIPK17外，其他基因均对脱落酸应答元件ABRE响应明显。qRT-PCR数据分析表明，FvCIPK16、FvCIPK10和FvCIPK09分别在PEG、ABA和NaCl处理下，草莓试管苗中的相对表达量最高，分别是对照的18.4倍、29倍、13倍，说明FvCIPK16强响应干旱胁迫，FvCIPK10强响应ABA诱导，FvCIPK09强响应高盐胁迫；另外发现各处理的FvCIPK03相对表达量均下调，推测FvCIPK03在植物逆境胁迫中起负调节作用。     

基于转录组研究葡萄糖对葡萄试管苗碳代谢的影响

通过转录组测序探究不同浓度(0、1%、2%和4%)外源葡萄糖对‘红地球’葡萄试管苗糖代谢和光合作用的影响。结果表明,2%葡萄糖处理下试管苗生长最好,其次是4%和1%处理,不添加葡萄糖的生长最弱。4个浓度下测序共获得了21.53 Gb Clean Data,Q30碱基百分比在89.49%以上。各样品与参考基因组的比对效率在68.31%～73.71%之间。单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphisms,SNP)的转换效率为64.73%～66.76%,颠换在33.24%～35.27%之间,且发生A?G和C?T突变类型最多。可变剪切类型中主要发生的是第一和最后一个外显子剪切事件。通过设定筛选差异基因的阈值,共获得了3 272个差异基因,包括下调基因2 826个和上调基因446个。在COG注释分类中,1%、2%和4%葡萄糖处理与0对照比对,分别注释到了1 449、846和597个差异基因,且大多数注释到除一般功能预测外,都是与转录相关的基因。对叶片碳代谢相关酶进行测定发现,蔗糖合成酶(SS)和葡萄糖6磷酸脱氢酶(G6PDH)活性随着葡萄糖处理浓度增加均表现出先减小后增加的趋势,且SS在4%葡萄糖处理中活性最高,而G6PDH在0对照中最高,中性转化酶(NI)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)具有相同的变化趋势,两者的活性峰均出现在2%葡萄糖处理。经qRT-PCR验证,14个基因中有12个基因的表达趋势与转录测序结果一致,表明不同浓度葡萄糖通过影响叶片中碳代谢相关基因的表达来提高‘红地球’葡萄试管苗的生长。