甜菜BvGSTU9基因的生物信息学及在镉胁迫下的表达分析

为了进一步研究甜菜谷胱甘肽转移酶BvGSTU9 (LOC104894060)在重金属胁迫过程中的功能。本研究以‘780016B/12优’为实验材料,对该基因序列特征、结构、功能进行预测分析,并利用qPCR检测该基因在不同浓度镉胁迫下的表达量变化。结果显示甜菜BvGSTU9基因全长925 bp,开放阅读框675 bp,编码了由224个氨基酸组成的不稳定膜外蛋白。BvGSTU9与菠菜、藜麦的氨基酸序列相似性较高,与系统发育进化树分析结果基本相符。二级和三级结构预测表明该基因主要由α-螺旋、β-折叠、延伸链及无规则卷曲组成。qPCR显示BvGSTU9基因在不同浓度的镉胁迫下均受到不同程度的诱导,因此可以推断甜菜BvGSTU9基因无论从结构还是功能上,与镉逆境胁迫存在着一定的应答关系。研究结果也为甜菜耐重金属镉机制研究提供参考依据。     

Agrobacterium-mediated transformation of the CrDAT gene and selection of transgenic periwinkle lines with a high vincristine accumulation

Catharanthus roseus contains vincristine and vinblastine, which are outstanding drugs for cancer. In the biosynthetic pathways of terpenoid indole alkaloids (TIAs) in C. roseus, deacetylvindoline 4-O-acetyltransferase (DAT) is a key enzyme that catalyses the last reaction of vindoline biosynthesis to form vinblastine and vincristine. In this study, the CrDAT transgene was transferred into the periwinkle by Agrobacterium-mediated transformation and generated transgenic periwinkle lines with an increase in vincristine accumulation. The C. roseus DAT gene was introduced into C. roseus plants and it was confirmed that CrDAT was successfully transferred into the genome of periwinkle plants and efficiently translated to synthesise recombinant DAT protein. Four transgenic periwinkle lines in T1 generation, T1-1, T1-3, T1-6, and T1-7, expressed recombinant DAT protein with the total protein content in the range of 2.86 μg.mg^?1 to 5.12 μg.mg^?1. Moreover, the vincristine contents of four transgenic lines increased by 1.63?2.48-fold compared to non-transgenic plants, ranging from 6.91 µg.g^?1 (fresh weight) to 10.53 µg.g^?1 (fresh weight). The T1-1 line had the highest vincristine content. Hence, the overexpression of the recombinant DAT protein can improve the vincristine accumulation of transgenic C. roseus plants.

Abbreviation: CrDAT - Catharanthus roseus Deacetylvindoline-4-O-Acetyl Transferase; D4H - Deacetoxyvindoline 4-hydroxylase; ELISA - Enzyme-Linked Immunosorbent Assay Monoterpene indole alkaloid; T0, T1 - Generations of transgenic plants; TIAs - Terpenoid indole alkaloids; WT- The wild-type tobacco plants (non transgenic plant); 35S - Cauliflower mosaic virus 35S promoter     

稻曲病菌交配型基因MAT1-2-1和MAT1-2-8的特性分析

 有性生殖在真菌的生活史和进化过程中具有重要作用,而交配型基因是控制有性生殖的关键因子。前期研究发现稻曲病菌(Villosiclava virens)MAT1-2型菌株中包含MAT1-2-1和MAT1-2-8两个交配型基因,但是它们如何调控稻曲病菌有性生殖依然不清楚。本文研究了它们在不同侵染和生长发育时期的表达模式和编码的蛋白结构特性。研究表明MAT1-2-1在侵染不同阶段一直下调表达;而MAT1-2-8在侵染早期(5 dpi)上调表达,在侵染后期下调表达。与营养菌丝阶段比较,MAT1-2-1和MAT1-2-8在有性发育过程菌核形成、菌核萌发、子座原基形成和子座成熟4个阶段的表达量都是下降的,在菌核形成阶段表达量最低。生物信息学分析显示MAT1-2-1和MAT1-2-8具有磷酸化位点,为非分泌蛋白,无明显的跨膜结构域。蛋白同源比对分析表明MAT1-2-1与香柱菌(Epichloë typhina)的MAT1-2-1同源性最高,而MAT1-2-8与绿僵菌(Metarhizium)的MBR_08192蛋白同源性最高。进一步研究发现MAT1-2-1和MAT1-2-8能够互作,并分别主要定位在细胞核和细胞基质中。通过质谱技术鉴定到MAT1-2-1的一些候选互作蛋白,如假定Ran交换因子Prp20/Pim1(KDB12229.1)、假定rRNA处理蛋白Ebp2(KDB12923.1)及组蛋白H1(KDB12711.1)等。因此,以上结果为研究稻曲病菌交配型基因MAT1-2-1和MAT1-2-8调控有性生殖的生物学功能奠定了基础。     

过表达ZmIBH1-1提高玉米苗期抗旱性

【目的】干旱是严重影响玉米生长发育进程的一个重要因素。挖掘玉米抗旱相关基因,通过转基因功能验证和转录组分析,解析关键基因在响应干旱胁迫过程中的分子调控机制,为抗旱分子育种和遗传改良提供理论依据。【方法】以玉米自交系B104（WT）为背景材料,利用农杆菌介导方法构建过表达ZmIBH1-1转基因株系（ZmIBH1-1-OE）;通过对转基因植株进行草铵膦抗性筛选、标记基因和目的基因PCR检测,以及运用实时荧光定量PCR检测目的基因的表达情况,鉴定阳性植株和株系;以WT和ZmIBH1-1-OE转基因株系为材料,通过干旱处理（20% PEG6000）,进行表型鉴定和耐旱生理生化指标测定,验证ZmIBH1-1的抗旱功能;通过对干旱胁迫下玉米4叶期转录组的比较分析,鉴定出差异表达的基因（differentially expressed genes,DEGs）;结合DAP-seq（DNA affinity purification sequencing）分析,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的下游靶基因,利用基因组可视化软件IGV（integrative genomics viewer）分析ZmIBH1-1蛋白结合候选靶基因的位置,然后通过Dual-Luciferase试验验证ZmIBH1-1蛋白与靶基因的调控关系。【结果】通过玉米遗传转化获得12个转化事件;T₃代中,能同时检测到标记基因Bar和目的基因ZmIBH1-1的植株有458个,实时荧光定量PCR检测结果表明,ZmIBH1-1-OE中ZmIBH1-1的表达量显著高于WT,株系3和株系8表达量最高,将其自交获得T₄代转基因株系用于后续试验。在干旱胁迫条件下,ZmIBH1-1-OE株系存活率、叶片相对含水量、叶绿素含量、可溶性蛋白含量及其生理生化指标（超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性）均显著高于WT,说明玉米中过量表达ZmIBH1-1赋予玉米更高的耐旱性。转录组分析结果表明,WT与ZmIBH1-1-OE株系在干旱胁迫下有1 214个差异表达基因;Gene Ontology（GO）功能富集分析结果表明,差异表达基因主要涉及生物过程、细胞组分和分子功能,如在生物过程中主要涉及到光合作用、应激响应、脱水响应等;KEGG富集分析表明,差异表达基因主要参与植物激素信号传导、新陈代谢等过程。结合转录组显著差异表达基因和DAP-Seq分析所得到ZmIBH1-1蛋白的靶基因,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的11个候选靶基因,包括2个钙信号相关基因、3个半胱氨酸代谢相关基因、1个bHLH转录因子、1个应激响应蛋白、1个谷胱甘肽转移酶、1个氧化还原过程蛋白和2个乙烯响应因子;基因组可视化结果显示ZmIBH1-1蛋白可以结合靶基因启动子区;随后通过Dual-Luciferase试验进一步表明,ZmIBH1-1蛋白可以直接作用于11个候选靶基因,其中,ZmIBH1-1蛋白可以促进ZmCa-M、ZmSYCO、ZmbHLH54、ZmGlu-r1、ZmCLPB3和ZmP450-99A2的表达,抑制ZmAGD12、ZmCYS、ZmCYSB、ZmERF-107和ZmEIN3的表达。此外,在干旱胁迫下NAC、WRKY、MYB等转录因子在ZmIBH1-1-OE和WT株系中也存在差异表达。【结论】ZmIBH1-1的过表达可以增强玉米苗期的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控乙烯信号通路中的ZmERF-107和ZmEIN3的表达提高玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控钙信号相关基因ZmCa-M和ZmAGD12增强玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白可能通过间接调控NAC、WRKY、MYB等转录因子响应干旱胁迫。     

漆酶LAC表达与鸭梨果心褐变的关系

【目的】探究在不同成熟度和降温贮藏方式下,LAC表达模式与鸭梨果心褐变的关系,为进一步解析鸭梨果心褐变机制提供理论依据。【方法】以鸭梨作为材料,通过对不同成熟度（早采、中采和晚采）的鸭梨进行急速降温（急降）和缓慢降温（缓降）处理,观察贮藏期间鸭梨果心褐变情况,测定漆酶（Laccase,LAC）活性及其基因LAC的相对表达量,研究LAC在鸭梨果心褐变过程中的参与作用。【结果】冷藏60 d时,晚采鸭梨出现褐变,晚采缓降处理的鸭梨果心褐变指数为0.32,是同期急速降温处理的2.56倍;在贮藏90 d时,中采缓降处理的褐变指数是0.24,中采急降处理的褐变指数仅为0.01。各个处理组在贮藏期间LAC活性多数表现为先逐渐升高后下降的趋势,晚采的果实在贮藏60 d时出现活性高峰,褐变发生;早采和中采鸭梨LAC活性高峰均在90 d时出现,褐变程度低于晚采鸭梨。在贮藏期间,缓慢降温处理的LAC活性高于急速降温处理。鸭梨LAC14和LAC7表达量呈先上升后下降的趋势,LAC6表现为先下降后上升再降低的变化趋势;中采、晚采鸭梨在贮藏60 d时,LAC14和LAC7表达量最高。【结论】与缓慢降温相比,急速降温处理减少了鸭梨果心褐变的发生。在整个贮藏期间,LAC活性呈先上升后下降然后又上升的趋势,其峰值时的活性高低次序为：晚采>中采>早采,这与果心褐变趋势一致;LAC在鸭梨果心褐变过程中上调表达。相比缓慢降温处理,急速降温处理具有较低的LAC7、LAC14和LAC6表达量。急速降温结合适时采收能够抑制LAC的上调表达,减少鸭梨果心褐变发生。     

5种蔷薇科树种多酚氧化酶比较基因组学分析

蔷薇科植物中有多种具有重要价值的水果,如苹果、梨、桃、草莓和黑树莓等。这些水果普遍容易发生由多酚氧化酶(PPO)介导的酶促褐变而导致重大经济损失,从全基因组角度分析比较PPO基因家族,有助于加深对PPO基因家族和功能的认识。采用比较基因组学的方法,对这5种植物的PPO基因家族进行了基因鉴定、染色体定位、编码蛋白的亚细胞定位、内含子统计分析、基因系统进化、基因倍增与丢失等特征分析。从这5种植物中,共计鉴定出了42个PPO基因,其中6个基因被认定是假基因;绝大多数基因编码的蛋白定位于叶绿体,2个定位于线粒体,3个是分泌型蛋白;PPO基因在染色体上有串联重复和散布两种形式;9个基因具有内含子,聚类结果显示可以将它们分为6个类型,每个基因类型在进化过程中都发生过基因倍增和丢失;同型基因内含子的位置和大小具有相似性。这些结果揭示蔷薇科植物PPO基因内含子是伴随着基因倍增产生的,基因倍增也是推动PPO基因多样化的重要动力,PPO基因倍增和丢失差异导致PPO基因数量在不同物种之间产生差异。     

大白菜TPS基因家族鉴定及其在高温胁迫下的表达分析

为明确大白菜TPS(BrTPS)家族成员信息及对高温胁迫信号的响应,本研究利用生物信息学方法,在大白菜基因组数据库中鉴定了BrTPS基因家族成员,并对其理化性质、进化特征、蛋白结构及在高温胁迫下的表达模式进行分析。结果表明,大白菜全基因组含有15个TPS基因家族成员,分布于8条染色体上。除BrTPS14和BrTPS15外,其余成员各含有1个TPS和1个TPP结构域,并且所含motif的排列顺序也完全一致。理化性质分析发现,15个成员的氨基酸长度介于129~1459 aa之间,分子量大小在14.73~165.83 kD之间,大部分BrTPS蛋白为酸性蛋白和亲水蛋白,以无规则卷曲作为二级结构主要构成元件。进化分析表明,大白菜TPS基因家族成员可分为2类,其中ClassⅠ包含5个成员,ClassⅡ包含10个成员。本研究对高温胁迫前后不同组织和持续高温胁迫下叶片中的表达分析,发现大部分的BrTPS基因可对高温胁迫产生响应,但在表达规律上存在差异。这些研究结果为后续研究大白菜TPS基因提供一定参考。     

Bamboo NiR gene is associated with regeneration capacity

It was reported that the activity of NiR (nitrite reductase) enzyme encoded by the NiR gene was correlated with the regeneration ability in rice. To testify the function of NiR gene in bamboo, seven bamboo species whose calli had different differentiation rate were chosen to analyse their NiR enzyme activity. The results showed that bamboo NiR enzymatic activity had a certain correlation with the regeneration capacity. A NiR gene named DhNiR from Dendrocalamus hamiltonii with high regeneration capacity was cloned. Sequence analysis revealed that the ORF of DhNiR was 1779bp encoding 592 amino acids. Overexpression of DhNiR in rice reduced the time of shoot differentiation and increased the transformation rate, suggesting that DhNiR might play an important role in the regeneration ability of bamboo, and can be applied in regeneration and gene transformation of bamboo and other plant species.