德钦’紫花苜蓿叶绿体基因组序列及特征分析

‘德钦’紫花苜蓿(Medicago sativa L. ‘Deqin’,以下简称‘德钦’苜蓿)是一种优良的地方品种,具有特异耐旱性、耐热性和耐酸铝性。本研究利用Illumina第二代高通量测序技术对其叶绿体全基因组进行测序(NCBI登录号：MN218692),并对其结构及特征进行分析。结果显示：‘德钦’苜蓿叶绿体基因组含有一个反向重复区,属于IR缺失型;总长为125 470 bp,共有110个基因,其中蛋白质编码基因76个、tRNA 30个和rRNA 4个,缺失3个基因(rps16,rpl22和infA),总GC含量为33.9%;相对同义密码子使用度显示,‘德钦’苜蓿70.74%的密码子使用度>1,偏好以A和T结尾;共鉴定出115个SSRs位点,其中clpP基因鉴定出与紫花苜蓿不同SSRs位点;最大似然树结果显示‘德钦’苜蓿与紫花苜蓿聚在一起,支持率为75%。研究结果将对苜蓿属叶绿体基因组工程研究及‘德钦’苜蓿特异基因的进一步鉴定利用提供一定的参考价值。     

甜高粱叶绿体基因组特征及密码子偏好性分析

本研究采用高通量测序技术对甜高粱叶绿体基因组进行测序，对组装和注释后的叶绿体基因组进行结构、基因组成及密码子偏好性分析。结果表明，甜高粱(Sorghum bicolor)叶绿体基因组长度为140 644 bp,编码86个CDS基因、38个tRNA基因和8个rRNA基因，检测到31个SSR位点和42个Long repeat序列。甜高粱及其14个近缘种的叶绿体基因组变化不大，IR区边界未发生明显的收缩与扩张。甜高粱叶绿体基因组密码子偏好以A,U结尾，其密码子使用偏性很大程度上受自然选择的影响，而受突变压力的影响小。甜高粱叶绿体基因组的最优密码子14个(ACU,UAG,CCU,CUA,GCU,AGU,GAU,UUA,CGU,GAA,GUU,UCA,CAU,UGU)。甜高粱与高粱Sorghum bicolor MT333845(产地：韩国，栽培种Donganme)、MT333848(产地：韩国，栽培种Sodam Chal)、MT459453(产地：韩国，栽培种ATx623)亲缘关系较近。研究结果将为完善高粱属植物分子育种技术和探究高粱属植物系统发育提供参考。     

房山紫堇叶绿体基因组特征及其系统进化关系

房山紫堇(Corydalis fangshanensis W. T. Wang ex S. Y. He)是罂粟科紫堇属植物,根具有清热解毒的功效,也可用于防风固沙,保持水土。为探究房山紫堇的叶绿体基因组特征及其系统进化关系,利用高通量测序技术对房山紫堇叶绿体基因组进行测序和功能注释,并对其进行分析,利用MEGA7构建系统发育树。结果显示：房山紫堇的叶绿体基因组为191 128 bp, GC含量为40.2%;共注释127个基因,包括84个蛋白质编码基因(66.1%)、35个tRNA基因(27.6%)以及8个rRNA基因(6.3%);叶绿体基因组的密码子偏好性较弱;叶绿体基因组的GC3 s含量为38.5%,GC含量也小于50%,密码子偏向使用A和T这两种碱基;多重比较分析结果显示,紫堇属植物的编码区较为保守;系统发育分析表明,房山紫堇与紫堇的亲缘关系最近。研究房山紫堇叶绿体基因组及其进化关系有助于探索紫堇属植物的分类与进化,并可促进房山紫堇的开发和利用。     

苜蓿品种鉴定及其遗传多样性分析

为快速有效地鉴定苜蓿属（Medicago）在内蒙古地区种植较广泛的10个品种,为后续研究奠定基础。本试验利用SRAP（Sequence Related Amplified Polymorphism）标记初步建立了10个苜蓿品种的指纹图谱,并分析了其中3个苜蓿品种的遗传多样性。试验结果表明,SRAP标记FR12,FR14,FR16,FR18,FR21引物组合在10个苜蓿品种中的多态性较好;利用SRAP标记FR6和FR21组合、FR21和FR17组合,制作出2套指纹图谱,均可有效鉴定出10个苜蓿品种。通过对‘呼伦贝尔’黄花苜蓿、‘草原3号’杂花苜蓿、‘敖汉’苜蓿的遗传多样性进行分析,得到这3个苜蓿品种的平均Nei's遗传多样性指数H和平均Shannon's信息指数I变化规律均一致,且不同产地和利用年限的2份‘草原3号’杂花苜蓿材料的遗传多样性指数达到显著差异（P<0.05）;表明杂花苜蓿的遗传变异程度较大,多样性水平较高。本研究构建了2套苜蓿指纹图谱,有利于从分子水平鉴定不同苜蓿种质资源,同时苜蓿3个种的遗传多样性变异分析可为合理利用苜蓿种质资源和推广应用提供理论参考价值。     

紫花苜蓿atpA基因的克隆及表达模式分析

叶绿体atpA基因位于ATP合酶的CF₁上,编码α亚基,是光合作用不可缺少的关键基因。本研究利用RT-PCR技术,从‘新疆大叶’苜蓿(Medicago sativa L.‘Xinjiang Daye’)中克隆出atpA基因,并进行生物信息学分析,采用实时荧光定量PCR技术进行基因表达模式检测。结果显示,MsatpA基因编码510个氨基酸,相对分子质量为55.71 KD,等电点为5.22。MsAtpA蛋白含有多个磷酸化位点且无跨膜结构和信号肽,二级结构中α-螺旋占比最高;亚细胞定位预测该基因编码的蛋白位于叶绿体中,与同为豆科苜蓿属的黄花苜蓿(Medicago falcata)、蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)的AtpA氨基酸序列同源性较高。表达模式检测结果显示,MsatpA基因在叶中的表达量最高,根中最少;结荚期的基因表达量显著高于其他发育时期;MsatpA基因响应低温、高温、盐和渗透胁迫应答,且呈现出不同的表达特点。研究结果为紫花苜蓿atpA基因功能研究奠定基础。     

两类SSR对苜蓿属种质遗传多样性和亲缘关系的比较研究

利用33对细胞核SSR标记和28对叶绿体SSR标记对38份苜蓿属种质进行了遗传多样性和亲缘关系分析。在38份苜蓿属种质中,叶绿体SSR标记的平均等位变异数高于细胞核SSR标记,而遗传多样性指数则相反;分别用细胞核SSR、叶绿体SSR和61对SSR标记对38份苜蓿属种质进行聚类,结果显示:3次聚类都把38份苜蓿属种质划分为一年生和多年生苜蓿两个大类群;以相似系数0.8为准,3次聚类结果的差异主要显示在一年生苜蓿内部尤其是蒺藜苜蓿种质内的品种(系)划分上。     

小麦族十一个物种的叶绿体psaC基因序列比较分析(简报)

植物叶绿体基因组的psaC基因有非常重要的功能,是植物光化学反应和光系统Ⅰ的组成成分。本研究对小麦族11个物种的psaC基因进行了扩增、测序和对比分析。结果表明,1)psaC基因编码区非常保守,存在3个SNP位点,但这3个突变位点都为同义突变,并没有引起氨基酸的改变。2)在psaC基因的间隔区,栽培大麦多了一个6 bp的‘CAAAAA’多核苷酸插入。在已经研究的植物中,该‘CAAAAA’多核苷酸插入是栽培大麦所特有的,表明该片段是在大麦物种分化以后插入的。该片段不但可以作为栽培大麦特异的标记序列,而且在大麦属物种的系统进化关系研究中有特殊的用途。3)发现的SNPs位点可用于相关物种的细胞质分子标记开发。     

直立型半野生大豆叶绿体基因组分析

采用Illumina高通量测序技术对直立型半野生大豆(Glycine gracilis)叶绿体基因组(Chloroplast DNA,cpDNA)进行测序和组装，获得完整基因组，以探究其结构特征，为后续基于cpDNA的相关分析以及大豆资源多样性保护和系统发育等研究提供基础或依据。结果表明，直立型半野生大豆cpDNA全长148 320 bp,为典型四分体结构，注释基因108个，包含66个蛋白编码基因、29个tRNA基因和4个rRNA基因。基因组序列上共检测到87个SSR位点，其中与单核苷酸、双核苷酸、三核苷酸、四核苷酸、五核苷酸对应的位点分别为55,19,4,7,2个。在系统发育上，直立型半野生大豆与已公布的普通型一年生半野生大豆(Glycine gracilis)、栽培大豆(Glycine max)及野大豆(Glycine soja)亲缘关系较近。     

广东桑(Morus atropurpurea)叶绿体基因组高通量测序及结构分析

叶绿体基因组的结构和组成较为保守且其序列片段的变异速率适中,适合用于研究植物的系统进化。以我国主要栽培桑种广东桑(Morus atropurpurea)的品种一串红为实验材料,利用Illumina高通量测序平台进行广东桑叶绿体全基因组测序,分析基因组结构,并且与已报道近缘物种的叶绿体基因组进行比较。广东桑叶绿体基因组长159 113 bp,2个反向重复区(IRa和IRb)长度均为25 707 bp,被大单拷贝区(LSC)和小单拷贝区(SSC)分隔开,LSC和SSC大小分别为87 824 bp、19 875bp;叶绿体基因组共有130个基因,包含85个蛋白质的编码基因、37个t RNA基因和8个r RNA基因,其中含有内含子的基因数量是24个,有22个基因只含有1个内含子,2个基因(ycf3和clp P)含有2个内含子。广东桑叶绿体基因组的基因数目、种类以及CG含量与其它桑属植物的叶绿体基因组类似。通过生物信息学分析在广东桑叶绿体基因组得到83个简单重复序列(SSR)位点,单核苷酸、二核苷酸、三核苷酸、四核苷酸和五核苷酸重复基序的数量分别是60、8、3、10、2个,未发现六核苷酸重复序列,大多数位点都偏向A或T组成。用MEGA 6.0软件通过最大似然法和邻近法基于叶绿体全基因组序列对包括4个桑种在内的14个物种进行聚类分析,其中广东桑和蒙桑(Morus mongolica)聚在一起,印度桑(Morus indica)和川桑(Morus notabilis)聚在一起。研究结果对于叶绿体基因组工程研究以及桑属种间的分子标记开发和优良品种培育具有一定参考价值。     

葡萄风信子花青素3-O-葡糖基转移酶基因的克隆及其表达分析

花青素3-O-葡糖基转移酶(3GT)是花青素苷合成最后一步的关键酶,可把不稳定的花青素催化成花青素苷。本研究利用PCR技术从蓝色葡萄风信子‘亚美尼亚’(Muscari armeniacum)中克隆到一个3GT基因(Ma3GT),Ma3GT cDNA全长1 377bp,编码458个氨基酸,与其他植物的3GT蛋白序列相似性达55%~64%。进化分析表明,Ma3GT与单子叶植物3GT聚为一类,与小苍兰(Freesia hybrida)、荷兰鸢尾(Iris hollandica)3GT亲缘关系最近。荧光定量PCR分析发现,Ma3GT在‘亚美尼亚’花(S_4)中高表达,在叶片中微量表达,根和鳞茎中几乎不表达,在‘白丽人’及‘粉日出’各个组织中均不表达。在‘亚美尼亚’中,Ma3GT的转录表达受花发育调控,开花早期(S_1)几乎不表达,随着花发育表达量逐渐增加,至完全开放的时期(S_4)达到最高峰。此外,Ma3GT在不同品种的花中转录表达不同,在蓝色品种‘亚美尼亚’中高表达,而在白色品种‘白丽人’和粉色品种‘粉日出’中几乎不表达。本研究为进一步研究Ma3GT基因在葡萄风信子花瓣呈色中的功能及其花色分子育种提供基因资源和依据。     

蒺藜苜蓿全基因组中U-box基因家族的筛选与特征分析

植物基因组中广泛存在U-box基因,其编码蛋白大部分作为泛素系统中决定底物特异性识别的E₃泛素连接酶,广泛地调控植物生长生殖发育以及响应逆境胁迫等过程。本文利用蒺藜苜蓿基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定蒺藜苜蓿U-box家族基因;采用MEGA6软件进行系统进化树分析;通过GSDS在线工具和Mapinspect软件进行基因结构及染色体定位分析;利用已有的蒺藜苜蓿芯片数据进行组织表达和胁迫响应表达分析。结果表明,蒺藜苜蓿基因组中含有41个U-box基因,不均匀地分布于蒺藜苜蓿的8条染色体上。根据结构域组成和系统进化分析将这些U-box蛋白分成6类。基因表达模式分析发现,该家族成员的表达具有一定的组织特异性,并能响应盐、干旱和氮素胁迫。这些研究结果为蒺藜苜蓿U-box基因家族的功能分析奠定了基础。     

苜蓿全基因组WRKY转录因子基因的分析

蒺藜苜蓿的基因组较小,遗传转化相对容易,是国际上广泛用于研究豆科植物的模式植物,其全基因组测序已经完成。WRKY转录因子是近年来在植物中发现的N-端含有WRKYGQK高度保守氨基酸序列的新型转录调控因子, 调节启动子中含W-box元件的调节基因和(/或)功能基因的表达, 从而参与植物的各种防卫反应。本研究以苜蓿基因组序列(Mt2.0)为材料,利用生物信息学方法分析苜蓿全基因组WRKY转录因子基因的数目、种类、系统发生学、保守基序,结果表明,苜蓿中共有28个WRKY基因,其中5个基因含有2个WRKY结构域,共含有33个WRKY结构域,根据其结构域特点可以分为3个大类,同时与水稻WRKY基因进行了比较研究,发现基因数目远少于拟南芥和水稻,同时研究证实苜蓿与水稻WRKY基因的起源和进化关系存在较大差异,显示出苜蓿WRKY进化有其独特的特点,此外分析苜蓿WRKY基因的保守motif共有46个,筛选得到WRKY结构域的5个保守motif。该研究对苜蓿WRKY基因功能的研究及进化具有重要的意义。     

"兰箭3号"春箭筈豌豆叶绿体全基因组草图及特征分析

箭筈豌豆(Vicia sativa)是自花授粉的二倍体一年生豆科牧草,可为我国高海拔地区的反刍动物提供优质蛋白粗饲料。以"兰箭3号"春箭筈豌豆为研究对象,采用DNase I法纯化叶绿体,利用第二代高通量测序平台Illumina Hiseq2000进行测序,并对"兰箭3号"叶绿体全基因组序列的结构特征进行分析。结果表明,"兰箭3号"叶绿体基因组仅包括一个单拷贝的反向重复序列,其叶绿体全基因组大小为121 883bp,共编码了109个基因,包括4个核糖体RNA(rRNA)基因,29个转运RNA(tRNA)基因,75个蛋白质编码基因和1个假基因。"兰箭3号"在叶绿体基因组结构、基因种类、排列顺序上与其它豆科植物基本一致。其叶绿体全基因组序列已在GenBank注册,序列号为KU053796。"兰箭3号"叶绿体全基因组测序的成功为叶绿体分子生物学研究奠定了基础,并可有效地促进箭筈豌豆遗传育种和分子进化研究。     

蒺藜苜蓿GPAT基因家族的全基因组鉴定、序列变异和表达分析

甘油-3-磷酸酰基转移酶(glycerol-3-phosphate acyltransferase, GPAT)是三酰甘油(triacylglycerol, TAG)生物合成的限速酶,催化TAG生物合成的起始步骤,为多种脂质合成提供了底物,会直接参与到植物的生长发育和抗逆过程。蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)作为豆科模式植物具有基因组小、生长周期短、遗传转化效率高等特点。为了解GPAT基因在苜蓿抗逆尤其是在耐盐中的作用,本研究选择蒺藜苜蓿基因组为研究对象,采用Blastp和Hmm结构域搜索方法,共鉴定出24个mtGPAT基因。根据系统进化、基因结构和结构域差异将其分成3个亚家族。同时染色体定位分析发现,24个mtGPAT基因不均匀分布在7条苜蓿染色体上,每条染色体上分布有2～5个基因。基因表达谱分析表明:蒺藜苜蓿GPAT基因具有器官特异性,并且会参与盐胁迫反应。这些结果可为进一步深入研究蒺藜苜蓿GPAT家族基因的功能提供理论基础。     

发根农杆菌介导的花苜蓿毛状根转化体系的建立

为开发一种高效的花苜蓿（Medicago ruthenica）转化体系,本试验以‘中科1号’花苜蓿为材料,使用发根农杆菌作为介导进行毛状根转化,并分析毛状根发生率和转化率。试验表明：利用本研究开发的方法可使花苜蓿在一周左右产生毛状根,其发生率可达72%;经鉴定,毛状根中成功转入基因并超表达的占66.7%。花苜蓿毛状根转化体系的建立将为其功能基因研究提供有力的手段,进而为苜蓿育种奠定基础。     

蒺藜苜蓿GPAT基因家族的全基因组鉴定、序列变异和表达分析

甘油-3-磷酸酰基转移酶(glycerol-3-phosphate?acyltransferase,?GPAT)是三酰甘油(triacylglycerol,?TAG)生物合成的限速酶,催化TAG生物合成的起始步骤,为多种脂质合成提供了底物,会直接参与到植物的生长发育和抗逆过程.蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)作为豆科模式植物具有基因组小、生长周期短、遗传转化效率高等特点.为了解GPAT基因在苜蓿抗逆尤其是在耐盐中的作用,本研究选择蒺藜苜蓿基因组为研究对象,采用Blastp和Hmm结构域搜索方法,共鉴定出24个mtGPAT基因.根据系统进化、基因结构和结构域差异将其分成3个亚家族.同时染色体定位分析发现,24个mtGPAT基因不均匀分布在7条苜蓿染色体上,每条染色体上分布有2～5个基因.基因表达谱分析表明:蒺藜苜蓿GPAT基因具有器官特异性,并且会参与盐胁迫反应.这些结果可为进一步深入研究蒺藜苜蓿GPAT家族基因的功能提供理论基础.     

苜蓿多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白2(MsPGIP2)基因多态性分析

本研究旨在分离苜蓿多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白2（MsPGIP2）基因的基因组序列全长,分析序列变异。首先采用引物热不对称PCR的基因组DNA步移法分离其基因组序列全长,然后通过克隆测序分析了MsPGIP2基因在3个苜蓿品种（‘润布勒’、‘苏普斯坦’与‘公农1号’）中的多态性。结果显示,MsPGIP2基因的基因组DNA序列全长1 126 bp,可分为信号肽、内含子和LRR区3部分。MsPGIP2基因的基因组序列中共有46个变异位点（频率>0.02）。在信号肽区,没有变异位点;在内含子区,有5个SNP位点和2个InDel变异位点;而在LRR区,共发现了39个SNP位点,其中非同义突变占61.5%。在3个苜蓿品种中共发现了15个等位基因（即单倍型）,通过对LRR区核苷酸的系统发育分析将他们分成3类。结论认为,MsPGIP2基因具有较大的变异,各等位基因间发生了频繁的重组交换,是一个为适应病原微生物PG的进化而快速进化的基因。     

草原3号杂花苜蓿根围植物寄生线虫种类及数量的研究

为了解草原3号杂花苜蓿(Medicago varia Martin.cv.Caoyuan No.3)根围植物寄生线虫的种类、数量及分布规律,试验采用五点取样法对条播草原3号杂花苜蓿根际、行间及休闲地植物寄生线虫种类及数量进行统计分析。结果表明:分离到的植物寄生线虫有散香属(Beleodorus)、柄端球属(Paurodontus)、环属(Criconema)、针属(Paratylenchus)、短体属(Pratylenchus)、垫刃属(Tylenchus)、裸矛属(Psilenchus)、盘旋属(Rotylenchus)、螺旋属(Helicotylenchus)、矮化属(Tylenchorhynchus)、头垫刃属(Tetylenchus)、长针属(Longidorus)等12个属,其线虫c-p值主要分布在2～3之间;1 cm～≤10 cm土层中优势属的属数分布为行间根际及休闲地,植物寄生线虫的属数及总数量分布均为根际行间休闲地;不同土层植物寄生线虫数量均为1 cm～≤10 cm土层大于10 cm～≤20 cm土层。说明草原3号杂花苜蓿植物寄生线虫的分布具有趋根性及表聚性。     

59份苜蓿种质材料苗期耐盐性评价及耐盐指标筛选

为了解不同苜蓿种质材料耐盐程度和筛选苜蓿苗期耐盐性评价指标,本研究采用盆栽法对59份苜蓿种质材料苗期进行200 mmol·L^-1 NaCl盐溶液胁迫处理,测定了与苜蓿耐盐性相关的12个生长指标和叶绿素荧光指标,并利用综合评价、相关性分析、灰色关联和聚类分析等方法对其苗期耐盐性进行评价及耐盐指标筛选。结果表明：地上生物量、地下生物量、根冠比、叶面积、叶长、茎粗、叶宽、株高和SPAD（Soil and plant analyzer develotrnent,SPAD,代表相对叶绿素含量）在不同种质材料间变异大,对盐胁迫反应敏感。用加权隶属函数法得到的耐盐性综合度量值（D值）对59份苜蓿材料苗期的耐盐性进行综合评价,基于D值进行聚类分析,可将59份材料划分为5类：第I类有16份种质材料,D值为0.384,属中等耐盐材料;第II类有13份种质材料,D值为0.465,属强耐盐材料;第III类有4份种质材料,D值为0.647,属极强耐盐材料;第IV类有8份种质材料,D值为0.229,属极弱耐盐材料;第V类有18份种质材料,D值为0.305,属弱耐盐材料。综合筛选出耐盐性极强的材料有‘美11’、‘中苜1号’、‘爱开夏’和‘中苜3号’,耐盐性极弱的材料有‘北方SLT’、‘康赛’、‘WL903’、‘WL440HQ’、‘杂6’、‘Natawwakaba’、‘罗默’和‘甘农3号’。通过相关性分析和灰色关联,筛选出叶面积、叶绿素荧光、SPAD和根冠比可作为苜蓿苗期耐盐性鉴定指标。本研究可为耐盐苜蓿新品种选育及利用提供理论依据。     

不同抗虫性苜蓿根围土壤线虫群落研究

为探索不同抗虫性苜蓿品种根围土壤线虫群落的特征，本试验以线虫为生物指标，对‘草原2号’杂花苜蓿（Medicago varia Martin. ‘Caoyuan No.2’）和‘草原4号’紫花苜蓿（Medicago sativa L. ‘Caoyuan No.4’）根围土壤线虫群落特征进行了研究。结果表明：‘草原2号’感虫苜蓿根围土壤线虫种类及数量显著高于‘草原4号’抗虫苜蓿；‘草原4号’土壤线虫富集指数（Enrichment index，EI）显著高于‘草原2号’；‘草原4号’0~10 cm土层的土壤线虫区系位于土壤养分好且以细菌降解为主的A区，其它位于D区。综上所述，种植抗虫性不同的苜蓿品种会对其根围土壤线虫群落组成、数量及营养类群产生不同的影响。在建立人工苜蓿草地及土壤恢复过程中应优先选择抗虫性强的苜蓿‘草原4号’。