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。     

巴西橡胶树HbCytc1的克隆及表达分析

橡胶树寒害和干旱逆境响应均与活性氧代谢和淬灭有关,研究表明细胞色素c1通过参与抗坏血酸的再生在抗旱、活性氧淬灭等逆境中发挥作用。为研究细胞色素c1基因在橡胶树寒害和干旱逆境响应中的作用机制,采用5'/3'末端快速扩增技术从巴西橡胶树‘热研7-33-97’叶片中克隆了一个细胞色素c1基因,通过生物信息学软件分析,可知其推导氨基酸含有特征性Cyt_c1家族结构域,将其命名为HbCytc1。HbCytc1全长1 351 bp,ORF933 bp。根据c DNA序列推导出该蛋白氨基酸,利用DNAman与其他植物中的同源Cytc1基因进行序列比对,发现橡胶树HbCytc1与蓖麻RcCytc1(XP_002509561.1)、毛果杨PtCytc1(XP_002313590.1)、克莱门柚CcCytc1(XP_006441506.1)和烟草NsCytc1(XP_009804309.1)氨基酸的相似性分别为91%、92%、89%和87%。系统进化分析显示,HbCytc1与RcCytc1、PtCytc1位于同一分支。表达分析结果显示,该基因在花、叶片和胶乳中表达,在树皮中不表达。在干旱、机械伤害和白粉菌侵染处理下,均显著上调该基因在橡胶树叶片中表达。结果表明HbCytc1受逆境反应诱导,参与橡胶树抗逆过程。为揭示细胞色素c1的功能和橡胶树抗逆响应的研究提供理论指导。     

植物Trihelix转录因子响应非生物胁迫的研究进展

Trihelix转录因子家族因其特有的三螺旋结构域(螺旋-环-螺旋-环-螺旋)而命名,该结构域高度保守,能与GT元件特异性地结合,因此该家族又被称为GT因子家族。Trihelix转录因子家族分为GT-1、GT-2、GTγ、SH4和SIP1等5个亚家族。前期研究表明Trihelix转录因子不仅调控光应答基因的表达,还参与植物生长发育的各个过程,同时受高盐、干旱、冷害和病害的强烈诱导,广泛参与植物对生物和非生物胁迫的应答反应。Trihelix转录因子通过与其他基因互作等方式调控下游靶基因的表达,从而响应生物和非生物胁迫。本综述对植物Trihelix转录因子的结构特征及生物学功能进行介绍,详细阐述Trihelix转录因子在草本和木本植物中响应非生物胁迫的最新研究进展,为深入探究Trihelix转录因子响应非生物胁迫的分子机制提供理论基础。     

石榴CBF基因家族的鉴定及响应冷胁迫的表达模式

冷胁迫是限制石榴生产的主要非生物胁迫之一。C-repeat binding factors (CBFs)是一种可被快速诱导的关键信号基因,在植物的低温应答中起着至关重要的作用。然而,CBF家族在石榴中尚未阐明,该家族在低温诱导条件下的表达模式尚不清楚。本研究在石榴基因组中鉴定了7个Pg CBF家族基因,并分析了它们的蛋白保守结构域、蛋白理化性质、基因结构、系统进化、启动子顺式作用元件以及低温诱导条件下的表达模式。结果表明,7个Pg CBF蛋白均具有AP2/ERF结构域;7个PgCBF基因分布在1号(5个)和4号(2个)染色体;系统进化分析发现,7个Pg CBF蛋白分为3个亚类;启动子顺式作用元件分析发现,石榴CBF可能参与激素响应、非生物胁迫响应过程。冷胁迫处理下,除PgCBF4外,其余6个PgCBF基因均被显著诱导,表明PgCBF基因参与响应冷胁迫生物学过程,本研究为后续深入开展石榴抗性分子设计育种研究提供一定理论基础。     

巴西橡胶树WRKY转录因子基因HbWRKY41的克隆与表达分析

为阐明巴西橡胶树WRKY转录因子基因Hb WRKY41的分子特征及表达特性,利用RT-PCR方法从巴西橡胶树中克隆了该基因。Hb WRKY41开放阅读框1 020 bp,编码339个氨基酸,预测蛋白分子量为38.48 k Da,理论等电点为5.52。Hb WRKY41含有1个WRKY保守结构域和1个C_2HC型锌指结构,与蓖麻、棉花、大豆及拟南芥WRKY41蛋白聚为一类,属于Ⅲ类WRKY转录因子家族成员。实时荧光定量PCR检测结果表明,Hb WRKY41在巴西橡胶树根、树皮、胶乳、叶和花等组织中均有表达,以在衰老叶片中的表达最高,而在胶乳和树皮中的表达相对较低。干旱、低温及高盐胁迫均可上调Hb WRKY41的表达,其中以低温或盐胁迫下Hb WRKY41的表达持续升高。Hb WRKY41可能在巴西橡胶树叶片衰老和非生物胁迫应答中起着重要调控作用。     

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。     

普通小麦MYB转录因子Tamyb59的克隆及表达分析

为进一步挖掘小麦逆境胁迫响应基因在植物非生物逆境胁迫应答中的作用,探究小麦逆境胁迫响应机制,从前期转录组结果中筛选出1个编码MYB蛋白的基因,暂命名为Tamyb59,通过PCR技术扩增Tamyb59的全长;利用NCBI和DNAMAN软件进行基因序列比对和保守结构域的分析;利用Expasy和TMHMM等在线软件进行氨基酸组成、亲水系数分析;采用MEGA 6. 0软件构建系统进化树;构建pMDC83-GFP融合表达载体,进行基因表达的亚细胞定位分析。采用qRT-PCR分析了基因在不同非生物胁迫处理过程中不同组织的表达特性,并利用SAS数据处理软件进行差异显著性分析。结果表明:该基因含有典型的SANT保守结构域,CDS序列全长为522 bp,编码173个氨基酸,编码蛋白分子质量为19. 7 ku,理论等电点为7. 61。基因系统进化分析结果表明,Tamyb59与山羊草、粳稻、玉米等9种植物MYB转录因子有52. 0%～85. 6%的同源性,其中与谷子的MYB蛋白同源性最高。亚细胞定位结果显示,Tamyb59基因编码蛋白定位在细胞核。利用qRT-PCR分析了基因在不同非生物胁迫处理过程中不同组织的表达特性,组织表达特异性分析显示,Tamyb59基因在小麦根中的表达量较高,茎、叶和幼穗中表达量较低; PEG和盐胁迫处理过程中,Tamyb59基因的表达均呈现先上升后下降的趋势,说明Tamyb59基因对不同非生物胁迫有不同的响应。     

谷子LEA＿1基因家族鉴定及其渗透胁迫响应

胚胎发育晚期丰富(late embryogenesis abundant,LEA)蛋白在植物响应多种非生物胁迫过程中具有重要作用。基于表达谱测序数据我们分析了抗旱谷子品种(GG)和干旱敏感品种(JF)在PEG胁迫0.5 h前后LEA基因的表达变化,发现谷子LEA_1家族的Seita.6G114000基因在抗旱性不同的谷子品种中胁迫响应模式不同;利用同源序列比对和保守结构域分析我们系统鉴定得到5个谷子LEA_1家族蛋白(PF03760),该家族基因序列短,启动子区皆含多个ABRE元件,蛋白质N端序列高度保守;通过分析NCBI数据库中谷子转录组测序数据(SRA062640),发现谷子LEA_1家族基因在‘豫谷1号’中PEG胁迫7 h前后转录本丰度变化显著,表明LEA_1家族蛋白在谷子应对干旱胁迫过程中发挥重要作用。上述结果为深入研究LEA_1基因在逆境应答中的功能提供参考。     

越橘低温响应因子VcICE1的克隆和功能鉴定

为挖掘越橘低温胁迫响应基因在低温逆境胁迫应答中的作用,探讨越橘低温逆境胁迫响应机制,以北陆越橘为试材,克隆低温响应基因VcICE1(Inducer of CBF3 expression 1),分析其表达模式及对低温的响应,探讨VcICE1在抵御低温胁迫中的生物学功能。利用农杆菌介导法获得转基因拟南芥,比较转基因和野生型拟南芥对低温胁迫响应的差异。利用瞬时转化烟草叶片试验,分析VcICE1对AtCBF3的转录调控。结果表明,克隆获得越橘低温响应因子VcICE1,该基因ORF为1 566 bp,编码含有522个氨基酸的蛋白质,含有1个保守的bHLH结构域。系统进化分析表明,VcICE1与AtICE1同源性最高。表达分析显示,VcICE1在根、枝条、幼叶、花和果实中均表达,在幼叶中表达量最高,在果实中最低,并响应低温处理。在拟南芥中异位表达VcICE1,其低温抗性较野生型显著升高。瞬时表达试验结果表明,VcICE1可激活AtCBF3的表达。VcICE1能够对低温处理有明显响应,推测其在响应低温胁迫过程中发挥重要的调控作用。     

水稻CNGCs家族的鉴定及非生物胁迫诱导表达模式分析

为了解水稻CNGCs家族成员的基因结构、进化特征、亚细胞定位、启动子顺式作用元件和生物学功能,本研究利用生物信息学的手段对水稻CNGCs家族进行鉴定,运用RT-qPCR的方法分析OsCNGCs在非生物胁迫下的诱导表达模式。结果表明,水稻共有16个CNGCs,分布在1、2、3、4、5、6、9和12号染色体上。进化树分析显示OsCNGCs可分为4个大组(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ),而Ⅳ组可以细分为Ⅳ-A和Ⅳ-B 2个亚组。OsCNGCs启动子区域存在多种顺式调控元件,包括各种类型的光响应元件、厌氧诱导响应元件、逆境相关转录因子结合元件、防御和逆境响应元件、低温响应元件以及各种植物激素响应元件等,暗示OsCNGCs在响应多种激素和非生物胁迫中可能存在重要调控作用。多种非生物胁迫诱导表达分析表明,大多数OsCNGCs基因表现出明显的差异表达。本研究为解析CNGCs家族基因在水稻应对非生物胁迫中的功能提供了参考。     

拟南芥NSP家族基因序列分析及响应干旱胁迫表达分析

芥子油苷是十字花科植物中的一种重要的次生代谢产物,它被酶水解的降解过程与植物响应逆境胁迫有关。NSP蛋白是一类能与黑芥子酶结合从而改变芥子油苷降解途径最终生成腈类物质的特异蛋白,其与ESP家族蛋白在功能上存在冗余。本研究以拟南芥NSP家族基因为对象,对家族成员基因序列、蛋白质序列、启动子序列进行生物信息学分析,并使用实时荧光定量PCR技术检测了该家族基因在干旱胁迫下的表达量。结果表明:该家族成员基因分布于3条染色体上,外显子数目2～4个;AtNSP5蛋白亚细胞定位于细胞核,其他成员定位于细胞质;结构域预测显示,该家族蛋白均含有4个Kelch结构域,除AtNSP5外,其他四个成员还含有1～2个Jacalin结构域;启动子序列中均含有CAAT-box、TATA-box核心元件及数量不一的逆境响应元件;干旱胁迫表达量分析显示,该家族中AtNSP5基因受干旱胁迫诱导表达,其他成员响应干旱胁迫不显著。本研究为进一步研究NSP蛋白在植物响应干旱胁迫中的分子机制提供依据,并为植物抗旱基因工程提供潜在候选基因。     

茶树CsADH基因家族的鉴定和表达模式分析

ADH转录因子在植物的生长发育和非生物胁迫响应中起重要的调控作用。本研究基于全基因组数据,从茶树基因组中鉴定到51个ADH基因,对其基因结构、进化关系、保守域、染色体定位进行分析,同时分析它们在PEG诱导的干旱胁迫、盐胁迫和冷处理中的转录组数据。结果表明:51个茶树CSADH基因在茶树染色体上分布不均;根据进化关系将茶树ADH基因分为Ⅱ类;基因结构和保守基序分析发现相同亚家族的基因结构和保守结构域基本一致;基因表达分析显示,CSADH基因在花和果实组织中具有较高的表达水平,部分基因随着叶片成熟度的增加,表达水平升高;不同的CSADH基因在PEG诱导的干旱胁迫和冷处理下存在差异表达,说明CSADH基因广泛参与茶树生长发育和响应非生物胁迫中发挥重要作用。茶树ADH基因家族的鉴定与表达分析,为深入解析ADH基因响应茶树生长发育和非生物胁迫中的功能及分子机制提供理论依据,进一步为茶树抗逆育种提供更多基因资源。     

SGT1基因研究进展及其在橡胶树白粉病抗性中的应用

橡胶树白粉病是影响橡胶树生长和降低胶乳产量的主要叶部病害,其流行病学和化学防控已有研究,但橡胶树抗白粉病的分子作用机制尚不清楚。SGT1是一种高度保守的真核蛋白,通过与多种分子伴侣相互作用激活免疫反应对植物抗病性起着核心作用。本研究从SGT1基因结构特征及其在拟南芥、烟草、小麦等植物中生长发育和逆境胁迫作用机制的研究进展,并对HbSGT1在橡胶树白粉病抗性研究中的应用进行了展望。     

辣椒抗坏血酸生物合成酶GME基因家族的鉴定和表达分析

GDP-甘露糖-3′,5′-异构酶基因(GME)是抗坏血酸途径中的关键限速酶,该基因可以调节AsA合成。为了解辣椒中GME基因家族功能及在非生物胁迫下的表达情况,通过生物信息学方法对辣椒GME基因家族进行鉴定,并对基因结构、结构域、系统进化关系、基因表达模式和非生物胁迫表达情况进行分析。结果表明,在辣椒中有2个GME家族成员,CaGME1和CaGME2,分别分布在3号和8号染色体上,都有6个外显子;CaGME1和CaGME2蛋白均具有NADB Rossmann家族中高度保守的NADPH结合位点、底物特异性结合位点,均不具有信号肽,为亲水性蛋白,定位在细胞质粒的可能性最高,均不具有跨膜结构,二级结构主要以不规则卷曲和α-螺旋为主;系统进化树分析表明,该基因编码的氨基酸序列与番茄和马铃薯的亲缘关系最近;qRT-PCR分析结果表明,在低温、茉莉酸甲酯和盐胁迫下CaGME1和CaGME2均被诱导上调,在赤霉素下均被诱导下调。综上可知,CaGME1和CaGME2基因在胁迫下不同的表达情况表明其在非生物胁迫中发挥作用,可为辣椒逆境胁迫机制研究提供参考。     

烟草K~+通道NtSKOR基因的克隆及表达分析

钾通道是植物吸收和转运K~+的主要蛋白质,SKOR属于Shaker通道外整流家族,在植物低钾胁迫反应中起关键作用。为了研究烟草NtSKOR基因在非生物逆境胁迫中的功能和作用,以普通烟草K326为试验材料,同源克隆一个NtSKOR基因c DNA全长,利用实时荧光定量PCR表征基因表达模式,结合生物信息学分析,对蛋白的理化性质、结构域、磷酸化位点和进化关系等进行初步预测。生物信息学分析表明,该基因全长2 484 bp,编码827个氨基酸残基,预测分子量为94. 75 ku,等电点为6.52。该蛋白最大二级结构元件为α-螺旋,最小为β-转角,含有6个跨膜结构域(S1～S6),具有丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸3种不同激酶磷酸化位点。进化分析表明,NtSKOR与美花烟草和绒毛状烟草SKOR蛋白同源性高,分别是99%和96%,故命名为NtSKOR。组织表达分析发现,该基因在烟草根、茎、叶、花中均有表达,其中根中表达量最高,花中表达量最低。逆境胁迫试验表明,该基因能快速响应低钾、高盐、干旱、H_2O_2、ABA和4℃等非生物逆境处理。由此推测,NtSKOR在烟草非生物逆境胁迫起着重要调节作用,为今后进一步深入研究NtSKOR功能提供了理论基础。     

白菜生长素受体基因家族鉴定及表达分析

生长素在植物生长发育过程中具有多方面的调控作用,生长素受体是生长素信号分子通路的关键组分之一,但目前对大白菜中生长素受体基因相关研究未见报道。本研究在白菜基因组中共鉴定到10个TIR1/AFB (Transport inhibitor response 1/auxin signaling F-box protein)生长素受体基因家族成员,在系统进化树上可聚类为6个分支,并依据其与拟南芥TIR1/AFB家族基因的系统发育进化关系命名为BrTIR1/AFBs。基因染色体定位分析结果表明,这10个BrTIR1/AFB基因分于白菜基因组10条染色体中的7条;外显子-内含子结构分析表明,除BrTIR1C以外,其余基因结构均相似;蛋白结构域分析结果表明,全部BrTIR1/AFB蛋白均含有AMN1结构域,而仅BrTIR1、BrAFB1、BrAFB2和BrAFB3蛋白含有F-box结构域;启动子顺式作用元件分析结果表明,BrTIR1/AFBs启动子含有与生长素、脱落酸、水杨酸以及响应逆境胁迫相关的多个顺式作用元件。通过RT-qPCR分析发现BrTIR1/AFB家族基因组织表达水平存在差异,BrAFB1A、BrAFB1B、BrAFB3A、BrAFB4受盐胁迫诱导表达,BrTIR1A、BrTIR1C和BrAFB3B受根肿菌侵染诱导表达。研究结果可为进一步研究白菜生长素受体基因功能及白菜响应生物及非生物逆境胁迫提供依据。     

雷蒙德氏棉和亚洲棉Alfin-like PHD finger家族的生物信息学分析

Alfin-like PHD finger是植物中特有的一类转录调控因子,在调控植物生长发育、非生物胁迫响应及抗病反应等过程中起重要作用。为全面了解Alfin-like PHD finger基因家族在雷蒙德氏棉和亚洲棉基因组中的数目、分布情况及家族各成员间的关系,进而研究和揭示Alfin-like PHD finger在棉花抵抗逆境胁迫中的作用。运用生物信息学的方法在雷蒙德氏棉(D5)和亚洲棉(A2)全基因组中分别鉴定出12个和10个Alfin-like PHD finger基因家族成员,并对家族成员的基因结构、染色体定位、保守结构域及进化关系等方面进行分析。结果表明,雷蒙德氏棉和亚洲棉中Alfin-like PHD finger转录因子具有高度保守的DUF3594结构域和PHD结构域,两个二倍体棉花中该家族基因成员之间为一对一关系;雷蒙德氏棉中的12个成员基因分布在5条染色体上,亚洲棉中的10个成员基因也分布在5条染色体上;亚细胞定位预测发现,该家族的基因分别定位于细胞核、叶绿体基质、过氧化物酶体和细胞质基质;根据结构域差异和系统发育分析结果,将Alfin-like PHD finger转录因子家族分为3个进化分支。上述结果为分离鉴定棉花中新的逆境胁迫响应基因提供参考。     

陆地棉ADH基因家族的全基因组鉴定及表达分析

本研究利用生物信息学方法对陆地棉ADH家族基因进行全基因组挖掘和分析,系统地解析Gh ADHs的序列特征、基因结构、染色体分布、非生物胁迫下基因表达模式以及蛋白进化关系、结构域特征与亚细胞定位等。结果表明:陆地棉基因组中共鉴定得到28个ADH,分布在16条染色体上;对应氨基酸可分为ADH1、FDH1、ADH0和BAD1等4个亚家族,长度从292~440个不等。均含有两个主要的结构域:催化结构域及辅酶结合结构域,且具有相同的亚细胞定位;表达分析显示大部分Gh ADHs对ABA、干旱、盐、碱、淹水、低温和高温等1种或多种胁迫表现出显著应答,暗示Gh ADHs在抵抗非生物胁迫中可能发挥重要作用。陆地棉ADH家族基因的鉴定与表达分析,为深入解析ADH响应棉花非生物胁迫中的功能及分子机制奠定了理论基础,进一步为棉花抗逆育种提供更多基因资源。     

甘蓝型油菜海藻糖磷酸合成酶(TPS)基因家族的生物信息学分析

海藻糖磷酸合成酶(TPS)在植物响应多种非生物胁迫及生物胁迫时起着重要的作用,但目前对甘蓝型油菜中TPS基因的了解甚少。本研究运用生物信息学方法在甘蓝型油菜基因组中筛选甘蓝型油菜TPS家族基因,对鉴定出的31个BnTPSs基因进行分子特征、蛋白特性、蛋白结构域、保守基序、顺式作用元件、KaKs、染色体定位、系统进化树构建等研究。系统发育分析表明,BnTPS家族分为Ⅰ和Ⅱ类,家族成员数明显比甘蓝、白菜和拟南芥中的TPS基因数多,不规则分布于染色体上。多数蛋白呈酸性,分别在N端和C端具有TPS和TPP结构域。顺式作用元件分析表明,TPS家族与植株抗逆境胁迫有关。KaKs分析表明,大多BnTPSs家族成员有多拷贝基因,基因在纯化选择压力下进化。本研究结果为进一步研究甘蓝型油菜TPS家族基因生物学功能尤其在响应逆境中的功能奠定理论基础。     

沙柳SpsDREB8基因的克隆与表达分析

脱水响应元件结合蛋白(DREB)是植物响应非生物胁迫应答的重要转录因子。本研究从沙柳(Salix psammophila)中克隆获得SpsDREB8基因,并对其进行AP2结构域多序列比对、构建进化树和预测蛋白结构等生物信息学分析,采用RT-qPCR方法对该基因在不同组织及逆境下的表达模式进行分析。结果表明,本研究成功克隆获得SpsDREB8基因,该基因全长864 bp,编码287个氨基酸,预测蛋白分子量为31 615.84 Da,等电点为5.21,为亲水性蛋白,无信号肽区域,具有AP2保守结构域,属于AP2家族成员;基于系统进化树分析表明,该基因属于AP2/ERF转录因子家族DREB亚组A-2组,与杨柳科植物进化关系较近;实时荧光定量PCR结果显示,SpsDREB8基因在沙柳根、茎、叶、花中都有表达,其中在嫩茎中的表达量最高,根中的表达量最低;在高温、低温和NaCl处理下,SpsDREB8基因在1、2、4 h表达显著高于对照组;干旱处理24 h后,SpsDREB8基因表达显著上调。研究表明沙柳SpsDREB8可能在响应非生物胁迫过程中发挥重要作用。该研究结果为进一步探索沙柳抗逆分子机制...