玉米LRR-RLK基因家族鉴定和SIF亚家族表达模式分析

富含亮氨酸重复的类受体激酶(leucine-rich repeat receptor-like kinase,LRR-RLK)能够调节植物的生长发育、参与激素信号传导、抵御各种逆境胁迫,它是植物中已知最大的跨膜类受体蛋白激酶(receptor-like kinase,RLK)家族。SIF是LRR-RLK家族中的一个亚家族,该亚家族在拟南芥和棉花中被证明参与逆境胁迫。利用生物信息学方法对玉米B73基因组的LRR-RLK家族进行全基因组鉴定、系统进化、染色体定位和基因结构分析,基于LRR-RLK家族的分类结果,选择第Ⅰ亚家族SIF作为研究对象,分析该亚家族成员组织特异性表达以及对逆境胁迫的响应模式。结果表明,玉米LRR-RLK基因家族包含249个成员,这些LRR-RLK基因非均等地分布于玉米10条染色体上。系统进化分析可将其分为15类,各亚家族基因数量分布由1～51个不等。基于转录组数据的表达模式分析表明,玉米SIF亚家族基因在不同组织及逆境胁迫下的表达量不同,发现了多个可响应非生物胁迫(干旱胁迫、冷胁迫、热胁迫和盐胁迫)和生物胁迫(玉蜀黍平脐蠕孢、禾谷镰孢、瘤黑粉菌和蚜虫)的SIF基因。     

大豆GmFDL06基因抗干旱及耐盐性研究

bZIP转录因子在植物防卫反应和逆境胁迫应答过程中起着十分重要的作用,大豆GmFDL06是bZIP转录因子家族A组成员,其表达水平受PEG和高盐胁迫影响。本研究分析了GmFDL06转基因大豆苗期的抗干旱和耐盐性。PEG和盐处理后GmFDL06转基因植株的相对植株高度(RPH)和相对植株干重(RSDW)显著高于非转基因大豆东农50。在盐胁迫下,GmFDL06转基因植株比东农50伤害程度低,并且GmFDL06过表达减少了Na~+离子积累,降低了盐胁迫带来的伤害,且过表达GmFDL06促进了下游逆境胁迫基因的表达。这些研究结果表明GmFDL06参与大豆非生物胁迫反应,并有潜力改善大豆的干旱和盐胁迫耐受性,为大豆抗逆基因的研究及抗逆大豆材料的筛选提供了依据。     

Genome-wide identification of TPS genes in sesame and analysis of their expression in response to abiotic stresses

Trehalose and its precursor, trehalose-6-phosphate, play critical roles in plant metabolism and response to abiotic stresses. Trehalose-6-phosphate synthase(TPS) is a key enzyme in the trehalose synthesis pathway. Hence this study identified TPS genes in sesame(Si TPSs) and examined their expression patterns under various abiotic stresses. Totally, ten Si TPSs were identified and comprehensively characterized. Si TPSs were found to be unevenly distributed on five out of 13 sesame chromosomes and...     

Constitutive expression of <Emphasis Type="Italic">REL1</Emphasis> confers the rice response to drought stress and abscisic acid

Leaf rolling is one of the most significant symptoms of drought stress in plant. Previously, we identified a dominant negative mutant, termed rolled and erect 1 (hereafter referred to rel1-D), regulating leaf rolling and erectness in rice. However, the role of REL1 in drought response is still poorly understood. Here, our results indicated that rel1-D displayed higher tolerance to drought relative to wild type, and the activity of superoxide dismutase (SOD) and drought responsive genes were significantly up-regulated in rel1-D. Moreover, our results revealed that rel1-D was hypersensitive to ABA and the expression of ABA associated genes was significantly increased in rel1-D, suggesting that REL1 likely coordinates ABA to regulate drought response. Using the RNA-seq approach, we identified a large group of differentially expressed genes that regulate stimuli and stresses response. Consistently, we also found that constitutive expression of REL1 alters the expression of biotic and abiotic stress responsive genes by the isobaric tags for relative and absolute quantification (iTRAQ) analysis. Integrative analysis demonstrated that 8 genes/proteins identified by both RNA-seq and iTRAQ would be the potential targets in term of the REL1-mediated leaf morphology. Together, we proposed that leaf rolling and drought tolerance of rel1-D under normal condition might be caused by the endogenously perturbed homeostasis derived from continuous stressful dynamics.     

小麦G6PDH基因家族的鉴定与表达分析

葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)是磷酸戊糖途径中的关键限速酶,在植物生长发育及非生物胁迫响应中发挥重要作用。本研究利用生物信息学对小麦 G6PDH基因家族成员进行鉴定,并对该家族基因编码蛋白的理化性质、进化关系、亚细胞定位、基因复制事件以及在不同组织和不同胁迫下的表达模式进行分析。结果表明,在小麦基因组中共鉴定到14个 G6PDH基因家族成员,分布在小麦2A、2B、2D、4A、4B、4D、6A、6B和6D染色体上,其中5个基因编码的蛋白为胞质型,9个为质体型。亚细胞定位预测表明,胞质型G6PDH蛋白主要定位于细胞质上,而质体型G6PDH蛋白主要定位于叶绿体上。根据系统进化和保守结构域特征,可将14个小麦G6PDH蛋白分为Cy、P0、P1和P2四个亚组。共线性分析表明,小麦 G6PDH基因家族成员存在17对片段重复基因。RNA-seq分析结果表明,小麦 G6PDH基因家族成员在不同组织中存在明显的表达差异,其中 TaG6PDH1-2A/2B/2D基因在根中的表达量最高; TaG6PDH2-2A和 TaG6PDH2-2B基因在干旱胁迫后1 h以及热胁迫后6 h均上调表达。进一步利用qRT-PCR检测6个小麦 G6PDH基因在干旱和盐胁迫下的表达模式,发现分别有5个基因在小麦根中均上调表达,推测小麦 G6PDH基因在非生物胁迫响应过程中发挥着重要功能。     

玉米BBR-BPC基因家族全基因组鉴定及表达分析

对玉米BBR-BPC基因家族进行全基因组鉴定,分析基因结构、染色体分布和启动子顺式作用元件结合位点、分布和数量情况以及编码蛋白的理化性质、保守基序和蛋白二级三级结构、进化关系,基于转录组的结果研究基因的组织表达模式和高温、干旱等非生物胁迫以及外源生长素等诱导表达模式。结果表明,玉米BBR-BPC家族共有4个成员,家族基因的结构存在较大的差异,且存在可变剪切,共编码9个蛋白。定位分析发现,BBR-BPC1.1和BBR-BPC4定位在细胞核,其余除定位在细胞核,叶绿体中也有分布。BBR-BPC启动子区存在多种逆境胁迫、植物激素、组织部位特异表达、光响应等顺式作用元件。BBR-BPC成员在玉米不同材料、不同组织部位中的表达水平差异较大且受热、干旱等胁迫调控。在B73和Mo17材料中,BBR-BPC受热胁迫诱导表达,与qRT-PCR验证结果一致。研究结果表明,ZmBBR-BPC基因家族不同成员会在特定部位激活或者抑制相关基因表达,响应非生物胁迫。     

小麦SPL家族基因在非生物胁迫下的表达分析

SQUAMOSA promoter binding protein like(SPL)是一类在植物中广泛存在的转录因子家族,在调控植物生长发育、响应逆境胁迫等方面发挥着重要作用。为解析小麦中SPL家族基因响应非生物胁迫的机理,本研究采用生物信息学的方法在全基因组范围内对小麦SPL基因家族成员进行鉴定,并对鉴定到的SPL基因进行表达模式分析。结果表明,在全基因组范围内共鉴定到56个小麦SPL基因,其中27个是miR156的靶基因;系统进化分析发现,56个小麦SPL基因聚类为7个亚家族。基于转录组数据对表达模式进行分析,发现36个小麦SPL基因与非生物胁迫响应相关,响应缺氮、缺磷、高盐、低温、干旱、高温胁迫以及热旱共胁迫的基因分别有12、16、22、6、13、14和21个,其中TraesCS3D02G425800同时响应7种非生物胁迫。qRT PCR验证结果与转录组数据基本一致。     

甘蓝型油菜SERK基因家族的鉴定与系统进化分析

体细胞胚胎发生类受体激酶（somatic embryogenesis receptor-like kinase，SERK）与植物体细胞胚发生，尤其是与植物非生物逆境胁迫响应有关。为鉴定甘蓝型油菜中BnaSERK基因家族成员、揭示其进化关系及其与油菜盐/旱胁迫的响应，利用生物信息学方法对甘蓝型油菜品种中双11的SERK家族成员、基因结构、进化关系、选择压力等进行系统分析，并初步分析了部分BnaSERK基因在盐/旱胁迫下的表达响应模式。结果表明：在甘蓝型油菜基因组共鉴定到24个BnaSERK基因，它们不均等地分布在15条染色体上，可分为3个亚族，具有相对保守的基因结构和保守基序，且含多种与激素和非生物胁迫响应相关的顺式作用元件。共线性分析表明，甘蓝型油菜和拟南芥、白菜、甘蓝分别有14对、44对和32对基因表现出共线性。基于比较基因组学研究，甘蓝型油菜BnaSERK基因在经历多倍体化之后，出现了不同程度的丢失现象。分析表明，BnaSERK基因家族在芸薹属物种间的进化相对保守。盐/旱胁迫下的5个BnaSERK基因在叶片中的表达模式分析结果显示，BnaA07g29610D、BnaC01g43240D、BnaCnng07810D基因在盐胁迫下表达量上调，而BnaA01g23070D、BnaA07g23390D基因则表现为下调；BnaA07g23390D、BnaA07g29610D基因在干旱胁迫下表现为上调表达，而BnaC01g43240D、BnaCnng07810D、BnaA01g23070D基因呈下调趋势。表明BnaSERK基因可能在油菜响应盐/旱胁迫的调控机制中发挥着重要作用。     

小麦TaPYL8基因的克隆与抗旱功能分析

脱落酸(ABA)信号通路在植物对干旱胁迫的响应中扮演着至关重要的角色;作为ABA受体,PYL家族蛋白在ABA信号转导中发挥核心作用。小麦TaPYL8是PYL家族的成员。为了明确TaPYL8是否参与小麦干旱胁迫响应,本研究分析了TaPYL8的表达模式,创建过表达TaPYL8拟南芥,并探讨了干旱对拟南芥生理生化及胁迫相关基因表达的影响。结果表明,TaPYL8表达量在干旱胁迫、外源ABA及PEG6000处理后上调。干旱胁迫下,过表达TaPYL8增强了拟南芥的存活率,降低了叶片失水率和MDA含量,提高了SOD、POD和CAT等抗氧化酶活性及AtSOD、AtP5CS1、AtABF3等胁迫相关基因的表达量。推测TaPYL8通过促进胁迫相关基因表达增强植物抗旱能力。     

小麦EPF/EPFL基因家族的全基因组鉴定及 TaEPF1-2B与气孔性状的关系分析

表皮模式因子EPF/EPFL基因家族编码一类植物中特有的分泌类蛋白,在植物生长发育特别是形态建成过程中发挥着重要作用。为挖掘和利用小麦EPF/EPFL家族基因,对小麦该家族基因进行了系统鉴定,并利用生物信息学技术对其基因结构、蛋白质结构域、系统进化及表达特性进行分析。结果表明,在小麦全基因组水平共鉴定到35个TaEPF/EPFL基因家族成员,含有1~4个外显子,分布在除1A、5B外的19条染色体上,全基因组复制事件是导致该基因家族扩张的主要原因。蛋白结构分析显示,其编码蛋白的C端包含6个相对保守的半胱氨酸残基,N端存在信号肽剪切位点,且亚细胞定位在胞外基质中,属于一类胞外分泌蛋白。系统进化分析发现,TaEPF/EPFL基因在单子叶和双子叶植物分化之前就已形成。表达模式分析发现,大多数TaEPF/EPFL基因在小麦幼嫩组织和穗部表达量较高,部分TaEPF/EPFL基因响应干旱、高温等非生物胁迫。进一步分析 TaEPF1-2B不同单倍型与气孔性状的相关性,发现TaEPF1-2B不同单倍型的气孔密度、气孔长度、气孔宽度和气孔面积均存在极显著差异,净光合速率存在显著差异,其中单倍型Hap A具有较低的气孔密度和较高的光合速率,是优势单倍型。本研究结果为进一步改良小麦的抗旱性和光合效率提供了候选基因。     

Genome-Wide Analysis of von Willebrand Factor A Gene Family in Rice for Its Role in Imparting Biotic Stress Resistance with Emphasis on Rice Blast Disease

von Willebrand factor A (vWA) genes are well characterized in humans except for few BONZAI genes, but the vWA genes are least explored in plants. Considering the novelty and vital role of vWA genes, this study aimed at characterization of vWA superfamily in rice. Rice genome was found to have 40 vWA genes distributed across all the 12 chromosomes, and 20 of the 40 vWA genes were unique while the remaining shared large fragment similarities with each other, indicating gene duplication. In addition to vWA domain, vWA proteins possess other different motifs or domains, such as ubiquitin interacting motif in protein degradation pathway, and RING finger in protein-protein interaction. Expression analysis of vWA genes in available expression data suggested that they probably function in biotic and abiotic stress responses including hormonal response and signaling. The frequency of transposon elements in the entire 3K rice germplasm was negligible except for 9 vWA genes, indicating the importance of these genes in rice. Structural and functional diversities showed that the vWA genes in a blast-resistant rice variety Tetep had huge variations compared to blast-susceptible rice varieties HP2216 and Nipponbare. qRT-PCR analysis of vWA genes in Magnaporthe oryzae infected rice tissues indicated OsvWA9, OsvWA36, OsvWA37 and OsvWA18 as the optimal candidate genes for disease resistance. This is the first attempt to characterize vWA gene family in plant species.     

茶树WOX基因家族的鉴定和表达模式分析

WOX转录因子在植物的生长发育和非生物胁迫响应中起着重要的调控作用.文章基于全基因组数据,从茶树基因组中鉴定出29个WOX基因,并对其基因结构、进化关系、保守域、染色体定位进行分析,同时分析了它们在PEG诱导的干旱胁迫、盐胁迫处理中的转录组数据.结果表明,29个CsWOX(茶树WOX)基因在茶树染色体上分布不均;根据进...     

植物内生菌对大豆促生长和抗胁迫作用的研究进展

植物内生菌是指在其生活史或一段生活史在植物体内并对植物无明显病害的一类微生物。内生菌不仅具有自身特有的生存机制,而且对植物的生长发育具有重要作用。随着分子生物学技术的不断进步,人们将分离的植物内生菌转染于大豆植株,通过对大豆在遭受生物和非生物胁迫下叶片光合参数、酶活性、相关基因表达水平及生物量的测定,来分析植物内生菌对大豆生长的影响。本研究综述了植物内生菌的多样性以及近年来植物内生菌在非生物胁迫下如干旱、盐胁迫、重金属等和生物胁迫下如病虫害对大豆生长发育影响的研究进展,并对内生菌应用的前景进行了展望。     

OsSCE1 Encoding SUMO E2-Conjugating Enzyme Involves in Drought Stress Response of Oryza sativa

Small ubiquitin-like modifier (SUMO)-conjugating enzymes are involved in post-translational regulatory processes in eukaryotes, including the conjugation of SUMO peptides to protein substrate (SUMOylation). SUMOylation plays an important role in improving plant tolerance to abiotic stress such as salt, drought, heat and cold. Herein, we reported the isolation of OsSCE1 (LOC_Os10g39120) gene encoding a SUMO-conjugating enzyme from rice (Oryza sativa cv. Nipponbare) and its functional validation in response to drought stress. The E2 enzyme, OsSCE1, is one of three key enzymes involved in the conjugation of SUMO to its target proteins. Activated SUMO is transferred to the cysteine of an E2 enzyme and then to the target lysine residue of the substrate, with or without the help of an E3 SUMO ligase. Expression of OsSCE1 was strongly induced by polyethylene glycol 6000 (PEG6000) treatment, which suggested OsSCE1 may be involved in the drought stress response. Overexpression of OsSCE1 (OsSCE1-OX) in Nipponbare reduced the tolerance to drought stress. Conversely, the drought tolerance was slightly improved by the knockdown of OsSCE1 (OsSCE1-KD). These results were further supported by measurement of proline content in OsSCE1-OX and OsSCE1-KD transgenic lines under induced drought stress, which showed OsSCE1-KD transgenic lines accumulated higher proline content than the wild type, whereas OsSCE1-OX line had lower proline content than the wild type. These findings suggested OsSCE1 may play a role as a negative regulator in response to drought stress in rice.     

燕麦植物激素信号转导通路中响应干旱胁迫的关键基因

植物激素信号转导通路是响应胁迫的重要通路，该通路中基因的表达调控作物的抗旱性。为挖掘燕麦植物激素信号转导通路中响应干旱胁迫的关键基因，本研究对燕麦幼苗进行不同干旱胁迫处理，取叶片进行转录组测序，分析不同处理下基因的表达。结果表明，与正常水分条件相比，轻度干旱胁迫（PEG 10%）诱导624个基因表达发生显著变化（DEGs），重度干旱胁迫（PEG 20%）诱导13 063个。GO富集分析显示，重度干旱胁迫下，DEGs主要富集在对胁迫反应的调节；KEGG分析显示，轻度干旱胁迫下，植物激素信号转导通路中1个ARF和2个CRE1基因表达显著下调，表达量较高，可能为燕麦在该通路中响应轻度干旱胁迫的基因；而重度干旱胁迫下，植物激素信号转导通路富集169个DEGs，其中生长素和脱落酸信号转导过程DEGs较多，分别占植物激素信号转导通路总DEGs的20.7%和15.9%；在8条激素信号转导过程中筛选出12个表达量较高的基因，可能为燕麦在该通路中响应重度干旱胁迫的关键基因。本研究将为今后燕麦抗旱基因的克隆和验证提供依据。     

灌浆期高温与干旱对小麦籽粒淀粉合成相关酶基因表达的影响

灌浆期高温与干旱是影响小麦籽粒淀粉合成与积累的重要因素。为探讨灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒淀粉合成及积累的影响机理,以郑麦366为试验材料,采用大田盆栽和人工气候室模拟高温相结合的方法,研究了灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒淀粉合成相关酶基因表达特性及淀粉含量的影响。结果表明,灌浆期高温导致小麦籽粒淀粉合成相关酶基因表达高峰期提前,并不同程度抑制淀粉合成相关酶基因的表达;干旱胁迫不同程度提高了 AGPL1、 AGP1-a、 AGP1-b、GBSSI、SSI、SSIIc、SSIIIb、BEI、BEIIb、 ISA2、PHOH基因的表达量,降低其余被测基因表达量;高温和干旱复合胁迫与单因素胁迫对被测指标的影响不尽相同,表明两者对某些指标存在互作效应。高温与干旱均导致成熟期籽粒直链、支链和总淀粉含量下降。淀粉合成相关酶基因表达特性与淀粉积累密切相关。综上所述,高温与干旱改变了淀粉合成相关酶基因的表达,使淀粉积累受抑,导致小麦籽粒淀粉含量和产量下降。     

小麦HD2基因家族的全基因组鉴定及热胁迫下的表达模式分析

组蛋白去乙酰化酶(histonedeacetylase,HDAC)负责去除组蛋白上的乙酰基团,在生物体的生长发育和非生物胁迫响应方面具有重要作用。本研究根据其他植物中HD2基因家族序列,利用生物信息学方法对小麦中的HD2基因进行鉴定,并对其基本生物学特性和调控网络等进行分析。结果表明,有12个小麦HD2基因被鉴定,并根据蛋白质序列C端是否含有锌指结构将其分为Group1和Group2两个亚家族;这些基因的编码蛋白均定位于细胞核内。利用WheatExp数据和RNA-seq数据对小麦HD2基因在不同组织和不同逆境胁迫下的表达模式进行分析,结果表明,小麦HD2基因在不同组织和不同逆境下均存在差异表达。同时,利用qRT-PCR技术对其在小麦12个生长发育时期的叶片中响应热胁迫的表达模式进行分析,结果表明,其在小麦挑旗期和抽穗期表达量明显上升。