海岛棉H268 PPR蛋白家族基因鉴定及SNP/InDel分析

[目的]通过对海岛棉不育系H276A及其育性恢复材料H268进行三角状五肽重复蛋白(PPR)家族基因鉴定及比对分析,获得序列存在差异的PPR基因,为后续育性恢复基因(Rf)的发掘提供理论基础.[方法]通过生物信息学分析海岛棉PPR基因,并对其进行亚细胞定位预测与功能注释分析;采用Illumina HiSeq 4000高通量测序技术对海岛棉H276A及H268对PPR蛋白家族基因进行转录组测序,将筛选获得的PPR蛋白与其他植物具有育性恢复的PPR蛋白进行氨基酸序列同源比对并构建系统发育进化树.[结果]鉴定获得912个PPR基因,其中有846个在海岛棉H276A和H268间存在序列差异,且分别存在7226个SNP差异位点和301个InDel差异位点,其中作用于线粒体的PPR基因有2143个SNP差异位点和134个InDel差异位点.转录组测序结果显示,共检测到表达基因数量为68197个,其中已知基因56311个、新基因11886个,可满足后续数据分析.GO功能注释结果显示,PPR基因主要富集于生物学过程,富集于分子功能的PPR基因最少.50.0%PPR蛋白定位于线粒体,29.0%PPR蛋白定位于叶绿体,0.9%PPR蛋白定位于细胞核,20.0%PPR蛋白定位于胞外,0.1%PPR蛋白定位于细胞质膜.xp_016708712(LOC107923023)和xp_016710013(LOC107924193)与多个具有育性恢复功能的PPR蛋白氨基酸序列相似性达33%,说明二者亲缘关系较近,且亚细胞定位于线粒体.[结论]xp_016708712和xp_0167100132个PPR蛋白可能与海岛棉不育系H276A育性恢复相关,可用于发掘海岛棉CMS的Rf基因.     

海岛棉与陆地棉纤维C4H1基因克隆及表达分析

[目的]研究海岛棉与陆地棉纤维不同发育时期C4H1基因的表达和结构差异.[方法]分别从海岛棉和陆地棉纤维中克隆C4H1基因的cDNA全长,并利用DNAMAN、MEGA3.1等软件进行C4H1基因的生物信息学分析;采用半定量和实时荧光定量PCR方法,比较海岛棉和陆地棉不同发育时期的棉纤维中C4H1基因的表达水平.[结果]C4H1基因在海岛棉与陆地棉纤维发育不同时期表达具有差异,海岛棉中该基因的表达高峰期在20 DPA,而陆地棉中该基因的表达高峰期在15 DPA.该基因的核酸序列在两种棉花中存在差异,并导致其编码蛋白的氨基酸序列也存在差异,且海岛棉C4H1蛋白中Thr(苏氨酸)含量高于陆地棉,蛋白等电点也耍高于陆地棉.[结论]海岛棉中C4H1基因的表达高峰期晚于陆地棉,两个棉种C4H1蛋白氨基酸序列的差异可能导致其理化性质及生物学功能的改变,为发掘海岛棉纤维品质优异基因奠定了基础.     

水稻成花素Hd3a及其受体分子机制研究进展

成花素是有一个控制开花位点的基因FT(FLOWERING LOCUS T)编码的产物,成花素FT是植物开花途径中的关键整合因子。而水稻中的Hd3a(HEADING DATE 3a)是拟南芥FT的同源基因,Hd3a蛋白即是水稻中的成花激素,其在叶片中表达并通过微管组织运输到顶端分生组织,同成花素受体14-3-3蛋白结合,然后又附着到另一种转录因子OsFD1(FLOWERING LOCUS D)上形成成花素激活复合体,使开花基因OsMADS15功能活跃起来。文中对水稻成花素Hd3a及其受体14-3-3蛋白分子作用机制的研究进展进行了综述,为进一步研究植物开花分子生物学提供参考。     

海岛棉GbCO基因的克隆和表达分析

[目的]海岛棉GbCO基因的克隆和表达分析.[方法]利用RT-PCR技术,从海岛棉中克隆CONSTANS(CO)的同源基因,利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分析基因的组织表达.[结果]从新海14号花后9d的纤维中克隆得到了一个棉花CO蛋白基因,命名为GbCO.GbCO cDNA的ORF为1 008 bp,编码335个氨基酸.序列分析表明GbCO和GhCO的相似性只有78.2;,棉花CO蛋白同蓖麻RcCO、苹果MaCO等亲缘关系较为接近.qRT-PCR结果表明,GbCO基因在棉花的根、茎、叶、花瓣等组织中均有表达,但在叶片中的表达相对较高.并且CbCO在棉花胚珠及纤维发育的起始和伸长阶段都有表达,在开花前1d和开花后5d的胚珠中表达量很高.GbCO基因的表达受到光周期的调节,在夜间表达量高于白天.[结论]GbCO基因可能在陆地棉的开花发育中起着重要的作用.     

海岛棉单萜合酶基因克隆及其受黄萎病诱导的表达分析

[目的]克隆海岛棉品种新海15中单萜合成酶基因(GbTPS),研究其受黄萎病诱导的表达情况,为进一步研究该基因在棉花抗黄萎病中的功能打下基础.[方法]克隆Gb TPS基因的开放阅读框(ORF)全长序列,对其蛋白序列进行生物信息学分析,并采用实时荧光定量PCR及病毒诱导的基因沉默对其抗病性进行分析.[结果]通过PCR扩增得到一个全长为1761 bp的ORF序列,命名为Gb TPS(GenBank登录号:KP247548).生物信息学分析发现,该基因编码586个氨基酸,预测分子量为67.7 kD,等电点为5.79.系统进化树分析结果表明,GbTPS属于Tps-g亚家族.GbTPS基因经黄萎病菌诱导后,表达量在4~24h内显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)高于空白对照组.病毒诱导的基因沉默受黄萎病诱导后其病情指数为52.38,与对照组相比并无明显差异.[结论]GbTPS基因仅在棉花抗黄萎病的早期发挥积极作用.     

扩展莫尼茨绦虫β微管蛋白基因的克隆及序列分析

[目的]从扩展莫尼茨绦虫中克隆β微管蛋白基因,进行序列测定和生物信息学分析,为进一步研究该基因的功能奠定基础.[方法]构建扩展莫尼茨绦虫成虫cDNA文库,随机挑取重组阳性克隆进行测序,对部分序列进行引物步移法测序,获得其全长cDNA序列;采用生物信息学等技术对该cDNA序列进行开放阅读框(ORF)的寻找、编码氨基酸的推导、核苷酸和氨基酸同源性比较以及蛋白二级结构的初步预测.[结果]获得了1个扩展莫尼茨绦虫新基因——β微管蛋白基因,全长1571 bp,编码444个氨基酸,与日本血吸虫的β微管蛋白氨基酸序列具有78.6;的同源性.编码蛋白的理论分子量为49.6 ku,等电点为4.96;1 -4位氨基酸MREI为β微管蛋白转录后调控信号,140～146位GGGTGAG存在一个微管蛋白标志信号片段,在99～106位和391～410位存在两个典型的β微管蛋白保守区;亚细胞定位分析其为细胞的骨架蛋白.[结论]获得了扩展莫尼茨绦虫β微管蛋白基因的全长cDNA序列,为该基因功能的实验性鉴定工作奠定基础.     

四季蜜龙眼FLOWERING LOCUS T(FT)同源基因克隆及其表达分析

【目的】克隆四季蜜龙眼叶片开花基因FLOWERING LOCUS T(FT)表达并进行生物信息学分析,为探讨生长调节剂调控四季蜜龙眼夏季成花机理打下基础。【方法】以经多效唑(PP_(333))和乙烯利处理的四季蜜龙眼成熟叶片为试验材料,采用同源克隆技术克隆其FT基因的cDNA全长序列,预测该基因及其编码蛋白的理化性质,并通过实时荧光定量PCR分析四季蜜龙眼成花过程不同时期的FT表达情况。【结果】克隆获得2个四季蜜龙眼FT同源基因cDNA全长序列,分别命名为DlFT1和DlFT2,序列长度分别为755和629 bp,开放阅读框(ORF)均为525 bp,各编码174个氨基酸,二者所编码的蛋白存在24个氨基酸残基差异。四季蜜龙眼叶片中的DlFT1和DlFT2基因在四季蜜龙眼夏季成花过程中可能发挥关键作用,且DlFT2基因的表达量显著上升(P0.05),DlFT2与成花关系更紧密。【结论】2个四季蜜龙眼FT同源基因DlFT1和DlFT2均属于PEBP基因家族的FT-Like蛋白亚家族,在PP_(333)和乙烯利诱导四季蜜龙眼成花转变过程中发挥关键作用,且DlFT2起着主导作用。     

海岛棉GbHCT10基因的克隆与表达分析

[目的]研究海岛棉(Gossypium barbadense)GbHCT10基因在棉纤维发育中的作用.[方法]以海岛棉品种新海21号纤维发育第5 d的样本作为材料,根据海岛棉GbHCT10基因序列设计一对引物,利用RT-PCR技术从中克隆GbHCT10核苷酸序列.利用生物信息学方法分析GbHCT10基因序列.[结果]采...     

槟榔AcAAP3基因cDNA克隆及其组织表达特性分析

[目的]克隆槟榔氨基酸通透酶(AAP3)基因(AcAAP3),分析其生物学信息,并检测其组织表达特性,为探究AAP3在氨基酸转运及氮素利用机制提供理论依据.[方法]利用反转录PCR(RT-PCR)从槟榔品种热研1号中扩增AcAAP3基因cDNA序列,利用生物信息学方法对其编码蛋白的理化性质、亲疏水性、亚细胞定位、功能域及二、三级结构等进行预测分析,并利用实时荧光定量PCR检测AcAAP3基因在槟榔根、叶、茎、雄花和雌花中的表达特异性.[结果]克隆获得AcAAP3基因cDNA序列全长为1440 bp,编码479个氨基酸,蛋白理论分子量为52.834 kD,等电点(pI)为8.76,具有9个跨膜结构域,定位在细胞质膜上,为疏水性非分泌蛋白,具有1个保守的PF01490结构域(氨基酸转运结构域Aa_trans),属于氨基酸转运蛋白家族和APC超家族成员,其二级结构主要由α螺旋(45.72%)和不规则卷曲(34.66%)构成.AcAAP3蛋白氨基酸序列与椰枣(XP008799058.1)、油棕(XP010912574.1)、香蕉(XP009404321.1)和菠萝(XP020107563.1)AAPs蛋白的氨基酸序列相似性分别为91%、90%、84%和83%,说明不同植物的AAPs蛋白具有高度保守性.植物AAPs蛋白家族可分成两个亚类,即单子叶亚类和双子叶亚类,其中,AcAAP3蛋白与单子叶亚类的椰枣(XP008799058.1)和油棕(XP010912574.1)AAPs的亲缘关系较近.AcAAP3基因在槟榔各组织均有表达,表达量依次为根>叶>茎>雄花>雌花.[结论]AcAAP3基因具有明显的组织特异性,其编码蛋白可能在槟榔从外界吸收氨基酸及其体内氨基酸转运中发挥重要作用.     

海岛棉转录因子基因GbTCP44的克隆及特征分析

为阐明TCP基因在棉花纤维发育中的功能,以海岛棉'新海21号'为材料,运用RT-PCR技术克隆得到海岛棉GbTCP44基因的cDNA序列,并借助生物信息学、亚细胞定位、实时荧光定量PCR技术分析预测其结构和功能.结果表明:1) GbTCP44基因的编码区序列全长为1 035 bp,共编码344个氨基酸,预测分子式为C1...     

白菜型冬油菜铁超氧化物歧化酶（Fe-SOD） 基因的克隆及表达分析

【目的】了解SOD酶蛋白家族Fe-SOD在超强抗寒冬油菜中的表达情况及其在低温胁迫下的作用。【方法】采用RT-PCR技术克隆超强抗寒白菜型冬油菜陇油7号Fe-SOD的cDNA序列。对该序列进行生物信息学分析,采用半定量以及相对定量RT-PCR研究Fe-SOD在低温胁迫下的表达模式,采用氮蓝四唑（NBT）光还原法测定冬油菜叶片和根中的总SOD酶活性。【结果】获得Fe-SOD,GenBank登录号为KF178713,该基因cDNA片段全长645 bp,包含一个639 bp完整的开放阅读框,编码212个氨基酸的蛋白质,与白菜(Chiifu)的蛋白质氨基酸序列同源性高达99%。该基因编码的酶蛋白是1个主要由α-螺旋组成的亲水性稳定蛋白,无信号肽,无跨膜结构域。Fe-SOD表达模式分析显示初期低温胁迫下（4℃）,该基因上调表达,继续低温胁迫处理（-4℃和-8℃）,Fe-SOD表达量受到抑制。总SOD酶活性测定显示冬油菜根中酶活性高于叶片,以利于冬油菜安全越冬。【结论】从白菜型冬油菜克隆的Fe-SOD具有已知物种Fe-SOD的特征。Fe-SOD在冬油菜品种陇油7号抗寒过程中起作用。     

海岛棉组培mRNA差异显示体系的建立

[目的]建立适合海岛棉组织培养过程中差异基因表达研究的DDRT-PCR体系.[方法]试验选取海岛棉体胚发育过程中的胚性愈伤组织,无菌苗下胚轴为对照.对引物浓度、dNTP浓度、酶浓度和退火温度等影响差异显示PCR的关键因素进行单因素优化实验.[结果]确定了海岛棉组织培养差异显示PCR体系为(10 μL):cDNA 2 μL;dNTP 200 μmol/L;上游引物0.4 μL(10 μM),下游引物0.5 μL(10 μM);Taq酶0.5 U,Buffer1.0 μL.前5个循环退火温度为50℃,后30个循环退火温度为57.1℃.[结论]用该体系扩增,PCR产物特异性高,条带清晰,背景污染少.     

中华蜜蜂蜂毒明肽基因克隆及生物信息学分析

【目的】掌握中华蜜蜂蜂毒明肽基因的生物信息,为进一步深入研究其生理功能及通过生物工程技术生产蜂毒明肽产品奠定基础。【方法】采用PCR技术克隆中华蜜蜂蜂毒明肽基因,并对所获得的基因组序列进行详细的生物信息学分析。【结果】从蜜蜂头部和胸部组织中成功扩增获得511 bp的蜂毒明肽基因序列,该序列GC碱基含量仅为24%,包含一个141 bp的开放阅读框,编码46个氨基酸残基;该序列与肥大细胞脱颗粒肽的同源性高达58%,存在较明显的信号肽序列和跨膜区结构。【结论】蜂毒明肽是一种小分子抗菌肽,存在较明显的信号肽序列和跨膜区结构,具有生物抗菌肽的典型特性,但需进一步加工切除信号肽序列后才能发挥作用。     

陆海BC4F2和BC4F3代换系的评价及纤维产量与品质相关QTL的检测

 【目的】利用SSR标记对陆海BC₄F₂和BC₄F₃代换系进行评价并检测纤维产量与品质相关的QTL,为筛选棉花染色体单片段代换系、精细定位纤维品质QTL、实现分子聚合育种奠定基础。【方法】利用GGT32（graphical genotyping）软件分析每个代换系的基因型组成,采用SAS PROC GLM的单向方差分析方法检测影响各性状的QTL。【结果】检测到50个单片段代换系,其中9株含有纯合的海岛棉片段,并筛选出12个代换片段少、纤维品质优良的代换系。共检测到15个控制产量性状和19个控制纤维品质的QTL,集中分布在12个连锁群中,解释的表型变异率在2.80%—14.13%。【结论】4个上半部平均长度QTL在2个世代中稳定遗传,1个上半部平均长度QTL在前人研究论文中检测到,部分标记位点同时控制几个不同的性状,并发现增效基因不全来自高值亲本。     

一个亚洲棉MYB家族新基因的克隆及特征分析

【目的】克隆亚洲棉MYB家族的一个新基因（GaMYB2）,研究其表达模式,分析其预期编码蛋白。【方法】利用RT-PCR和RACE技术克隆亚洲棉MYB2的cDNA序列全长;应用生物信息学软件分析该基因及预期编码蛋白的特征;采用实时荧光定量PCR技术对该基因的组织特异性和PEG6000模拟干旱胁迫处理下的表达模式进行分析。【结果】从亚洲棉(Gossypium arboreum L.)中克隆了MYB家族的一个新基因MYB2,该基因全长1 117 bp,ORF全长840 bp,编码279个氨基酸,含有MYB保守域,氨基酸的BALSTP分析表明GaMYB2氨基酸序列与已报道的水稻（BAA23338.1）、小麦(AAT37168.1)等的序列有40.50%到68.20%的相似性。亚细胞定位表明该基因在细胞核中表达,实时荧光定量PCR结果表明该基因在根和花中的表达量较高,并且响应17%的PEG6000模拟干旱胁迫处理,上调表达。【结论】GaMYB2是亚洲棉MYB家族的一个新基因,并认为该基因可能在棉花调控干旱胁迫的生理适应过程中发挥重要作用。     

棉花钠尿肽基因GhPNP1的耐旱功能分析

【目的】分析棉花中钠尿肽GhPNP1的结构特征、表达模式以及耐旱功能,并分析其耐旱机制,为将该基因应用于作物改良奠定基础。【方法】通过对从植物中水平转移到大丽轮枝菌中的钠尿肽基因AVE1进行同源性搜索,得到与AVE1蛋白序列相似度较高的其他物种的蛋白序列;使用MEGA5软件对AVE1蛋白序列及其同源序列进行多序列比对分析并构建同源物种间系统进化树;利用MEGA和expasy在线工具进行蛋白序列分析;并根据编码该蛋白的核酸序列设计引物在陆地棉品种奥3503中克隆到其同源基因GhPNP1。使用多种生物信息学软件分析GhPNP1的分子特性,包括GhPNP1编码蛋白的等电点、分子量、信号肽、进化关系等进行预测分析。利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析GhPNP1在不同器官部位的组织表达模式以及受到PEG模拟干旱胁迫处理后的表达模式。将GhPNP1的cDNA序列连入CLCrV沉默载体中,构建GhPNP1的病毒诱导基因沉默载体CLCrV:GhPNP1,转入农杆菌,并通过和辅助载体CLCrVB共侵润2叶期幼苗进行叶片注射,获得GhPNP1的沉默植株。利用PEG模拟干旱处理沉默植株检测其耐旱性,并测定沉默植株的失水率、相对含水量、丙二醛（MDA）含量、总抗氧化活性（T-AOC水平）、离子渗漏率等与植物抗逆相关的生理指标。【结果】从陆地棉奥3503中克隆到的GhPNP1的开放阅读框长度为396 bp,编码131个氨基酸,信号肽长度为15个氨基酸,通过系统进化树分析GhPNP1编码的蛋白含有保守的钠尿肽结构域,与可可树的PNP蛋白进化关系最近。GhPNP1在棉花植株的根、茎、叶中均表达且在茎中表达量较高,PEG模拟干旱处理后根、茎、叶中的GhPNP1均上调表达。GhPNP1沉默后棉花植株耐旱性显著降低。在干旱条件下,GhPNP1沉默植株的MDA含量、离子渗漏率、叶片失水率均高于对照的未沉默植株;而沉默植株的总抗氧化能力（T-AOC水平）、相对含水量显著低于对照的未沉默植株。【结论】从棉花中克隆得到一个植物钠尿肽基因,受干旱胁迫诱导上调表达,沉默后耐旱性降低。推测GhPNP1可能通过cGMP信号途径参与棉花的干旱胁迫,在干旱胁迫下对棉花耐旱性起正调控作用。     

多年生黑麦草质膜型水通道蛋白基因LpAQP的克隆及功能分析

【目的】研究黑麦草在逆境胁迫下水分代谢的基因调控,克隆黑麦草质膜型水通道蛋白基因的全长cDNA序列,并对其表达模式进行研究。【方法】利用RACE技术从黑麦草（品种“顶峰”）中获得LpAQP全长cDNA序列;运用生物信息学软件分析其编码蛋白;构建LpAQP与GFP融合的瞬时表达载体,采用基因枪法转入洋葱表皮细胞,观察其细胞定位;通过real time-PCR分析LpAQP的表达模式,并用Southern杂交分析其拷贝数。【结果】克隆获得LpAQP的cDNA序列,GenBank登录号为JX569791,其开放阅读框（ORF）为867 bp,编码288个氨基酸,蛋白质分子量为30.7 kD。该基因含有2个NPA单元,6个跨膜区,LpAQP含有与MIP家族完全一致的蛋白质保守区,其氨基酸序列与其它禾本科PIP类质膜型水通道蛋白同源性较高。物种间聚类分析表明LpAQP与大麦、小麦质膜型水通道蛋白同源性较高。LpAQP可能定位于细胞质膜上。通过Southern杂交分析,发现LpAQP在黑麦草基因组中以单拷贝存在。real time-PCR分析表明LpAQP在黑麦草茎部表达高于叶和根,持续干旱胁迫会导致LpAQP表达量先上调后下降。【结论】克隆获得黑麦草质膜型水通道蛋白基因LpAQP,其以单拷贝形式存在,在黑麦草根、茎、叶中均有表达,尤其是茎中表达最高。其表达受干旱胁迫影响。     

樱桃自交不亲和S9-单元型特异的F-box基因克隆及其表达分析

【目的】克隆李属甜樱桃自交不亲和性花粉S-决定子基因，为今后果树配子体自交不亲和性机理研究奠定理论基础。【方法】根据GenBank登录的16个S-locus F-box同源基因保守区设计兼并引物，利用RT-PCR、RACE等手段，从甜樱桃品种红灯花粉cDNA中克隆到两个编码376-氨基酸多肽的全长基因。【结果】GenBank Blast分析显示,克隆的两个基因中一个基因编码的蛋白产物与数据库甜樱桃自交不亲和性S3-单元型特异的PaSFB3（AB096857）编码的氨基酸序列完全一致。另一个基因编码一新的PaSFB同源序列，其推测的氨基酸序列N-端同SFB3一样具有明显的F-box基序，与PaSFB1～6的一致性为76%～82%。研究显示该基因在花粉组织中特异性表达，并表现出S9-单元型特异的连锁信号。【结论】新基因为甜樱桃自交不亲和性花粉S-决定子候选基因PaSFB家族中一新成员，命名为PaSFB9 （GenBank登录号：DQ422809），红灯自交不亲和基因型确定为S3S9。     

棉花DELLA蛋白GhGAI4b基因的克隆及功能初步分析

[目的]DELLA蛋白已在不同的物种中被广泛鉴定,并且功能区高度保守,是GA信号通路中的负调控因子,在棉花纤维细胞起始和发育中起重要的作用.研究棉花中DELLA基因的功能.[方法]从棉花中克隆DELLA蛋白的同源基因GhGAI4b,构建35S:GhGAI4b植物过量表达载体,通过农杆菌侵染花序的方法转入野生型拟南芥中,观察转基因植株的表型.[结果]序列分析表明GhGAI4b全长开放阅读框1 617 bp,编码538个氨基酸,具有DELLA蛋白的典型结构域.采用Clustal X将GhGAI4b的氨基酸序列与其他已知的DELLA蛋白氨基酸序列进行相似性比对,发现GhGAI4b氨基酸序列与陆地棉、拟南芥的相似性较高,达到47;以上.转基因株系表现出叶片颜色深绿,叶片缩小且肥厚,叶片细长呈锯齿状;有些株系会出现多重莲座叶,雄蕊发育不全,晚花,株高变矮等赤霉素不敏感突变体的表型.[结论]过表达GhGAI4b能够抑制拟南芥莲座叶的生长和发育,影响转基因拟南芥花器官的发育,严重时引起转基因拟南芥的不育.