马铃薯CrRLK1Ls基因家族的鉴定及响应晚疫病菌信号的表达分析

Catharanthus roseus receptor-like kinase1-like kinases (CrRLK1Ls)是植物所特有的一类蛋白类受体激酶,在维持细胞壁完整性、细胞间通讯、生物和非生物应激反应中发挥重要作用。本研究鉴定了马铃薯CrRLK1Ls (StCrRLK1Ls)基因家族的成员数量,并对其理化特性、染色体位置、进化特征、亚细胞定位和对晚疫病菌侵染时的表达模式进行全面分析。结果显示,共获得17个StCrRLK1Ls基因,其氨基酸序列大小为753～997 aa,分子量和等电点分别为83.34～108.69kD和5.30～7.56,主要位于质膜。进化分析将马铃薯、拟南芥、水稻、苹果和番茄的CrRLK1Ls家族成员分为7个亚组,马铃薯CrRLK1Ls家族成员分布于亚组Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ。StCrRLK1Ls不均匀的分布于8条染色体上,存在3个串联重复基因簇,包含6个基因。此外,StCrRLK1Ls启动子区域存在响应植物激素、防卫和逆境等多种顺式调控元件。‘大西洋’和‘陇薯7号’接种晚疫病菌(Phytophthora infestans,Pi)后,大量StCrRLK1...     

马铃薯PYL基因家族的全基因组鉴定及表达分析

作为关键信号分子,脱落酸(ABA)通过其核心信号通路PYLs-PP2Cs-SnRK2s广泛调控植物的生长发育和逆境响应过程,PYLs蛋白作为ABA信号传导的核心组件,在ABA信号传导中发挥着不可替代的作用。为探究PYLs (PYR/PYL/RCARs)基因在马铃薯中的进化以及表达模式,本研究从马铃薯全基因组‘DM-v 6.1’共鉴定到17个StPYLs基因,并对其分布、蛋白理化性质、系统进化、基因结构特征以及基因表达模式进行了分析。结果表明,17个StPYLs基因不均匀分布在8条染色体上,其氨基酸大小在163～231aa之间,等电点在4.5～8.6之间,相对分子量在18.71～25.29 kD之间。根据基因结构和蛋白的系统发育特征, StPYL家族成员共分为3个亚组, motif 1存在于本家族所有基因中,说明它在StPYLs的进化过程中较为保守。基因表达模式分析表明,StPYL家族成员具有明显的组织表达特异性,且除StPYL1在外源激素(BAP、ABA和IAA)和非生物胁迫(高温、盐和干旱)下均上调表达外,其余基因存在功能分化,不同胁迫下的表达模式各异。本研究结果为进一步阐明StPY...     

马铃薯全基因组StbZIP基因家族的鉴定及在不同逆境中的表达分析

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper, bZIP)是一种广泛存在于植物中的保守转录因子，其家族成员数目是植物中最丰富的转录因子家族之一。为了解马铃薯StbZIP基因家族的相关信息，本研究通过生物信息学的方法，在二倍体马铃薯‘DM’全基因组中鉴定64个马铃薯StbZIP家族成员，命名为StbZIP1～StbZIP64。通过分析发现，马铃薯StbZIP家族成员不均匀地分布在12条染色体上。生物信息学分析表明，家族成员蛋白长度为132～822 aa，分子量介于15.40～88.18 kD之间，等电点4.74～10.30。系统发育树分析显示，该基因家族可分为11个亚群，其基因主要分布在第1、4和10号染色体上。基因结构和保守基序分析发现，各亚族成员间具有相似的保守基序和进化的保守性。表达模式分析发现，11个亚族内部呈现出响应不同非生物胁迫的表达模式，其中有8个亚族基因都在ABA胁迫24 h时表达量发生显著升高。这些结果为阐明StbZIP基因家族的进化和进一步研究StbZIP基因的功能提供了理论指导。     

马铃薯NCED基因家族全基因组鉴定与表达分析

脱落酸(ABA)在植物响应生物胁迫和非生物胁迫过程中具有重要调节作用。9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)是ABA合成限速酶,位于ABA生物合成通路上游。为明确马铃薯NCED基因家族成员以及NCED基因表达特性,本研究在全基因组水平鉴定马铃薯NCED基因家族成员,并通过染色体定位、理化性质表征、系统发育树构建、基因结构分析以及启动子顺式作用元件鉴定对该基因家族成员进行系统研究。基于马铃薯参考基因组,共鉴定到10个马铃薯NCED基因,染色体定位分析显示这些基因分布在4条染色体上;基因理化性质分析表明,该基因家族蛋白分子量介于50～70 kD之间,等电点介于5.48～8.71之间;启动子序列分析显示该基因家族具有大量与多种植物激素相关的顺式作用元件;最后通过实时荧光定量PCR明确接种茄链格孢(Alternaria solani)后马铃薯NCED基因家族的表达模式。本研究为深入挖掘NCED基因家族在马铃薯与茄链格孢互作中的作用提供了理论基础。     

山荆子WAK类受体激酶基因家族鉴定与表达分析

以表皮生长因子(epidermal growth factor, EGF, Pfam PF00008.28)和激酶(pkinase, Pfam PF00069)保守域全蛋白序列为种子序列,鉴定了山荆子(Malus baccata) WAK-RLK (Wall-associated kinases-Reporter like kinase)家族成员,对其家族成员理化性质、进化关系、重复现象和表达模式等进行分析。结果表明,山荆子WAK基因家族包括27个成员,其氨基酸序列大小介于496～805,分子量介于55.45～89.61 kD,理论等电点介于5.15～8.75,主要分布于质膜;根据进化分析,将拟南芥、水稻、番茄、香蕉、苹果、山荆子6个物种的WAK-RLK分为8个亚组,山荆子WAK主要分布于亚组Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ和Ⅷ。基因重复分析表明山荆子WAK成员扩增的主要原因是发生基因组范围的重复(wide-genome duplication, WGD)。启动子顺式作用元件(cis-acting regulatory element, cis-element)分析表明,该家族成员主要响应多种激素和...     

水稻延伸因子复合体家族基因鉴定及非生物胁迫诱导表达模式分析

延伸因子复合体(Elongator, ELP)是一类在真核细胞转录中起延伸RNA聚合酶Ⅱ作用的蛋白质复合物,这类复合体在植物生长发育以及生物和非生物胁迫响应等方面均发挥着重要作用。本研究利用生物信息学的方法对水稻(Oryzasativa)ELP基因家族(OsELPs)成员进行鉴定,并进一步对其理化性质、亚细胞定位、染色体定位、启动子顺式作用元件及在非生物胁迫下的表达模式进行分析。结果表明:OsELPs基因家族含有6个成员、随机分布在水稻5条染色体上,这6个基因编码含250～1344个氨基酸残基的蛋白质,其分子量介于27.97～148.99kD,等电点介于5.01～8.63。系统进化分析将来源于水稻(Oryza sativa)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)、酵母(Saccharomyces cerevisiae)和人类(Homosapiens)的ELPs蛋白分为4个亚组(GroupⅠ～GroupⅣ),其中第I亚组包含OsELP1,第Ⅱ亚族包含OsELP2和OsELP5,第Ⅲ亚组包含OsELP4,而第Ⅳ亚组包含OsELP3和OsELP6。OsELPs的启动子区域中存在...     

陆地棉TLP基因家族的全基因组鉴定及表达分析

【目的】类甜蛋白(Thaumatin-like proteins,TLP)参与多种植物病原真菌侵染后的防御反应。本研究通过在全基因组分析TLP基因,为深入探究其在介导棉花抗黄萎病通路中的分子机理提供基础。【方法】分别利用生物信息学方法和荧光定量聚合酶链式反应技术对陆地棉中的TLP基因进行全基因组鉴定和响应棉花黄萎病菌侵染表达分析。【结果】共鉴定出88个TLP基因;通过系统发育分析和序列特征分析可将棉花TLP家族分为10类。TLP基因家族外显子数量介于1～5之间,内含子介于0～4之间,同组成员具有相似的基因结构。大部分TLP含有5个保守的motif,具有相同的基序组织模式,均为Motif 5_4_2_3_1。染色体定位显示87个TLP基因定位于陆地棉20条染色体上,其中A亚组和D亚组各分布有42和45个,其在染色体上的分布存在串联重复现象。响应病原菌侵染表达分析显示,黄萎病菌侵染可以诱导6个候选基因的表达,不同抗性品种相对表达量达到峰值的时间不同,且耐病品种(GZ-1)上述基因表达量比感病品种(86-1)有增高的趋势。【结论】该研究结果有助于了解棉花TLP基因家族的进化与功能。     

玉米KNOX基因家族鉴定及表达分析

KNOX基因家族存在于大部分植物体中,是同源异型盒基因家族的一类,其编码的转录因子参与调控植物的模式形成、形态建成等生理活动。用含有KNOX结构域的隐马尔可夫模型文件(PF03790, PF03791)作为探针结合Hmmsearch软件,对玉米(Zea mays L.)基因组中KNOX家族成员进行了鉴定,并对其理化性质、亚细胞定位、系统进化树、基因在染色体定位、顺式作用元件和组织特异性表达模式进行了分析。通过hmmer搜索鉴定出16个玉米KNOX基因,其蛋白的氨基酸数在154～484之间,分子量在16.3～52.9 kD之间,等电点在4.33～7.74之间,其成员基因主要位于细胞核。根据玉米和拟南芥KNOX基因进化树分析,可将其分为2个进化分支。染色体定位结果表明,玉米KNOX基因家族的16个家族成员分布于9条不同染色体。1号染色体(Chr.01)分布6个成员,其中2个成员基因为串联重复基因。除ZmKNOX8和ZmKNOX9外,所有成员启动子区域都存在多个响应激素、光和逆境信号的cis-element。此外,ZmKNOX14和ZmKNOX15在嫩叶中表达量最高,可能与玉米叶细胞中次生细...     

荔枝漆酶(LAC)基因家族鉴定及表达分析

探索荔枝漆酶(LAC)基因家族的数量、结构和进化关系,可以为解析漆酶基因功能提供理论依据,为探索荔枝果皮褐变机制提供基础。本研究利用生物信息学分析手段,对LAC基因家族成员数量、保守结构域、家族成员的亚细胞定位及染色体位置、系统发育和顺式作用元件,以及基因家族成员在不同组织器官和采后贮藏果皮中的表达情况进行了分析。结果表明,荔枝基因组中共鉴定出61个LAC家族成员,编码的氨基酸残基长度在127～958 aa,分子量在14.07～103.47 Da,等电点在4.42～10.34;亚细胞定位分析表明,有19个LAC家族成员定位在叶绿体中,17个LAC家族成员定位在液泡中,其他成员分别定位在内质网、细胞外基质等。61个荔枝LAC家族成员分别定位在10条染色体上,其中第13号和8号染色体上LAC基因数量最多,且呈簇状分布于染色体一端。系统发育树将荔枝LAC家族分为5个亚组,第Ⅴ亚组最大,有30个家族成员,第Ⅳ亚组最小,仅有8个家族成员。荔枝LAC家族的结构域组织相对保守,具有典型的Cu-oxide漆酶结构域。荔枝LAC基因启动子序列分析发现了大量的顺式作用元件,可能与漆酶家族功能多样性相关。1...     

谷子MAPK家族成员的鉴定及其对生物胁迫的响应分析

MAPK在植物的生长发育调节、生物和非生物胁迫反应、激素信号转导中具有重要作用。系统分析谷子SiMPKs基因家族成员全基因组分布、结构、进化及其响应不同胁迫的表达特性,对于阐明其生物学功能具有重要意义。本研究利用谷子和水稻MAPK蛋白保守结构域及特异TXY基序的氨基酸序列在全基因组水平鉴定了谷子SiMPKs家族成员,分析其蛋白质理化性质、系统进化、染色体定位、基因结构、蛋白质保守基序、启动子顺式作用元件及共线性等。利用荧光定量PCR技术,分析了谷子SiMPKs在不同组织部位和谷锈菌、玉米螟病虫害生物胁迫以及不同激素处理下的表达模式。结果显示,共鉴定到15个谷子SiMPK成员,其编码的蛋白质含有220～611个氨基酸,相对分子量范围25.77～69.63 kD,等电点范围5.46～9.34。系统进化分析表明, SiMPK基因分为4组, A、B、C组包含TEY基序,D组包含TDY基序。SiMPK基因分布在1号、3号、4号、5号、8号和9号染色体上,含有3～11个外显子,所有SiMPK蛋白均含有motif1与motif2。上游2000bp启动子区域预测到多个与胁迫、激素和植物生长发育等相关的...     

陆地棉漆酶基因家族鉴定及在黄萎病菌胁迫下的表达分析

黄萎病是降低棉花产量和品质较为严重的维管束病害。棉花在抵抗病原菌的过程中,抗病基因起着尤为重要的作用。漆酶是一种多功能氧化酶,在植物木质素合成和提高植株抗逆性等方面发挥着重要作用。高质量版本的基因组是提升基因家族分析准确性的必要条件。本研究以目前最新的陆地棉TM-1高质量版本基因组为参考,通过生物信息学分析鉴定了陆地棉基因组中的Laccase(GhirLAC)基因家族,并对其进行了理化性质、基因结构、染色体定位以及在黄萎病胁迫下的表达模式分析。结果表明,陆地棉TM-1基因组中共包含83个GhirLAC家族成员,分布在24条染色体上,所有GhirLAC蛋白均定位在胞外,且具有相同/相似的保守基序。系统发育树分析显示,GhirLAC基因家族成员可分为7个亚组。结合黄萎病胁迫下棉花转录组数据,将GhirLAC基因家族各成员的表达分为3种模式,其中第1类和第2类GhirLAC基因在黄萎病菌胁迫下分别呈现有规律的表达量升高和降低,推测这些基因在棉花抗黄萎病反应中发挥重要功能。荧光定量PCR结果表明,GhirLAC02(GhLAC4)、GhirLAC38(GhLAC11)和GhirLAC20(GhLAC12)3个候选基因均受黄萎病菌诱导表达,其表达趋势与转录组数据相吻合。本研究为以后深入解析棉花GhirLAC基因的抗病功能及分子机制奠定基础。     

马铃薯晚疫病防治措施研究进展

马铃薯是世界粮食生产体系中十分重要的粮食作物。晚疫病是马铃薯生产过程中最具威胁性的真菌病害之一。为了掌握现有的马铃薯晚疫病防治措施,保障马铃薯优产高产,本文简要介绍了马铃薯病原菌及其致病机理,归纳了马铃薯晚疫病的主要防治措施,包括化学防治、生物防治、生态防治等。在此基础上,分析了各防治措施的优缺点,并对其未来应用前景进行了展望。旨在指出马铃薯晚疫病的防治现状,为开发新的防治方法提供参考。     

Agrophysiological characterisation and parametrisation of Andean tubers: Potato (Solanum sp.), oca (Oxalis tuberosa), isaño (Tropaeolum tuberosum) and papalisa (Ullucus tuberosus)

Bolivia is part of the eight most important centres of biodiversity and domestication of plants in the world, including a broad diversity of Andean grains, roots and tubers. A study was implemented to obtain the quantitative information to develop and validate, a simple growth potential model of Andean tubers in production areas located above 3000 m altitude, and to analyze the difference between species in growth attributes and the resulting tuber production. Three potato species and sub-species (Solanum tuberosum ssp. andigenum and ssp. tuberosum, and Solanum juzepczukii) as well as Oca (Oxalis tuberosa), Isaño (Tropaeolum tuberosum) and Papalisa (Ullucus tuberosus) were studied. Trials were conducted under normal field conditions prevailing in Bolivia but with the best cropping techniques available locally to obtain optimal growing conditions. Data on dry weight (of leaves, stems, tubers and roots) and leaf area were taken at several dates in five trials conducted between 1993 and 2003. The percentage of ground cover was also measured. Beta functions were fitted to data of dry weight and leaf area to establish growth curves. The potato groups have a smaller cycle duration than other Andean tubers. The Crop Growth Analysis indicated three important characteristics differentiating Andean tubers: the S. juzepczukii potato has a high Relative Growth Rate (RGR) and a higher leaf mass ratio but a smaller tuber yield, due to a smaller harvest index (HI) and a very low Net Assimilation Rate (NAR). S. tuberosum ssp. tuberosum potatoes have smaller Leaf Area Index (LAI), and RGR than juzepczukii, but their NAR and HI are higher. S. tuberosum potatoes are quite productive for the size of their LAI. The Tropaeolum tuberosum or Isaño has a great capacity of Ground Cover (GC) or a great LAI that is not translated into a greater tubers yield. It has low RGR, NAR and HI compared to all the other species studied. The crop growth was interpreted in Light Use Efficiency (LUE) and evolution of light interception through a linear model. The LUE of potato group is more elevated than the LUE of the other Andean tubers. Within each group there is no statistical difference for the LUE value. The relationship of LAI with GC or fraction of light interception was determined with both linear and exponential relations. The low slope value for the relationship between LAI and GC characterises all Andean tubers studied compared to results reported for potato under other latitudes.     

华北寒旱区作物轮作的生产效应

To understand mechanisms of crop adaptability to various previous crop croppings, evaluate crop performance on the croppings, and identify suitable crop combinations for rotation of major crops in the cold and arid region of Northern China. A five-year field experiment was conducted using five crops from 2015 to 2019, including potato (Solanum tuberosum), faba bean (Vicia faba), forage maize (Zea mays), oat (Avena sativa), and beet (Beta vulgarwas). Yields of potato, oat, and beet in rotation were 1.30-1.68, 1.28-1.48, and 1.25-1.48 times of those in continuous cropping of single crops, respectively. Yield of faba bean on beet cropping was 10.58% lower than that of continuous faba bean while yield of forage maize on oat or beet stubble was 9.10%-15.42% lower than that of continuous forage maize. The LERr of 10 crop combinations was 1.09-1.68, indicating positive effects of rotation. Combinations of oat → potato, beet → potato, forage maize → potato and faba bean → potato had higher LERr, indicating faba bean and forage maize might be more durable of continuous cropping. In terms of productivity, suitable crop combinations for rotation in the area were oat → potato, beet → potato, forage maize → potato, faba bean → potato and oat → beet.     

基于侯选基因标记的四倍体马铃薯休眠QTL关联分析

休眠期是马铃薯(SolanumtuberosumL.)重要的块茎性状之一,寻找调控马铃薯块茎休眠的关键基因,揭示其分子机制以选育具有适宜休眠期长度的马铃薯品种,对于解决当前马铃薯产业中过长或过短休眠期带来的经济损失和食品安全隐患等问题十分关键。前期研究在二倍体马铃薯连锁群体中定位了6个加性休眠QTL,本研究拟在四倍体马铃薯育种材料中验证这些休眠QTL。基于休眠QTL连锁的候选基因标记,采用混合线性模型(MLM),模型中考虑群体结构和亲缘关系(Q+K),在四倍体马铃薯自然群体St-hzau中对马铃薯块茎休眠期进行了关联分析。5号染色体上休眠QTL DorB5.3连锁的候选基因标记S199₃00和GWD (根据葡聚糖水双激酶α-glucan water dikinase基因设计)与马铃薯块茎休眠期具有显著的关联(P<0.05),分别解释了休眠期表型变异的7.8%和3.2%,分别能增加休眠期7.1 d和4.5 d,即在二倍体马铃薯连锁群体中定位的稳定主效休眠QTL DorB5.3在四倍体马铃薯关联群体St-hzau中也表现显著, DorB5.3的稳定性在关联分析结...     

响应辣椒疫霉菌诱导的CaWRKY转录因子筛选及其信号通路分析

在辣椒基因组中全面鉴定WRKY转录因子并筛选出受辣椒疫霉菌诱导的CaWRKY基因,并分析关键CaWRKY基因参与的信号通路。以CM334和NMCA10399为材料,基于辣椒基因组和RNA-seq数据,并在水杨酸(SA)和茉莉酸甲酯(MeJA)处理下通过qRT-PCR技术检测基因表达并分析。全基因组共鉴定出69个CaWRKY基因。接菌后12 h,抗、感材料中分别鉴定出7个和3个差异表达基因;接菌后36 h,分别有13个和22个差异表达基因,表明抗病材料能更快速应答。在筛选出的8个关键CaWRKY基因中,CaWRKY19和CaWRKY65受SA诱导上调表达;CaWRKY50受MeJA诱导上调表达;CaWRKY25受SA诱导上调表达同时受到MeJA抑制下调表达,而CaWRKY49同时受SA和MeJA抑制下调表达,推测CaWRKY19和CaWRKY65通过SA,CaWRKY50通过JA,而CaWRKY25和CaWRKY49则通过SA和JA信号途径参与辣椒抗疫病防御反应。     

低浓度呕吐毒素作为激发子对马铃薯抗干腐病的诱导及其作用机制

Dry rot disease is a fungal disease caused by Fusarium sp. infection in the process of potato cellar storage, which seriously affects the commercial value. Vomitoxin (DON), also known as deoxynivalenol, is a secondary metabolite produced by fusarium sp. in the process of infecting potato lump. Biological control is an effective method of disease control. Using biological factors as elicitors to induce plant system produce disease resistance has become a hot research topic. In this study, in order to provide theoretical basis for biological control of dry rot disease, potato tubers were treated with low concentration of DON as elicitor to determine its role in the resistance to dry rot disease and the mechanism of inducing systemic acquired resistance (SAR) of potato. DON treatment had a certain effect on the development of dry rot disease, and affected by the concentration. The treatment of potato tubers with 5 ng mL^-1 DON for four hours could effectively reduce the diameter expansion of dry rot disease lesions induced by Fusarium sambucinum. Low concentration of DON increased the activities of SOD, POD, chitinase and β-1, 3-glucanase in tuber tissue, and decreased the accumulation of MDA. DON treatment increased the activities of PAL and 4CL, the key enzymes of phenylpropane metabolism, and promoted the accumulation of total phenols, flavonoids, lignin and anthocyanins. Meanwhile, the content of endogenous signal molecules SA, JA, and ET in potato tubers could be increased by using DON as elicitor, and the expression of NPR1 (regulatory gene of plant systemic resistance) was increased.     

马铃薯种质资源晚疫病抗性评价及分子标记辅助筛选

由致病疫霉（Phytophthora infestans）引起的晚疫病是马铃薯生产上最具危害性的病害,种植抗病品种是防治该病害最有效的方法。分子标记辅助选择可以大大缩短育种年限,提高育种效率。对395008.45×克新27号的60份杂交后代进行了晚疫病抗性评价,结果有39份表现抗病,21份表现感病。利用晚疫病抗性基因R8的分子标记对60份杂交后代进行了检测,其中有43份含有R8基因;对36份种质资源进行检测,其中有28份含有R8基因。本研究鉴定的抗性资源可为马铃薯抗病育种提供优质的亲本材料。     

截形叶螨取食对马铃薯酶活性的影响

为明确截形叶螨(Tetranychus truncatus)取食刺激对不同耐旱型马铃薯(Solanum tuberosum)品种酶活性的影响,选择2个马铃薯品种（‘荷兰15号’,早熟,干旱敏感型品种;‘陇薯10号’,晚熟,耐旱型品种）,在人工接螨后,测定7天内马铃薯叶片5种防御酶(CAT、POD、PPO、PAL、LOX)活性的变化。CAT、POD、PPO、PAL、LOX等5种酶活性在受螨害刺激后均表现出不同程度的升高,在时序上都表现为先升高后下降的趋势,且在3天后显著高于CK（未接螨的健康植株）,5种酶均参与了植物机体对害螨的防御反应,以促进受害植株体内自由氧的消减,通过木质素、花青素、生物碱等苯丙素类化合物、氢过氧化物等含量的提高来增强机体防御能力;在螨害7天后,5种酶活性都显著下降,且显著低于CK,说明叶螨在长时间危害后可能导致植株机体紊乱,植株不能很好地持续维持高效的对螨害的防御响应。2个马铃薯品种在叶螨为害后同一时间内,从CAT、PPO和PAL活性变化角度分析,干旱敏感型马铃薯品种表现出较高的抗螨性;被叶螨取食为害后耐旱型马铃薯品种POD活性较高,但干旱敏感型马铃薯品种POD活性增长幅度更大;2个品种在LOX活性上无显著差异。总体分析可得,干旱敏感型马铃薯比耐旱型品种有更高的抗螨性。研究结果可为马铃薯叶螨的科学防治和品种选育提供理论依据。