番茄GRX基因家族的鉴定及表达分析

GRX基因家族是从原核生物到真核生物中普遍存在的一类巯基-二硫键氧化还原酶,在植物的生长发育、器官构建及逆境胁迫和激素信号应答中均发挥重要作用.本研究在番茄基因组范围内,利用生物信息学方法对番茄的GRX基因组家族的成员、分布及结构和功能等进行分析.预测结果显示,番茄GRX家族包含55个蛋白质,分为4个亚族,其中植物特有的CC亚族成员最多,有35个,其他GRX基因成员与拟南芥GRX家族具有相似分类.在番茄GRX结构域中包含12个重要的基序,主要分布在序列的N端,相同亚族中的GRX成员蛋白序列的氨基酸保守域构成基本一致,且各亚族成员的氨基酸保守域组成特异,表明这些基序的存在对GRX蛋白功能的执行是必需的.利用实时荧光定量PCR对番茄GRX基因的组织表达和胁迫响应分析,结果表明,GRX基因具有组织特异性表达差异,CC型在根和花中表达较高,在果实中表达较低;在盐、SA、ABA、高温和低温胁迫条件下,22个番茄GRX基因的表达模式被阐明;其中部分基因的表达水平被显著地诱导增加或者降低,很可能参与了调控番茄逆境胁迫条件下的防御应答反应.本研究结果将为番茄GRX家族基因的深入研究提供依据,为进一步解析GRX基因功能奠定基础.     

谷子GRAS转录因子家族的全基因组鉴定、表达分析及标记开发

为了鉴定谷子GRAS家族基因并揭示SiGRASs响应外源植物激素和逆境胁迫过程的表达规律,本研究采用生物信息学方法对谷子GRAS转录因子家族进行全基因组鉴定,利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)进行4种激素和2种胁迫处理后的表达分析,并根据SiGRAS23序列差异开发分子标记。结果表明,谷子全基因组共包含52个GRAS转录因子基因,大部分编码亲水性蛋白;82.69%的基因编码酸性蛋白,长度为362~734 aa,分子量为39.81~100.09 kDa,等电点为4.85~9.53。系统发育分析将谷子GRAS家族划分为10个亚家族。组织表达量分析表明,各亚族基因具有明显的组织表达特异性,LISCL、DELLA和SHR亚族基因分别在叶、茎和根中有较高的表达量,PAT1和HAM亚族大部分基因为组成型表达,但在叶中的表达量最高。SiGRASs启动子区含有多种植物激素、逆境响应相关的顺式作用元件;qRT-PCR结果显示,SiGRASs在不同激素和非生物胁迫下的表达水平存在较大差异,其中PAT1亚族中Seita.2G369400对6种不同的处理响应最为敏感;少数SiGRASs基因在各组织和各种激素和非生物胁迫处理下,表达量均在极低水平。DELLA亚族中的SiGRAS23在遗传群体AJF₅的双亲矮宁黄和晋谷21号间存在序列差异,据此开发的分子标记D8-1与该群体株高性状紧密连锁。本研究为解析谷子GRAS家族基因参与激素信号转导及逆境胁迫响应的功能研究奠定了基础,SiGRAS23的分子标记可用于今后谷子种质资源株高等位变异的筛选。     

一个玉米Pht1家族磷转运蛋白基因克隆和功能分析

从耐低磷玉米自交系178中分离和鉴定高亲和力磷转运蛋白质基因,为开展磷高效分子育种奠定理论基础。本研究以水稻和拟南芥中鉴定的磷转运蛋白基因为基础,运用生物信息学方法,对玉米进行全基因组预测及系统进化分析;并运用克隆、实时荧光定量PCR和亚细胞定位方法对其家族成员进行深入研究。结果表明,从玉米自交系B73全基因组序列中筛选出37个磷转运蛋白候选基因,并被聚类为五大家族。从耐低磷材料中扩增了一个属于Pht1家族成员ZmPht1;9的全长cDNA,该基因编码区长1620bp,编码539个氨基酸,含有典型的MFS超家族蛋白的保守结构域和12个跨膜结构;荧光定量PCR分析表明,在低磷胁迫下,该基因的相对表达量显著增加,且叶片中的表达量高于根系,同时在基因型之间也存在差异;原生质体转化的亚细胞定位结果显示,ZmPht1;9表达蛋白主要分布于细胞膜上。ZmPht1;9编码位于细胞膜上的高亲和力磷转运蛋白,对调节磷素的动态平衡起重要作用。     

果梅NAC基因家族的鉴定及组织表达分析

为挖掘果梅中NAC基因成员,探讨其组织表达特异性,本研究采用生物信息学方法鉴定了果梅NAC基因家族,并对其理化性质、染色体分布、亚细胞定位、保守基序、蛋白结构和亚族分类进行预测分析。结果表明,果梅NAC基因家族包含106个NAC基因成员,根据系统发育特征将其分为12个亚族。PmNAC基因在果梅的8条染色体上呈现不均匀分布,多编码酸性氨基酸;大部分NAC蛋白为亲水蛋白,其二级结构多以无规则卷曲为主要构成元件,且三级结构相似;亚细胞定位预测显示,果梅NAC蛋白为典型的核蛋白。选取12个NAC基因家族成员,利用实时荧光定量PCR技术进行组织表达分析,结果表明,12个果梅NAC基因在不同组织中均有表达,但表达差异明显。其中3个基因(PmNAC54、PmNAC32、PmNAC68)在果皮中表达最高,4个基因(PmNAC60、PmNAC95、PmNAC51、PmNAC2)在果肉中表达最高,3个基因(PmNAC31、PmNAC62、PmNAC48)在嫩茎中表达最高,其余2个基因(PmNAC61和PmNAC71)分别在果胚和花芽中具有最高的表达,表达特征的差异表明它们可能具有不同的生物学功能。本研究结果为果梅NAC蛋白的进一步功能分析奠定了一定的理论基础。     

花生种子芽期耐低温相关基因克隆

利用GeneFishing技术获得耐低温花生品种花育44号种子在常温与低温诱导下的差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)ACP20和ACP2。BLAST比对后发现ACP20基因与花生油质蛋白基因同源性达99%,ACP2基因与花生nifU-like(铁硫簇蛋白)蛋白mRNA同源性达99%,说明油质蛋白和nifU-like蛋白可能与花生对低温逆境胁迫的抗性有关。通过RACE技术从该品系获得相关基因的完整编码区,对其进行生物学功能预测,为探讨花生耐低温分子机制乃至培育耐低温花生新品种奠定了基础。     

诸葛菜OvCYP86MF基因的克隆及其特性分析

为进一步阐明细胞色素P450基因CYP86MF在诸葛菜发育中的分子机理,本文根据已知同源基因保守序列设计特异引物,利用RT-PCR和RACE技术从诸葛菜中获得一个细胞色素P450基因(OvCYP86MF)全长cDNA序列,该序列全长为1876bp,含有1605bp的完整开放阅读框,可编码534个氨基酸,分子量和等电点分别为61.4kDa和6.90,具有细胞色素P450蛋白的典型特征,即保守结构域FNAGPRLCIG;原核表达显示该基因的融合蛋白在体外可以诱导表达;DANSTAR和Clustal W软件分析表明该基因的全长cDNA序列及其编码氨基酸序列与十字花科物种拟南芥相似性很高,达到80%以上,亲缘关系最近;与CYP86C亚家族成员在氨基酸水平上的相似性均高于50%,因此推断该基因属于CYP86C这个亚家族。Northern杂交分析表明该基因在花蕾中特异表达。     

花生AhMKK4基因的克隆、表达分析和亚细胞定位研究

为挖掘花生抗逆相关基因,本研究以花生品种花育20号为试验材料,根据cDNA文库中已知的促丝裂原活化蛋白激酶激酶(MKK)基因EST序列设计引物,通过RACE-PCR克隆得到AhMKK4基因。结果表明,AhMKK4基因序列全长1 434 bp,含有3'非编码区151 bp,5'非编码区317 bp,开放阅读框全长966 bp,编码一条含有322个氨基酸的蛋白序列。预测其分子量为36.74 kDa,属于MAPKK基因家族D组成员。亚细胞定位显示AhMKK4基因定位于细胞质和细胞核中。RT-qPCR分析发现,AhMKK4基因在根中表达量高于其他组织,说明该基因具有组织表达特异性;AhMKK4基因受JA和IAA诱导时表达量上调,受SA和ABA诱导时表达量下调,说明该基因可能参与到JA和IAA介导的信号转导途径;AhMKK4在盐胁迫下表达量上调,说明该基因可能参与花生对盐胁迫的适应性调控。本研究结果为花生抗逆育种研究提供了新的基因资源。     

拟南芥泛素家族的全基因组分析

泛素家族是一类含有保守性泛素结构域的蛋白质统称,主要通过ATP依赖性的泛素-蛋白水解酶复合体通路选择性降解细胞蛋白的各种生理活动。本研究基于HMM模型,已知泛素氨基酸序列作为训练集,搜索拟南芥信息资源数据库并鉴定AtUBQ家族成员,然后对这些基因编码的蛋白质序列进行基因结构分析、染色体定位、多序列联配、系统发育树构建和组织差异表达分析。结果表明,AtUBQ家族中共有13个推定的AtUBQ基因,命名为AtUBQ01~AtUBQ13,均属无内含子基因且结构基本相同,非均匀分布于拟南芥5条染色体;AtUBQ家族可划分为A、B和C3个亚家族,其中76.92%的基因编码蛋白质属于A亚家族;EST搜索发现除AtUBQ02和AtUBQ07基因无EST数据支持外,余下的AtUBQ基因在拟南芥根、芽和叶等7个组织中呈现差异表达,仅见AtUBQ08和AtUBQ10基因在上述7个组织中均表达,而AtUBQ03基因仅表达于叶中。本研究结果可为进一步开展该家族的生物学功能和分子进化机制的研究提供基础资料。     

花生二氢黄酮醇还原酶基因(DFR)的克隆及表达分析

二氢黄酮醇还原酶(dihydroflavonol 4-reductase,DFR)是植物花青素合成过程中的关键酶,催化二氢黄酮醇生成无色花青素。本研究利用花生(Arachis hypogae a L.)未成熟种子cDNA文库,通过大规模EST测序,从花生中克隆了DFR基因的全长cDNA序列。序列分析表明,花生DFR蛋白氨基酸序列与其他植物来源的DFR有很高的同源性。利用花生cDNA芯片和半定量RT-PCR方法对花生DFR基因表达模式的研究发现,DFR基因在果针中表达水平最高,其次是花,在根和叶中有微量表达;不同种皮颜色花生品种的种子中表达差异明显,随种皮颜色的加深,DFR基因表达增强,在中花9号黑色种子中表达量最高。对茎叶紫色花生种质材料的研究表明,在紫色组织中DFR基因表达较强。结果表明DFR表达量与花青素积累量呈正相关,说明DFR催化反应是花青素合成途径的关键步骤。     

毛竹NF-Y家族基因的鉴定与表达分析

为阐明毛竹NF-Y家族基因的结构、进化关系和表达情况,本研究利用水稻和拟南芥NF-Y家族的蛋白序列,通过Blast比对分析,鉴定出33个毛竹NF-Y家族基因。基于植物NF-Y亚家族成员的氨基酸序列特征,毛竹33个NF-Y家族成员分为3个亚家族,分别命名为Ph NF-YA、Ph NF-YB和Ph NFYC。构建毛竹、二穗短柄草、粟、水稻和拟南芥NF-Y家族系统发育树,结果表明,毛竹各NF-Y亚家族成员的进化趋势不同,与Ph NF-YA亚家族相比,Ph NF-YB和Ph NF-YC在进化上较为保守,毛竹在NF-YA亚家族上可能出现了扩增,而在NF-YB和NF-YC两个亚家族上可能出现了成员丢失现象。通过Cufflinks等软件对毛竹7个组织材料的转录本深度测序数据分析,发现有些NF-Y家族基因在各器官中普遍表达,如Ph NF-YA7、Ph NF-YA3和Ph NF-YB8在根茎叶中均有表达;有些NF-Y家族基因则在特定器官表达,如Ph NF-YA1、Ph NF-Y2、Ph NF-YA4和Ph NF-YA10在竹笋幼根表达。实时荧光定量RT-PCR分析毛竹NF-Y家族基因在毛竹笋各个组织的表达情况,结果表明,毛竹NF-Y家族基因在不同的节间组织中差异表达。本研究结果为进一步深入探究毛竹NF-Y家族基因功能奠定了理论基础。     

紫茎泽兰cDNA文库的构建及RuBP羧化酶基因的筛选

采用SMART技术首次构建了高质量的紫茎泽兰cDNA文库。经过涂平板测定和酶切反应鉴定表明,原始文库的滴度为1.23×107 cfu/mL,重组率达98 %,插入片段平均大小在900 bp左右,采用涂平板均匀扩增得到的扩增文库滴度达到了1×1012,覆盖率达99 %以上。利用该文库筛选得到了紫茎泽兰核酮糖二磷酸羧化酶(RuBP羧化酶)cDNA片段。     

镉诱导的蚯蚓全长cDNA文库的构建与初步鉴定

采用人工土壤法，研究重金属镉(Cd2+)对成熟赤子爱胜蚓（Eisenia fetida）的急性毒性,表明蚯蚓对镉具有较强的耐受性。Trizol法提取蚯蚓RNA后，采用Clontech公司的CreatorTM SMARTTM cDNA文库构建试剂盒，成功构建了低剂量Cd2+（200 mg•kg-1）诱导的蚯蚓cDNA文库，其库容量为3.02×105 pfu/mL,扩增后滴度为8.67×109 pfu/mL，重组率为97.3％, 绝大多数的cDNA插入片段≥0•5 kb,平均长度≈1•0 kb。所够建的cDNA质粒文库容量及插入片段大小符合合格文库要求, 为进一步筛选蚯蚓体内解毒、免疫相关基因，寻找生物标志物奠定了基础。     

华东葡萄白河-35-1株系抗霜霉病基因cDNA文库构建及EST分析

以中国原产抗霜霉病葡萄野生种华东葡萄（Vitis pseudoreticulata）白河-35-1为材料,用SMARTTM技术构建葡萄霜霉菌（Plasmopara viticola）诱导的葡萄叶片cDNA文库。经检测,原始文库滴度0.92×106 pfu/mL,重组率97%,插入片段500～2 200 bp,扩增文库滴度为5×109 pfu/mL。随机挑取克隆5'端测序,获得254条有效EST序列（GenBank登录号：FG269201~FG269449和FG396006~FG396010）。经BlastX分析,有56.3% ESTs与GenBank中功能已知基因有较高同源性,14.6%ESTs与功能尚未确定的假设蛋白或未知蛋白同源性很高,20.9%ESTs在GenBank中无匹配的同源产物。     

大规模板栗疫病菌cDNA文库的特征和冗余序列的排除

低毒病毒/板栗疫病菌是一个研究病毒宿主相互作用的优良的实验系统.为了更好的了解病毒与宿主相互作用的机制,我们建立了一个野生型无病毒板栗疫病菌菌株EP155和受低毒病毒感染的菌株EP713的cDNA混和文库,以进行表达序列标签（EST）测定.对543个克隆的外源片段的分析表明,该文库克隆中含外源片段的比例为89.8%;通过小规模测序,发现空质粒与小片段克隆占测序总数的10.1%;表达丰度最高的4个克隆出现次数的总和占测序总数的9.6%.通过设计引物进行PCR和原位杂交,对cDNA文库2万多个克隆进行了筛选,共筛除了占总数19.7%的空质粒与小克隆和5.5%的高丰度克隆,为高效率的大规模EST测序准备了条件.     

陆地棉酵母双杂交cDNA文库及VdSCP7诱饵载体的构建

由大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)引起的棉花黄萎病是制约我国棉花生产的首要病害,严重影响棉花的产量与品质。为研究棉花与黄萎病菌互作的分子机制,本研究以国审棉百棉1号为材料,提取被大丽轮枝菌侵染的棉花根部总RNA,检测质量并用DNase Ⅰ处理后,用RNA 5'末端的模板转换方法,即SMART技术合成双链cDNA,再经酶切、过柱纯化去除短片段后,连接至pGADT7载体上构建棉花cDNA文库。VdSCP7是定位于寄主细胞核的大丽轮枝菌效应因子,能激发棉花的免疫反应,增强棉花抗病性。以大丽轮枝菌cDNA为模板扩增VdSCP7,产物纯化后重组到载体pGBKT7上构建诱饵载体pGBKT7-SCP7。诱饵载体经酶切及测序鉴定后,转化到酵母AH109中,鉴定诱饵蛋白毒性并检测诱饵载体是否存在自激活活性。结果表明,获得了库容量为2×10⁶ CFU的棉花cDNA文库,文库片段多样性良好,文库重组率约94%,质粒文库滴度约2.0×10⁹ CFU·mL^-1,满足酵母双杂交cDNA文库构建要求。酶切及测序结果表明,诱饵载体pGBKT7-SCP7构建成功且经过鉴定后无毒性、无自激活活性。本研究结果为棉花抗黄萎病基因的筛选及VdSCP7和棉花互作机制的解析奠定了基础。     

草鱼cyclin G1基因的克隆、鉴定及适应性进化分析

本研究从草鱼（Ctenopharyngodon idellus）肝肾cDNA文库中克隆到草鱼cyclin G1基因。测序结果表明,草鱼cyclin G1全长cDNA为2118bp,使用ORF finder推译其开放阅读框为第256bp～第1155bp,编码299个aa,SMART在线软件预测其中N端第57个aa～第143个aa为细胞周期蛋白盒。同源性比对分析显示cyclin G1在鱼类中同源性极高,其中草鱼cyclin G1与斑马鱼的同源性为90%。通过PAML软件的密码子替换模型进行适应性进化分析,结果表明cyclin G1编码蛋白的26A、171A和225K氨基酸位点受到正选择作用。本研究为进一步了解草鱼cyclin G1结构功能与分子演化打下基础。     

陆地棉GhLipase基因的克隆、特征分析及定位

利用已构建陆地棉7235纤维cDNA文库测序, 结合5′RACE技术从陆地棉 (Gossypium hirsutum L) 7235纤维中获得了1个1 286 bp的cDNA。序列分析结果表明, 该cDNA 包含一个编码368个氨基酸的开放读码框, 5′非翻译区和一个带有Poly (A) 的3′非翻译区区域。与已报道的其它植物的脂肪酶基因具有较高的氨基酸序列同源性, 命名为GhLipase,提交到GenBank, 登录号为EU273298。RT-PCR分析表明, GhLipase在棉花的胚珠及纤维细胞中优势表达。Southern blot分析结果表明, GhLipase在陆地棉基因组可能存在两个拷贝。将该基因定位在四倍体棉花遗传图谱的A13染色体上。