叶绿体全基因组序列确定钻天柳在杨柳科中的系统发育位置

[目的]为解决濒危物种钻天柳在杨柳科中分类学位置的争议。[方法]本研究通过二代测序技术,从头测序、拼接得到钻天柳叶绿体基因组全序列,并与已发表的9种杨属植物和4种柳属植物的叶绿体基因组全序列进行比较,采用最大似然法、最大简约法和贝叶斯推断法分析了这些物种的系统发育关系。[结果]研究发现:钻天柳总基因组为155 661 bp,由长度为84 536 bp的长单拷贝(LSC)区域和16 215 bp的短单拷贝(SSC)区域,以及一对分隔开它们的27 455 bp的反向重复序列(IRS)组成。钻天柳叶绿体基因组总GC含量为36.68%,共有113个不同的基因,包括79个蛋白质编码基因,30个tRNA基因和4个rRNA基因,其中,有20个基因分布于反向重复区;在所有基因中,有14个基因包含1个内含子,3个基因(rps12、clpP、ycf3)内含有2个内含子;系统发育分析以100%的支持率将钻天柳与柳属黄花柳亚属的2个物种聚为一支,杨属的所有物种聚为另一支。[结论]本研究首次组装并注释了钻天柳叶绿体基因组全序列,并明确支持钻天柳并入柳属,而非单独成属,这将为钻天柳甚至杨柳科的系统进化研究提供重要参考。     

‘豫杂一号’泡桐叶绿体基因组序列及特征分析

泡桐是中国重要的速生树种,对我国经济发展有着重要作用。以‘豫杂一号’泡桐为材料,IlluminaHiseq2000测序,对其全基因组序列基本结构特征、密码子偏好性和重复序列进行统计分析。结果表明,‘豫杂一号’泡桐为典型的四分体结构,全长序列为154615bp,编码114个基因,含4个rRNA,30个tRNA和80个蛋白质编码基因。该叶绿体全基因组测序的成功促进了叶绿体分子生物学的研究,也为泡桐以及其他物种的遗传育种和创制种质资源奠定了一定的理论基础。     

杨树钙依赖蛋白激酶基因家族生物信息学分析

为给进一步分离和克隆植物中的CDPK基因奠定基础,以已经鉴定的拟南芥的CDPK(Calcium-dependent protein kinases)基因编码的结构域为检索序列,在基因组水平上对杨树的CDPK基因家族的成员进行分析,结果共找到36个杨树CDPK基因。同时利用这些基因编码的蛋白质序列与拟南芥中的CDPK基因构建了系统进化树,并对这些蛋白序列的保守序列进行了分析。结果表明,杨树CDPK基因内含子的插入位置相对比较保守。与拟南芥相比,杨树CDPK基因家族成员含有更多的基因对。通过对拟南芥、杨树CDPK家族之间进化关系和内含子分布比较发现,一些CDPK家族成员在拟南芥和杨树未分离之前就已经形成。     

九叶青花椒叶绿体基因组结构及系统进化分析

[目的]揭示九叶青花椒叶绿体基因组的结构特征及其与其他物种的系统进化关系，为花椒属种质资源的鉴定、新品种的培育及品种间的遗传分析提供参考。[方法]使用改良CTAB法提取九叶青花椒叶片总DNA。利用BGISeq-500平台进行高通量测序，SPAdes v3.13.0软件组装叶绿体基因组，通过GeSeq注释九叶青花椒的全叶绿体基因组信息，对其叶绿体基因组序列的结构特征、重复序列、密码子偏好性及系统进化关系进行分析。[结果]九叶青花椒叶绿体基因组为典型的四分体组成结构，全长序列为158 579 bp，编码133个基因；测到19个串联重复序列，49个长片段重复，70个简单重复序列；九叶青花椒叶绿体基因组中的蛋白编码基因共有26 398个密码子（不包括终止密码子），在密码子第三位碱基上有较强的A/T碱基偏好性。[结论]本研究首次组装了九叶青花椒叶绿体基因组全序列，明确了花椒属为单系类群，九叶青花椒与野花椒（Z. simulans）关系密切，这将为花椒的遗传信息、花椒种质资源评价、分子育种、cpSSR分子标记的开发及遗传多样性等研究提供了重要参考。     

蓝花楹JaCBF1转录因子片段的序列分析及耐寒性功能验证

CBF类转录因子是调控植物冷害应答反应的关键因子.从蓝花楹中克隆到一个457 bp CBF类基因片段,序列分析表明其编码142氨基酸的片段,并与多个物种CBF1基因序列高度同源,且具有CBF家族的AP2核心结构域,因此将其命名为JaCBF1.原核表达的结果显示此基因片段编码16 kDa的蛋白,表达分析结果显示JaCBF1于低温条件下在蓝花楹根、茎、叶中有差异性转录.Southern杂交结果揭示JaCBF1在蓝花楹基因组中存在至少2个拷贝.通过脓杆菌介导方法将JaCBF1异源转录到拟南芥中,荧光共聚焦显微照相结果显示其编码的蛋白质定位于细胞核,冷处理实验发现转基因拟南芥植株的耐冷性得到了显著提高,表明此新片段具有CBF类植物耐冷因子的典型功能.     

9种狼尾草属植物叶绿体基因组特征分析

狼尾草属为禾本科1 a生或多年生草本植物,该属植物在饲用、保护生态、观赏等方面均有良好的应用价值。为探讨狼尾草属植物叶绿体基因组的遗传结构及进化特征,基于基因组浅层测序技术获得狼尾草属9种植物叶绿体基因组序列,对其组装与注释后进行生物信息学分析。结果显示：(1)9种狼尾草属植物叶绿体基因组均为典型的四分体结构,其大小在137 929～138 554 bp之间。叶绿体基因组GC含量范围为38.6%～38.7%,其中IR区GC含量最高,为44%～44.1%,各叶绿体基因组结构无明显差异,在IR/SC交界区表现出微小差异。(2)共注释113个基因,包括78个编码蛋白基因、31个tRNA基因和4个rRNA基因。对序列进行简单重复序列检测,共检测到389个SSRs位点,其中单核苷酸重复数量最多,而在非简单序列重复检测中,串联重复所占比例最高。(3)变异位点主要存在于叶绿体LSC和SSC区,筛选出9个差异较大的区域,可作为狼尾草属植物的潜在遗传标记。(4)基于31条狼尾草属植物样本叶绿体基因组序列构建了狼尾草属系统发育树,结果形成两大分支,阐明了狼尾草属植物种间亲缘关系。本研究可为狼尾草属植物的分...     

马尾松叶绿体基因组测序及特征分析

马尾松(Pinus massoniana)是我国南方重要的用材树种。为丰富马尾松基因组信息,弄清松属植物内部亲缘关系,本研究通过高通量测序技术对马尾松叶绿体基因组进行测序和组装,并对其进行特征分析和聚类关系研究。生物信息学分析结果表明,马尾松叶绿体基因组序列全长119 743 bp,GC含量为38.54%;共注释得到126个基因,包括84个蛋白编码基因,38个tRNA基因和4个r RNA基因,其结构无典型的反向重复序列;共检测到15个散在重复序列和26个串联重复序列;蛋白编码基因对应的密码子偏好使用A/T碱基,并且编码亮氨酸的密码子使用频率最高,编码半胱氨酸的密码子数最少。系统发育研究表明,马尾松与拉雅松(Pinus crassicorticea)亲缘关系最近,与湿地松(Pinus elliottii)和两个南亚松(Pinus latteri)亲缘关系较远。研究结果建立了适于松属植物完整叶绿体基因组组装及其特征分析的方法,对叶绿体基因组工程研究及松属种间的分子标记开发具有一定的参考价值,为松属植物的进化和系统发育提供方法指导。     

危害云锦杜鹃的简脉茎蜂属一新种（膜翅目：茎蜂科）及系统学意义

【目的】研究宁波地区发现的一种严重危害云锦杜鹃的茎蜂类害虫，明确其种类和分类地位，并探讨该类茎蜂多样化的可能机制。【方法】采用经典比较形态学研究法，确定种类名称并判断本种害虫的所属类群。采用第二代测序技术，完成全基因组测序；并对其线粒体基因组进行组装、序列特征分析、近缘种遗传距离统计并构建基于蛋白质编码基因的系统发育关系。【结果】确定蛀茎危害云锦杜鹃的茎蜂害虫是一个新物种：杜鹃简脉茎蜂Janus dujuan Wei, sp. nov.。杜鹃简脉茎蜂与西藏东部分布的黄腹简脉茎蜂J. xanthus Naito&Smith, 1998近似，但体色和构造与该种均不同。杜鹃简脉茎蜂的线粒体全基因组序列全长17 725 bp，包含全部37个基因。基于线粒体基因组数据，重建了简脉茎蜂属5个物种的分子系统发育树，结果表明杜鹃简脉茎蜂与斑翅简脉茎蜂种团的缘斑简脉茎蜂组成单系群，杜鹃简脉茎蜂与已知线粒体基因组数据的简脉茎蜂属种类差距很大，cox1序列的K2P距离为14.7%～21.4%。讨论了茎蜂科茎蜂属和简脉茎蜂属的生物地理特征，推测简脉茎蜂属在东亚南部的多样化可能与本地区杜鹃花科植物的多样...     

桑树查尔酮异构酶基因的克隆与原核表达分析

以果叶兼用新桑品种‘嘉陵30号’的果实为材料,采用同源克隆法和抑制PCR法克隆桑树查尔酮异构酶基因(MaCHI)全序列.该基因的基因组序列全长2 402 bp,包含2 112 bp长的ORF和290 bp长的3'UTR序列,ORF由4个外显子和3个内含子组成,该基因编码219个氨基酸.预测MaCHI编码蛋白质的分子质量为23.8 ku,理论等电点为5.29.采用RT-PCR法分析MaCHI在不同组织中的表达水平,在叶片和果中的表达量较高,在根中表达量较低.构建pET-28a(+)-MaCHI原核表达重组质粒,并在大肠杆菌中诱导表达.     

马尾松肉桂酰辅酶A还原酶基因(CCR)克隆及分析

对马尾松肉桂酰辅酶A还原酶基因(CCR)进行扩增、克隆和测序(GenBank登录号:EU753854).应用MEGA4.0.2软件对不同树种CCR基因的核苷酸和氨基酸序列进行比对,结果表明:马尾松CCR基因的外显子和内含子数目与火炬松、杨树、银合欢、光皮桦、冈尼桉、柳桉、蓝桉的外显子和内含子数目相同,都有5个外显子和4个内含子.马尾松CCR基因编码区975 bp,编码324个氨基酸.马尾松外显子Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ分别为133,155,186,353,148 bp,而内含子Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ分别为1 450,216,737,941 bp.马尾松CCR外显子和内含子连接处序列除内含子Ⅱ/外显子Ⅲ出现CTPuCG/外显子Ⅲ,其余遵循外显子/GTPuAG/外显子组成规律.马尾松外显子Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ核苷酸数目与桉属、杨属、桦木属和松属树种相同,但外显子Ⅰ和外显子Ⅴ不尽相同.比对的树种间在该基因编码区核苷酸序列和氨基酸序列上相对保守,也存在一定差异.马尾松与火炬松、光皮桦、银合欢、杨树、冈尼桉、柳桉、蓝桉各物种间编码区核苷酸序列相似性大小分别为99.2%,67.8%,68.0%,68.9%,69.5%,69.3%,69.9%,而相应的氨基酸序列间相似性大小分别为99.1%,73.5%,72.5%,74.4%,75.0%,74.4%,75.0%.马尾松与其他13个树种CCR序列构建的系统进化树表明:3个针叶树种形成1个独立分支,而且最早进化.     

杨属遗传多样性研究进展

杨树是世界栽培面积最广的树种之一。遗传多样性是生态系统多样性和物种多样性的基础,研究杨属遗传多样性对其基因资源保护和遗传改良具有重要意义。文中归纳总结了国内外有关杨属植物遗传多样性研究进展,即从表型多样性、染色体多样性、蛋白质多样性及DNA多样性4个方面分析了杨属植物派、种、无性系的遗传多样性研究概况;并根据当前研究现状,提出我国今后杨属植物资源保护与利用的研究重点。     

毛白杨木材形成功能基因内SSR标记的开发及评价

利用直接测序法开发木材形成功能基因内一套新的核基因组SSR标记.通过对参与木材形成的16个基因在40个毛白杨基因型个体中的序列比较分析,共检测剑20个SSR多态性位点.在毛白杨自然群体中,SSR多态性位点的碱基重复呈现出二碱基、三碱基、五碱基、六碱基与七碱基形式,基元霞复次数变异范围为2～34次,其中以二碱基重复的位点较多,占总数的55.0%.在此基础上,依据SSR位点两侧的保守序列,设计20对SSR位点PCR扩增引物对.利用设计的引物检测开发的SSR位点在杨属内15个基因型个体中PCR扩增的有效性及SSR位点的保守性.PCR扩增结果显示,90.0%的SSR位点能够在杨属至少2个派内有效扩增,每对引物组合可检测到SSR多样性位点数为3～9个,平均5.3个.开发的这些SSR位点在功能基因内小同区域的分布频率不同.     

1个油茶Y2SK2型脱水素的全长cDNA克隆及生理功能的预测

以构建的油茶EST文库为基础,采用电子克隆技术,分离克隆一个脱水素基因的全长cDNA序列,该基因的cDNA全长1 406 bp,含一个600 bp的CDS,编码200明的小分子蛋白.推测该基因编码蛋白的分子质量为21 ku,等电点7,暂命名为CoDHNI.同源性分析发现该基因的编码蛋白具有2个Y-片段(DEYGNP),1个S-片段(SGSSSSSS),2个K-片段(KIKEKLPG),属于典型的Y2sIQ型脱水素.经Blast比对,发现富含苏氨酸的Thr-区在各物种间变异显著,推测该区为油茶所特有,有利于在被保护的大分子表面形成水合层;同时还发现一个十分保守的基序:EDDGQGGRRKK,可能有利于脱水素的磷酸化和亚细胞定位.通过与柑桔和拟南芥的脱水素比较,提出CoDHNI有可能缓冲种子脱水胁迫响应时钙离子的瞬时增高,并可结合重金属离子,以减轻活性氧的危害.     

油茶CLE基因家族的鉴定

CLE基因家族编码小分泌蛋白,参与调节植物的生长与发育;CLAVATA3(CLV3)是该家族中与作物产量相关的基因,其序列短、相似度低,鉴定该基因比较困难。本研究利用生物信息学的方法对油茶(Camellia oleifera)基因组数据进行了分析,从注释的蛋白质数据中鉴别出11个油茶CLE基因;开发了一套从基因组序列中预测CLV3基因的方法,鉴别出1个油茶CLV3基因;基因表达分析表明,CoCLV3在种仁、柱头、叶等部位的表达水平较高;利用CLE基因家族蛋白质序列的CLE基序进行比对分析并构建进化树,结果表明,CoCLV3是AtCLV3的同源基因。     

基因组水平上杨树NAC基因家族的初步分析

利用其他物种的NAC蛋白,构建NAC结构域的位置特异得分矩阵(PSSM).用PSSM搜索整个杨树Populus L.基因组,获得编码杨树NAC结构域的DNA片段在基因组上的位置信息.然后运用Perl脚本语言从基因组相应位置提取包含基因全长的序列,推测NAC基因的全长、氨基酸序列及其结构特征,并对得到的杨树NAC基因家族进行了系谱发生分析.结果表明:杨树中至少存在132个非冗余的NAC基因,系谱分析表明这些NAC基因归属于14个亚家族,同一亚家族内各基因编码NAC结构域的外显子数量和结合位置的分布具有一定的相似性.     

油桐尺蛾核型多角体病毒广西株全基因组序列

油桐尺蛾核型多角体病毒广西株基因组序列由Sanger测序的方法得到。拼接后获得了121 268 bp序列,GC含量为36.76%。以长度不小于50 aa的序列认定为功能基因,共预测到131个开放阅读框,通过Blast比对,其中87个能注释到功能基因。对基因组序列进重复序列分析,共发现SSR位点174个,同源重复序列1个。在SSR位点中,包含6种长度的重复基序,且以富含AT的重复基序为主。同源重复序列两端为一59 bp片段或其一部分组成的重复序列,两端分别重复12次和7次,中间则为一段与重复片段无关的236 bp片段。与武汉株相比,广西株病毒在37个核心基因中有4个存在蛋白序列长度上的差异,而在其他非核心基因中有6个基因仅存在于一个病毒株中,另有13个基因存在蛋白序列长度上的差异。     

杨树类锌指基因ZFL的功能分析

以毛果杨叶片cDNA为模板,采用PCR技术分离出杨树ZFL基因,序列分析结果表明该基因序列开放读码框315 bp,共编码104个氨基酸,推导的蛋白质分子量为11.202 kDa,理论等电点9.83,命名为PtrZFL.对ZFL基因进行实时荧光定量PCR表达分析,结果表明:甘露醇、NaCl、H202、ABA、低温胁迫都能诱导PtrZFL基因的表达,且PtrZFL表达量在ABA处理3h时达到最高,然后随处理时间延长而逐渐降低;低温(4℃)胁迫在6h后能显著诱导PtrZFL基因表达,并随着低温处理能一直保持较高水平的表达.根据毛果杨基因组信息设计引物,获得了PtrZFL基因上游1000bp的启动子序列,序列分析结果表明该启动子包含有多个与胁迫相关的元件,如抗冻、缺水、抗寒、脱落酸响应元件ABRE、MYB和WRKY.GUS活性检测发现,该启动子在转基因拟南芥整株中都有表达,但在根部和成熟叶片中表达较强,其他位置表达微弱.     

杨树热激转录因子HsfAld的克隆、表达及单核苷酸多态性分析

利用RT-PCR方法,首次由小叶杨受热激胁迫后构建的cDNA文库中扩增获得一热激转录因子HsfAldcDNA克隆,测序结果表明克隆的PsHsfAld cDNA片段总长为2 036 bp,基因内部含有完整的开放阅读框架,大小为1 449 bp,可编码长度为482个氨基酸残基的蛋白质,所推导的蛋白质氨基酸序列在HSF DBD结构功能域与拟南芥AtHsfAld和水稻OsHsfAl蛋白的相似性分别为86.3%和87.4%.组织特异性Realtime-PCR结果显示,Ps HsfAld主要在杨树叶片和根部组织中高丰度表达.非生物胁迫、激素及糖诱导表达表明,PsHsfAld不仅受高温、干旱与盐诱导表达,还受到激素中GA3与ABA,及葡萄糖与蔗糖信号的上调表达.组合利用MEGA4.0和DnaSP4.50.7软件对小叶杨36株基因型个体的PsHsfAld序列进行比对和分析,共检测到207个单核苷酸多态性(SNP)位点,SNP频率为1/16 bp,多样性指数π为0.007 72.在编码区域,共检测到69个SNP位点,其中37个为同义突变,31个为错义突变,1个为无义突变;非同义突变与同义突变的比率0.132＜1,推测在小叶杨物种演化过程中,纯化选择是该基因内同义SNP位点主要的进化驱动力.     

经济树种全基因组测序成果要报

经济树种通常基因组较大,测序的组装、注释等存在较大困难,有必要对这方面的研究进展及存在的问题进行分析比较,以提高经济林木全基因组的研究效率。对已经完成全基因组测序的28种经济树种的全基因组测序成果进行了概述,比较了所采用的测序策略、技术与方法及所利用的测序材料,分析了各物种全基因组的大小、基因数量、基因密度、基因均长、平均内含子长度、GC含量等结构特点,汇集了各树种系统发育中的基因组复制等重要分子事件,探讨了其纤维素、木质素、糖与淀粉、油脂、抗性、生殖等重要生物经济性状的基因组学特征,展望了中国在基因组科学领域中的重要影响。     

毛竹PeIRX10基因在木聚糖合成中的功能

【目的】克隆毛竹木聚糖合成关键酶基因Pe IRX10,并对其进行表达分析和功能初探,为毛竹中木聚糖合成分子机制的探究提供理论依据。【方法】以毛竹为研究对象,根据毛竹基因组数据库中序列信息设计引物,通过RT-PCR克隆得到1个在模式植物拟南芥木聚糖合成中起关键作用的同源基因,命名为Pe IRX10;运用生物信息学的方法对其核苷酸序列及其编码的氨基酸序列进行分析;通过qRT-PCR对毛竹的根、茎、叶、花和笋5个部位进行组织表达特异性分析。利用Gateway克隆技术构建Pe IRX10的植物表达载体,通过蘸花法转化拟南芥irx10l(-/-)irx10(+/-)双突植株,经BASTA筛选及PCR植株表型鉴定获得具有irx10l(-/-)irx10(-/-)双突背景的转基因植株;通过表型观察、茎部切片甲苯胺蓝染色观察、细胞壁单糖成分分析以及木聚糖免疫定位观察探讨该植株中Pe IRX10基因的功能。【结果】从毛竹中克隆得到Pe IRX10(PH01004923G0080,http:∥www.bamboogdb.org/)基因的ORF序列,长度为1 251 bp,编码416个氨基酸,蛋白质的理论分子质量为46 821 Da,等电点为6.26;其氨基酸序列与其他植物的IRX10基因具有很高的相似性(80%),属于GT47家族;qRT-PCR结果表明,Pe IRX10基因在毛竹笋和茎中高度表达。过量表达Pe IRX10基因的转基因拟南芥植株可以互补于拟南芥IRX10双突植株irx10l(-/-)irx10(-/-),表现出正常的株高、茎粗以及叶片大小和数量;转基因拟南芥植株的茎部切片甲苯胺蓝染色观察发现,其维管束间纤维和木质部导管细胞的细胞壁厚度与野生型拟南芥相近;细胞壁单糖分析发现,互补植株木糖含量以及其他单糖(例如阿拉伯糖、半乳糖和葡萄糖等)的含量与野生型相近;木聚糖免疫定位分析表明,Pe IRX10基因的过表达可以使irx10l(-/-)irx10(-/-)双突植株中木质部和束间纤维中LM10信号几乎完全恢复。【结论】在irx10l(-/-)irx10(-/-)双突拟南芥植株中过量表达Pe IRX10基因可以使植株的表型和次生细胞壁缺陷恢复,表明毛竹Pe IRX10基因与拟南芥IRX10基因具有相似的功能,都在木聚糖的合成过程中发挥重要作用。