苹果CR4基因家族鉴定与表达分析

以RCC1（PF00415）、TNFR_c6（PF00020）和Pkinase（PF00069）保守域全蛋白序列为种子序列,在苹果全基因组范围比对分析了CRINKLY4（CR4）家族成员,对其理化性质、进化关系、染色体分布等进行了分析;基于qPCR分析了CR4基因在苹果腐烂病发生和低温胁迫过程中的表达情况。通过分析,共获得8个苹果CR4基因,其氨基酸序列大小介于668 ~ 1 690,分子量介于71.73 ~ 187.61 kD,等电点介于5.69 ~ 8.66,主要位于质膜;根据进化分析将其分为两个亚组。PCR表达分析结果表明,CR4基因在苹果不同组织和品种间存在不同的表达模式。分别有8个和6个CR4基因在苹果花芽感受低温和接种腐烂病菌后至少在1个时间点发生差异表达。其中,MD03G1068800在花芽感受低温后上调达25倍以上,而MD00G1166500和MD01G1153100在腐烂病发生后上调达150倍以上,以上3个CR4基因可作为后续功能研究的候选基因。     

苹果LysM类受体激酶基因家族鉴定与表达分析

以LysM(PF01476)和Pkinase(PF00069)保守域全蛋白序列为种子序列,在全基因组范围比对分析了苹果(Malus×domestica Borkh.)LysM-RLK家族的成员,对其家族成员的理化性质、进化关系、染色体分布、基因结构等进行了分析;基于已公布的转录组学数据,分析了LysM-RLK基因在苹果组织、发育过程和生物胁迫中的表达情况。通过分析,共获得12个苹果LysM-RLK基因,其氨基酸序列大小介于553~1 053,分子量介于62.65~119.04 kD,等电点介于5.11~7.45,主要位于质膜;根据进化分析将其分为3个亚组,亚组内各成员的外显子—内含子结构呈现较为相似的特征。基因表达数据显示,苹果的4个LysM-RLK基因表达存在较大的组织特异性,7个基因在苹果腐烂病和再植病发病过程中为差异表达。     

梨CRK家族基因及其腐烂病菌侵染响应成员的鉴定

在植物响应逆境过程中,半胱氨酸富集类受体激酶（Cysteine-rich receptor like kinase,CRK）起重要的调控作用。本研究中以结构域Stress-antifung（Pfam：PF01657）和Pkinase（Pfam：PF00069）的保守序列为种子序列,在全基因组范围鉴定了梨（Pryus spp.）CRK家族成员。此外,对其蛋白理化性质、进化特征、基因在染色体上的位置、顺式作用元件（cis-acting regulatory element,cis-element）和表达模式进行了分析。共获得32个CRK家族成员,其氨基酸数、分子量和等电点分别介于440 ~ 1 217、48.90 ~ 137.02 kD和5.31 ~ 8.59,主要位于质膜。根据进化分析,将来自梨、拟南芥、苹果、番茄和水稻的156个CRK分为6个亚组,梨CRK主要分布于亚组Ⅳ,Ⅴ和Ⅵ。梨CRK中存在5个串联重复的基因簇,共包含了20个成员。此外,该基因家族所有成员的启动子区域都存在多个响应激素和逆境信号的cis-element。接种腐烂病菌Valsa pyri（Vp）后,杜梨（Pyrus betulifolia,抗病）和‘早酥’梨（Pyrus bretschneideri,感病）中分别发现8个和10个CRK发生了差异表达,6个基因在两种资源中都发生了差异表达。差异基因中,Pbr001477.1和Pbr000205.4在抗、感病资源中都显著上调,而其他基因的表达量在两种资源中呈现不同的变化趋势。     

植物Gly-RLK基因家族鉴定及其在苹果中的表达分析

类受体激酶(receptor like kinase,RLK)在植物生长发育和环境适应中起重要作用。前期研究发现苹果(Malus′domestica)中存在一类具有Glyco₁8胞外结构域(SM000636或SM000704)的RLK,命名为Glyco₁8-RLK(Gly-RLK)。本试验中以Glyco₁8和Pkinase(SM000220)保守域全蛋白序列为种子序列,对53种被子植物基因组中的Gly-RLK进行鉴定,并分析其进化特征;明确苹果Gly-RLK(MdGly-RLK)的理化性状、亚细胞定位,基因在染色体上的分布、启动子区域的顺式作用元件和表达模式。结果表明,仅19种植物中存在Gly-RLK,家族成员数介于1～20,单子叶植物中均未发现该家族成员。根据进化分析将其分为8个亚组,亚组Ⅲ、Ⅶ和Ⅷ分布基因数较多。共发现6个MdGly-RLK,其编码的氨基酸序列大小、分子量和等电点分别介于451～776、50.99～87.33 kD和5.95～8.21,主要位于质膜,4个为串联重复。MdGly-RLK在苹果各组织和品种...     

苹果miR396家族鉴定及在不定根发育过程中的表达分析

分析了苹果miR396家族进化特性及其在苹果不定根发育过程中的表达模式。结果表明:苹果miR396家族有4条成熟体和7条前体序列(pre-miRNA)。Mfold预测显示Pre-miR396家族7个成员序列均可形成典型稳定的茎环二级结构,最小折叠自由能介于–62.9 kal·mol^-1(pre-miR396b)～–51.9kal·mol^-1(pre-miR396g)之间。系统发育进化树分析显示,pre-miR396家族亲缘关系可分为3个亚组(G1、G2、G3),每个亚组内基因数量不同,分别含有11、9、19个。靶基因预测显示,苹果miR396靶基因包括MdGRF1、MdGRF2和MdGRF5等,降解组测序进一步验证了mi R396对其候选靶基因MdGRF1、MdGRF2和MdGRF5的剪切关系。苹果miR396家族成员在侧根和果实中的表达量显著高于其他组织,其候选靶基因表达量则在花芽和腋芽中显著高于其他组织;不定根发育过程中,miR396家族不同成员表达模式存在显著差异,整体上呈上调表达趋势,其候选靶基因呈下调表达趋势;外源IBA处理显著诱导...     

桃MRLK家族全基因组鉴定及蚜虫侵染后的表达分析

以Malectin(PF11721)、Malectin-like(PF12819)和Pkinase(PF07714)保守域全蛋白序列为种子序列,鉴定桃(Prunus persica)基因组中全部MRLK类受体激酶(Malectin receptor-like kinases)家族成员,并利用转录组测序分析桃绿蚜侵染不同时间MRLK在抗蚜和感蚜品系材料中的表达情况。利用生物信息学手段进行分析,共获得41个MRLK家族成员,这些基因分布在桃的8条染色体上。家族成员氨基酸数量介于391～1 035 aa,分子量44.05～115.09 kD,等电点5.38～9.16。分析系统进化树发现拟南芥、水稻和桃的MRLK家族分为5个亚组,其中桃MRLK家族成员分布在Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ亚组上。亚细胞定位预测显示该家族成员全部定位在细胞膜上。顺式作用元件预测结果显示该家族成员启动子包含光、激素以及响应生物与非生物胁迫的作用元件。桃绿蚜侵染结果表明,桃MRLK家族中19个基因在5个桃材料中均未表达,15个基因在抗蚜品系‘P5868’与其他4个材料之间无差异表达。Pp MRLK2、Pp MRLK9、Pp MRLK22...     

苹果miR396家族鉴定及在不定根发育过程中的表达分析

分析了苹果miR396家族进化特性及其在苹果不定根发育过程中的表达模式。结果表明:苹果miR396家族有4条成熟体和7条前体序列(pre-miRNA)。Mfold预测显示Pre-miR396家族7个成员序列均可形成典型稳定的茎环二级结构,最小折叠自由能介于–62.9 kal·mol~(-1)(pre-miR396b)～–51.9kal·mol~(-1)(pre-miR396g)之间。系统发育进化树分析显示,pre-miR396家族亲缘关系可分为3个亚组(G1、G2、G3),每个亚组内基因数量不同,分别含有11、9、19个。靶基因预测显示,苹果miR396靶基因包括MdGRF1、MdGRF2和MdGRF5等,降解组测序进一步验证了mi R396对其候选靶基因MdGRF1、MdGRF2和MdGRF5的剪切关系。苹果miR396家族成员在侧根和果实中的表达量显著高于其他组织,其候选靶基因表达量则在花芽和腋芽中显著高于其他组织;不定根发育过程中,miR396家族不同成员表达模式存在显著差异,整体上呈上调表达趋势,其候选靶基因呈下调表达趋势;外源IBA处理显著诱导miR396家族成员的表达,尤其是在不定根诱导期和根系生长期更为显著。     

苹果全基因组CRF家族成员鉴定及在不定根发育过程中的表达分析

通过生物信息学分析,从‘金冠’苹果基因组鉴定得到了11个细胞分裂素响应因子（CRF）基因。根据基因在染色体上的位置,将其依次命名为MdCRF1 ~ MdCRF11,并对其进行理化特性、基因结构、系统进化和启动子元件分析。MdCRF编码的蛋白在137 ~ 435 aa之间,等电点在4.26 ~ 9.68之间。基因结构分析发现,MdCRF1有2个外显子1个内含子,MdCRF11有3个外显子2个内含子,其余基因都只含有外显子,没有内含子;保守基序列分析发现,MdCRF蛋白的保守基序数量在5 ~ 9。通过系统进化分析将家族成员分为G1、G2和G3共3个亚组,每个亚组内成员数量相对均匀。组织特异性表达分析发现11个基因在不同杂交种苹果和不同器官中的表达量存在明显差异。以苹果砧木‘T337’为材料,qPCR验证了MdCRF家族基因大部分在根、茎、愈伤组织中高表达,同时也响应生根处理表达量发生显著下调。对11个MdCRF蛋白之间的网络调控关系进行了研究,分析预测了相关基因间的潜在联系。结合分析可知,其中MdCRF8、MdCRF10和MdCRF11可能参与调控苹果砧木不定根发育。     

苹果HSP90家族基因鉴定及高温胁迫下的表达分析

为了探究热激蛋白(HSP90)基因家族成员在苹果(Malus×domestica Borkh.)耐热中的作用,利用生物信息学方法对苹果HSP90基因家族成员进行鉴定,并分析其在高温胁迫下和不同组织中的表达规律。结果表明,苹果HSP90基因家族有11个成员,分布于10条染色体上,其氨基酸序列大小介于104～818 aa,蛋白质分子质量介于11.81～93.58 kD。转录组分析显示,11个MdHSP90家族成员中,有4个基因,MdHSP90-1、MdHSP90-3、MdHSP90-5和MdHSP90-11在高温胁迫下显著上调;亚细胞定位显示这4个基因中前三者定位在细胞膜与细胞核上,而后者定位在细胞核上;进一步通过qR T-PCR分析发现这4个基因在两种苹果砧木平邑甜茶(Malus hupehensis)和变叶海棠(Malus toringoides)中的表达趋势基本一致,其表达量在高温胁迫早期大幅升高,在中后期有所下降;不同苹果组织中均能检测到这4个基因的表达,高温处理可不同程度地激活这些基因的表达,表明它们可能在苹果耐热胁迫中具有重要作用。     

苹果POD家族基因的鉴定与MdPOD15的功能分析

为探究苹果过氧化物酶（POD）基因家族成员在苹果逆境下的作用，利用已报道的拟南芥POD基因，通过多序列比对鉴定出51个苹果POD(MdPOD)家族成员，并分析其在逆境条件下的表达规律。结果表明51个家族成员分布于13条染色体上，其编码95～1 443个氨基酸，蛋白分子量为10.18～161.02 kD，等电点为4.36～9.90。分析表明该基因家族可分为6个亚族，外显子数介于1～40。选择压分析表明20个基因在进化过程中受到纯化选择作用。亚细胞定位发现MdPOD15主要存在于细胞膜、细胞质、细胞核和叶绿体中。基因芯片表达图谱显示大部分MdPOD在花、叶和果实中表达量较高。实时荧光定量PCR表明，ABA处理2 h大部分基因的表达量上调，之后出现下降，PEG处理12 h后51个MdPOD基因表达量达到峰值，而用NaCl处理时MdPOD的表达量到24h时达到峰值。烟草叶片瞬时表达MdPOD15发现，其在细胞膜、细胞质和细胞核中表达，且苹果愈伤组织中MdPOD15的超表达可缓和非生物胁迫对细胞的损伤程度，由此可知MdPOD在不同非生物胁迫下的不同时间段可能发挥不同的作用。     

苹果矮化砧‘71-3-150’对冷胁迫的生理与转录组响应

为探索苹果矮化砧木抗寒的生理和分子机制,筛选抗寒相关基因,分析了苹果高抗寒矮化砧木‘71-3-150’在冷胁迫(4℃)0、2、6、12和24 h时的膜伤害、活性氧代谢、渗透调节物质积累等生理指标及转录组的变化。结果表明:‘71-3-150’在冷胁迫0~2 h即表现出抗氧化和渗透调节反应,6 h后SOD、CAT等活性氧清除酶活性及主要渗调物质维持在较高水平趋于稳定,膜伤害加重趋势缓解,说明其具有快速响应冷胁迫的生理机制,0~6 h是其冷适应的关键时期;转录组分析表明,0 h vs 2 h、0 h vs6 h、0 h vs 12 h和0 h vs 24 h等比较组分别含有491、1 115、828和1 047个上调差异表达基因及537、688、708和1 016个下调差异表达基因,其中4个组共有的115个上调基因和136个下调基因表现为6种表达模式;筛选出28个‘71-3-150’冷适应过程中存在显著差异表达的功能基因与转录因子基因,调控低温信号感知与传导的基因在0~2 h出现显著性上调表达,参与渗透调节、活性氧代谢、膜和蛋白保护等过程的基因随低温处理呈现多样性表达模式,表明该砧木在冷适应过程中存在快速和多样的低温信号感知、转导和响应的分子机制。     

苹果NAD–苹果酸酶基因的克隆及在不同组织和果实发育阶段的表达分析

 NAD-malic enzyme（NAD-ME）是植物调控苹果酸代谢中的关键酶。以富士苹果（Malus × domestica Borkh.）叶片为试材,通过同源比对和RT-PCR 技术,克隆获得2 个NAD–苹果酸酶基因 （MdNAD-ME1 和MdNAD-ME2）。其ORF 分别为1 785 bp 和1 818 bp,推测其分别编码595 和605 个氨 基酸的多肽。氨基酸序列和结构分析显示,含有5 个保守的氨基酸区域（Ⅰ~Ⅴ）,包含2 个功能结构域： malic 和NAD_bind_1_malic_enz。进化树分析结果显示,MdNAD-ME1 属于α 组双子叶亚组,MdNAD-ME2 属于β 组双子叶亚组。荧光实时定量结果显示,MdNAD-ME 在被检测的组织中呈组成型表达,且在多种 组织中MdNAD-ME1 表达量高于MdNAD-ME2。在富士苹果果实不同发育阶段,MdNAD-ME1 与MdNAD-ME2 具有不同的表达模式。以上结果表明,克隆得到的MdNAD-ME1 和MdNAD-ME2 属于植物NAD-ME,在 苹果的生长和发育过程中MdNAD-ME1 和MdNAD-ME2 可能起到不同作用。     

苹果K~+转运蛋白基因家族鉴定及表达分析

利用苹果基因组筛选K~+转运蛋白基因,分析其系统发育关系,通过q RT-PCR检测它们在平邑甜茶各器官组织和不同发育阶段果实的表达特征。结果表明,在苹果中存在65个K~+转运蛋白基因,包括CHX家族(33个)、HAK家族(24个)、HKT家族(1个)和KEA家族(7个),它们与拟南芥K~+转运蛋白基因高度同源,其基因结构相对保守,并且不均匀地分布在13条染色体上。定量表达分析发现,K~+转运蛋白基因具有不同的表达模式,其中在根中高度表达的32个,在叶片中高度表达的12个,在茎尖中高度表达的11个,在果实中高度表达的19个。研究结果为揭示苹果K~+转运蛋白基因的功能提供了基础资料。     

MdMYB73的分子克隆及其在苹果愈伤组织和拟南芥幼苗中的盐抗性功能鉴定

从‘嘎拉’苹果中克隆了一个MYB转录因子基因(序列号:MDP0000894463)。该基因包含长为729 bp完整的开放阅读框,编码243个氨基酸,预测其蛋白质分子量为26.34 kD,等电点为9.29。系统进化树分析表明,这一MYB转录因子与拟南芥AtMYB73同源序列相似性最高,因此将其命名为MdMYB73。功能域分析表明,MdMYB73蛋白含有保守的R2R3-typeMYB绑定域。荧光定量PCR分析表明,MdMYB73在苹果的各个组织均有表达,在叶片和花中表达相对较高;MdMYB73的表达明显受盐胁迫的诱导。将异位表达MdMYB73的拟南芥幼苗进行抗盐鉴定,结果表明MdMYB73负调控拟南芥盐胁迫抗性;同时,AtSOS1,AtSOS3和AtNHX1抗盐相关基因的表达水平显著降低,表明MdMYB73可能负调控SOS反应,影响拟南芥抵抗高盐胁迫过程。将MdMYB73基因遗传转化苹果愈伤组织,抗盐表型分析表明,MdMYB73过量表达也明显降低了转基因愈伤组织对盐胁迫的抗性。     

苹果锚蛋白基因ANK家族生物信息学鉴定分析

 利用生物信息学方法对苹果ANK基因家族成员及分类鉴定,同时对其染色体定位、系统进化关系及芯片表达特性进行了分析。苹果MdANK家族包含351个基因,根据蛋白结构域差异分为16个类别,ANK-M类型最为庞大,有143个ANK蛋白;苹果的17条染色体均有ANK家族基因分布,其中第2条染色体上分布最多,有36个ANK基因。MdANK编码的蛋白在72 ~ 2 429个氨基酸范围内,等电点在4.30 ~ 11.13之间。芯片分析发现,在苹果果实成熟时期及砧木接穗互作过程中,多数MdANK基因的表达都有不同程度变化。