甘蓝自交不亲和性相关基因BoPLL的克隆、定位与表达分析

对高度自交不亲和甘蓝柱头进行自花授粉和异花授粉处理后,取柱头进行蛋白质表达谱的比较研究,获得一种受自花授粉诱导下调表达,异花授粉诱导上调表达的蛋白,命名为BoPLL。进一步分析转录组数据发现,BoPLL在自花授粉0 ~ 30 min上调表达,30 ~ 60 min下调表达,而在异花授粉0 ~ 60 min一直上调表达。克隆获得cDNA为1 212 bp,编码含403个氨基酸残基的蛋白质BoPLL。序列分析发现BoPLL含有高度保守的PASTA结构域和CMM-10结构域、中度保守的PbH1结构域、低度保守的HYDRO结构域,说明该蛋白是典型的PLL家族蛋白。染色体定位结果表明,该基因与自交不亲和性相关基因不连锁。进化分析表明,甘蓝BoPLL与拟南芥AtPLL亲缘关系最近,与苜蓿MtPLL亲缘关系较远。RT-PCR发现,BoPLL在甘蓝花粉和柱头中表达,且柱头中的表达量明显低于花粉,在叶片、花蕾、萼片和花瓣中均没有检测到表达信号。荧光定量PCR结果显示,BoPLL在自花授粉和异花授粉15 ~ 60 min的表达变化趋势与转录组分析结果基本一致。根据上述结果推测BoPLL可能是一种参与甘蓝自交不亲和反应过程的基因。     

甘蓝PMEI家族基因结构、基因组分布和表达分析

为了弄清甘蓝PMEI家族基因成员数、基因结构和分布及其与自交不亲和性的关系,利用转录组测序和相关生物信息学方法对其进行了基因结构分析和全基因组鉴定,对家族基因进行了表达谱分析,并通过实时荧光定量PCR技术验证了基因的表达情况。结果表明,甘蓝中PMEI家族包含101个基因,分为11组,其成员不均匀分布在9条染色体上,主要通过全基因组三倍体复制(wholegenome triplication,WGT)和串联复制事件进行倍增,与拟南芥在1 556万年前发生分化。数字表达谱分析发现在101个基因中,BoPMEI56、BoPMEI54、BoPMEI32、BoPMEI29、BoPMEI78、BoPMEI30、BoPMEI57、BoPMEI58和BoPMEI84这9个基因在自花和异花授粉后表达趋势有明显差异。荧光定量PCR结果显示,其在自花授粉和异花授粉的表达变化趋势与转录组分析结果基本一致。这些结果表明:BoPMEI家族的101个成员中,可能至少有9个基因以不同方式参与调控甘蓝自花和异花授粉后的反应过程,可能与甘蓝自交不亲和性有关。     

结球甘蓝自花和异花授粉诱导的柱头转录组分析

分别以自花授粉30 min、异花授粉30 min和未授粉处理的甘蓝柱头进行Illumina HiSeq2000高通量转录组测序,分析自交不亲和性甘蓝自花授粉、异花授粉柱头与未授粉柱头中基因表达的差异。转录组测序共获得1.6 × 108对原始序列读取片段,总碱基数为2.38 × 1010 bp,与未授粉对照相比,自花、异花授粉后差异表达的基因分别有2 900个和2 328个,共有的差异表达基因1 904个。在差异表达基因背景和全部基因背景下,自花授粉较大比例的差异基因是细胞杀伤、胞外基质部分和核酸结合转录因子活性;异花授粉较大比例的差异基因是信号传递、胞外区域部分、结构分子活性和营养库活性。GO功能的显著性富集分析表明,自花授粉处理后特有的40个极显著的富集条目主要涉及糖跨膜转运活性、微管结合和钙调素依赖性蛋白激酶活性等。异花授粉特有的53个极显著的富集条目主要涉及法尼酸O–甲基转移酶的活性、微管负向运动和生长素跨膜运输等。自花授粉处理后特异差异表达的996个基因主要涉及钙离子结合、细胞骨架相关、茉莉酸和水杨酸代谢等生物过程,异花授粉处理后特异差异表达的424个基因主要涉及物质跨膜转运及脂质代谢。     

甘蓝NLR家族全基因组鉴定、进化分析及在不同病害胁迫下的表达分析

从全基因组水平鉴定了87个甘蓝NLR基因家族成员,并对其进行了进化分析和表达分析。基因结构和motif组成分析表明,87个基因可分为5个亚类:NB-LRR(34个)、CC-NB-LRR(6个)、TIR-NB-LRR(45个)、RPW8-NB-LRR(1个)和CC-TIR-NB-LRR(1个);染色体定位分析表明,该家族基因在9条染色体上呈不均匀地单一或成簇分布;进化分析表明,甘蓝35个NLR基因与白菜NLR基因存在同源关系,其余52个基因为甘蓝特有;利用转录组数据分析了参与甘蓝枯萎病、黑腐病、根肿病、霜霉病、白粉病等抗性应答相关的差异表达基因,发现参与不同病害胁迫抗性应答反应的NLR基因差异较大,这可能与不同NLR基因对不同病原特异性识别有关。     

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。     

香蕉α-淀粉酶基因家族的系统进化分析

α-淀粉酶(Amy)是一类关键的淀粉水解酶,在香蕉果实成熟淀粉降解转化为可溶性糖的过程中发挥着重要作用。本研究基于香蕉基因组数据,通过生物信息学的方法对香蕉α-淀粉酶基因的基本理化性质、二级结构预测、亚细胞定位、内含子和外显子结构和保守结构域进行初步的预测与分析,并构建系统发育树。结果表明,编码香蕉α-淀粉酶的基因有12个,根据在染色体的位置命名为MaAmy1~12,MaAmy基因家族编码的氨基酸的范围在79~914个,编码的蛋白相对分子量介于8.8~103.2kD之间,12个MaAmy蛋白中有8个偏酸性,3个偏碱性。不稳定指数分析发现,8个MaAmy蛋白为稳定蛋白;疏水性分析表明,所有的MaAmy蛋白为亲水性蛋白;香蕉MaAmy家族最多的含有13个内含子;进化分析表明,MaAmy家族分4个亚家族。     

甘蓝BoPID基因的克隆与分析

在通过酵母双杂交文库获得了与钙响应蛋白BoSPx相互作用蛋白BoPID的基础上,对BoPID的编码基因进行了克隆、时空特异性表达分析及筛选与其互作的蛋白,以期为BoSPx通过BoPID参与自交不亲和性分子过程提供依据。结果表明,BoPID包含2个外显子和1个内含子,编码439个氨基酸。激酶磷酸化预测分析显示具有激酶活性;系统进化和共线性分析显示BoPID具有较强的植物种属特异性,与芜菁、拟南芥和甘蓝型油菜等十字花科植物聚类在一起,BoPID与AtPID在染色体水平上高度同源。组织特异性表达分析显示BoPID在柱头中的表达量高于花器官中的其他部位。荧光定量PCR分析表明BoPID在甘蓝柱头自花授粉15 min显著上调表达,而后下调表达。启动子元件分析发现BoPID含有ABA、IAA、脱落酸、茉莉酸、水杨酸和胁迫响应等多个应答元件。BoPID蛋白定位于细胞膜和细胞质中,可能是一种泊位于膜上并突触于胞质中的双栖蛋白。酵母双杂交和GST-Pulldown结果表明BoPID与BoCML12、BoCaM2、BoPIN1能够发生相互作用。BoPID可能是BoSPx与Bo CML12、BoCaM2之间相互作用的桥梁蛋白,共同通过生长素调节钙响应的方式参与了自交不亲和分子过程。     

苹果WRKY转录因子家族基因生物信息学分析

 利用生物信息学方法对苹果MdWRKY转录因子家族成员、基因分类、染色体定位、系统进化关系和结构域序列保守性进行了预测,并分析基因在果实成熟期和砧穗互作中的表达差异。苹果MdWRKY家族包含116个基因,分为GroupⅠ、GroupⅡ和GroupⅢ,其中GroupⅡ又可细分为GroupⅡa、GroupⅡb、GroupⅡc、GroupⅡd和GroupⅡe亚类;苹果的17条染色体均有WRKY转录因子分布,其中第1条染色体上的分布最多,有12个WRKY基因分布。MdWRKY编码的蛋白在118 ~ 965个氨基酸范围内,等电点位于4.81 ~ 10.16之间。Microarray分析发现,在苹果果实成熟时期和砧木接穗互作过程中,多数MdWRKY基因的表达都有不同程度的变化。     

甘蓝ARF基因家族的鉴定与生物信息学分析

生长素响应因子(auxin response factor,ARF)基因家族是植物特有的转录因子家族,在调控植物生长发育过程中起重要作用。以公布的甘蓝基因组数据库为基础,采用生物信息学方法鉴定出29个ARF基因,命名为BoARFs,研究分析了其基因结构、染色体分布、蛋白质保守结构域、系统进化树及表达模式,以期为甘蓝ARF基因家族功能的深入研究提供参考依据。结果表明:BoARF家族基因结构相对复杂,含有2~14个外显子;在染色体上呈不均匀分布,除BoARF29基因未定位到染色体上外,其它基因均定位在不同的染色体上;所有BoARF蛋白均具有保守的B3结构域和Auxin_resp结构域,但只有21个BoARF蛋白包含1~2个AUX/IAA结构域;转录组数据表达模式分析表明,ARF基因具有不同的组织表达模式,部分基因表现出组织特异性。     

辣椒热激蛋白HSP90家族基因鉴定及分析

借助生物信息学工具对辣椒热激蛋白HSP90家族基因进行鉴定,并分析其理化性质、结构特征、系统进化关系以及在各组织器官和高温胁迫下的表达模式。结果表明,辣椒基因组中含有7个HSP90家族基因,分布于5条染色体上,内含子数2 ~ 19不等,含有5个保守基序;系统进化关系分析显示辣椒7个HSP90家族基因分为3组;亚细胞定位结果显示辣椒HSP90蛋白定位于细胞质与内质网中;基于已发表的转录组数据进行组织表达分析,HSP90在不同组织中的表达模式不同;高温处理可不同程度地激活HSP90的表达。     

结球甘蓝叶片卷曲相关7 个同源异型盒基因的克隆与表达分析

 以结球甘蓝（Brassica oleracea L.）‘519’品系为试材,通过结球期茎尖和叶片以及莲座期 茎尖和叶片的转录组对比分析,筛选出4 个显著差异表达HB 类基因,分别为BoHAT2、BoHB12、BoHB7 和BoHB27。进一步对上述4 个基因以及调控拟南芥（Arabidopsis thaliana）叶片卷曲但在结球甘蓝转录 组中未检测到表达差异的基因BoPHB、BoPHV 和BoREV 进行了同源克隆。序列分析表明上述7 个基因 都含有同源异型域（homeodomain,HD）,具有同源异型盒（homeobox,HB）蛋白家族的典型结构特征。 BlastP（蛋白序列与蛋白库做比对）表明它们与拟南芥的同源蛋白相似性高,来自结球甘蓝的BoHAT2、 BoHB12、BoHB7、BoHB27、BoPHB、BoPHV、BoREV 与拟南芥中的HAT2、ATHB12 、ATHB 7、ATHB27、 PHB、PHV、REV 蛋白同源,同源性分别为86%、80%、79%、60%、94%、95%和96%。BlastP 比对和 进化树分析结果表明,BoHAT2 属于HD-ZipⅡ类,BoHB12 和BoHB7 属于HD-ZipⅠ类,BoHB27 属于 ZF-HD,BoPHB、BoPHV 和BoREV 属于HD-Zip Ⅲ类。BoHAT2、BoHB12、BoHB7、BoHB27、BoPHB、 BoPHV、BoREV 在结球甘蓝莲座期到结球期的茎尖和叶片中均有表达,BoHB12 和BoHB7 在结球期叶片 中表达量显著增高,分别是莲座期叶片的38.1 倍和6.2 倍,其余基因表达量差异不明显,表明BoHB12 和 BoHB7 可能是结球甘蓝球叶自然卷曲过程中的主效调控基因。     

基于家族基因分析的甘蓝MLPK互作PUB蛋白的筛选

MLPK(M–位点受体激酶)是芸薹属自交不亲和正向调控关键元件,其参与自交不亲和信号传导的分子机制尚不明确,同时自交不亲和下游信号元件也有待于进一步分离。为了探索分离MLPK互作蛋白的思路和方法,构建了不含核定位信号的MLPK短截蛋白(MLPK-T),并利用酵母双杂交检测到MLPK与臂重复蛋白1(ARC1)作用,通过全基因组鉴定分别获得了96个甘蓝、101个白菜、70个琴叶拟南芥和62个拟南芥PUB蛋白,其中含有臂重复序列的PUB蛋白共为127个。通过系统进化分析,筛选到8个含臂重复序列的甘蓝BoPUB蛋白,其8个基因全部在柱头内表达,且成功利用酵母双杂交检测到MLPK与3个含臂重复序列的BoPUB蛋白Bol008579、Bol016165和Bol023511相互作用。     

甘蓝BYPASS1 编码基因的克隆与表达分析

通过双向电泳结合MALDI-TOF-TOF/MS 质谱技术在甘蓝柱头内鉴定出1 个受自花授粉诱导
上调表达的BYPASS1 蛋白（BPS1）。利用PCR 技术扩增甘蓝BPS1 基因的编码序列, 序列分析结果表明：
该基因没有内含子,开放阅读框为1 059 bp,编码352 个氨基酸,蛋白质分子量为38.7 kD。氨基酸同源
性和系统发生树分析结果表明：甘蓝BPS1 与拟南芥BPS1 亲缘最近,氨基酸同源相似性达85%;与烟草
BPS2 关系较远。RT-PCR 检测结果表明：甘蓝BPS1 基因在开花前1～2 d 的花瓣、萼片、花药、柱头和
叶片中均有表达,柱头中的表达量最高。实时荧光 定量PCR 分析结果表明：甘蓝柱头内BPS1 表达水平在
自花授粉后逐渐升高,异花授粉后柱头内BPS1 表达水平先升高后降低再升高。     

钙调素对梨自花及异花授粉后花柱自发荧光变化的影响

采用激光共聚焦显微镜研究了外源钙调素及其抗血清对‘丰水’梨自花（不亲和）和异花（亲和）授粉后花柱自发荧光变化的影响。结果表明：授粉12 h后,CaM处理后异花授粉花柱荧光值与未处理异花授粉花柱荧光值相比,花柱上部荧光值降低下部升高;而CaM处理后自花授粉花柱自发荧光值除距柱头2 500～3 000 μm外其余部分均高于未处理自花授粉花柱;CaM抗血清处理后异花授粉花柱荧光值除距柱头1 000～2 000 μm外其余部分均高于未处理异花授粉花柱;CaM抗血清处理自花授粉花柱自发荧光与未处理自花授粉花柱相比,分布规律发生改变,最高值位于距柱头1 000～1 500 μm处。授粉72 h后CaM处理后异花授粉花柱荧光值高于未处理异花授粉花柱,最高值位于子房端;CaM处理后自花授粉与未处理自花授粉花柱自发荧光值相比,分布规律发生改变,最高值位于距柱头1 500～2 000 μm处;CaM抗血清处理后异花及自花授粉花柱自发荧光与未处理异花及自花授粉花柱相比较分布规律均发生了改变,最高值都位于0～500 μm处。证实了外源CaM及其抗血清对自花、异花授粉的生理代谢过程均有影响。     

果梅花粉原位萌发及花粉管生长特性的研究

以软条红梅为试材,分别于白花授粉和异花授粉后的1、3、6、12、24、48、72、96、120 h切取花柱,用FAA固定液处理、荧光染色后压片观察,结果表明:异花和自花花粉都能在柱头上萌发,但在授粉后的48 h之内异花花粉的萌发率显著高于自花花粉的萌发率,如在授粉6 h后,异花花粉萌发率高达58％,而自花花粉的萌发率仅为23％。花柱内异花花粉管生长速度明显比自花的快,在授粉后花粉管到达花柱上部、中部及基部的数目均是异花高于白花。如授粉24 h后异花花粉管平均有30余根穿过花柱上部,约有14根到达中部,有2根到达基部;而自花授粉的花粉管分别仅有18、7和0根,且白花授粉时在72 h内均未见有花粉管到达花柱基部,主要在花柱中部前后停止生长。结果表明软条红梅自花授粉的花粉管主要是在花柱中部被抑制而停止生长,从而不能完成受精,表现出典型的配子体型自交不亲和性。     

转MLPK反义基因对甘蓝自交不亲和性的影响

对反义MLPK基因在甘蓝柱头特异启动子SLR的驱动下,通过农杆菌介导转化法将其导入高度自交不亲和甘蓝材料‘TF’。转基因甘蓝T0代植株定量PCR分析结果显示,不同的转MLPK反义基因单株内源MLPK mRNA积累量具有明显差异,其中转基因植株花期柱头内源MLPK mRNA积累量明显低于野生型对照。花粉原位萌发的荧光显微镜观察结果显示,转基因甘蓝植株花期自交后,吸附在柱头上的花粉粒大量萌发,且穿过柱头的花粉管明显增加,并导致花期自交结籽数上升,转基因植株花期和蕾期自交亲和指数均明显高于野生型对照植株。结果表明,下调MLPK基因表达能部分打破甘蓝自交不亲和,提高其花期自交结籽能力。     

转录组测序技术筛选安徽乌菜与普通白菜的差异表达基因

乌塌菜是白菜亚种的一个变种,叶面上有皱泡是安徽乌菜区别于其他白菜亚种的一个典型特征。采用Illumina高通量测序技术对安徽乌菜(黄心乌和黑心乌)和叶面平展的普通白菜进行转录组测序,共获得27.75 Gb clean data,各样品clean data均达到4.00 Gb,Q30碱基百分比在90.53%以上。将测序数据进行de novo拼接后得到127 988条转录本和46 950条unigene,平均长度分别为1 327.71 bp和856.26 bp。以FDR(false discovery rate)0.01且差异倍数FC(fold change)≥2为标准筛选安徽乌菜和普通白菜的差异表达基因,共筛选到1 296个差异表达基因。对所得差异表达基因进行不同数据库比对,共有1 156个差异表达基因被注释,其中1 150个差异表达基因注释到nr数据库;864个差异表达基因注释到GO数据库;200个差异表达基因注释到KEGG数据库,分属80条代谢通路。