过表达玉米ZmSC1基因增强转基因拟南芥的耐盐性

旨在从玉米中克隆耐盐相关基因ZmSC1,分析其分子特征并在拟南芥中研究其耐盐性的生物学功能。以玉米B73为试验材料,克隆ZmSC1全长序列,与其他物种进行同源性比对,解析其盐诱导表达模式和亚细胞定位情况,将ZmSC1转入到拟南芥突变体atsc和野生型中,观察在盐处理下种子萌发率和主根根长情况,利用荧光定量PCR分析相关逆境（140 mmol·L^-1胁迫）基因的表达量。结果表明,ZmSC1基因全长为423 bp,编码141个氨基酸,ZmSC1和小麦、拟南芥中已知的TaSC1、AtSC1具有较高保守性。烟草细胞瞬时表达、玉米原生质体亚细胞定位研究表明ZmSC1定位于细胞膜中。生物学功能研究发现在140 mmol·L^-1的NaCl的盐处理下,相比较于拟南芥突变体,回补植株拟南芥的种子萌发率和主根根长得到了明显改善,这说明ZmSC1基因可以回补拟南芥同源基因AtSC1突变体植株在盐胁迫下的表型。ZmSC1基因过表达拟南芥植株的种子萌发率和主根根长也显著高于野生型植株。荧光定量PCR结果显示相较于野生型,在过表达植株中AtRD29A、AtSOS2、AtSOS3、AtCDPK1等胁迫相关基因的表达量也明显增强。研究结果表明TaSC1、AtSC1的同源基因ZmSC1对提高拟南芥的耐盐性具有重要作用。     

木薯SR45亚家族基因鉴定及表达

目的 精氨酸和丝氨酸富集蛋白(Arginine/serine-rich proteins,SR)为剪接复合体的主要成员,不仅参与植物前体mRNA可变剪接过程,在植物非生物胁迫中也具有相当重要的作用。SR45基因为SR基因亚家族成员之一。本研究旨在分析木薯SR45亚家族成员蛋白结构特征与表达模式,为进一步了解该亚家族基因在木薯中的功能提供理论支持。方法 利用生物信息学技术重新构建木薯SR基因家族进化树,对木薯SR45亚家族蛋白理化性质、基因结构、保守结构域进行分析,同时利用转录组数据分析低温与干旱胁迫下SR基因表达变化,运用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)研究各基因成员在不同组织中的特异性表达以及对低温胁迫的响应。结果 木薯SR基因家族共7个大类26个成员,SR45亚家族共有5个成员;SR45亚家族基因编码蛋白长度为135~423 aa,相对分子质量为14970~47210,等电点为5.19~12.34;预测其主要定位于细胞核和叶绿体;SR45编码RS结构域和RRM结构域,具有Motif 3、Motif 6、Motif 2和Motif 1保守基序。转录组数据和RT-qPCR分析表明,SR45基因均响应木薯低温胁迫,且MeSR45-2显著上调表达,MeSR45-4、MeSR45-5在木薯根和叶中有较高表达量。结论 木薯SR45亚家族基因显著响应低温胁迫;将MeSR45-2基因列为调控低温逆境变化的候选基因,将根和叶列为研究SR45基因亚类成员的主要组织。本研究为探索木薯SR45基因奠定了理论基础,并为进一步研究木薯SR45基因逆境胁迫应答过程指明了方向。     

甘薯β-淀粉酶家族基因的全基因组鉴定和表达分析

目的 挖掘甘薯Ipomoea batatas基因组中β-淀粉酶(Beta-amylase)基因家族序列信息,分析结构与功能信息。方法 基于甘薯栽培种‘泰中6号’全基因组测序数据,利用生物信息学分析方法对鉴定到的12个甘薯β-淀粉酶家族成员进行结构域保守性分析、染色体定位、潜在重复基因筛查、保守基序分析和系统进化树构建,利用转录组数据进行低温胁迫下相关基因的表达分析。结果 12个β-淀粉酶基因分布于甘薯第2、4、5、6、11、12、13和14号染色体上,含有8个具有潜在重复关系的基因对。多重比对和功能结构域搜索结果显示,甘薯β-淀粉酶家族的氨基酸序列中含有3个保守性较高的区域和10个保守基序。甘薯与其他物种β-淀粉酶蛋白的系统进化分析结果显示,62个β-淀粉酶家族成员被分为S1~S7等7个亚组,甘薯β-淀粉酶家族成员主要分布在S2、S4、S5、S6以及S7亚组中,且大多与拟南芥、马铃薯以及番茄的β-淀粉酶为同一分支。转录组测序数据分析结果显示,在低温贮藏的过程中有6个甘薯β-淀粉酶基因表达量出现变化,其中‘徐薯15-1’有2个基因上调表达、4个基因下调表达,‘徐薯15-4’仅有2个基因下调表达。结论 β-淀粉酶是一类关键的淀粉水解酶,在甘薯生长发育和薯块贮藏阶段淀粉降解为还原糖的过程中发挥着重要作用,本研究鉴定得到的12个甘薯β-淀粉酶基因序列信息为进一步探讨甘薯β-淀粉酶基因家族的生物学功能提供数据参考。     

苹果GRF基因家族在非生物胁迫下的表达分析

GRF（Growth Regulating Factor）基因家族是一类植物特有的转录因子,它在调控植物的生长发育、渗透胁迫等方面发挥重要作用,主要通过调控细胞增殖过程促进植物组织器官的生长,提高植物对环境胁迫的适应性,因此,研究GRF基因家族在逆境条件下的表达调控具有重要意义。利用生物信息学分析和实时荧光定量PCR技术研究苹果中12个 GRF 基因在干旱、盐害和温度胁迫条件下的表达情况。结果表明：苹果MdGRFs基因参与响应非生物胁迫,干旱、盐害、高温和低温条件下MdGRFs表达量多数有明显变化。分别用干旱、盐害处理苹果幼苗后有相同的4 个MdGRFs基因呈上调表达趋势;分别用干旱、低温处理后也有4 个基因有相似的诱导表达; MdGRF05和 MdGRF07受到干旱、盐害和低温的诱导表达;盐胁迫处理后,12 个MdGRFs基因中有8个明显上调,4个明显下调;高温条件下, MdGRF04、 MdGRF05、 MdGRF07、 MdGRF09和 MdGRF11基因表达上调略明显, MdGRF02、 MdGRF03和 MdGRF10表达均下调,其中高温12 h 后,几乎检测不到 MdGRF10的表达。     

大豆核因子GmNF-YA13基因的克隆及功能分析

【目的】探究大豆核因子GmNF-YA13基因在大豆应对非生物胁迫中的生物学功能,为GmNF-YA13基因在抗逆育种中的应用奠定基础。【方法】以大豆北豆9号和烟草NC89的种子为供试材料,将大豆培养至第一片三出复叶展开后,分别进行干旱、高盐、低温和脱落酸（ABA）处理,通过实时荧光定量RT-PCR（qRT-PCR）对GmNF-YA13在以上4种非生物胁迫下的相对表达量进行检测,并对GmNF-YA13进行克隆及生物信息学分析,将GmNF-YA13转化烟草,并对转基因烟草中抗逆相关基因（NtABA2、NtOsmotin、NtAPX2、NtSOD、NtCAT1和NtCaMK3）的表达量进行qRT-PCR检测。【结果】干旱、高盐、低温和ABA处理均能不同程度诱导GmNF-YA13的表达,其中干旱胁迫和ABA处理对GmNF-YA13的诱导效果尤为显著。GmNF-YA13位于大豆基因组13号染色体,开放阅读框915 bp,编码含有304个氨基酸的蛋白质,该蛋白质分子量75.14 ku,等电点5.10。GmNF-YA13蛋白序列包含一个保守的DNA结合结构域。蛋白系统进化分析结果表明,GmNF-YA13与GmNF-YA7和拟南芥AtNF-YA1亲缘关系较近。启动子顺式作用元件预测分析结果表明,GmNF-YA13启动子区含有3个ABA响应元件ABRE、1个厌氧诱导元件ARE、1个防御和胁迫反应元件TC-rich repeats及1个干旱诱导的MYB转录因子结合位点MBS。GmNF-YA13在大豆叶片中的相对表达量最高。同时构建GmNF-YA13植物表达载体,并将GmNF-YA13转化烟草,获得3株转基因烟草植株。转基因烟草中抗逆相关基因表达量检测结果显示,转基因烟草中的NtABA2、NtOsmotin和NtAPX2相对表达量均显著高于野生型烟草,转基因烟草中NtSOD、NtCAT1和NtCaMK3的相对表达量与野生型烟草差异不显著。【结论】GmNF-YA13与大豆干旱、高盐、低温等非生物胁迫之间关系密切,GmNF-YA13可能通过促进抗逆相关基因表达量的升高以提高转基因烟草的抗逆性。     

利用CRISPR/Cas9系统构建可诱导型猪Sohlh1基因敲除细胞系

目的 将Tet-on系统与CRISPR/Cas9系统相结合建立诱导敲除猪Sohlh1基因的细胞系。方法 分离培养猪胎儿成纤维细胞(PFF),进行慢病毒载体PCW-eSpCas9(1.1)侵染并通过1 μg/mL嘌呤霉素筛选及强力霉素(Dox)诱导;改造pLV-sgRNA载体,进行293FT细胞转染验证;构建含Sohlh1基因目标靶点的pLV-sgRNA-2A-GFP特异性载体,进行慢病毒包装检测;利用包装病毒侵染稳转PCW-eSpCas9(1.1)的PFF细胞,3 μg/mL灭稻瘟菌素进行筛选,随后添加Dox诱导进行表达分析和敲除效率检测。结果 建立了受Dox调控可诱导eSpCas9(1.1)蛋白表达的PFF细胞系,不添加Dox,eSpCas9(1.1)蛋白不表达;293FT细胞表达绿色荧光,表明pLV-sgRNA-2A-GFP载体改造成功。3、4、6号Sohlh1基因靶点具有敲除活性,利用最优的2个靶点构建了pLV-sgRNA-2A-GFP特异性载体,荧光表达显示载体慢病毒包装成功。构建稳转PCW-eSpCas9(1.1)和pLV-sgRNA-2A-GFP的PFF,经Dox诱导72 h后,Sohlh1基因的敲除效率为85%。结论 利用Tet-on系统和CRISPR/Cas9系统成功构建了可诱导型猪Sohlh1基因敲除细胞系,为研究Sohlh1基因的功能以及制备条件性敲除Sohlh1基因去除生殖细胞的模型猪奠定了基础。     

四季秋海棠BsMYB62的抗旱性功能研究

【目的】以前期从四季秋海棠叶片中克隆得到的R2R3型MYB转录因子BsMYB62为研究对象,分析其在干旱胁迫下的功能。【方法】对四季秋海棠MYB62蛋白进行亚细胞定位,并通过实时荧光定量PCR方法明确BsMYB62基因在四季秋海棠根、茎、叶、雄花和雌花5个组织部位中的表达情况;构建BsMYB62基因的过表达载体转化到拟南芥,观察过表达转基因株系与野生型植株在萌发期和幼苗期遭受干旱胁迫时的生长表型、种子萌发和根长情况,测定各株系在幼苗期干旱胁迫处理时的叶绿素荧光参数PSⅡ最大光化学效率（F_v/F_m）,叶绿素、丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）含量,抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性以及转基因株系中BsMYB62基因的相对表达量变化。【结果】BsMYB62定位于四季秋海棠的细胞核,其在根、茎、叶和雌雄花中均有表达,其中以根和茎中的表达水平较高。在MS培养基中,野生型拟南芥和3个BsMYB62过表达转基因株系（OE1、OE2和OE3）的发芽率和长势均无显著差异,而在200 mmol/L甘露醇（模拟干旱胁迫）培养基中,OE1、OE2和OE3在胁迫处理后前2 d的发芽率及主根长均显著高于野生型拟南芥,幼苗长势也明显优于野生型。置于培养土中干旱胁迫1 d时,OE1、OE2和OE3的BsMYB62即被显著诱导;干旱胁迫13 d时,OE1、OE2和OE3的F_v/F_m、叶绿素含量、Pro含量以及SOD、POD和CAT活性均显著高于野生型拟南芥,而MDA含量则显著低于野生型拟南芥。【结论】BsMYB62基因通过提高转基因拟南芥的光合潜能和抗氧化能力,显著增强其对干旱胁迫的抗性。     

拟南芥AtWRKY33基因启动子的克隆及表达分析

以野生型拟南芥为材料,采用PCR技术克隆得到了拟南芥AtWRKY33基因起始密码子ATG上游1 629 bp启动子序列,并利用该启动子驱动GUS基因在野生型拟南芥中表达,对获得的转基因拟南芥采用重金属Cd处理不同时间,进行GUS染色及定量分析。结果表明：AtWRKY33基因启动子与GUS融合表达载体成功构建并正常启动GUS基因表达;拟南芥植株中的AtWRKY33基因在根中大量表达;定性与定量实验均显示经重金属Cd处理后的拟南芥幼苗中AtWRKY33基因随着时间增加而被显著诱导表达。说明该基因响应重金属Cd胁迫。     

大豆GmPIN2b调控根系响应低磷胁迫的功能研究

目的 研究生长素转运蛋白PIN基因家族在大豆Glycine max 根系适应低磷胁迫中的功能。方法 对大豆23个GmPIN家族成员进行进化树分析和表达模式分析,并进一步对GmPIN2b进行功能分析。结果 大豆23个GmPIN家族成员分散在7个不同的亚族,其中,GmPIN2a、GmPIN2b和GmPIN9a、GmPIN9d与拟南芥Arabidopsis thaliana的AtPIN2位于同一亚族。不同GmPIN家族成员在大豆中的组织表达定位及其受低磷调控的表达模式不同,其中,GmPIN2b在大豆根系中的表达水平在低磷胁迫6 d后显著上调,回补表达GmPIN2b能够部分恢复Atpin2突变体的表型。无论在低磷还是高磷条件下,回补表达GmPIN2b的转基因植株鲜质量和主根长均显著高于Atpin2突变体;而且回补表达GmPIN2b显著提高了Atpin2突变体在低磷条件下的一级侧根数,以及高磷条件下根系对重力的敏感性。结论 GmPIN2b在大豆根系形态建成响应低磷胁迫的过程中起重要的调控作用。     

石榴低温响应因子CBF基因家族鉴定及其表达分析

CBF（C-repeat binding factor）是AP2家族的一类转录激活因子,在植物响应低温胁迫和提高植物耐寒性方面具有重要作用。虽然多个石榴品种的基因组已经发布,但仍缺乏对其CBF基因家族的全面研究。为全面分析石榴（Punica granatum L.）CBF基因家族分子生物学特性,本文对鉴定到的PgCBFs成员进行了生物信息和表达分析。结果表明,石榴全基因组中有7个CBF基因家族成员,蛋白序列中除包含AP2结构域外,还具有CBF特征序列PKKPAGRxKFxETRHP和DSAWR;7个成员集中分布在染色体1和4上,编码蛋白质氨基酸长度为201~267 aa,分子质量为21.69~29.81 ku;进化分析显示PgCBFs基因家族成员分布在Group Ⅱ~Ⅳ 亚组中,与水稻CBF成员组成的Group Ⅰ存在明显区分;除 PgCBF2、 PgCBF4、 PgCBF5基因结构中含有1~2个内含子外,其余与其他物种类似,属内含子缺失型;编码的蛋白序列均含有保守基序Motif 1~7;蛋白二级结构主要为不规则卷曲和α-螺旋,三级结构较为相似。PgCBFs基因家族扩增主要来源于串联重复,并与拟南芥、苹果、桃分别存在2对、5对和4对共线性关系;GO注释显示PgCBFs多与转录调控、低温胁迫或激素诱导相关;启动子区含有多种顺势作用元件,主要为胁迫刺激、激素诱导和光响应元件;基因表达分析发现除 PgCBF6外,其余成员在根中高度表达,在低温胁迫处理下PgCBF在根和韧皮部表达量显著上调,其中 PgCBF7能够快速响应并持续应答低温诱导。结合进化树、共线性、启动子以及表达分析,推测 PgCBF7可能与石榴幼苗低温胁迫调控相关。本研究可为深入研究石榴CBF基因家族生物学功能提供理论基础。     

二穗短柄草DREB1G基因表达模式分析和在拟南芥中的异源过量表达

CBF/DREB基因是一类植物特异性转录因子,通过调控下游抗逆相关基因的表达,在植物逆境胁迫应答过程中发挥重要作用。为了研究新型的禾本科模式植物二穗短柄草DREB基因的功能,克隆BdDREB1G的cDNA序列,分析该基因在各种非生物胁迫条件下的表达,构建过表达载体,获得转基因拟南芥。结果表明:高温、低温和水杨酸胁迫处理显著诱导BdDREB1G的表达,暗示该基因响应高温和低温胁迫。初步观察结果说明,该与野生型拟南芥相比,转基因植株生长发育迟缓。这些为研究该基因响应非生物胁迫的功能奠定基础。     

基于高通量测序的低温胁迫下赤桉miRNAs的挖掘与分析

目的 预测、挖掘和分析涉及赤桉Eucalyptus camaldulensis低温胁迫应答的miRNA,为研究其调控赤桉低温胁迫应答的分子网络奠定基础。方法 采用高通量测序对低温处理组和对照(CK)组的赤桉组培苗茎尖进行小RNA测序。以miRBase21.0、Rfam14.1和巨桉E. grandis基因组为参考数据库,利用Bowtie、miREAP和miRDeep2等软件进行miRNA预测,使用RNAfold对预测到的miRNA前体进行二级结构的折叠;采用psRNATarget预测靶基因,通过DEGSeq包分析差异表达的miRNA,并对它们进行GO注释和KEGG富集分析。结果 在赤桉中,共预测到隶属于54个家族的392个已知miRNA和97个新miRNA;其中,CK组共预测到282个已知miRNA,65个新miRNA;低温处理组共预测到329个已知miRNA,51个新miRNA。挖掘到80个在低温处理下显著差异表达的miRNA,包括55个上调和25个下调。GO基因功能注释和KEGG富集分析的结果表明,这些差异表达miRNA可能通过参与代谢通路、次生代谢物的生物合成、细胞膜的改变、信号转导和生物调节等响应低温胁迫。此外,还挖掘到25个可能与ICE1-CBFs-COR通路有关的miRNA。结论 借助高通量测序和生物信息学软件初步得到了低温胁迫下差异表达的赤桉miRNA,为进一步分析这些miRNA在赤桉低温胁迫中的分子功能提供一些参考。     

基于转录组测序的半滑舌鳎长链非编码RNA的初步鉴定与分析

以抗病家系与易感家系半滑舌鳎为材料,进行哈维弧菌感染实验,并对易感家系感染前(CsSU)、易感家系感染后(CsSC)、抗病家系感染前(CsRU)、抗病家系感染后(CsRC)4组进行转录组测序,根据RNA-seq数据挖掘半滑舌鳎长链非编码RNA信息;通过生物信息学分析,筛选出与抗哈维弧菌病相关的差异长链非编码RNA(long non-coding RNA, lncRNA)。结果显示,共识别出4 584个lncRNA座位,包含5 714个转录本;其基本特征与编码基因的比较分析,lncRNA的GC含量低于编码基因,单外显子基因数多于编码基因,转录本的平均长度长于编码基因,基因表达量低于编码基因。对4组样品进行两两比较(CsRU vs CsSU、CsRC vs CsSC、CsRC vs CsRU、CsSC vs CsSU)分别筛选出818、813、261、140个差异表达lncRNA,其中CsRU与CsSU之间、CsRC与CsSC之间lncRNA数目差异最多,通过聚类分析确定了各实验组的表达模式之间的联系,CsRU与CsSU之间的表达模式最为相近。通过共表达分析,预测出lncRNA和274个编码基因可能存在14 539种相互关系,并进行了功能注释,进而筛选出7个关键lncRNA。qRT-PCR结果显示,差异表达lncRNAs的表达模式和转录组数据得到的基本一致。研究结果为揭示lncRNA在半滑舌鳎抗哈维弧菌免疫调控反应中的作用提供重要的参考数据。     

甘蓝型油菜WOX基因家族的鉴定与表达分析

对甘蓝型油菜WOX基因家族进行研究，利用生物信息学方法鉴定到58个家族成员，对其理化性质、系统发育树、基因结构、保守结构域、染色体位置、顺式作用元件和表达模式等进行分析，结果表明：氨基酸长度为121~397，分子质量为13 962.77~44 157.46 u，等电点为5.23~9.63，亲水性均小于0，不稳定系数为42.12~75.63，亚细胞定位在细胞核和叶绿体；系统进化树将WOX基因分为3大类和9个亚支；相同亚支的成员motif和基因结构相似或相同；除 BnWOX1、 BnWOX3、 BnWOX4、 BnWOX15、 BnWOX32、 BnWOX42、 BnWOX43、 BnWOX51、 BnWOX53 基因外，其余 49 个BnWOX基因不均匀分布在19条染色体中的18条染色体上(ChrC06 除外)，有38对串联重复基因；基因上游序列中包含转录因子结合位点、逆境响应、光响应、激素响应、分生组织调控等顺式作用元件等；各组织器官表达分析表明，BnWOX基因在根、茎尖、种子、角果中表达量较高；对WOX基因进行定量分析发现，在冷胁迫和干旱胁迫下基因表达量有显著变化，表明BnWOX基因可能在油菜响应冷/旱胁迫的调控机制中发挥着重要作用。     

陆地棉小GTP结合蛋白基因GhROP1和GhROP8的克隆及表达分析

为探究棉花ROP基因在非生物逆境胁迫及外源激素处理下的表达模式,利用同源克隆的方法获得2个陆地棉(Gossypium hirsutum L.)ROP基因GhROP1和GhROP8,通过生物信息学方法分析其理化性质、结构及进化关系,并利用荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对其组织表达的特异性及不同逆境胁迫和外源激素处理下的表达模式进行分析。结果表明：1)GhROP1和GhROP8基因的开放阅读框(ORF)分别为591和630 bp,各编码197和210个氨基酸,均含有1个保守的RHO结构域。2)多序列比对显示2个GhROPs蛋白均符合ROP蛋白结构特征且与其他物种ROP蛋白具有高度的相似性,聚类分析表明,GhROP1蛋白属于Ⅰ类ROP蛋白,GhROP8蛋白属于Ⅱ类。3)2个GhROPs基因在不同组织中均有表达且存在组织特异性：GhROP1基因在真叶中表达量最高,在根部和茎部表达量较低;GhROP8基因在根部表达量最高,其他组织中均为低表达量。2个GhROPs基因对于干旱、高盐、低温及高温等非生物逆境胁迫和外源脱落酸(ABA)、生长素(IAA)的处理均有响应：2个GhROPs基因表达均受...     

水稻溶血磷脂酸酰基转移酶基因(LPAT)家族生物信息学分析及在籽粒油脂合成中的作用

【目的】挖掘水稻溶血磷脂酸酰基转移酶(Lysophosphatidic acid acyltransferase,LPAT)基因家族成员信息，分析其生物信息学特征及在水稻籽粒油脂合成中的作用。【方法】通过生物信息学分析，对OsLPAT基因家族进行基因结构、系统进化树、组织表达谱以及激素和逆境表达谱等分析。利用比较代谢组和转录组学的方法，分析OsLPAT家族各成员在水稻籽粒油脂合成中的作用。【结果】水稻基因组中LPAT家族包含5个成员，分别命名为OsLPAT1～OsLPAT5。除OsLPAT1外，其他成员均含有4～6个外显子，且各成员均包含Acyltransferase Cterminus (PF01553)结构域；进化分析显示，LPAT基因在单子叶植物中较为保守；OsLPAT2的表达受多种逆境条件及激素诱导，OsLPAT3和OsLPAT5的表达受到脱落酸(Abscisic acid,ABA)的强烈诱导，而OsLPAT4则特异性地受到渗透胁迫的诱导；比较代谢组和转录组学分析显示，OsLPAT家族各成员分别在籽粒发育的不同阶段发挥功能，从而促进油脂(Triacylglycerol,TAG)...