适于植物转基因体系优化的绿色荧光蛋白表达载体构建及其瞬时表达验证

在建立和优化植物的转基因体系时,通常期望转化载体同时具有适用植株范围广、尺寸较小、具有多重选择标记或报告基因等优点。为此,通过Gateway技术,构建了含有绿色荧光蛋白基因GFP的植物表达载体pGWB14-GFP,并经PCR鉴定和测序验证了序列的准确性。利用基因枪转化法,将该载体转入洋葱表皮和小麦叶片中,通过荧光显微镜检测,发现绿色荧光蛋白在洋葱表皮细胞和小麦叶片表皮细胞中均能瞬时表达,表明pGWB14-GFP在双子叶和单子叶植物中都能正常发挥功能。本载体在双子叶和单子叶植物植物中都可使用,大小低于17 kb,含有GFP报告基因,具有两套卡那霉素和潮霉素选择标记基因,用于在细菌和植物中筛选,为植物转基因体系的构建和优化提供了功能强大的转化载体。     

籽粒苋C4型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因的克隆和表达分析

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase, PEPC)是C₄途径的关键酶之一。本研究克隆了双子叶植物籽粒苋(A. hypochondriacus L) C₄型PEPC基因的cDNA和gDNA全长序列。该基因编码区cDNA全长2 895 bp (GenBank Accession: HQ186302),编码964个氨基酸残基。对应的gDNA全长为6 785 bp,含10个外显子和9个内含子,内含子总长3 890 bp,其中第一内含子最长,为1 662 bp,具GATA-motif、G-box等15个光应答元件,9个激素应答元件,29个CAAT box,72个TATA box。该特征在本研究范围内的植物中,为籽粒苋所独有。比较多种植物表明,不同植物之间的C₃/C₄型PEPC基因的外显子长度具有较高的一致性,而内含子的长度变化较大。不同植物PEPC基因对核苷酸具有一定的选择性,并且外显子和内含子的GC含量呈正相关。总的趋势是单子叶植物外显子和内含子的GC含量均高于双子叶植物。利用半定量RT-PCR分析表达模式,发现籽粒苋PEPC基因主要在叶片中表达,表达量随光照时间延长而增加。     

高粱SbSBP15基因的克隆及分析

SBP-box (squamosa promoter binding protein, SBP)基因编码一类绿色植物特有的转录因子,它与器官大小的控制、株型、激素和逆境响应等植物重要发育过程密切相关。本研究克隆了高粱SbSBP15基因,对其进行了序列分析、系统进化分析及表达分析。SbSBP15基因编码一个由409个氨基酸组成的蛋白质,含有3个外显子和2个内含子,其SBP结构域位于96～165 aa区域;系统进化显示19个SBP15蛋白可分为4组(Ⅰ～Ⅳ),其中第Ⅰ～Ⅲ组内仅有单子叶植物蛋白,而第Ⅳ组中同时包含有单子叶植物蛋白和双子叶植物蛋白。Sb SBP15与玉米Ub2和Ub3关系最近;启动子序列分析表明,SbSBP15启动子的顺式作用元件包含逆境响应、组织特异性表达以及植物生长发育等相关元件;SbSBP15基因在花后10 d的种子中表达量最高,是苗期根部表达量的18倍;但是随着高粱种子不断发育,SbSBP15表达量逐渐降低,表明SbSBP15可能参与高粱种子发育的过程。本研究为进一步探索SbSBP15的生物学功能奠定了基础。     

甜高粱BIC1、BIC2的克隆及与蓝光受体Cryptochromes的相互作用分析

通过拟南芥、水稻和甜高粱BIC1、BIC2氨基酸同源序列比对,发现blue-light inhibitor of cryptochromes 1(BIC1)和blue-light inhibitor of cryptochromes 2(BIC2)有很高的相似性,尤其在与Cryptochromes相互作用的CID结构域。并通过12个不同物种BICs蛋白的进化分析发现,单子叶、双子叶和低等植物的BIC1和BIC2有明显的分支,而甜高粱BIC1和BIC2分别与玉米的BIC1和水稻的BIC2亲缘关系最近,这些结果暗示着BICs在单子叶和双子叶植物间进化中可能发生了分歧但功能可能是保守的。通过Sb BIC1、Sb BIC2与拟南芥CRY1、CRY2及甜高粱CRY1a、CRY1b的酵母双杂交分析发现,Sb BIC2与拟南芥CRY1、CRY2及甜高粱CRY1a、CRY1b都能发生蓝光依赖的相互作用,这个结果说明在甜高粱中Sb BIC2可能参与了CRYs调控的光形态建成。     

桑树EIN2基因的分离与表达

EIN2是植物体内乙烯信号转导的中心元件,负责将乙烯信号由内质网传递到细胞核中。本文通过检索桑树基因组数据,获得一个EIN2候选基因(MaEIN2),并进行生物信息学分析和表达分析。该MaEIN2全长5614 bp,由7个外显子和6个内含子组成,包含3921 bp的CDS,编码1036个氨基酸残基。MaEIN2在进化树中与草莓、桃树等双子叶植物的EIN2蛋白关系较近,与单子叶植物关系较远。MaEIN2在老叶和成熟果实中的表达量分别高于在幼叶和幼果中,且随果实发育呈逐渐上升趋势,MaEIN2可能与器官的成熟衰老有关。选用乙烯利、ABA和NaCl处理桑树种苗,乙烯利能够促进MaEIN2的表达,而ABA和NaCl抑制MaEIN2的表达。本文为深入研究MaEIN2基因的功能奠定了基础。     

花生TCP转录因子的全基因组鉴定及组织表达特性分析

TCP基因家族是植物中一类重要的转录因子,参与植物整个生长发育阶段的调控,尤其在花器官和分生组织中发挥重要作用。目前,在花生中尚无TCP相关基因的报道。为研究花生各TCP转录因子的生物调控作用,以及为进一步分析花生TCP基因提供参考信息,利用生物信息学方法在全基因组水平对花生TCP家族基因进行鉴定,分析其染色体定位、系统进化、基因结构、保守基序和基因表达模式。结果分别从花生野生种和栽培种鉴定出19个和32个TCP基因,不均匀分布在9个野生种染色体和14个栽培种染色体上。系统进化分析表明,51个花生TCP基因可划分为亚家族Ⅰ（PCF）和亚家族Ⅱ两个亚类,其中亚家族Ⅱ包括2个分支,CIN和CYC/TB1。这些基因都含有高度保守的bHLH结构域,但其内含子结构存在较大差异,内含子数量及长度分布与基因的系统进化有较大关系,其中亚家族Ⅰ成员的内含子较少,亚家族Ⅱ内含子较多,且长度差异较大。表达谱分析显示,仅有7个基因在各组织中呈现显著差异性表达,其中有6个基因的差异表达与分生组织和花器官有关,推测其在花生茎尖和花的生长发育过程中起重要作用。     

菠萝乌头酸酶家族基因鉴定及其表达分析

为了探究菠萝乌头酸酶家族基因在柠檬酸代谢中的作用,本研究系统鉴定了AcACOs家族基因及其生物学分析,共鉴定了6个菠萝乌头酸酶基因。根据构建系统进化树结果表明,单子叶植物与菠萝乌头酸酶基因家族亲缘关系更近,将6个成员命名为AcACO1～AcACO6;AcACOs理化性质分析结果表明,菠萝乌头酸酶家族基因差异较大,亚细胞定位均定位在线粒体;通过全基因组GFF注释文件,对其外显子-内含子结构进行分析,结果表明Ac ACOs家族成员均含有一个或多个外显子;可视化该家族成员种间进化关系、motif和基因结构分析结构,表明AcACOs可分成3个亚组,AcACO4、AcACO5和AcACO6属同一类群,为类群Ⅰ;AcACO1和AcACO2归属同一类群,为类群Ⅱ,AcACO3单独为一类群,为类群Ⅲ;基因组定位结果显示菠萝ACO家族基因共分布在5条不同的染色体中。联合单子叶和双子叶植物ACOs基因作了系统进化分析,采用邻接法(neighbor joining, NJ),其结果显示,AcACOs与大多数单子叶植物聚为一类;顺式作用元件预测分析结果表明,AcACOs含有数量较多的光响应元件和胁迫响应元件。...     

辣椒MLO基因家族鉴定及表达分析

MLO基因是植物中特有的一类抗病负调控因子,该基因突变导致植物产生广谱抗病性。运用生物信息学方法,在辣椒基因组中鉴定出17条候选MLO基因序列。其分子量范围187~593kDa,等电点范围6.65~9.7。结构分析发现,辣椒MLO基因具有较多内含子,并且差异性较大。发现辣椒MLO基因有20个基序,分布较均匀且排列顺序一致。进化分析发现,单子叶和双子叶MLO基因在进化上有差异,与辣椒关系最近的是茄科的番茄。表达分析显示,辣椒MLO基因具有表达特异性。Capana01g003047在脱落酸诱导下,显著上调表达。Capana05g002411对脱落酸和疫病具有抵抗作用,在其诱导下上调表达。Capana08g000223同样在疫病胁迫下上调表达。     

中国科学院发现水稻中乙烯通过ABA途径调控根生长

<正>目前乙烯信号转导研究主要集中在拟南芥等双子叶植物,人们对单子叶植物中乙烯信号传递及其作用机制还知之甚少。中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室张劲松课题组和陈受宜课题组根据水稻黄化苗乙烯反应建立了一个快速高效的突变体筛选体系,并利用该体系分离鉴定了一系列水稻乙烯反应突变体mhz。其中mhz4呈现根顿感而胚芽鞘过敏感的乙烯反应表型。克隆发     

两个烟草多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白基因的克隆和表达分析

为了研究多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(PGIP)在烟草中的生物学功能,运用生物信息学方法,结合RT-PCR和SMART RACE技术,从烟草中克隆到2个多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(PGIP)基因c DNA和DNA全长序列,分别命名为Nt PGIP1(Gen Bank登录号:KF317203)和Nt PGIP2(Gen Bank登录号:KF317204)。Nt PGIP1基因全长为1 413 bp,编码338个氨基酸;Nt PGIP2基因全长为1 185 bp,编码329个氨基酸;两基因均没有内含子序列,核苷酸序列有50%的一致性,编码的氨基酸序列有54%的一致性。两基因编码蛋白均含有植物PGIP蛋白特有的重复保守序列LXXLXXLXXLXLXXNXLXGXIPXX。对PGIP基因在烟草不同组织表达量分析发现,两基因在根、茎、叶和芽中均有表达,其中均在茎中表达量最高,其次是根,叶中表达量很低。     

不同前茬和种衣剂用量对花生病虫害及产量的影响

为探明不同前作茬口和种衣剂用量对花生土传病虫害及产量的影响,采用裂区试验设计,主区为前作茬口,设置2个处理,分别为大蒜茬（P1）和小麦茬（P2）,副区为种衣剂用量,设每公斤种子用种衣剂6mL（S6）、3mL（S3）和0mL（S0）3个拌种水平,于2019-2020年调查花生茎腐病、白绢病、金针虫和蛴螬的发生情况,分析不同处理对花生产量及其构成因素的影响。结果表明,2年中种衣剂用量相同时,与P2处理相比,P1处理花生茎腐病和白绢病的病情指数下降了37.91%和30.00%,金针虫和蛴螬的荚果受害指数分别下降了41.96%和22.84%,花生的百果重和荚果产量均显著提高;2年中前作茬口相同时,随着种衣剂用量的增加,对花生茎腐病和白绢病的防控效果提高了13.90%~84.03%,对金针虫和蛴螬的防控效果提高了11.61%~75.30%。P1S3处理组合的荚果产量最高,为5855.29kg/hm²,其次是P1S6和P2S6处理,分别为5773.92和5556.17kg/hm²。     

花生种质资源主要数量性状的遗传多样性和相关性分析

为了有效地利用花生种质资源,给新品种选育提供有力的数据支持,以46份花生种质资源为试验材料,对主茎高、主茎节数、第一侧枝长、第一分枝数、总分枝数、有效枝长等主要数量性状进行了遗传多样性分析和相关性分析。结果表明：花生种质在植物学性状上拥有丰富的遗传多样性,变异系数在11.19%~82.41%之间,多样性指数在0.3095~2.0468之间,平均数为1.6805,但两者的变化趋势相反。从相关分析结果来看,主茎高和主茎节数、侧枝长、单株生产力,第二次分枝数与总分枝数,单株结果数与单株生产力,叶片长与叶片宽,荚果长与荚果宽、种子长、百果重,荚果宽与种子长、种子宽、百果重,种子长与种子宽、百果重,种子宽与百果重,百果重与单株生产力,它们之间呈显著或极显著正相关,测得相关性极显著的一对表型性状中的一个就可以描述另一个性状。     

藜麦GRF转录因子家族的鉴定及表达分析

生长调控因子(growth-regulatingfactor,GRF)是植物特有的一类转录因子,对植物的生长发育起重要的调控作用。藜麦是一种单体植物即可满足人体基本营养需求的食物,也是未来最具潜力的农作物之一。但是关于藜麦GRF基因家族的研究至今尚缺乏报道。因此,本研究利用生物信息学方法,对藜麦GRF基因进行全基因组鉴定,并对其理化性质、基因结构、保守结构域、系统发育关系及组织表达进行分析。结果表明,藜麦中共有18个GRF转录因子,蛋白长度77～621 aa,分子量8.81～67.38 kD,等电点5.23～9.37;每个成员含有1～4个内含子及2～5个外显子,这些GRF蛋白都具有由31～35个氨基酸组成的QLQ保守结构域或由25～43个氨基酸组成的WRC保守结构域。系统进化分析表明,藜麦与拟南芥的GRF转录因子亲缘关系比水稻更近。表达图谱显示,藜麦GRF基因具有明显的组织表达特异性,总体在种子中的表达量较高,其次是在花序和根中,在其他组织中的表达量相对较低。     

甘蓝型油菜光敏色素互作因子4(BnaPIF4)基因克隆和功能分析

光敏色素互作因子4 (phytochrome interacting factor 4, PIF4)是光信号途径关键转录因子, PIF4与BZR互作介导光信号与油菜素内酯信号互作,参与植物光响应。本文在甘蓝型油菜湘油15号中克隆到2个PIF4基因,分别定位于A03号染色体和C03号染色体,命名为BnaPIF4_A03和BnaPIF4_C03,全长编码序列(coding sequence, CDS)、全长mRNA和全长基因分别为1242 bp和1245 bp、1701 bp和1731 bp、2527 bp和2665 bp,各自编码413和414个氨基酸。BnaPIF4_A03具有7个外显子和6个内含子, BnaPIF4_C03具有8个外显子和7个内含子,与测序品种中双11号相比, BnaPIF4_A03基因第1内含子存在单碱基插入突变,第4和第6内含子存在缺失突变,且具有更长的3'-UTR,两基因其他序列在湘油15号和中双11号之间无差别。BnaPIF4_A03和BnaPIF4_C03基因编码蛋白具有典型的植物bHLH结构域,亚细胞定位于细胞核,是典型的植物PIF4蛋白。多序列比对和进化分析表明, BnaPIF4蛋白与白菜、拟南芥、亚麻芥等PIF4蛋白高度同源。PIF4蛋白进化关系与物种进化关系一致,近缘物种中的PIF4蛋白在进化树中高度聚类,大量植物中可见PIF4蛋白重复且低等植物中分化程度明显低于高等植物中,表明PIF4蛋白是一个晚期进化事件且可能存在功能冗余。酵母杂交实验表明BnaPIF4与BnaBZR蛋白存在互作,但BnaPIF4不能与BnaBZR基因的启动子互作,表明BnaPIF4与BnaBZR在蛋白水平而非转录水平发生互作。湘油15号中BnaPIF4_A03和BnaPIF4_C03基因表达规律一致,BnaPIF4基因主要表达于油菜茎表皮、未成熟角果和叶中,在花和根中表达较低,且其表达随油菜生育进程逐渐降低。     

陆地棉Pht1家族成员的全基因组鉴定及表达分析

【目的】磷是植物三大必需矿质元素之一,对植物的生长发育至关重要。Pht1家族的磷酸盐转运蛋白在植物磷吸收和转运方面具有重要作用,然而关于该基因的系统研究工作尚很少开展。本研究旨在进行Pht1家族成员全基因组鉴定和表达模式分析。【方法】通过生物信息学的方法对陆地棉Pht1家族成员的基因结构、编码蛋白质的结构、染色体定位、基因复制和表达情况等进行全面分析。【结果】(1)在陆地棉的基因组中共鉴定到17个磷酸盐转运蛋白基因(GhPT),其中A亚组包含8个GhPT,D亚组包含9个GhPT;(2)棉花GhPT蛋白之间序列相似性很高,并均具有12个疏水的跨膜区域;(3)进化分析表明这些GhPT蛋白主要聚为2大组(GroupⅠ和GroupⅡ),位于同一组的GhPT的编码基因大部分具有相似的内含子/外显子分布模式;(4)17个GhPT基因不均匀分布在A亚组和D亚组中的5条染色体上,串联复制和片段复制可能导致GhPT基因在陆地棉中的扩增;(5)表达模式分析表明,GhPT6和GhPT14在根中表达量最高,且同时响应低磷和低钾胁迫诱导并上调表达。【结论】这些结果将有助于深入了解Pht1家族基因的功能及离子信号途径相互作用的分子机制。     

甘蓝型油菜PEBP基因家族的鉴定与表达分析

植物磷脂酰乙醇胺结合蛋白(phosphatidylethanolamine-bindingprotein,PEBP)基因对于控制开花时间具有重要作用。油菜作为世界上最重要的油料作物之一,与模式植物拟南芥具有相似的开花习性。但有关油菜开花基因的功能研究相对较少。本研究利用拟南芥PEBP基因家族蛋白序列在油菜基因组内进行BlastP分析,获得油菜PEBP家族成员,并对其进行基因结构分析、motif预测、复制事件、进化树构建、选择压力分析和组织表达分析。结果表明,共有26个油菜PEBP基因成员得到鉴定,大部分成员含有4个外显子和3个内含子, motif-1和motif-2是PEBP成员的特征基序,超过76.9%的成员属于片段复制扩增事件。进化树分析显示, PEBP分为3个亚家族,基于转录组测序的组织表达数据表明油菜26个PEBP成员具有非常明显的组织表达特性。以上研究结果,极大丰富了我们对甘蓝型油菜开花基因及调控模式的认识,为进一步的分子育种提供了理论基础。     

新疆塔里木盆地东南缘花生主要农艺性状的分析与综合评价

本研究旨在筛选出新疆塔里木盆地东南缘花生引种中对产量贡献率较大的影响因子,为该地区花生引种和育种提供依据。以新疆塔里木盆地东南缘引进的20个国内主栽花生品种为材料,采用DPS对产量与农艺性状进行灰色关联度分析和聚类分析。9个农艺性状与产量的灰色关联度大小排序为分枝长>百果重>百仁重>饱果率>主茎高>出仁率>总分枝数>结果枝数>单株总果数,其中分枝长、百果重、百仁重、饱果率、主茎高等与产量的关联度高,说明在品种筛选上应注重分枝长和百果重等指标的选择;聚类分析可将20个引进花生品种分为3类,其中第Ⅲ类具有主茎高、分支长、果大、仁大、产量好等优良的农艺性状,适合在新疆塔里木盆地东南缘种植,也进一步印证了花生籽粒大小与产量相关性。     

施钙对酸性红壤花生根系内生细菌群落结构的影响

Peanut is an important economic crop and calcium-loving crop in China. In order to explore the effect of calcium application on the diversity of endophytic bacteria in peanut roots planted in acid red soil, the genomes of endophytic bacteria in peanut roots of different treatments and different growth stages were deeply sequenced by 16SrRNA gene V3-V4 region, and the root microbial community structure of peanut plants planted in acid red soil and control was analyzed. The results showed that Klebsiella and Enterobacter were the dominant genera with high relative abundance in the endophytic bacterial community from all sample groups. The relative abundance of Pseudomonas and Lysinibacillus were significantly higher than that from the control group, while the relative abundance of Ralstonia decreased significantly in the calcium application groups during the pod-pin stage at P ≤ 0.05. The interaction network analysis showed that the connection of root endophytic bacterial in calcium application group was relatively close. We reasonably inferred that the composition of peanut root endophytic bacterial community was affected by calcium application and plant growing development. Calcium application could change the community structure and improve the ability of peanut to cope with external stress. This study may lay a foundation for improving the quality of acid soil and improving the disease resistance of peanut by applying calcium in the future.     

甜菜ARF基因家族生信分析及种子萌发期差异表达

本研究旨在了解甜菜种子在萌发期,干旱环境条件下,ARF基因家族的表达差异。对处理组（15%PEG模拟干旱胁迫）和对照组（蒸馏水）萌发期3个阶段（干种子、种壳开裂、露白）甜菜样品进行了转录组测序。采用生物信息学方法对甜菜ARF基因系统进化、蛋白保守结构域、染色体分布、干旱下差异表达量进行了分析。氨基酸序列分析表明,甜菜萌发期ARF转录因子含有8个保守元件,8个保守元件的结构域所含有的氨基酸位点数量不一致,推测与相应的DNA分子进行结合和行使功能有关,在染色体上呈不均匀分布。转录组测序结果表明,干种子,种壳开裂和露白这3个时期,对照条件下和干旱条件下,EntrezID-104886784,104903260,104908672三种基因表达均量逐渐升高,且升高趋势明显。干旱胁迫条件下种壳开裂时,EntrezID-104886784表达量升高最为明显,其次是EntrezID-104903260,EntrezID-104908672表达量升高较少;对照中EntrezID-104908672,EntrezID-104886784表达量升高明显。而到了露白的时候,仅EntrezID-104903260表达量升高最为明显。甜菜基因组共有14个ARF转录因子,其中3个转录因子在干旱胁迫下差异表达,且预测干旱条件对EntrezID-104908672,EntrezID-104903260两个基因影响显著。