苎麻CCRs基因家族3类成员的生化特性与表达差异

肉桂酰辅酶A还原酶(CCR)是木质素生物合成的关键酶,在植物中多以基因家族形式存在。本研究通过苎麻转录组信息,筛选并克隆了4个苎麻CCR基因家族成员(BnCCR、BnCCR-1、BnCCR-2和BnCCR-3)。序列分析结果发现4个BnCCRs可以分为3类, BnCCR属于bona fide CCR类群, BnCCR-1为CCR类似蛋白,而BnCCR-2和BnCCR-3序列在NADPH结合功能域、催化三联体以及CCR底物结合位点上均与bonafideCCR都有差异,形成了苎麻中一个新的CCR类群。跨膜结构分析显示,BnCCR含有1个跨膜螺旋区,其他3个BnCCRse无跨膜螺旋区。结构分析显示,4个BnCCRs的二级和三级结构存在差异,BnCCR-2同源建模模板不同于其他3个BnCCRs。时空表达谱分析发现, BnCCR在快速生长期的木质部具有较高表达水平,而BnCCR-2在快速生长期的韧皮部具有非常高的表达水平。体外酶活测定进一步研究发现,BnCCR具有典型的bonafideCCR催化活性和底物适应性,而BnCCR-2的表现不同于典型CCR的底物适应性,对肉桂酰CoA和芥子酰CoA表现...     

cDNA芯片检测棉花纤维发育相关基因的表达

利用cDNA芯片技术分析E6、Lipid transfer protein(LTP)、Proline-rich protein(PRP）、Expansin、Tubulin、Annexin等家族的63个棉花纤维发育相关基因,在陆地棉徐州-142开花后10d纤维组织及其无长绒无短绒突变体开花后10d胚珠中的表达差异,发现属于E6、LTP、PRP、Expansin家族的基因在两种组织中存在显著的表达差异,符合前人的报道。其中E6、LTP家族的基因在两种组织中的表达差异最大,个别基因表达差异甚至达到15倍之多。而Tubulin家族的基因在两种组织中的表达差异不大,检测的24个Tubulin家族基因中,仅2个基因在纤维组织和胚珠中存在显著表达差异。cDNA芯片技术可以高通量鉴定棉花纤维相关基因以及研究棉花发育相关基因的表达谱。     

苎麻雄性不育相关基因atp6和atp9 RNA干扰载体的构建

植物线粒体基因缺陷是细胞质雄性不育的主要原因。为了获得苎麻atp6和atp9基因RNA干扰(RNAi)表达载体,根据已报道的苎麻atp6和atp9基因序列设计引物,利用RT-PCR克隆了atp6和atp9基因的部分cDNA片段,将目的基因正反向片段连接入RNAi载体pHANNIBAL,再将其表达框连入表达载体pCAMBIA 1300。结果表明,所克隆的cDNA片段经序列比对后确认为目的基因片段,经酶切和测序验证确认完成了atp6和atp9基因RNAi载体pCAM-6SR和pCAM-9SR的构建。atp6和atp9基因RNAi载体是验证苎麻雄性不育的基础,也为苎麻遗传工程改良奠定了技术基础。     

苎麻纤维素合成酶基因cDNA的克隆及表达分析

以苎麻 [Boehmeria nivea (Linn.) Gaud.] 栽培种湘苎3号为材料, 通过简并引物RT-PCR结合RACE技术首次成功克隆苎麻纤维素合成酶基因BnCesA1 5′端450 bp序列以外的全部cDNA 序列, 序列长3 276 bp, 编码一段938个氨基酸的蛋白质。经基因比对及蛋白质结构分析确证是苎麻纤维素合成酶基因。半定量RT-PCR分析显示：BnCesA1在苎麻根、茎、叶和芽组织中均有表达, 其表达量为茎＞叶＞芽＞根, 相对表达量依次为 0.791、0.381、0.319和0.183。从其表达模式可以推测该基因同时参与了苎麻细胞初生和次生细胞壁纤维素的合成。     

苎麻ACC氧化酶基因(BnA CO2)的克隆、时空表达及原核表达分析

ACC氧化酶(ACC oxidase, ACO)是乙烯合成途径中的一个关键酶。本研究通过RT-PCR结合RACE技术克隆得到一个ACO基因,命名为Bn ACO2,该基因cDNA序列全长为1 377 bp,开放阅读框为957 bp,编码318个氨基酸多肽,预测其分子量和等电点(pI)分别为36.145 kD和5.60。生物信息学分析表明,BnACO2编码蛋白没有信号肽和跨膜结构域,亚细胞定位于细胞质。与川桑等物种ACC氧化酶基因核苷酸序列同源性在83%以上,氨基酸序列同源性在87%以上。通过系统发育树发现该基因和山黄麻、大麻ACO基因亲缘关系最近。实时荧光定量PCR分析表明,苎麻Bn ACO2基因在苎麻各部位均有表达,特别是在雌花花芽中表达显著。最后成功构建原核表达载体p QE-Bn ACO2,诱导表达出的目的蛋白分子量大小约为36.15 kD,与预测的蛋白大小一致。这为进一步研究BnACO2基因的功能提供了科学依据。     

苎麻生长素结合蛋白ABP1基因cDNA的克隆及表达

以苎麻[Boehmeria nivea (Linn.) Gaud.]栽培种湘苎3号为材料, 通过简并引物RT- PCR 结合RACE技术克隆了苎麻生长素结合蛋白ABP1基因的全长cDNA分子, 其序列全长为849 bp, 编码一段189个氨基酸的推导蛋白质。经基因比对及蛋白质结构分析与已报道的几种植物生长素结合蛋白有高同源性, 认为是苎麻生长素结合蛋白基因cDNA, 命名为BnABP1。半定量RT-PCR分析结果显示ABP1在苎麻三麻成熟期的茎、叶和芽组织中均有表达, 其表达量为芽＞叶＞茎, 相对内标分子18S rRNA的表达量依次为0.755、0.632和0.360。但在根中没有检测到表达, 说明该基因更多地表达于细胞生长旺盛的幼嫩组织。     

苎麻脱胶果胶裂解酶基因的高效表达及序列分析

为使苎麻生物脱胶果胶裂解酶PelG403高效表达。将pelG403从重组质粒pEASY-Blunt E1-G403更换至质粒拷贝数更高的pET28a载体中,导入Escherichia coli BL21(DE3)后进行诱导表达。采用DNS法进行酶活力测定,通过SDS-PAGE和Western Blot分析检验PelG403表达效果,并对其序列进行分析鉴定。结果表明:pET28a-G403/BL21的果胶裂解酶活力为335.8 U/mL,较pEASY-Blunt E1-G403/BL21提高了3.05倍;工程菌pET28a-G403/BL21表达产物分子量比预测带His标签的融合蛋白分子量(43.6 ku)略小;PelG403含387个氨基酸,N末端前35个氨基酸为信号肽;理论pI值为7.64,有4个半胱氨酸,不稳定系数为27.42;其蛋白结构域含有典型的右手β-螺旋结构,属于Pec lyase C家族。因此,将pelG403从重组质粒pEASY-Blunt E1-G403更换至pET28a载体中,并导入E.coli BL21(DE3)进行诱导表达,是苎麻脱胶果胶裂解酶基因pelG403高效表达的方法和途径,同时对其序列进行分析鉴定,为果胶裂解酶的纯化、关键位点分析、分子改造及其脱胶功能特性研究奠定基础。     

花生油脂合成相关基因的表达谱分析

为研究不同发育时期花生籽仁油脂合成过程中基因表达调控模式,本研究以高油酸、中油花生品系F18和低油酸、低油花生品种‘鲁花6号’为材料,对下针后10、30、40、60 DAP(days after pegging)的花生种子进行表达谱芯片测序。结果表明,130、3556、2783个基因分别在30、40、60 DAP时期差异表达。GO注释和KEGG富集结果显示,差异表达的基因主要富集在脂肪酸合成和光合等代谢进程中,其中FAB2、FAD2、WRI1等主要参与油酸的积累,参与光合作用的基因均为捕光叶绿素a/b结合蛋白,全部上调表达。代谢通路图结果表明,籽仁发育的40 DAP和60 DAP时期,脂肪酸合成途径的基因均上调表达。研究结果为花生油脂代谢的分子机制提供理论基础,同时也为花生品质改良贡献了基因资源。     

苎麻ACC合酶基因(BnACS1)的克隆和表达分析

根据苎麻转录组测序中的ACS基因片段, 利用RT-PCR结合RACE技术从湘苎3号中克隆了该基因的全长cDNA序列, 命名为BnACS1, 在GenBank中的登录号为JQ970520。该基因的cDNA序列全长为1 674 bp, 其开放阅读框长1 470 bp, 编码489个氨基酸多肽, 预测其分子量和等电点分别为54.55 kD和6.37, 与苹果(AB034993)、枇杷(GQ370520)、苦瓜(AF248734)、牡丹(DQ337250)、烟草(AY426755)和胡杨(AB033502) ACS基因核苷酸序列的相似性分别为74%、74%、72%、71%、70%和70%, 氨基酸序列的相似性分别为75%、74%、71%、71%、70%和74%。半定量RT-PCR分析表明, BnACS1基因在根、茎、茎尖、叶片、雌花和雄花中均有表达, 其中在根和雄花中表达较高, 在茎中表达最低。荧光定量PCR分析表明, BnACS1受ABA和干旱的诱导表达上调, 不受高盐诱导表达。     

两种苎麻纤维素合酶基因cDNA序列的克隆及表达

从苎麻转录组数据出发, 利用Blast工具从中分析出与多种植物纤维素合酶高度相似的片段CL789和Unigene20360。根据片段信息设计特异性引物, 从苎麻[Boehmeria nivea (Linn.)Gaud.]栽培种湘苎3号中克隆纤维素合酶核心片段, 并利用5'及3'RACE技术获得2个片段的全长cDNA。两者都具有典型的纤维素合酶特征结构域, 表明为2个苎麻纤维素合酶基因CesA的cDNA序列, 分别命名为BnCesA2和BnCesA3。BnCesA2基因编码区全长度3240 bp, 编码1 079氨基酸多肽; BnCesA3基因编码区全长3120 bp, 编码1039氨基酸多肽。对BnCesA2和BnCesA3基因在湘苎1号、湘苎3号、湘潭大叶白和城步青麻苎麻品种木质部和韧皮部荧光定量PCR分析显示, 2个基因在不同品种苎麻的木质部及韧皮部都有表达, 但表达量存在着一定差异, 整体而言BnCesA2具有更高的表达水平, 其木质部和韧皮部的表达都为BnCesA3的2~5倍。推测BnCesA2和BnCesA3都参与了苎麻细胞壁的次生合成。     

不同程度污染农田苎麻吸收积累镉特性研究

以4个主要的苎麻栽培品种为材料,分别在安化和株洲镉污染农田研究这些品种的生长情况以及各器官镉含量。结果表明,安化和株洲试点苎麻平均产量分别为2501和2148 kg/hm2.a。苎麻各品种皮中的镉含量显著高于骨和叶。两个试点平均地上部镉含量分别为21.05和7.75 mg/kg,品种间地上部镉含量存在显著差异,且地上部镉含量与土壤镉含量呈显著正相关,各品种富集系数均大于1。中苎1号产量和地上部镉含量显著高于其它品种。在镉污染农田种植耐性强、高积累的苎麻品种能产生较好的经济效益和生态效益。     

基于无人机遥感图像的苎麻产量估测研究

本研究旨在探索一种利用无人机-RGB系统提取的苎麻株高和可见光图像光谱信息估测产量的新方法。试验于2019年在湖南农业大学耘园苎麻基地进行,利用无人机搭载高清数码相机获取二季苎麻苗期和成熟期的图像。首先利用Pix4Dmapper生成苎麻冠层2个生育期的数字表面模型和高清数码正射图像;然后基于数字表面模型采用"差分法"计算试验小区的平均株高(DSM-based H);基于正射图像提取试验小区RGB通道均值,进而计算遥感图像数码变量和植被指数,分析苎麻种质间的图像光谱表型性状和产量株高比性状的差异性与多样性;最后采用逐步回归方法建立苎麻产量预测模型,并对各项产量解释因子进行相关性分析。结果表明:(1)基于无人机-RGB系统遥感株高与实测株高显著相关(r=0.90),修正遥感株高的均方根误差为0.04 m。(2)苎麻产量与株高信息存在极显著相关性(r=0.91),而与图像光谱表型相关性不明显。(3)融合遥感图像株高和种质特征差异构建的苎麻产量估测模型精度较高, R²=0.85, RMSE=0.71。因此,基于无人机遥感图像的苎麻产量估测是可行的,这对苎麻种质特征评价和产...     

镉胁迫下不同细度品种苎麻耐性比较研究

旨在了解不同细度品种对重金属Cd耐性的差异性。试验选择长势一致苎麻扦插苗(苗龄60天)进行移栽,土壤Cd胁迫处理分别为0、25、75、150 mg/kg共4个处理,进行为期一整年的Cd耐性试验调查。结果表明:12个不同细度品种苎麻在25 mg/kg土壤Cd胁迫处理下的综合耐性指数在0.80~1.18区间,耐性最好的是中细度品种‘中苎一号’,最差的是低细度品种‘大竹黄白麻’;在75 mg/kg胁迫处理下的综合耐性指数在0.09~0.77之间,表现最好的是中细度品种‘湘苎3号’,最差的是低细度品种‘大竹黄白麻’。在150 mg/kg土壤Cd胁迫处理下的耐性指数在0.32~0.54之间,最好的是高细度品种‘厚皮种一号’,最差的是低细度品种‘大竹黄白麻’。由此可知,苎麻对重金属Cd具有很好的耐受能力,且呈现出中、高细度品种的Cd耐性大于低细度品种。75 mg/kg Cd胁迫浓度是待测品种‘大竹黄白麻’、‘宁乡冲天炮’、‘浏阳大叶青’、‘邻水青顶家麻’、‘川苎八号’、‘中苎一号’、‘武岗红皮麻’、‘湘饲纤兼用一号’苎麻的耐Cd阈值。150 mg/kg Cd胁迫浓度是待测品种‘湘苎三号’、‘多倍体一号’、‘资兴麻’、‘厚皮种一号’的耐Cd阈值。     

一个新的棉纤维表达蛋白cDNA的克隆、表达及功能初步分析

通过陆地棉高品质纤维种质系7235的棉纤维混合cDNA文库随机测序,得到一个开放阅读框(open reading frame,ORF)完整的棉纤维表达蛋白(GhCFE,GenBank登录号:DQ073045)cDNA序列。该cDNA序列全长1274bp,最大的ORF为996bp,编码332个氨基酸,其理论上的等电点pI=6.14,分子量Mw=37.7KD。它的N-末端存在一个长度为27个氨基酸残基的信号肽。RT-PCR分析表明,该基因在根、茎中不表达,在叶片中微弱表达,在不同发育时期的纤维细胞中均表达,且在纤维伸长期表达量最高。进化树显示GhCFE与已报导的3个棉纤维表达蛋白cDNA有很高的同源性。通过构建酵母表达载体,发现该基因对酵母细胞的伸长和细胞壁加厚没有显著影响。利用pBI121质粒构建了含35S启动子的正义表达载体和含棉纤维特异表达启动子E6的正义和反义表达载体,正在通过农杆菌介导的遗传转化,开展该基因的功能验证。     

施肥和密度对苎麻纤维产量和品质的影响

为了探讨苎麻新品种0501的高产优质综合配套栽培技术,以该品种为试验材料,采用二次正交旋转组合设计,研究了施肥和密度等4个因素对苎麻产量(Y1)和纤维支数(Y2)的影响,建立了优化数学模型,Y2=2071.17-41.43X1+28.32X2+88.81X3-67.48X12+52.91X32。根据回归方程模拟寻优,筛选出最佳措施与策略,当4个因子的编码值X1=l.682、X2=1.682、X3=-1.682、X4=1.682时,原麻理论产量（三季麻）可达最大值5722.6 kg/hm2;当氮肥施用量为978.3 kg/hm2,有机肥施用量为3006.9 kg/hm2,钾肥为1666.6 kg/hm2,密度为24885株/hm2时,原麻理论纤维支数可达最大值2417.84公支。     

免耕种植水土保持用苎麻木质纤维主要成分分析

为了考察免耕种植水土保持用苎麻农艺性状,本试验以免耕种植的水土保持用苎麻为研究对象,取幼嫩期、快速生长期、成熟期、成熟后期等4 个时期的材料,测定株高、茎粗和含水率,并通过差减法测定木质部、韧皮部和叶的果胶、半纤维素、纤维素和木质素含量。结果表明：成熟后期的苎麻植株高达135 cm,茎粗达12 mm,含水率高达70%~90%,明显优于野生种;在不同生长时期各部位的化学成分含量呈动态变化。综合分析表明,免耕方式种植的苎麻在保持水土的同时还可以收获木质纤维,可供进一步加工利用,从而获得相应的收益。     

Differential gene expression between wheat hybrids and their parental inbreds in seedling leaves

Differential display of mRNA was used to analyze the differences of gene expression in seedling leaves between heterotic hybrid/nonheterotic hybrid and their parental inbreds in order to study the molecular basis of heterosis in wheat. The results indicated that patterns of gene expression in hybrids differ significantly from their parents. Both quantitative and qualitative differences were observed. The quantitative differences include gene over-expression, gene under-expression in hybrid and dominant expression of highly-expressed parental genes in hybrids. The qualitative differences include silencing in hybrids of genes expressed either in male or female parent, and silencing in hybrids of genes expressed in both parents. Expression in hybrid of genes only expressed either in male or female parent was also observed. It was also found that some genes expressed at high level in heterotic hybrid were underexpressed or expressed at low level in nonheterotic hybrid. One differentially expressed cDNA fragment 4B was cloned and sequenced after being confirmed through Northern blot analysis. Homology search in GenBank proved that the cDNA fragment is a new sequence. The selection of primers for differential RNA display in wheat and the relationship between wheat heterosis and alteration of gene expression in hybrids as compared to their parental inbreds were also discussed. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

苎麻咖啡酰辅酶A甲基转移酶基因原核表达及其结构分析

采用大肠杆菌表达系统pQE,对苎麻木质素合成关键基因咖啡酰辅酶A-甲基转移酶（CCoAOMT） cDNA编码区进行了高效表达,获得了分子量为29.4 kD的苎麻CCoAOMT融合蛋白。利用SwissModel服务器模拟构建了该酶蛋白的空间结构。并利用InsightII软件包中的Docking模块构建了该酶蛋白与辅酶Sinapoyl、SAH和Ca2+相互作用的复合物的结合模型,并利用Discover模块对模拟的结构进行结构优化。可以推知所克隆的苎麻CCoAOMT cDNA编码烟咖啡酰辅酶A甲基转移酶,具有O-甲基转移酶蛋白典型的催化功能,参与苎麻木质素单体前体的甲基化反应。     

Ectopic expression of a maize pollen specific gene, zm401, results in aberrant anther development in tobacco

Our previous study shows that the maize zm401 cDNA is specifically expressed in maize pollens. This evidence suggests that zm401 likely functions in pollen growth and/or development. To confirm its possible involvement in pollen development, the full length cDNA of zm40l was ectopically expressed in tobacco plants under the control of a pollen specific promoter ZM13 (from maize). RT-PCR amplification demonstrated that the ZM13-driven zm401 gene was spatially expressed in tobacco pollens. It was found that all transgenic tobacco plants expressing zm401 showed various levels of sterility, ranging from abortive flower development to male sterility. Further analyses on anther development of transgenic plants indicated multiple abnormalities in the late stages of anther development. These abnormalities include lagged degradation of the tapetum and connective tissue, failed deposition of fibrous bands in endothecium cells, and aborted pollen grain development. These results strongly suggest that zm401 plays an essential role in anther development. However the exact functions of zm401 is still unclear, and further analysis of zm401 is required to determine the exact mechanism involved in anther development.