玉米转录因子NF-YB基因家族的生物信息学分析

为揭示玉米NF-YB基因家族的功能,本研究利用生物信息学手段,鉴定了玉米NF-YB基因家族,并系统的分析了该基因家族各蛋白的理化性质、基因的染色体定位、保守结构域、基因结构、系统进化、磷酸化位点、启动子和基因组织表达。结果表明:玉米基因组中含有21个NF-YB基因,所编码的蛋白质均位于细胞核,且不含有跨膜结构。这些基因不均匀地分布于玉米的9条染色体上,均含有高度保守的结构域CBFD_NFYB_HMF,系统进化分析将其分为3类。磷酸化位点分析表明,玉米NF-YB家族存在着大量的磷酸化位点。启动子分析表明,基因家族启动子区域均含有大量的逆境胁迫应答顺式作用元件。组织表达分析发现,至少有18个基因可以进行表达,其中有5个基因表现出组织特异性,不同基因在不同组织、不同时期的表达具有时序性。玉米NF-YB基因家族核心结构域的保守性、基因功能的分化、启动子序列中的大量逆境相关元件、基因表达的差异性,可能都是玉米更好调控自身生长发育和适应逆境的结果。研究结果为进一步解析玉米NF-YB基因家族的功能提供参考。     

菜用大豆蔗糖合酶基因鉴定及表达模式分析

蔗糖含量是影响菜用大豆甜味的主要因素。蔗糖合酶(sucrose synthase, SUS)是调控蔗糖代谢的关键酶之一,在作物品质调控等方面发挥重要作用。为了深入了解菜用大豆蔗糖代谢相关GmSUSs基因的分子作用机制,本研究从基因组水平对GmSUSs进行了基因成员鉴定、蛋白理化特性、保守结构域、进化关系、基因结构、启动子元件组成、组织表达模式及激素和胁迫表达谱分析。结果表明:从全基因组水平共鉴定到11个GmSUSs编码蔗糖合酶。蛋白多序列比对显示所有GmSUSs均含有保守的特征结构域:Sucrose_synth和Glycos_transf_1。进化分析显示GmSUSs主要划分为3个分支。组织表达分析显示不同GmSUSs基因在不同生长发育阶段的表达量具有明显差异。启动子顺式作用元件分析显示GmSUSs基因上游启动子区内激素和胁迫应答元件组成各异。进一步,qRT-PCR分析显示激素(ABA, ACC和NAA)和胁迫(低温,高温和干旱)处理诱导GmSUS11基因表达。以上实验结果为菜用大豆GmSUSs基因功能解析及蔗糖代谢途径改造提供了参考。     

毛竹CCT基因家族成员的鉴定及表达分析

CCT基因家族广泛参与植物昼夜节律、开花、作物产量及胁迫等多种生长过程,对植物的生长发育和形态建成有着重要的影响。目前毛竹CCT基因尚未被发掘研究,本研究利用生物信息学方法对毛竹CCT基因家族成员进行鉴定,并对其理化性质、进化关系、保守结构域、基因结构、顺式作用元件以及不同光处理下的表达模式进行了分析。结果表明：毛竹基因组中共有37个CCT家族成员,这些家族成员间基因长度存在着一定的差异,所编码的CCT蛋白大多属于不稳定的亲水性蛋白;家族成员在进化过程中CCT基因的长度逐渐变短,外显子数量变少,基因结构差异较大;家族成员含有多种保守结构域,处于同一亚家族成员的保守结构域基本类似;毛竹CCT家族成员含有多种不同的顺式作用元件,如光响应元件、脱落酸响应元件等,基本所有的基因都含有光响应元件,且这些基因在不同光质下的表达量存在着明显的差别。本研究结果为毛竹CCT家族基因在毛竹开花和遗传改良等方面提供一定的理论依据和参考。     

椰子DNMT家族基因的鉴定和生物信息学分析

DNA甲基化(DNA methylation)能引起染色质结构、DNA结构和稳定性等的改变,影响基因的时空表达。DNA甲基转移酶(DNA methyltrans ferase, DNMT)负责催化完成DNA的甲基化。本研究通过比对已有的椰子基因组数据,找到CnDNMT家族基因,删除不含DNA＿methylase结构域的蛋白,共鉴定4个具有DNA甲基转移酶保守结构域的DNMT基因,分别命名为CnDNMT1～CnDNMT4。采用生物信息学的方法,对基因结构、表达量、蛋白保守结构域、启动子序列等进行了分析。结果表明：这4个基因为DNA甲基转移酶家族中的2个亚家族：CMT和DRM。氨基酸序列分析表明,椰子CnDNMT家族蛋白均为酸性蛋白,且亚细胞定位预测定位在细胞核中。motif搜索结果表明CnDNMT蛋白家族含有5个椰子CnDNMT基因家族含有5个保守元件,5个保守元件的结构域所含有的氨基酸位点数量基本一致,CnDNMT2基因在胚乳中表达量很高,这说明CnDNMT2可能在椰子胚乳发育过程中起重要作用。     

甘薯PHB基因家族的全基因组鉴定和表达分析

蛋白质抑制素(prohibitin, PHB)是在原核生物到真核生物中发现的含有SPFH结构域的蛋白质。植物PHB基因家族参与多种不同生物过程的重要功能,包括生长发育以及对生物和非生物胁迫的响应。目前PHB蛋白在拟南芥、水稻、玉米、大豆、番茄和陆地棉等多种植物中被鉴定。但对甘薯中PHB家族的系统分析仍未确定。本研究鉴定出甘薯11个PHB基因,且对这些保守的蛋白质基序和基因结构的分析显示它们在系统发育亚群中具有高度的保守性。此外,启动子区域预测出与多种激素调节及胁迫相关的顺式作用元件,同时研究发现IbPHB基因在植物不同部位及受到不同的非生物胁迫时的表达模式存在差异。本研究系统分析了甘薯中IbPHB基因的一般特性,为甘薯及其他植物中PHB基因的功能特性研究提供了理论基础。     

马铃薯细胞壁蔗糖转化酶基因StCWIN1启动子克隆与表达及其在干旱胁迫下的作用分析

植物细胞壁蔗糖转化酶（cell wall invertase,CWIN）是源、库组织蔗糖代谢及胁迫应答的关键酶。本研究利用基因步移法克隆马铃薯StCWIN1启动子片段,应用PlantCARE在线软件对启动子区域的作用元件进行分析,将融合StCWIN1启动子与GUS报告基因的表达载体转化拟南芥野生型,并利用组织化学染色和GUS实时定量PCR技术探究启动子表达活性、组织表达特性和响应干旱胁迫的表达规律。结果表明,克隆获得StCWIN1基因上游1956 bp启动子序列,其中包含核心调控、植物激素、防御及胁迫、光响应等关键元件;StCWIN1启动子在根、柱头和果荚组织中的表达活性高于其他组织;转StCWIN1启动子拟南芥株系叶片中GUS表达量高于野生型,且干旱胁迫显著抑制了GUS相对表达量。本研究克隆得到具有活性的StCWIN1启动子,基于研究结果推测目的基因可能参与根、花和果实等器官发育,对干旱胁迫也发挥应答调节作用。     

MeNINVs在不同品种木薯的表达模式及酶活性分析

碱性/中性转化酶(NINV)催化蔗糖分解成葡萄糖和果糖,是木薯块根的蔗糖分解代谢的关键酶之一。本研究以淀粉含量不同的木薯品种(SC8-高淀粉,SC124-中淀粉,9Ⅰ-低淀粉)为材料,研究木薯块根膨大期,Me NINV基因家族在源库器官的表达模式以及酶活性特点。结果表明,不同品种木薯Me NINVs的表达模式相似,Me NINV1、Me NINV16、Me NINV110及n INV1在叶片中表达量均高于其他成员;同时,Me NINV1和NINV1在块根中的表达量也高于其他成员。不同品种木薯叶片中的Me NINVs表达及酶活性差别不大,但是高淀粉品种SC8块根中的Me NINVs表达量比9Ⅰ低,而NINV酶活性却远高于9Ⅰ,推测木薯NINV酶活性存在转录后调控机制。本研究为进一步研究碱性/中性转化酶在木薯淀粉积累过程中的作用奠定了基础。     

基于转录组的荔枝XTH家族基因的鉴定及分析

为了研究木葡聚糖内切葡聚糖酶/水解酶(xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase, XTH)基因家族在荔枝花穗发育过程中的分布及表达情况,本研究基于‘妃子笑’荔枝花穗转录组数据,利用生物信息学研究方法,首次对‘妃子笑’荔枝XTH基因家族进行鉴定,包括基因的基本物理和化学特征,亚细胞定位,蛋白质保守结构域,进化关系和表达模式。结果表明:Lc XTH基因家族成员有29个,其蛋白长度范围在37~311 AA之间,对应的相对分子量范围在4.398~35.711 k D之间,等电点(pI)范围为4.39~9.46。此外,亚细胞定位分析显示所有LcXTH蛋白均位于细胞壁;Lc XTH含有2个相对保守的结构域(Glyco_hydro_16结构域和XET_C结构域);系统发育树分析表明LcXTH基因家族分为四组(Ⅰ~Ⅳ组),不同发育阶段LcXTHF基因的表达模式不同。本研究为进一步对XTH基因的功能研究提供理论依据。     

木薯碱性/中性转化酶MeNINV1基因启动子的克隆及激素应答表达分析

为了解木薯碱性/中性转化酶基因MeNINV1对激素的应答模式及调控机制本研究采用PCR技术,从木薯基因组中分离出MeNINV1基因启动子序列。分析结果显示该启动子长度1 714 bp,含有TATA box和CAAT box保守元件,以及四个激素响应元件:ERE(乙烯应答)、ABRE(ABA应答)、TAC-element(SA应答)和P-box(GA应答)。根据启动子上存在的参与激素应答相关的顺式作用元件信息,选用30μmol/L GA3、30μmol/L ABA、100μmol/L SA和1%乙烯利四种外源激素胁迫处理木薯SC8组培苗,利用实时荧光定量PCR技术,研究MeNINV1基因在不同激素处理下的表达模式。结果表明,MeNINV1基因的表达受激素的调控,因此推断碱性/中性转化酶基因MeNINV1启动子上的激素应答元件响应激素诱导,调控基因的表达。研究结果为进一步研究激素信号如何调控木薯块根蔗糖的分解代谢提供理论基础。     

黄瓜SUN家族的鉴定及其对逆境的响应

黄瓜(Cucumis sativus L.)是中国主要蔬菜作物之一,具有很高的经济价值。植物特有的IQ67结构域蛋白(SUN)家族成员是钙传感器的下游靶标,能够参与植物发育和基础防御反应。本研究通过黄瓜基因组新组装版本(v3.0),对黄瓜SUN基因家族成员进行了全基因组的鉴定和分析。结果表明,黄瓜SUN基因家族包含29个成员,编码的蛋白均含有保守的IQ67结构域。黄瓜SUN家族成员基因启动子区域含有多个响应激素和胁迫反应的顺式作用元件,通过分析公共已发表的转录组数据,本研究发现SUN家族基因可能在黄瓜果实生长发育及生物和非生物胁迫中起重要作用。研究结果为进一步了解SUN家族基因的功能提供了一定基础。     

马铃薯块茎颗粒结合型淀粉合酶基因的克隆及其RNAi载体的构建

GBSSI是马铃薯块茎中控制直链淀粉合成的关键酶, 为培育高支链淀粉含量或纯支链淀粉含量的转基因马铃薯材料, 根据GenBank登录号X58453设计特异引物, 采用RT-PCR技术获得马铃薯块茎GBSSI相似基因, 利用生物信息学相关软件分析, 预测GBSSI相似基因cDNA序列编码的蛋白质结构和功能。结果表明, 克隆的GBSSI相似基因与报道的GBSSI基因序列相似性达到99.78%, 其开放阅读框长1 824 bp, 编码607个氨基酸, 具有许多重要功能位点;三级结构预测结果表明该蛋白具有淀粉合成功能, 基因序列已注册到GenBank, 序列登录号为EU403426。以此基因CDS内542 bp的靶标序列作为干扰区段, 扩增GBSSI的正反向基因片段, 并引入237 bp的内含子序列, 构建由Patatin启动子驱动的具有“正义基因片段gbss A-内含子VP1-ABI3-like protein-反义基因片段gbss B”的植物干扰表达载体pBI121g-PgABI, 将为淀粉合成的进一步研究和高支链淀粉含量或纯支链淀粉含量的马铃薯品种的培育奠定基础。     

烯效唑（S3307）和胺鲜酯（DTA-6）对马铃薯叶与块茎糖代谢及产量的影响

在大田栽培条件下,以马铃薯克新1号为试验材料,在苗期叶面喷施调节剂烯效唑（S₃₃₀₇）和胺鲜酯（DTA-6）进行处理,以清水作为对照（CK）,研究不同植物生长调节剂对马铃薯叶和块茎间光合产物变化和产量的影响。结果表明:S₃₃₀₇和DTA-6处理可以显著提高马铃薯产量,增加前期叶片内蔗糖和淀粉含量;喷施调节剂第34天（块茎膨大期）,S₃₃₀₇和DTA-6处理促进叶片中淀粉含量向块茎中转运降低叶片内淀粉含量,利于源器官的物质输出;S₃₃₀₇和DTA-6显著增加各取样时期马铃薯块茎中淀粉含量;S₃₃₀₇和DTA-6在喷施后第18和34天显著增加块茎可溶性糖含量;马铃薯块茎内淀粉含量的变化与叶片内蔗糖和淀粉含量均呈极显著正相关,与转化酶和淀粉酶活性呈极显著负相关。S₃₃₀₇和DTA-6处理均显著促进单薯重,同时DTA-6处理的单株薯数也显著高于CK。     

Enhancement of Tuberous Root Production and Adenosine 5'-Diphosphate Pyrophosphorylase (AGPase) Activity in Sweet Potato (Ipomoea batatas Lam.) by Exogenous Injection of Sucrose Solution

Adenosine 5'-diphosphate pyrophosphorylase (AGPase) is a key enzyme governing starch synthesis and is regarded as an important determinant of the sink activity of the sweet potato root. In this study, assuming that the expression of AGPase is under the direct or indirect control of sucrose, we investigated the effect of exogenous injection of sucrose solution into a plant on the activity of AGPase and tuberous root production. Sucrose solutions of 6 and 12 %, and distilled water as the control, were injected into the top of the shoot. The application of sucrose solution was effective in increasing tuberous root production and increasing the ratio of tuberous root weight to total root weight in a plant. AGPase activity in roots was enhanced by about 25 % by injecting sucrose solution. These results suggest that AGPase and sink activities are controlled by sucrose transported from the leaves. To increase sweet potato production effectively, AGPase activity and sink function must be enhanced, and so a genetic and physiological improvement in photosynthetic function or sucrose productivity in the leaves is necessary to increase AGPase activity in sink organs.     

甘薯糠腐茎线虫病组织病理学扫描电镜研究

利用扫描电子显微镜对被甘薯糠腐茎线虫（ＤｉｔｙｌｅｎｃｈｕｓｄｅｓｔｒｕｃｔｏｒＴｈｏｒｎｅ）侵染的甘薯组织细胞的损伤情况进行了观察,结果表明：与健康甘薯相比,轻一中度侵染的病薯细胞失水,雏缩,细胞间隙加大,淀粉粒颗粒变小,大部分细胞出现及变形等病理变化,同时可见许多正在侵染的线虫;患病严重的薯块内细胞严重失水,皱缩,细胞间呈现大的空隙,维管组织变形,有的破碎,细胞内淀粉数量明业减少甚至完全丢失,     

反义PPO基因对马铃薯块茎褐化的影响

对刚收获和贮藏5个月后的12个转基因马铃薯品系及对照块茎进行褐化指标的生理检测,发现2个检测时期的各褐化指标在供试品系间差异均达到显著或极显著水平。综合2个检测时期并与对照相比,PPO活性降幅为26.01%~48.65%;酚物质含量降低22.83%~54.81%;褐化强度除GD-9-qc-1低于对照40.45%~46.78%外,其余品系高于对照或与对照无差别。切割块茎发现,大部分转基因品系较对照褐化出现晚,褐化程度低,褐化指数低于对照88.0%~98.86%。PPO的化学定位显示,低褐化转基因品系的多酚氧化酶集中于维管束环,含量明显少于对照,其中GD-9-qc-1仅有少量多酚氧化酶显现出来,推测是由于反义PPO基因抑制块茎POT32基因表达的结果。进一步的方差、相关分析表明,除对多酚氧化酶含量抑制外,反义PPO基因还降低酚物质含量以减轻块茎损伤褐化。     

植株叶片蔗糖、淀粉积累与其降解酶活性关系研究

不同植物功能叶片淀粉、蔗糖积累及酸性转化酶、淀粉酶活性均存在显著差异。依叶片蔗糖与淀粉积累量比值可大体将测定的28种植物划分为以积累淀粉为主的粉叶植物，以积累蔗糖为主的糖叶植物和介于两者之间的中间类型植物。三类植物功能叶片淀粉积累量与淀粉降解酶活性均无显著相关，但糖叶及粉叶植物叶片蔗糖积累量与酸性转化     

改善土壤通气性促进甘薯源库间光合产物运转的原因解析

为了明确土壤通气性对甘薯源库间光合产物运转的调控机制,本研究以淀粉型品种商薯19和济徐23为试验材料,设置疏松、对照和紧实3个处理进行大田试验,研究结果表明,与对照处理相比,疏松处理显著提高2个品种的块根产量和经济系数, 2年平均增幅分别为27.03%～38.74%和6.30%～13.05%,紧实处理则显著降低2个品种的块根产量和经济系数, 2年平均降幅分别为17.87%～15.92%和10.83%～15.63%。功能叶13C标记结果显示,疏松处理显著提高块根中光合产物的输入效率。疏松处理显著提高块根中蔗糖和淀粉含量,显著降低地上部器官中淀粉含量和茎中尤其是茎的中下部中蔗糖含量;紧实处理则显著降低块根中蔗糖和淀粉含量,而显著提高地上部器官蔗糖和淀粉含量,且茎中下部蔗糖含量增幅较大。疏松处理显著降低50～150d茎基部与茎顶部间和茎基部与块根间的蔗糖含量差;紧实处理则显著提高茎基部与茎顶部间和茎基部与块根间的蔗糖含量差,且茎基部与块根间蔗糖含量差的变幅大于茎基部与茎顶部间的蔗糖含量差。相关分析表明,茎基部与块根间、茎基部与茎顶部间蔗糖含量差与块根蔗糖和淀粉含量呈极显著负相关。说明改善土壤通气性可促进茎基部光合产物向块根的运转,提高块根中碳水化合物含量,增加块根产量。     

灌浆结实期弱光对水稻籽粒蔗糖及其降解酶活性的影响

选用IR72（籼稻）和日本睛（粳稻）,在开花后遮光处理,对弱光条件下籽粒蔗糖含量的动态变化和降解酶的活性进行了研究。结果表明：两品种籽粒的蔗糖含量减少,蔗糖分解加快,蔗糖合成酶（SS）活性下降,液泡型转化酶（VCI）和细胞壁结合型转化酶（WCI）活性提高。即在弱光条件下,转化酶活性的提高加快了蔗糖的分解。相关分析表明,蔗糖合成酶活性、细胞壁结合型转化酶活性与淀粉积累速率显著正相关。说明这两种酶在蔗糖的分解和淀粉的合成过程中起着十分重要的作用。     

Transformation of Diploid and Tetraploid Potato Clones with the rol C Gene of Agrobacterium rhizogenes and Characterization of Transgenic Plants

Diploid and tetraploid potato clones were transformed with the rol C gene from Agrobacterium rhizogenes under the control of the cauliflower-35-S promoter. Parameters proper to the sink and source attributes and hormone treatments have been considered to study the effect of the gene on yield physiology of the potato plant. The expression of the rol C gene in diploid and tetraploid potato lines induced drastic developmental abnormalities like dwarfism and increased tillering. Hormonal treatments revealed a different behavior of rol C transformams and controls. This supports the conclusion that the gene product of the ml C gene interacts with the hormonal status of the plant. Grafting experiments showed the non-ditfusable nature of rol C gene product. Tuberization was studied in-vitro and in-planta. Relevant differences in tuber shape and eye number were noted between rol C transfonnams and controls. Tuber yields in-planta in greenhouse or in growth chamber resulted higher in the controls; a significant increased number of tubers per plant was found, however, in both diploid and tetraploid rol C transformants. The effect of the rol C gene was apparently too drastic for diploid and tetraploid potatoes; weaker and tissue specific promoters may be necessary to induce only those modifications which are wanted for this crop. The experiments nevertheless proved that one single gene was capable in potato to affect substantially the manifestation of vieldmg attributes.     

淀粉型甘薯‘川薯231’的选育和优势特性鉴定

为加快选育优质、高产淀粉型甘薯新品种,以优质淀粉型甘薯品种‘西成007’为母本,通过开放授粉的方法获得实生种子。在田间,经过实生苗初筛和高代鉴定获得稳产的候选材料,再结合西南联合试验和抗病鉴定筛选,最终选育出优质高产的淀粉型甘薯新品种,定名为‘川薯231’。对‘川薯231’的形态特征、开花习性、产量、抗病性、品质以及优势特征进行了研究。在2017和2018年的西南联合试验中‘川薯231’平均鲜薯产量为33.84 t/hm²,平均干率为35.62%,薯干产量为11.87 t/hm²,淀粉率为23.01%,均超出对照‘徐薯22’。‘川薯231’在大田抗病中表现为抗蔓割病,中抗黑斑病和根腐病。在生长特性上‘川薯231’薯块表现为萌芽性好,幼苗生长势强。‘川薯231’属于优质、高产淀粉型新品种,其具备的萌芽性好和生长速度快的特征,能够减少种薯消耗,提早栽插,延长大田生长期,增加经济效益。此外,‘川薯231’在田间生长速度快,有利于增强其抗逆性,具有较大的市场潜力,可为改良具有较强抗逆性的优质、高产淀粉型甘薯新品种提供重要的育种材料。在2021年‘川薯...