基于三代测序技术的植物信号通路相关基因在胡杨异形叶发生中的功能分析

胡杨异形叶发生的分子机制目前仍不清楚。为了探究胡杨不同叶形的发生机制,本研究利用三代测序(TGS)结合二代测序技术,完善了胡杨的转录组数据,建立了胡杨条形叶、披针形叶、卵圆形叶和宽卵形叶的基因表达谱,并进一步分析了胡杨异形叶发生过程中植物信号通路相关基因的表达模式和作用。结果表明,胡杨叶组织中共有59 004个mRNA,其中新发现的mRNA有9 328个;根据胡杨中全部mRNA的表达趋势将其分为27种模式,其中两个模式(模式4和模式23)中总计4 284个基因表达趋势与叶形指数变化完全一致或完全相反,是胡杨异形叶发生相关基因;胡杨异形叶发生相关基因中,参与脱落酸(ABA)信号通路的基因有9个、生长素(IAA)信号通路的有29个、细胞分裂素(CTK)信号通路的有10个、赤霉素(GA)信号通路的有3个,这些基因的功能和表达趋势表明,大多数促进这些信号通路的基因从条形叶到宽卵形叶表达量持续上调,大多数抑制这些信号通路的基因的表达量则持续下调。本研究结果表明,胡杨从条形叶到宽卵形叶的转变与ABA、IAA、CTK和GA信号通路的活跃程度增加密切相关,这些发现对揭示胡杨异形叶形成的分子机制和胡杨培...     

次生代谢相关ceRNA调控网络在胡杨异形叶发生中的作用分析

为了探究胡杨异形叶发生的分子机制,本研究以胡杨的四种异形叶(线形,披针形,卵圆形,阔卵形)为材料,利用链特异性转录组测序鉴定了胡杨异形叶中的lncRNA和circRNA,建立了它们的表达谱,筛选出差异表达的lncRNA和circRNA,构建了它们的ceRNA调控网络,用Gene Ontology对它们的靶基因(mRNA)进行了注释和分类,确定了参与次生代谢的lncRNA和circRNA,分析了它们在胡杨异形叶发生中的作用。结果表明,在胡杨异形叶中,共有4 460个lncRNA (其中442个为新发现)和1 149个circRNA (全部为新发现),鉴定出差异表达的371个lncRNA和24个circRNA,根据ceRNA机制和它们的靶基因的功能,发现参与次生代谢的有26个lncRNA和13个circRNA。研究还发现,lncRNA在披针形和卵圆形叶的表达模式最相似,与线形叶的差别最大,而circRNA则在线形和披针形叶的表达模式最相似,与阔卵形叶的差别最大,根据受它们调控并差异表达的mRNA的功能,发现它们主要参与木质素的代谢,还与萜类和酚类的代谢以及发育过程相关。本研究表明lncRN...     

rot3、rot4、an和spk1在胡杨异形叶发生中的表达模式和作用

胡杨具有典型的异形叶性,是研究植物叶形发育的理想材料。但至今尚不清楚胡杨异形叶发生的分子调控机制。本研究以胡杨披针形和宽卵圆形幼叶为材料,利用qRT-PCR技术分析了参与叶基-顶轴发育的rot3和rot4基因、参与叶中-侧轴发育的an和spk1基因在胡杨异形叶发生中的表达模式,进一步分析了这些基因对胡杨异形叶发生的调控作用。发现rot3和spk1在披针形叶中的表达显著高于在宽卵圆形叶中表达,特别在叶形发育早期。而rot4和an则在宽卵圆形叶中的表达显著高于在披针形叶中表达,尤其是叶形发育早期。这暗示在胡杨叶形发育过程中,尤其是早期,rot3和spk1能促进胡杨叶形向披针形发育,而rot4和an则能促进胡杨叶形向宽卵圆形发育。同时也证明这4个预测基因在胡杨中是存在的,它们通过控制基-顶轴和中-侧轴极性建成调控胡杨异形叶的发生。     

姚允聪课题组在苹果果实色泽发育研究中取得新进展

<正>日前,北京农学院植物科学技术学院姚允聪课题组在The Plant Journal在线发表了研究论文。该研究分析了苹果果实中长链非编码RNA (lnc RNA)在花色素苷生物合成中的潜在作用,阐述了mi RNA156a的decoy lnc RNA参与果皮色泽形成的调控新机制。果实色泽是苹果果实品质的重要性状,它不仅是果实商品价值的重要指标,而且对于抵御果实发育过程中生物     

木本植物miRNAs参与环境胁迫应答的研究进展

MicroRNA (miRNA)是一种广泛存在于植物中,长度约为21～24个核苷酸的单链内源性非编码RNA。研究证实,miRNA通过对靶基因的剪切或抑制来实现转录后水平上的负调控,并在植物的生长发育、形态建设、信号传导以及环境胁迫响应中都发挥着重要的调控作用。与此同时,随着高通量测序和生物信息学的快速发展,大量miRNAs正不断被发现,miRNAs已成为当前植物分子生物学领域的研究热点之一。本研究首先简述了miRNA的形成过程及鉴定、表达量分析以及靶基因预测与验证的方法,其次重点综述了非生物胁迫和生物胁迫下木本植物miRNAs参与环境胁迫应答的研究现状,最后讨论了木本植物miRNAs今后的研究方向,以期为研究木本植物miRNAs参与调控植物抗逆应答的分子机理提供一些参考。     

棉花芽黄突变体十个叶绿体蛋白编码基因 RNA 编辑位点的测定及分析

RNA编辑是陆生植物叶绿体转录后基因表达调控的一种方式.已有研究表明植物黄化或白化可能与叶绿体RNA编辑有关.本实验采用PCR,RT-PCR及测序的方法,确定棉花芽黄突变体V1子叶与真叶的10个叶绿体蛋白编码基因中各有34个编辑位点,有6个位点存在编辑效率的差异.将这些编辑位点与柯字310比较发现,芽黄突变体多5个编辑...     

基于高通量测序的植物ceRNA分析策略和应用进展

microRNA (miRNA)是一类长度约19~24 nt的非编码单链小RNA,通过种子序列与靶基因的3'-UTR互补,降解靶基因或抑制其翻译,从而在转录后水平调控靶基因的表达。miRNA广泛存在植物基因组中,参与调控生长发育、细胞维持和分化、信号转导以及逆境胁迫应答等多个生物过程。竞争性内源RNA(ceRNA, competing endogenous RNA)是指具有相同mi RNA反应元件(MRE, miRNA response element)的RNA转录本,能够竞争性结合miRNA,解除其对靶基因的抑制,进而形成复杂的ceRNA调控网络。随着深度测序技术和生物信息学方法在植物学研究领域的广泛应用,植物ceRNA的鉴定速度不断提高。然而由于miRNA与ceRNA结合模式尚不明确以及调控网络的复杂性,植物ceRNA的研究仍处于起步阶段,经实验证实的ceRNA调控关系数量有限。本综述就植物ceRNA的生物信息学预测、实验验证及研究进展进行了全面的阐述。首先,总结了基于RNA-Seq的ceRNA分析流程和常用生物信息学资源。其次,从ceRNA表达特征、调控关系和生物功能三个方面介绍了当前常用的实验验证技术。最后,对近年来植物ceRNA领域国内外的重要进展进行了概述,并展望了今后植物ceRNA的研究前景和拟解决的科学问题,以期为深入了解ceRNA在植物中的调控机制提供参考方法和理论依据。     

文冠果DREB转录因子家族鉴定及非生物胁迫表达分析

转录因子(TF)对于调节植物靶基因的表达起到关键作用。脱水响应元件结合因子(DREB)是植物特异性转录因子家族,其成员参与调控植物对各种非生物胁迫的反应。然而,DREB家族尚未在油料树种文冠果(Xanthoceras sorbifolium Bunge)中得以鉴定,文冠果是中国北方最重要的耐逆树种之一。因此,本研究旨在以文冠果全基因组测序数据为基础,系统鉴定并表征文冠果中的DREB家族成员,利用转录组测序的方法分析XsDREB基因对于非生物胁迫的特异性响应。在本研究共获得54个文冠果DREB家族成员,它们均编码AP2结构域且大多数成员基因中缺乏内含子,可根据系统发育情况分为6个亚组。此外,RNA-seq结果显示14个XsDREB基因在冷胁迫下上调或下调,8个基因被发现参与盐胁迫响应。本研究结果为进一步研究文冠果DREB基因的功能奠定了基础,并将有利于文冠果的遗传改良。     

转录组学鉴定高粱营养器官间功能差异的决定基因

本研究采用Illumina HiSeq 4000高通量测序技术,对高粱根、茎和叶的转录组进行测序以及生物信息学分析,以期鉴定出决定营养器官功能异质性的核心基因。结果表明,转录组测序获得165 413 338条原始测序序列(Raw reads),过滤后获得160195618条序列(Clean reads);共鉴定出33204个基因及230685个可变剪接事件;三种营养器官基因表达模式的相似度较低,共筛选出10 083个差异表达基因,其中在不同营养器官均有表达差异的决定基因1320个。对决定基因进行GO富集分析,得到2946个GO功能注释(p0.05),分布于光合作用、结构分子活性和细胞组成相关的GO项中;KEGG富集分析表明差异基因在光合作用、黄酮和黄酮醇生物合成以及叶酸参与的"一碳单位"代谢途径富集程度显著。本研究为深入探讨高粱营养器官间功能差异性机制及器官特异性启动子克隆等工作奠定了数据基础。     

玉米SBP转录因子全基因组鉴定与功能分析

SBP基因家族是一类植物基因组特有的转录因子,参与植物生长发育及多种生理生化过程。近来,大量研究已在多种植物中鉴定出SBP转录因子,但关于玉米(Zea mays L.) SBP转录因子家族的系统分析报道尚少。本研究通过对拟南芥、水稻等植物已知的转录因子与玉米基因组数据比对,并设置一系列严格的筛选标准从玉米基因组中挖掘SBP转录因子,系统发育分析显示单子叶植物玉米和水稻的SBP基因保守性更强、亲缘关系更近;共鉴定37个SBP基因,分布在9条染色体上;通过基因分析注释以及启动子功能预测,进一步发现SBP家族基因参与植物生长发育、形态建成、逆境胁迫响应、花器官发育以及植物光反应等过程。并且,玉米SBP转录因子可通过参与赤霉素、生长素、脱落酸、水杨酸等多条激素信号调控途径来调节植物的生长发育。     

植物长链非编码RNA生物学功能及其与miRNA互作新进展

长链非编码RNA是一种在各种生物中广泛存在,长度大于200 nt的非编码RNA分子。没有明显的开放阅读框,不编码蛋白质,却存在众多潜在的生物学功能。本综述简要介绍了植物长链非编码RNA的形成所需的RNA聚合酶种类、预测方法及植物中存在的种类。重点阐述了长链非编码RNA在植物生殖发育、春化作用、逆境胁迫、果实成熟及光形态建成等方面发挥的生物学功能以及长链非编码RNA作为miRNAs的靶标或诱饵时两者发生的相互调控作用。最后对植物长链非编码RNA的研究前景进行了展望。     

荔枝早期体细胞胚发生相关microRNA的鉴定与分析

荔枝(Litchi chinensis Sonn.)种胚发育状态直接影响种子和果实大小及其品质,但迄今为止对其发育分子机理尚缺乏系统研究与了解。本研究利用‘御金球’荔枝幼叶诱导的胚性愈伤组织(EC)和早期体胚(SE)进行小RNA高通量测序。利用生物信息学方法鉴定体胚发生相关microRNA (miRNA),预测其靶基因,筛选潜在的miRNA-靶基因互作对;并利用实时荧光定量PCR (RT-qPCR)方法对差异miRNA与miRNA-靶基因的关系进行验证。在EC和SE小RNA文库中共鉴定得到属于564个家族的1 127个已知miRNAs。与EC相比,有88个miRNAs在SE中差异表达,包括51个上调和37个下调miRNAs。其中80个miRNAs预测得到581个靶基因,多为转录因子和参与初级、次生代谢途径的酶基因。根据基因表达模式共筛选得到167个具有负调控关系的miRNA-靶基因对,涉及胚胎发育、激素信号、氧化还原和细胞壁建成等生物学过程。RT-qPCR结果表明12个miRNAs的表达在胚性愈伤和体胚发生阶段变化显著,且4个miRNA-靶基因对具有负调控表达模式,这些结果与小RNA测...     

芸薹属物种(B.napus,B.rapa,B.oleracea)PHB基因的生物信息学分析

HD-ZIPⅢ基因家族参与植物胚胎发生、分生组织形成、叶极性建立和维管组织分化等过程。本研究利用生物信息学方法,对HD-ZIPⅢ成员之一PHABULOSA (PHB)进行鉴定,在甘蓝型油菜、白菜和甘蓝中共获得7个PHB成员,并对其核苷酸和氨基酸序列的基本特征、结构域、保守基序、基因结构和系统进化关系进行了分析。结果表明,这些PHB蛋白编码不稳定的亲水性蛋白,所有成员均含有Homeobox、bZIP、START和MEKHLA保守结构域,PHB位点在三个物种间的进化符合禹氏三角理论。序列分析及测序结果显示白菜的两个PHB基因在miR165、miR166结合位点处存在一个碱基差异。本研究为进一步揭示芸薹属物种PHB基因功能提供了依据。     

基于转录组的剑麻杂交种‘11648号’GATA基因家族的鉴定及表达分析

GATA转录因子在植物中广泛存在,并参与生长发育、生物和非生物胁迫等多种生物学过程,为深入阐明GATA基因家族在剑麻相关生物学过程中的重要功能。本研究基于转录组水平鉴定手段,对剑麻基因家族进行鉴定分析以及表达模式研究。在前期已完成的RNA-seq数据上,利用相关软件对剑麻GATA基因家族进行鉴定,同时对得到的剑麻GATA基因进行理化性质、保守结构域、进化关系和表达模式分析。在剑麻中共筛选获得23个GATA基因,其编码蛋白质的氨基酸数目在118～581之间,分子量约为12.74～64.87 ku,等电点为5.19～10.22。亚细胞定位预测结果显示18个AhGATAs定位于细胞核,3个AhGATAs定位于叶绿体,2个定位于线粒体。AhGATAs基因家族含有GATA、RPN13_C、AhXH、CCT和Tify这5个相对保守的结构域。进化树分析表明剑麻GATA蛋白可分为5个亚家族。23个剑麻GATA基因在剑麻紫色卷叶病不同发病时期呈现不同的表达规律。本研究在转录水平上初步完成了剑麻GATA基因家族的鉴定与功能分析,为后续深入解析AhGATAs基因在剑麻中的具体功能提供参考。     

基于转录组的巨龙竹CesA基因家族的生物信息学分析

纤维素是植物细胞壁的重要组成成分,主要由多个纤维素合成酶(CesA)基因家族参与编码.本研究基于巨龙竹单分子实时测序(SMRT)转录组数据库,利用高质量转录本非冗余序列结合转录本功能注释,共筛选出45个CesA基因候选序列.巨龙竹CesA基因家族编码蛋白的氨基酸数目为351～1 652个,其分子量为40.45～186....     

棉花AGO蛋白家族基因鉴定及表达分析

AGO蛋白在所有由小RNA介导的RNA沉默通路中发挥重要作用。在植物中,它广泛参与维持基因组的稳定、调控组织的发育、对逆境的应答以及对入侵的转基因和植物病毒的免疫。对AGO基因家族成员的研究有利于研究其功能。为揭示棉花中AGO家族的功能,本研究利用全基因组信息在陆地棉基因组中鉴定了27个AGO蛋白,并对这些家族成员的特性进行了进化分析,这些AGO蛋白被分为3类,蛋白长度介于731~1462 aa之间,第一、三亚家族蛋白编码区较多,第二亚家族蛋白编码区较少。27个基因分布在16条染色体上。8个基因在所有组织中的表达量较高,棉花AGO基因与拟南芥AGO基因在组织中的表达模式极为相似。本研究为进一步研究棉花中AGO蛋白的功能提供了指导意义。     

大豆叶型性状全基因组关联分析与候选基因鉴定

大豆叶片的形状和垂直分布影响群体冠层结构和光合效率并最终影响大豆的产量。植物叶片大小、形态因着生位置不同而产生差异的现象称为异形叶,虽然异形叶现象在被子植物中广泛存在,但目前关于大豆叶片发育过程中异形叶的调控的研究还很有限。本研究通过对283份大豆种质资源的叶长、叶宽、叶形指数和异形叶指数等叶型相关的性状在江苏南京进行连续2年的考察,利用全基因组关联分析检测到181个叶型性状相关位点,其中能够在2个环境或多个性状中重复检测到的位点18个。利用检测到的与叶型相关的SNP位点,结合基因的表达谱数据、拟南芥中同源基因的功能,鉴定与大豆叶片发育和异形叶形成相关的候选基因。其中在20号染色体的相关位点Chr20:36152820上游发现已知的大豆叶形调控基因Ln (Glyma.20G116200)。此外,在19号染色体的相关位点Chr19:45155943附近鉴定到2个候选基因Glyma.19G192700、Glyma.19G194100,分别被注释为Growth-regulating factor 4 (GRF4)和LITTLE ZIPPER 3 (ZPR3)基因的同源基因,为阐明大豆异形叶等...     

胡杨F-box基因克隆和功能分析

F-box蛋白在泛素-蛋白酶体途径中能够特异识别底物蛋白,调节多种激素的信号转导途径,并响应多种非生物胁迫,参与植物抗逆途径。胡杨(Populus euphratica)是中国西北沙漠唯一能成林的高大乔木树种,对盐碱、干旱、极端温度等抵抗能力较强,是研究林木抗逆机理的候选模式树种。本研究对胡杨耐盐性状关联分析获得的F-box基因进行克隆、表达特性分析、亚细胞定位和转化胡杨原生质体的耐盐性测定,旨在研究胡杨F-box基因的功能特性。胡杨F-box基因全长1 086 bp,编码361个氨基酸,含有一个F-box domain和一个F-box associated domain。q RT-PCR表明胡杨F-box基因在各组织中均有表达,无组织特异性,其表达受盐、高温、低温、干旱和ABA胁迫诱导。PEG介导的胡杨原生质体瞬时表达发现F-box蛋白定位于细胞核上,流式细胞术证实过表达F-box基因能够提高胡杨原生质体的耐盐性。研究初步揭示了胡杨F-box基因的表达特性和耐盐性,为进一步解析胡杨F-box基因的功能及胡杨抗逆分子机理提供帮助。     

三个胡杨SnRK基因的克隆和序列分析

蔗糖非依赖1蛋白激酶(sucrose non-fermenting-1-related protein kinase,Sn RK)是广泛存在于植物中的一类Ser/Thr蛋白激酶,参与各种胁迫信号传导通路,对植物抵御不良环境起到重要作用。本研究根据胡杨转录组测序结果克隆出了三条Sn RK基因,进行序列对比和系统进化分析预测其基因功能。结果显示这三个胡杨Sn RK基因属于Sn RK2家族成员,三个胡杨Sn RK基因又与AtSnRK2.2、AtSnRK2.3、AtSnRK2.6序列相似性较高,可能在逆境应答过程中具有重要功能。胡杨Sn RK的功能预测和分析,将为进一步研究林木非生物逆境胁迫响应机制奠定基础。     

基于高通量技术的椭圆叶花锚叶绿体全基因组测序及系统发育分析

本研究采用Illumina NovaSeq测序平台对椭圆叶花锚叶绿体基因组(cpDNA)进行测序,通过组装获得了其叶绿体基因组全长序列153 341 bp,GC含量为38.2%。注释得到135个基因,包含88个蛋白编码基因、37个tRNA基因、8个rRNA基因和2个假基因。用生物信息学方法对获得的cpDNA进行简单重复序列分析和密码子偏好性分析。结果显示：(1)椭圆叶花锚cpDNA中共有173个符合条件的SSR位点。其中单核苷酸、二核苷酸、三核苷酸、四核苷酸和六核苷数分别为128、34、4、6和1,未发现五核苷酸重复基序。(2)椭圆叶花锚cpDNA亮氨酸使用频率最高,半胱氨酸使用频率最低。基于17种植物构建的系统发育树显示,椭圆叶花锚所在的花锚属与獐牙菜属亲缘关系最近。本研究为椭圆叶花锚种质资源鉴定、评价以及亲缘关系研究提供依据。