十字花科植物SOM基因的鉴定及分析

SOMNUS(SOM)基因编码一个CCCH型锌指蛋白,是PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR3-LIKE5(PIL5)下游的关键负调控因子,参与调控种子的萌发。本研究从十字花科12个物种的全基因组数据库中鉴定了17个SOM基因,其中芸薹属物种白菜、甘蓝和甘蓝型油菜中均包含2个及以上的SOM基因。预测这17个SOM蛋白的等电点和分子量,结果显示La SOM蛋白明显不同于其他的SOM蛋白。氨基酸序列比对显示La SOM蛋白缺失了部分氨基酸序列,但所有的SOM蛋白均包含保守的3个锌指基序,其中2个CCCH型的锌指基序。对这些SOM基因的组织结构进行分析,结果显示:只有La SOM基因存在一个内含子,其他SOM基因均没有内含子,暗示La SOM基因在进化过程中获得了内含子,并导致La SOM蛋白缺失部分序列。启动子分析显示每个SOM基因起始密码子上游1 000 bp的启动子中至少有2个E-box元件。白菜RNA-seq数据显示Br SOM1在根、茎、叶、花和角果中均不表达,仅在胚胎发育阶段的早期子叶胚和成熟胚中有表达。而Br SOM2在根、茎、叶和花中均有表达,Br SOM2在胚胎发育阶段中的表达类似于Br SOM1,只是在表达水平上比Br SOM1低。研究结果可为深入研究SOM基因奠定基础。     

油茶Aux/IAA基因家族的鉴定与分析

为了获取油茶Aux/IAA基因家族的分布和结构特征,利用HMM进行油茶全基因组Aux/IAA基因的鉴定。结果表明,油茶Aux/IAA基因非均匀分布在10条染色体上;序列长度和外显子数量差异较大,氨基酸长度范围在132～1 085之间,外显子数量为2～16个,同一系统发育亚组上的基因具有类似的外显子数量和基序结构;油茶Aux/IAA部分基因具备响应生长素的顺式作用元件外,还具备其他激素响应的基序和光响应元件。转录组数据表明,CoIAAChr12＿3、CoIAAChr7＿5、CoIAAChr9＿3、CoIAAChr9＿4、CoIAAChr7＿6基因在油茶花芽、花瓣、萼片、雄蕊、雌蕊中高表达,可能与花的形成和发育相关。CoIAAChr12＿5在油茶种子中高表达,可能与油茶种子发育相关。本研究为Aux/IAA基因家族在油茶中的系统研究提供了基础。     

薄壳山核桃Aux/IAA基因家族鉴定及其在嫁接愈合中的表达分析

Aux/IAA (Auxin/Indole-3-Acetic Acid)家族是生长素信号的早期响应基因家族之一,广泛参与调控植物的生长发育过程。薄壳山核桃(Carya illinoinensis)作为一种重要经济树种,对其Aux/IAA家族基因的鉴定具有重要意义。本研究利用生物信息学方法,在薄壳山核桃全基因组中鉴定出37个Aux/IAA家族基因,亚细胞定位发现其全部成员位于细胞核。根据其与拟南芥Aux/IAA基因的系统发育关系,将37个薄壳山核桃Aux/IAA基因分为A、B两组。多重序列比对分析发现薄壳山核桃Aux/IAA蛋白具有4个保守结构域,分别为I-IV。顺式作用元件分析发现所有薄壳山核桃Aux/IAA基因启动子区域都具有响应激素的作用元件。根据薄壳山核桃Aux/IAAs在嫁接愈合中的表达模式,挖掘出4个高表达基因,它们可能在嫁接愈合过程中起重要作用。本研究将有助于阐明薄壳山核桃Aux/IAAs在嫁接愈合过程中的功能并筛选候选基因。     

14个新疆与中亚梨品种S基因型的鉴定

本实验通过克隆测序S基因,鉴定了14个新疆与中亚梨品种的S基因型,为‘库尔勒香梨’授粉树的筛选提供了理论依据。经鉴定发现,‘麻梨’的S基因型为S16Se、‘库车阿木特’为S28S19、‘大果奎克阿木特’为S28S19、‘塔西阿木特’为S28S19、‘比凯2号’为ShS4、‘比凯3号’为S44S37、‘比凯4号’为S22Sd、‘比凯5号’为ShSe、‘比凯10号’为S4S37、‘比凯12号’为S22Se、‘卡杜斯可孜莫若’为ShSe、‘伊塞3号’为S22Se、‘伊塞1号’为SiSe、‘林中美人’为SdSe。其中,‘库车阿木特’、‘塔西阿木特’和‘大果奎克阿木特’含有与‘库尔勒香梨’相同的S28;‘比凯4号’、‘比凯12号’和‘伊塞3号’含有与‘库尔勒香梨’相同的S22。因此,上述6个品种不宜作为‘库尔勒香梨’的授粉树。本研究结果不仅为‘库尔勒香梨’授粉树的筛选提供了理论依据,也丰富了中国梨资源的S基因信息。     

杧果中DXS基因的鉴定及与其他植物的比较分析

1-脱氧-D-核酮糖5-磷酸合成酶(1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase, DXS)是2-C-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸(2-C-Methyl-D-erythritol-4-phosphate, MEP)途径的第一个关键酶。本研究鉴定了杧果DXS基因,以拟南芥DXS基因为参考,通过BLASTP方法获得了番木瓜、金钱橘、甜橙、苹果、桃子、白梨、葡萄、中华猕猴桃、无油樟、小果野蕉的DXS基因的蛋白序列,共32条序列,对其进行了保守结构域、保守基序、系统发育、理化性质、蛋白二级结构分析等研究。保守结构域及保守基序分析结果表明,杧果DXS蛋白包含一个PLN02582结构域,保守结构域内包含6个motif,其宽度、排列顺序与大多数植物相同,说明DXS基因家族具有高度保守性。系统发育分析结果显示,单子叶植物纲与双子叶植物纲的DXS基因没有分别形成分支,推测在进化过程中DXS基因的分化在双子叶植物纲和单子叶植物纲形成之后。理化性质分析及蛋白二级结构分析结果显示,稳定性蛋白占65.63%,碱性蛋白占25%,所有蛋白均为亲水性蛋白。杧果DXS蛋白为酸性、不稳定蛋白,具有亲水性。杧果DXS蛋白的二级结构主要结构元件是无规则卷曲、α-螺旋。本研究为进一步阐明杧果DXS基因在萜类合成途径中的功能提供了理论依据。     

芸薹属植物PHYB基因的鉴定与比较分析

植物光敏色素B (PHYB)是一种可吸收红光/远红光的光受体,参与调控植物光形态建成、开花时间、种子萌发等生长发育过程。本研究在芸薹属白菜(AA)、甘蓝(CC)、甘蓝型油菜(AACC)、黑芥(BB)和芥菜(AABB)中鉴定了9个PHYB基因,其中芸薹属A基因组和B基因组中均只有1个PHYB基因,而C基因组中有2个PHYB基因。C基因组中定位在MF2亚基因组上的BoPHYB2和BnCPHYB2有较多的片段缺失。比较分析芸薹属PHYB基因上游调控序列发现这些PHYB基因中均有多种光调控元件,每个PHYB基因上游均有2个保守的G-box元件,在其两侧至少有2个SORLIP2元件。基于转录组测序数据,显示白菜BrPHYB基因在根、茎、叶、花和角果中以及在不同胚胎发育阶段均有表达。通过对全基因组已测序的芸薹属植物PHYB基因的鉴定、进化关系、启动子基序及基因表达等分析,对进一步深入研究芸薹属植物PHYB基因提供了理论依据。     

蟹爪兰嫁接刀法的比较

蟹爪兰等仙人掌类花卉的嫁接及成活,与其它科属的花卉有很大不同。以蟹爪兰而言,当嫁接完成后,在适宜的光、温、湿条件下,接穗的嫁接部位会尽快将处于休眠状态的不定根转化为实生根并扎入砧木组织,吸收砧木根系输送的水分和养分,进而成活。而不定根的抽生相对集中在接穗节片的上下顶端,因此接穗处理的刀法,对嫁接能否成活及成活后的长势非常重要。笔者通过多年的观察与探索,归纳出五种基本刀法(见图1): A是待嫁接的原始接穗,嫁接部节片分为下根点、嫁接主体组织和上根点三部分,其中1、3位置为抽生不     

利用比较分子遗传学鉴定小麦穗发芽基因的研究进展

充分利用研究的比较多的模式作物所获得的分子遗传学信息,进而作为较复杂生物基因组研究的基础,是现代分子遗传学常用的手段之一。在此,重点介绍了模式作物拟南芥、玉米和水稻在种子发芽方面的分子遗传学研究进展;概述了小麦穗发芽的分子遗传学研究进展;分析了根据小麦与模式生物在基因组上的共线性,利用比较分子遗传学手段,将拟南芥的ABI3和玉米的VP-1基因作为小麦抗穗发芽的候选基因的可行性。     

番茄与马铃薯TIFY家族基因的鉴定与比较分析

TIFY蛋白是一类植物特有的转录因子,在植物的生长发育、信号传导以及胁迫反应中起重要作用。尽管一些模式植物TIFY家族基因已经被鉴定,但在茄科植物中有关TIFY家族基因的研究却很少。本研究利用生物信息学手段分别从番茄与马铃薯中挖掘到21个Sl TIFY和21个St TIFY基因,并系统性分析这些TIFY基因的序列、表达以及进化特性。染色体定位与扩增模式分析显示,番茄和马铃薯的TIFY基因散落分布在不同染色体上,家族成员扩增主要由串联和片段重复产生。序列分析表明:番茄TIFY基因结构被分为12种,马铃薯TIFY基因结构被分为8种;番茄和马铃薯TIFY蛋白共享了保守基序1,其它保守基序显示不同程度基因特异性,保守基序组成模式表现出高度多样化。系统进化分析显示,番茄和马铃薯TIFY蛋白被分为7大类群,同类群内结构与序列相似性较高。选择压力检测表明,番茄的10对同源基因和马铃薯的19对同源基因均受到负选择作用。表达谱结果表明,番茄和马铃薯TIFY基因的表达呈现较高的多样性,这可能与多样化的功能相关。这些研究结果为功能解析番茄和马铃薯TIFY基因提供理论指导。     

水稻基因OsATS的克隆及功能鉴定

植物胚胎特异性蛋白ATS3和植物的渗透胁迫响应有密切关系,本文对水稻OsATS基因的抗逆相关功能进行了初步研究。qRT-PCR检测发现,水稻在盐胁迫后OsATS基因表达量显著增加。构建OsATS基因过表达载体,转化拟南芥植株,抗逆性检测表明, OsATS基因的过表达可以显著提高拟南芥在萌发阶段和成株阶段的耐盐性。随后将过表达载体p1300-35S:OsATS和RNA干涉载体pTCK303-OsATS-RNAi转入水稻,抗逆性分析表明,OsATS过表达水稻株系在萌发阶段和苗期的耐盐性显著提高,而OsATS基因RNAi水稻株系耐盐性则明显下降。qRT-PCR和生理指标检测表明,OsATS基因的表达可能通过调节OsP5CS1、OsLEA3-1、OsPDH基因的表达,调控了水稻细胞中的脯氨酸、LEA蛋白质含量,进而影响了水稻植株整体的耐盐性。本研究初步揭示了OsATS基因的抗逆功能,后续可通过调整该基因的表达量,改良水稻的抗逆性。     

SiASRs家族基因的鉴定及表达分析

ASR蛋白是植物特有的一类蛋白,是参与并提高植物抗旱性和耐盐性过程中非常重要的蛋白之一。利用生物信息学方法,对8个谷子SiASRs家族基因编码的蛋白进行理化性质的分析、启动子的分析和系统进化树构建等,并结合qRT-PCR进行10% PEG-6000和150mmol/L NaCl胁迫下的表达分析。结果表明,谷子SiASRs家族的8个基因编码的蛋白都包含典型的ABA/WDS结构,该基因家族编码的蛋白质都不具有信号肽。系统发育树分析结果表明,在遗传进化上谷子与柳枝稷亲缘关系较近,与双子叶的番茄和大豆ASR蛋白的亲缘关系较远。PEG胁迫下基因的表达分析显示,8个SiASRs基因在受到PEG胁迫诱导后在根、茎、叶中表达量差异显著。NaCl胁迫下基因的表达分析结果显示,8个ASR基因对NaCl胁迫的响应主要在叶中体现,整体呈上调表达趋势;8个ASR基因在茎中表达变化较为稳定;在根部主要由ASR1、ASR2、ASR4、ASR5、ASR6参与NaCl胁迫响应,均为上调表达。     

桃WOX基因家族的鉴定及分析

WOX基因家族是植物特有转录因子，具有调控植物的生长发育、植物的胚胎发育、激素信号转导、抗逆代谢等作用。本研究利用桃全基因组数据，首次对桃全基因组中的WOX基因家族进行鉴定和生物学分析。结果表明：桃WOX基因家族共有67个成员，8条染色体上都有分布，不同成员的氨基酸数、分子量和等电点差异较大，大部分WOX蛋白富含酸性氨基酸且稳定性较差，所有WOX成员都为亲水性蛋白；桃WOX蛋白二级结构均由α-螺旋、β-折叠、延伸链和无规则卷曲四部分组成；桃WOX基因家族97%的成员都定位于细胞核中；系统进化树将桃WOX基因家族分为3个组，只有第Ⅰ组包含40个PpWOX蛋白和15个拟南芥WOX蛋白，其他两组都没有拟南芥的WOX蛋白；桃WOX基因结构中都含有外显子和内含子结构，但是数量差异较大；保守基序分析表明，共有10个保守基序(motif 1～motif 10)且所有WOX成员都含有motif 1，同一分支中motif的数目和种类更为相似而不同分支间有其特异的motif，与系统进化树分析具有一致性。该研究结果将为进一步分析WOX基因家族各个成员在桃的生长发育和抗逆胁迫等方面的应用提供一定的基础数据和参...     

青稞hblt14．2基因的克隆及功能分析

根据大麦blt14.2基因序列设计引物,用青稞基因组DNA为模板扩增低温反应基因的全长序列,命名为hblt14.2,在GenBank登录号为EF514912.该基因含470 bp,包括249 bp的开放阅读框、69 bp的5'非翻译区和152 bp的3'非翻译区,编码82个氨基酸残基,富含G1y、A1a、Leu和Va1,与其他冷诱导基因编码蛋白具相似性.与大麦bit14.2基因具98.9%同源性,所编码的蛋白存在2个氨基酸的差别.将hblt14.2基因连接CaMV35S启动子和NOS终止子后定向插入质粒pCAMBIA1301的多克隆位点中,构建植物表达载体pCAMBIA-BI-hblt,通过农杆菌介导转化烟草,并对转基冈烟草进行抗寒性检测.结果表明,青稞hblt14.2基因与植物的抗寒性有一定关系.     

BvM14-GAI基因的克隆及亚细胞定位

GAI蛋白属于GRAS家族中的DELLA亚家族,参与植物发育、光合、抗逆等重要的植物生长过程。实验室前期在盐胁迫的转录组数据中发现甜菜M14品系GAI基因(BvM14-GAI)受盐胁迫上调表达,为了进行该基因生物学功能的研究,本研究以甜菜M14品系为材料,通过PCR技术获得BvM14-GAI基因cDNA全长序列,并进行生物信息学以及亚细胞定位分析。研究成功获得了BvM14-GAI基因cDNA序列;生物信息学分析显示,BvM14-GAI基因开放阅读框为1824 bp(包括终止密码子),编码607个氨基酸,理论分子量为66 kDa,等电点为5.37;蛋白多重序列比对和系统进化树分析显示,BvM14-GAI蛋白与菠菜(Spinacia oleracea)和藜麦(Chenopodium quinoa)中GAI蛋白亲缘关系最近;亚细胞定位预测显示定位在细胞核。进一步将BvM14-GAI基因与pCAMIA2300-eYFP载体重组,构建亚细胞定位载体,利用冻融法转化农杆菌EHA105,进行烟草注射,结果显示BvM14-GAI蛋白定位在细胞核。本研究成功获得BvM14-GAI基因的cDNA全长,并确...     

油橄榄PLATZ基因家族的鉴定及表达模式

PLATZ是植物中发现的一类锌指类转录因子,对于调控植物的基因表达具有重要作用。为明确油橄榄中PLATZ基因家族成员的特征,本研究对油橄榄PLATZ基因家族进行了鉴定与分析。结果表明：在油橄榄中共鉴定到29个PLATZ基因家族成员(OePLATZs);不同OePLATZs基因之间结构较为保守;染色体定位表明基因在染色体中分布比较分散,亚细胞定位结果显示其中28个OePLATZs蛋白质定位在细胞核中,而OePLATZ3蛋白质定位在线粒体中;结构预测发现二级结构中具有较大比例的无规则卷曲,三级结构中29个OePLATZs蛋白质在基序Ⅰ处多有α-螺旋的存在,在基序Ⅱ处多为是无规则卷曲;根据基因差异表达结果可将OePLATZs基因在不同组织中的表达模式分为8类,并根据干旱胁迫条件下树枝组织的转录组数据,鉴定了发生上调和下调的OePLATZs基因;系统发育分析发现油橄榄和拟南芥的PLATZ基因家族成员之间有较近的亲缘关系。本研究初步鉴定并分析了油橄榄的PLATZ基因家族成员的特征与功能,为进一步对油橄榄PLATZ家族转录因子的生物学研究提供了一定基础。     

杨树FBA基因家族的鉴定及生物信息学分析

果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(fructose-1,6-bisphosphate aldolase, FBA)广泛存在于动植物中,在植物众多代谢过程中发挥重要作用。本研究以毛果杨全基因组数据为基础,利用BlastP对比程序共鉴定了9个杨树FBA基因序列,命名为Pt FBAs,并对其基因结构、保守基序、染色体定位、基因倍增模式、系统进化以及基因表达模式进行了分析。结果表明:杨树9个FBA基因可分为Ⅰ类和Ⅱ类两组,同一组间的基因都具有相同的亚细胞位置和相似的序列长度,而Ⅰ组和Ⅱ组又可进一步分成Ⅰ-A、Ⅰ-B、Ⅱ-A和Ⅱ-B 4个亚组,且同一亚组的基因具有相似基因结构和保守基序。从定位在染色体上的9条基因中鉴定出2个基因的1个片段重复事件,且Ka/Ks值小于1,说明杨树FBA基因家族在进化过程中受到纯化作用。基于‘中林2025’及其两个红叶芽变种(‘全红杨’和‘炫红杨’)的转录组数据,分析了PtFBAs基因在不同品种杨树间的表达模式,结果显示5条基因在转录组中的表达量与三种杨树在每个时间点净光合速率的高低成正比,说明它们与杨树光合作用过程有一定的相关性。这一结果可为进一步开展杨树FBA基因的发掘与功能验证提供科学依据。     

松墨天牛Homothorax基因的鉴定及表达分析

为了探讨Meis家族中Homothorax基因在昆虫中的表达特性,以松墨天牛为研究对象,从cDNA文库中筛选到松墨天牛Homothorax基因,命名为MaHth(GenBank:KX364396)。该序列长为1347bp,编码448个氨基酸。由此预测的蛋白质二级结构主要由α螺旋与无规则卷曲组成,其次是β转角与延伸链;SWISS-MODEL同源建模预测其三级结构的基元为α螺旋-β转角-α螺旋。MaHth基因编码蛋白,定位于细胞核,并存在2个独立的核定位信号:KRDK、KKNQKKR。通过DNAMAN软件比对发现MaHth与赤拟谷盗同源性最高,为97%,且存在Hox保守结构域序列;用MEGA4.0构建系统发育树,显示松墨天牛与赤拟谷盗处在同一分支。通过RT-qPCR分析表明:卵、蛹中的表达量比幼虫、成虫中的高,在成虫中最低;幼虫头部中MaHth表达量最高,马氏管中表达量较低;成虫头部、马氏管中MaHth表达量最高,足、翅、触角中表达量较低。     

桑树PHR家族基因的鉴定及生物信息学分析

磷是植物生长发育的主要矿质营养元素之一,磷饥饿响应(phosphate starvation response, PHR)基因在调节植物磷素吸收中起着重要作用。鉴定桑树磷饥饿响应转录因子家族成员,分析其生物信息学特征,为桑树PHR家族基因的功能研究提供基础。从桑树基因组数据库中获得桑树PHR转录因子序列,利用GSDS、ExPASy、MEGA、MEME、psRNATarget、STRING等软件和网上转录组数据,对桑树PHR家族成员的基因结构、蛋白理化性质、保守基序、系统进化、基因组织表达、调控miRNA和蛋白互作网络进行分析。从桑树基因组中共鉴定出12个PHR基因家族成员,氨基酸数介于256～1 529之间,83.3%的成员属于酸性蛋白,所有成员均为亲水性蛋白。进化分析显示,MnPHR转录因子归为9个聚类组,各聚类组含有1～2个MnPHR成员。外显子数为6、7、8、19的MnPHR编码基因成员分别有7个、3个、1个、1个,同一聚类组中的基因结构类似。发现4个保守性较强的基序,所有MnPHR转录因子均含有基序1～4,聚类组Ⅰ～Ⅳ的MnPHR转录因子缺少基序6。基因组织表达分析发现10个桑树PHR基因在不同组织中有表达,且存在组织特异性,部分基因转录可能受miRNA的调控。MnPHR1的蛋白互作网络分析发现,其主要参与了纤维素合成和转录因子表达调控等生物学过程。桑树PHR家族基因结构和氨基酸序列具有较强的保守性,其组织表达和蛋白互作网络结果表明该家族基因在植物的生长发育和营养吸收过程中发挥作用。本研究结果为深入开展桑树磷吸收和转运相关基因的克隆和功能验证提供了基础。     

核桃ARF基因家族的鉴定及生物信息学分析

生长素响应因子(auxin response factor, ARF)是一类在植物生长发育过程中起着关键作用的转录调控因子。基于核桃(Juglans reiga)基因组数据库，本研究利用生物信息学方法，在全基因组水平上利用HMMER 3.0和BLAST软件对核桃ARF基因家族成员进行鉴定，共鉴定到了30个核桃ARF基因，其编码蛋白的长度在596～1 124 aa之间，蛋白分子量介于65 447.51～125 471.08 Da之间，等电点在5.27～8.31之间，均定位于细胞核。系统进化树分析，将其分为4个亚组(ClassⅠ～ClassⅣ)，同一亚组成员通常表现出相似的基因结构和保守结构域。保守结构域分析显示，30个JrARF蛋白均具有保守的B3、Aux＿resp结构域，大部分蛋白含有Aux/IAA结构域。这些基因不均匀地分布于核桃的15个染色体上。启动子顺式作用元件表明，该家族成员与众多光响应元件及逆境响应、激素应答等响应元件相关。利用转录组数据分析了ARF家族成员在核桃雌雄花芽分化过程中的表达模式，结果表明JrARF1、JrARF5、JrARF17等在雌花芽形态分化始期(FB-2)...