大豆GmPIN2家族基因调控根系发育功能初探

生长素作为重要的植物激素之一。生长素的转运参与了植物各组织器官发育调控。在拟南芥中,生长素转运调控主要由PIN家族蛋白所介导,其中拟南芥AtPIN2主要通过介导生长素向基运输调控根的向重力性。大豆中PIN2家族蛋白及其功能研究尚未有报道。本研究通过构建系统进化树和蛋白质结构域分析发现,大豆GmPIN2a和GmPIN2b为AtPIN2的同源基因。组织表达分析研究发现, GmPIN2a和GmPIN2b在根、根瘤原基和根瘤等组织中高表达。GmPIN2a和GmPIN2b在根部主要表达在根尖表皮和外部皮层细胞,在根瘤中GmPIN2a、GmPIN2b均定位于根瘤基部维管束区,此外,GmPIN2a定位在根瘤顶部表皮及外皮层。利用基因编辑技术CRISPR/Cas9(Clustered RegularlyInterspersedShortPalindromicRepeats/CRISPRassociated9)同时敲除GmPIN2a和GmPIN2b后发现,Gmpin2ab突变体根具有明显的重力缺失表型。与野生型相比, Gmpin2ab和35S::GmPIN2b的根面积和侧根长度显著降低,Gmpin2ab...     

麻疯树PIN基因家族的鉴定与生物信息学分析

PIN基因家族是一类调控植物生长素极性运输的重要载体元件。本研究利用功能已知的拟南芥PIN蛋白家族为参考序列,在麻疯树全基因组数据中共鉴定出9条PIN基因,并针对9条JcPIN基因开展系统的生物信息学研究,开展进化树构建和基序分析以及基因表达研究和密码子偏好性解析。结果发现:9条麻疯树PIN蛋白多属于由碱性氨基酸组成的稳定蛋白,均为位于细胞质膜上的非分泌蛋白;蛋白家族含有保守的N末端结构域,二级结构与拟南芥PIN蛋白相似;进化结果表明麻疯树PIN基因与毛果杨PIN基因家族关系最近;表达分析发现了4个可信度较高的麻疯树PIN基因,密码子偏好性分析确定了13个高频密码子,揭示了异源表达JcPIN时需要改造的密码子。研究结果可为将来开展麻疯树PIN基因家族的功能研究奠定重要基础,也为麻疯树其他基因家族和其他拥有大量数据的植物基因家族研究提供参考。     

甘蓝型油菜PIN家族基因的鉴定与生物信息学分析

PIN家族基因是一类调控植物生长素极性运输的重要载体元件, PIN基因编码生长素输出蛋白, 介导生长素在植物体的运输, 然而在基因组较复杂的甘蓝型油菜中缺乏系统研究。本研究运用生物信息学方法在甘蓝型油菜全基因组数据库筛选甘蓝型油菜PIN家族基因, 对鉴定出的29个BnPINs基因开展拷贝数变异、分子特征、跨膜结构域、保守基序、染色体定位、系统进化树构建、PIN蛋白二级结构及三级结构预测等研究, 结合高通量转录组测序进行低氮胁迫下的转录水平分析。结果表明, 甘蓝型油菜PIN家族基因拷贝数明显多于拟南芥、甘蓝和白菜所具有的PIN家族基因数量; BnPINs蛋白多属于由碱性氨基酸组成的稳定蛋白, 含有保守的N末端结构域, 二级结构与拟南芥PIN蛋白相似; 系统进化选择能力分析表明, BnPINs基因与甘蓝和白菜PIN家族基因进化关系相近。转录组测序表明, BnPIN1s、BnPIN2s、BnPIN3s基因主要在甘蓝型油菜根部表达且受长期低氮(72 h)诱导, BnPIN6s和BnPIN8s基因主要在地上部表达, 低氮会抑制BnPIN6s表达。本研究结果为进一步研究甘蓝型油菜PIN家族基因生物学功能尤其是在响应低氮胁迫中的功能奠定基础, 为已知大量数据的其他物种家族基因生物信息学研究提供参考。     

芜菁PIN基因家族的鉴定与生物信息学分析

芜菁(Brassica campestris L. ssp. rapifera Matag syn. B. rapa L.)是十字花科芸薹属园艺作物,其下胚轴和主根膨大形成肉质直根。PIN (Pin-formed)是一种植物特异性蛋白,作为生长素的输出载体,介导生长素的极性运输形成生长素不对称分布,从而在植物生长发育过程中起重要作用,然而目前在芜菁中还缺乏对PIN蛋白的系统研究。本研究基于芜菁及其他植物基因组,结合芜菁和普通白菜下胚轴不同发育时期转录组数据,通过生物信息学方法,对芜菁PIN基因家族进行了鉴定,并进行了蛋白结构及基因结构分析、系统发育分析、共线性分析和表达分析。结果表明,芜菁中共有13个BcPIN,数量多于拟南芥和甜菜,但略少于萝卜、胡萝卜和水稻;不同物种间同种类PIN基因数量存在差异;芜菁PIN家族与拟南芥、萝卜PIN家族基因进化关系较近,与水稻PIN家族基因关系较远,分布在4条染色体上,包括7个共线性基因对;BcPINs启动子含有多种顺式作用元件,受多种信号调控,但不同BcPINs的顺式元件种类存在差异;BcPINs的氨基酸个数在270～661之间,分子量在29.81...     

生长素运输机制研究进展

AUX1/LAX蛋白是生长素运入载体,而PIN蛋白是生长素运出载体。MDR/PGP蛋白也参与生长素运输。生长素运输是通过生长素载体将生长素载入质膜产生的内体,以及内体产生的小泡再循环实现的。生长素作为激素与形态发生素,生长素运输调控细胞的分裂与分化,同时在植物向性生长与维持植物的顶端优势中也发挥重要作用。     

蜻蜓凤梨AfPIN的克隆、载体构建及遗传转化

本研究以蜻蜓凤梨(Aechmea fasciata)为材料,利用RACE技术克隆到跟生长素输出载体同源的基因,命名为Af PIN。序列比对分析表明:Af PIN推测的氨基酸序列含有PINs的IM(internalization motif)保守结构和一个高度保守的生长素输出载体(auxin efflux carrier,AEC)蛋白结构域,与番茄(Solanum lycopersicum)、豌豆(Pisum sativum)、芥菜(Brassica juncea)、小麦(Triticum aestivum)的PIN同源性分别为67%、67%、60%和67%。本研究构建了Ca MV-35S-GUS-Af PIN表达载体,利用农杆菌介导法侵染拟南芥花序,通过GUS染色和PCR检测,结果表明表达载体构建成功并成功转入拟南芥中。本研究已从蜻蜓凤梨中成功的克隆出Af PIN、构建了Ca MV-35S-GUS-Af PIN表达载体并转化到拟南芥中,为研究Af PIN的基因功能和乙烯诱导凤梨科植物开花机理奠定基础。     

杂交鹅掌楸LhARF2基因的克隆及功能分析

生长素响应因子ARF在植物生长发育过程中发挥着重要的作用。本研究采用同源克隆和RACE相结合的方法,从杂交鹅掌楸叶片中克隆ARF2的同源基因,命名为LhARF2,对基因蛋白序列进行生物信息学分析,基因全长3 193 bp,包含2 589 bp的开放阅读框,编码862个氨基酸的蛋白质。蛋白质分子量为96.19 kD,理论等电点为6.21,为不稳定蛋白质;蛋白质二级结构包括α-螺旋、β-折叠、不规则卷曲和延伸链,以不规则卷曲为主;蛋白质三级结构分析显示该蛋白与拟南芥生长素响应因子(SMTL编号:4ldy.1)的序列相似性最高(67.89%)。功能结构域分析显示该蛋白质包括B3、Auxin_resp和AUX_IAA结构域。系统进化树分析表明LhARF2所编码的蛋白质与莲(Nelumbo nucifera) XP_010250544.1亲缘关系最近。激素诱导生根试验表明,拟南芥T2代幼苗相比较野生型,在没有激素处理下,根系长度差异不大;在外源激素IBA处理下,根系长度明显伸长。实时定量分析显示在IBA激素诱导下,根系和叶片表达量均上调,根系中LhARF2上调幅度分别高于WT和叶片。结果表明LhARF2基因在拟南芥中对根的生长具有促进作用,LhARF2基因受IBA激素正向调控。该研究结果为进一步分析杂交鹅掌楸LhARF2基因的功能及利用奠定基础。     

番茄RAV基因家族鉴定及生物信息学分析

RAV (Related to ABI3/VP1)基因是植物特有的转录因子,在调控胁迫响应和生长发育等过程中起着重要作用。为了明确番茄RAV基因家族成员并为其功能研究奠定基础,本研究在番茄全基因组范围内鉴定了RAV基因并对其进行系统的生物信息学分析。结果表明,番茄中有9个RAV家族基因,可以分为4个分支且同一分支内的基因结构和结构域相对保守。番茄、水稻和拟南芥RAV基因的同源进化关系、基因结构和保守基序分析结果表明,3个物种中的RAV基因的进化相对保守,预示着其功能的相似性。共线性分析结果表明,片段复制事件对番茄RAV基因家族的进化和扩张起着重要作用。与水稻RAV基因相比,番茄和拟南芥的RAV基因的进化关系更近。顺式作用元件分析表明,番茄RAV可能通过参与激素代谢参与逆境胁迫和生长发育等生物学过程。本研究结果揭示了番茄、拟南芥和水稻RAV基因的同源进化关系和番茄RAV基因的潜在功能,为进一步研究番茄RAV基因的生物学功能提供理论基础。     

小麦TaROP2基因在生长发育中生物学功能的初步鉴定

植物ROP(Rho-like GTPases from plants)蛋白是小GTP结合蛋白Rho家族的成员之一,参与调控花粉管的极性伸长、根毛的发育、细胞骨架的重排、细胞发育与形态建成、细胞的内膜运输等。为探索ROP蛋白参与小麦生长发育过程中的作用,我们克隆了小麦TaROP2基因,利用生物信息学方法对TaROP2氨基酸序列中的保守结构域进行了分析。采用荧光定量方法,我们发现TaROP2基因在小麦幼苗分生组织中表达量相对较高。亚细胞定位分析结果表明,小麦TaROP2蛋白定位于细胞膜和细胞核。我们还构建了TaROP2基因的植物过表达载体pGWB6-TaROP2,并获得拟南芥异源过表达目的蛋白的转基因植株。表型分析发现TaROP2基因参与拟南芥侧根形成和气孔发育。该研究为研究小麦TaROP2基因在生长发育中生物学功能,奠定了实验基础。     

杜鹃花ARFs转录因子RmARFgn的克隆和生物信息学分析

生长素是重要的植物激素,参与调控植物生长、发育和器官分化等几乎所有生理过程。生长素响应因子家族是生长素发挥调控功能的重要基因,在生长素信号传导过程中起重要的作用。从百里杜鹃景区广泛种植的高山杜鹃中克隆了一个ARF类转录因子基因,命名为RmARFgn。该基因编码蛋白含700个氨基酸,与水稻生长素早期响应基因OsARF1高度相似。通过调控RmARFgn基因在杜鹃花内的表达,可以控制杜鹃花的花期和器官形态。该研究为杜鹃花的发育调控打下了基础。     

拟南芥TONSOKU基因研究进展

拟南芥TONSOKU (AtTSK)是一个细胞核内的绑定蛋白,在调控植物生长发育的过程中发挥重要作用。基于目前TSK研究结果,本综述旨在系统地对拟南芥AtTSK基因的结构特点、基因表达、蛋白定位、系统进化以及功能进行综述,并总结了AtTSK在调控细胞有丝分裂、修复DNA、维护染色体结构、维持转录水平的基因沉默以及植株形态建成等生理过程中的重要作用。本综述对于进一步解析拟南芥及其它植物TSK功能,探索TSK在植物细胞分裂及生长发育中的作用机制,具有重要的参考意义。     

茶树己糖激酶基因CsHXK2的启动子克隆及表达特性分析

植物己糖激酶是双功能蛋白,具有磷酸化己糖和介导糖信号的关键性作用。前期研究中,我们从茶树中克隆获得4个己糖激酶基因,其中CsHXK2基因编码492个氨基酸残基,与拟南芥AtHXK3、番茄LeHXK4归为Type A类HXKs。利用RT-PCR技术,克隆获得长度为2029bp的CsHXK2基因启动子。CsHXK2基因可能受到光照、低温、病原菌、糖和多种激素等信号的调控,且可能特异性表达于叶、花、种子、根系、腋芽等组织。CsHXK2蛋白定位于叶绿体内。酵母突变体功能互补试验表明,去除叶绿体转运信号肽的CsHXK2成熟蛋白具有葡萄糖和果糖磷酸化活性。茶树组织特异性表达分析显示,CsHXK2基因在根和茎中表达量最高,而在老叶中表达量最低。CsHXK2基因的表达受低温胁迫而显著下调,经炭疽菌侵染的茶树叶片内CsHXK2基因的表达也受到显著抑制,而外源赤霉素(GA_3)处理的茶树叶片内CsHXK2基因表达显著上调。本研究结果表明,CsHXK2基因在茶树的生长发育过程和逆境胁迫响应中发挥重要的调控作用。     

生长素响应因子ARF研究进展

生长素响应因子ARF是一类新的转录因子,能够特异性结合生长素初期响应基因启动子中的Aux RE的TGTCTC序列,对生长素响应基因的表达起到激活或抑制作用。近年来,其信号转导途径的互作、激素信号途径以及受micro RNA调控机制等多方面研究得到了深入开展。本综述参考国内外有关研究,详细分析了ARF蛋白结构,探讨了其在生长素信号途径中的作用机制,总结了其在植物体内的主要功能研究,尤其是在植物花器官和叶片生长发育过程中的重要作用,为利用分子生物学手段对植物生长的调控提供参考。     

拟南芥和禾本科植物ABP1家族分析

生长素是植物中非常重要的调控激素,ABP1在很多生长素的调控作用中都起到关键作用,研究证明生长素结合蛋白与信号转导有关,但其具体转导路径还不清楚,本研究以已知拟南芥生长素结合蛋白(ABP1)为模板,在禾本科二穗短柄草、大麦、水稻、高粱、谷子和玉米6个物种中鉴定出10个ABP1蛋白。通过序列保守性分析,我们了解到这些蛋白在C端均有一个保守结构域和典型的保守基序Motif2、Motif3,并且对其进行选择压力分析只得到1个氨基酸位点受到显著正选择。有趣的是水稻Os12g34460基因十分特殊,它在进化树中发生显著分歧且丢失了C端的保守结构域,在亚细胞定位中也是有别于其它所有蛋白。最后,我们以玉米为代表进行蛋白互作分析,发现ABP1与ABP4和ABP5存在密切的关系。本研究使以ABP1为代表的生长素结合蛋白相关性质更加具体清晰,为揭示其作为重要信号的具体传导机制提供参考。     

甘蔗割手密种PIN基因家族的鉴定与表达分析

PIN (PIN-FORMED)作为生长素输出载体,在生长素极性运输过程中起重要作用,但是目前在甘蔗中还没有相关研究。本研究结合甘蔗割手密种基因组数据、非生物胁迫和生物胁迫下的甘蔗栽培种转录组数据,通过生物信息学分析技术,对甘蔗割手密种PIN基因进行了基因家族鉴定、基因结构及功能分析。分析结果表明,甘蔗割手密种中共有22个SsPIN基因,其中包括15对串联重复基因,启动子包含16类顺式元件,外显子和内含子数目差别明显,分布于14条染色体。SsPINs氨基酸长度在305～791之间,其编码蛋白质分子量在33.20～84.62 kD之间,跨膜结构数目在4～17之间,具有保守基序2,绝大多数属于稳定的碱性蛋白。SsPIN基因家族成员响应低氮、高粱花叶病毒和黑穗病菌胁迫,推测生长素和非生物胁迫及生物胁迫信号通路间存在交叉。本研究为揭示PIN基因在甘蔗逆境适应中的生物学作用奠定了基础,为未来抗性品种开发和选择提供依据。     

番茄发育相关基因SlLNG1和SlLNG2的鉴定与组织表达模式分析

LNG(LONGIFOLIA)基因在模式植物叶片和果实生长发育过程中发挥重要的调控作用。然而,茄科作物中的LNG基因功能尚不明确。本研究运用同源克隆的方法从"Micro-Tom"番茄矮化品种中鉴定到两个LNG基因,基于其与拟南芥AtLNG1和AtLNG2的序列相似性,命名为SlLNG1和SlLNG2。并对这两个家族成员进行了基因结构、蛋白特征、序列保守结构域和进化关系等分析。结果表明:SlLNG1和SlLNG2分别位于第2染色体和第3染色体,编码产物与马铃薯同源蛋白的相似性最高。荧光定量PCR实验结果发现,SlLNG1和SlLNG2基因在番茄的各组织中的表达具有较大差异,表现出明显的组织特异性。SlLNG1在花中的表达量最高,而SlLNG2在叶片中的表达最高。此外,在SlLNG1和SlLNG2的1.5 kb启动子区域发现多个光响应、胁迫响应和水杨酸响应的顺式作用元件。本研究为深入研究番茄LNG基因的结构、功能和调控机制奠定了基础。     

北方旱地红小豆DREB2A基因克隆及表达分析

脱水响应元件结合蛋白(DREB)转录因子在植物干旱和热胁迫应激调控中具有重要功能。为提高红小豆在北方干旱缺水条件下的产量,本研究以拟南芥DREB2A基因序列为依据,从红小豆基因组数据库中鉴定出了1个DREB2A的同源基因(Vigna angularis,登录号为XP_017429189.1)。经基因表达分析,结果表明:此基因为拟南芥DREB2A的直系同源基因,编码的蛋白不具有信号肽的作用,二级结构主要以无规则卷曲为主,而且含有多种逆境性转录因子。通过物种间系统进化树分析发现,该基因与红小豆DREB2A亲缘关系近的植物是沙冬青。荧光定量PCR技术分析结果表明,在红小豆非生物胁迫的调控中红小豆DREB2A也起到重要作用。本研究为阐释红小豆抗逆分子机制提供理论基础。     

马尾松PmPIN2基因的克隆及实时定量分析

PIN2基因在植物生根机理中起关键作用,对马尾松PIN2基因进行研究,可为解决马尾松无性系生根困难、促根壮苗培育提供帮助。本研究以马尾松幼苗全株为试材,利用PCR技术和RACE技术克隆了马尾松PIN2基因全长,并通过相关软件和实时荧光定量进行生物信息学和组织特异性分析。结果发现PIN2基因全长3 706 bp,包括2 103 bp完整ORF序列,编码700个氨基酸。生物信息学分析表明,PIN2蛋白为疏水性蛋白,相对分子量76.43 k D,等电点(p I)为9.06,总亲水性平均数0.023,PmPIN2编码的蛋白与PIN家族具有同样典型结构域。实时荧光定量分析结果显示,PmPIN2基因在马尾松根、茎、叶、花中均有表达,其中根中的表达量最高,花中最低。PIN2基因是参与植物生根过程的重要基因,对马尾松PmPIN2基因的研究为PIN基因家族在生根机制方面的作用探究提供帮助。     

葡萄GRF基因家族的生物信息学分析

GRF (Growth-regulating factor)基因家族是一种广泛分布于种子植物的转录因子,在调节植物的生长、发育中发挥重要的作用。本研究从葡萄基因组鉴定出8个VvGRF基因,命名为VvGRF1～VvGRF8。采用生物信息学的方法,系统地对葡萄Vv GRF家族的蛋白理化性质、进化关系、保守基序及在不同发育时期的差异性表达进行预测和分析。结果表明,VvGRF基因内含子与外显子数量差异较小,在所有预测蛋白的N端含有两个典型的保守结构域QLQ与WRC;系统进化分析将GRF家族成员分为6组,其中葡萄与甜瓜的亲缘关系较拟南芥、番茄两种双子叶植物近;顺式作用元件表明,调控分生组织、胚、种子发育及生长素、赤霉素等信号传导和逆境胁迫响应元件,在VvGRFs启动子序列中大量存在;基因特异性表达分析显示,多数GRF基因在葡萄发育的花后2周、10周时期的表达丰富度高,在接近成熟时期的表达丰富度较低,表明GRF在葡萄生长、转色早期起着重要的作用,参与组织、器官的生长调节。本研究为进一步探究葡萄GRF基因家族的结构及生长发育时期的功能调节提供了参考依据。     

植物中氮素利用及硝态氮转运蛋白的研究进展

硝态氮转运蛋白在植物吸收利用氮素方面发挥主要功能,植物生长发育过程中对氮素的吸收、转运和再利用都需要硝态氮转运蛋白参与调控。目前硝态氮转运蛋白主要分为四类:NRT1(NPF)、NRT2、SLAC/SLAH、CLC。硝态氮在植物吸收、代谢和基因表达方面是一种很重要的信号调控分子,硝态氮转运蛋白可作为植物的硝态氮受体。通过论述氮素代谢过程中硝态氮转运蛋白家族基因的功能和在拟南芥等作物中的研究现状,为作物的抗逆性研究和优良品种的培育提供参考。