甘薯扩展蛋白IbEXPA2基因克隆和表达分析

扩展蛋白(Expansin)是细胞壁的重要组成成分,参与细胞壁的舒张,与植物器官生长发育密切相关。甘薯是一种块根类作物,其块根不仅是繁殖器官,也是储能器官,因此,开展甘薯块根生长膨大机理研究具有重要意义。本研究在前期转录组学研究基础上,克隆到一个可能与块根膨大相关的扩展蛋白基因IbEXPA2,并进行生物信息学和qPCR表达分析。生物信息分析表明,IbEXPA2编码253个氨基酸,包含DPBB＿1和Pollen＿allerg＿1结构域,具有一段信号肽及23个氨基酸的跨膜结构域。该基因编码的蛋白与三裂叶薯expansin-A4蛋白(登录号:XP＿031109781.1)的同源性最高,为98.03%;时空表达分析表明该基因在甘薯品种‘西瓜红’和‘桂经薯8号’块根中表达显著高于纤维根,‘西瓜红’生长的各个时期块根中表达均显著高于茎和叶,在移栽50 d时表达量最高,为对照纤维根的8.49倍;‘桂经薯8号’生长多数时期在块根中的表达也显著高于茎和叶,在移栽35 d时表达量最高,为对照的8.11倍。推测该基因参与甘薯块根生长膨大调控。     

甘薯肌醇-1-磷酸合酶基因的表达分析

采用RT-PCR技术克隆了甘薯肌醇-1-磷酸合酶基因的cDNA编码区,命名为IbMIPS-1.该基因由1 530个碱基组成,编码510个氨基酸,与蓖麻、烟草、芝麻、大豆肌醇-1-磷酸合酶的氨基酸序列比对表明,其同源性很高.将克隆的IbMIPS-1基因连接到pQE30载体,构建原核表达载体.实时定量RT-PCR分析结果表明,在茎线虫侵染甘薯块根后,IbMIPS-1基因被诱导表达,并且在侵染后的第4天表达量最高.推测该基因可能参与甘薯抗茎线虫病信号传导,以诱发甘薯茎线虫病抗性反应.     

甘薯贮藏蛋白基因启动子和信号肽编码区克隆及序列分析

根据已知的甘薯块根贮藏蛋白A基因序列, 设计和合成了两对PCR引物, 从南薯88基因组中分别扩增出该基因的启动子和启动子加信号肽编码区两种DNA片段, 并测定了它们的DNA序列。 将测定的序列与GenBank中的甘薯贮藏蛋白基因的相应序列进行同源性分析, 结果发现, 其中既有与GenBank中甘薯贮藏蛋白基因启动子完全相同的片段,     

盐胁迫下不同甘薯品种的转录组测序分析

为了获得甘薯耐盐转录组序列信息,挖掘差异表达基因及其相关代谢途径,本文以盐胁迫处理0 d、3 d和6d的耐盐甘薯品种‘榕薯819’以及不耐盐甘薯品种‘榕薯910’的叶片为材料,借助高通量测序技术进行转录组测序分析。结果表明, 2个品种共获得157,252条Unigenes,平均组装长度为576 bp。其中有83,264条Unigenes在七大数据库中得到注释,占总数的52.95%。NR注释分类结果显示,在牵牛花(Ipomoea nil)中比对到同源序列的Unigenes最多,共43,620条,占总数的57.05%。Unigenes在KOG数据库中的注释主要富集在普通功能预测(8752个)、信号转导机制(5067个)以及翻译后修饰、蛋白转换、分子伴侣(4471个)中。差异表达分析显示,在‘榕薯819’中,盐处理3 d和6d的样品差异表达基因数分别为323个和3752个,共参与了33个GO功能分类项和302条KEGG代谢通路。在‘榕薯910’中,差异表达基因数则分别为5554个和7395个,共参与了50个GO功能分类项,涉及了329条KEGG代谢通路。以部分差异表达基因的转录组数据为基础,...     

施氮量对甘薯块根膨大过程中淀粉含量及特性的影响

为探究施氮量对甘薯块根膨大过程中淀粉含量及特性的影响,以‘心香’和‘商薯19’为试验材料,设置0kg hm^-2 (CK)、57.5kghm^-2 (N1)、115kghm^-2 (N2)3个氮肥(N)处理在栽插当日施用。在栽插后60、80、100、120和140 d取样,研究了施加氮肥后甘薯块根膨大过程中淀粉的含量、糊化特性、流变特性、凝胶质构特性及淀粉酶活性的变化规律。结果表明,(1)在块根膨大过程中,施用氮肥可显著提高2个甘薯品种淀粉含量。块根膨大前期施氮显著降低‘心香’淀粉糊化特性的最低黏度、最终黏度和消减值,后期显著降低‘商薯19’淀粉糊化特性的最低黏度、最终黏度和消减值,显著提高‘心香’淀粉糊化特性的最低黏度、最终黏度和消减值;(2) 3个处理下,淀粉凝胶硬度和咀嚼性随块根的膨大逐渐降低。在块根膨大后期,N2处理可显著提升2个品种的淀粉凝胶硬度;(3)2个品种淀粉凝胶呈现弹性性质, N1、N2处理可提高‘心香’的储能模量和损耗模量,降低‘商薯19’的储能模量和损耗模量;(4)块根膨大前期,施氮降低2个品种α-淀粉酶...     

铵态氮素促进甘薯块根形成的解剖特征及其IbEXP1基因的表达

探讨铵态氮素对甘薯块根形成的调控效应及其作用机制,本研究利用单株结薯数差异显著的甘薯品种商薯19(S19)和济徐23(J23)为材料,于2014-2015年进行大田试验和盆栽辅助试验,设置60 kg hm^–2低氮(LN60)和180 kg hm^–2高氮(HN180)2个氮素水平,酰胺态(XN)和铵态(AN)2种氮素形态,进行甘薯幼根向块根分化关键时期的发育解剖观察和IbEXP1基因的表达分析。结果表明,单株有效结薯数较高的商薯19块根产量显著高于济徐23,生长前期甘薯块根的分化建成相较于块根的膨大生长更利于最终块根产量的形成。同时,2个甘薯品种60 kg hm^–2铵态氮素处理在茎叶封垄期建成更多根径介于0.5~5.0 cm的薯块,显著提高了收获期的单株有效薯块数目,块根产量最高。其中,60 kg hm^–2铵态氮素处理2个品种甘薯幼根在前形成层时期原生木质部束的导管数目及中柱薄壁组织木质化薄壁细胞数目最多;初生形成层发育时期IbEXP1基因高水平表达,幼根直径、中柱直径大,原生、次生木质部束数目多;次生形成层活动初期IbEXP1基因的相对表达和中柱薄壁细胞的木质化程度介于不施氮和高氮素处理之间,但幼根直径、中柱直径和中柱占横截面比均显著最高,在块根分化建成中建立了中柱薄壁细胞木质化活动和分裂活动的平衡。     

苜蓿WRKY56基因的克隆及生物信息学分析

WRKY转录因子是高等植物特有的转录因子,也是近年来研究较为广泛的转录因子,且在植物生长、根系发育、果实成熟、衰老等代谢过程中发挥着重要的作用。本研究利用PCR技术克隆到紫花苜蓿(‘WL525HQ’,‘WL712’,‘肇东’)的LbWRKY56和LmWRKY56基因,片段长度均为379 bp左右,编码379个氨基酸,其分子量分别为33.48、30.12 kD;同源序列分析显示与蒺藜苜蓿、白三叶的亲缘关系最近,同源性分别达到97%和93%。RT-qPCR分析其在不同时期不同品种的紫花苜蓿不同组织中的表达特性,结果显示该基因在‘WL525HQ’、‘WL712’和‘肇东’的茎和叶中均有表达。在分枝期和初花期,WRKY56在‘肇东’的茎中的表达量最高,在‘WL525HQ’的叶中的表达量最高。从分枝期至初花期,该基因在茎中的表达量逐渐减少,在叶中表达量逐渐增多;并且该基因在初花期的叶中的表达是急剧上升的,在初花时期相对表达量最多。因此该基因可能在不同时期不同品种苜蓿的不同组织中有促进苜蓿生长发育的作用。     

甘薯IbNPR1全长cDNA序列的分离与表达特性分析

在植物系统获得性抗性(SAR)中,NPR1蛋白是水杨酸介导的基因表达中关键调控因子。本研究以青农2号为试验材料,利用同源序列法和RACE技术分离甘薯SAR 途径的主要抗病信号元件NPR1 (none expresser of PR gene)的全长cDNA序列。序列分析表明,IbNPR1基因全长2 353 bp,包含一个编码586个氨基酸残基的开放阅读框,包含有类似拟南芥NPR1蛋白中的BTB/POZ和锚蛋白重复氨基酸序列结构域。聚类分析显示IbNPR1与来源于番茄的NPR1基因关系最近。Southern杂交及半定量RT-PCR分析表明,甘薯NPR1基因属于低拷贝基因家族,表达模式为组成型表达,并且SA能提高其表达水平。由该结果推测,IbNPR1可能在甘薯抵御病原物的侵染中起重要的作用。     

栽插方式对2种类型甘薯茎叶生长、块根产量和商品性的影响

为了明确栽插方式对甘薯生长及产量的影响。以‘泰紫薯1号’和‘泰薯15’为试验材料,研究直栽、斜栽、平栽3种不同栽插方式对2种类型甘薯品种的茎叶生长、T/R值、块根膨大速率、产量及其构成因素、商品薯率的影响。研究结果表明,2个品种鲜薯产量和薯干产量均表现为平栽方式>斜栽方式>直栽方式;在斜栽和平栽方式下2个品种T/R值无显著差异,但显著低于直栽方式;2个品种甘薯块根膨大速率均表现为平栽方式>斜栽方式>直栽方式;平栽与斜栽方式2个品种块根商品薯率均高于直栽方式,平栽方式结薯数和薯块均匀度优于斜栽方式。综上所述,平栽和斜栽方式优于直栽方式,能够提高甘薯鲜薯产量及商品性,其中平栽方式较适用于鲜食型甘薯,淀粉型甘薯可根据种植条件选择适宜的栽插方式。     

甘薯细胞壁蔗糖转化酶基因IbCWIN家族成员鉴定及表达分析

甘薯是重要的粮食、饲料、工业原料作物和新型的生物能源作物,细胞壁蔗糖转化酶是植物源、库组织蔗糖代谢的关键酶,但关于甘薯细胞壁蔗糖转化酶基因IbCWIN家族成员的研究尚未见报道。本研究测定供试品种不同组织部位的蔗糖淀粉含量,利用生物信息学方法对IbCWIN基因家族的理化性质、保守结构域、系统进化关系、启动子作用元件、组织特异性表达模式进行分析。结果表明,甘薯茎中蔗糖含量最高,须根和叶次之,块根最低;块根淀粉含量最高,极显著高于其他部位。甘薯中含有10个IbCWIN基因,编码氨基酸442~1115个,蛋白质分子量范围49.56~124.44kD,等电点为5.0~9.1。分布在8条染色体上,都含有Glyco_32保守结构域及相同或相似的保守基序motif,属于糖基水解酶基因家族GH32。IbCWIN与木薯MeCWINV同源性高,IbCWIN基因家族启动子区域含有多种类型的顺式作用元件。qRT-PCR结果表明,IbCWIN基因家族在甘薯不同组织中均有表达且有多种表达模式,其中IbCWIN2和IbCWIN9在块根中表达量显著高于其他组织部位。本研究为下一步探索甘薯IbCWIN基因家族的功能及调控甘薯源、库关系机制提供理论指导。