闽楠bZIP基因家族的鉴定与表达分析

【目的】基于闽楠全基因组数据对bZIP(碱性亮氨酸拉链)基因家族进行鉴定,并研究其在闽楠根系水分胁迫下的作用,确定关键调控基因。为进一步探究闽楠根系抵御逆境胁迫的分子机制提供了参考。【方法】利用生物信息学方法进行系统进化、保守基序、基因结构、启动子顺式势作用元件以及蛋白互作分析,并通过qRT-PCR验证基因在水分胁迫下的表达模式。【结果】在闽楠基因组中共鉴定出52个bZIP转录因子,划分为10个亚家族;顺式作用元件分析表明,PbbZIP可能响应光照、生物与非生物胁迫以及生长发育等生物学过程;转录组数据分析显示,PbbZIP15在干旱/水涝胁迫下的表达量较高,PbbZIP40在干旱胁迫下的表达量较高;qRT-PCR验证结果与转录组数据基本一致。【结论】PbbZIP15和PbbZIP40是调控闽楠根系水分胁迫的2个关键基因。     

枳漆酶基因家族鉴定及其响应盐胁迫的表达分析

漆酶(LAC)是植物木质素生物合成中催化木质素单体聚合的关键酶，在调控植物生长发育和胁迫响应中发挥着重要作用。对枳漆酶基因家族进行鉴定和分析，并探究其在盐胁迫下的表达模式，可为进一步研究枳漆酶基因功能提供重要的参考信息。采用生物信息学手段鉴定枳漆酶基因家族成员，对其家族成员的理化性质、基因结构、系统进化关系、启动子顺式作用元件等进行分析，并通过qRT-PCR方法分析其盐胁迫表达模式。结果表明，枳基因组中共有20个LAC基因家族成员，其中18个分布在5条已知染色体上，2个分布在未知染色体上，被预测定位到细胞膜和细胞核中；共有6～14个外显子，5～13个内含子，9～11个motif;系统进化树分析结果显示，20个枳LAC基因家族成员与17个拟南芥LAC基因家族成员共分成7个亚组，20个枳LAC基因家族成员分布在其中的6组；20个枳LAC基因家族成员与拟南芥LAC基因间存在19对共线性关系；启动子区域含有24种顺式作用元件，其中厌氧诱导元件、干旱响应元件和茉莉酸甲酯响应元件数量最多；16个枳LAC基因在盐胁迫下显著上调表达，推测枳漆酶基因参与了盐胁迫响应。     

小麦HP基因家族鉴定和分析

组氨酸磷酸转运蛋白HP(histidine phosphotransfer proteins)在植物的生长发育调控及逆境胁迫应答中发挥重要作用。为理解HP基因在小麦基因组中的进化特征和功能,研究通过生物信息学分析鉴定普通小麦的HP基因家族成员,对其理化性质、进化特征、基因结构、顺式作用元件以及在逆境胁迫条件下的表达模式进行了分析。结果表明,在小麦基因组鉴定到31个HP基因,编码蛋白质序列包括116～200个氨基酸。通过和其他植物的HP蛋白比较以及对蛋白结构、基因结构和基序的分析,显示小麦HP家族基因序列具有保守性。顺式作用元件预测表明,HP基因具有光、植物激素、干旱、低温等非生物胁迫响应相关的启动子调控元件。热图分析表明,HP基因在应答非生物胁迫中表达模式存在多样性;qRT-PCR分析表明,TaHP5-6B基因在低磷胁迫下受到强烈的诱导表达。综上所述,小麦全基因组鉴定的HP家族基因是非生物胁迫响应的重要基因资源。     

植物抗逆相关ERF转录因子研究综述

植物在它的生命周期中要经历各种逆境胁迫。植物许多胁迫相关基因的表达主要受特定转录因子在转录水平的调控。ERF转录因子家族参与植物的生物胁迫和非生物胁迫的应答,是同植物抗逆应答密切相关的一类转录因子大家族。它们通过识别不同的顺式元件,调节多种功能基因的表达,调节植物抗性应答。综述简要介绍ERF转录因子及其相关顺式作用元件。阐述植物ERF转录因子家族在植物抗逆应答中的功能。     

非洲菊CAT2基因的克隆及表达

为研究非洲菊过氧化氢酶(CAT)基因的序列特性及其在不同逆境处理下的表达水平,以‘玲珑’非洲菊为材料,利用RT-PCR技术成功克隆获得了一个编码序列(CDS)长度为1 479 bp的CAT基因,对该基因及其编码蛋白进行了生物信息学分析,同时利用qRT-PCR技术研究了其在不同组织器官和不同胁迫处理下的表达水平.结果显示,CAT基因可编码492个氨基酸、分子质量为56.854 ku、等电点为6.5、无信号肽和跨膜结构的稳定亲水蛋白.其编码蛋白定位于过氧化物酶体,含有典型的CAT保守结构域和血红素结合位点.序列比对结果显示,非洲菊CAT基因与刺苞菜蓟CAT2基因的相似度最高,达88.00%,故将其命名为GjCAT2.进化分析显示,该蛋白与莴苣等菊科植物CAT的亲缘关系最近.GjCAT2基因在非洲菊花茎中的相对表达量最高,分别为叶、叶柄和花蕾的31.82、7.48和10.75倍.在聚乙二醇(PEG)模拟干旱和低温胁迫下,GjCAT2基因的相对表达量均呈“升—降—升”的趋势,分别于处理4和8 h时达到最大值;接种隐地疫霉初期,GjCAT2基因的表达受到极显著抑制,但侵染6 d时的相对表达量骤升...     

小麦IQM基因家族鉴定及非生物胁迫下表达分析

IQM基因是钙调素结合蛋白家族中的重要分支,在植物生长发育和应激反应中发挥重要作用。本研究利用生物信息学方法在小麦全基因组中鉴定出23个IQM基因家族成员,对其染色体位置、理化性质、系统进化关系、基因结构、蛋白保守结构域、启动子顺式作用元件和基因表达特性等进行了系统分析。结果表明,TaIQM基因家族成员随机分布在小麦18条染色体上,亚细胞定位结果显示所有基因均位于细胞核中,系统进化分析将其分为3个亚类,同一亚类间基因结构、蛋白保守结构域相似度较高,推测其功能相似;顺式作用元件分析表明,TaIQM基因家族成员启动子中含有多种与逆境胁迫及生长发育相关顺式作用元件;转录组数据分析显示,TaIQM基因家族成员在不同时期的根、茎、叶、穗和籽粒中表达量存在显著性差异;qRT-PCR分析显示,在小麦苗期地上部和地下部,TaIQM基因响应干旱、低温、高温、NaCl、ABA等多种胁迫,显示上调或下调表达。初步推断这些基因可能通过Ca²⁺信号通路参与非生物胁迫调控,研究结果为全面解析TaIQM基因结构与生物学功能、非生物胁迫响应分子机制提供依据。     

棉花PAL基因家族的全基因组鉴定及其在逆境胁迫下的表达分析

苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine ammonia lyase,PAL）是苯丙烷代谢的关键酶和限速酶，在植物的生长发育、抗病虫害和抗逆等方面发挥着重要作用。研究在全基因组水平上对棉花PAL基因家族进行了鉴定和分析，以了解棉花中PAL的功能，为后续深入研究棉花PAL功能提供一定参考。结果表明，在陆地棉（Gossypium hirsutum）、海岛棉（Gossypium barbadense）、草棉（Gossypium herbaceum）和雷蒙德氏棉（Gossypium raimondii）中分别鉴定出15、13、7、8个PAL基因。进化分析结果显示，棉花PAL基因家族可分为3个亚组。保守基序和基因结构分析显示，亲缘关系近的PAL基因之间的保守基序组成和基因结构也十分相似。启动子分析显示，GhPAL基因的启动子上存在多个与非生物和生物胁迫应答以及激素信号转导相关的顺式作用元件。组织表达模式分析表明，GhPAL基因主要在根、茎、花丝和胚珠中高表达。转录组和qPCR分析显示，部分GhPAL基因的表达量在PEG、盐、高温、低温和碱胁迫下显著提高，其中一些GhPAL基因能够对多种非生物胁...     

水稻纹枯病菌RsCat基因的克隆及其表达分析

为阐明水稻纹枯病菌(Rhizoctonia solani AG-1IA)过氧化氢酶基因(RsCat)的功能,采用常规PCR和RT-PCR技术克隆得到RsCat基因。生物信息学分析表明,RsCat基因DNA和cDNA的全长序列分别为1814bp和1 395bp,开放阅读框(ORF)编码464个氨基酸。保守结构域分析显示,RsCat蛋白具有过氧化氢酶超家族结构域和过氧化氢酶相关免疫反应结构域。系统进化分析显示:水稻纹枯病菌不同融合群的RsCat基因具有较高的序列同源性。荧光定量PCR(qRT-PCR)分析表明:RsCat基因的表达受儿茶酚的诱导,随着儿茶酚质量浓度增大,表达量上调,而随着儿茶酚质量浓度增大,CAT活性降低。说明RsCat基因的转录表达和CAT酶活不存在对应性。推测RsCat基因可能存在转录后或表达产物翻译后修饰。     

小麦超氧化物歧化酶基因家族鉴定及盐胁迫下响应锌钾的表达分析

超氧化物歧化酶(SOD)是抗氧化系统的关键酶，在保护植物免受各种生物和非生物胁迫方面发挥着至关重要的作用。然而关于小麦(Triticum aestivum L.)SOD基因家族对盐胁迫的表达模式及响应锌(Zn)和钾(K)的功能知之甚少。本研究以‘西农979’为试验材料，基于全基因组分析，对小麦SOD家族成员进行鉴定和生物信息学分析，并分析相关基因在盐胁迫下响应Zn、K的表达情况。结果表明，在小麦中共鉴定出10个SOD基因(TaSDs),包括4个Cu/Zn-SOD基因(TaCSD1～TaCSD4)、4个Fe-SOD基因(TaFSD1～TaFSD4)和2个Mn-SOD基因(TaMSD1、TaMSD2)。系统发育分析表明，TaSDs可分为Cu/Zn-SODs、Fe/Mn-SODs两大类，共7个亚组。基因结构、序列基序及启动子分析表明，所有TaSDs都具有1～7个内含子和2～7个外显子，不同TaSDs具有不同的氨基酸序列组成和高度保守的活性位点残基，且每个TaSDs的启动子中存在许多与应激反应和植物激素相关的顺式作用元件。转录组表达谱分析表明，不同TaSDs对盐分表现出不同的表达模式，TaCS...     

玉米bZIP亚家族基因的表达模式分析

bZIP蛋白是植物转录因子中数目最多、最保守的一类转录因子,参与调控植物生长发育及逆境胁迫响应机制等诸多生命进程。本研究选取玉米bZIP基因亚家族、共计14个ZmbZIP基因为研究对象,系统地研究了ZmbZIP在应答不同逆境胁迫的表达模式。系统进化树分析结果表明,14个ZmbZIP基因可以细分为5个亚组。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析结果显示,ZmbZIP基因在不同组织器官中有不同的表达模式,其表达模式多样性显示其生物学功能的分化。在人为模拟盐、干旱、低温和硝态氮/铵态氮缺乏等逆境胁迫条件下,ZmbZIP基因呈现不同的表达模式,表明ZmbZIP基因广泛地参与各类逆境胁迫响应途径,并在其中发挥着不同的作用。本研究为将来深入研究这些基因的生物学功能提供科学数据。     

粉蕉PAL家族基因的鉴定及其在逆境胁迫下的表达分析

苯丙氨酸解氨酶(PAL)在植物生长发育和对生物/非生物胁迫的响应中起着重要作用，因此有必要对香蕉中的PAL家族基因进行详细的研究。本研究从粉蕉基因组中鉴定出8个MaPAL基因，分别命名为MaPAL1～MaPAL8,在系统发育树中MaPAL6基因单独被分成一支。根据基因系统进化关系、蛋白质结构域和基因结构的分析，8个MaPAL基因属于PAL家族基因。转录组分析结果表明，MaPAL基因参与了粉蕉的发育、成熟以及对生物/非生物胁迫的响应。MaPAL4基因在所有果实发育和成熟阶段都表现出高表达。MaPAL1和MaPAL7基因可能对非生物胁迫有响应，MaPAL2和MaPAL8基因的表达在香蕉枯萎病菌4号生理小种(Foc4)侵染时被明显抑制，可能响应Foc4的侵染。和巴西蕉相比，MaPAL基因在粉蕉中被低温和渗透胁迫诱导的程度要高。本研究结果为进一步研究香蕉PAL家族基因的功能提供了基础，也为香蕉遗传改良提供了潜在基因资源。     

小麦类硫素基因家族鉴定及表达分析

类硫素(thionin-like, Thil)在植物应对病原微生物侵染的防御反应中具有重要生物学功能。本研究通过拟南芥(Arabidopsis thaliana)的Thil基因序列,利用同源搜寻及生物信息学方法初步鉴定到普通小麦(Triticum aestivum L.)的Thil基因家族。结果表明,Thil基因家族在普通小麦中包含26个成员。基因序列结构分析得到Thil家族存在保守的基序结构,家族各成员基因编码的蛋白质序列包含79～196个氨基酸,大部分蛋白质的氨基酸数量少于140,其中20个蛋白质包含信号肽。顺式作用元件预测分析结果显示,小麦Thil基因的启动子调控元件受到脱落酸等逆境胁迫相应激素的影响,同时基因表达谱呈现出受到病原菌胁迫诱导后的多样性表达。通过进一步qRT-PCR验证分析表明,普通小麦的TaThil-4A、TaThil-4B和TaThil-4D等3个基因在叶锈病菌早期侵染中被诱导表达。本研究结果可为小麦抗病育种及Thil基因家族的功能鉴定与应用提供参考。     

小麦水通道蛋白基因家族的全基因组鉴定及其在盐和干旱胁迫响应中的作用

水通道蛋白(AQPs)的功能是选择性地控制水和其他小分子通过细胞膜的流动,它们在植物的许多生理过程中都是至关重要的,包括非生物胁迫反应.小麦(Triticum aestivum L.)是全球重要的粮食作物,但干旱和盐胁迫是小麦生长和产量形成的重要影响因素.共鉴定得到了 127个非冗余的小麦水通道蛋白基因和4个可变剪接体.对TaAQP基因进行了 RNA-seq分析,揭示了小麦AQP基因的特异性表达模式.其中,TaTIPs和TaPIPs的表达高于TaNIPs和TaSIPs.qRT-PCR分析表明,小麦在干旱和盐胁迫条件下,TaNIP4;03_3D,TaTIP2;02b_7B,TaSIP2;02_4A,TaNIP3;03_6D 和 TaNIP2;04a_7D 等 AQPs 受到显著诱导并且有高表达量,表明它们参与了胁迫响应.这些结果为进一步探索TaAQPs基因在植物应对干旱胁迫和盐胁迫中的作用提供了新的思路.     

抗逆相关DREB转录因子的研究进展及应用

DREB转录因子即干旱应答元件结合蛋白,可以特异地与DRE顺式作用元件结合,在非生物逆境胁迫(干旱、低温、高盐)中激活胁迫诱导基因的表达,使植物能够耐受水分胁迫的影响.本文介绍DREB转录因子的结构特点和生物学功能,表达调控以及在抗逆基因工程方面的研究进展,同时对DREB转录因子在信号传递和调控网络方面的复杂性进行了讨论.     

转录因子AtWRKY28亚细胞定位及在非生物胁迫下的表达分析

WRKY转录因子在调控植物逆境诱导反应、生长发育及信号转导等方面发挥着重要的分子生物学功能。对转录因子AtWRKY28进行了亚细胞定位,并采用荧光定量PCR技术,对其进行表达分析。结果表明：AtWRKY28在细胞核中行使功能且其表达受多种非生物逆境胁迫因子的影响,其中受机械损伤、高盐的诱导尤为明显,说明该基因可能在响应逆境胁迫中发挥一定的功能。此外,对启动子序列的生物信息学分析发现,AtWRKY28基因的启动子包含多个与非生物逆境反应相关的顺式作用元件。     

南方型紫花苜蓿根系盐胁迫应答转录因子鉴定与分析

转录因子可以调节众多下游基因的表达,在植物抗逆境中起重要的调节作用。为了解析转录因子在南方型紫花苜蓿适应盐胁迫环境的分子机制,以南方型紫花苜蓿Medicago sativa Millennium为材料,以正常培养（WT_ck1）和氯化钠（盐）胁迫（WT_N1）条件下的2个样品根系进行转录组分析,鉴定紫花苜蓿根系盐胁迫应答转录因子基因。同时,随机挑选4个转录因子差异表达基因进行实时荧光定量qRT-PCR（3次重复）,验证转录组测序技术（RNA-Seq）结果的可靠性。结果表明:紫花苜蓿根系在250 mmolL－1氯化钠 胁迫下72 h,共检测到31 907个基因表达量发生了改变,表达量差异达到2倍以上的基因共2 758 个。其中,隶属于38个转录因子家族199个转录因子在盐胁迫下差异表达,上调表达104个,下调表达95个。在各转录因子家族中,盐胁迫应答基因数量最多的是MYB基因家族,其后分别是AP2-EREBP,bHLH,WRKY,NAC和GRAS基因家族,这暗示了紫花苜蓿根系对盐胁迫响应可能是多种转录因子家族共同参与的应答过程。 qRT-PCR分析表明:4个随机选择的基因在胁迫前后的表达特点与表达谱测序结果一致。此外,MsERF-2b,MsbHLH,MsbZIP,MsGRAS,MsNAC,MsMGT-3a和MsWRKY等转录因子被选为与盐胁迫应答相关的候选转录因子。该研究结果为阐明植物对盐胁迫的应答机制提供了新的线索。图3表3参36     

转HhERF2和PeDREB2a基因棉花对胁迫的耐受能力分析

AP2/ERF转录因子普遍存在于植物中,并广泛参与植物对生物和非生物胁迫的响应。为了提高棉花对病害及非生物逆境的抵抗能力,将分别从抗逆性优良的沙生植物铃铛刺(Halimodendron halodendron)和胡杨(Populus euphratica)中分离的HhERF2和PeDREB2a转录因子基因构建以rd29A为启动子的表达载体,并通过花粉管通道法转化棉花。利用Real-time PCR分析胁迫处理的转基因阳性植株HhERF2和PeDREB2a基因异位表达及下游PR(pathogenesis-related protein)基因表达情况,结果表明在病原菌、干旱和盐胁迫下转基因植株体内HhERF2基因能够超表达,而PeDREB2a基因仅在干旱和盐胁迫诱导下超表达。接种大丽轮枝菌(Verticillium dahlia)后能够诱导转基因植株相关PR基因表达,同时与对照J12相比植株体内PAL、SOD和POD等酚类代谢相关酶的活性显著增加,且增强了转基因棉花对大丽轮枝菌的抵抗能力。干旱和高盐胁迫下生理生化特性分析表明,与对照相比,转基因棉花叶片中可溶性碳水化合物和相对含水量显著升高,而电导率和丙二醛(MDA)含量显著降低。因此,转基因棉花对大丽轮枝菌及干旱和高盐胁迫表现出了较强的耐受能力。     

棘孢木霉Myb27转录因子基因特性分析、原核表达及产物纯化

以棘孢木霉CGMCC11653菌株菌丝体总RNA反转录的cDNA为模板,克隆全长717 bp转录因子Myb27基因编码序列,其编码238氨基酸组成的多肽。用生物信息学软件预测蛋白的理化性质、结构域并进行亚细胞定位、氨基酸多序列比对和进化关系分析,结果表明：其相对分子质量为27 000,属于Myb-like DNAbinding结构域的蛋白,亚细胞定位在细胞核中。链格孢菌毒素诱导条件下Myb27的表达有显著变化,可能参与棘孢木霉抗链格孢菌毒素胁迫应答反应的正向调控。构建原核表达载体pMAL-Emyb27,转化大肠杆菌ER2523获得转化子ER2523-Emyb27,其成功诱导的最适条件为0.1 mmol/L IPTG 37°C连续诱导培养3 h;用PBS+10 mmol/L麦芽糖洗脱层析柱可得到与MBP标签融合的单一可溶性69 500重组rMyb27蛋白。可见Myb27转录因子调控抗病基因的表达所结合的顺式作用元件提供体外重组蛋白,为调控棘孢木霉抗杨树叶枯病链格孢菌毒素胁迫的机理提供理论依据。     

2022 年 2 期目录

  目的  SPL（SQUAMOSA promoter binding protein-like）是植物特有的转录因子,参与植物幼年期向成年期的转变、营养生长向生殖生长的转变、花发育、孢子发生、叶片和根发育、逆境响应等多个过程,在植物的生长发育过程中起着非常重要的作用。探究白桦中BpSPL6基因启动子区的顺式作用元件,以及该启动子在正常和胁迫条件下的表达模式,可为进一步研究BpSPL6基因的功能提供参考,也可为了解白桦的抗逆机制提供依据。  方法  以本实验室组培白桦的总DNA为模板,经PCR克隆了BpSPL6基因上游1 703 bp的启动子序列,用PLACE和Plant CARE在线软件分析启动子区的顺式作用元件。构建BpSPL6基因启动子驱动GUS报告基因的植物表达载体并转化拟南芥,探究其组织表达特性和胁迫条件下的表达模式。  结果  PCR成功克隆了BpSPL6基因上游1 703 bp的启动子序列,对启动子区的顺式作用元件预测发现除了含有核心启动元件TATA-box、CAAT-box外,还包括2种特异组织表达元件（根、花粉）,10种激素响应元件（生长素、赤霉素、水杨酸、脱落酸）,4种脱水响应元件等。对转基因拟南芥进行GUS染色结果表明,BpSPL6基因启动子驱动的GUS基因在转基因拟南芥中的表达具有时空特异性。在拟南芥的整个发育过程中,BpSPL6基因启动子驱动GUS基因在真叶叶片中表达,但是表达部位不同。随着叶片的生长,首先在叶片的顶端表达,随后扩展到叶片的叶脉并直至整个叶片,并且表达量逐渐升高。同时BpSPL6基因启动子驱动的 GUS 基因在拟南芥营养生长时期的根部都有表达。并且经氯化钠和甘露醇胁迫后其表达量降低。对比两种胁迫,受到氯化钠胁迫后GUS基因的表达量变化更大,说明对氯化钠胁迫的响应更加强烈。  结论  BpSPL6基因可能参与了植物的叶片、根发育以及对盐和干旱胁迫的响应。      

马铃薯StUOXs基因家族的生物信息学分析

马铃薯(Solanum tuberosum)是世界第三大粮食作物,其产量和品质受到生物与非生物胁迫的影响。泛醌氧化酶(ubiquinol oxidase,UOX)是一种由核基因编码的线粒体末端氧化酶,在植物生长发育及胁迫应答中发挥重要作用。为了解StUOXs在马铃薯抗病过程中发挥的应答反应,利用生物信息学方法在马铃薯基因组中鉴定出5个StUOXs基因,对其理化性质、染色体定位、三级结构、进化关系、保守结构域、启动子元件和表达谱尤其是受青枯菌(Ralstonia solanacearum)诱导的表达模式进行了分析。结果表明:马铃薯StUOXs基因编码的氨基酸数在279-366,相对分子质量为36～41 ku,亚细胞定位在线粒体中;系统进化分析发现,马铃薯StUOXs成员与番茄、辣椒的UOXs成员的亲缘关系最近,较之拟南芥、烟草亲缘关系稍远;FPKM数据分析发现,StUOXs主要受盐、激素和生物胁迫诱导而在叶片中表达,这与其启动子中的存在的激素应答等顺式作用元件相对应。青枯菌接种后的qRT-PCR实验表明,StUOX4参与马铃薯青枯病的早期应答反应。