二氧化硫胁迫诱导拟南芥NIT2基因DNA甲基化修饰

DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰形式。利用亚硫酸氢盐修饰后测序法和甲基化敏感性限制性内切酶-PCR(MSRE-PCR)法,研究SO2胁迫对拟南芥腈水解酶(NIT2)基因序列中胞嘧啶甲基化状态的影响,分析甲基化特征改变在植物胁迫应答过程中的作用。研究发现,30 mg.m-3的SO2连续熏气3 d后,拟南芥植株地上组织细胞中NIT2基因启动子区域CG和CHH(H为C,A或T)位点甲基化水平下降,总甲基化水平降低,但未检出编码区5′端目的片段中CCGG位点甲基化状态的改变。RT-PCR分析表明,SO2胁迫组拟南芥植株地上组织细胞中NIT2基因的转录水平高于对照组。研究结果表明,SO2胁迫导致拟南芥NIT2基因启动子区甲基化水平降低,NIT2基因转录上调,说明SO2胁迫能诱发拟南芥基因胞嘧啶甲基化水平改变,启动子区甲基化水平的降低可能与防御基因的诱导表达有关,胞嘧啶甲基化修饰参与了植物的抗逆生理过程。     

拟南芥AT4G32010基因缺失突变体对非生物胁迫的响应

B3家族基因是植物中特有的转录因子,参与到植物生长发育、抗逆境胁迫等过程。拟南芥HSI基因(AT4G32010基因)是B3家族中成员之一。以拟南芥野生型和突变体hsi为材料,利用PCR和实时荧光定量PCR技术获得HSI基因表达量发生变化、纯合突变体。在模拟干旱和盐胁迫下,野生型和突变体his发芽率随甘露醇和盐浓度的增加而下降。同一浓度下,突变体hsi发芽率均低于野生型,两者之间差异明显。表明拟南芥HSI基因在种子发芽过程中起正调控作用。在模拟干旱和不同盐浓度胁迫下,野生型和突变体根长度差异不明显。表明该基因参与根的生长过程,关于其调控作用还需要进一步分析。     

DNA甲基转移酶赋予拟南芥盐胁迫耐受性

为了探究DNA甲基化修饰在植物响应盐胁迫过程中的作用,对DNA甲基转移酶的突变体在盐胁迫下的表型进行观察,发现drm1drm2cmt3三重突变体相较于野生型对盐胁迫更加敏感,而drm1drm2双重突变体和cmt3单突变体相较于野生型对盐胁迫的应答没有明显差异。定量PCR结果表明纤维素合成酶ATCSLA1和ATCSLA10在野生型中受盐胁迫诱导表达,而这种诱导表达在三重突变体中明显减弱。以上结果表明,DNA甲基转移酶可能间接促进纤维素合成酶的表达进而调控纤维素合成的水平,最终赋予拟南芥盐胁迫的耐受性。     

水稻Osrdr1突变体全基因组CCGG位点甲基化的研究

DNA胞嘧啶甲基化变异调控植物基因组内功能基因表达和转座子转座活性,影响植物生长和发育的稳定性。RNA-dependent RNA polymerase 2(RDR2)基因参与RNA-directed DNA methylation(RdDM)途径指导合成CHH(H=G、T、A)甲基化,CHH甲基化在基因和转座子上表现不同,是目前DNA胞嘧啶甲基化的研究热点之一。拟南芥中RDR1基因与RDR2属于同一家族,最新研究结果证实,RDR1基因不仅可以指导CHH甲基化形成,并且其功能缺失会不同程度影响CG和CHG甲基化。前期研究工作表明,水稻中其同源基因OsRDR1功能缺失可在特异位点影响DNA胞嘧啶甲基化,但是否大规模影响全基因组DNA甲基化尚不明确。在此基础上,采用甲基化敏感多态性扩增(Methylation sensitive amplification polymorphism,MSAP)技术研究OsRDR1基因功能缺失突变体全基因组CCGG位点的甲基化情况。结果同野生型比较分析发现,OsRDR1基因功能缺失没有引起全基因组CCGG位点甲基化水平的显著变化,但一定程度产生CHG去甲基化变异。由于MSAP试验方法的局限性,关于Osrdr1突变体全基因组DNA胞嘧啶甲基化变异还需更深入研究论证。     

基于转录组分析的SlCMT4基因敲除对番茄花器官的影响

[目的]DNA甲基化是由DNA甲基转移酶催化的重要表观遗传修饰,DNA甲基转移酶在植物发育、转录控制和代谢途径调控中具有重要作用。本研究旨在明确DNA甲基转移酶基因SlCMT4调控番茄花器官形成和发育的表观遗传机制。[方法]本研究以经典番茄栽培品种Ailsa Craig(AC++)为背景材料,采用CRISPR-Cas9基因编辑技术,获得SlCMT4突变株系。我们提取番茄花器官RNA,进行转录组测序,根据差异基因进行基因功能及代谢通路分析。[结果]研究了SlCMT4基因在野生型（AC++）和突变体番茄（Nr和Rin）不同果实发育阶段的表达模式,发现该基因在番茄成熟突变体Nr和Rin果实中的表达水平显著高于野生型番茄,表明SlCMT4基因的表达可能受激素乙烯信号和成熟相关转录因子RIN的负调控。SlCMT4基因敲除导致番茄花器官出现多种表型,包括雄蕊卷曲、雌蕊变粗变短等。我们在突变株系（CR-08）的花器官样品中鉴定了1398个差异表达基因（DEG）,其中512个上调,886个下调。差异表达基因的KEGG分析结果表明,大多数差异表达基因被归类为以下5条功能代谢通路：植物激素信号转导、苯丙烷...     

运用MSAP研究镉胁迫对拟南芥幼苗基因甲基化的影响

DNA甲基化是表观遗传学的重要组成部分,并在环境胁迫响应中起重要作用。运用甲基化敏感扩增多态性(Methylation sensitive amplification polymorphism,MSAP)技术研究0、0.5、1.5、5.0 mg·L-1Cd2+处理对拟南芥幼苗全基因组DNA甲基化水平的影响,结果表明:(1)不同浓度镉处理19 d后,叶片数、地上部鲜重无明显变化,但根长受到显著抑制;(2)选取10对引物扩增DNA酶切产物,所得三个镉处理造成的拟南芥基因组MSAP%均高于对照(35%);(3)随着镉处理的增大,拟南芥基因组甲基化(M)型条带依次减少,去甲基化(D)型条带逐渐增加,并且条带亮度也有所变化;(4)将特异性条带克隆测序后发现,mRNA、假设蛋白、表达蛋白、用于编码假定蛋白的mRNA序列V型质子ATP酶亚组、叶绿体中光合体系II CP47基因、叶绿体DNA、rRNA重复单元、核糖体蛋白等多种序列均存在甲基化修饰现象。这些特异序列可为我们寻找镉胁迫的生物标记物及胁迫响应的机理研究提供一定的依据。     

改进亚硫酸盐测序技术研究拟南芥DNA甲基化水平

DNA胞嘧啶甲基化是一种重要的表观遗传修饰形式,在细胞增殖、分化、发育、基因组印迹、基因表达调控等过程中起着重要作用.随着对DNA甲基化研究的深入,各种DNA甲基化检测方法被开发出来满足不同类型的研究需求.通过实验建立的一种改进亚硫酸盐测序技术,将拟南芥基因组DNA经酶切纯化后,用亚硫酸盐修饰液修饰,将PCR产物克隆到pEASY-T1载体上,每个样品随机挑取15个阳性克隆,测序分析,研究拟南芥错配修复基因MutL-homologue 1 (MLH1)启动子区域的甲基化水平.结果表明:与传统亚硫酸盐测序法相比,改进方法有利于DNA完全修饰,既减少了修饰时间,又提高了PCR目的片段的特异性、稳定性和重复性;MLH1基因启动子区域甲基化比率为27.3％,而不是45.6％,避免了非甲基化位点的错认.为植物DNA甲基化分析提供了一种更为理想的研究手段.     

AtMYB73基因正调控拟南芥对盐胁迫的响应

为明确拟南芥R2R3-MYB转录因子家族第22亚族基因AtMYB73在拟南芥抵抗盐胁迫过程中的功能,本研究将拟南芥野生型Col-0、AtMYB73基因的T-DNA插入突变体myb73和超表达突变体OE进行NaCl胁迫处理,检测突变体在NaCl胁迫下的种子萌发率、存活率及抗盐相关基因的表达情况。结果发现,在NaCl胁迫下,myb73突变体的种子萌发率、幼苗的存活率、成株时期的存活率及拟南芥抗盐相关基因MYB44、SOS2和SOS3的表达均明显低于野生型和超表达突变体,表明AtMYB73基因正调控拟南芥对盐胁迫的响应。     

拟南芥AtSUC突变体在干旱胁迫下的形态学差异

研究以拟南芥野生型和蔗糖转运蛋白单基因纯合突变体atsuc3、atsuc5、atsuc9为材料,利用不同浓度的聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫,研究了对其生长发育的影响。试验结果表明:PEG模拟干旱胁迫使野生型和AtSUC突变体抽苔时间、开花时间、果荚个数和种子千粒重,以及水势和相对含水量均发生变化,而且不同突变体之间变化趋势有显著差异,说明该家族中不同成员对在干旱胁迫下的作用不同。     

陆地棉CAD基因家族的进化和表达分析

[目的]对陆地棉CAD基因家族成员进行进化和表达分析,了解其在棉纤维发育中的作用.[方法]应用生物信息学方法,从棉花基因组中筛选出21个CAD基因,并对CAD的基因结构、染色体分布、基因倍增模式以及系统进化进行分析.利用深度表达数据分析CAD基因在棉纤维发育各时期的表达.对比观察拟南芥cad5突变体和野生型根毛表型.[结果]同源性高的CAD基因复制对之间有相似的基因结构;片段重复和串联重复是CAD基因扩增的主要方式.进化分析可知,CAD基因可分为七个亚组,且功能相近的基因聚类在相同亚组.利用深度测序表达数据分析可知,CAD基因在棉纤维各个发育时期均有表达.对比拟南芥cad5突变体和野生型根毛发现,突变体相比于野生型有更长的根毛.[结论]CAD基因参与了棉纤维的发育的过程,并对棉花纤维发育起到一定的调控作用.     

胡杨NAC转录因子PeNAC045基因的克隆及功能分析

NAC(NAM、ATAF1/2和CUC2)域蛋白是植物特有的最大的转录因子家族之一,在调节衰老,细胞分裂,木质形成,生物和非生物胁迫等方面发挥重要作用。本研究从胡杨中成功克隆出与胁迫相关的基因,并命名为PeNAC045。测序结果表明,PeNAC045基因编码区长度为915 bp,编码304个氨基酸,与毛果杨PtrNAC045的氨基酸一致性为96.05%。对PeNAC045基因在NaCl和干旱胁迫下的表达情况进行了分析,PeNAC045基因的表达受高盐和干旱的强烈诱导。利用PeNAC045的cDNA全长构建表达载体pBI121-PeNAC045-GFP,测序确认后,将重组结构和阳性对照(空载体)分别转化野生型拟南芥(Col-0),进行亚细胞定位观察,结果显示PeNAC045-GFP融合蛋白定位于细胞核上,并由DAPI进行核染色标定。利用农杆菌花序侵染法将构建的表达载体pCAMBIA1301-PeNAC045转化野生型拟南芥和突变体(ataf2),通过PCR鉴定,获得过表达植株及ataf2/PeNAC045回补株系。对各株系进行NaCl胁迫处理,分析PeNAC045基因的生物学功能。在150 mmol/L NaCl胁迫下,相比于拟南芥突变体和野生型植株,拟南芥PeNAC045过表达株系的萌发率降低,根长变短。此外,拟南芥PeNAC045过表达株系的株高明显低于其他株系,其在苗期对盐胁迫的敏感性增加。研究结果表明,在盐胁迫下,PeNAC045作为转录调节因子,负调控胁迫相关基因的表达。      

核孔蛋白Atnup98-like降低拟南芥对细菌和干旱的抗性

用HrpNEa处理拟南芥(Arabidopsis)时发现核孔蛋白AtlG59660基因的表达被抑制.因该基因编码的蛋白质与哺乳动物中的核孔蛋白(nucleoporin98)具有相似性质,具有FG(phenylalanine-glycine)重复基序,故命名为Atnup98-like.同时对野生型和Atnup98-like突变体植株分别进行病原细菌Psyringae syringae pv.tomato DC3000接种及干旱处理,结果发现突变体植株对DC3000的抗性明显增强,而且突变体中抗病相关基因PR1a的表达明显强于野生型;同时,突变体植株比野生型植株抗旱性增强,脯氨酸含量明显升高,且干旱诱导的效应基因RD29B的表达水平强于野生型.上述结果表明,核孔蛋白基因Atnup98-like的突变增强了拟南芥对DC3000和干旱的抗性,因此,其可能是拟南芥抗性反应中一个重要的负向调节因子.     

拟南芥AtIDD4与3×Flag融合蛋白表达植株的构建及其鉴定

为了利用染色质免疫共沉淀技术研究转录因子AtIDD4蛋白与下游DNA的互作,通过构建35S-AtIDD4CDS-3×Flag农杆菌原核表达载体,利用农杆菌花浸法将35S-AtIDD4CDS-3×Flag结构转入野生型拟南芥中,实现ATIDD4和3×Flag标签的共表达和超表达。结果表明:通过PCR扩增、DNA测序、实时荧光定量RT-PCR等方法对转基因突变体进行鉴定,3×Flag标签与AtIDD4共表达,同时AtIDD4基因的表达量显著提高。     

非生物胁迫诱导拟南芥中防御基因表达的分子机制

以缺水处理、低温胁迫和盐胁迫的拟南芥(Arabidopsis thaliana)植物作为试验材料,采用实时荧光定量多聚核苷酸链式反应(RT-qPCR),检测水杨酸(SA)途径调控基因AtACD6和下游防御基因AtPR5的表达水平。分析结果证实了非生物胁迫处理的植物中这些防御基因的表达水平明显增加。亚硫酸盐测序结果证明非生物胁迫诱导AtACD6基因启动子区域的DNA去甲基化,导致该基因的转录激活。进一步研究证实,沉默抑制因子1(ROS1)介导的DNA去甲基化,在低温诱导AtACD6基因表达的过程中起重要作用。揭示了植物水杨酸途径防御基因应答非生物胁迫相关的分子机制中ROS1起重要作用,为探索植物适应不利环境的表观调控机制提供参考。     

核桃JrbHLH转录因子家族鉴定与响应冷胁迫基因表达分析

为了探究核桃bHLH转录因子家族在响应冷胁迫过程中的作用，本研究通过转录组数据结合隐马尔可夫模型筛选技术在核桃全基因组挖掘出bHLH转录因子家族成员并进行结构分析，进一步对该家族成员响应冷胁迫的差异表达基因进行冷胁迫不同时间与不同组织中的表转录水平分析。结果表明，核桃bHLH转录因子家族包含72个基因，编码72条蛋白，开放阅读框为393～1 839 bp，编码的蛋白长度为130～612个氨基酸，等电点为4.61～9.51，均为亲水性蛋白；各成员均含有典型的碱性区域和螺旋-环-螺旋结构域；与拟南芥同家族聚类分析发现，核桃bHLH家族成员可分布到15个亚群，且同源性较高。结合转录组数据筛选到16个响应冷胁迫的差异表达基因，在冷胁迫不同时间后出现不同程度响应，并且在不同组织中存在特异性表达。本研究将为核桃bHLH转录因子家族在响应冷胁迫过程中的作用研究奠定基础。     

DNA和蛋白质甲基化酶与发育

甲基化在DNA分子和蛋白质中普遍存在,是细胞中一种普遍而重要的修饰方式,分别由DNA甲基化酶和蛋白质甲基化酶完成。DNA甲基化酶不仅在维持DNA甲基化和基因组稳定性等方面起着重要的作用,还在哺乳动物的早期胚胎发育过程中扮演着重要的角色。蛋白质甲基化酶目前了解比较多的是蛋白质精氨酸转移酶和赖氨酸转移酶,它们都参与组蛋白甲基化,在基因转录过程中起着重要的调节作用。蛋白质精氨酸转移酶还在RNA加工、信号传导、蛋白质定位以及生殖细胞发生过程中起着重要的作用。     

冷冻胁迫转金柑MLP2–1基因拟南芥的转录组测序和代谢通路

利用农杆菌介导的花序浸润法,将金柑(Fortunella margarita(Lour.)Swingle)MLP2–1基因转入野生型拟南芥(Col–1),对转MLP2–1基因拟南芥在冷冻胁迫下目的基因的转录组数据进行分析。结果显示:转MLP2–1基因拟南芥的抗冻能力强于野生型拟南芥;转录组测序分析表明,转MLP2–1拟南芥与野生型拟南芥植株差异表达基因为1 422个,其中551个表达上调,871个表达下调;差异表达基因数目在GO数据库注释到1 208个,在KEGG数据库中注释到474个,在COG数据库中注释到603个;KEGG代谢通路富集结果表明,差异表达基因主要集中在植物激素与信号转导代谢通路。     

拟南芥突变体npr1-2的鉴定及水杨酸感受性分析

【目的】拟南芥的NPR1 (nonexpresser pathogenesis-related gene 1)是植物系统获得抗性(systemic acquired resistance,SAR)的关键调节基因,SAR是一种有效的先天免疫反应,提供广谱抗病性。大量的研究表明:水杨酸为诱导SAR的细胞外信号,而NPR1蛋白作为水杨酸的受体串联并启动细胞内的反应。拟南芥突变体npr1-2是研究拟南芥水杨酸信号转导途径的材料之一。为了筛选出纯合的npr1-2突变体,测定纯合突变体中NPR1基因的表达水平,鉴定突变幼苗对水杨酸的敏感性。【方法】采用PCR扩增、DNA测序、定量RT-PCR以及水杨酸敏感性鉴定等方法。【结果】鉴定并筛选出了npr1-2纯合突变体,发现突变体NPR1基因表达量下调为野生型的30%左右,突变体幼苗对水杨酸的敏感性降低。【结论】npr1-2纯合突变体为进一步的研究奠定了材料基础。     

Opaque2转录因子对玉米α-醇溶蛋白基因家族成员表达的影响

醇溶蛋白是玉米主要的储存蛋白,其中α-醇溶蛋白含量最为丰富,对玉米籽粒品质有重要影响。本研究利用全基因组数据鉴定α-醇溶蛋白基因家族,并从基因保守motif、玉米籽粒不同发育时期基因的表达谱以及转录因子Opaque2对该家族成员表达的影响3个方面分析玉米α-醇溶蛋白基因家族。结果显示,玉米参考基因组中存在39个α-醇溶蛋白基因,其中z1A、z1B、z1C和z1D 4个亚族成员分别为12个、8个、14个和5个。基因保守motif分析发现该家族基因序列高度保守。表达谱分析结果显示该家族表达模式差异较大,其中z1A亚族在籽粒发育时期表达量最高。利用RNA-seq数据剖析在种子发育阶段Opaque 2(O2)野生型和突变体编码该家族成员的表达差异,结果显示O2突变体中z1C亚族成员表达显著下调,z1A亚族表达略有下调,z1B和z1D亚族成员表达量没有显著的变化。本研究在重新注释α-醇溶蛋白家族成员信息的基础上,对该家族的表达谱进行了分析,为今后玉米籽粒品质育种提供了必要遗传信息。