野生花生全基因组抗病相关LOX基因的生物信息学分析

脂肪氧合酶(lipoxygenases,LOX)是生物体内一种重要的双加氧酶,其在植物发育以及响应生物和非生物胁迫时发挥重要作用。本研究从Arachis duranensis和Arachis ipaёnsis两个野生花生基因组中各鉴定出18个LOX基因,分别命名为Ad LOX1~18和Ai LOX1~18。在Ad LOX5、Ad LOX7、Ai LOX8和Ai LOX18基因的CDS序列中发现提前终止翻译的终止密码子,而Ai LOX9基因的CDS序列过短,推测这些基因可能是假基因。染色体定位结果显示,Ad LOX和Ai LOX基因主要分布在2、3、6、8、9和10号染色体上,且其直系同源基因分布在两套染色体相同或相近的位置。通过分析Ad LOX和Ai LOX基因与已知功能LOX基因的亲缘关系发现,AdLOX6、Ad LOX9、Ad LOX11、Ad LOX12、Ad LOX17、Ai LOX1、Ai LOX4、Ai LOX6、Ai LOX16和Ai LOX17基因可能参与花生的抗病过程,启动子分析结果也支持这一结论。基因选择压力研究表明,Ad LOX和Ai LOX基因在进化历程中受到纯化选择。     

甘蓝型油菜LOX2基因在MeJA、BTH和核盘菌诱导下的表达

利用荧光定量PCR技术,检测了甘蓝型油菜脂氧合酶基因LOX2在化学激素(MeJA和BTH)处理和核盘菌(Sclertinia sclerotiorum)接种后的表达差异,以及核盘菌诱导处理后LOX2基因在不同油菜菌核病抗性品种中的表达差异.结果显示:MeJA处理后,LOX2基因的表达水平在24 h达到最高,是处理前的30.3倍,表明LOX2基因的表达受MeJA诱导;相反,LOX2基因的表达受水杨酸类似物BTH的明显抑制.进一步研究表明:LOX2基因在核盘菌接种后期明显诱导上调表达,接种72 h后在高抗品种D083、中高抗品种ZS9和高感品种84039的表达量分别为接种前的5.0倍、2.7倍和1.7倍.因此,初步推测LOX2基因的高表达在油菜对菌核病抗性中起重要作用,参与了茉莉酸介导的菌核病抗性防御反应.     

茶树脂肪氧合酶(LOX)基因家族成员的分子进化及密码子偏好性分析

脂肪氧合酶(lipoxygenase,LOX,EC 1.13.11.12)是一类含有铁离子的血红素双加氧酶,专一催化多元不饱和脂肪酸加氧反应。基于茶树基因组数据,对筛选获得的12个LOX基因家族成员的分子特性、进化规律及密码子偏好性进行分析归纳。理化性质检测结果表明,茶树LOX家族成员中以Cs LOX6的开放阅读框(open reading frame,ORFs)最长(2 778 bp),编码925个氨基酸,蛋白分子量为104.5 k Da。通过氨基酸序列同源比对,构建茶树LOX基因家族成员与26个物种(均系双子叶植物纲)的37个LOX基因的系统发育进化树,结果发现,茶树LOX基因家族成员可被分为9-LOX亚族(5个)、13-LOX TypeⅠ亚类(5个)及13-LOX TypeⅡ亚类(2个),但13-LOX TypeⅡ亚类中的Cs LOX5基因,并不具有转运肽(transit peptide)前导序列。对茶树基因组LOX家族成员基因密码子相对偏好使用度(relative synonymous codon usage,RSCU)及偏好性参数进行分析,结果表明:茶树LOX基因家族成员存在着4个密码子在编码基因上被高频率选用,9个密码子被低频率选用;茶树LOX基因家族成员的密码子选用偏好性普遍较弱,并偏好以A/T作为结尾。此外,以最近邻元素法(Neighbor-Joining,NJ)对密码子RSCU值进行聚类分析,结果发现,RSCU值的聚类与以编码序列(coding sequences,CDS)构建的系统发育进化树之间,在Cs LOX10基因的聚类上存在差异。     

鲜食糯玉米己醛和己醇的生成与LOX活性及其基因表达的相关性

为探讨生鲜糯玉米汁主要挥发性成分己醛与己醇的生成与脂氧合酶(LOX)的关系,对4个籽粒发育期的鲜食糯玉米京甜紫花糯2号和苏玉糯11号生鲜玉米汁中己醛与己醇含量、脂氧合酶活性以及Zm LOX1、ZmLOX2、Zm LOX3、Zm LOX10基因的相对表达量进行了测定和比较。结果显示己醛与己醇含量显著正相关(P0. 05),4种LOX基因的表达量之间显著正相关(P0. 05),但LOX活性与其他指标之间未表现出显著的相关关系。主成分分析(PCA)结果显示所有指标聚为3类:4种LOX基因表达量、己醛与己醇含量、LOX活性,三者之间未表现出显著的相关性关系。     

光敏核不育水稻幼苗叶片脂氧合酶活性及其基因表达的昼夜变化

为探查光敏核不育(PGMS)水稻中脂氧合酶(LOX)活性的光暗期变化特性,以PGMS水稻N5088S和D38S、常规水稻中早25、盐粳7号和中嘉早17及三系不育水稻G2A和东B11A为材料,在不同光周期(12L/12D、14L/10D和10L/14D)和光/暗期温度(30℃/30℃和30℃/26℃)下,研究了其幼苗叶片中LOX活性的昼夜变化,并采用RT-PCR方法对PGMS水稻幼苗叶片进行LOX基因的昼夜表达分析。结果表明,在所有光周期和培养温度处理下,PGMS水稻LOX活性均表现出暗期高而光期低的昼夜变化规律,但常规水稻和三系不育水稻的LOX活性均无明显的光暗期差异;暗期PGMS水稻LOX活性显著高于常规水稻和三系不育水稻。在12L/12D光周期和30℃/26℃(L/D)的培养温度下,检测的13个LOX基因中,检测到8个Os LOX基因,OsLOX2、Os LOX3、Os LOX4、Os LOX8和Os LOX13等基因的表达丰度在N5088S和/或D38S幼苗叶片中呈现暗期高光期低的趋势。因此,光敏核不育水稻N5088S和D38S幼苗叶片LOX活性及Os LOX家族的部分基因的表达具有明显的暗期高光期低的变化特征。     

普通小麦济麦21的LOX1基因cDNA片段克隆及分析

以普通小麦品种济麦21为材料,根据GenBank中已发表的LOX1基因序列设计引物,利用RTPCR技术获得一个小麦LOX1的基因片段,并对该片段进行测序和生物信息学分析。结果表明:克隆到的基因片段为384bp(GenBank登录号JX126806),GC含量为64.84%,推导氨基酸残基为127个,分子质量为11.15ku,等电点(pI)为4.93,与杜伦小麦、大麦、高粱、水稻的同源性分别为99.7%、94.8%、73.7%、56.2%。进化树分析表明,六倍体普通小麦LOX1基因与杜伦小麦LOX1基因(GenBank登录号HM126468)亲缘关系较近,先聚为一支,然后再与大麦的LOX1基因(GenBank登录号L35931.1)、高粱的LOX1基因(GenBank登录号GQ369443)聚为一类,最终与亲缘关系较远的水稻LOX1基因(GenBank登录号EU267789)聚类,这与物种亲缘关系的远近基本一致,表明所得LOX1基因片段可作为研究物种亲缘关系或遗传距离的参考标记之一。     

星星草脂氧合酶基因家族鉴定及生物信息学分析

星星草（Puccinellia tenuiflora）具有较强的耐盐碱特性,是改良土壤盐碱化的优良牧草。脂氧合酶（Lipoxygenase,LOX）广泛存在于动植物中,催化多不饱和脂肪酸的双加氧反应,最终生成各种氧脂素,从而在植物生长发育、响应逆境胁迫中发挥重要的生物学功能。目前,星星草中的LOX家族基因仍未见报道。本研究利用生物信息学方法对PutLOX基因家族成员进行鉴定,并对其理化性质、亚细胞定位和系统进化进行了分析。结果表明,星星草基因组中共有8个LOX基因,它们均具有Lipoxygenase homology 2（beta barrel）（简称LH2）和Lipoxygenas结构域,均不包含跨膜结构域,预测定位于细胞质或叶绿体。系统发生分析表明PutLOXs蛋白分为9-LOX和13-LOX两个亚家族,并且与水稻和玉米这类单子叶植物的LOXs系统发生关系更近。本研究将为后期深入解析星星草耐盐碱分子机制提供理论依据。     

茄子对青枯病的抗性机制研究现状与展望

茄子是世界上重要的蔬菜和经济作物,也是仅位于马铃薯、番茄、辣椒之后的第四大茄科作物;由茄科雷尔氏菌引起的茄子青枯病是当前茄子产业重要的毁灭性病害;国内外学者一直致力于茄子抗青枯病种质资源收集鉴评、创新利用、遗传定位、分子标记开发、功能基因挖掘、抗病育种应用等研究,茄子抗青枯病的分子机制研究是当今世界上植物抗病研究的热点和难点之一。文章在茄子主要的青枯菌致病类型、抗青枯病的细胞生物学机制、种质资源筛选与遗传规律研究、QTL 定位与分子标记开发,抗病基因分离鉴定及功能研究以及基于多组学分析茄子抗青枯病基因挖掘的策略等方面的研究进行概述,系统阐述了当前茄子青枯病研究的现状。随着茄子基因组、重测序、转录组等多组学数据的完善,以及新兴分子生物学技术的发展,提出以栽培种茄子为抗源的种质资源创新和基因挖掘、基因编辑以及分子育种的研究和应用等发展方向,以期为进一步揭示茄子抗青枯病的分子机制研究和利用基因工程手段解决抗青枯病难题提供参考。     

茄子细胞工程技术应用研究进展

茄子是世界上最重要的蔬菜作物之一,传统育种技术可以改良茄子群体不良性状如植株倒伏、果实畸形、不耐储运、萼片和叶片带刺等,但是耗时较长、效果不佳,同时存在杂交障碍以及优异种质资源匮乏等问题。开展茄子细胞工程技术研究,是切实解决茄子生产中的突出问题如抗性品种缺乏、病虫害严重的有效途径。国内外关于茄子细胞工程育种技术的研究集中在细胞学分析、组织培养和基因工程3个方面,此外,茄子重要性状相关基因的克隆、茄子种间和种内的遗传进化关系研究与应用、茄子雄配子的启动机理和高频率诱导机制、高效的茄子受体再生途径和稳定的遗传转化体系、茄子基因编辑技术等的研究,也是未来茄子细胞工程技术研究、种质创制和品种改良的突破口。     

四川不同产区烟叶脂氧合酶活性及基因表达水平的差异

为烟叶香气物质形成机制的研究提供参考,以云烟87和红花大金元2个烤烟品种为试验材料,在四川6个产区采用田间试验研究烤烟旺长期、现蕾期和成熟期烟叶的脂氧合酶活性、基因表达量差异及其相关性。结果表明:在四川6个产区2个烤烟品种不同生育期的脂氧合酶活性及其基因相对表达量存在差异,但变化趋势相同,并多在现蕾期达最高,且各产区云烟87和红花大金元烤烟不同生育期烟叶的LOX酶活性差异多达显著水平。在旺长期和现蕾期云烟87烟叶LOX基因的相对表达量与LOX酶活性呈极显著正相关,相关系数分别为0.96和0.97;在成熟期呈不显著正相关,相关系数为0.14。在旺长期、现蕾期和成熟期红花大金元烟叶的LOX基因相对表达量与LOX酶活性均呈极显著正相关,相关系数分别为0.98、0.95和0.97。烟叶脂氧合酶活性与其基因相对表达量呈正相关关系,且在旺长期、现蕾期和成熟期其相关性均达到极显著水平。     

Genome-wide identification and characterization of the abiotic-stress-responsive lipoxygenase gene family in diploid woodland strawberry (Fragaria vesca)

Lipoxygenase (LOXs) is a kind of dioxygenase without heme and iron, which plays an important role in the development and adaptation of many plants to the environment. However, the study of strawberry LOX gene family has not been reported. In this study, 14 LOX genes were identified from the diploid woodland strawberry genome. The phylogenetic tree divides the FvLOX gene into two subfamilies: 9-LOX and 13-LOX. Gene duplication event analysis showed that whole-genome duplication (WGD)/segmental duplication and dispersed duplication effectively promoted the expansion of strawberry LOX family. QRT-PCR analysis showed that FvLOX genes were expressed in different tissues. Expression profile analysis showed that FvLOX1 and FvLOX8 were up-regulated under low temperature stress, FvLOX3 and FvLOX7 were up-regulated under drought stress, FvLOX6 and FvLOX9 were up-regulated under salt stress, FvLOX2, FvLOX3 and FvLOX6 were up-regulated under salicylic acid (SA) treatment, FvLOX3, FvLOX11 and FvLOX14 were up-regulated under methyl jasmonate (MeJA) treatment, FvLOX4 and FvLOX14 were up-regulated under abscisic acid (ABA) treatment. Promoter analysis showed that FvLOX genes were involved in plant growth and development and stress response. We analyzed and identified the whole genome of strawberry FvLOX family and characterized a variety of FvLOX candidate genes involved in abiotic stress response. This study laid a theoretical and empirical foundation for the response mechanism of strawberry to abiotic stress.     

转录组及代谢组联合解析茄子果色上位遗传效应

【目的】茄子果色与商品果外观品质和价值密切相关,花青素是决定茄子果色的重要天然色素之一。通过基因表达和代谢物差异比较,解析上位基因互作调控茄子果皮花青素合成的作用机制,为不同果色茄子选育提供理论基础。【方法】以花青素合成结构基因ANS突变的白果色母本19141、花青素合成关键调控基因MYB1突变的白果色父本19147及其紫红果色F1代E3316茄子为试验材料,对商品果期果皮进行转录组测序和广靶代谢组分析。【结果】转录组测序分析表明,19141＿vs＿19147的差异表达基因（DEGs）最多,其次是E3316＿vs＿19141,两个比较组DEGs均在类黄酮途径富集程度最高;E3316＿vs＿19147筛选到的DEGs最少,未在类黄酮途径富集。广靶代谢组共检测分析到218个代谢物。E3316＿vs＿19141共检测到差异代谢物（DAMs）113个,E3316＿vs＿19147共检测到差异代谢物98个。转录组和代谢组联合分析发现花青素生物合成关键结构基因CHS、CHI、F3H、DFR和ANS,关键调节基因MYB1、AN1和AN11,修饰基因3GT、5GT、AT和OMT,还有转运基因AN9(G...     

大豆LAZ1基因家族鉴定与GmLAZ1-9基因的功能研究

通过在大豆基因组数据库中比对,获得大豆LAZ1基因家族成员,开展生物信息学分析与表达模式检测,并利用转基因拟南芥进行基因功能验证.结果显示:共鉴定到17个大豆LAZ1基因,即GmLAZ1-1～Gm-LAZ1-17.这17个GmLAZ1基因不均匀地分布在大豆的12条染色体上,在进化树上可分为3个亚家族,同一亚家族成员具有...     

利用CRISPR/Cas9技术研究玉米ZmFKF1在开花过程中的作用

[目的]FKF1是多种植物开花途径中发挥重要作用的关键基因.为研究玉米FKF1功能,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术将ZmFKF1进行定点编辑,获得ZmFKF1编辑突变体.同时以此为材料,通过表型分析及关键开花基因的表达量变化分析,明确ZmFKF1在玉米开花途径中的作用,为玉米分子育种及遗传改良提供理论依据.[方...     

广东省侵染美香占2号的稻瘟病菌致病性及无毒基因变异分析

[目的]分析侵染广东稻区优质品种美香占2号稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)的致病性及无毒基因变异特征,为美香占2号在不同稻区的合理布局提供参考依据.[方法]利用9个抗稻瘟病单基因系,对稻瘟病菌单孢分离菌株进行致病性测定;并利用8个稻瘟病菌已克隆无毒基因的功能性分子标记对2013-2018年不同年份、不同...     

磷胁迫下羊草的响应及磷响应相关基因表达分析

【目的】磷是植物生长发育所必需的大量营养元素,研究无机磷酸盐（inorganic phosphate,Pi）胁迫下羊草的响应,筛选不同浓度Pi胁迫下的内参基因,并分析Pi响应相关基因的表达,为羊草Pi胁迫响应的分子机制研究提供基础数据。【方法】以羊草幼苗为材料,进行不同浓度Pi处理培养,对羊草的株高和根长进行检测,利用钒钼黄比色法检测羊草植株中Pi的含量。根据羊草转录组数据选取7个候选内参基因,从NCBI核酸序列数据库选取1个候选内参基因,对羊草不同处理材料进行总RNA提取和cDNA合成,利用qRT-PCR对候选内参基因的表达进行检测,并通过geNorm、NormFinder和Bestkeeper软件对其稳定性进行评估。根据筛选获得的较稳定内参基因,对Pi响应基因的qRT-PCR检测数据进行相对定量分析。【结果】表型观测结果显示,无论是低Pi还是高Pi胁迫都使得羊草的生长减缓;株高对低Pi或缺Pi胁迫较为敏感,根长对高Pi胁迫较为敏感;并随着处理浓度的增加羊草中Pi的含量也增加。qRT-PCR溶解曲线分析显示8个候选内参基因均具有单一的溶解峰,基因表达谱分析表明8个候选内参基因的CT值范围是17.16—26.61,其中,LcGAPDH的表达丰度最高为17.16—20.22,Lc18SrRNA的表达丰度最低为23.28—26.61,CT值变异系数最小的为LcARPT（2.09%）,最大的为LcTUA（6.8%）。综合geNorm、NormFinder和Bestkeeper稳定性排名,通过计算几何平均数,获得8个候选内参基因综合稳定性排名,其中排名靠前的3个基因分别为Lc18SrRNA、LcCAP和LcEF1α,排名最后的2个基因为LcTUA和LcTUB。分别以Lc18SrRNA、LcCAP和LcEF1α作为内参基因,qRT-PCR相对定量表达分析结果显示,与对照相比,LcPHO1-2的表达受低Pi或者缺Pi诱导;LcPAP2的表达受高Pi诱导;而LcPAP27的表达同时受低Pi和高Pi下调。【结论】低Pi和高Pi胁迫均使羊草生长受阻,羊草地上组织与地下组织对Pi胁迫响应的模式不同。筛选出3个表达较为稳定的内参基因Lc18SrRNA、LcCAP和LcEF1α。LcPHO1-2和LcPAP2分别参与了羊草对低Pi和高Pi的应答响应,LcPAP27同时参与了羊草对低Pi和高Pi的响应进程。     

陆地棉COI家族基因鉴定及在干旱和盐胁迫下的表达分析

COI1(COR-insensitive 1)与Skp1-Cullin-F-box蛋白组成茉莉素信号转导的核心组分SCFCOI1复合物,在植物生长发育和响应逆境胁迫中发挥重要作用.从全基因组水平上鉴定出48个陆地棉COI家族基因,其不均匀地分布在21条染色体上,主要定位于细胞核和细胞质中.根据系统发育关系将其分为3个亚...     

番茄DIR基因家族鉴定及其对非生物胁迫响应的分析

【目的】鉴定番茄DIR基因家族所有成员,并对其基因结构、编码蛋白的理化性质、系统进化、染色体定位、共线性、启动子元件、表达模式、互作转录因子及内源竞争RNA预测等进行了解析,为探究DIR在番茄生长发育和逆境胁迫中的作用提供参考。【方法】采用生物信息学方法,基于全基因组数据对番茄DIR基因家族成员进行鉴定,运用Phytozome、MEME、PlantCARE、opsRNATarget和plantcircnet等在线网站获取染色体位置、保守基序、顺式作用元件、存在互作的转录因子、miRNA和circRNA等信息。利用Mapteace、TBtools、Cytoscape、OmicShare等作图软件及工具绘制染色体定位图、进化树、DIR与转录因子关系图、ceRNA网络等。采用NCBI的基因数据库结合转录组测序及qRT-PCR试验研究DIR基因家族在逆境下的表达情况。【结果】共鉴定到番茄中27个DIR基因,将其命名为SlDIR1—SlDIR27,分别位于12条染色体上,且大部分基因位于染色体末端,其基因结构、基序和结构域相对保守,其中22个SlDIR具有一个外显子的经典结构。番茄DIR基因家族同拟南芥的共线性关系远高于水稻和大豆。基于系统进化关系将27个番茄DIR成员分为3个不同的亚家族。转录组数据表明大部分DIR基因在番茄根部具有较高的表达量。此外,DIR基因的启动子区域含有多个与干旱、低温等非生物胁迫,以及MeJA、ABA、SA等激素诱导相关的顺式作用元件,且预测到与激素、生长发育、非生物胁迫相关的ERF、E2F/DP、MYB等互作转录因子。结合转录组数据分析,分别有5、10、10和13个SlDIR在农药、干旱、盐和冷胁迫后显著上调表达,其中,SlDIR23受到以上4种胁迫的诱导表达,而SlDIR8、SlDIR13和SlDIR20特异性响应冷胁迫的诱导,SlDIR17特异性响应盐胁迫。番茄DIR的ceRNA调控表明,miR-156与靶基因SlDIR8可能共同作用调控番茄的逆境胁迫。【结论】共鉴定出番茄DIR家族基因27个,不均匀地分布在12条染色体上,在根部有较高的表达量。SlDIR1、SlDIR13和SlDIR14等具有MeJA、ABA、SA等激素响应元件,其中,SlDIR6仅具有MeJA元件,SlDIR27仅具有SA响应元件。另外,SlDIR2、SlDIR14、SlDIR23等参与干旱、盐、低温等多种逆境胁迫,其中SlDIR23在不同胁迫处理下均可被激活。此外,DIR基因和转录因子、非编码RNA相互作用,共同参与调控番茄植株的逆境胁迫。