花椰菜花球发育相关基因BoCAL的KASP标记开发和应用

BoCAL基因是控制花椰菜花球发生的关键基因之一。为了提高对花椰菜BoCAL基因型鉴定效率,根据该基因第5个外显子中第16个碱基（Ex5+16）G-T的功能性单核苷酸多态性（SNP）突变,开发了竞争性等位基因特异性PCR（KASP）标记(BoCAL-KASP1)。利用该标记对甘蓝类7个变种的蔬菜作物与野生种共计86份材料进行了BoCAL等位基因的分型,发现共有36份材料的基因型是T:T,包括28份花椰菜、6份青花菜与2份引进的地方种材料;43份材料的基因型是G:G,包括2份花椰菜、9份青花菜、6份结球甘蓝、5份芥蓝、3份苤蓝、7份羽衣甘蓝、2份抱子甘蓝、4份引进的地方种与5份甘蓝野生种材料;7份材料显示杂合基因型T:G,包括2份青花菜、2份羽衣甘蓝和3份引进的地方种材料。这86份材料的BoCAL基因型KASP鉴定结果和酶切扩增多态性标记(BoCAL-CAPS1)的鉴定结果完全一致。以上结果说明BoCAL-KASP1标记可以高效准确地鉴定BoCAL基因目标位点的基因型,从而为花椰菜花球发育研究和分子育种提供可靠的功能性标记。     

羽衣甘蓝花青素的定位及含量成分测定

为鉴定羽衣甘蓝植株中花青素的分布及组成，利用徒手切片制作临时装片在光学显微镜下观察紫叶羽衣甘蓝和白叶羽衣甘蓝纯系茎和叶中花青素的分布情况，测定紫叶羽衣甘蓝叶片中花青素相对含量，并通过HPLC-MS技术对叶片中花青素成分进行分析。结果表明:花青素主要分布于叶表皮细胞邻近的叶肉细胞，并以下表皮邻近叶肉细胞居多，茎中花青素集中分布在表皮细胞及表皮下的薄壁细胞中，整个茎表现为越靠近上部花青素分布越少；白叶羽衣甘蓝心叶、外叶和茎中均未观察到花青素类物质的存在。在10 ℃条件下生长的叶片(心叶和外叶)中花青素含量显著高于20 ℃条件中生长的叶片中的含量。紫叶羽衣甘蓝中共鉴定出9 种花青素苷，分别为矢车菊素-3-葡萄糖-5-葡糖苷、矢车菊-3-槐糖-5-葡糖苷、矢车菊素-3-槐糖(对香豆酰)-5-葡糖苷、矢车菊素-3-槐糖(咖啡酰)-5-葡糖苷、矢车菊素-3-槐糖(阿魏酰)-5-葡糖苷、矢车菊素-3-槐糖(草酸酰-对羟基苯甲酰)-5-葡糖苷、矢车菊素-3-槐糖(芥子酰)-5-葡糖苷、飞燕草-3-葡糖苷和飞燕草素-3-葡萄糖(咖啡酰)-5-葡糖苷。紫叶羽衣甘蓝叶片中含有丰富的高度酰基化和糖苷化的花青素苷，是一种值得开发的新型花青素苷应用产品资源。     

羽衣甘蓝红色系叶片形成相关microRNAs的鉴定及分析

为了在转录后水平上探索microRNAs(miRNAs)对羽衣甘蓝红色系叶片形成的调控作用,以红和白色系的羽衣甘蓝品种‘紫鸽’‘白鸽’为研究试材,利用高通量测序技术分别对其紫红(Bo-P)和白色(Bo-W)心叶进行了小RNA(sRNA)测序分析。结果表明:1)共鉴定出77个保守miRNAs和33个新miRNAs在Bo-P和Bo-W文库中差异表达;2)基于miRNAs的差异表达和相应靶基因的注释结果,筛选出2个可能与红色系叶片中花青苷生物合成有关的DEMs(miR828和miR858-3);3)荧光定量PCR(qRT-PCR)结果显示与高通量测序结果基本一致,其中2次结果显示miR828在紫红和白色心叶中表达量的差异倍数均很大。基于上述结果,初步确定miR828和miR858-3(特别是miR828)在转录后水平对羽衣甘蓝叶片红色系表型的形成起到关键调控作用,该结果将为今后深入揭示羽衣甘蓝叶色的分子调控机制提供理论基础和新视角。     

低温短日照诱导五叶草莓成花诱导的机理研究

光周期和温度是影响植物成花诱导的两个主要因素。为研究短日照和低温共同处理对五叶草莓(Fragaria pentaphylla)成花诱导的影响,我们分析了CONSTANS(FpCO)、FLOWERING LOCUS T(FpFT)、LEAFY(FpLFY)、APETALA1(FpAP1)4种重要成花基因在叶片、茎尖分生组织、果实不同发育阶段以及在低温(15 ℃)短日照(8 h·d^-1)下诱导不同时间点的表达情况,同时,剥离处理不同时间点的茎尖进行花芽分化进程的石蜡切片观测。结果表明:FpFT1、FpLFY3、FpCO和FpAP1是草莓中的关键成花因子。FpCO基因于处理28 d后进入表达高峰,随后表达量大幅下降。FpFT1基因自42 d起整体表达量较高,之后虽呈现下降趋势,但维持较高表达水平;FpAP1与FpLFY3基因表达趋势相似,在第6周进入表达高峰,达到高峰后基因表达水平下降;五叶草莓在此条件下处理28 d后启动成花诱导,42 d已完成了由营养生长到生殖生长的转变过程。该结果与切片观察的形态分化过程一致。     

中国野生毛葡萄转录因子VqWRKY6与VqbZIP1互作调控抗白粉病功能分析

目的 欧洲葡萄作为世界葡萄主栽品种,具有产量高、品质佳的优点,但对病害抵抗能力差。白粉病是严重危害葡萄栽培的一种真菌性病害,中国野生葡萄资源丰富,可为抗病育种提供充足种质资源。论文旨在筛选调控抗白粉病的葡萄转录因子基因,探究转录因子基因调控抗白粉病的作用机理,为选育葡萄抗病品种提供优质的基因资源。方法 从中国野生毛葡萄‘商-24’中克隆得到转录因子基因VqWRKY6,使用DANMAN和MEGA-X软件对序列进行分析。利用PEG介导转化拟南芥原生质体进行亚细胞定位分析发挥转录调控作用的位置,利用酵母双杂交和双分子荧光互补试验证明VqWRKY6能够和转录因子VqbZIP1互作形成转录复合体。以感病葡萄‘赤霞珠’叶片为试材,通过农杆菌介导法瞬时转化到‘赤霞珠’葡萄叶片,叶片进行白粉菌（Uncinula necator）接种后,观察发病症状,用台盼蓝染色在显微镜下观察菌丝发育进程,使用DAB染色观察活性氧积累,比较共同过表达VqWRKY6和VqbZIP1的葡萄叶片、单独过表达VqWRKY6的葡萄叶片、单独过表达VqbZIP1的葡萄叶片和对照组叶片的差异。使用实时荧光定量PCR技术对抗病基因在白粉菌诱导下的表达水平进行分析。结果 VqWRKY6定位于葡萄2号染色体,编码342个氨基酸,属于WRKY家族的group Ⅲ亚家族。亚细胞定位和酵母转录激活试验证明,VqWRKY6在细胞核内发挥转录调控功能且在酵母中有转录激活活性。‘赤霞珠’叶片共同过表达VqWRKY6和VqbZIP1后,叶片表面白粉菌菌丝扩繁速率显著慢于单独过表达VqWRKY6和单独过表达VqbZIP1的叶片,共同过表达VqWRKY6和VqbZIP1的叶片组织中活性氧含量显著高于单独过表达VqWRKY6和单独过表达VqbZIP1的叶片;此外,VqWRKY6和VqbZIP1的协同调控能够激活茉莉酸（JA）途径的PR3、PR4,基因表达量显著上调。结论 VqWRKY6和VqbZIP1协同作用可能通过激活JA抗病途径,促进活性氧产生,增强抗病基因表达,抑制白粉菌的生长,从而提高葡萄对白粉病的抗性。因此,中国野生毛葡萄‘商-24’是重要的抗病种质资源,而VqWRKY6与VqbZIP1可作为重要的抗病基因资源。     

基于WGCNA鉴定茶树响应草甘膦相关的基因共表达模块

【目的】分析茶树响应草甘膦相关的基因表达规律和调控途径,在转录水平上探究草甘膦对茶树的作用,确定茶树响应草甘膦的关键基因。【方法】以茶树品种‘金观音’为试验材料,将推荐使用浓度的草甘膦施于茶树土壤基质表面,经0、0.25、1、3和7 d后,取叶片进行转录组测序,并测定莽草酸含量。利用WGCNA方法联合分析转录组和莽草酸含量数据,鉴定与草甘膦响应相关的共表达基因模块,筛选关键调控基因。【结果】茶树叶片中的莽草酸含量在草甘膦处理后0.25、1和3 d降低,而在7 d时大量积累（为未处理的6.99倍）。从表达谱数据中筛选得到12 568个差异表达基因（DEGs）,草甘膦处理不同时间点与未处理数据比对的DEGs均显著富集在苯丙烷、类黄酮生物合成及植物激素信号转导途径;此外,草甘膦处理分别诱导茶树莽草酸代谢及其下游苯丙烷、类黄酮生物合成和激素信号转导途径相关的24、52、31和69个基因差异表达。通过加权基因共表达网络（WGCNA）方法鉴定得到19个基因模块,将转录组与莽草酸含量数据相关联,筛选到两个与草甘膦响应高度相关的关键基因模块,分别包含2 024和2 305个基因。选取关键模块中连通度最高的前50个基因进行共表达分析,获得6个关键调控基因,包括2个抗性基因（SHMT和RPM）、1个耐药性基因（PDR）、1个离子转运基因（At）、1个膜转运基因（GPT）和1个转录因子（ERF）。【结论】草甘膦通过干扰茶树叶片中莽草酸代谢,影响其下游代谢途径苯丙烷、类黄酮生物合成及激素信号转导途径的基因转录。此外,研究还鉴定到2个草甘膦响应密切相关的共表达模块,发现SHMT、RPM、At、PDR、ERF和GPT等多个潜在候选基因和转录因子在茶树抵御草甘膦逆境中发挥重要作用。     

利用基因芯片分析比较Giza75和SG747纤维发育差异表达基因

【目的】 利用适应性广、产量高的陆地棉和纤维品质优异的海岛棉进行高通量基因芯片比较分析,筛选和鉴定棉纤维发育相关的关键基因。【方法】 以SG747(Gossypium hirsutum L.)和Giza75(Gossypium barbadense L.)为材料,利用Affymetrix公司的棉花寡聚核苷酸基因芯片对其开花后10 d(10 days after anthesis, 10 DPA)的棉纤维进行表达谱分析。【结果】 材料Giza75和SG747共筛选到3 905个差异表达基因,其中功能预测基因占比17.80%,翻译、核糖体结构相关基因占比16.82%,翻译后修饰占比14.32%。Gra.2198.1.A1_at正向调控棉纤维发育过程,Gra.85.1.S1_at、Ghi.249.1.A1_at和Ghi.8448.1.S1_x_at负向调控棉纤维发育过程,可能参与了棉纤维发育过程。【结论】 利用陆地棉和海岛棉基因芯片并结合qRT-PCR筛选和鉴定到4个纤维发育相关的关键候选基因。     

利用RNA-Seq发掘玉米叶片形态建成相关的调控基因

【目的】叶片宽度和长度等叶形特性是决定植株形态,进而影响种植密度的重要农艺性状,通过转录组测序技术筛选并挖掘玉米叶片形态建成相关的代谢路径及调控基因,为深入认识叶片发育的分子机理和鉴定叶宽、叶长候选基因奠定基础。【方法】以极端窄叶自交系NL409和宽叶自交系WB665为材料,利用RNA-Seq技术鉴定7叶期第七片叶近基部的差异表达基因(DEGs),通过生物信息学分析,筛选与叶片发育密切相关的代谢通路,利用qRT-PCR验证不同激素路径叶形相关基因的表达结果,并结合启动子区域的序列差异挖掘叶形功能基因。【结果】分析对照(WB665)和样品(NL409)高通量测序结果,在叶宽形成关键部位共筛选出5 199个DEGs,其中,2 264(43.55%)个基因表达上调,2 935(56.45%)个基因下调表达,下调基因明显多于上调基因;GO功能富集分析表明,差异基因主要富集在细胞膜相关的细胞组分中,涉及代谢过程和细胞响应刺激;KEGG富集分析表明,差异基因主要参与到核糖体、植物激素信号转导、苯丙烷类代谢、乙醛酸和二羧酸代谢等过程,其中核糖体、植物激素信号转导、鞘脂类代谢下调表达基因较多的路径与叶片发育密切相关。核糖体路径富集到多个PRS(PRESSED FLOWER)基因,分析发现PRS13(PFL2)可能在调控窄叶发育过程中发挥重要作用。鞘脂代谢路径富集的基因几乎全部下调表达,引起抑制叶片发育的AP1(APETALA1)类和MAPK(Mitogen-Activated Protein Kinase)类基因上调,以及促进叶片发育的LFY(LEAFY)下调,与窄叶发育受抑制的表型一致。植物激素信号转导路径富集到的油菜素内酯(BR)响应基因和赤霉素(GA)代谢基因下调,细胞分裂素(CTK)和大部分生长素(Auxin)响应基因上调,与窄叶中DELLA蛋白基因上调表达,抑制GA并促进CTK基因表达的作用模式一致。通过qRT-PCR对18个叶片发育相关基因进行分析,结果表明,其表达趋势与转录组结果一致,分析发现BR相关的ROT3、Auxin相关的NAL7-like、AGO7-like以及TCP类转录因子CYC/TB1等基因与窄叶的形成密切相关。【结论】明确了一些与玉米叶片发育密切相关的代谢路径,还发现植物激素间的动态平衡对叶片发育有着重要影响,尤其是生长素与油菜素内酯、细胞分裂素与赤霉素之间的相互作用对调控叶片形态可能发挥重要作用。     

羽衣甘蓝花青素合成途径结构基因的表达特性

羽衣甘蓝红鸽属十字花科云薹属,因其中心部分累积了大量的花青素而呈现深紫色。为了研究其花青素生物合成的机理,以圆叶羽衣甘蓝红鸽系列和白鸽系列为试验材料,通过半定量RT-PCR方法研究了花青素合成代谢途径结构基因的表达特性。结果表明,除苯丙氨酸裂解酶(PAL)和查尔酮合成酶(CHS)在红鸽和白鸽系列中的表达水平基本一致外,其他结构基因在红鸽中的表达水平要明显高于白鸽,尤其二氢黄酮醇还原酶(DFR)和花青素合成酶(ANS),在红鸽中的表达水平显著强于白鸽;红鸽幼叶和老叶中花青素生物合成结构基因的表达水平趋于一致。另外,为了研究温度对羽衣甘蓝花青素合成的影响,通过半定量RT-PCR方法检测了室温和低温环境下生长的红鸽幼叶花青素合成结构基因的表达。结果显示,低温可以诱导CHS,黄烷酮-3-羟化酶(F3H),DFR,ANS,类黄酮-葡萄糖基转移酶(UFGT)基因的过量表达,使羽衣甘蓝红鸽经历低温后,植株中积累大量的花青素而呈现深紫色。     

低温胁迫下两品种羽衣甘蓝叶中渗透物质含量比较

以2个羽衣甘蓝品种为材料,研究了低温胁迫下其叶片中渗透物质的含量,初步探究2种羽衣甘蓝的耐寒性。结果表明,低温胁迫下,2种羽衣甘蓝叶片中可溶性糖含量皆在11.3%左右,差异不显著。与奶白色品种相比,紫红羽衣甘蓝叶片中脯氨酸和可溶性蛋白含量较高,分别为0.448%和0.566%,且差异显著。另外,紫红色品种中叶片各色素含量皆高于奶白色品种。由此证明,紫色品种羽衣甘蓝比白色品种羽衣甘蓝有较强的抗寒性。     

利用RNA-Seq发掘玉米叶片形态建成相关的调控基因

【目的】叶片宽度和长度等叶形特性是决定植株形态,进而影响种植密度的重要农艺性状,通过转录组测序技术筛选并挖掘玉米叶片形态建成相关的代谢路径及调控基因,为深入认识叶片发育的分子机理和鉴定叶宽、叶长候选基因奠定基础。【方法】以极端窄叶自交系NL409和宽叶自交系WB665为材料,利用RNA-Seq技术鉴定7叶期第七片叶近基部的差异表达基因(DEGs),通过生物信息学分析,筛选与叶片发育密切相关的代谢通路,利用qRT-PCR验证不同激素路径叶形相关基因的表达结果,并结合启动子区域的序列差异挖掘叶形功能基因。【结果】分析对照(WB665)和样品(NL409)高通量测序结果,在叶宽形成关键部位共筛选出5 199个DEGs,其中,2 264(43.55%)个基因表达上调,2 935(56.45%)个基因下调表达,下调基因明显多于上调基因;GO功能富集分析表明,差异基因主要富集在细胞膜相关的细胞组分中,涉及代谢过程和细胞响应刺激;KEGG富集分析表明,差异基因主要参与到核糖体、植物激素信号转导、苯丙烷类代谢、乙醛酸和二羧酸代谢等过程,其中核糖体、植物激素信号转导、鞘脂类代谢下调表达基因较多的路径与叶...     

过表达ZmIBH1-1提高玉米苗期抗旱性

【目的】干旱是严重影响玉米生长发育进程的一个重要因素。挖掘玉米抗旱相关基因,通过转基因功能验证和转录组分析,解析关键基因在响应干旱胁迫过程中的分子调控机制,为抗旱分子育种和遗传改良提供理论依据。【方法】以玉米自交系B104（WT）为背景材料,利用农杆菌介导方法构建过表达ZmIBH1-1转基因株系（ZmIBH1-1-OE）;通过对转基因植株进行草铵膦抗性筛选、标记基因和目的基因PCR检测,以及运用实时荧光定量PCR检测目的基因的表达情况,鉴定阳性植株和株系;以WT和ZmIBH1-1-OE转基因株系为材料,通过干旱处理（20% PEG6000）,进行表型鉴定和耐旱生理生化指标测定,验证ZmIBH1-1的抗旱功能;通过对干旱胁迫下玉米4叶期转录组的比较分析,鉴定出差异表达的基因（differentially expressed genes,DEGs）;结合DAP-seq（DNA affinity purification sequencing）分析,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的下游靶基因,利用基因组可视化软件IGV（integrative genomics viewer）分析ZmIBH1-1蛋白结合候选靶基因的位置,然后通过Dual-Luciferase试验验证ZmIBH1-1蛋白与靶基因的调控关系。【结果】通过玉米遗传转化获得12个转化事件;T₃代中,能同时检测到标记基因Bar和目的基因ZmIBH1-1的植株有458个,实时荧光定量PCR检测结果表明,ZmIBH1-1-OE中ZmIBH1-1的表达量显著高于WT,株系3和株系8表达量最高,将其自交获得T₄代转基因株系用于后续试验。在干旱胁迫条件下,ZmIBH1-1-OE株系存活率、叶片相对含水量、叶绿素含量、可溶性蛋白含量及其生理生化指标（超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性）均显著高于WT,说明玉米中过量表达ZmIBH1-1赋予玉米更高的耐旱性。转录组分析结果表明,WT与ZmIBH1-1-OE株系在干旱胁迫下有1 214个差异表达基因;Gene Ontology（GO）功能富集分析结果表明,差异表达基因主要涉及生物过程、细胞组分和分子功能,如在生物过程中主要涉及到光合作用、应激响应、脱水响应等;KEGG富集分析表明,差异表达基因主要参与植物激素信号传导、新陈代谢等过程。结合转录组显著差异表达基因和DAP-Seq分析所得到ZmIBH1-1蛋白的靶基因,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的11个候选靶基因,包括2个钙信号相关基因、3个半胱氨酸代谢相关基因、1个bHLH转录因子、1个应激响应蛋白、1个谷胱甘肽转移酶、1个氧化还原过程蛋白和2个乙烯响应因子;基因组可视化结果显示ZmIBH1-1蛋白可以结合靶基因启动子区;随后通过Dual-Luciferase试验进一步表明,ZmIBH1-1蛋白可以直接作用于11个候选靶基因,其中,ZmIBH1-1蛋白可以促进ZmCa-M、ZmSYCO、ZmbHLH54、ZmGlu-r1、ZmCLPB3和ZmP450-99A2的表达,抑制ZmAGD12、ZmCYS、ZmCYSB、ZmERF-107和ZmEIN3的表达。此外,在干旱胁迫下NAC、WRKY、MYB等转录因子在ZmIBH1-1-OE和WT株系中也存在差异表达。【结论】ZmIBH1-1的过表达可以增强玉米苗期的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控乙烯信号通路中的ZmERF-107和ZmEIN3的表达提高玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控钙信号相关基因ZmCa-M和ZmAGD12增强玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白可能通过间接调控NAC、WRKY、MYB等转录因子响应干旱胁迫。     

苦荞蔗糖转运体家族FtSUCs的鉴定与生物信息学分析

植物蔗糖转运体家族蛋白( sucrose transporter, SUC)是介导蔗糖跨膜运输的重要载体。本文基于苦荞幼苗发育过程中转录组测序获得的数据库,筛选鉴定到10个FtSUCs基因,序列长度在1 436~7 109 bp,编码氨基酸148~605个,其中8个FtSUCs可能定位于内质网,其序列一致性为34.30%,保守位点达到20个。苦荞FtSUCs与拟南芥AtSUCs基因被聚为3类,FtSUCs中4个归入类型Ⅰ,2个归入类型Ⅱ,4个归入类型Ⅲ。苦荞FtSUCs蛋白主要由α-螺旋、不规则卷曲、延长链与β-折叠组成,其中9个FtSUCs包含跨膜结构域。幼苗发育过程中,FtSUCs基因间表达模式存在差异,其中,FtPinG0002608200.01、FtPinG0001943900.01、FtPinG0001944100.01在子叶期高表达,FtPinG0000342600.01表达量逐渐提高,FtPinG0001943500.01和FtPinG0009584000.01在各时期稳定表达,推测它们可能在不同发育阶段发挥特定功能。苦荞中多个FtSUCs基因存在显著正相关或负相关关系,暗示FtSUCs基因间可能存在协同效应或功能互补,进而共同调控蔗糖的跨膜运输。     

高粱窄叶突变体nal1表型鉴定及转录组分析

为解析高粱窄叶的分子调控机制，挖掘影响高粱叶片发育的关键差异表达基因。利用0.1%EMS化学诱变野生型BTX623获得高粱窄叶突变体nal1(narrow leaf1)，以野生型植株BTX623和窄叶突变体nal1为材料，对不同发育时期的叶片长、叶片宽、株高、穗长等性状进行表型分析。结果表明：与野生型BTX623的叶片相比，2叶1心时，窄叶突变体nal1的叶片开始变窄；开花期植株和成熟期植株叶片宽和叶片长差异极显著；成熟期窄叶突变体nal1穗较松散，但植株株高差异不显著。开花期剑叶转录组分析结果表明：高粱窄叶突变体nal1和野生型BTX623开花期剑叶共筛选到差异表达基因1 520个，通过KEGG、GO富集分析得出，功能注释基因显著富集在植物激素信号转导、玉米素生物合成、光合作用天线蛋白、次级代谢产物生物合成等通路上；进一步研究发现参与调控生长素和玉米素信号转导的差异表达基因有17个，参与调控玉米素生物合成的差异表达基因为7个，这些基因在窄叶突变体nal1中差异表达，直接影响生长素、玉米素的信号转导和玉米素的生物合成。因此推测突变体nal1通过调节生长素、玉米素的信号转导和玉米素的生物...     

‘黑比诺’葡萄不同叶龄叶片叶绿体内淀粉积累及其相关基因表达差异分析

【目的】随着叶龄的增长,葡萄叶片叶绿体内淀粉积累增加,但是调控其淀粉积累的分子机理还未见报道,本研究通过筛选参与调控淀粉积累的潜在基因,阐明葡萄不同叶龄叶片叶绿体中淀粉积累的分子机理。【方法】以2年生‘黑比诺’(Pinot Noir)葡萄为试材,观察不同叶龄叶片叶绿体内淀粉积累动态,并采用高通量测序技术进行转录组分析,筛选出与淀粉和蔗糖代谢途径相关的关键酶基因,同时采用实时荧光定量PCR技术对关键基因进行表达验证。【结果】未展开叶（NL）叶绿体内淀粉粒体积较小,积累量少,随着叶龄增长,在生长中叶（GL）和成熟叶（ML）叶绿体内,淀粉粒体积明显增大,积累量增加。转录组测序共得到58.57 GB的有效数据,KEGG富集分析表明,与NL相比,在GL和ML中差异表达的基因显著富集于淀粉与蔗糖代谢通路。分析该通路基因表达模式发现,细胞壁转化酶（cell wall invertase,CWINV）、磷酸葡萄糖变位酶（Phosphoglucomutase,PGM）、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（ADP-glucose pyrophosphorylase,AGPase）等基因参与蔗糖转化为淀粉合成前体腺苷二磷酸葡萄糖（adenosine diphosphate glucose,ADPG）的过程,且随叶龄增大逐渐上调表达;可溶性淀粉合成酶（soluble starch synthase,SSⅠ）、淀粉分支酶（starch branching enzyme,SBE）、α-淀粉酶（α-amylase,AMY）、β-淀粉酶（β-amylase,BAM）等基因参与淀粉合成与水解过程,同样随叶龄增大上调表达,其中AGPase、SSⅠ、SBE在半结晶结构支链淀粉合成中起重要作用。【结论】随着叶龄的增大,叶绿体中淀粉积累增加;AGPase、SSⅠ、SBE等基因可能是参与调控叶绿体内淀粉积累的关键基因。     

利用TRV-HIGS技术鉴定核盘菌致病相关的分泌蛋白基因

【目的】由核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）引起的菌核病是我国油菜种植上的主要问题,严重威胁着菜籽产量及品质。分泌性蛋白在病原菌致病过程中起着重要作用,核盘菌基因组中包含大量编码分泌性蛋白的基因,本研究旨在鉴定并筛选与致病性相关的分泌蛋白基因,揭示核盘菌的致病机理,为菌核病防控提供重要靶标。【方法】采用SMART软件对核盘菌在侵染抗病、感病甘蓝过程中差异表达明显的8个具有信号肽的候选基因进行蛋白质结构域的分析,随后将SMART分析得到的结构域分别于SCOP、Pfam、PDB数据库进行功能注释。利用基因特异性引物进行目的基因特异片段的PCR扩增,构建pTRV2-Gene和pTRV2-GFP载体。随后等量混合含有pTRV1及pTRV2-Gene,pTRV1及pTRV2-GFP载体的重悬菌液。室温静置3 h后,利用针筒浸润法将pTRV2-Gene载体及对照（TRV-GFP）侵染5—6周龄的本氏烟（Nicotiana benthamiana）。侵染植株于黑暗环境中培养48 h后,再置于正常光照条件的环境中生长7 d。将直径6 mm的核盘菌PDA菌丝块接种于侵染9 d后的烟草叶片叶腹的中央,其中带菌面紧贴叶片,随后将接种植株培养48 h后统计病斑面积。提取接种48 h后的病斑及病斑周围组织叶片（距腐烂组织边缘1 cm左右）的RNA,利用特异引物进行目的基因的qRT-PCR,计算目的基因在携带TRV-HIGS载体的烟草植株中的相对表达量。【结果】SMART及结构域注释预测这8个候选基因可能参与了蛋白、核酸或多糖的水解,影响植物的免疫反应,参与核盘菌对药物耐受性的调节及生物素合成。核盘菌接种携带这8个基因的TRV-HIGS载体及对照载体的烟草,48 h后对照植株的病斑面积平均为3.44 cm ²,除SS1G_07655外,其余7个候选基因的TRV-HIGS植株上的病斑面积相比对照植株均显著减小（P≤0.05）,其病斑面积介于1.63—2.61 cm ²。qRT-PCR结果显示,这7个致病相关的候选基因在核盘菌侵染烟草过程中的基因表达水平均显著低于对照（P≤0.05）。【结论】利用TRV介导的HIGS技术成功地对核盘菌中8个未知功能的分泌蛋白基因进行了功能鉴定,筛选到7个可能与核盘菌致病性相关的基因,其中对核盘菌致病性影响最大的SS1G_03146预测可能参与核盘菌生物素合成,同时SS1G_04343及SS1G_11912预测可能参与影响植物的免疫反应。     

寒兰CONSTANS-LIKE基因表达水平及光周期响应分析

寒兰属五大国兰之一,花期为每年10—12月,具有极高的观赏价值;本文以寒兰为材料,结合现有转录组数据和兰属的COL基因比对,筛选得到寒兰COL1和COL2基因序列,并采用基因定量分析,对2个COL基因的表达水平和光周期特性进行分析。结果表明:COL1基因在9—11月份期间在开花寒兰叶片中表达水平上升,而COL2基因表达水平与温度变化有关,与花期并不相关;COL1基因在暗处理条件下,表达水平逐渐上升,具有光周期响应特性,而COL2基因无光周期响应特性。因此,COL1基因表达可能与寒兰花期形成有关。该结果为寒兰花期调控研究打下理论基础。     

羽衣甘蓝BoRACK1基因克隆、亚细胞定位及表达分析

[目的]克隆羽衣甘蓝蛋白激酶C1受体(RACK1)基因(BoRACK1)序列,并对其进行亚细胞定位及表达分析,为研究RACK1基因在植物生长发育过程中的调控机制提供理论参考.[方法]PCR扩增BoRACK1基因,构建其亚细胞定位表达载体,通过基因枪法转化洋葱表皮细胞后在激光共聚焦显微镜下观察绿色荧光蛋白(GEP)的分布情况.利用荧光定量PCR(qRT-PCR)检测BoRACK1基因在不同组织中及在非生物胁迫(200 mmol/L NaCl、100 μmol/L ABA和1 mmol/L H2O2溶液)下幼苗中的表达情况.[结果]PCR扩增获得BoRACK1基因的开放阅读框(ORF)序列,其cDNA全长980 bp,编码326个氨基酸,氨基酸序列与其他植物的RACK1具有较高同源性,在65%以上,尤其与拟南芥的同源性高达93%.BoRACK1基因在羽衣甘蓝的根、茎、叶、花和种子中均有表达,其中在根、叶和种子中的表达量较高,而在花、幼芽和茎的表达量较少.BoRACK1基因在ABA、H2O2和NaCl胁迫下的表达量整体上呈下调趋势,其中NaCl胁迫下其表达量在6 h时降至最低,而其他胁迫下其表达量均在4 h时降至最低.BoRACK1定位于细胞质、细胞核和细胞质膜.[结论]BoRACK1基因表达无组织特异性,除了与羽衣甘蓝花、果实及营养器官的发育存在关联外,还可能参与了植物的抗逆性调控过程.     

马铃薯miR397的克隆及靶基因筛选

miR397广泛参与植物逆境胁迫响应。本研究从马铃薯叶片中分离出miR397的前体序列,克隆得到StmiR397基因,对潜在靶基因进行预测,采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）方法对低温不同表现型材料进行表达模式分析。结果表明：马铃薯miR397前体序列为81 bp,能形成稳定的茎环结构,成熟序列位于5′端,上游调控区含有温度响应等多种逆境应答作用元件。低温处理下,StmiR397在耐低温材料DR-2叶中上调表达,根中表达无差异,而在低温敏感材料费乌瑞它叶中表达无差异,根中上调表达。通过对预测的10个靶基因进行表达模式分析,初步筛选出反向抑制靶基因氧化还原酶结构域蛋白、锌指家族蛋白和正向激活靶基因磷酸果糖激酶家族蛋白、生长素诱导的β-葡萄糖苷酶,为进一步研究StmiR397与靶基因的调控网络提供了一定参考。     

干旱胁迫下两个玉米自交系雄穗花器官分化期的转录组分析

【目的】 运用现代分子生物学及高通量测序技术,在全基因组水平鉴定耐旱相关的基因,研究玉米雄穗花器官分化期对干旱胁迫的响应机理, 为抗旱育种将提供新的理论基础。【方法】 以干旱胁迫15 d和正常浇水的耐旱自交系“PHBA6”和干旱敏感自交系“吉63” 花器官分化期的雄穗进行Illumina HiSeq 2000高通量测序分析,将测序得到的Unigene与玉米参考基因组进行比对,利用 RPKM 来衡量样本间的基因表达丰度, 以|log₂foldchange|≥1,P<0.05,FDR≤0.001筛选出样本间的差异表达基因, 并通过 Gene Onto 1ogy (GO ) 数据库、 KEGG pathway 数据库对筛选出的差异表达基因的功能和参与的调控路径进行分析。【结果】 与正常水分处理相比,耐旱自交“PHBA6”和干旱敏感自交系“吉63”在干旱胁迫下分别有1 394个和1 300个显著差异表达基因,其中共有差异表达基因831个,包括上下调表达趋势是一致的822个基因和9个具有相反的表达模式基因。除这些基因外,各自分别还有563个和469个基因型特异的干旱响应基因,这些特异的干旱响应基因的G0 富集分析的条目并不完全相同,除共同富集在刺激响应,细胞壁改变外,耐旱自交“PHBA6”还富集在激素合成调控,机氮化合物代谢、蛋白结合上,特异的干旱响应基因的KEGG 显著性富集分析在2个自交系中也不完全相同,耐旱自交“PHBA6”还有部分差异基因富集在生物素代谢通路上,另外,筛选出耐旱自交“PHBA6”中在干旱胁迫下差异表达的3个脱水素基因和3个特有差异表达的bZIP、MYB和ERF转录因子。【结论】 胁迫相关基因的特异性响应可能是材料间耐旱性存在差异的主要原因,耐旱自交“PHBA6”中的3个脱水素基因和3个特有差异表达的bZIP、MYB和ERF转录因子基因在玉米耐旱育种中可能有重要的利用价值。