蒺藜苜蓿CIPK基因家族全基因组鉴定及表达分析

CIPK作为Ca2+信号通路中CBL蛋白的直接靶标蛋白广泛存在于植物中,其与植物生长发育及非生物胁迫响应密切相关.通过同源比对,在蒺藜苜蓿全基因组中共筛选得到28条CIPK同源序列,分布于全基因组的7条染色体上,MtCIPKs编码蛋白序列长度介于319～510个氨基酸之间;依据内含子多少,通过进化分析所分成的3个群组可...     

MADS-box基因家族在蒺藜苜蓿的全基因组分析

MADS-box基因家族是植物体内的重要转录因子,它们广泛地调控着植物生长、发育和生殖等过程。本研究以蒺藜苜蓿基因组数据为材料,采用结构域搜索方法,鉴定了138个MADS-box基因。通过序列比对系统进化分析,将它们分成两大类:Ⅰ型(92个)和Ⅱ型(46个)。同时,通过染色体定位分析发现,134个MADS-box基因定位在染色体上,还有4个MADS-box基因定位在尚未完成最终拼接的超长片段上。蒺藜苜蓿的MADS-box基因家族成员之间存在大量的基因重复,特别是Ⅰ型MADS-box基因,通过基因复制,MADS-box基因家族在染色体上形成多个密集的MADS-box基因簇。对蒺藜苜蓿的RNA-seq表达谱数据分析,发现MADS-box基因在心皮组织、花器官等组织中表达量较高,这表明蒺藜苜蓿的MADS-box基因家族广泛地参与苜蓿组织分化、发育以及生殖等过程的调控,这将为进一步揭示MADS-box类转录因子在蒺藜苜蓿中作用机制提供了重要的参考。     

蒺藜苜蓿LEA基因家族全基因组分析

胚胎发育晚期丰富蛋白(LEA)是一类在种子胚胎发育后期特异表达并受发育阶段及脱水信号调节的脱水保护蛋白,在响应植物干旱、低温、高盐等逆境胁迫中具有重要功能。本研究利用生物信息学手段,在全基因组水平对蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)LEA基因家族进行分析,并对其进化、基因结构、进化压力、染色体定位及基因表达模式进行了系统分析。本研究共筛选出23个蒺藜苜蓿LEA家族基因,可分为8个亚家族。基因定位结果表明,23个蒺藜苜蓿LEA基因分布于除6号染色体外的其他7条染色体上,但分布不均匀;家族成员外显子数目都不超过两个,结构简单。不同组织表达谱分析结果显示,LEA家族基因具有不同的组织表达模式,并受干旱逆境胁迫调控。本研究结果可为蒺藜苜蓿LEA基因家族的功能分析奠定基础。     

蒺藜苜蓿全基因组中U-box基因家族的筛选与特征分析

植物基因组中广泛存在U-box基因,其编码蛋白大部分作为泛素系统中决定底物特异性识别的E₃泛素连接酶,广泛地调控植物生长生殖发育以及响应逆境胁迫等过程。本文利用蒺藜苜蓿基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定蒺藜苜蓿U-box家族基因;采用MEGA6软件进行系统进化树分析;通过GSDS在线工具和Mapinspect软件进行基因结构及染色体定位分析;利用已有的蒺藜苜蓿芯片数据进行组织表达和胁迫响应表达分析。结果表明,蒺藜苜蓿基因组中含有41个U-box基因,不均匀地分布于蒺藜苜蓿的8条染色体上。根据结构域组成和系统进化分析将这些U-box蛋白分成6类。基因表达模式分析发现,该家族成员的表达具有一定的组织特异性,并能响应盐、干旱和氮素胁迫。这些研究结果为蒺藜苜蓿U-box基因家族的功能分析奠定了基础。     

豆科模式植物蒺藜苜蓿基因组研究进展

鉴于豆科植物的重要性和特殊性,近年来国际上发起将蒺藜苜蓿作为豆科基因组研究模式植物。由于具有基因组小、染色体数为2×8(2n=16)、生长期短、自花授粉、根瘤固氮、遗传转化效率高、与豆科主要作物亲缘关系较近等特点,蒺藜苜蓿已代替百脉根(Lotus japonicusL.)做为豆科模式植物。国际蒺藜苜蓿基因组研究计划于2001年启动,基因组全序列测定即将完成。目前已经构建了细胞遗传学图谱、物理图谱和遗传图谱,获得EST序列189714条。蒺藜苜蓿基因组长度470Mbp(1C=0.47pg,2C=1.15pg),基因密度7Kbp/基因,平均GC含量33.3%。细胞遗传学分析表明,蒺藜苜蓿染色体基因组分成常染色质和异染色质两个明显的区域,常染色质区富集基因,异染色质区富集大量重复序列。蒺藜苜蓿80%的基因组以异染色质的形式聚集在着丝粒附近。蒺藜苜蓿与苜蓿和豌豆有非常高的共线性关系,与大豆在宏线性水平和微线性水平也有较高的共线性关系,是豆科作物比较基因组研究的好材料,有待在我国开展相关的研究。     

蒺藜苜蓿PYL基因家族的全基因组鉴定、表达和功能分析

脱落酸(ABA)是一种内源性激素,在调节植物的生长发育、非生物胁迫和生物胁迫反应方面发挥着重要作用。Pyrabactin resistance 1-like(PYR/PYL)蛋白在ABA信号传导途径中起核心调控作用。然而,在蒺藜苜蓿(Medicagotruncatula)中并没有关于这个家族的细节。本研究根据拟南芥(Arabidopsis thaliana)中的14个PYL基因,利用BLAST方法鉴定蒺藜苜蓿基因组中的PYL家族成员。结果表明,鉴定得到14个蒺藜苜蓿PYL基因家族成员,且所有成员均含有PYR-PYL-RCAR-like功能域。预测启动子中的顺式元件发现所有蒺藜苜蓿PYL基因家族成员均含有与胁迫以及激素相关的元件。基因本体论(GO)富集分析与KEGG通路分析显示其主要参与到脱落酸信号通路及对外界刺激的反应。基因表达模式分析显示,其在逆境胁迫下表现出特定的表达模式。本研究为进一步研究蒺藜苜蓿PYL基因奠定了基础。     

蒺藜苜蓿GPAT基因家族的全基因组鉴定、序列变异和表达分析

甘油-3-磷酸酰基转移酶(glycerol-3-phosphate?acyltransferase,?GPAT)是三酰甘油(triacylglycerol,?TAG)生物合成的限速酶,催化TAG生物合成的起始步骤,为多种脂质合成提供了底物,会直接参与到植物的生长发育和抗逆过程.蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)作为豆科模式植物具有基因组小、生长周期短、遗传转化效率高等特点.为了解GPAT基因在苜蓿抗逆尤其是在耐盐中的作用,本研究选择蒺藜苜蓿基因组为研究对象,采用Blastp和Hmm结构域搜索方法,共鉴定出24个mtGPAT基因.根据系统进化、基因结构和结构域差异将其分成3个亚家族.同时染色体定位分析发现,24个mtGPAT基因不均匀分布在7条苜蓿染色体上,每条染色体上分布有2～5个基因.基因表达谱分析表明:蒺藜苜蓿GPAT基因具有器官特异性,并且会参与盐胁迫反应.这些结果可为进一步深入研究蒺藜苜蓿GPAT家族基因的功能提供理论基础.     

蒺藜苜蓿GPAT基因家族的全基因组鉴定、序列变异和表达分析

甘油-3-磷酸酰基转移酶(glycerol-3-phosphate acyltransferase, GPAT)是三酰甘油(triacylglycerol, TAG)生物合成的限速酶,催化TAG生物合成的起始步骤,为多种脂质合成提供了底物,会直接参与到植物的生长发育和抗逆过程。蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)作为豆科模式植物具有基因组小、生长周期短、遗传转化效率高等特点。为了解GPAT基因在苜蓿抗逆尤其是在耐盐中的作用,本研究选择蒺藜苜蓿基因组为研究对象,采用Blastp和Hmm结构域搜索方法,共鉴定出24个mtGPAT基因。根据系统进化、基因结构和结构域差异将其分成3个亚家族。同时染色体定位分析发现,24个mtGPAT基因不均匀分布在7条苜蓿染色体上,每条染色体上分布有2～5个基因。基因表达谱分析表明:蒺藜苜蓿GPAT基因具有器官特异性,并且会参与盐胁迫反应。这些结果可为进一步深入研究蒺藜苜蓿GPAT家族基因的功能提供理论基础。     

蒺藜苜蓿、天蓝苜蓿、金花菜基因组SNP穿梭标记开发

蒺藜苜蓿是继拟南芥和水稻之后又一个进行全基因组测序的植物,利用蒺藜苜蓿的基因组序列,开发出可以在其他豆科植物上应用的分子标记,即穿梭标记,已成为缺乏基因组信息或基因组复杂的豆科植物基因组学及分子遗传学研究的有效手段。天蓝苜蓿和金花菜是我国最重要的两种一年生苜蓿,由于缺乏有效的分子标记,这两种苜蓿在基因组水平上的研究很少。SLAF-seq是近年来开发出的一种简化基因组测序技术,具有高通量、准确性、成本低、周期短的优点,已在众多物种的全基因组SNP标记开发上得到应用。本研究通过SLAF-seq技术对12份蒺藜苜蓿、天蓝苜蓿和金花菜材料进行简化基因组测序,共得到28.04×10⁶个读长的测序数据,276432个高质量的SLAF标签,其中58748个SLAF标签为多态性标签,平均测序深度为17.44。在58748个多态性SLAF标签中,共检测出次要基因型频率(MAF)大于0.05的SNP标记189133个。本研究开发出的SNP标记可用于一年生苜蓿的遗传多样性、遗传图谱构建和重要农艺性状的QTL定位等的研究,其种间穿梭的特性可为苜蓿属种间基因组排列顺序、系统进化关系、比较图谱构建等方面的研究提供帮助。     

蒺藜苜蓿耐酸铝性状的全基因组关联分析

铝毒害是酸性土壤耕种的主要限制因素,每年造成大量作物减产。蒺藜苜蓿是紫花苜蓿的一年生近缘种,广泛分布于世界各地,是紫花苜蓿遗传改良的重要基因资源。本研究利用蒺藜苜蓿群体的耐酸铝性状差异,进行全基因组关联分析,筛选蒺藜苜蓿耐酸铝性状相关的遗传位点,共得到58个与蒺藜苜蓿耐酸铝性状相关的SNP标记。对其周围基因进行功能注释分析,发现这些SNP位点主要参与苜蓿的细胞壁、脂质代谢、环境胁迫响应过程、氧化还原反应过程以及小分子转运等过程。最后,通过基因组选择方法将发掘SNP标记应用到蒺藜苜蓿耐酸铝性状的预测,预测准确性达到0.80,这说明本研究发掘的SNP标记可以用于蒺藜苜蓿及其近缘物种紫花苜蓿耐酸铝性状的遗传改良。     

苜蓿全基因组WRKY转录因子基因的分析

蒺藜苜蓿的基因组较小,遗传转化相对容易,是国际上广泛用于研究豆科植物的模式植物,其全基因组测序已经完成。WRKY转录因子是近年来在植物中发现的N-端含有WRKYGQK高度保守氨基酸序列的新型转录调控因子, 调节启动子中含W-box元件的调节基因和(/或)功能基因的表达, 从而参与植物的各种防卫反应。本研究以苜蓿基因组序列(Mt2.0)为材料,利用生物信息学方法分析苜蓿全基因组WRKY转录因子基因的数目、种类、系统发生学、保守基序,结果表明,苜蓿中共有28个WRKY基因,其中5个基因含有2个WRKY结构域,共含有33个WRKY结构域,根据其结构域特点可以分为3个大类,同时与水稻WRKY基因进行了比较研究,发现基因数目远少于拟南芥和水稻,同时研究证实苜蓿与水稻WRKY基因的起源和进化关系存在较大差异,显示出苜蓿WRKY进化有其独特的特点,此外分析苜蓿WRKY基因的保守motif共有46个,筛选得到WRKY结构域的5个保守motif。该研究对苜蓿WRKY基因功能的研究及进化具有重要的意义。     

蒺藜苜蓿EST-SSRs分布特征及标记的开发

利用蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)EST数据库开发新的EST-SSRs标记.分析EST-SSRs的分布特征.利用SSRIT软件对NCBI上公布的285 285条蒺藜苜蓿EST序列进行SSR序列的检测.共检测出6688个SSR序列.分布于6512个EST中.占整个EST数据库的2.28%.其中二核苷酸...     

豆科模式植物——蒺藜苜蓿

由于蒺藜苜蓿具有高的遗传转化效率、生长期短、染色体组为2×8、基因组小、自花授粉、固氮等特点,使它成为豆科生物学和基因组学研究的模式植物。本研究描述了蒺藜苜蓿的形态特征,介绍了苜蓿属植物的系统关系及蒺藜苜蓿的分类学地位,概述了蒺藜苜蓿遗传图谱构建和基因组学研究的进展。     

干旱胁迫下黄花苜蓿与蒺藜苜蓿两个抑制性差减杂交文库的构建及分析

水分胁迫是植物面临的最主要的非生物胁迫之一,研究植物的抗旱机理以提高植物的抗旱能力具有重大的意义。抑制性差减杂交是一种筛选特异表达基因的良好手段,使用该方法成功构建了豆科植物黄花苜蓿和蒺藜苜蓿2个差减文库并进行测序。通过GO分类和KEGG分析等手段对文库中序列进行分类,并分析表达序列的差异,发现黄花苜蓿文库中对抵抗水分胁迫起积极作用的基因表达序列明显多于蒺藜苜蓿。此外,还对筛选到的2个基因在2种苜蓿中的干旱响应表达模式进行了分析,结果表明,在黄花苜蓿中这2个基因的表达更加有利于响应和抵抗干旱。这些结果在分子层面上一定程度的解释了黄花苜蓿较蒺藜苜蓿更加抗旱的原因。     

天蓝苜蓿野生种质的品质分析研究

以采集于甘肃、四川等我国西部地区的野生天蓝苜蓿Medicago lupulina生态型为试验材料,以《中国苜蓿》中的20种多年生苜蓿品种和蜗牛苜蓿M. scutellata、蒺藜苜蓿M. truncatula 2种一年生苜蓿作参照,对其始花期的营养成分进行测定和比较。结果表明：13个天蓝苜蓿野生生态型的粗蛋白含量为24.26%～29.36%,粗脂肪为2.68%～4.36%,粗纤维为17.05%～22.61%,无氮浸出物为33.79%～40.25%,天蓝苜蓿各个生态型的各种营养指标均优于多年生苜蓿;3种一年生苜蓿中,蜗牛苜蓿的粗蛋白、粗脂肪以及无氮浸出物均为最低,品质较差。蒺藜苜蓿粗蛋白、粗脂肪、粗纤维含量高,无氮浸出物低,天蓝苜蓿虽然粗蛋白、粗脂肪略低于蒺藜苜蓿,但粗纤维都低,草质柔软,适口性好,属优质饲草。     

鲤鱼γ-2β干扰素基因组DNA克隆及序列分析

试验参考鲤鱼γ-2β干扰素(interferon γ-2β,IFNγ-2β)全长cDNA序列,在其两侧非翻译区和外显子设计2对引物,以提取的鲤鱼脾脏基因组DNA为模板进行PCR扩增,获得了IFNγ-2β的全长基因DNA序列。结果表明,获得的基因组DNA全长2084 bp,GenBank登录号为JX181981,序列分析结果显示该基因进化较保守,和其他物种一样都含有4个外显子和3个内含子,各外显子碱基数与哺乳动物中相对应的外显子碱基数基本相同,且外显子、内含子剪接位点均遵守GT-AG规则。     

蒺藜苜蓿叶绿体密码子偏好性分析

本文对蒺藜苜蓿叶绿体基因组全序列密码子进行分析,筛选出50条CDS(coding DNA sequence)利用CodonW软件进行分析其密码子使用模式。结果显示,蒺藜苜蓿叶绿体基因组密码子第3位碱基GC含量为26.9%,即第3位密码子富含A和U,ENC值在37.11~51.91之间密码子偏好性较弱。相对同义密码子使用度分析显示RSCU值大于1的密码子有23个,其中以A和U为结尾20个。中性绘图分析显示GC₁₂与GC₃的相关系数为0.341,相关性不显著,回归系数为0.4843;单基因ENC比值多分布在-0.05~0.05,即大部分基因ENC值离ENC期望值较近;对应性分析,第一轴显示了12.50%的差异为主要影响因素,第一轴与ENC和GC₃的相关系数分别为0.091和-0.092,均相关不显著。综合这几项分析发现蒺藜苜蓿叶绿体基因组密码子偏好性主要受到突变的影响,但是并不是唯一的影响因素,其他因素对密码子偏好性也可能有一定的影响。最终通过高表达优越密码子方法确定得出UUA、UUG、CCU等23个密码子为最优密码子,为之后对外源基因进行改造,提高其在叶绿体中的表达效率奠定了基础。     

苜蓿多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白2(MsPGIP2)基因多态性分析

本研究旨在分离苜蓿多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白2（MsPGIP2）基因的基因组序列全长,分析序列变异。首先采用引物热不对称PCR的基因组DNA步移法分离其基因组序列全长,然后通过克隆测序分析了MsPGIP2基因在3个苜蓿品种（‘润布勒’、‘苏普斯坦’与‘公农1号’）中的多态性。结果显示,MsPGIP2基因的基因组DNA序列全长1 126 bp,可分为信号肽、内含子和LRR区3部分。MsPGIP2基因的基因组序列中共有46个变异位点（频率>0.02）。在信号肽区,没有变异位点;在内含子区,有5个SNP位点和2个InDel变异位点;而在LRR区,共发现了39个SNP位点,其中非同义突变占61.5%。在3个苜蓿品种中共发现了15个等位基因（即单倍型）,通过对LRR区核苷酸的系统发育分析将他们分成3类。结论认为,MsPGIP2基因具有较大的变异,各等位基因间发生了频繁的重组交换,是一个为适应病原微生物PG的进化而快速进化的基因。     

驯鹿Ghrelin基因组DNA克隆及序列分析

为了得到驯鹿Ghrelin基因组DNA的全序列,试验根据驯鹿Ghrelin DNA外显子1~4序列设计特异性引物,利用PCR技术对驯鹿的Ghrelin基因进行扩增,经基因组染色体步移和克隆技术获得Ghrelin基因组DNA全序列,并分析其序列结构特点。结果表明:成功克隆出全长为4 076 bp的驯鹿Ghrelin基因组DNA全序列(GenBank accession No.KX857495),其由4个外显子和3个内含子构成,4个外显子片段大小分别为154,114,109,148 bp,3个内含子片段大小分别为198,2 868,485 bp。     

全基因组水平蒺藜苜蓿反转录转座子IRAP分子标记开发及应用

由于苜蓿品种间遗传差异日益缩小,通过传统形态学鉴定表型愈加困难。在苜蓿育种过程中,利用分子标记可大大提高育种效率和品种鉴定。反转录转座子长末端重复序列（LTR）广泛分布在植物基因组中,基于LTR的分子标记具有丰富的多态性和高信息量等优势,被广泛用于物种品种鉴定、评价种质资源多样性等方面。本研究在全基因组水平鉴定和设计了大量蒺藜苜蓿LTR反转录转座子扩增多态性（IRAP）标记,并利用其对国内外40个紫花苜蓿种质资源进行遗传多样性分析。结果表明,根据设计开发出的431个IRAP引物,并按照其染色体位置信息组合获得69对IRAP引物。利用筛选出的37对多态性引物组合共扩增出325个等位位点,平均每个标记可产生8.8个等位位点;多态性条带比率（PPB）为50%~100%,平均值为79.9%;多态性信息含量（PIC）的范围为0.34~0.88,平均值为0.69。基于遗传相似系数（GS）对供试品种采用算术平均值非加权组平均法（UPGMA）进行聚类分析,以0.82为阈值可将40份供试材料分为4类,其分组结果与不同材料地理分布信息以及STRUCTURE分析相对一致。本研究首次在蒺藜苜蓿全基因组水平上开发了IRAP分子标记并在紫花苜蓿种质资源中进行评价与应用,获得的大量IRAP分子标记可对后续苜蓿品种的鉴定保护以及遗传背景分析提供技术支撑。