全基因组水平蒺藜苜蓿CPP基因家族的鉴定及表达模式分析

CPP （cysteine-rich polycomb-like protein）基因家族是一类小转录因子，广泛存在于除酵母与原核生物外的各种生物体中，在植物生长发育及响应胁迫过程中具有重要作用。截至目前，CPP基因家族已在多个物种中被鉴定和研究，但在豆科模式植物蒺藜苜蓿中还未见报道。本研究采用生物信息学的方法，在蒺藜苜蓿中共鉴定出9个CPP基因。通过与3个物种CPP基因的蛋白序列构建系统发育树，将CPP基因分为3类，MtCPP成员与大豆的亲缘关系更接近。保守结构域分析表明MtCPP转录因子都具有1~2个CXC保守结构域。染色体定位分析得出，9个CPP基因分布在6条染色体上，并鉴定出2对旁系同源基因，均来源于片段重复事件。通过基因芯片技术检测MtCPP基因的表达模式结果显示，MtCPP基因的表达具有一定的时空特异性。MtCPP基因启动子中含有大量与激素以及胁迫相关的顺式作用元件，并且MtCPP2、MtCPP5、MtCPP6和MtCPP7基因具有响应干旱的表达特征，MtCPP2和MtCPP8基因具有响应盐胁迫的功能。该研究可为后期深入解析MtCPP基因家族功能和筛选参与苜蓿抗逆的MtCPP基因奠定基础。     

Identification of CAX gene family and expression profile analysis of response to abiotic stress in alfalfa北大核心CSCD

Ca²⁺/H⁺反向转运蛋白（CAX）是一类重要的跨膜转运蛋白,在调控植物Ca²⁺平衡、抵抗非生物胁迫和转运重金属离子等方面具有重要作用。利用生物信息学方法在全基因组水平对紫花苜蓿CAX基因家族进行了鉴定,并对其理化性质、结构特征、系统进化关系、顺式作用元件、染色体定位等进行了分析。结果表明,在紫花苜蓿全基因组中共筛选鉴定出15个MsCAX基因,分布于紫花苜蓿15条染色体上,发生22对基因片段重复事件,编码367~460个氨基酸,等电点为5.2~6.5,且均表现为疏水性蛋白。系统进化关系分析结果表明,MsCAXs分为2个亚家族,同一亚家族成员具有相似的基因结构、保守基序和跨膜结构域数量。MsCAXs启动子区域存在光响应性、激素反应性和胁迫响应元件。利用qRT-PCR分析了6个MsCAXs基因在非生物胁迫下的表达模式,结果表明,在干旱和低温胁迫下,6个MsCAX基因均显著下调表达,在盐和盐碱胁迫下,3个MsCAX基因上调表达。说明在不同的非生物胁迫下,MsCAXs基因表现出不同的表达模式。研究结果为进一步探索紫花苜蓿CAX基因家族的功能提供了参考。     

紫花苜蓿CAMTA基因家族鉴定及其在非生物胁迫下的表达模式分析

钙调蛋白结合转录激活因子(CAMTA)是一类重要的钙调素结合蛋白,在激素信号转导、发育调控和环境胁迫耐受中发挥着重要作用。本研究采用生物信息学技术,基于紫花苜蓿“新疆大叶”参考基因组,对紫花苜蓿中CAMTA家族成员进行鉴定,并对这些基因的理化性质、系统发育树、保守结构域、染色体上位置、顺式作用元件、转录表达谱进行分析和验证。结果表明,共鉴定出17个MsCAMTA基因,MsCAMTA家族成员可划分为3个亚家族,亚家族成员在基因结构、保守基序位置上较为相似。染色体定位结果显示,MsCAMTA家族成员不均匀地分布在7条染色体上。启动子区具有大量响应低温、盐胁迫及植物激素信号相关的顺式作用元件。此外,采用RT—qPCR对盐(300 mmol·L^-1 NaCl)、模拟干旱(400 mmol·L^-1甘露醇)、低温(10℃)和脱落酸(100μmol·L^-1)处理下紫花苜蓿叶片中MsCAMTA1、MsCAMTA3、MsCAMTA11和MsCAMTA12的表达模式进行了初步研究。结果表明,4个MsCAMTA候选基因在各胁迫处理下均有一定程...     

紫花苜蓿R2R3-MYB亚家族鉴定与干旱胁迫下的表达分析

MYB(v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog)家族是最大的转录因子家族之一，R2R3-MYB亚家族在植物胁迫响应、次级代谢、生长和发育等过程发挥重要作用。本研究利用紫花苜蓿(Medicago sativa‘Zhongmu No.1’)基因组和转录组数据，通过生物信息学方法鉴定了R2R3-MYB转录因子，并对其序列特征、系统进化、染色体分布、基因结构、顺式作用元件及干旱胁迫下的表达模式进行分析。结果显示，紫花苜蓿中有121个R2R3-MYB亚家族成员，各成员均具有两个典型的MYB结构域，理化性质变化较大。系统进化分析将121个成员分为33个组，各成员无规律地定位在8条染色体上。基因结构和顺式作用元件分析发现，同一分组具有相同或相似的外显子数和顺式作用元件。响应干旱胁迫表达模式分析和实时荧光定量PCR(qRT-PCR)结果表明干旱胁迫下MsMYB12,MsMYB45,MsMYB52,MsMYB73,MsMYB88,MsMYB124,MsMYB149,MsMYB189,MsMYB268基因的表达量显著上调，可作为后期紫花苜蓿响应干...     

全基因组水平白花草木樨TCP基因家族的鉴定及在干旱胁迫下表达模式分析

草木樨是我国北方地区重要的饲料与绿肥豆科作物,在我国草牧业发展和生态经济建设中具有重要作用。干旱胁迫是影响草木樨分布和产量的重要因素,筛选和鉴定调控草木樨响应干旱胁迫的基因对解析草木樨抗旱生物学研究具有重要意义。TCP(teosinte branches1/cycloidea/pro-liferating cell factory)是一类植物特有的转录因子,在调控植物响应干旱胁迫过程中具有重要作用,但目前该基因家族在草木樨中的分布以及响应干旱胁迫的生物学功能未见报道。本研究以白花草木樨为对象,利用生物信息学方法在全基因组水平对TCP基因家族进行系统鉴定,并对其基因结构、系统进化、染色体定位以及干旱胁迫下表达模式进行了分析。结果表明,白花草木樨含有18个MaTCP基因,不均匀地分布在6条染色体上。系统进化表明,18个MaTCP基因可以分为TCP-P和TCP-C两大亚家族,其中TCP-P仅包含PCF分支,而TCP-C包含CYC/TB1与CIN两个分支。这些基因都含有高度保守的bHLH结构域,同亚家族中的成员具有相似的保守基序与基因结构,但在bHLH结构域中TCP-P亚家族相较于TCP-C亚...     

蒺藜苜蓿cation/H+ exchanger基因家族鉴定及表达特征分析

CPA（cation proton antiporter）超家族通过转运质子和一价金属离子调节细胞内离子和pH稳定。阳离子质子转运体（cation/H⁺ exchanger,CHX）基因家族属于CPA2（cation proton antiporter 2）超家族,其N端有一个Na⁺/H⁺ exchanger结构域,对植物维持细胞离子平衡、花器官发育起着至关重要的作用。通过生物信息学手段,系统地分析了蒺藜苜蓿CHX家族基因,通过全基因组筛选共鉴定出47个MtCHXs;染色体定位分析表明蒺藜苜蓿CHX基因分布在8条不同的染色体上;同源性分析显示蒺藜苜蓿和拟南芥亲缘关系近,而与水稻亲缘关系远;进一步进化关系分析将47个MtCHXs基因分为5组,并且各组内成员在基因结构和基序上比较保守;顺式作用元件分析发现MtCHXs基因启动子包含大量光响应元件、激素响应元件以及干旱、低温、创伤响应元件;表达特性分析发现MtCHXs在生殖器官中高表达,并且响应干旱、低温等非生物胁迫。     

鸭茅bZIP基因家族鉴定及非生物胁迫表达模式

冷季型牧草鸭茅(Dactylis glomerata)在生长过程中会受到各种逆境胁迫的影响。bZIP转录因子参与多种生物学过程，尤其在植物抵御生物和非生物胁迫过程中发挥关键作用。本研究利用生物信息学和实时荧光定量(qRTPCR)的方法，对鸭茅bZIP基因家族进行全基因组鉴定和分析并探究其表达模式。共鉴定出103个DgbZIP基因并将其划分为11个亚家族。对于同一亚族内成员而言，它们的保守序列和基因结构具有一定的相似性，并预测到许多与胁迫密切联系的顺式作用元件。研究结果表明，在热和干旱胁迫处理后A、C、S亚族成员较强烈地响应胁迫并参与表达调控。本研究为进一步揭示鸭茅bZIP基因响应逆境胁迫的分子机制提供了参考。     

紫花苜蓿SAUR基因家族的鉴定及其在非生物胁迫中的表达模式研究

SAUR(small auxin-up RNA)是植物早期响应生长素的一类基因,参与植物生长发育与非生物胁迫响应等一系列生物过程。在拟南芥、水稻、棉花等物种中已经对SAUR基因家族进行了系统鉴定与分析,但是,在世界上最重要的豆科牧草紫花苜蓿中关于SAUR基因家族的研究尚未开展。本研究利用生物信息学的方法在紫花苜蓿参考基因组共鉴定到433个MsSAUR成员,并对其基因组位置、基因结构、启动子顺式作用元件以及不同组织中的表达模式进行了分析。同时,利用紫花苜蓿在不同非生物胁迫下的转录组数据,发现有5、11、19以及12个MsSAUR成员分别响应干旱、盐、冷以及碱胁迫,MsSAUR14/94/254可以同时响应干旱和盐胁迫,MsSAUR297可以同时响应干旱、盐以及碱胁迫,MsSAUR306可以同时响应干旱、盐以及冷胁迫。本研究结果可为后期通过基因工程技术创制高产抗逆新种质提供重要的候选基因。     

紫花苜蓿bZIP转录因子MsbZIP1的克隆、表达特性和遗传转化分析

bZIP（Basic leucine zipper）是植物中一类非常重要的转录因子,参与植物从生长发育到抗性调控的多个生物学过程。为了了解紫花苜蓿（Medicago sativa）中bZIP转录因子的特性,解析紫花苜蓿MsbZIP1基因的生物学功能,从而阐述MsbZIP1基因响应紫花苜蓿抗逆调控机制,本研究利用RACE技术从紫花苜蓿中获得1个MsbZIP1基因的全长cDNA,该序列全长1 176 bp,编码361个氨基酸,预测分子量为42.3 kD,等电点为6.5。分析发现,该蛋白含有bZIP家族典型的BRLZ碱性结构域和亮氨酸拉链,属于bZIP家族蛋白。进化树分析表明,该蛋白属于bZIP转录因子C亚族,与拟南芥（Arabidopsis thaliana）的AtbZIP63具有很高的同源性,推测可能具有与该类蛋白相似的功能。qRT-PCR分析表明,MsbZIP1基因对干旱、高盐、高温、低温,以及脱落酸（Abscisic acid,ABA）和生长素（Auxin,IAA）处理都有不同程度的响应,推测该基因可能参与调控紫花苜蓿多种非生物胁迫。本试验通过构建表达载体PCAMBIA3301-MsbZIP1,以农杆菌介导的花序浸染法转化拟南芥,经后代筛选、扩繁和分子检测,得到7株超表达的转基因拟南芥。本研究第一次分离了紫花苜蓿C亚族bZIP转录因子,初步确定紫花苜蓿MsbZIP1基因响应多种逆境胁迫的反应,并获得了阳性转基因材料,并为进一步探索该类转录因子在紫花苜蓿抗逆性调控中的作用奠定了基础。     

象草全基因组bHLH转录因子家族鉴定及表达分析北大核心CSCD

bHLH转录因子家族不仅参与了植物的生长发育,而且在植物响应逆境胁迫和次生代谢方面发挥着关键作用。在全基因组水平对重要饲草及能源植物象草的bHLH转录因子家族进行了鉴定及分析,并利用转录组数据及定量RT-PCR分析了象草bHLH转录因子对赤霉素(GA_(3))和多效唑(PAC)的响应。结果显示:在象草中共鉴定出229个具有完整保守结构域的bHLH基因家族成员(CpbHLH001~CpbHLH229),不均匀地分布于14条染色体上;系统进化分析结果表明,229个CpbHLHs可被分为18个亚类,其中C亚类的成员数量最多,为41个;此外,相同亚家族中的大多数基因具有相似的基因结构和保守基序;基于转录组数据的表达谱分析结果发现,多数bHLH基因在象草茎尖组织中均对GA_(3)和PAC有响应。随机挑选9个表达量较高的基因进一步通过qPCR进行验证。结果显示,经外源GA_(3)和PAC处理之后,这9个基因因不同处理而差异表达,表明这9个基因可能与GA_(3)和PAC介导的信号通路有关。综上所述,本研究为象草bHLH转录因子家族的生物学功能奠定了基础。     

亚麻DMP基因家族的全基因组鉴定与分析

DMP家族成员是植物特有的膜蛋白，在植物生殖发育及衰老过程中发挥重要作用。亚麻是我国重要的油料及经济作物，目前关于DMP基因家族在亚麻中的分布及功能研究尚未有报道。本研究利用生物信息学方法对亚麻DMP基因家族进行鉴定，对其序列特征、系统进化、复制事件进行了分析，并利用转录组数据和qRT-PCR分析其在不同组织器官及胁迫处理下的表达模式。本研究以陇亚10号基因组为参照，利用同源性分析共鉴定到17个LuDMP成员，命名为LuDMP-1～LuDMP-17，不均匀分布在9条染色体上。序列特征分析结果表明，除LuDMP-9、LuDMP-16和LuDMP-17外，其余成员均不含内含子；基因启动子区含有大量激素与逆境胁迫相关响应元件；编码的蛋白氨基酸长度为195～240 aa，分子量为20946～25830 Da，等电点为4.76～9.71；所有蛋白均为疏水性蛋白，含有2～5个跨膜结构域及4～8个motif，其中有4个motif存在于所有LuDMP蛋白；绝大多数蛋白定位于细胞膜。LuDMP家族共有3对串联复制事件和8对片段复制事件，进化过程中经历了强烈的纯化选择。转录组分析结果表明，大多数LuDMP...     

紫花苜蓿MsBBX24基因的克隆及耐盐性分析

盐胁迫是影响植物生长发育的主要非生物胁迫因子之一，BBX家族转录因子在植物色素积累、光形态发生、种子生长发育以及逆境适应等方面具有重要的调节作用。为明确紫花苜蓿BBX基因的功能，本研究使用Primer Premier 5软件根据NCBI数据库MsBBX24基因的序列设计特异性引物，以紫花苜蓿的cDNA为模板克隆MsBBX24基因。利用生物信息学软件对基因序列和结构进行分析，并与其他植物的BBX24进行比对和进化树构建，分析它们之间的进化关系。采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析MsBBX24基因的表达模式。利用DNA的酶切与连接方法构建MsBBX24过表达载体，采用农杆菌介导法将其转入野生型拟南芥，通过除草剂Basta筛选，以半定量RT-PCR鉴定获得阳性转基因植株。通过对野生型和MsBBX24转基因拟南芥植株的表型观察和生理指标测定分析它们的耐盐性。研究结果表明，MsBBX24基因编码区序列长723 bp，编码240个氨基酸，分子量为30.58 kDa，等电点为7.74,MsBBX24与鹰嘴豆和蒺藜苜蓿的BBX24具有较高的同源性。qRT-PCR检测结果表明，MsBBX24基...     

两类新疆狗牙根抗旱基因型抗氧化酶保护系统及其基因表达差异分析

新疆狗牙根具发达的根状茎和细长的匍匐茎，在耐旱性方面表现出广泛的遗传变异特性，对抗旱型C138和不抗旱型C32狗牙根两个基因型进行自然干旱7 d后复水3 d处理，明确2个基因型在干旱胁迫及复水下抗氧化酶系统生理响应及基因表达水平上的差异。结果表明：干旱胁迫降低了狗牙根草坪表观质量、叶片相对含水量和叶绿素含量，电导率及丙二醛（malondialdehyde， MDA）含量升高，且C32较C138下降或升高更为明显。随干旱时间延长，狗牙根体内超氧阴离子自由基（O₂^·-）、过氧化氢（H₂O₂）、MDA含量均显著上升，且C32较C138升高更显著，而超氧化物歧化酶（superoxide dismutase， SOD）、过氧化物酶（peroxidase， POD）和过氧化氢酶（catalase， CAT）活性呈先升后降趋势，抗坏血酸过氧化物酶（ascorbate peroxidase， APX）活性呈增加趋势。抗旱型C138对比不抗旱型C32表现为SOD、POD、APX、DHAR和GPX等抗氧化基因高水平的表达，而不抗旱型C32较C138表现出高的脂质过氧化和低的抗氧化酶活性及基因表达水平；在复水过程中，POD活性在提高抗氧化能力及清除活性氧（reactive oxygen species， ROS）过程中起着至关重要的作用。干旱胁迫诱导抗氧化酶及其相关基因上调表达，增强了细胞内的抗氧化防御能力，有助于狗牙根维持细胞膜稳定性，延缓叶片的脱水，从而提高了狗牙根的抗旱能力。     

日本百脉根LjbHLH34基因克隆及耐旱功能鉴定

干旱是影响植物生长发育的重要环境因素。本研究分析了日本百脉根抗旱相关基因LjbHLH34的耐旱功能，初步解析其响应干旱胁迫的分子机制，以期为百脉根抗旱分子育种提供理论基础。本研究克隆得到的LjbHLH34基因大小为711 bp、编码236个氨基酸，属bHLH转录因子家族成员。系统进化树分析显示，LjbHLH34蛋白与拟南芥bHLHⅣ亚家族中AtbHLH34和AtbHLH104亲缘关系较近。实时荧光定量分析表明LjbHLH34在日本百脉根的根中表达量最高，叶中次之，茎中最少，暗示其在日本百脉根多个组织中发挥作用；同时LjbHLH34基因也受聚乙二醇(PEG)和脱落酸(ABA)诱导表达。在酵母中检测发现LjbHLH34具有转录激活活性；亚细胞定位试验表明LjbHLH34蛋白定位于细胞核中。将LjbHLH34基因转入拟南芥获得过表达株系。在200 mmol·L^-1甘露醇胁迫下，LjbHLH34转基因拟南芥的根长明显长于野生型。干旱处理后，野生型拟南芥比转基因拟南芥萎蔫程度更加明显，而转基因株系的相对含水量和超氧化物歧化酶(SOD)活性显著高于野生型，丙二醛(MDA)积累...     

44个紫花苜蓿品种的酸铝适应性与耐受性评价

为了解紫花苜蓿在贵州地区的适应性及耐酸铝胁迫机理，以44份紫花苜蓿品种为研究对象，研究紫花苜蓿处于酸铝胁迫下的生理变化，并揭示其生理变化与耐酸铝胁迫间的关系。利用基因与环境互作模型对两个地点1年的紫花苜蓿进行产量分析，筛选出阿尔冈金、新疆大叶苜蓿、Trifecta、Vernal和中牧1号苜蓿5个耐酸铝强适应品种。利用敏感型UC-1465和耐受型阿尔冈金进行酸铝胁迫试验。结果表明：相同处理下，耐受型紫花苜蓿的电导率、相对铝含量、死亡率显著低于敏感型；紫花苜蓿对酸铝胁迫的响应主要通过柠檬酸、苹果酸、乙酸、酒石酸、反丁烯二酸和草酸的显著（P<0.05）增加来体现，其中苹果酸的合成和分泌增多可能是其耐酸铝胁迫的重要原因。     

紫花苜蓿氮效率及其类型特征研究

为挖掘和利用紫花苜蓿自身潜力，实现优质高效生产，本研究拟建立紫花苜蓿苗期氮效率评价体系，筛选氮高效种质。以28个来源广泛的紫花苜蓿品种为材料，通过室内营养液砂培法，设低氮（2.1 mg·L^-1，表示为：N_2.1）和适宜氮（210 mg·L^-1，表示为：N₂₁₀）2个水平，对苗期各品种紫花苜蓿的形态指标和氮相关指标进行综合分析，通过变异系数、相关分析和隶属函数筛选出苗期氮效率评价指标，并进行氮效率类型分类。氮效率为作物对氮素的综合响应。结果表明，LW6010在N_2.1和N₂₁₀水平下，其株高、地上干物质重、地下干物质重、全株干物质重、地上氮积累量、地下氮积累量和全株氮积累量均表现为显著高于其他品种。公农3号在N_2.1和N₂₁₀下均表现为地上干物质重显著小于其他品种。巨能601在N_2.1和N₂₁₀下，其地上和全株氮含量均显著大于其他品种（除LW6010）。N_2.1下，甘农9号的根长最长，陇东苜蓿根长最短；N₂₁₀下，皇冠根长最长，公农3号最短。N_2.1下，新疆大叶根体积最大，陇东苜蓿根体积最小；N₂₁₀下，甘农7号根体积最大。地上干物质重、全株干物质重、根长、根体积、地上氮积累量和全株氮积累量的变异系数和相关系数均较大。同时，LW6010等品种在N_2.1和N₂₁₀下综合值均大于0.5；甘农3号在N_2.1下综合值小于0.5，在N₂₁₀下大于0.5；甘农7号在N_2.1下综合值大于0.5，在N₂₁₀下小于0.5；陇东苜蓿在N_2.1和N₂₁₀下综合值均小于0.5。综上，地上干物质重、全株干物质重、根长、根体积、地上氮积累量和全株氮积累量可作为紫花苜蓿苗期氮效率筛选的评价参数；通过对综合值的量化，可将紫花苜蓿分为氮高效型、氮常效型、氮反效型和氮低效型4个类型。