棉花纤维发育相关转录因子的研究进展

棉花纤维细胞分化和发育是1个极其复杂的过程,在纤维发育的各个时期均有大量基因参与调控,相关转录因子在棉纤维发育过程中起着极其重要的作用。介绍了近年来研究较多的棉纤维发育相关转录因子MYB类转录因子、MADS类转录因子和SPB类转录因子等的概况以及最新的研究进展,可为棉花转录因子的研究提供参考。     

呈色机制不同的桃叶片花色素苷积累及合成相关基因表达的季节性差异

[目的]红叶桃叶片夏季呈现高温"返青"现象,而早熟桃夏季果实采收后叶片逐渐变红,2种桃叶片呈色规律相反。测定其花色素苷生物合成相关结构基因和转录因子表达特性,分析与叶片呈色之间的关系。[方法]以红叶桃品种‘筑波5号’和‘洛格红叶’、早熟桃品种‘早美’和‘春蕾’以及绿叶桃品种‘京蜜’为试材,分别在春、夏、秋3个季节测定其叶片花色素苷含量、叶片色差以及与叶片花色素苷生物合成相关的结构基因(CHS、CHI、F3H、F3'H、DFR、LDOX、UFGT)和调节基因(MYB10、b HLH3、WD40、MYBPA1、MYB15、MYB16、MYB111、MYB123)的时空表达。[结果]2个红叶桃品种花色素苷含量在夏季下降,秋季回升;2个早熟桃品种夏季叶片逐渐变红,花色素苷含量一直增加;而绿叶桃叶片一直处于绿色,花色素苷含量基本保持稳定。结构基因中CHS、CHI、F3'H、DFR、LDOX、UFGT和调节基因中MYB10、MYBPA1、MYB16、MYB111、WD40、b HLH3的表达水平与桃叶片中花色素苷含量呈正相关;而MYB15和MYB123基因的表达水平与桃叶片中花色素苷含量呈负相关。[结论]6个结构基因和6个调节基因表达水平与红叶桃、早熟桃花色素苷积累关系密切,表明其在调控桃叶片着色过程中起重要作用。     

陆地棉LTP家族基因的克隆与表达分析

长链脂肪酸能够通过调节胚珠内源乙烯信号变化来促进棉花的起始和伸长发育,为深入了解棉花脂肪酸的转运过程及参与基因,对棉花全基因组进行了分析,克隆了11个脂质转运蛋白。实时荧光定量PCR证实:LTP6, LTP7, LTP9, LTP11 4个基因在纤维起始时期（野生型与突变体之间）的表达存在差异,这4个基因可能与纤维起始发育有关。通过基因组步移技术克隆了Gh-LTP6基因的启动子,并对其结构进行分析,发现其具有多个MYB结合位点。这些结果为深入研究LTP基因在纤维起始过程中的角色奠定了基础。     

棉花microRNA功能研究进展

MicroRNAs(miRNAs)是一类重要的基因表达调节因子,在植物生长发育、逆境胁迫应答等方面起到重要作用。随着深度测序技术的广泛应用,棉花(Gossypium hirsutum)中miRNAs的功能探究成为目前的研究热点。文章主要综述了miRNAs在棉花生物和非生物逆境应答、纤维发育、形态建成方面的功能,并对今后的发展方向和重点作了展望。     

MYB转录因子在植物耐盐基因工程中的应用进展

盐胁迫是影响植物生长、发育及作物产量的重要环境因子。耐盐育种是保障农业生产的重要措施,利用基因工程技术提高植物耐盐性是优于传统育种的有效途径。MYB转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,在包括盐胁迫在内的植物非生物胁迫调控中有重要作用。本文系统阐述了MYB转录因子的基本结构及其在拟南芥、烟草及水稻、大豆、番茄等植物耐盐基因工程中应用的研究进展,为MYB转录因子的利用及植物耐盐遗传改良及育种提供参考。     

杨树MYB基因应答非生物胁迫的表达特性

MYB转录因子以其含有的保守MYB结构域为特征,是植物转录因子中数量最多的家族之一,广泛参与植物生长发育和代谢的调节。利用生物信息学分析获得222条杨树MYB基因,用实时定量PCR筛选出8条对盐胁迫有强烈应答的基因,研究其在盐、干旱、ABA等非生物胁迫下的表达模式;结果表明:这8条MYB基因虽然在杨树根、茎、叶组织中均有表达,但是在不同胁迫条件和不同组织中的表达水平明显不同。在盐和干旱胁迫条件下,8个基因在根、茎、叶中均被诱导表达,表现为相似的表达模式。在ABA处理条件下,而多数基因无明显应答。说明杨树MYB基因在应答环境变化与激素调节中具有不同的作用,并且在不同组织中的作用有所差异。     

不同纤维品质棉花纤维发育过程中内源激素含量变化及与品质的关系

研究棉纤维发育过程中内源激素含量的变化,认识激素对纤维品质的调节效应,为人工调控纤维品质提供依据具有重要意义。选择新疆棉区4个纤维品质不同的棉花为材料,探讨棉纤维发育过程中内源激素含量的变化及与纤维品质形成的关系。结果表明:不同品种棉花纤维发育过程中纤维生长素(IAA)、赤霉素(GA3)、玉米素(ZR)和脱落酸(ABA)的变化趋势基本相似,其差异主要表现在IAA、GA3、ZR和ABA的含量大小及峰值出现的时间。新陆早16号在纤维发育前期有较高含量IAA、GA3、ZR和低含量的ABA,表现出纤维伸长速率较高,快速伸长时期较长;在次生壁加厚期ZR峰值出现较早,有利于棉纤维成熟,纤维品质表现较优。02-DB在纤维发育前期较高含量的ABA影响了纤维伸长速率和快速伸长时期,同时后期ZR峰值出现的晚,影响纤维发育,最终品质较差。     

陆地棉无短绒突变体GZnn的纤维发育及其基因表达分析

 【目的】利用棉花无短绒突变体GZnn为材料,分离与棉花纤维发育相关的重要基因,从而揭示棉花纤维发育的分子机理。【方法】通过扫描电镜观察GZnn与其近等基因系TM-1在纤维发育上的差别;采用差异显示RT-PCR方法寻找GZnn与TM-1之间的差异表达片段,并进行相应分析。【结果】用扫描电镜观察突变体GZnn与TM-1的胚珠表面纤维细胞起始发生的情况,发现GZnn不仅在纤维细胞发生和延伸上延迟,而且纤维细胞总数也明显减少。利用差异显示PCR进行比较筛选,获得了12个差异表达的EST片段,其中,DS3只特异性地在GZnn 开花前（-3～0 DPA）的胚珠中特异表达,而在其近等基因系TM-1中没有表达,推测DS3可能是一个纤维启动过程中的MYB类负调控转录因子。【结论】本研究利用棉花无短绒突变体GZnn发现,棉纤维细胞在早期分化和形态建成过程中大量基因表达,对其中的关键基因的表达模式和功能开展深入研究将有助于阐明棉纤维分化发育的分子机理,为棉花遗传改良提供理论基础。     

棉花LTPG基因家族的蛋白结构与基因表达分析

大量研究表明脂类化合物参与了棉花纤维的起始与伸长发育,GPI锚定的脂质转运蛋白（LTPG）是脂类细胞器之间运输的候选蛋白,对雷蒙德棉（D组）的LTPG家族的蛋白质结构与基因表达进行了分析。结果发现：LTPG基因家族可以分为8个亚类;不同亚类的蛋白的保守半胱氨酸残基位置/分布等具有显著特征;LTPG基因的启动子具有MYB等多种转录因子结合元件以及多种激素应答元件;LTPG基因家族在纤维发育过程中存在着3种不同的表达模式。上述结果表明LTPG基因家族可能参与棉花纤维起始与伸长发育,其功能值得深入分析。     

棉花植物同源结构域(PHD)转录因子在非生物胁迫中的表达分析

[目的]通过对陆地棉(Gossypium hirsutum L.)PHD(Plant homeodomain)转录因子在棉花不同组织和非生物胁迫条件下的表达分析,筛选棉花逆境胁迫应答基因.[方法]根据已报道的28个棉花GhPHD基因的EST序列合成了特异引物,使用半定量RT-PCR方法检测GhPHD在棉花种子、根、茎、叶、纤维(15DPA)中的表达以及在于旱、高盐(150 mmol/L NaCl)、低温(4℃)非生物胁迫下的表达.[结果]棉花PHD转录因子在各组织中的表达存在差异,85.7;的基因在种子中表达,在纤维中表达的占35.7;.在干旱胁迫条件下GhPHD1、GhPHD6和GhPHD22呈上调表达,在高盐胁迫条件下GhPHD1、GhPHD16呈上调表达,低温胁迫激活GhPHD9表达,其它基因对三种非生物胁迫无明显应答.[结论]部分GhPHDs在陆地棉应答和适应非生物胁迫过程中可能发挥重要的作用.     

光对园艺植物花青素生物合成的调控作用

花青素是植物中一类重要的类黄酮化合物,在植物花朵、果实等器官色泽形成和抗氧化过程中起着重要作用。植物组织中花青素的形成依赖于光信号,但是光信号对花青素生物合成的调控机制及信号网络很大程度上还不清晰。本文简述了花青素生物合成及运转过程的研究进展,简要归纳了MYB、bHLH、WDR三类主要因子对花青素合成的转录调控作用,重点阐释光信号(光强、光质、光照时长)对植物花青素合成的调控作用。研究表明,光环境(光强、光质、光照时长)主要通过不同的光受体(UVR8、CRYs、PHOTs、PHYs)影响光信号通路重要因子COP1的泛素化能力和HY5的稳定性,以及其他光信号转录因子如光敏色素互作因子PIFs的稳定性,进而调控花青素的生物合成过程。这些光信号因子一方面直接结合到调控花青素合成的MYB、bHLH、WDR三大类转录因子上,转录激活或抑制它们的表达进而调控花青素的合成;另一方面,这些光信号因子通过与MYB、bHLH、WDR三大类转录因子蛋白互作,影响它们形成的MBW复合体稳定性,进而调控花青素的合成。此外,这些光信号因子还可以通过不依赖于MBW复合体的通路调控花青素的合成,如HY5通过调控miR...     

基于转录组信息的黑果枸杞MYB转录因子家族分析

【目的】MYB基因家族是植物中最大的一类转录因子家族,广泛参与植物的生长发育和代谢调控过程。目前仍没有针对枸杞等木本作物MYB转录因子家族的系统分析。基于转录组数据鉴定分析黑果枸杞MYB基因家族,可为该类基因生物学功能和代谢调控机制的研究提供参考。【方法】基于黑果枸杞转录组测序(RNA-Seq)数据,利用NR、NT、Swiss-Prot和PFAM 4个数据库和NCBI网站,对黑果枸杞MYB基因进行筛选注释;利用Web Logo3、Prot Comp 9.0、MEGA5.0软件进行保守结构域、亚细胞定位和系统进化等生物信息学分析。基于转录组数据分析MYB基因在黑果枸杞果实不同发育期的差异表达模式,并采用荧光定量PCR方法进行验证。【结果】基于转录组测序数据,注释得到83个黑果枸杞MYB类转录因子基因,根据结构特性将其分为4大类:R2R3-MYB、1R-MYB、3R-MYB和4R-MYB。结构域分析表明:R2R3-MYB类转录因子的R2 MYB基序中包含3个极度保守的色氨酸残基,R3 MYB基序中的第一个色氨酸残基被疏水氨基酸替代。比较分析黑果枸杞MYB家族和拟南芥MYB家族共同构建的进化树发现,黑果枸杞的MYB家族在进化上包括3个大类,6个亚类。亚细胞定位预测结果显示,44个MYB转录因子定位于细胞质中,37个定位于细胞核中。基于转录组数据的MYB差异表达模式分析表明,黑果枸杞MYB基因可能参与了果实不同发育时期花青素变化的调控;基于荧光定量PCR的差异表达数据进一步验证了部分MYB转录因子在果实不同发育时期的花青素合成中可能起到调控作用。【结论】黑果枸杞MYB基因家族注释得到83个黑果枸杞MYB类转录因子基因,为进一步研究MYB家族的基因结构和生物学功能奠定了基础。     

花青素代谢对陆地棉叶片和纤维色泽呈现的影响

【目的】棉花作为一种重要的经济作物和油料作物,其叶片和纤维均可积累色素物质,呈现不同颜色。叶绿素、类胡萝卜素和花青素的含量及其比例是棉花叶片呈色的主要原因,而棕色纤维中主要色素成分为花青素单体氧化聚合而成的原花青素及其衍生物。通过分析陆地棉不同的叶色突变体叶片和纤维中的花青素含量,花青素和原花青素合成途径中关键基因的表达,探究棉花叶片和纤维颜色呈现与花青素合成的关系,为叶色突变体的利用和彩色棉纤维色泽的改良奠定基础。【方法】通过测定21个陆地棉叶色突变体的叶片花青素含量,根据叶色突变体叶片、纤维颜色和花青素含量差异,筛选了其中6个典型的棉花叶色突变体作为研究材料,比较叶片和纤维（开花后15 d）中的花青素含量,分析花青素含量与叶片、纤维颜色呈现的关系;同时检测叶片及不同发育时期纤维（开花后5、10、15和20 d）中花青素合成关键基因GhCHS和原花青素合成途径关键基因GhLAR和GhANR的表达水平,分析目标基因对叶片和纤维颜色呈现的影响。【结果】21个陆地棉叶色突变体叶片中的花青素含量差异显著,呈现紫红色或紫色的叶片花青素含量高。在筛选的6个陆地棉叶色突变体及其对照叶片和不同发育时期纤维中,叶片花青素含量显著高于纤维,棕色纤维的花青素含量显著高于白色纤维。叶片中,GhCHS表达量较高,而GhANR和GhLAR表达量较低,花青素积累与颜色呈现与其表达量没有显著的相关性;而在纤维中,GhANR和GhLAR在棕色纤维的表达量极显著高于白色纤维中,且主要集中在纤维发育的5—15 DPA高表达。【结论】陆地棉叶片和纤维的颜色呈现均与花青素含量有关,紫色及紫红色叶片以及棕色纤维中花青素含量高,但纤维颜色的形成与棉花叶片颜色呈现没有显著的相关性,其花青素含量与原花青素合成途径的关键基因GhANR和GhLAR表达水平直接相关,表明棉花叶片和纤维中的呈色机制不一致,原花青素主要在纤维中积累显色。     

Genome-wide analysis of the calcium-dependent protein kinase gene family in Gossypium raimondii

Plant calcium-dependent protein kinases(CDPKs) play important roles in diverse physiological processes by regulating the downstream components of calcium signaling. To date, only a few species of the plant CDPK gene family have been functionally identified. In addition, there has been no systematic analysis of the CDPK family in cotton. Here, 41 putative cotton CDPK(Gr CDPK) genes were identified via bioinformatics analysis of the entire genome of Gossypium raimondii and were classified into four groups based on evolutionary relatedness. Gene structure analysis indicated that most of these Gr CDPK genes share a similar intron-exon structure(7 or 8 exons), strongly supporting their close evolutionary relationships. Chromosomal distributions and phylogenetics analysis showed that 13 pairs of Gr CDPK genes arose via segmental duplication events. Furthermore, using microarray data of upland cotton(G. hirsutum L.), comparative profiles analysis of these Gh CDPKs indicated that some of the encoding genes might be involved in the responses to multiple abiotic stresses and play important regulatory roles during cotton fiber development. This study is the first genome-wide analysis of the CDPK family in cotton, and it will provide valuable information for the further functional characterization of cotton CDPK genes.     

‘凤丹’牡丹花色变化过程中花瓣色素及相关基因表达

针对‘凤丹’牡丹在开放过程中花色由紫红色变白的现象,以‘凤丹’5个不同开放时期的花瓣为试验材料,分别运用色差仪、高效液相色谱仪和荧光定量PCR测定花色表型、花色素成分及质量分数和花青苷合成途径中相关基因的表达,进而分析花瓣色素与花青苷合成相关基因表达之间的关系。结果表明:随着花的开放,红色大幅减退,明度变大,彩度降低;‘凤丹’花中检测出2种花青苷(芍药花素-3,5-二葡糖苷和矢车菊素-3,5-二葡糖苷)和8种单体酚。花开放过程中,总花青苷和总黄酮质量分数逐渐减少,总花青苷质量分数降低幅度更大。花青苷合成相关结构基因PAL、DFR、ANS和转录因子MYB22、bHLH1的表达模式与总花青苷质量分数的变化趋势一致,而且这些基因的表达量与总花青苷质量分数均具有极显著正相关性。研究发现,‘凤丹’花色变化的主要原因是总花青苷质量分数大量减少。PAL、DFR、ANS是参与‘凤丹’花青苷合成的关键结构基因,转录因子MYB22及bHLH1可能对结构基因DFR和ANS的表达起着重要的调控作用。     

盐及ABA对水稻MYB转录因子基因表达的影响

转录因子在植物生长发育和响应外界环境胁迫过程中起重要作用。MYB类转录因子是植物中数量较多、功能多样化的一类转录因子。以耐盐聚合系177,以及该聚合系的轮回亲本IR64为材料,在苗期进行盐和盐+ABA处理,采用荧光定量PCR方法,比较分析了43个MYB家族基因在盐胁迫和盐+ABA处理下的表达谱。结果表明,在盐胁迫条件下,IR64和177中分别有42%和58%的MYB基因在叶片组织中下调表达,而外施ABA后,61%（IR64）和68%（177）的下调基因表达量显著增强。该结果说明盐处理条件下通过外施ABA能够引起MYB基因的表达变化,进而影响水稻的耐盐性。同时鉴定了12个在IR64和177间显著差异表达的MYB基因,该类基因的表达模式可能同两个品种具有不同的耐盐性紧密相关。该结果为进一步分析水稻MYB基因在响应盐胁迫过程中的作用机制以及ABA在增强水稻耐盐性方面提供了理论参考。     

棉花GhDHAR3基因克隆、功能序列分析及烟草的遗传转化

对棉花EST数据库进行同源搜索、比对和序列拼接,经RT-PCR从陆地棉纤维组织中扩增得到脱氢抗坏血酸还原酶基因GhDHAR3的cDNA,其开放阅读框为792 bp,编码由263个氨基酸组成的蛋白质.同源性比对分析显示GhDHAR3蛋白具有较高的保守性,进化树分析表明其与拟南芥AtDHAR3亲缘关系较近.利用软件进行蛋白...     

调控苯丙烷类生物合成的MYB类转录因子研究进展

大多数植物的次级代谢产物来源于苯丙烷代谢途径,苯丙烷类化合物对植物的生长发育及应答逆境胁迫有重要作用, 同时与人们的生产生活密切相关。随着大量有生物活性苯丙烷类化合物的发现,苯丙烷类生物合成及调控已成为研究热点。目前从植物中已分离出大量的调控木质素、类黄酮、花青素合成的转录因子基因,并对它们的结构、功能及表达模式进行了分析研究;同时发现一些转录因子结合相应顺式作用元件,特异性调控苯丙烷代谢途径相关基因的表达,从而增强植物对环境胁迫的抗性,本文为研究MYB转录因子对苯丙烷类的调控规律提供理论参考。