大豆Glyma.05G222700.2基因生物信息学与逆境表达分析

为研究Glyma.05G222700.2基因编码的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶在抗非生物胁迫过程的功能和原理,促进大豆抗逆候选基因的开发利用,本研究通过生物信息学方法对大豆Glyma.05G222700.2基因进行同源序列、蛋白结构、进化树和转录组分析,通过qRT-PCR分析盐胁迫下大豆不同组织中该基因的表达情况。结果表明:该基因编码区长2 040 bp,编码697个氨基酸,预测分子量为656.54 kD,pI8.026。多序列比对发现Glyma.05G222700.2蛋白包含1个Pkinase结构域。进化树分析表明该蛋白与野大豆、刺毛黧豆、赤豆一致性较高。转录组数据表明Glyma.05G222700.2基因在大豆各组织中均有表达,其中在种子中表达量最高,在根中表达量最低。qRT-PCR结果发现Glyma.05G222700.2基因在毛状根、茎、叶中均有表达,在茎中表达量最高,在叶中表达量最低;在毛状根中盐胁迫12 h表达量达到极值,盐胁迫24 h表达量下降;在茎中表达量呈上升趋势,在24 h表达量达到极值;在叶中表达量不稳定,盐胁迫2 h该基因不表达,盐胁迫6 h该基因表达量达到极值并高于对照,盐胁迫12和24 h表达量低于对照。推断该基因可能在大豆抵抗盐胁迫过程中起到重要作用。     

大豆GmMADS基因的克隆及表达分析

为了探究大豆MADS-box编码基因在生物和非生物胁迫中的调控作用,以SMV抗感大豆品种为试验材料,从大豆中克隆GmMADS基因Glyma.02g121500,进行生物信息学分析和表达特点分析,同时检测不同逆境胁迫下GmMADS基因表达量变化情况。结果表明:GmMADS基因完整ORF长度为735 bp,编码244个氨基酸,pI 6.68,相对分子质量为28.2 kD。抗感品种间基因CDS序列存在1个SNP差异,氨基酸序列无差异。启动子序列包含防卫和胁迫响应元件、植物激素应答元件、光应答元件等许多顺式作用元件。GmMADS与木豆、花生、豇豆、羽扇豆等物种中的同源基因亲缘关系较近。亚细胞定位结果显示GmMADS在细胞核上表达。组织特异性表达分析显示GmMADS在花中的表达量最高。接种大豆花叶病毒后,抗病品种科丰1号GmMADS在2 h表达最高且显著高于感病品种南农1138-2;低温胁迫时,GmMADS表达在2 h上调;盐胁迫时,GmMADS表达在1 h下调;干旱胁迫时,GmMADS表达在2 h下调。本研究对下一步分析该基因功能、阐明该基因在调控大豆抗病和耐逆的分子机制具有重要意义。     

大豆Glyma.18G261700基因生物学分析及功能初探

MYB是参与花青素合成的重要调控基因,数量众多且功能多样。为分析大豆中与花生黑色种皮调控基因AhTc1(MYB家族)同源基因的功能,本研究根据AhTc1基因序列信息,同源克隆大豆MYB家族基因Glyma.18G261700,对其进行生物信息学分析,并检测不同种皮颜色大豆苗期不同部位花青素和基因表达量。结果显示：Glyma.18G261700全长1 572 bp,编码189个氨基酸,属于R2R3型MYB。AhTc1编码的蛋白为疏水性蛋白,而Glyma.18G261700与之不同,编码的蛋白为亲水性蛋白。三级结构中Glyma.18G261700与AhTc1尾部有所区别,在调控种皮颜色中可能具有不同功能。不同种皮颜色大豆幼苗根部花青素含量较低,而Glyma.18G261700基因的表达量较高,表明在大豆幼苗期该基因的大量表达可能抑制根部花青素的合成,但对种皮颜色的调控还需进一步探索。     

大豆RING/U-box蛋白Glyma.13G115900的克隆及其对非生物胁迫的应答

课题组前期对干旱胁迫下大豆转录组的数据分析发现大豆Glyma.13G115900基因编码一个RING/U-box蛋白,其表达水平受干旱胁迫影响显著。本研究以垦丰16大豆为试验材料,克隆Glyma.13G115900基因。氨基酸多重序列比对表明其编码的蛋白与其它物种都具有高度保守的RING/U-box结构域。构建原核表达载体pET-29b-Glyma.13G115900转化到大肠杆菌中,Glyma.13G115900蛋白在大肠杆菌中能够表达。荧光定量PCR分析表明Glyma.13G115900基因的表达量受PEG、NaCl和ABA的影响显著,但基本不受冷胁迫的诱导。经PEG和NaCl处理后,该基因表达量与CK相比呈现出显著下降的趋势,PEG处理的表达量变化比NaCl下调的更明显;在ABA诱导下与CK相比该基因的mRNA丰度呈现出先上升后下降的趋势,在4 h表达量出现峰值,推测该基因可能通过依赖于ABA途径参与非生物胁迫应答。以上结果为进一步深入研究该基因的调控途径奠定基础。     

大豆Glyma04G227700生物信息学分析及与Glyma08G11030互作研究

咖啡酸-O-甲基转移酶(caffeic acid-O-methyltransferase, COMT)是一种催化苯丙素类化合物羟基上氧原子的甲基化酶。前期研究表明,大豆抵御干旱胁迫的F-box基因Glyma08G11030编码蛋白可能与COMT蛋白Glyma04G227700发生互作,为了预测分析大豆COMT基因Glyma04G227700的功能及二者的互作关系,本研究克隆Glyma04G227700基因,并对其进行生物信息学分析,通过实时荧光定量检测方法分析其在大豆不同组织中的表达情况,并利用酵母双杂交系统验证蛋白互作情况。结果显示：Glyma04G227700基因全长1 095 bp,编码366个氨基酸,与野大豆(RZC17879.1 Glycine soja)亲缘关系较近。Glyma04G227700在大豆的根、茎、叶、子叶中都有表达,且在根和茎中表达量较高,在子叶中表达量最低。酵母双杂结果表明Glyma08G11030与Glyma04G227700蛋白不存在互作。     

大豆GmST1基因的生物信息学分析

磺基转移酶(sulfotransferase,SULT)基因是一个基因超家族。对大豆磺基转移酶基因GmST1(Glyma.13G191400)进行基于生物信息学的基因结构分析与功能预测,结果表明:GmST1(Williams82)基因序列全长1 439 bp,CDS区长1 035 bp,编码344个氨基酸。通过序列比对,分析出在感病Williams 82和抗病品种东农93-046中,GmST1序列存在着非同义SNP,导致氨基酸改变。利用Plant CARE分析启动子元件,发现在基因启动子序列中含有多个与光诱导、生长素、水杨酸、干旱等相关的元件。在BAR数据库中分析了GmST1的拟南芥同源基因在不同逆境胁迫条件下基因表达情况,表明该基因表达具有组织表达特异性,参与盐胁迫、干旱胁迫和抗病等相关反应。     

大豆病程相关蛋白PR-5及其同源蛋白TPLs的生物信息学分析

大豆病程相关蛋白PR-5又称为类甜蛋白TLPs,广泛分布于高等植物体内,各种生物和非生物胁迫诱导(病原微生物、渗透胁迫,机械损伤和植物激素等)均可诱导其表达。本研究以PR-5编码基因Glyma01g42670.1为目的基因,对该基因及其同源蛋白的结构和功能进行了分析;通过生物信息学的方法,共筛选获得42条大豆TLPs蛋白质序列,并用Mega 4.1软件构建其系统进化树;同时对Soy Base中的大豆TLPs相关的表达数据进行分析。结果表明:大豆病程相关蛋白PR-5的编码基因Glyma01g42670.1编码240个氨基酸的多肽链,p I 6.26,是一种酸性蛋白,属于疏水蛋白,该蛋白质具有典型的TLP家族的保守结构域,具有指导PR-5蛋白的跨膜转移(定位)的N端信号肽序列,PR-5蛋白不含有跨膜螺旋结构,主要存在于质外体中,属于分泌蛋白,推测该蛋白具有内切葡聚糖酶的催化活性,进化分析表明:该编码基因与拟南芥的NP_192902.1基因属于直系同源基因,它们是具有相同功能和共同起源的基因,组织表达特异性分析表明该基因主要在根部和花中表达。     

四种油料作物中的细菌型PEPC基因的鉴定及在发育种子中的表达

鉴定和获取了四种油料作物（油菜、大豆、花生和芝麻）中的细菌型PEPC基因,分析了所编码蛋白的保守结构域（BOX I-IV）和蛋白作用功能位点。基因包括甘蓝型油菜的Bna10093361、Bna1009749和Bna10093360,大豆的Glyma10g34970.1, Glyma01g22840.1和Glyma02g14500.1,芝麻的SIN1018296和花生的AhPPC5。这8个基因含有19～21个内含子,内部插入一个约350～600bp的高度变异区,编码的蛋白在C端形成R/KNTG结构域,在N端缺乏磷酸化作用位点。在种子发育的不同时期,油菜中仅Bna10093360表达,但其表达量不到油菜BnActin表达量的0.1%;大豆中Glyma10g34970.1表达量最高（接近大豆GlymaActin的2%）,Glyma02g14500.1次之;花生AhPPC5表达量为花生AhActin的32%～175%,在种子不同发育时期表达量为早期>中期>晚期;芝麻SIN1018296表达量为芝麻SINActin的3%～18%,在种子发育时期的表达趋势和花生AhPPC5相似。8个基因种子中的表达模式差异明显,说明细菌型PEPC基因可能存在着广泛的功能分化。       

多年生野生大豆Kunitz型胰蛋白酶抑制剂基因的克隆及分析

利用RT-PCR方法,从对蚜虫高抗的多年生野生大豆短绒野大豆(G.tomentella)(2n=78)未成熟子叶中扩增到了大豆Kunitz型胰蛋白酶抑制剂同源基因单一目的片段,该基因和蛋白分别被命名为KTiPW54和KTiPW54。序列分析表明:该片段为654 bp的完整编码序列,编码218个氨基酸残基,编码的蛋白与栽培大豆(G.max)、野生大豆(G.soja)、短绒野大豆(G.tomentella)的Kunitz型胰蛋白酶抑制剂基因编码蛋白高度保守的区域一致。将KTiPW54编码区克隆到表达载体pTWIN1,在宿主菌BL21(DE3)中经IPTG诱导获得高效表达。     

大豆中GmKAB1基因的克隆和信息学分析

为探讨GmKAB1在大豆处于低钾胁迫下的表达水平,以大豆钾高效品系油06-71和钾敏感型品系衡春04-11为试验材料,设置低钾胁迫试验,分别在处理后0.5h、2h、6h、12h、3d、6d、9d和12d取样提取RNA,利用Real time-PCR检测各时间段GmKAB1基因的表达量。结果显示GmKAB1基因在地下部分表达比地上部持续时间更长,地下部相对表达倍数最高为3.5,较地上部相对表达倍数更高。克隆目的基因并对基因序列进行同源性及生物信息学分析,结果表明,与GmKAB1基因相似性在30%以上的同源基因有45个,GmKAB1在进化树中的位置与Glyma20g19000最近;GmKAB1编码蛋白为稳定的可溶性蛋白,具有2个保守结构域,多个磷酸化位点,表明在受到低钾胁迫后该基因编码的β亚基与α亚基结合调控电压门控钾离子通道,对大豆从根部获取钾离子可能起着关键作用。     

大豆耐涝bHLH转录因子筛选及生物信息学分析

为研究大豆bHLH转录因子与涝害响应相关性,为大豆耐涝性研究提供理论基础,本研究对强耐涝性品种齐黄34进行没顶淹水处理,分析转录组测序结果,筛选差异表达的bHLH转录因子并对其进行生物信息学分析,采用荧光定量PCR方法验证主要差异表达bHLH转录因子编码基因的表达情况,并通过生物信息学方法分析基因结构和互作蛋白.结果 显示:涝害胁迫下共发现7个差异表达的bHLH转录因子,它们的同源性并不高,属于不同类型的bHLH.主要差异表达bHLH基因GmbHLH25-15(Glyma.15 G06680)的表达量变化情况与转录组数据趋势一致,呈现下调表达.预测到10个蛋白可与该蛋白互作,互作蛋白都是铵转运蛋白,其中4个蛋白编码基因的表达量在转录组测序结果中呈现显著性差异.推测在无氧条件下,GmbHLH25-15可能通过调控铵转运蛋白进而调节铵态氮的吸收来供给自身营养,进而抵御涝害胁迫.     

大豆GmPUB32基因的克隆及耐盐功能分析

泛素化系统通过介导蛋白质的翻译后修饰,参与包括细胞分化、激素应答、生物与非生物胁迫响应等多个生物学过程,其中含有U-box基因的泛素连接酶为泛素化系统的重要酶之一。课题组前期研究发现大豆Glyma.13G115900(GmPUB32)基因编码一个泛素连接酶(PUB),其表达量在根中受盐胁迫影响显著。本研究在大豆品种垦丰16中克隆得到大豆U-box家族基因GmPUB32,序列分析结果表明GmPUB32基因的开放阅读框长度为513bp,编码170个氨基酸,在其83-131个氨基酸之间含有一个RING/U-box保守结构域;亚细胞定位分析结果显示GmPUB32蛋白定位于细胞膜与细胞质中;GmPUB32基因在大豆根、茎、叶片与荚果中均能检测到不同程度的表达,在根中表达量最高,GUS组织化学染色进一步明确其在根中发挥主要作用;荧光定量PCR分析结果显示,在200 mmol/L NaCl处理后,与对照相比随着处理时间的延长GmPUB32在根中的表达量呈现出显著的下降趋势,表明GmPUB32可能参与大豆对于盐胁迫的应答过程;通过对过表达GmPUB32的T3拟南芥的盐胁迫耐受性进行分析,结果表明转基因拟南芥的萌发率、子叶绿化率与盐胁迫下的存活率均明显低于野生型,此外,GmPUB32过表达转基因毛状根的生长速率相比野生型也明显受到抑制。由此推断,GmPUB32可能作为负调控因子参与大豆对于盐胁迫的应答过程,降低植物对于盐胁迫的耐受性。     

大豆GmIDD及其同源基因的生物信息学分析及功能预测

利用NCBI和Phytozome数据库进行GmIDD基因的同源基因检索,获取该基因在大豆不同染色体中5个拷贝的序列信息。通过对功能结构域的分析结果显示GmIDD基因5个拷贝均含有2个C2H2型(72~92 aa、114~142 aa)、2个C2HC型(149~169 aa、176~195 aa)锌指结构域。GmIDD基因cDNA序列全长为1 227 bp,编码408个氨基酸。系统进化树分析结果显示GmIDD基因5个拷贝中除了Glyma.14g10940和Glyma.17G228000外,其它IDD蛋白间进化距离较远,表明不同大豆IDD基因在功能上可能存在一定差异。长短日照处理下GmIDD表达量的分析结果显示GmIDD基因受短日照诱导表达,因此推测GmIDD可能参与大豆开花的调控过程。     

大豆GmPR10基因启动子的克隆及序列分析

GmPR10基因是病程相关蛋白PR10(pathogenesis-related proteins 10)在大豆中的同源基因。为探明大豆GmPR10基因的表达调控规律,应用PCR技术从大豆抗疫霉根腐病品种绥农10号中克隆了GmPR10基因上游2 235 bp的启动子序列pGmPR10,定向替换pBI121载体的CaMV35S组成型启动子,构建植物表达载体pBI121/pGmPR10/GUS,并转化农杆菌侵染烟草叶盘。GUS染色结果表明,pGmPR10受聚乙二醇(PEG)、低温(4℃)、水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)和脱落酸(ABA)诱导表达,因此推测GmPR10基因可能参与植物激素调节植物生长发育的过程,以及生物胁迫和非生物胁迫条件下植物对环境响应的过程。此外,利用PLACE和Plant CARE在线启动子预测工具分析pGmPR10,结果表明:pGmPR10含有启动子的一般结构TATA-box和CAAT-box,光应答元件,生长素和细胞分裂素响应元件,热激元件,低温应答元件,干旱应答元件以及ABA、SA、JA应答元件等。     

大豆GmMP基因的功能预测及表达分析

通过在大豆基因组数据库中检索拟南芥AtMP(ARF5)在大豆中的同源基因,获得了GmMP基因序列。对GmMP基因编码的氨基酸序列及启动子序列进行生物信息学分析,结果表明:GmMP基因CDS序列全长2 802 bp,编码933个氨基酸。GmMP编码的蛋白为疏水性蛋白。结构域分析表明:GmMP含有B3和AUXIN RESPONSE FACTOR结构域,同时该基因是ARF家族的成员。GmMP预测的启动子区域含有与激素、胁迫、光应答、生物钟调控和转录因子结合相关的顺式作用元件。系统进化分析表明MP在豆科植物进化过程中比较保守。组织特异性表达分析结果显示GmMP在叶片中表达量最低,在茎尖中表达量最高,推测其可能参与生长素的代谢途径。     

大豆胞囊线虫侵染下野生大豆根组织实时定量PCR分析中内参基因的筛选

以高抗和高感HG 0大豆胞囊线虫的野生大豆种质为试验材料,采用q RT-PCR技术检测了ACT11(Glyma.18G290800)、Tubulin-motif(Glyma.19G194800)等24个候选持家基因在不同大豆胞囊线虫侵染时期(接种后9,15和20 d)野生大豆根系中的基因表达情况,除Actin(Glyma.08G182200)出现了非特异扩增外,其它23个持家基因的q RT-PCR扩增效果均理想,扩增特异性高。分析上述23个持家基因的表达丰度,并利用Best Keeper、ge Norm和Normfinder对其表达稳定性进行评价。结果表明:持家基因间的表达丰度不尽相同,而且有些持家基因在不同品种间或不同处理间(接种虫卵和接种水)也存在表达丰度的差异。23个持家基因的表达稳定性也不相同,综合来看,表达最不稳定的基因为Cons9(Glyma.10G152200)、Cons2(Glyma.17G138500)、Cons1(Glyma.15G270900)和Tubulin-motif(Glyma.20G136000),本试验条件下它们不适宜作内参基因;其余持家基因相对稳定,本试验条件下可选择Tubulinmotif(Glyma.15G132200),Cons6/SKIP16(Glyma.12G051100)或Tubulin-motif(Glyma.05G110200)作为内参基因,它们表达量较高,表达最为稳定,其Ct平均值分别为25.7、26.5和25.0,标准偏差分别为0.540、0.575和0.490,ge Norm软件评价其稳定性的M值分别为0.698、0.715和0.727。该研究为野生大豆抗胞囊线虫相关基因的表达分析提供了参考。     

大豆耐盐相关基因研究进展

大豆（Glycine max（L.）Merill）是植物蛋白质和油脂的重要来源。盐胁迫是造成大豆产量损失的主要非 生物胁迫因素。耐盐基因的挖掘对培育大豆耐盐品种至关重要。本文一方面总结了通过正向遗传学获得的大豆 耐盐相关数量性状位点或基因,如萌发期耐盐性主效基因GmCDF1（Glyma.08g102000）、2个出苗期QTL（分别位于6 号和14号染色体）;苗期耐盐性主效基因GmSALT3（Glyma03g32900）以及位于G连锁群的QTL。随着对大豆耐盐性 研究的不断深入,目前认为大豆萌发期、出苗期、苗期的耐盐性无直接相关性。另一方面总结了通过反向遗传学途 径获得的参与离子运输、转录调控等耐盐性基因,以及通过生物工程技术转入外源基因提高大豆耐盐性的研究进 展,期望为解析大豆耐盐分子机制和耐盐育种提供参考。     

大豆Usp1基因的克隆和表达分析

在对大豆根系盐胁迫抑制差减杂交文库EST序列分析的基础上,利用RT-PCR技术克隆得到了一个大豆Us-pA基因,命名为GmUsp1,其编码一个包含164个氨基酸残基的多肽链。多序列比对和编码蛋白结构分析表明,GmUsp1属于泛应激蛋白(Universal Stress Protein)家族成员之一。其氨基酸序列与蚕豆Vf_enod18序列相似度最高,属于MJ-0577类中含有ATP结合位点的UspA亚族,与MJ-0577有相似的蛋白二级结构。分别采用250 mmol.L-1NaCl、100μmol.L-1ABA和30%PEG 6000进行胁迫处理,耐盐品种文丰7号和盐敏感品种Union的GmUsp1均被诱导表达,二者对胁迫诱导响应时间和表达量存在差异,说明GmUsp1可能参与大豆对非生物逆境胁迫的应答调控。     

大豆GmNCED5基因非生物胁迫响应及生物信息学分析

为探究大豆9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)基因GmNCED5对非生物胁迫的响应及原理,为植物基因工程及大豆抗逆育种提供理论基础,本研究检测GmNCED5在非生物胁迫下的表达量,并对该基因及其启动子序列进行生物信息学分析.实时荧光定量PCR结果显示,干旱、高盐、高温、低温及外源脱落酸(ABA)处理均可以不同程度地诱导GmNCED5在大豆幼苗中表达.GmNCED5基因开放阅读框(ORF)全长1 686 bp,编码561个氨基酸.亚细胞定位预测结果显示,GmNCED5蛋白主要定位于细胞质中.系统进化分析表明GmNCED5蛋白与豇豆VuNCED蛋白的亲缘关系最近.启动子预测分析结果显示,GmNCED5启动子区域含有5种激素响应相关顺式作用元件和3种胁迫响应相关顺式作用元件.由此推测GmNCED5可能通过启动子区域的顺式作用元件响应非生物胁迫.     

大豆B类花器官特征基因的生物信息学分析

大豆花器官较小且闭花授粉,导致人工杂交效率低,品种遗传基础狭窄。MADS-box基因家族成员APETALA3(AP3)和PISTILLATA(PI)作为花发育ABCDE模型中的B类基因,共同控制花瓣与雄蕊的形成,在花器官形态建成中发挥重要作用。为明确大豆中B类基因的进化模式,并探究其在不同大豆品种中的遗传变异,本研究通过生物信息学手段对大豆B类基因进行了基因结构、系统进化、保守基序、共线性、单倍型分析及物理性质预测等研究。结果显示：大豆基因组中11个B类基因,分别属于3个亚组,其中GmAP304(Glyma.04G027200)、GmAP306(Glyma.06G027200)、GmAP303(Glyma.03G111500)、GmAP316(Glyma.16G105600)和GmAP312(Glyma.12G118100)属于paleoAP3亚组,GmTM601(Glyma.01G169600)和GmTM611(Glyma.11G073700)属于TM6亚组,GmPI13(Glyma.13G034100)、GmPI14(Glyma.14G155100)、GmPI04(Glyma.04...