二穗短柄草BdTOR基因的克隆及功能分析

在酵母、植物、动物和人类中,TOR是一个进化保守的重要调节因子,它通过整合营养和能量信号促进细胞增殖和生长。从二穗短柄草中克隆得到全长7 401 bp的Bd TOR基因,编码2 466个氨基酸残基,预测其具有HEAT重复域、FAT域、FRB域、激酶域、FATC域等保守结构域。实时定量PCR表明Bd TOR在二穗短柄草组织器官中相对表达量由高到低依次为幼穗幼苗根叶茎;Bd TOR及其激酶域的瞬时表达表明其定位于拟南芥原生质体的细胞核和细胞质,并在细胞质中区域化分布;Bd TOR具有促进根、叶生长,增加生物量,提高生长速率的功能;过表达Bd TOR可以回补雷帕霉素对Sc FKBP12过表达株系BP12的抑制;在雷帕霉素处理下Bd TOR能够与Sc FKBP12互作。     

以色列二穗短柄草休眠及遗传多样性分析

【目的】为探讨以色列地区二穗短柄草的休眠及其遗传多样性,对来自以色列不同地区的13个基因型二穗短柄草进行籽粒休眠深度和EST-SSR标记遗传位点多态性分析。【方法】休眠深度分别测定籽粒在40℃高温不同贮藏时间下的最大发芽率(Gmax),并对其Gmax进行动态方程拟合;SSR标记的扩增片段采用PEGA凝胶电泳分离并用银染法进行显影。【结果】13个基因型中,EG5休眠最深,而基因型Ko12和SB2休眠较浅。SSR标记扩增片段的聚类分析中,Sha4与Bd群体的基因型遗传结构较类似。【结论】以色列不同地区籽粒休眠深度差异较大;北部Shlomi地区的基因型与土耳其地区的二穗短柄草有较近的亲缘关系。     

以色列二穗短柄草谷胱甘肽过氧化物酶活性分析

二穗短柄草是一种理想的研究温带禾谷类植物和牧草的模式植物.本文对来源于以色列4个不同地区105个生态型二穗短柄草的根、茎、叶中的谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性进行了测定分析.结果表明:在贵州的自然气候条件下,以色列二穗短柄草根、茎、叶部位的GSH-Px活性存在显著性差异,其活性的高低顺序为:叶>茎>根;不同生态...     

普通小麦和短柄草AGAMOUS LIKE 6基因RNA干扰载体的构建

AGL6(AGAMOUS LIKE6)基因亚家族是植物MADS-BOX基因家族一个古老的亚家族,近年的研究表明,禾本科植物玉米(Zea maize)AGL6基因ZAG3、水稻(Oryza sativa)AGL6基因OsMADS6参与调控花的发育。OsMADS6还影响种子的发育。普通小麦(Triticum aestivum)和短柄草(Brachypodium distachyon)中AGL6基因的功能还不清楚。为解析小麦和短柄草AGL6基因的功能奠定基础,运用RT-PCR等分子生物学方法,克隆TaAGL6基因的cDNA序列,构建RNA干扰载体,同时分析TaAGL6基因的表达模式。结果表明:成功构建TaAGL6和BdAGL6 RNA干扰载体,小麦中有3个同祖AGL6基因,分别位于A、B、D基因组上,它们除了在花序中高水平表达外,在幼苗的根中也有一定表达。     

二穗短柄草CYP72A亚族成员表达分析及亚细胞定位

细胞色素P450是一类重要的氧化酶,几乎参与植物所有的代谢途径,CYP72A属于CYP450的一个亚族,主要参与次生代谢及生物胁迫响应。以二穗短柄草(Brachypodium distachyon L.)基因组数据库为基础,利用生物信息学方法鉴定获得了14个CYP72A亚族成员。为鉴定二穗短柄草CYP72A亚族成员的功能,利用RT-qPCR方法分析CYP72A亚族基因在不同组织中及在禾谷镰刀菌处理下的表达模式。组织表达模式结果显示,在14个CYP72A亚族基因中,有7个基因在种子中的相对表达量较高,4个基因在叶片中的相对表达量较高。禾谷镰刀菌处理下的CYP72A亚族基因表达模式结果显示,有7个基因受禾谷镰刀菌诱导而上调表达,其中上调倍数超过8倍的有4个基因,分别是Bradi2g41110、Bradi2g44160、Bradi2g44190和Bradi2g44200,通过原生质体瞬时转化方法分析这4个CYP72A亚族成员的亚细胞定位,结果显示,4个CYP72A亚族成员都定位于内质网。综合以上研究结果可知,二穗短柄草CYP72A亚族基因在根、叶片中高表达,并且可能通过内膜系统参与生物胁迫响...     

二穗短柄草钙依赖型蛋白激酶基因 BdCDPK14克隆及表达分析

[目的]克隆分析二穗短柄草钙依赖型蛋白激酶(CDPK)基因BdCDPK14,并检测其在干旱胁迫下的表达量,为揭示钙依赖型蛋白激酶的抗旱调控机制打下基础.[方法]根据NCBI检索结果设计特异引物,以二穗短柄草cDNA为模板,采用PCR扩增二穗短柄草CDPK基因家族成员BdCDPK14,利用在线分析软件对BdCDPK14基因编码蛋白进行生物信息学分析,并采用RT-PCR检测PEG-6000干旱胁迫下的BdCDPK14基因表达量.[结果]从二穗短柄草叶片中克隆获得的BdCDPK14基因(GenBank登录号XM_003564390)片段长度1750 bp,其开放阅读框(ORF)1545 bp,编码514个氨基酸,其编码蛋白分子量56.78 kD,理论等电点5.45,脂肪指数78.21,不稳定指数38.66,属于稳定蛋白.BdCDPK14蛋白与小麦TaCPK13蛋白(ABY59018)的亲缘关系最近,含有4个EF-hands结构、蛋白酪氨酸激酶结构域、脂多糖激酶家族、ATP结合区域、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶激活区和预测跨膜区等结构域,主要由无规卷曲和α-螺旋构成,位于叶绿体和细胞质膜上.在PEG-6000干旱胁迫下,BdCDPK14基因在胁迫3 h内的相对表达量无明显变化,胁迫6 h后相对表达量开始升高,至胁迫12 h时的相对表达量最高.[结论]克隆获得的BdCDPK14基因为二穗短柄草CDPK基因家族成员之一,参与其抗干旱胁迫反应,可作为候选基因用于二穗短柄草抗旱机制研究.     

二穗短柄草FRUITFULL1基因表达分析及RNA干扰和过表达载体的构建

为了揭示BdFUL1的生物学功能,利用生物信息学和分子生物学方法,分析二穗短柄草转录因子FRUITFULL1-2(BdFUL1-2)的结构、序列特征以及与不同植物AP1/FUL的亲缘关系,构建进化树。利用定量RT-PCR等分子生物学方法,分析非生物逆境和外源激素处理条件下两个转录本BdFUL1-1和BdFUL1-2的表达水平。结果表明:BdFUL1属于典型的植物MADS-box基因,与小麦的WFUL1有很近的亲缘关系;在高温、低温、干旱胁迫以及不同激素ABA、6-BA和SA处理下,BdFUL1-1的表达水平显著升高,暗示BdFUL1可能通过激素信号传导而参与响应非生物胁迫。同时,构建BdFUL1-1和BdFUL1-2的RNA干扰和过表达载体。     

二穗短柄草BdGPX4基因的克隆及酶学性质

为解析模式植物二穗短柄草中谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathione peroxidase,GPX)在抗氧化过程中的作用机制,对二穗短柄草BdGPX4基因进行克隆,获得681bp的cDNA序列,该基因编码226个氨基酸残基的蛋白质,预测相对分子量是24.49ku。通过亚细胞定位预测,BdGPX4蛋白位于叶绿体和线粒体中。生物信息学分析发现BdGPX4基因启动子具有植物激素、光信号、干旱以及冷胁迫响应元件。结合二穗短柄草基因芯片数据和RT-PCR表达检测结果,发现BdGPX4基因在根、茎、叶、叶鞘、苗芽、穗状花序和种子等部位均表达,在光合组织和生长旺盛部位的表达显著高于非光合和衰老部位,并在根部受到SA诱导表达上调。成功构建BdGPX4基因的原核表达载体,在大肠杆菌中表达并纯化BdGPX4蛋白,检测到对H_2O_2和COOH具有较高活性,但对底物tBOOH活性较低,与直系同源蛋白OsGPX4相比功能发生分化。基因表达模式及酶学活性的特点预示着二穗短柄草BdGPX4基因在光合器官和胁迫条件下具有重要的抗氧化作用。     

NELL1和FMO3基因mRNA在绵羊肝脏与脂肪组织中的表达

旨在探究不同营养水平及不同生长阶段脂尾型绵羊NELL1和FMO3基因mRNA的组织特异性表达模式。选择健康、体质量相近的9月龄滩羊、同羊、哈萨克羊和西藏羊(羯羊)各3只,活体采集尾部脂肪样品。选择健康4月龄滩羊112只随机分为4组,公母各半,每组4个重复,每个重复7只羊。根据体质量增加目标分为3个阶段:22~28kg,28~35kg,35~40kg,每个阶段各组分别饲喂不同营养水平的日粮。每个生长阶段结束时采集肝脏、肾周脂肪、尾脂、皮下脂肪的组织样品,提取样品总RNA,采用实时荧光定量PCR的方法分析NELL1和FMO3 mRNA的表达差异。结果表明,FMO3 mRNA在哈萨克羊尾脂中的表达量最高,在同羊、滩羊、西藏羊尾脂中依次下降,且差异显著;NELL1 mRNA在西藏羊尾脂中的表达量最高,在滩羊、同羊、哈萨克羊中的表达量依次下降;营养水平和月龄对尾脂和肝脏中NELL1和FMO3 mRNA的表达水平有显著影响,而对皮下脂肪和肾周脂肪中NELL1和FMO3 mRNA的表达影响不显著。表明FMO3mRNA的表达水平与脂肪沉积呈正相关,而NELL1 mRNA的表达水平与脂肪沉积呈负相关;NELL1与FMO3对绵羊尾脂和肝脏中的脂肪沉积起调控作用,为进一步揭示脂尾型绵羊体内脂肪沉积的调控机制提供理论基础。     

CYP11A1、CYP17A1、CYP19A1基因在小尾寒羊下丘脑-垂体-卵巢轴的表达

为揭示类固醇生成相关基因CYP11A1、CYP17A1、CYP19A1在绵羊多羔繁殖中的作用,以不同繁殖力小尾寒羊为研究对象,采用实时荧光定量PCR技术检测CYP11A1、CYP17A1、CYP19A1基因在小尾寒羊大脑、小脑、下丘脑、垂体、子宫、卵巢、输卵管中的表达。结果表明:CYP11A1基因主要在小尾寒羊卵巢、输卵管、子宫内表达;CYP11A1基因在单羔小尾寒羊卵巢的表达极显著低于多羔群体(P0.01),在子宫的表达量极显著高于多羔群体(P0.01);CYP17A1基因主要在小尾寒羊卵巢、输卵管、下丘脑表达;CYP17A1基因在多羔小尾寒羊群体下丘脑、子宫的表达量显著低于单羔群体(P0.05)。CYP19A1基因主要在小尾寒羊卵巢、下丘脑表达。本究结果提示CYP11A1、CYP17A1基因可能参与小尾寒羊多羔性状的调控。     

拟南芥xtc1突变体的图位克隆分析

【目的】分析拟南芥xtc1突变体茎部表皮蜡的组分和含量,并鉴定导致xtc1突变体表型的基因。【方法】通过气相色谱法分析拟南芥xtc1突变体与Ler野生型茎部表皮蜡的成分;利用图位克隆确定突变基因位点,通过在拟南芥xtc1突变体中过量表达FATB基因,验证突变位点与FATB基因的关系。【结果】拟南芥xtc1突变体茎部表皮蜡总量约为Ler野生型的1/3,且各组分含量均明显减少;将突变基因定位在第1染色体顶端物理距离为80kb的2个标记T27G7-3和F22O13-1之间,该区域含有21个基因。T-DNA插入突变体观察及测序分析表明,xtc1突变体在At1g08510(FATB)基因的第1个外显子上产生14个碱基的缺失,导致翻译提前终止;在xtc1突变体中过量表达FATB基因可恢复xtc1突变体的正常表型。【结论】拟南芥xtc1突变体茎部表皮蜡含量减少,且突变基因为FATB基因。     

基于mt-roGFP1探针研究除草化合物对拟南芥根尖细胞氧化还原电位的影响

目的 研究几种代表性商品化除草剂以及植物源除草化合物小檗碱及其类似物对拟南芥根尖细胞氧化还原电位的影响。方法 以靶向线粒体的氧化还原敏感绿色荧光蛋白（Mitochondria targeted redox-sensitive green fluorescent protein, mt-roGFP1）标记的拟南芥转基因植株为材料,采用不同质量浓度的化合物处理不同时间后,测定拟南芥根冠、分生区、过渡区和伸长区的细胞氧化还原电位的变化。结果 经几种商品化除草化合物处理后,拟南芥根部分生区的细胞氧化还原电位最小。从分生区到伸长区氧化还原电位逐渐增大,呈现逐渐被氧化的趋势。其中,光系统II抑制剂(莠去津和环嗪酮)的氧化还原电位变化规律最为明显,说明mt-roGFP1荧光探针能较好地响应光系统II抑制剂。氨基酸生物合成抑制剂草甘膦对拟南芥根尖细胞氧化还原的影响具有明显的剂量-效应关系,随着草甘膦质量浓度增加,氧化还原电位变化量也逐渐增大,呈正相关关系(R² =0.9956)。小檗碱及其类似物处理后,大多数处理组的拟南芥根尖细胞的氧化还原电位在分生区达到最大还原值,并从分生区开始逐渐被氧化。结论 研究结果可以为应用roGFP荧光探针技术研究除草化合物对根系细胞线粒体的作用机制提供基础。     

垃圾渗滤液暴露对拟南芥的毒效应研究

为研究垃圾渗滤液的综合毒性,通过盆栽实验探讨了渗滤液对拟南芥早期、成熟期和后期生长发育的影响。结果表明:垃圾渗滤液会影响拟南芥整个生命期的生长情况,低浓度(0.1%)、短时间(24 h)的渗滤液暴露会促进拟南芥早期的萌发及根系生长,分别为对照的256%和324%,而高浓度(10%)、长时间(≥48 h)暴露则产生抑制作用,48 h的抑制效应分别为对照的67%和36%;在相同暴露时间下,芽长随暴露浓度变化不明显,仅在48 h呈现出差异,说明拟南芥幼苗的根系比芽更为敏感。不同浓度的渗滤液还会影响成熟期拟南芥的生长发育,诱导叶片氧化损伤并呈现浓度和时间双重依赖性,进而损伤其抗氧化防御系统。此外,高浓度(20%)渗滤液对晚期阶段拟南芥抽薹率和角果数的抑制效应较为明显(P0.01),在暴露15 d后分别为对照的45%和43%。研究结果说明拟南芥可有效、简单、重复性地监测渗滤液的毒性,为渗滤液的植物监测提供理论依据。     

芍药PlFLS基因生物信息学分析及对拟南芥的遗传转化

【目的】探讨类黄酮合成途径关键基因黄酮醇合酶基因(FLS)在芍药Paeonia lactiflora花色调控中的作用。【方法】克隆获得芍药Pl FLS基因,对其进行生物信息学分析,构建Pl FLS基因的过表达载体,通过农杆菌介导的Floral-dip法进行拟南芥遗传转化研究。【结果】生物信息学分析表明,芍药Pl FLS基因氨基酸序列与茶树相似性较高,存在2个功能结构域,但不存在信号肽位点。芍药Pl FLS蛋白预测模型揭示了其蛋白三级结构中存在1个2–氧代戊二酸配体,并与多条肽链相连接。试验成功获得了转Pl FLS基因纯合拟南芥植株,GUS染色和PCR鉴定证实了目的基因已经整合转基因植株基因组,q RT-PCR分析显示,相对于野生型,Pl FLS基因在遗传转化植株中显著高表达(P0.05)。色谱分析结果显示,转Pl FLS基因拟南芥植株叶片中花黄素含量显著增加(P0.05)。【结论】成功构建转Pl FLS基因拟南芥,并证明Pl FLS基因可以显著影响拟南芥类黄酮合成途径。     

过表达番茄Sly-miR397基因增强拟南芥的耐旱性

为研究番茄miRNA在非生物逆境胁迫下的表达模式和功能分析。利用Real-time PCR检测番茄miRNA397在非生物逆境(干旱、盐害、ABA)条件下的表达量变化,发现Sly-miR397响应这些逆境胁迫,尤其在干旱胁迫下表达最明显。故将Sly-miR397过表达载体转入拟南芥中,进行转基因功能验证。结果表明:与野生型相比,转基因拟南芥植株叶片相对含水量下降速率更缓慢,保水能力更好,且在干旱胁迫下,转基因植株的长势明显优于野生型,其最大光合效率、3种抗氧化酶活性SOD、POD、CAT均明显高于野生型,同时胁迫所产生的丙二醛含量明显低于野生型拟南芥。表明Sly-miR397能提高拟南芥对干旱胁迫的耐受性,在植物抗旱过程中起着重要作用。     

拟南芥At4g05060基因的酵母双杂交诱饵表达载体的构建、表达及自激活检测

为研究At4g05060基因功能,采用PCR扩增拟南芥VAMP(vesicle-associated membrane protein)家族基因At4g05060的ORF序列,定向克隆至酵母双杂交诱饵表达载体pGBKT7,经酶切鉴定并测序后将其转化至酵母Y187细胞;然后采用Western blotting技术分析At4g05060基因在酵母中的表达水平,通过缺陷型培养基培养进行自激活检测。结果表明,成功构建酵母诱饵表达载体pGBKT7-At4g05060,并在酵母细胞正确表达,表达产物对报告基因无自激活作用。     

异源过表达蒺藜苜蓿MtATG7基因促进拟南芥抵抗碳氮饥饿胁迫

【目的】真核生物通过保守的自噬途径降解错误折叠的蛋白质或受损细胞器，实现对营养物质的循环再利用。本文旨在解析苜蓿自噬基因在植物应对营养胁迫中发挥的功能，为指导苜蓿的选育和改良提供参考。【方法】以自噬途径的关键限速基因ATG7(Autophagy-related gene 7)为切入点，分析ATG7氨基酸序列在不同植物中的相似性。利用蒺藜苜蓿Medicago truncatula的MtATG7基因过表达载体转化拟南芥植株，获得异源过表达植株35S::MtATG7和互补拟南芥突变体的atg7/35S::MtATG7植株，并对其抗胁迫表型和自噬活性进行分析。【结果】在碳饥饿条件下，atg7/35S::MtATG7能够挽救atg7突变体叶片早衰的表型；恢复到正常生长条件以后，35S::MtATG7和atg7/35S::MtATG7植株存活率和野生型相比都显著提高。GFP-ATG8e的剪切试验表明，atg7/35S::MtATG7能够恢复atg7突变体的自噬降解活性。在氮饥饿条件下过表达MtATG7同样能够减缓拟南芥叶片的衰老速度。【结论】异源过表达MtATG7能增强拟南芥碳氮饥饿抗性的生物学功...     

基于机器学习方法的拟南芥基因组DNA复制时间预测研究

【目的】基于机器学习方法,构建拟南芥基因组DNA复制时间分类器,探究与复制时间相关的表观遗传修饰,为进一步研究DNA复制时间的表观遗传调控机制提供参考。【方法】收集拟南芥全基因组的DNA复制时间数据和多种DNA表观遗传修饰特征(ChIP-Seq)数据,以及染色质开放状态(DNase-Seq)数据,先通过t-SNE初步对DNA表观遗传修饰特征数据降维来衡量DNA复制早晚的可预测性,并利用皮尔逊相关系数计算了多种DNA表观遗传特征与DNA复制时间信号两两之间的相关性,再通过构建随机森林、多类别逻辑回归和支持向量机3种分类器对DNA复制时间进行建模分析,以十折交叉验证和ROC曲线下的面积(AUC)为衡量指标,用80%的数据建模,20%的数据对模型效果进行验证。【结果】3种分类器对DNA复制时间都具有良好的预测能力,平均AUC均达0.8以上。DNA复制早期信号与RNA聚合酶Ⅱ结合信号以及染色质开放状态信号等呈正相关,而复制晚期信号则与其呈负相关。其中H3.1、H3.3、H2AW、H4K16ac、H3K36me3、H3K4me3均可能与DNA复制时间存在密切关系。【结论】拟南芥基因组DNA复制时间可以通过表观遗传修饰进行准确预测,其中对DNA复制晚期的预测最为准确;并发现了与DNA复制时间关系密切的组蛋白变体及表观遗传修饰。