日本落叶松小RNA文库构建及其microRNA鉴定

以2年生日本落叶松实生苗为材料构建其小RNA文库,对283个克隆进行PCR验证后测序,通过生物信息学分析鉴定文库中的microRNA并进行qRT-PCR验证。结果表明:(1)小RNA文库的体积为50 mL,总库容量为5.25×106cfu,重组率为92.6%,插入片段长度约65 bp,与小RNA连接片段长度吻合。(2)去除rRNA(86个)、tRNA(14个)等非目的序列后,获得日本落叶松28个保守miRNAs,属于17个miRNA家族;其中,15个miRNAs(miR159c、miR160a、miR162a、miR164b、miR165a、miR166a、miR166a*、miR166b*、miR169a、miR169b、miR171a、miR171b、miR172a、miR319b、miR396a)的序列与其它植物完全一致,其余13个miRNAs(miR156a、miR159a、miR159b、miR164a、miR166b、miR168a、miR169b*、miR319a、miR396b、miR408、miR482a、miR2111、miR3701)则高度相似。(3)测序结果与本室落叶松转录组数据进行序列比对,新发现4个miRNAs(lle-miR1、lle-miR2、lle-miR3、lle-miR4)及其前体。(4)qRT-PCR验证表明,miR159a、miR159b等16个保守的和lle-miR1 lle-miR4等共20个miRNAs存在于日本落叶松中。(5)通过靶基因预测及UniProt数据库分析发现,32个miRNAs中有24个对应69个靶基因,其功能主要为转录因子、信号转导、胁迫抗性和代谢相关酶及未知功能蛋白。     

日本落叶松种子萌发过程中18个miRNAs的表达变化

运用qRT-PCR技术,检测日本落叶松种子萌发过程中的5个阶段——干种子 (萌发培养0 d)、吸胀(1 d)、萌动(5 d)、胚根外露(9 d)和子叶展开(28 d),miR156、miR159和miR160等18个miRNAs在其种胚内的表达模式,并对其目标基因进行生物信息学分析,探讨miRNA在针叶林木种子萌发过程中的基因表达模式。结果表明:(1)从整个萌发过程分析,18个miRNAs的表达水平皆以干种子阶段最高,吸胀和萌动阶段迅速下降;干种子阶段的表达水平分别是吸胀、萌动、胚根外露和子叶展开阶段的4.8 43.5、17.2 1 000.0、45.5 1 000.0、62.5 1 862.2倍。(2)从各个阶段分析,miR894的表达水平在5个阶段均最高,miR408均最低;其余16个miRNAs在5个阶段内的表达水平各有变化,综合排序结果从高到低依次为:miR951、miR950、miR156、miR159、miR396、miR398、miR390、miR160、miR947、miR165、miR319、miR162、miR171、miR397、miR395和miR172。(3)miRNA目标基因预测结果显示:目标基因主要是ATP/DNA结合蛋白、ARF等转录因子、质膜和核糖体等细胞组分及MAP等激酶活性蛋白等蛋白编码基因。(4)miR160对其目标基因JR160237 具有切割作用,切割位点发生在miR160与目标基因互补结合位点第10与11位碱基之间。JR160237在种子吸胀阶段表达水平迅速升高,在萌动、胚根外露和成苗阶段有所回落。     

落叶松实时定量PCR内参基因的筛选

本研究针对日本落叶松(Larix kaempferi (Lamb.) Carr.)体细胞胚胎发育过程中原胚团时期到胚胎成熟时期、种子萌发过程、植株幼年生长阶段和成年生长阶段等生长发育过程中的31份材料,应用实时荧光定量PCR(qPCR)技术,分析了12个持家基因(ACT 4、APm、Chc、Gapc、RPL1、RPL2、EF1、EF2、eIF、E3UL、UBQ和UPL2) 在这31份材料中的表达情况。经geNorm和NormFinder两种分析软件对这12个持家基因进行表达稳定性分析,结果表明:APm在不同器官、体细胞胚胎发育和种子萌发过程中表达均最为稳定;EF1 在不同生长年龄植株的顶梢中表达最为稳定;eIF在不同年龄植株的针叶中表达最为稳定。分析结果表明,针对不同的研究材料和发育阶段应选择适合的持家基因做内参基因使用。进行基因表达细微差异研究时,可根据需要使用2个或2个以上内参组合。     

中间锦鸡儿CiDR1的克隆及干旱胁迫下的表达分析

[目的]研究并了解中间锦鸡儿CiDR1基因功能及其对干旱胁迫的响应,为抗性育种提供候选基因。[方法]通过RACE技术从中间锦鸡儿中克隆CiDR1基因的c DNA全长,利用生物信息学分析软件对其基因结构及功能进行分析和预测。再通过qRT-PCR技术对干旱胁迫后的幼苗中的CiDR1表达模式进行研究。[结果]从中间锦鸡儿中克隆到CiDR1基因的c DNA全长共计4 297 bp,Gen Bank登录号为KP277100。生物信息学分析表明,预测的CiDR1蛋白序列中含有1 243个氨基酸残基,具有抗病基因特征结构域TIR、NB-ARC、LRR等,其等电点为6.35,不稳定指数为42.91,不具备信号肽,为非分泌蛋白,定位于细胞质中。定量PCR检测发现,CiDR1基因在幼年期的茎中表达量较低,在成年期的叶片中表达量较高;在干旱胁迫处理后的幼苗中,CiDR1表达水平有明显下降,表明该基因的表达受干旱抑制,可能与中间锦鸡儿适应干旱相关。[结论]中间锦鸡儿在干旱胁迫后其根、茎和叶中CiDR1的表达均明显下降,表明CiDR1的表达受干旱抑制,可能与中间锦鸡儿适应干旱相关,进一步研究发现CiDR1在根、茎、叶中的表达水平可能受发育阶段调控。     

黑杨三倍体 PtSIP3基因的克隆与功能分析

本研究以黑杨中林46三倍体为材料,依据前期表达谱芯片的分析结果,分离克隆得到三倍体材料中高表达基因PtSIP3,该基因的编码产物为钙调磷酸酶B(Calcineurin B-like Proteins,简称CBL)的靶蛋白。随后构建了双元表达载体pRI101-PtSIP3,并成功的转入拟南芥中。经qRT-PCR表达分析和表型观察,发现PtSIP3 在拟南芥中异源过表达会抑制胚和果荚的发育、促进根的快速伸长。推测该基因在黑杨三倍体中的表达升高,可能会参与黑杨三倍体的营养生长期的调控并促进根的发育。     

日本落叶松体细胞胚胎发生相关基因LaSERK1的克隆与表达分析

本研究克隆了日本落叶松体细胞胚胎发生相关受体类蛋白激酶基因 LaSERK1,并检测了在不同培养条件下LaSERK1的表达情况,发现LaSERK1与已发现的其他物种SERK1 基因有高度相似性,qRT-PCR结果显示： LaSERK1在体胚发生早期高表达。结果表明：LaSERK1可能在落叶松体胚发育早期起重要作用,LaSERK1 也可能成为早期胚性细胞的标记基因。     

miR396在落叶松体细胞胚胎中的功能研究

[目的]探讨miR396在落叶松体细胞胚胎发生中的功能.以期该研究能为解决体胚发育中子叶畸形胚与生根率低的问题提供新的视角,同时也为进一步揭示体胚发育的分子调控网络做基础铺垫.[方法]构建pre-miR396超表达载体,通过农杆菌介导侵染,将pre-miR396转入落叶松胚性细胞中,筛选稳定抗性细胞系.在DNA与RNA水平上,对抗性细胞系进行的鉴定、检测,同时统计比对其与野生细胞系间发芽率、叶片数目以及生根率的差异.[结果]在抗性细胞系基因组中,扩增出HTP与miR396的特异性片段,且无农杆菌Virg基因片段.RNA表达水平上,抗性系pre-miR396与miR396表达皆增加,而靶基因LaGRFs的表达量下调.统计表明抗性系胚的发芽率、生根率、叶片数目畸形率分别为70.60%、0.60%、37%,而野生型分别为92.50%、10.55%、4%,抗性系胚的发芽率、生根率显著降低(Sig.=0.000),叶片数目畸形率显著增加(Sig.=0.000).[结论]miR396在落叶松体细胞胚胎发生过程中,可能通过负调节靶基因LaGRFs的表达或者通过LaGRFs影响与它相互作用的基因,参与体胚子叶原基细胞代谢,从而影响了子叶与叶片的发育;通过负调节LaGRFs或者其它与根部发育相关的靶基因,影响了根端分生区细胞的活动,参与调控根的发育.     

黑杨DNA甲基转移酶基因片段的分离及表达分析

利用同源序列克隆技术,分离了三倍体黑杨中4类(MET、CMT、DRM、DNMT2)8个特异甲基转移酶片段,其中,5个片段与二倍体同源性达到100%,3个片段发生了剪切变化。通过实时定量PCR技术检测8个甲基转移酶在不同倍性、不同部位、不同生长时期间表达模式的差异,通过对5个不同部位基因表达的检测,表明不同倍性黑杨在相同的部位可能由不同种类的甲基转移酶参与主要的甲基化调控。通过分析植株从分化早期的茎尖到分化晚期的叶和茎整个生长过程中基因表达的情况,发现随着时间的推移,MET家族 (PnD1和PnD2) 基因可能是拮抗调节,CMT (PnD3和PnD4) 家族基因可能是协同调节;而隶属于DNMT2家族的PnD6基因在各部位的表达都比较弱,唯独三倍体茎尖有很高的表达。由于茎尖是生长旺盛的部位,PnD6有可能是影响三倍体速生的重要基因。这些结果可能暗示,DNA甲基转移酶基因可能参与了黑杨发育过程中叶片形态发生的过程。     

美洲黑杨PdZFR基因的克隆和分析

根据美洲黑杨PdZFR部分cDNA序列,采用拟基因组文库步行法和RACE克隆了该基因全长cDNA及基因组DNA, 并对该基因的启动子、转录起始位点、内含子分布、剪切方式、编码的氨基酸序列和该基因在染色体上的分布位置进行了分析。组织或器官特异表达分析表明:该基因与植物发育相关。     

盐胁迫下3个楸树无性系光合特征研究

以3个楸树无性系为材料进行盐胁迫试验,分析了叶片叶绿素含量、净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)等指标的变化规律。结果表明:随盐浓度增加,所有无性系的叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量呈下降趋势;方差分析表明:处理间及无性系间差异显著(P＜0.05)。叶绿素a/叶绿素b值呈上升趋势,YQ₁无性系各盐处理与CK差异不显著,02-2-5和07-1无性系各盐处理与CK存在一定差异。从光合日变化看,3个无性系的P_n随盐浓度的升高明显降低,降幅为07-1〉YQ₁〉02-2-5,净光合速率最大值(P_max)都出现在8:00时,无性系间差异显著,且02-2-5〉YQ₁〉07-1。回归分析和通径分析表明:02-2-5和YQ₁无性系主要受胞间CO₂浓度(C_i)、叶温(T_l)、光合有效辐射(PAR)的影响,07-1无性系主要受G_s和C_i的影响。初步认为3个无性系的耐盐能力为02-2-5〉YQ₁〉07-1。     

落叶松体胚发育中12个针叶树特异microRNAs表达分析

以落叶松体细胞胚胎发育8个阶段的材料构建小RNA文库,进行了Solexa测序、miRNA鉴定、靶基因预测、qRT-PCR定量分析等研究。结果表明:发现的87个miRNAs中,29个为针叶树特异的,来自12个家族,分别为miR946、miR947、miR950、miR951、miR1311、miR1312、miR1313、miR1314、miR1316、miR3701、miR3702和miR3704,其中25个长度为22nt,且在小RNA文库中的最低拷贝数为18(miR1311),最高拷贝数为33 009(miR950)。发现12个miRNA家族的34个靶基因可能参与生长发育、抗病、AGO反馈调节等多方面遗传调控;qRT-PCR分析表明:72%miRNAs表达次高峰在后期单胚或早期子叶胚,在中期子叶胚最低,最高峰在后期子叶胚,分别与子叶形成、胚胎后熟、胚胎休眠的生理活动相吻合,而miRNA前体的表达模式不同于miRNA,前体变化幅度小于成熟体。     

核果类果树中microRNAs的生物信息学预测及验证

microRNA(miRNAs)是一类非编码小分子RNA,在植物生长发育、新陈代谢以及逆境生理中起重要作用。基于生物信息学的基因搜索和同源搜索,从NCBI数据库中登录的核果类果树的EST和GSS中寻找miRNAs。从核果类果树的107982条ESTs和48273条GSSs中搜寻到了11条miRNAs前体序列,编码11条成熟体序列,并预测到19个靶基因,分别编码与生长发育、新陈代谢和转录调节等相关的蛋白。利用miRbase数据库进一步分析表明:11条miRNAs属于8个microRNA家族,分别来自桃和梅,其大小为20～23bp,其中6条为21bp,而且ppe-miR162a和ppe-miR164f保守性最高。采用poly(A)RT-PCR方法随机对预测的ppe-miR156h,pmu-miR482,ppe-miR399a,ppe-miR171a进行组织表达验证,发现ppe-miR156h在果梅花芽中表达,pmu-miR482,ppe-miR399a,ppe-miR171a在桃叶片中表达。     

松材线虫侵染下马尾松针叶miRNA和mRNA的关联表达

[目的]微小RNA(microRNA,miRNA)具有靶向沉默信使RNA(mRNA)表达的功能,是基因表达的负调控因子;研究并明确马尾松在遭受松材线虫侵染下是否存类似的调控模式,对于未来探析寄主植物对病原侵染胁迫下的应激机制及获得调控马尾松抗松材线虫病的miRNA及其靶标mRNA都具有重要意义。[方法]以前期高通量测序获得的松材线虫侵染1、2、3 d的马尾松针叶mRNA和miRNA表达谱为研究对象,采用STEM软件分别分析mRNA和miRNA的表达变化模式,并运用斯皮尔曼等级相关法研究松材线虫侵染下的马尾松针叶中miRNA与mRNA的表达关联情况。[结果]松材线虫侵染下的马尾松针叶中的miRNA呈2种显著的表达变化模式,mRNA呈8种显著的表达变化模式,且15个miRNA与其12个靶标mRNA的表达变化模式相反,符合miRNA对靶标mRNA的负调控特点,这些靶标mRNA编码具有识别病原作用的ACRE、CC-NBS-LRR基因等。[结论]松材线虫侵染下的马尾松针叶中miRNA及mRNA均呈多种表达变化模式,且部分miRNA与靶标mRNA的表达变化模式相反,推测其中部分miRNA可能是病原识别基因的负调控因子。     

白桦雄花序发育早期和中期差异表达基因的cDNA-AFLP分析

白桦雄花发育周期较长,从出现雄花序至花粉成熟经历近一年,其发育早期和中期是决定雄配子体发育的重要时期。采用cDNA-AFLP方法对白桦早期和中期发育雄花序进行了差异表达谱分析,共得到了62个TDFs,其中30个TDFs与Genbank中的基因具有较高的同源性,其它32个是未知序列。GO分析结果显示,这些已知基因主要参与代谢过程、细胞过程、刺激应答、生殖、信号传导和生物调控等生物学过程,其分子功能主要涉及催化活性、结合分子功能、酶调节活性和转运活性等;发现了参与生殖和雄花发育的两个重要TDFs,Bplbs658和Bplbs199。另外,选择11个TDFs进行不同组织的qRT-PCR转录表达分析,结果表明这些基因不仅参与花发育,也参与营养组织的发育,但各自具有不同的组织表达特征。     

miRNA在调节植物抗逆等生理功能中的作用

植物microRNA（miRNA）是一类约21-24个核苷酸组成的小分子RNA。在细胞核中将非编码的茎环结构的单链RNA前体（pri-miRNA）加工成miRNA/miRNA＊双链,然后运到细胞质中解开双链。成熟的miRNA通过形成miRNA诱导的沉默复合物（miRNA-induced silencing complex,miRISC）与靶标mRNA互补配对结合,并对其进行剪切或抑制翻译,实现对靶标基因的负调控。miRNA在抗逆反应、植物发育、信号转导等方面起着重要作用。     

杨树CDPK基因家族的表达分析及功能预测

为探究CDPK基因在木材形成过程中的作用,本研究在基因组水平上对杨树CDPKs基因家族的成员进行分析,找到32个CDPKs及10个CRKs成员。对CDPK基因家族成员在杨树中表达特性进行了分析,发现其家族成员在不同组织、不同发育阶段以及毛白杨次生维管发育不同时期的表达特性不同。分析杨树CDPK基因家族中3个基因Pt CPK1、Pt CPK6、Pt CPK15,其蛋白质一级结构均存在1个跨膜区,其蛋白定位在细胞膜上。     

浑善达克沙地2种生境下榆树种群空间点格局

以浑善达克沙地固定沙丘与丘间低地2种生境下榆树种群为研究对象,采用点格局分析法对不同生长阶段榆树种群的空间分布格局及其空间关联性进行分析。结果表明:丘间低地种群整体在<10m的小尺度上呈现聚集分布,幼树和中龄树在大尺度上呈随机分布,而成熟树呈现聚集分布;各发育阶段间的空间关联主要表现在小尺度上,随着空间尺度的增加,空间关联性微弱;固定沙丘榆树种群均在小尺度上呈聚集分布,随尺度增大种群呈现随机分布趋势;中龄树和成熟树间在小尺度上呈正关联,各个发育阶段间在大尺度上空间关联性很小。     

白桦APETALA2(AP2)转录因子基因的分离及其表达

白桦(Betula platyphylla Suk.)是我国常见阔叶树种,用途广泛。其花单性,雌雄花均为不完全花,只有两轮花器官,雌雄同株,其雌雄花发育特殊,同年生雌雄花异熟,花期不遇,且雄花发育存在越冬宿存现象[1]。这些不同于模式植物两性花的特征,预示着单性花发育的特殊性,具有重要的研究价值。