大豆SVP基因进化分析及调控开花功能研究

SVP(SHORT VEGETATIVE PHASE)基因是MADS-box家族一员,它通过介导不同开花途径调控下游基因表达,从而影响植物开花。本研究主要探究大豆SVP基因是否参与调控开花,为进一步深入解析大豆SVP基因的主要功能和调控机制提供依据。本研究利用同源比对与进化树分析鉴定出大豆SVP基因GmSVP01和GmSVP02,利用定量PCR检测GmSVP01和GmSVP02基因的表达模式以及不同生长发育时期的转录水平变化,通过拟南芥回补实验验证GmSVP01和GmSVP02基因调控开花的功能,并利用已发表的424份大豆自然群体材料的重测序数据对大豆SVP基因进行单倍型分析。结果表明：GmSVP01和GmSVP02两个基因主要在大豆营养生长阶段表达,且在顶芽和侧芽中的表达量较高,暗示其可能与组织分化及调控开花期的功能有关。长日照条件下的转基因拟南芥表型分析表明大豆SVP基因能够回补拟南芥svp突变体的早花表型,证明大豆GmSVP01和GmSVP02基因具有调控开花的功能,且与拟南芥SVP基因功能相似。单倍型分析表明GmSVP01和GmSVP02在大豆的进化过程中受到的选择程度不同。综...     

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MPBQ-MT基因的克隆与生物信息学分析

以大豆品种合丰25和Bayfield为材料,克隆大豆2-甲基-6-植基-1,4-苯醌甲基转移酶(MPBQMTase)基因,获得1 029 bp的MPBQ-MT基因c DNA序列。通过序列比对发现10个大豆MPBQ-MT基因c DNA区内的潜在SNP位点。采用生物信息学方法分析MPBQ-MT基因编码的氨基酸序列和蛋白质结构。结果表明:MPBQ-MT基因CDS区共编码342个氨基酸,其中缬氨酸(Val)含量最多,占该基因编码氨基酸总数的8.8%;半胱氨酸(Cys)含量最少,占该基因编码氨基酸总数的1.2%;MPBQ-MT蛋白N端包含由58个氨基酸组成的叶绿体转运肽,为亲水性蛋白质。合丰25与Bayfield的MPBQ-MT蛋白质二级结构有所不同,2个品种的MPBQ-MT蛋白质中α-螺旋分别约占25.44%和27.49%,β-转角分别约占9.36%和9.06%,无规则卷曲分别约占40.35%和38.60%。2个品种的MPBQMT蛋白质中片层结构均约占24.85%。两个品种的MPBQ-MT蛋白质均有1个S-腺苷基甲硫氨酸结合位点。对MPBQ-MT蛋白三级结构进行预测,发现去掉转运肽后,MPBQ-MT蛋白质三级结构主要由11个连续的α-螺旋区域和8个连续的片层结构区域组成。结合MPBQ-MT蛋白三级结构对MPBQ-MT基因的生物学功能进一步分析,提出了较为合理的MPBQ-MT作用模型。由系统发生树可知MPBQ-MT蛋白在大豆与菜豆中的亲缘关系较近。     

大豆GmABCG40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At ABCG40在大豆中的同源基因,获得了Gm ABCG40基因序列。通过对Gm ABCG40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:Gm ABCG40基因CDS序列全长4 284 bp,编码1 427个氨基酸。Gm ABCG40编码的蛋白为疏水性蛋白,具有多个N-糖基化位点、激酶磷酸化位点、N-豆蔻酰化位点、2个ATP/GTP结合位点基序A和1个速激肽家族信号。结构域分析表明Gm ABCG40含有2个核苷酸结合域与2个跨膜结构域,形成NBD1-TMD1-NBD2-TMD2结构,属于ABCG亚家族的成员。Gm ABCG40预测的启动子区域含有与激素、胁迫、光应答、胚乳表达和转录因子结合相关的顺式作用元件。系统进化分析表明Gm ABCG40与菜豆、红豆、木豆、百脉根等豆科植物亲缘关系较近。组织特异性表达分析结果显示Gm DABCG40在叶片中表达量最低,在根中表达量最高,推测其可能参与根中ABA的转运过程。     

大豆HB基因GmSbh1的分离与生物信息学分析

从大豆叶片中分离到Gm Sbh1基因c DNA的完整开放阅读框(ORF)序列,对其编码的氨基酸序列、蛋白质一级、二级结构及互作蛋白等进行了生物信息学分析。结果表明:在Gm Sbh1基因c DNA序列的第156~1 293 bp处有一个完整的ORF,编码379个氨基酸;Gm Sbh1具有同源异型盒(homeoboxbox,HB)基因家族典型的KNOX1、KNOX2、ELK和Homeodomain(HD)结构域;检索到18条与Gm Sbh1核酸序列一致性大于80%的序列;Gm SBH1为亲水性蛋白,不具有信号肽,分子量为42.37 k Da,其中丝氨酸(Ser)、天冬氨酸(Asn)和亮氨酸(Leu)分别为占10%、9.8%和8.4%,可能发生磷酸化的位点分别在Ser(13个)、酪氨酸(Tyr)(2个)和苏氨酸(Thr)(1个)上;二级结构预测结果显示,Gm SBH1序列存在α-螺旋(占39.31%)、β-转角(占5.28%)、延伸链(占8.44%)和无规则卷曲(占46.97%),不存在跨膜螺旋;蛋白互作预测表明,Gm SBH1与拟南芥中的RPL、BEL1、AT4G32980.1-P、BLH2和BLH3等蛋白的互作程度较高,其中与BEL1共表达的几率较高。     

大豆NIN和NLP基因生物信息学分析及敲除载体构建

为促进大豆NLP家族基因突变大豆材料的获得及大豆NIN和NLP基因功能的研究,本研究对大豆NIN和NLP基因进行生物信息学分析,通过CRISPR/Cas 9基因编辑技术构建基因敲除载体,并且通过大豆毛根转化实验验证靶点的有效性。结果表明：大豆基因组中一共存在4个NIN基因和10个NLP基因家族成员,这些基因都具有RWP-RK和PB1两个保守结构域。亚细胞定位预测表明所有成员都定位在细胞核中,此外GmNIN1b和GmNIN2a还定位于叶绿体。GmNIN1a/b、GmNIN2a/b、GmNLP2a/b及GmNLP3b在根瘤中的表达量相对较高,推测这些基因可能对结瘤过程具有重要的调控功能。成功构建了NLP4和NLP5两个敲除载体,得到可敲除GmNLP4a/b的3个有效靶点和敲除GmNLP5a/b的2个有效靶点。本研究获得了大豆NIN和NLP基因家族的生物信息学依据和创制GmNLP4a/b和GmNLP5a/b基因突变体的技术依据。     

油菜开花时间遗传调控的研究进展

综述了油菜开花时间的QTL定位和开花调控途径关键基因FLC、FRI、CO和FT的克隆和研究进展。     

水稻开花的光温调控分子机理

水稻一生要经历营养生长和生殖生长两个阶段,只有顺利从营养生长向生殖生长转变,水稻才能开花结实。水稻的开花是环境因素与控制水稻开花基因网络相互作用的结果,光照和温度是调控水稻开花的两个重要的环境因子。关于水稻如何感知光照和温度变化,然后启动内部基因的表达来调控水稻开花,科学家提出了一些假说试图解释这个问题。近几年对水稻的开花调控途径的研究有了长足进展,人们对该问题有了新认识。结合前人的研究结果,分析了水稻在不同光温调控下的分子机理。     

我国在大豆光周期调控开花研究领域取得重大突破

生育期长度是决定大豆产量的重要因素之一,并与种植纬度、种植季节密切相关。生育期是光周期反应的重要指标,亦是育种主要选择目标性状。大豆是敏感型高温短日作物,适应于高纬度环境的大豆栽培种对光周期必须具有光周期不敏感性。经典遗传学研究表明:4个主要遗传位点E1、E3、E4和E7被证明参与控制这种不敏感性。其中,E1位点是Bernard于1971年正式命名,但由于该基因位于第六号染色体(LG C2)中心粒着丝点附近,遗传重组率极     

光周期调控大豆开花期分子机理研究的新进展

综述了中国科学院大豆分子设计育种重点实验室国际合作团队关于大豆光周期调控开花期分子机理及其相关领域研究取得的新进展,并评述了其所获成果的理论和实践意义。     

大豆CML家族基因的生物信息学分析

CMLs蛋白是一类具有Ca2+结合的EF-hand保守结构域蛋白,广泛参与钙依赖的信号传导途径,在植物生长发育及生物胁迫与非生物胁迫响应中起着重要的作用。通过NCBI和植物基因组注释数据库等筛选并获得了68个大豆GmCML蛋白;分析了所有蛋白的基本特性;通过与拟南芥CMLs基因的进化树分析表明,GmCML家族基因属于8个亚类;对GmCML家族基因进行了染色体定位与重复基因进化关系分析,发现其具有较高的进化速率;序列比对发现GmCML类蛋白含有2~4个保守的EF-hand结构域;利用芯片数据对野生大豆在碱胁迫下的叶和根中的CMLs基因表达模式进行了分析,得到26个GsCML基因在碱胁迫下有显著的差异表达,且在根和叶中的差异表达模式不同,表明这些基因参与植物碱胁迫应答,且具组织表达特异性。     

大豆异黄酮还原酶基因的鉴定及生物信息学分析

异黄酮是大豆生长过程中形成的一类次级代谢产物,是大豆主要的功能活性成分之一。异黄酮还原酶(isoflavone reductase,IFR)是异黄酮分解途径的关键酶之一,在调控异黄酮含量及成分方面起着重要作用。本研究基于大豆全基因组测序数据,利用生物信息学方法鉴定了大豆异黄酮还原酶基因家族成员,并对其基因的序列特征、结构特征和遗传多样性进行了分析。结果表明:大豆异黄酮还原酶(GmIFR)家族含有17个成员,蛋白序列介于191(GmIFR07)和376(GmIFR11)个氨基酸之间,序列相似性为19.59%(Gm IFR07和GmIFR11)~98.43%(Gm IFR12和GmIFR17),结构分析表明这些基因内含子数目差异较大,2~6个不等,不均匀的分布在大豆的1、4、6、9、11、12和16号染色体上。     

大豆对大豆花叶病毒SC18株系的抗性遗传和基因定位

大豆花叶病毒(soybean mosaic virus,SMV)病是我国大豆生产上的一种主要病毒病害,SMV株系SC18是我国东北和南方两大产区的优势株系,在黄淮大豆产区亦零星发生。本研究对5个抗×感杂交组合衍生后代分离群体接种SC18后,发现各组合F_1均抗病,F_2表现3∶1(抗∶感)分离比,F_(2∶3)表现1∶2∶1(抗∶分离∶感)的分离比,表明5个抗病亲本(中作00-683、滨豆95-20、东大2号、中品661和RN-9)对SC18的抗性由一对显性基因控制。抗×抗杂交组合"中作00-683×东大2号"衍生后代分离群体接种SC18,F_2出现15∶1(抗∶感)的分离比,表明中作00-683与东大2号可能各携带一对显性基因,控制对SC18的抗性,且独立遗传;抗×抗杂交组合"中作00-683×滨豆95-20"的F_1、F_2和F_(2∶3)在接种SC18后均未检测出感病株,表明中作00-683与滨豆95-20所携带的对SC18的抗性基因是等位的。利用RN-9×7605重组自交家系将RN-9对SC18的抗病基因Rsc18定位到大豆6号染色体(C2连锁群)SSR标记Satt286和Satt277之间,遗传距离为6.12和4.69 cM。     

大豆乙酰羟基酸异构还原酶基因GmAHRI的克隆与分析

基于电子克隆获得的大豆GmAHRI基因cDNA序列编码区设计特异引物,以高异亮氨酸大豆品种“和龙早熟豆”总RNA为模板,通过RT-PCR获得了约1764 bp的cDNA片段,T/A克隆后进行序列测定.测序结果显示:GmAHRI基因家族有2个成员,分别命名为GmAHRI1( FJ594399.1)和GmAHRI2( JN...     

不同基因型大豆Fd-GOGAT基因cDNA序列的克隆与分析

克隆了6个不同基因型大豆的Fd-GOGAT基因,序列比对分析结果表明:不同基因型大豆的Fd-GOGAT基因序列相似性很高,可设计出通用Real-time PCR引物,检测Fd-GOGAT基因的表达规律.在东农42 Fd-GOGAT基因序列的编码区内出现了1个8核苷酸的缺失,产生了移码突变,导致其C端缺失了79个氨基酸的...     

兜兰属植物花期调控研究进展

兜兰由于独特的花朵造型、绚丽的花朵色彩、持久的观赏花期而具有极高的观赏价值,是国际上的高档花卉.但由于生态环境的破坏以及人们对其过度采挖,兜兰现已成为世界上最濒危的植物物种之一,许多种类已濒临灭绝,所有兜兰野生种均被列入《濒危野生动植物种国际贸易公约》(CITES)附录I而被禁止交易.目前,市场上流行的兜兰品种大多是由...     

大豆XHS基因家族生物信息学分析

利用生物信息学方法,通过全基因组数据扫描对大豆XHS家族基因进行鉴定和分类,并对其基因结构、染色体定位和基因组织表达方式进行分析。结果表明:大豆基因组中含有21个XHS家族基因,分布于大豆的12条染色体上,系统发育分析将XHS家族基因分成4个亚类,有EST数据的大豆XHS家族基因有10个,大多在叶片和胚中表达。研究结果促进了大豆XHS家族基因的功能研究和利用。     

连作与轮作大豆土壤反硝化细菌多样性与组成结构(英文)

应用PCR-RFLP方法对连作与轮作大豆土壤中反硝化微生物种群和分类进行研究。结果 2种土壤样品中均可检测到反硝化微生物存在。从2种土壤中获取268个nirS基因克隆,46种基因型,其中连作土壤中有29种基因型,轮作土壤中有34种基因型,分析结果显示2种土壤样品中均有优势菌群存在,并且连作土壤样品中反硝化细菌的优势菌群略多于轮作土壤样品。序列同源性分析显示nirS基因克隆序列与已知反硝化微生物具有较远的亲缘关系。结果提示:与轮作大豆相比,连作大豆土壤中反硝化微生物的遗传多样性和组成有所改变,类群的结构组成易受耕作方式影响。     

分子标记在大豆种质和分离群体中对SMV抗性基因的选择效果研究

大豆花叶病毒(Soybean mosaic virus,SMV)病是我国大豆生产上最主要的病毒病害之一。本研究用与SMV株系SC15和SC18抗病基因Rsc15和Rsc18紧密连锁的5个分子标记(Satt246、Satt286和Satt634、BARCSOYSSR-02-0667和Satt266)对来自国内外的50份大豆种质以及杂交组合"科丰1号×RN-9"后代进行了针对SC15和SC18株系的抗病性评价和选择。经接种验证后结果表明:Sat-246和Satt286对抗病基因Rsc15的选择平均符合率分别为63.89%和66.67%;Satt634、BARCSOYSSR-02-0667和Satt266对Rsc18选择的平均符合率分别为67.92%、68.09%和63.10%;共选出抗SC15的材料34份,抗SC18的材料27份,对SC15和SC18均抗病的材料25份。通过对杂交组合"科丰1号×RN-9"衍生的F_2、F_3和F_4代分离群体进行标记选择和接种SMV的表型验证,发现标记Sat-246和Satt286在3个分离世代对SC15抗性基因筛选的符合率分别为72.13%、68.83%和84.25%。用与Rsc15和Rsc18连锁的5个分子标记,对F_2、F_3和F_4代分离群体进行抗性基因的选择,在F4就筛选到18个对SC15和SC18均为抗病且标记带型完全纯合的抗病家系。本研究结果表明这些分子标记可有效用于种质资源和杂交后代群体对SMV抗性的选择。