盐芥GRP7基因的克隆和逆境表达分析

【目的】从抗逆植物盐芥中分离GRP7(glycine-rich RNA-binding protein7,GRP7)基因,为进一步揭示GRPs基因在盐芥逆境应答中的作用机制及生物学功能奠定基础。【方法】利用盐芥GRP7基因的EST序列设计特异引物,克隆GRP7基因的全长序列,对其保守结构域和系统进化树进行分析,并对TsGRP7基因的启动子区进行预测;利用qRT-PCR技术,检测GRP7基因在不同逆境胁迫、不同组织中的表达情况。【结果】TsGRP7基因编码区全长522bp,编码173个氨基酸;TsGRP7蛋白的N端第9~82位氨基酸之间有1个RNA识别基序(RRM),RRM中含有保守的RNP-1和RNP-2亚结构域;多重序列比对和系统进化树分析表明,盐芥和拟南芥亲缘关系较近;启动子序列分析表明,盐芥GRP7启动子区含有HSE热激响应元件、LTR低温应答元件等多个逆境相关的顺式作用元件,表明盐芥GRP7基因参与逆境响应。qRT-PCR分析表明,盐芥GRP7基因在不同逆境胁迫条件及不同组织中表达不同。【结论】盐芥GRP7基因参与低温、高盐、PEG等逆境响应。     

小麦水通道蛋白基因家族的全基因组鉴定及其在盐和干旱胁迫响应中的作用

水通道蛋白(AQPs)的功能是选择性地控制水和其他小分子通过细胞膜的流动,它们在植物的许多生理过程中都是至关重要的,包括非生物胁迫反应.小麦(Triticum aestivum L.)是全球重要的粮食作物,但干旱和盐胁迫是小麦生长和产量形成的重要影响因素.共鉴定得到了 127个非冗余的小麦水通道蛋白基因和4个可变剪接体.对TaAQP基因进行了 RNA-seq分析,揭示了小麦AQP基因的特异性表达模式.其中,TaTIPs和TaPIPs的表达高于TaNIPs和TaSIPs.qRT-PCR分析表明,小麦在干旱和盐胁迫条件下,TaNIP4;03_3D,TaTIP2;02b_7B,TaSIP2;02_4A,TaNIP3;03_6D 和 TaNIP2;04a_7D 等 AQPs 受到显著诱导并且有高表达量,表明它们参与了胁迫响应.这些结果为进一步探索TaAQPs基因在植物应对干旱胁迫和盐胁迫中的作用提供了新的思路.     

小麦水通道蛋白基因家族的全基因组鉴定及其在盐和干旱胁迫响应中的作用（英文）

水通道蛋白(AQPs)的功能是选择性地控制水和其他小分子通过细胞膜的流动,它们在植物的许多生理过程中都是至关重要的,包括非生物胁迫反应。小麦(Triticum aestivum L.)是全球重要的粮食作物,但干旱和盐胁迫是小麦生长和产量形成的重要影响因素。共鉴定得到了127个非冗余的小麦水通道蛋白基因和4个可变剪接体。对TaAQP基因进行了RNA-seq分析,揭示了小麦AQP基因的特异性表达模式。其中,TaTIPs和TaPIPs的表达高于TaNIPs和TaSIPs。qRT-PCR分析表明,小麦在干旱和盐胁迫条件下,TaNIP4;03_3D,TaTIP2;02b_7B,TaSIP2;02_4A,TaNIP3;03_6D和TaNIP2;04a_7D等AQPs受到显著诱导并且有高表达量,表明它们参与了胁迫响应。这些结果为进一步探索TaAQPs基因在植物应对干旱胁迫和盐胁迫中的作用提供了新的思路。     

枳漆酶基因家族鉴定及其响应盐胁迫的表达分析

漆酶(LAC)是植物木质素生物合成中催化木质素单体聚合的关键酶，在调控植物生长发育和胁迫响应中发挥着重要作用。对枳漆酶基因家族进行鉴定和分析，并探究其在盐胁迫下的表达模式，可为进一步研究枳漆酶基因功能提供重要的参考信息。采用生物信息学手段鉴定枳漆酶基因家族成员，对其家族成员的理化性质、基因结构、系统进化关系、启动子顺式作用元件等进行分析，并通过qRT-PCR方法分析其盐胁迫表达模式。结果表明，枳基因组中共有20个LAC基因家族成员，其中18个分布在5条已知染色体上，2个分布在未知染色体上，被预测定位到细胞膜和细胞核中；共有6～14个外显子，5～13个内含子，9～11个motif;系统进化树分析结果显示，20个枳LAC基因家族成员与17个拟南芥LAC基因家族成员共分成7个亚组，20个枳LAC基因家族成员分布在其中的6组；20个枳LAC基因家族成员与拟南芥LAC基因间存在19对共线性关系；启动子区域含有24种顺式作用元件，其中厌氧诱导元件、干旱响应元件和茉莉酸甲酯响应元件数量最多；16个枳LAC基因在盐胁迫下显著上调表达，推测枳漆酶基因参与了盐胁迫响应。     

小麦TaBTLs基因家族全基因组鉴定与表达模式分析

【目的】鉴定和分析小麦TaBTLs基因家族成员。【方法】通过生物信息学方法，分析小麦TaBTLs家族成员的数量、生化性质、基因结构、共线性关系、系统进化关系和启动子顺式作用元件；利用小麦RNA-Seq数据，分析TaBTL基因在不同组织器官和发育时期的表达模式以及对非生物胁迫的响应水平。【结果】小麦共有35个TaBTLs基因家族成员，所有成员均含RING-H2和BZF保守结构域，相对分子量介于29.64～45.16 ku之间。TaBTLs基因分布在除2A、2B和2D染色体以外的所有染色体上，且各成员之间存在大量重复事件。不同物种间BTLs基因分为7个亚族。TaBTLs基因在启动子区域存在大量的植物生长发育和逆境响应顺式作用元件；该基因家族成员在不同的组织和器官中广泛表达，并且受盐和干旱胁迫诱导。【结论】研究结果为阐明TaBTLs基因家族的进化关系和进一步研究其家族成员的功能提供理论依据和前期工作基础。     

刺五加Cu/Zn SOD的克隆及内生真菌对其表达的影响

利用RACE技术从刺五加(Eleutherococcus senticosus Harms)中克隆到铜锌型超氧化物歧化酶基因(Cu/Zn SOD)的cDNA序列.获得的刺五加Cu/Zn SOD的cDNA长641 bp.基因内部含有1个长度为459 bp的开放阅读框,编码长度为152个氨基酸残基的蛋白质,预测分子质量为15.162 ku,理论等电点为5.29.刺五加Cu/Zn SOD氨基酸序列与其它植物的Cu/Zn SOD具有很高的相似性.相对定量RT-PCR的结果表明,回接内生真菌菌株P116-1a、P116-1b、P109-4和P312-1后可显著提高刺五加Cu/Zn SOD基因的表达量(P＜0.05),最大表达量出现在菌株P312-1回接60d时,达对照的4.99倍.     

普通小麦TaZIP29-7B基因的克隆及表达研究

金属离子在小麦生长过程中起重要作用,但土壤中金属离子含量过高,会对小麦生长造成损害。锌铁转运蛋白ZIP家族(ZRT,IRT-like protein,ZIP)广泛存在于植物中,参与多种金属离子的转运,也能提高植物的耐盐性。利用同源克隆技术获得 AtZTP29在小麦中的同源基因TaZIP29-7B,并获得其启动子序列,利用生物信息学技术对所获得的基因以及启动子序列进行初步分析,预测启动子顺式作用元件,通过实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,qRT-PCR)技术分析小麦 TaZIP29-7B基因在根和叶中在不同金属离子溶液处理下的表达情况,以研究该基因在小麦体内中对重金属转运的作用。结果表明:序列分析显示 TaZIP29-7B基因(登录号MK203894)编码277个氨基酸,TaZIP29-7B蛋白为疏水性蛋白,定位在细胞膜上,存在信号肽,属于分泌蛋白,第89～263位置间的结构功能域ZIP,属于典型的ZIP超级家族结构域,具有8个跨膜区;进化分析显示TaZIP29-7B与单子叶植物山羊草(Aegilops tauschii)ZIP29蛋白同源性最高;启动子中存在多种响应胁迫的顺式作用元件;qRT-PCR结果显示,小麦 TaZIP29-7B基因在外界重金属盐的变化下表达量有所变化。说明研究结果为进一步改良小麦抗盐性提供了参考。     

金银花FT基因的克隆及在不同花器官中的表达分析

在药用植物金银花中克隆了开花整合基因LjFT(Genbank登录号：OP700454)，并对其开展了生物信息学分析和不同花器官中的表达分析。结果表明：金银花LjFT基因包含4个外显子和3个内含子，编码框长度为525 bp，编码174个氨基酸残基，其所编码的蛋白质与其他植物FT序列高度保守；基于SWISS-MODEL和Alphafold 2这2种方法进行的蛋白结构预测表明金银花LjFT与拟南芥FT在蛋白质三级结构上高度保守；启动子分析表明LjFT启动子序列中含有大量激素响应元件、光响应元件和胁迫响应元件；系统进化分析表明LjFT与绣球HmFT亲缘关系最近；表达分析表明LjFT主要在花蕾期高量表达，尤其是花萼和花瓣中，开花后表达水平迅速降低。     

毛果杨BBX基因家族鉴定与生物信息学分析

BBXs(B-box)转录因子家族在植物生长发育和胁迫反应中发挥重要作用。本研究利用生物信息学手段在毛果杨（Populus trichocarpa）基因组筛选并鉴定出28个PtBBXs基因家族成员，对该家族成员进行结构和表达分析表明，PtBBXs基因不均匀地分布于15条染色体上，其编码的氨基酸残基数介于184～514，全部为酸性蛋白质。依据基因结构和蛋白质保守基序，可将其分为5个组（A～E），全基因组加倍事件是PtBBXs家族基因数量扩增的主要方式。PtBBX家族基因的启动子区域包含大量激素（脱落酸、赤霉素，和水杨酸等）与非生物胁迫（干旱、低温）响应相关的元件，大多数PtBBXs基因在叶片中高表达，而少量PtBBXs基因（PtBBX5/11/12/28）在根或花序中高表达。转录组数据分析表明，PtBBXs在响应非生物胁迫过程中分工不同，组A和组D的多数成员响应了茉莉酸、水杨酸和低温处理，组B(PtBBX16/19)和组C(PtBBX1/2)基因同时响应盐和干旱胁迫。这些结果为今后进一步挖掘PtBBX基因家族成员功能，以及创制林木抗逆新种质，提供了重要的理论依据。     

拟南芥盐胁迫响应启动子的生物信息学分析

本研究使用生物信息学方法分析了拟南芥盐胁迫响应的顺式作用元件.首先分析盐胁迫0.5 h、1 h的拟南芥全基因组芯片,得到627个盐胁迫上调基因和282个下调基因.然后使用MEME软件分析了盐胁迫响应基因的启动子,得到10个保守元件.通过显著性分布分析表明Motif_1\Motif_8\Motif_10显著分布于上调基因启动子中;Motif_1\Motif_10显著不分布于盐胁迫下调基因启动子中.Motif_1元件是G-box元件(ABRE(ABA Responsive Element)元件),大量分布于盐胁迫上调基因启动子中,广泛参与盐胁迫过程中ABA依赖的信号转导途径.Motif_8、Motif_10分别类似于ABRE元件和DRE(Dehydration-Responsive Element)元件,但由于和ABRE、DRE元件的保守序列不尽相同,Motif_8\Motif_10很有可能是新的盐胁迫响应元件.本研究对于研究拟南芥在盐胁迫应答过程中在转录水平上发生的调控过程具有重要帮助作用.     

月季切花RhNAC4启动子表达特性分析

为解析月季失水诱导SNAC类转录因子RhNAC4的转录调控特性,利用染色体步移的方法分离了RhNAC4的启动子,并构建含GUS报告基因的载体转化拟南芥,分析了RhNAC4的启动子表达特性。结果表明:1)在月季中分离得到RhNAC4基因5′端上游1 753bp的启动子序列;2)RhNAC4启动子序列中具有与发育、激素响应、非生物胁迫和生物胁迫等相关的顺式作用元件;3)获得了RhNAC4启动子驱动GUS基因的转基因拟南芥植株,GUS染色表明RhNAC4基因在植株不同的生长发育阶段和花器官中都有表达;4)失水胁迫、赤霉素、1-氨基环丙烷1-羧酸和甘露醇处理能够诱导RhNAC4的启动子活性,而盐和脱落酸处理对启动子活性的影响不显著。总之,月季切花失水胁迫诱导的SNAC类转录因子RhNAC4基因启动子含有逆境相关调控元件,其启动子在植株不同发育阶段和失水、乙烯等条件下具有转录活性。研究结果有助于解析RhNAC4参与月季切花失水胁迫耐性的作用机理。     

白菜TLP基因家族鉴定及表达分析

已有研究表明TLP(Tubby-like protein)蛋白在植物应对非生物胁迫方面具有重要作用。本研究利用生物信息学方法在白菜中鉴定得到14个TLP家族基因，并对其理化性质、基因结构特征、蛋白保守性、系统进化关系、组织表达模式及对盐胁迫的响应情况进行了初步分析。结果表明，该家族基因分布在白菜10条染色体中的7条。蛋白分子量介于38 735.69～52 747.34 D,等电点介于9.16～9.88。基因结构分析表明，有1个TLP基因含有9个CDS,绝大多数基因CDS为4～5个。亚细胞定位预测结果表明，该基因家族成员主要定位在细胞核、线粒体和细胞质基质。启动子顺式作用元件分析表明，该基因家族成员含有包括光响应元件、脱落酸应答元件、厌氧反应应答元件在内的大量逆境胁迫应答元件。组织特异性表达分析发现大多数BrTLPs在花中表达量较高，在茎、叶片和果荚中的表达量与根相似；绝大多数白菜TLP基因对盐胁迫都有不同程度的响应，其中BrTLP14对盐胁迫反应最强烈，暗示该基因可能在白菜响应盐胁迫过程中发挥重要作用。     

水稻OsRIP基因家族的全基因组鉴定及其表达分析

水稻(Oryza sativa)中RIP基因家族编码典型的E3泛素连接酶，在生长发育、逆境响应过程中发挥重要作用。利用水稻基因组数据，采用生物信息学方法鉴定了水稻中的RIP基因家族成员，鉴定到6个RIP家族基因，命名为OsRIP1～6，其编码区长度在906～1086 bp之间，分布在5条染色体上，内含子数量为2～3个。水稻中RIP基因被分为3个亚家族，每个亚家族的内含子数量、基因结构、motif基本一致。蛋白结构域分析结果表明，在水稻中，RIP家族的所有成员均含有SINA和RING结构域。共线性分析显示，水稻与玉米存在最多的共线对，与拟南芥不存在共线对。对启动子顺式作用元件分析发现，RIP基因启动子区有多个非生物胁迫响应元件、光响应元件及激素响应元件。另外，还分析RIP基因家族在不同组织器官、不同发育时期及昼夜节律的表达模式，结果表明在根、茎及花器官中表达水平较高；OsRIP6在播种后83 d表达水平最高，而其他成员在播种后48～69 d的表达处于较高水平；昼夜表达的分析结果显示，在光照后10 h该基因家族成员的表达水平较高。在ABA、JA激素和干旱胁迫、盐胁迫处理下，OsRIP1～5...     

牡丹PoCCS1基因的克隆与表达分析

铜/锌超氧化物歧化酶铜伴侣基因(copper chaperone for superoxide dismutase,CCS)负责将铜离子转运至Cu/Zn-SOD，从而激活SOD酶活性，参与植物活性氧清除，在植物抗逆中发挥重要作用。研究旨在克隆牡丹PoCCS1基因，并对基因序列特征、组织表达模式、盐胁迫和干旱胁迫下的表达模式、不同牡丹品种氧化胁迫下的表达模式进行分析，为深入研究PoCCS1在牡丹非生物胁迫响应中的功能奠定基础。利用RT-PCR技术克隆‘凤丹’PoCCS1基因(GenBank登录号:MZ574405)，利用生物信息学方法分析PoCCS1序列特征，利用实时荧光定量PCR (qRT-PCR)分析PoCCS1的表达模式。结果表明，PoCCS1基因编码区全长为996 bp，编码蛋白含331个氨基酸，相对分子量为34.98 ku，包含植物CCS蛋白的3个典型结构域，进化分析表明PoCCS1与多种植物的CCS同源性较高，且与葡萄VvCCS亲缘关系最近；PoCCS1在‘凤丹’的根、茎和叶中表达水平相近，‘凤丹’盐胁迫8 h后，PoCCS1在叶片和根中的表达受到显著诱导，干旱胁迫8 h后，PoCCS1在叶片中的表达下调，根中表达无显著变化；4个抗氧化能力不同的牡丹品种‘鲁荷红’‘凤丹’‘香玉’和‘乌云集盛’氧化胁迫处理后PoCCS1表达模式差异显著，随处理时间增加，在抗氧化能力强的‘乌云集盛’和‘香玉’中PoCCS1的表达显著上调并在处理4 h后保持较高水平，在抗氧化能力较弱的‘凤丹’中表达稳定，在抗氧化能力最弱的‘鲁荷红’中先升后降并在处理4 h后显著下调。综上，PoCCS1基因编码蛋白具有植物CCS的完整典型结构，可能参与牡丹响应盐胁迫和干旱胁迫，并可能与不同牡丹品种抗氧化能力差异相关。     

灵芝漆酶注释基因Lacc1的生物信息学分析及其Cu2+诱导表达

为验证Lacc1基因的功能，揭示灵芝漆酶基因及其启动子结构与其转录表达的内在关系，预测了Lacc1的氨基酸序列结构及灵芝漆酶注释基因Lacc1的上游启动子区域，研究已测序的菌株——灵芝P9在Cu2+诱导条件下漆酶基因Lacc1的表达情况。Protein Blast分析结果表明，Lacc1含有3个铜氧化酶(Cu–oxidase)保守结构域，与Polyporus ciliatus漆酶lcc3–3的相似性最高，为71%，并具有高度保守的漆酶特征序列L1–L4；亚细胞位置和信号肽预测结果表明，Lacc1含有信号肽，且为胞外分泌酶；Lacc1基因上游启动子区域包含1个TATA box、3个金属响应元件(MRE)、5个氮因子结合位点(NIT2)、1个压力响应元件(STRE)；在150 μmol/L Cu2+的诱导下，Lacc1基因的表达在第6、8、10和14天分别上调了2.8、4.9、1.6和1.9倍，通过对Lacc1的启动子结构和诱导表达分析，推测灵芝漆酶注释基因Lacc1的诱导表达特性与启动子区域的金属响应元件等调控位点具有极大相关性。     

不同逆境胁迫下杉木Cu/Zn-SOD基因表达分析

逆境胁迫会对植物的生长发育产生影响,适度的胁迫会促进一些次生代谢产物的合成和积累,因而有利于品质的提高。逆境胁迫条件下,超氧化物歧化酶(SOD)介导的活性氧清除在维持植物体内活性氧稳态平衡,保护细胞免受活性氧伤害中扮演着关键角色。为揭示Cu/Zn-SOD基因在杉木逆境胁迫中的作用,采用荧光定量PCR(qRT-PCR)技术,分析杉木组培苗Cu/Zn-SOD基因在4℃低温、0.054 6 g·mL~(-1)甘露醇、2 mmol·L~(-1)铝离子和300 mmol·L~(-1)的Na Cl胁迫中的表达模式,同时探究SOD在不同处理下的活性变化规律。结果表明:在不同逆境胁迫下,杉木组培苗Cu/Zn-SOD基因均受到诱导,表达量总体呈现出先升高后降低的趋势。在4℃低温、干旱、铝离子和盐胁迫下,分别在48、48、16、24 h时达到最高,是对照的6.4、5.3、6.4、10.4倍,且与对照组相比,不同胁迫处理下Cu/Zn-SOD基因的表达量差异均达到显著水平,与该结果类似的是,SOD也发生不同变化趋势,但均高于对照组,推测可能存在SOD基因成员增加基因的表达量从而增加SOD含量。Cu/Zn-SOD基因在杉木组培苗逆境胁迫中发挥着重要的调控作用,为今后深入了解杉木Cu/Zn-SOD基因在逆境胁迫中的分子机制和杉木抗逆育种机理提供理论依据。     

小麦类硫素基因家族鉴定及表达分析

类硫素(thionin-like, Thil)在植物应对病原微生物侵染的防御反应中具有重要生物学功能。本研究通过拟南芥(Arabidopsis thaliana)的Thil基因序列,利用同源搜寻及生物信息学方法初步鉴定到普通小麦(Triticum aestivum L.)的Thil基因家族。结果表明,Thil基因家族在普通小麦中包含26个成员。基因序列结构分析得到Thil家族存在保守的基序结构,家族各成员基因编码的蛋白质序列包含79～196个氨基酸,大部分蛋白质的氨基酸数量少于140,其中20个蛋白质包含信号肽。顺式作用元件预测分析结果显示,小麦Thil基因的启动子调控元件受到脱落酸等逆境胁迫相应激素的影响,同时基因表达谱呈现出受到病原菌胁迫诱导后的多样性表达。通过进一步qRT-PCR验证分析表明,普通小麦的TaThil-4A、TaThil-4B和TaThil-4D等3个基因在叶锈病菌早期侵染中被诱导表达。本研究结果可为小麦抗病育种及Thil基因家族的功能鉴定与应用提供参考。     

小麦分子伴侣TaTCP22基因克隆及特性分析

非生物胁迫可引起蛋白的功能紊乱,维持蛋白的功能构象和阻止非天然蛋白的聚合,对于细胞存活很关键。伴侣素可以帮助蛋白质在胁迫条件下复性,在植物抵抗非生物胁迫中扮演着非常重要的角色。为分析伴侣素TaTCP22的分子特性,解析伴侣素的胁迫响应机制,以小麦的c DNA为模板扩增得到TaTCP22,利用生物信息学方法分析小麦TaTCP22的分子特性,使用MEGA5对小麦TaTCP22蛋白序列及其同源序列进行多序列比对分析并构建同源物种间的系统进化树;利用GSDS和PHYRE2在线工具分别对小麦TaTCP22基因结构和三级结构进行分析;从Phytozome数据库中获取小麦TaTCP22上游2 000 bp序列作为启动子,用PLACE数据库对小麦TaTCP22启动子的顺式作用元件进行分析;利用实时荧光定量PCR检测TaTCP22在不同组织及在脱落酸(abscisic acid,简称ABA)、聚乙二醇(polyethylene glycol,简称PEG)、水杨酸(salicylicacid,简称SA)、氯化钠(Na Cl)、低温胁迫处理下的表达量;利用In-Fusion技术构建TaTCP22-16318GFP载体,采用PEG介导法将外源基因转到小麦原生质体中,在激光共聚焦显微镜下观察基因定位情况。小麦TaTCP22全长1 643 bp,基因编码区包含UTR区和13个内含子以及13个外显子;启动子元件分析表明,TaTCP22包含多种逆境胁迫应答元件;亚细胞定位结果表明,TaTCP22蛋白主要定位在细胞核、细胞膜和细胞质中;实时荧光定量PCR结果显示,TaTCP22在不同组织中的表达水平不同;TaTCP22对于多种非生物胁迫均有不同程度的响应,说明TaTCP22可能参与了多种胁迫应答途径。     

水稻OsCER4基因启动子序列及表达分析

通过生物信息学方法对水稻(Oryza sativa L.)蜡质合成相关基因OsCER4启动子序列和表达特性进行了分析;通过构建OsCER4启动子驱动的GUS融合表达载体,分析了OsCER4基因的时空表达;并分别以200 mmol/L Na Cl、100μmol/L ABA和1.0%H2O2处理水稻幼苗,通过半定量RT-PCR分析逆境胁迫下OsCER4的表达模式。启动子序列分析表明,OsCER4启动子中包括大量根、茎、叶肉等特异表达位点以及与干旱、冷、盐等多种逆境胁迫相关的调控序列。表达特征分析表明,OsCER4基因在愈伤组织、根、茎、叶中均有表达,在颖壳和子房中也有表达。Na Cl和PEG等逆境胁迫下,OsCER4基因表达量在不同处理时间有所增加,H2O2胁迫下,OsCER4基因表达量有所下降。