黑喉石斛叶绿体基因组特征及比较分析

本研究结合Illumina高通量测序和Nanopore测序技术,对黑喉石斛（Dendrobium ochreatum）的叶绿体基因组（cpDNA）进行测序,组装得到其cpDNA全长序列并绘制结构图谱。黑喉石斛cpDNA全长154 935 bp,注释共得到125个基因,其中有unigenes 103种,包含73种蛋白编码基因,26种tRNA基因和4种rRNA基因。特征分析结果表明：黑喉石斛cpDNA中共存在58个SSR （simple sequence repeat）位点,大部分为单核苷酸重复和二核苷酸重复类型,碱基组成以A/T碱基类型为主;其偏好的密码子共32个,其中有30个以A/U碱基结尾。以黑喉石斛与其他13种石斛的cpDNA构建系统发育进化树,结果显示,鼓槌石斛（D. chrysotoxum）和梳唇石斛（D. strongylanthum）与黑喉石斛具有较近的亲缘关系,IR/SC边界分析结果也映证了此结论。以黑喉石斛为参照,与3种近缘石斛的cpDNA进行全序列长对比,结果显示,4种石斛的序列变异主要发生在单拷贝区,基因间隔区的变异明显高于基因编码区。     

火龙果节律钟输出基因HpGI的克隆与表达分析

节律钟输出基因GIGANTEA通过光周期途径促进植物开花,为研究火龙果GIGANTEA同源基因功能,应用RT-PCR克隆获得该基因的开放阅读框序列,命名为Hylocereus polyrhizus GIGANTEA (HpGI),GenBank登录号为MK609546。序列分析结果表明,HpGI开放阅读框长度为3537 bp,编码1178个氨基酸。系统进化分析显示,HpGI与甜菜BvGI、菠菜SoGI、丝石竹GpGI的分子进化距离较近。预测HpGI定位于细胞核,无信号肽和跨膜螺旋结构域,属于非分泌蛋白。基因表达分析结果表明,HpGI基因在茎和花芽中的表达量显著高于茎芽、果皮和根;相比对照,延长光周期处理8 d时,其表达量显著上调。推测HpGI基因可能通过光周期途径促进火龙果开花。     

龙眼DlICE1基因克隆及低温胁迫表达分析

本研究以龙眼胚性愈伤组织为材料,根据龙眼转录组数据库,采用RACE-PCR和RT-PCR技术获取龙眼DlICE1 cDNA全长序列,并对其进行生物信息学分析与低温胁迫下表达分析。结果表明,龙眼DlICE1 cDNA全长为2327 bp,其中开放式阅读框（ORF）序列长1614 bp,共编码537个氨基酸。生物信息学分析表明,龙眼DlICE1编码的蛋白质属于不稳定的弱酸性蛋白,不具有典型的信号肽,且不属于分泌蛋白;亚细胞定位表明其位于细胞核内,与甜橙的同源蛋白亲缘关系最近;实时荧光定量PCR表明,龙眼DlICE1能够有效响应低温胁迫,低温诱导其表达量提高。研究结果显示,龙眼DlICE1基因参与龙眼胚性愈伤组织抗寒过程。     

青天葵独脚金内酯信号转导关键基因D14的克隆与亚细胞定位分析

D14基因是独脚金内酯信号转导途径的关键基因,其编码的蛋白能够使SLs释放出活性小分子物质而发挥调节腋芽起始的功能。本研究根据其他物种的D14基因从青天葵转录组数据中筛选获得2条高度同源的片段,命名为NfD14a和NfD14b。应用RT-PCR和RACE技术,克隆获得NfD14a和NfD14b的cDNA全长序列,GenBank登录号分别为MH028026、MH028027。NfD14a基因全长1206 bp,ORF为861 bp,编码286个氨基酸;NfD14b基因全长1082 bp,ORF为813 bp,编码270个氨基酸。对NfD14的编码蛋白序列进行了生物信息学分析,结果表明：NfD14a和NfD14b均属于α/β折叠蛋白水解酶超家族成员（Abhydrolase superfamily）,但系统进化分析结果表明两者同源性不高。利用一步快速克隆的方法构建了植物表达载体35S::NfD14a-EGFP和35S::NfD14b-EGFP,并分别获得其工程菌。瞬时表达结果表明,NfD14a和NfD14b均定位在烟草原生质体的细胞核和细胞质。本研究通过对NfD14基因全长cDNA序列的克隆与亚细胞定位分析,为青天葵独脚金内酯信号转导途径调控植物分枝生长发育机制的研究奠定基础。     

杜鹃红山茶ACO1的克隆及其表达分析研究

根据山茶（Camellia japonica）同源序列设计特异性引物,利用同源克隆和3°,5°-RACE技术,从杜鹃红山茶（C. azalea）花芽组织中克隆出ACC氧化酶（ACC-oxidase, ACO）基因,命名为CaACO1,基因全长1232 bp,开放阅读框963 bp,编码320个氨基酸。实时荧光定量PCR分析发现,ACO1在杜鹃红山茶不同组织中均得到表达,其中茎尖ACO1表达量最低,其次花芽、叶芽、根尖,表达量较高的是真叶和花器官,随着叶片成熟和花器官发育ACO1表达量均逐渐增加。结果表明,该基因可能参与杜鹃红山茶叶片发育,并且与花器官衰老密切相关。ACO1在参试的8个山茶品种花器官发育过程中的表达模式基本一致,但不同品种间的表达量存在差异。相关性分析发现ACO1表达量与花型、花色、花径和花瓣数4个形态指标均无显著相关性。     

铁皮石斛DoAGL6基因及启动子克隆与分析

AGL6基因是MADS-box转录因子家族中的一员,是植物特有的转录调控因子,参与花器官形成,对唇瓣的形成起到关键作用。获得铁皮石斛DoAGL6基因及其启动子,并进行生物信息学分析,对DoAGL6基因启动子进行瞬时表达活性验证,可为进一步研究DoAGL6基因的功能提供参考。本研究克隆DoAGL6基因及其上游的启动子序列,利用在线软件对克隆得到的目的基因序列、启动子序列进行预测,分别构建由全长启动子和5'端缺失启动子驱动GUS的重组表达载体并瞬时转化拟南芥及铁皮石斛原球茎,探究其表达活性。结果表明,成功克隆了DoAGL6基因及其启动子,DoAGL6基因编码区长729 bp,编码243个氨基酸,编码蛋白分子式为C₁₂₁₃H₁₉₅₅N₃₅₉O₃₇₅S₁₂,预测亚细胞定位于细胞核中;保守结构域分析表明,DoAGL6具有保守的MADS-box和K-box两个结构域,属于MADS基因家族MIKC亚家族。启动子序列长度为1891 bp,顺式作用元件分析结果显示,DoAGL6基因启动子中除了核心启动元件TATA-box、CAAT-box外,还有许多其他顺式作用元件,如脱落酸响应元件（ABRE）、光反应顺式调节元件（G-Box）、茉莉酸甲酯响应元件（TGACG-motif）、MADS-box蛋白结合位点（GArG-Box）等。成功构建融合表达载体pCAMBIA1300-A1-promoter::GUS、pCAMBIA1300-A2-promoter::GUS、pCAMBIA1300-A3-promoter::GUS,拟南芥和铁皮石斛原球茎瞬时转化及GUS组织化学染色结果表明,随着启动子5'端缺失片段的增长,GUS活性逐渐降低,启动子活性逐渐减弱,即全长启动子A1（-1891~1）的活性最强,5'端缺失片段A2（-1488~1）次之,A3（-784~1）活性最弱。瞬时转化后的拟南芥和铁皮石斛原球茎GUS染色均呈现蓝色,但与对照相比均较浅,说明全长启动子和2个5'端缺失启动子都具有驱动GUS的活性,但启动活性都比CaMV35S启动子的启动活性弱。     

香蕉MaARF2基因的克隆及序列表达分析

利用RT-PCR方法从巴西蕉（Musa acuminata L. AAA group, cv. Brazilian）中克隆MaARF2基因,并对其进行序列及表达分析。基因克隆结果获得该基因编码片段,命名为MaARF2,全长2655 bp,编码884个氨基酸,分子量为97 917.38 Da,理论等电点pI为6.64,序列富含丝氨酸、脯氨酸,亲水性氨基酸多于疏水性氨基酸并均匀分布在整个肽链中;通过Motif Search工具发现了ARF基因所特有的B3、Auxin_resp、AUX_IAA family结构域;多序列比对和进化树分析表明,MaARF2基因编码的蛋白与其他植物中ARF基因编码的蛋白具有较高的一致性。qRT-PCR结果表明,MaARF2在香蕉根、茎、叶、花和果实中均表达, 其中叶片中表达水平最高,果实表达量最低;MaARF2在低温、盐和干旱胁迫后表达量均上调,表明其可能参与调控香蕉低温、盐和干旱胁迫响应的过程。本研究首次在香蕉中克隆了MaARF2基因,为进一步研究该基因的生物学功能奠定了基础。     

蝴蝶兰PhPP2Aa基因作为低温胁迫内参基因的研究

实时荧光定量PCR（qPCR）技术因其具有简单灵敏、准确高效等诸多优点,成为目的基因表达水平研究最常用的技术手段。而结果的可靠性取决于很多因素,其中使用合适的内参基因是qPCR技术最基本的应用前提。许多研究表明没有一种内参基因可以在任何条件下都能稳定地表达。目前尚未见到关于蝴蝶兰低温生长条件下最佳内参基因选择的有关报道。蛋白磷酸酶2A（PP2A）是真核生物体内一种主要的细胞内源丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶。本研究根据蝴蝶兰低温转录组测序结果克隆得到1个PP2A的A亚基基因,其cDNA开放阅读框（ORF）长度为1764 bp,编码1个含有587个氨基酸的蛋白,将该基因命名为PhPP2Aa,GenBank登录号为MW847782。序列分析结果表明,该基因与其他植物PP2A核苷酸序列相似性均在80%以上,氨基酸序列与小兰屿蝴蝶兰PP2A序列相似性为99.66%。基于氨基酸序列进化分析结果表明,蝴蝶兰PhPP2Aa与小兰屿蝴蝶兰和铁皮石斛的亲缘关系最近。将蝴蝶兰PP2A与其他7种候选内参基因（TUA、TUB、ACTIN、F-box、RPL19、RPL36及RPL41）进行实时荧光定量PCR,用3种常用内参基因分析软件对各个基因Ct值进行稳定性分析,结果表明蝴蝶兰8个候选内参基因在低温胁迫条件下表达水平最稳定的内参基因为PP2A,其次为ACTIN;最不稳定的基因为F-box,其次为TUA。以蝴蝶兰PP2A作为内参基因探讨低温胁迫响应基因PhNAC1的表达情况,结果显示蝴蝶兰PhNAC1的表达模式符合低温胁迫条件下的表达特性。该结果表明蝴蝶兰PhPP2Aa基因可作为低温胁迫条件下目的基因转录水平研究的内参基因。     

芒果细菌性角斑病菌内切葡聚糖酶基因的克隆与表达分析

由柑橘黄单胞菌芒果致病变种（Xanthomonas citri pv．mangiferaeindicae, Xcm）引起的芒果细菌性角斑病是芒果上的一种重要的细菌性病害。利用同源基因克隆技术克隆了Xcm上内切葡聚糖酶（endoglucanase）基因CEL的全长,经测序后运用多种生物信息学软件对其序列进行分析。结果表明：CEL基因的完整阅读框包含1134 bp,编码377个氨基酸;预测分子量为40.72 kDa;等电点为9.01;不稳定指数39.93,为稳定蛋白;亲水性为-0.081,有信号肽;总磷酸化位点有51个,无跨膜螺旋;在二级结构预测中,α-螺旋、β-转角、无规则卷曲和延伸结构分别为35.28%、6.10%、16.45%和42.18%。经保守结构域预测,具有Cellulase保守结构域。系统进化树结果显示,该基因的氨基酸序列与X. citri pv. punicae str. LMG 859（CCF67690.1）的亲缘关系最近。以gyrB、GAPHD和rpoD作为内参基因,经qRT-PCR分析CEL在Xcm侵染芒果叶片12 h后表达量持续上升,明显高于对照,在72 h处为最大表达量,由此推断该基因在病菌侵染时发挥重要作用。     

菠萝SVP基因对乙烯利刺激的响应

SVP（short vegetative phase）是一类开花抑制基因,通过调节开花相关基因的表达,影响植物从营养生长阶段向生殖生长阶段的转变进程。根据公布的菠萝基因组信息,从‘台农4号’菠萝中克隆到2个AcSVP基因AcSVP1和AcSVP2。结果表明：AcSVP1和AcSVP2分别编码225和230个氨基酸,均含有MADS-box、K-box保守结构域,二者所编码蛋白均属MADS-box基因家族成员。定量PCR分析结果显示,2个AcSVP基因在菠萝茎尖、茎基和叶中均有不同程度的表达,乙烯利处理后主要表现为下调。乙烯利处理8 h内,AcSVP1在茎尖、叶中的表达显著下调,但在茎基组织中呈现先下调后上升的趋势;乙烯利处理后8 h,茎基组织中AcSVP1的相对表达量略高于对照。与AcSVP1不同,乙烯利处理8 h内AcSVP2在茎尖、茎基、叶3种组织中均明显下调;乙烯利处理后8 h,AcSVP2在茎尖、茎基、叶组织中的相对表达量只有对照的8%、44%和33%。SVP是目前已知的最重要的一类开花抑制基因,AcSVP在响应乙烯利的过程中表达显著下调,表明其在乙烯利诱导菠萝成花过程中可能发挥重要作用。     

芒果SEPALLATA3基因的生物信息学与表达分析

SEPALLATA3（SEP3）属于MADS-box基因家族,与植物的成花时间和花器官分化有关。在本研究中,从芒果转录组数据中挖掘获得了2个MiSEP3s基因,分别命名为MiSEP3-1和MiSEP3-2。生物信息学分析显示,MiSEP3-1和MiSEP3-2基因的基因组DNA长度分别为4189 bp和3721 bp,2个基因的开放阅读框长度一致均为732 bp,编码244个氨基酸,蛋白质分子量分别为59.29 kD和59.28 kD。2个MiSEP3s的氨基酸序列中含有典型的MADS结构域和K-box结构域。启动子序列分析显示,2个MiSEP3s基因启动子均包含光响应元件、激素响应元件、逆境响应元件和转录因子结合位点,但调控元件种类和数量存在差异。基因表达模式分析显示,2个MiSEP3s基因在营养期的茎、叶和芽中表达量较低,但在成花转变后期的芽中持续上调表达,在花中达到表达高峰。该结果为MiSEP3基因功能的研究提供参考。     

菠萝AcSOC1基因调控因子筛选

菠萝（Ananas comosus）是我国热区种植的主要经济作物之一,农业种植上常通过施用乙烯利促其成花,但关于乙烯诱导菠萝成花的分子机制与植物体内已知的五大成花途径之间关系尚不清楚。SOC1（SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CO1）是一种开花整合因子,能够整合多种成花信号,诱导植物成花。有实验数据显示,AcSOC1（XM_020238379.1）基因响应乙烯诱导,在乙烯处理菠萝后,AcSOC1表达量上升。为了深入了解SOC1在菠萝成花中的作用及乙烯诱导菠萝成花与五大成花途径之间的关系,本研究以乙烯敏感品种‘台农4号’为材料,克隆AcSOC1启动子,构建pAbAi-pAcSOC1诱饵载体,利用酵母单杂技术,筛选AcSOC1候选调控因子,并用双荧光素酶实验进行验证。结果显示：共筛选出4个AcSOC1候选转录的调控因子:GHD7 （Heading Date7）、SVP1（SHORT VEGETATIVE PHASE 1）、SVP2（SHORT VEGETATIVE PHASE 2）、AP1（APETALA1）,只有AcSVP1、AcSVP2与pAcSOC1存在互作关系。SVP是一种开花抑制因子,乙烯能够抑制菠萝AcSVP基因表达。因此推断认为,乙烯诱导菠萝成花,可能是通过抑制AcSVP基因实现的,即乙烯通过抑制AcSVP的表达,从而降低了AcSVP对AcSOC1表达的抑制作用,AcSOC1表达增强,加快了乙烯诱导成花的过程。     

‘云香’水仙NtNAC1基因的克隆及功能分析

本研究利用RT-PCR技术从‘云香’水仙的根中克隆得到了NtNAC1基因,并通过qRT-PCR技术分析了该基因的时空表达模式以及在逆境和逆境相关激素处理下的表达变化,结合分析过表达该基因的转基因烟草植株的表现等解析了该基因的功能。结果显示:NtNAC1基因全长1083 bp,其ORF为918 bp,编码306个氨基酸,N端含有NAM保守结构域,聚分在SNAC1亚组,与香蕉MusaSNAC1、小麦TaNAC47亲缘关系较近。实时荧光定量分析显示,NtNAC1的表达水平随花器官花瓣和副冠的发育呈先上升后下降趋势,始花期达到峰值;NtNAC1在根和叶中高表达,受ABA、MeJA、SA、H_2O_2、NaCl、PEG诱导上调,推测该基因可能参与‘云香’水仙花器官的形态建成及响应非生物胁迫。进一步构建表达载体转化烟草,获得9株转基因植株。在高盐和干旱胁迫处理下,转基因植株根系发达、长势更好、存活率高,表明水仙NtNAC1过表达能提高烟草对高盐、干旱的耐受性,在抗逆中起正向调控作用,可作为提高水仙抗性的优良遗传基因资源。     

芒果MiAGL80基因特征及表达模式分析

AGL80/FEM111属于Type I型MADS-box基因家族,调控拟南芥中央细胞及胚乳的发育。目前,AGL80在木本植物中鲜有研究报道。本研究从芒果转录组数据中获得并命名为MiAGL80基因。生物信息学分析表明：MiAGL80基因位于1号染色体上,ORF全长为897 bp,无内含子,编码299个氨基酸,理论等电点为4.95,蛋白质分子量为73.19 kDa,氨基酸序列中含有1个MADS_SRF_like保守结构域。系统进化树分析表明：芒果MiAGL80与阿月浑子PvAGL80最为接近,且同源性最高,氨基酸相似性为64.29%。启动子序列分析显示：芒果MiAGL80基因的启动子包含光响应元件、逆境响应元件、转录因子结合位点以及激素响应元件等,其中光响应元件相较其他元件数量较多,不仅包含光调节相关元件,还包含昼夜节律表达所必需的区域元件;激素响应元件中包括赤霉素响应元件、生长素响应元件和乙烯响应元件;逆境响应元件主要是干旱响应元件。基因表达模式分析显示：在芒果果实中,MiAGL80随着芒果果实的逐渐发育,其在果肉中的表达水平持续下降,在花后100 d的果实与成熟果中的表达水平很低;在种胚发育过程中其表达水平先上升后下降,在花后100 d的胚和成熟胚中表达水平也很低;在种胚萌发发育期,其表达水平再次升高。在成花发育不同时期的组织器官中：MiAGL80主要在叶片中表达,其表达量先降低后逐渐升高,然后再降低,在花器官发育末期达到最大值;在花芽中的表达水平也显著高于营养芽;但在茎中表达量极低,几乎不表达。说明MiAGL80在芒果果实发育、种胚发育、种子萌发以及成花调控方面发挥作用。以上研究结果为深入研究MiAGL80基因的功能提供参考。     

2种多胺对铁皮石斛瓶内开花的影响

以铁皮石斛无根组培苗为试验材料,研究不同浓度的外源腐胺（Put）和精胺（Spm）对铁皮石斛瓶内开花的影响。结果表明：培养基中添加适量的Put和Spm可提高开花率。当Put浓度为0.4 mg/L时,铁皮石斛瓶内开花率最高,为30.47%;Spm浓度为0.2 mg/L时,铁皮石斛瓶内开花率最高,为22.26%;Put浓度为0.2 mg/L时,铁皮石斛始花期最短,为83.33 d,观赏期最长,为43.33 d。Put浓度为0.4 mg/L时,植株可溶性糖和可溶性蛋白含量最高;对照处理下植株全N含量达最高;Spm浓度为0.6 mg/L时,植株C/N比达最大。Put浓度为0.4 mg/L时,有利于铁皮石斛组培苗碳氮化合物的积累,可提高铁皮石斛的开花率;Put浓度为0.2 mg/L时,能使花期提前,延长观赏期。Spm浓度为0.4 mg/L时,有利于铁皮石斛组培苗株高增长和生根,促进铁皮石斛组培苗的营养生长。     

北方白菜型冬油菜BrFLC家族的全基因组鉴定、克隆及表达分析

春化过程是冬性植物抽薹开花前的主要阶段。FLC（FLOWERING LOCUS C）基因在春化过程中可以整合上游信号调控植物开花。为了解白菜型冬油菜中FLC基因的特征及其春化功能,以6个拟南芥FLC基因为索引从白菜型冬油菜基因组中鉴定得到10个BrFLC基因,其中8个均含有7个外显子。10个BrFLC分布于4条染色体上,存在明显的基因复制现象。进化及保守结构分析显示聚为一类的成员蛋白质保守Motif分布相似。基因上游1500 bp的启动子区域均含有光应答元件,其中BrFLC4、BrFLC5和BrFLC6含低温响应元件,BrFLC3、BrFLC4、BrFLC7、BrFLC9含激素响应元件。比对发现,位于A02上的BrFLC6基因序列与大白菜中已注释的Bra031886差异性较大。克隆到陇油6号、陇油17、天油2号和天祝小油菜中的BrFLC6基因,序列相似性达99.5%。分析其中序列差异最大的BrFLC6基因,qRT-PCR检测发现它可在根、茎、叶、花蕾及花中表达;春化处理后则表达下调,不同品种间下调幅度有差异。结合春化率的观察,认为春化过程抑制了BrFLC6的表达,且基因表达水平与白菜型冬油菜通过春化所需的时间有关。     

龙眼DlTRF2-like的克隆及表达模式分析

以龙眼成熟叶片为材料,克隆龙眼MYB-related基因家族TRF2-like基因,命名为DlTRF2-like,并对其进行生物信息学和表达模式分析。DlTRF2-like基因属于MYB-related家族的TRF-like亚家族,ORF长度是909 bp,编码含有302个氨基酸残基的蛋白,预测该基因定位于细胞核,同源基因进化分析表明龙眼DlTRF2-like与阿月浑子PvTRF2-like亲缘关系最近。利用实时荧光定量PCR检测DlTRF2-like基因在‘四季蜜’龙眼不同组织及乙烯利和多效唑处理后不同时间的相对表达量。结果表明：DlTRF2-like在龙眼不同组织中均有表达,在花芽中表达量最高;乙烯利和多效唑处理后,DlTRF2-like基因的表达量明显高于对照,推测DlTRF2-like响应乙烯利和多效唑信号促进龙眼成花。