非生物胁迫下白桦ERF基因的表达及生物信息学分析

本研究对3个白桦AP2/ERF家族基因进行了生物信息学分析,并研究了盐和干旱胁迫下白桦ERF基因的表达模式。结果表明,bERF1和bERF2蛋白定位在细胞核内,而bERF3蛋白则定位在叶绿体上;三个基因都含有磷酸化位点;bERF1、bERF2和bERF3基因都属于ERF家族的ERF亚家族,bERF1和bERF2属于B-1组,与拟南芥的AT1G28360.1同源性最高,B-1组的拟南芥ERF基因都属于转录抑制子,说明bERF1和bERF2基因可能具有转录抑制作用;bERF3属于B-5组,与拟南芥的AT4G11140.1同源性最高。3个ERF基因都可以响应盐和干旱胁迫,并且在不同组织中表达量存在差异。     

甘蔗ATP柠檬酸裂解酶基因的克隆与表达分析

ATP柠檬酸裂解酶(ACL)为细胞质中乙酰辅酶A合成途径的关键调控酶,在生物体正常生长发育中扮演着重要角色。本研究通过Race和电子克隆技术获得编码甘蔗ACL蛋白2个亚基的基因SoACLA-1和SoACLB-1,其编码框长度分别为1 272 bp和1 827 bp,编码423个和608个氨基酸,推测的氨基酸序列与其他物种具有高度相似性,都优先与禾本科植物聚于同一进化分支。2个基因在ATP-grasp功能域、柠檬酸结合位点、组氨酸磷酸化位点和ATP结合、CoA结合、磷酸化区域等,序列高度保守。实时荧光定量PCR结果表明,2个基因均受外源ABA、水分胁迫、水分胁迫加ABA处理诱导表达,且叶中表达量显著高于根系,其中又以水分胁迫处理下的表达量最高,2个基因表现出协同表达模式。SoACLA-1和SoACLB-1的表达与ABA、ROS含量具有相关性,说明它们可能参与了ABA调控的植物对逆境胁迫反应的代谢过程。     

陆地棉线粒体耐盐基因ccmC的克隆与表达分析

为了研究陆地棉线粒体基因细胞色素C合成酶C亚基(cytochrome c biogenesis C,ccm C)的结构和功能,本研究以陆地棉中9409为材料克隆得到线粒体基因ccm C,对其进行生物信息学分析,并利用q RT-PCR方法对该基因在陆地棉不同组织和盐胁迫前后的表达量进行分析。结果表明:陆地棉线粒体基因ccm C的ORF全长为753 bp,编码250个氨基酸;二级结构预测ccm C蛋白属于跨膜蛋白;该蛋白含有15个磷酸化位点,推测激酶磷酸化可能与其功能的行使相关。q RT-PCR结果表明该基因在陆地棉中具有组织表达差异性,在根中的表达丰度最高;盐胁迫后,该基因的表达量先增加后降低,盐胁迫6 h时表达量最高。研究结果可为今后进一步研究棉花线粒体基因ccm C的功能奠定了分子生物学基础。     

香蕉乙醇脱氢酶基因的克隆及其逆境胁迫表达

香蕉乙醇脱氢酶基因的克隆及在逆境胁迫下的表达分析,将为进一步研究ADH在香蕉中的功能奠定基础。本研究从香蕉果实抑制差减文库中获得一条香蕉乙醇脱氢酶基因片段,采用RACE技术获得其全长,命名为MaADH。MaADH的cDNA全长1140 bp,编码379个氨基酸。生物信息学分析该基因编码的蛋白分子量为40.7 kDa,等电点为7.09。保守结构域分析发现,该基因具有MDR保守结构域,包含22个NAD结合位点、11个底物结合位点和4个锌结合位点。系统进化树分析表明,MaADH与拟南芥和甘蓝亲缘关系较近。MaADH在盐胁迫和低温胁迫处理的香蕉苗中上调表达;在干旱胁迫下该基因是先上调表达,随后下调表达;在伤害胁迫下是先下调表达后上调表达,但变化不明显。研究说明,香蕉中的乙醇脱氢酶基因在香蕉适应盐、低温、干旱和伤害等逆境中发挥重要的作用。     

玉米小G蛋白ZmRab7基因克隆及其盐胁迫响应分析

为探讨小G蛋白在玉米盐胁迫响应中的作用,克隆玉米ZmRab7基因并对其生理功能进行初步分析。生物信息学分析表明,ZmRab7基因编码206个氨基酸,包含保守的G1-G5基序和C末端Cys位点;系统进化分析显示,玉米ZmRab7蛋白与同为单子叶植物的高粱SbRab7亲缘关系最近;ZmRab7蛋白在二级结构和三级结构上由4个α-螺旋和多个β-折叠、无规卷曲组成功能域,且与双子叶植物拟南芥AtRab7空间结构高度相似。进一步研究发现,ZmRab7主要在玉米的根及幼胚中表达;该基因启动子区含有4个GT1GMSCAM4和2个DRECRTCOREAT盐胁迫响应元件,高盐能够轻微抑制其表达;酵母生长试验证实,ZmRab7-pYES2转基因酵母表现出盐胁迫不耐受表型。这些结果说明,玉米ZmRab7基因编码1个响应盐胁迫的Rab类小G蛋白,为进一步详细阐明玉米中Rab类蛋白的生理功能奠定了基础。     

蝴蝶兰一个C3型PEPC基因的克隆及其低温胁迫下的表达分析

为研究蝴蝶兰对低温胁迫响应的分子调控机理,本研究采用RT-PCR及RACE的方法从蝴蝶兰叶片中克隆了一个C3型PEPC基因PhPEPC (登录号为:MK482383),该基因cDNA全长序列为3 448 bp,开放阅读框长度为2 898 bp,编码965个氨基酸;该蛋白包含一个PEPC酶结构域,具有2个PEPCase活性位点,86个磷酸化位点和7种motifs,为一酸性亲水性蛋白。系统进化分析显示,蝴蝶兰PhPEPC蛋白与兰科植物小兰屿蝴蝶兰、铁皮石斛、深圳拟兰等的PEPC蛋白亲缘关系最近。分析表明,PhPEPC基因在蝴蝶兰根中表达水平最高,在花器官中的表达水平次之,在叶和花梗中的表达水平最低;在13℃/8℃的昼/夜温度条件下,PhPEPC基因的表达水平先升高后降低,当恢复培养3 d时,该基因的表达水平又趋于升高。结果表明,蝴蝶兰PhPEPC基因参与了对低温胁迫的调控。本研究结果将有助于理解蝴蝶兰对低温胁迫的适应机制,并为蝴蝶兰新品种的遗传改良提供依据。     

茶树TLP基因家族的全基因组鉴定及表达分析

植物类甜蛋白(thaumatin-like protein, TLP)不止能参与宿主的多种发育进程还参与了胁迫反应。目前TLP已经在多种物种中被发现,但是对茶树中TLP家族基因的研究较少。本研究基于茶树基因组数据库筛选鉴定出43个茶树类甜蛋白基因,分别命名为CsTLP1～CsTLP43,对其基因结构、进化关系、染色体分布等进行分析,并基于其转录组数据进行了不同组织、PEG诱导的干旱胁迫和盐胁迫下的表达模式分析。结果表明：43个茶树TLP基因分别定位在11条染色体,其中14号染色体分布最多,包括8条基因家族成员,各染色体上基因分布不均;CsTLP的氨基酸数量为208～429 aa,分子量是22.33～46.41 kD,理论等电点(pl)为3.66～9.08,亲水性(GRAVY)介于-0.328～0.241,不稳定指数(Instability index)为19.65～59.93;基于TPIA中的转录组数据进行表达模式分析,分析结果显示,CsTLP基因在茎和嫩芽组织中表达水平较高;茶树在干旱胁迫、盐胁迫处理下不同的CsTLP基因存在差异表达,部分基因表达量上升明显,该结果说明在茶树生长发育...     

玉米转录因子NF-YB基因家族的生物信息学分析

为揭示玉米NF-YB基因家族的功能,本研究利用生物信息学手段,鉴定了玉米NF-YB基因家族,并系统的分析了该基因家族各蛋白的理化性质、基因的染色体定位、保守结构域、基因结构、系统进化、磷酸化位点、启动子和基因组织表达。结果表明:玉米基因组中含有21个NF-YB基因,所编码的蛋白质均位于细胞核,且不含有跨膜结构。这些基因不均匀地分布于玉米的9条染色体上,均含有高度保守的结构域CBFD_NFYB_HMF,系统进化分析将其分为3类。磷酸化位点分析表明,玉米NF-YB家族存在着大量的磷酸化位点。启动子分析表明,基因家族启动子区域均含有大量的逆境胁迫应答顺式作用元件。组织表达分析发现,至少有18个基因可以进行表达,其中有5个基因表现出组织特异性,不同基因在不同组织、不同时期的表达具有时序性。玉米NF-YB基因家族核心结构域的保守性、基因功能的分化、启动子序列中的大量逆境相关元件、基因表达的差异性,可能都是玉米更好调控自身生长发育和适应逆境的结果。研究结果为进一步解析玉米NF-YB基因家族的功能提供参考。     

山羊草谷胱甘肽S-转移酶基因家族鉴定及表达分析

谷胱甘肽S-转移酶是一种多功能蛋白酶,在植物体内参与干旱、盐、低温、重金属等多种非生物胁迫的调节;山羊草是普通小麦D染色体组的供体物种,深入挖掘山羊草中GST基因,对进一步分析六倍体小麦GST基因的功能具有重要意义。本研究利用信息生物学手段,在山羊草中共发现114条GST基因序列,分属于6个亚族;基因复制分析发现共4对基因发生了基因复制,且均为纯化选择;采用荧光定量PCR对部分GST基因在非生物胁迫下的表达分析发现,8个GST基因在响应干旱和盐胁迫时,主要在根部显著上调表达,3个GST基因在响应低温胁迫时,在根和叶中均显著上调表达,说明山羊草中的GST基因在应答非生物胁迫时,在不同组织中的表达存在着差异。     

水稻OsURGT2基因的克隆、表达及功能预测分析

植物细胞中核苷酸糖转运蛋白(NST)将胞质溶胶中的核苷酸单糖转运至高尔基体或内质网内,这对于植物细胞壁非纤维素多糖合成时单糖的供应至关重要。本研究从水稻中克隆了一个含有NST蛋白结构域的基因,命名为OsURGT2。对OsURGT2蛋白的理化性质、结构特点、基因启动子中的顺式作用元件及表达模式等进行了预测及分析。结果表明,水稻OsURGT2基因的全长编码序列为1 008 bp,编码335个氨基酸。OsURGT2蛋白为疏水性蛋白,含有9个跨膜结构域和多个磷酸化位点,与一个GDP-甘露糖转运蛋白的三级结构较相似。OsURGT2基因对高、低温和盐胁迫处理有较强的表达响应、受多种植物激素(赤霉素,水杨酸,茉莉酸甲酯)处理诱导表达。结果说明,OsURGT2极有可能编码一个具有某种核苷酸糖转运活性的蛋白,并可能在水稻生长发育过程中应答逆境方面发挥重要作用。     

漆树查尔酮合酶基因家族生物信息学分析

查尔酮合酶(CHS)是黄酮类化合物合成过程中的关键酶。为了进一步探索CHS基因家族在调控黄酮类物质合成中的功能,本研究对12个漆树CHS基因编码蛋白的理化性质、亚细胞定位、蛋白二级结构以及系统进化等方面进行初步生物信息学分析。保守结构域分析发现12个TvCHS基因均含有CHS-Like保守序列;12个TvCHS基因除了TvCHS10在叶中不表达和TvCHS11在根中不表达,其余10个基因在漆树根茎叶都有表达;12个CHS蛋白中有4个疏水蛋白、8个亲水蛋白。在系统进化分析中,漆树CHS基因家族12个基因被划分为两个组。信号肽预测分析发现12个TvCHS基因均为非分泌蛋白;磷酸化位点预测分析发现丝氨酸和苏氨酸磷酸化位点数量最多,络氨酸最少。本研究对漆树CHS基因家族进行鉴定和分析,为进一步研究漆树CHS基因家族的功能提供了一定的参考和依据。     

小麦bZIP家族转录因子的鉴定及其在盐胁迫条件下的表达分析

b ZIP (Basic region/leucine zipper motif)蛋白是真核生物中普遍存在的一类转录因子,对植物应答胁迫具有重要作用。为了鉴定bZIP家族转录因子基因是否参与小麦盐胁迫响应的调控过程,获得更多与盐胁迫相关的b ZIP转录因子,本研究以‘科农199’(KN199)为实验材料,利用Illumina HiSeq平台进行150 bp双端测序,从转录组水平检测了bZIP家族转录因子基因在小麦盐胁迫条件下的差异表达情况。结果显示,每个处理的生物学重复之间的相关系数都在0.97以上,说明本实验中样品重复性较好,在处理不同时间点样品间的差异非常显著。根据中国春(Chinese spring, CS)参考基因组筛选到的156个小麦bZIP家族转录因子中,有14个bZIP转录因子位于5B染色体上;经盐处理1 h后,鉴定出14 544个差异表达基因(DEGs),包括49个b ZIP转录因子基因;在处理6 h后,鉴定出25 546个DEGs,包括59个bZIP转录因子基因,并且b ZIP转录因子基因在两组样品之间有35个共同的DEGs,其中有25个基因上调表达,10个基因下调表达。小麦响应盐胁迫b ZIP转录因子基因进行聚类分析结果与基因表达差异的结果一致。研究发现不论是总的DEGs还是差异表达的bZIP转录因子基因的数目,均随着处理时间的延长而增加,推测这些基因可能参与调控小麦盐胁迫反应。     

火龙果响应盐旱胁迫转录组分析

盐旱胁迫是植物生长过程中的常见威胁,且两种逆境经常同时出现,对植物生长和发育造成极大伤害。生理学研究认为盐旱逆境都会导致细胞渗透压改变,造成膜损伤等,产生的表型及生理变化相似,但是针对盐旱胁迫在基因表达调控层面差异的研究还很少。本研究分别使用PEG-6000及NaCl处理7日龄火龙果(Hylocereus spp.)幼苗,通过转录组测序及生物信息分析研究盐旱胁迫下基因表达变化,发现两种逆境胁迫下部分基因的表达模式是相似的,存在共有的调控通路和信号,但是也发现有些基因响应方式在两种胁迫下完全相反,大部分差异表达基因完全不同,说明火龙果应对盐旱胁迫的基因表达调控存在不同和相似之处。本研究筛选出大量同时响应两种胁迫的基因,可为未来选育具广谱抗性的火龙果品种提供理论依据。     

大豆GmGLDH基因的克隆、表达及生物信息学分析

为了探究大豆L-半乳糖酸-1,4-内酯脱氢酶基因Gm GLDH-Glyma.02G166300 (以下简称GmGLDH)的功能,本研究采用同源克隆法获得大豆GmGLDH基因,开展了相关生物信息学分析,并对其非生物胁迫下表达模式进行调查。结果表明,GmGLDH基因包含一个长度为1 752 bp的ORF序列,编码584个氨基酸。GmGLDH蛋白为亲水性较强的蛋白;二级结构中以无规则卷曲和α螺旋结构为主;预测亚细胞定位GmGLDH主要分布在线粒体中,分析结果并未发现跨膜结构域和信号肽结构;该蛋白序列中存在磷酸化位点56个。进化分析表明,克隆的GmGLDH氨基酸序列与菜豆、苜蓿的同源关系较近。基因上游顺式调控元件分析表明该基因可能参与光应答、激素响应、高温响应等,但光处理下大豆子叶中Gm GLDH基因的表达变化不大,且和子叶中抗坏血酸含量无相关性;4种非生物胁迫处理下大豆叶片中Gm GLDH基因是先下调后上调表达,和抗坏血酸含量变化呈反相关。本研究为进一步研究GmGLDH基因在大豆抗逆中的作用提供了重要的帮助。     

黄梁木SAC磷酸酶蛋白家族的鉴定与分析

磷酸肌醇(PI)是多种细胞功能的重要调节剂,含有SAC (Suppressor of actin)结构域的磷酸肌醇磷酸酶参与PI合成,称为SAC磷酸酶,目前SAC磷酸酶在木本植物中研究较少,为了探究SAC磷酸酶对黄梁木的生长发育和抗逆性的影响,本研究利用生物信息学方法鉴定得到10个黄梁木SAC基因,并对其编码的蛋白进行系统进化和表达模式分析。结果显示,NcSACs蛋白序列长度为508～1 734 aa,NcSACs蛋白有4个显酸性和6个显碱性,且均为亲水性蛋白,其中包含4个稳定蛋白,NcSACs蛋白具有多个潜在磷酸化位点,可通过磷酸化位点调节NcSACs酶活性。10个NcSACs蛋白都具有保守的SAC结构域,且NcSACs蛋白可根据C端序列的差异性被分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3个亚型。系统进化分析也显示NcSACs分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3种亚型,且NcSAC8和NcSAC9与At SAC6和AtSAC7亲缘关系较近,推测具有相近的功能,在植物根系伸长以及盐胁迫抗逆方面具有重要意义。通过转录组测序技术,对NcSACs进行表达模式分析,结果表明,NcSACs家族基因的表达有组织特异性,其中NcSAC4在果实、...     

水曲柳(Fraxinus mandshurica)MYB5基因的克隆与表达模式分析

本研究以水曲柳为实验材料,克隆获得一条水曲柳MYB转录因子家族基因,命名为FmMYB5;运用生物信息学软件分析其理化性质、蛋白质结构和亲缘关系;通过荧光定量PCR检测FmMYB5基因在两种非生物胁迫以及五种激素诱导下的表达模式,并对Fm MYB5基因的时空表达特异性进行分析。结果表明,FmMYB5基因含有完整的开放阅读框,长度为840 bp,编码279个氨基酸;是稳定亲水性蛋白,不存在信号肽,不具备跨膜能力;是含四种构象的混合型蛋白,与樟子松、芝麻、丹参等物种亲缘关系近;FmMYB5基因对寒冷和盐两种非生物胁迫以及IAA、ABA、GA_3、JA和SA五种激素诱导都存在显著响应且都是正调控作用,Fm MYB5基因在根的表达量最高,Fm MYB5基因的表达量在八月份时达到峰值。说明寒冷和盐两种非生物胁迫以及IAA、ABA、GA_3、JA和SA五种激素诱导都参与调控FmMYB5基因的表达。本研究为MYB5基因对逆境胁迫的响应模式研究提供理论参考。     

百合LiP5CS、LiGDH和LiOAT基因克隆及表达分析

为探究百合脯氨酸生物合成途径中部分相关基因的功能及其对非生物胁迫的响应,本研究以百合‘西伯利亚’作为试验材料,克隆了3个脯氨酸生物合成相关基因:Δ¹-吡咯啉-5-羧酸合成酶基因(LiP5CS)、谷氨酸脱氢酶基因(LiGDH)和鸟氨酸氨基转移酶基因(LiOAT),分析其蛋白特性,并测定3个基因在百合不同组织、花不同发育时期以及失水和低温胁迫下的相对表达量和酶活性。结果表明,LiP5CS长度为1 068 bp,编码355个氨基酸残基;LiGDH长度为429 bp,编码142个氨基酸残基;LiOAT长度为870 bp,编码289个氨基酸残基。LiP5CS、LiGDH和LiOAT都含有特有保守motif,皆为脂溶性、亲水性的稳定蛋白,都具有磷酸化位点,3个蛋白在进化上具有一定保守性。表达分析发现,3个基因在百合鳞茎中的表达量最低,LiP5CS与LiOAT在根中的表达量最高,LiGDH在花中的表达量最高;在花蕾的不同发育时期中LiP5CS基因表达随发育呈下降趋势,而LiGDH与LiOAT表达呈升高趋势。在失水和低温胁迫下,LiP5CS、LiGDH和LiOAT的表达均被诱导升...     

烟草转录因子NtNAC080在非生物胁迫下的表达分析及功能鉴定

NAC作为植物特有的转录因子,广泛参与植物生长发育、衰老及胁迫响应等生物学过程。为探究烟草NtNAC080在非生物胁迫响应中的功能,利用qRT-PCR技术分析了不同胁迫处理下NtNAC080的表达模式,结果表明,NtNAC080的表达受干旱、高盐胁迫以及ABA、MeJA和SA激素的诱导;以NtNAC080基因的敲除突变体及野生型(K326)烟株为材料,分析敲除株系在高盐和干旱胁迫下抗逆表型。试验表明,与野生型相比,2个敲除株系的耐盐抗旱能力均明显增强;干旱和盐胁迫下敲除株系的抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性以及可溶性蛋白、脯氨酸含量显著高于野生型,而丙二醛含量显著低于野生型。相反地,异源表达NtNAC080的转基因拟南芥与野生型(Col-0)相比对盐和干旱的耐受性明显减弱。qRT-PCR分析发现在干旱和盐处理后胁迫相关基因(NtDREB1A、NtKAT2、NtNHX1等)在NtNAC080基因敲除株系中表达水平显著高于野生型。以上结果表明,NtNAC080在烟草的非生物胁迫响应中起负调控作用,这可能是通过调控抗氧化酶活性及胁迫相关基因的表达来实现的。     

水稻OsTPP3基因的克隆及生物信息学分析

海藻糖-6-磷酸磷酸酶(TPP)是海藻糖合成的关键酶,通过合成具有渗透能力的海藻糖增加植物在逆境中的存活能力。本研究通过克隆得到水稻OsTPP3基因并构建原核表达载体进行体外表达,对基因启动子顺式作用元件组成、表达模式和模拟蛋白三维结构等生物信息学分析,揭示OsTPP3基因在水稻抵抗逆境胁迫中的作用。结果显示,OsTPP3基因编码366个氨基酸,预测分子量39.99 kD,成功构建原核表达载体并体外表达。OsTPP3蛋白具有三个保守的基序构成酶活性位点,蛋白两个结构域之间是底物结合位点。OsTPP3基因的基因芯片结果显示在正常生长条件下各器官均检测到表达信号,是组成型表达基因。但在花和种子各器官中表达量明显较高;7 d幼苗经干旱和盐胁迫处理后,OsTPP3基因在根和芽中表现出表达量明显增加的特点。OsTPP3基因启动子组成元件预测基因表达模式与基因芯片表达情况一致。通过对OsTPP3基因表达模式的研究,发现其在生长发育和渗透性胁迫中发挥重要功能,可作为转基因遗传育种的备选基因。     

基于水稻幼穗盐胁迫响应转录组的MYB基因分析及耐盐基因挖掘

为探究幼穗盐胁迫下上调表达的OsMYB家族基因的生物学特性及其在响应盐胁迫中的功能,本研究利用水稻幼穗在不同时间盐胁迫处理的转录组数据,筛选到了17个表达上调的OsMYB基因。生物信息学分析结果表明：17个OsMYB分别位于9条水稻染色体上,且大部分OsMYB基因有1～2个内含子结构,共鉴定到了8个motif。motif 1基序存在于17个OsMYB蛋白中。15个OsMYB蛋白包含motif 2和motif 3基序,且motif 7仅存于6个OsMYB蛋白中。在17个OsMYB基因启动子区中鉴定了多个非生物胁迫响应元件,推测这17个OsMYB基因成员可能参与了植物响应某些胁迫的生物学过程,并且在植物胁迫响应过程中发挥了重要作用。表达分析结果表明：MH01g0044200、MH07g0422700、MH07g0545300这3个MYB的表达水平随着NaCl处理时间而上升,其余的14个OsMYB都在NaCl处理6 h后表达水平达到最高。MH01g0227400、MH04g0517900、MH05g0402100、MH05g0514400这几个MYB在NaCl处理24 h后的表达水平要明显低...