玉米响应渗透胁迫的数字基因表达谱分析

以玉米种质POB21为材料, 利用数字基因表达谱技术对15% PEG渗透胁迫处理后的玉米叶片cDNA文库进行差异基因表达谱分析。结果表明, 转录组基因序列与参考基因组高度一致, 基因表达呈现出高度不均一性和部分冗余性。从中筛选出1097个有效差异表达基因, 其中795个表达上调, 302个表达下调。GO功能显著性富集分析表明, 3种细胞组分和分子功能中的3种糖基转移酶活性表现为富集。KEGG代谢分析表明差异表达基因广泛涉及糖、蛋白、核酸和脂类等生物大分子代谢、次生代谢、激素代谢以及能量代谢过程。脯氨酸代谢相关基因的差异表达分析表明, 谷氨酸途径是胁迫诱导脯氨酸积累的主要方式。表达谱分析结果为玉米渗透胁迫响应分子机制的深入研究和功能基因的筛选奠定了基础。     

基于数字基因表达谱分析的茶树花不育基因挖掘

茶树每年都要开花结实,消耗大量的养分,导致茶树鲜叶产量减少和品质降低。了解茶树的不育机制有助于培育茶树不育品种。本研究以福鼎大白茶(父本)、佛香2号(母本)及其杂交后代(不育)茶树花为材料,利用数字基因表达谱技术对3个茶树花的c DNA文库进行差异基因表达谱分析。筛选出在父本花与子代不育花、母本花与子代不育花之间共有而在父本花与母本花之间没有的差异表达序列1219条,被认为是茶树不育性候选基因。GO功能显著性分析表明,这些基因功能中代谢过程、催化活性、水解酶活性表现为富集;KEGG代谢分析表明,差异表达基因涉及氨基酸、糖、次生代谢、植物信号传导途径以及能量代谢等过程。以植物激素信号转导通路分析发现,16个与生长素信号途径相关基因中,除5个ARF家族基因在子代不育花中上调表达外,其他的基因均下调,推测生长素信号转导是茶树花不育的重要因素。随机抽取5个基因进行实时荧光定量PCR验证,其结果与测序结果一致。本研究发现的不育候选基因可用于茶树花不育机制的深入研究和不育基因的筛选。     

AtDREB1A基因过量表达对马铃薯生长及抗非生物胁迫基因表达的影响

为明确AtDREB1A基因过量表达对马铃薯生长及基因表达的影响,以马铃薯品种陇薯3号(L3)及其AtDREB1A转基因株系T2为材料,采用盆栽试验,在马铃薯盛花期将盆土含水量控制为田间最大持水量(FWC)的45%~50%,观察转基因前后植株表型,并研究叶片MDA含量、RWC、SOD和POD活性及其基因表达的差异。结果表明,正常浇水条件下2个株系各指标差异不大。胁迫20d后,转基因植株T2的表型明显好于对照L3,且RWC显著高于L3;各株系叶片的MDA含量、SOD和POD活性均明显上升,但转基因植株MDA含量上升幅度较对照小,抗氧化保护酶SOD、POD活性升高幅度较对照大,说明转基因植株细胞膜损伤和膜脂过氧化程度较轻,植株的耐旱性明显提高。转录组测序及生物信息学分析发现,转基因材料T2相对于L3的差异表达基因共430个,其中上调表达基因287个,下调表达基因143个。功能注释和显著性富集结果表明,差异表达基因富集涉及GO功能分类体系中生物过程、细胞组分和分子功能3个大类别,且大部分集中在细胞内和膜上,主要涉及信号传导、氧化还原、生物调解、应激反应、发育过程、系统免疫过程、核酸和蛋白结合转录因子活性、转运活性及催化活性。其中抗非生物胁迫相关蛋白PPR、HSP、P450、MLO等家族的大量基因表达量发生较大变化,说明这些基因在转AtDREB1A基因马铃薯抵御干旱过程中发挥着非常重要的作用。本研究为进一步解析AtDREB1A基因提高马铃薯抗旱性的调控网络奠定了基础。     

小麦幼苗水分胁迫应答基因表达谱分析

利用抑制差减杂交技术,分别构建小麦幼苗在水分胁迫1 h、6 h、12 h、24 h和48 h条件下的cDNA文库,得到6 733条EST序列。通过对这些序列的组装、比对、注释和分类,初步构建了小麦不同水分胁迫条件下的应答基因表达谱,发现水分胁迫应答基因表达的时间特性及4种表达模式。在648个已知功能注释的uni-gene中,6.17%属转录因子类基因,2.16%为蛋白磷酸酶类基因,4.01%是蛋白激酶类基因,19.90%为避免损伤和修复蛋白类基因,2.0%为大分子保护因子类基因,9.11%为膜蛋白类基因,这些基因可能是抗旱相关的重要基因。     

外源褪黑素对低温胁迫下马铃薯幼苗抗氧化系统的影响

为了探究不同浓度外源褪黑素对冷驯化后低温胁迫下马铃薯幼苗生长的影响,以云南主栽马铃薯品种合作88为材料,采用人工模拟低温胁迫(4℃14 d,-2℃12 h)的方法,研究了不同外源褪黑素浓度(50,100,150μmol/L)对低温胁迫下马铃薯幼苗生长及活性氧代谢系统的影响,以探讨外源MT缓解低温胁迫对马铃薯幼苗伤害的可...     

低温胁迫下黄花苜蓿中15个JAZ相关基因表达模式分析

低温是限制苜蓿生长和产量的主要环境因素。黄花苜蓿抗低温能力强,是苜蓿育种中重要的抗性基因源。JAZ蛋白(Jasmonate ZIM Domain)作为茉莉素调控途径中的重要负调控因子,是消减茉莉素信号,实现作物生长与防御之间平衡的调节器。因此了解黄花苜蓿的抗低温能力具有重要的科学和生产意义。为此,本研究以呼伦贝尔黄花苜蓿(Medicago falcata cv. Hulunbeier)为试验材料,采用实时荧光定量PCR技术分析了转录组筛选出的15个JAZ基因在低温胁迫黄花苜蓿地上和地下组织中的表达模式。结果显示,这15个JAZ基因主要在黄花苜蓿地上组织中表达,在地上组织和地下组织中受低温胁迫12 h内上调表达,表明它们在调节黄花苜蓿低温耐受性的茉莉素信号中起着重要作用。研究结果有助于黄花苜蓿的抗低温候选基因的筛选,并为其研究耐低温分子机制提供依据。     

两个南方花生主栽品种荚果与叶片基因表达谱分析

利用高密度花生基因表达谱芯片比较遗传背景相似而在产量上存在显著差异的2个南方花生品种粤油7号和汕油523荚果与叶片的基因表达谱。结果表明,汕油523与粤油7号荚果差异表达基因高达1 383个,其中上调表达基因662个,下调表达基因721个。叶片中差异表达基因有647个,其中上调表达基因234个,下调表达基因413个。基因表达差异在10倍以上的上调和下调基因在荚果中分别有52个和105个,而在叶片中只有2个和5个。功能注释结果表明, 差异表达基因集中在细胞内和膜上,而其分子功能主要为结合和催化活性,主要参与代谢、细胞和生物调控等生物过程。在花生荚果和叶片中,还有近一半的差异表达基因的功能未知,表明这2个器官中还有大量的基因尚待发掘。为验证基因芯片数据的可靠性和重复性,选择4个差异表达基因进行实时定量PCR分析,其结果与芯片检测结果吻合。     

低温胁迫对大蒜生长、活性氧代谢及相关基因表达的影响

为探讨大蒜对低温胁迫的响应特性,本研究以‘乐都紫皮大蒜’为材料,分析了低温胁迫下大蒜地上部及根系的生长指标、氧化伤害物质丙二醛含量、脯氨酸含量、抗氧化酶活性及相应基因的动态变化特征。结果显示,低温胁迫抑制了大蒜幼苗的正常生长,且低温对地上部的影响显著强于地下部。与正常培养下的大蒜相比,低温处理加速了丙二醛的累积,促进了脯氨酸含量及抗氧化酶活性的显著增加,其中以提高抗氧化酶GR和POD的活性为主。在胁迫处理期间,抗氧化相关基因也参与了低温响应,其中低温处理9 d时AsPOD基因比对照显著高了745.16%,增幅最大,主成分载荷值最高。本研究表明,低温胁迫主要抑制了大蒜地上部的生长,大蒜脯氨酸含量、POD、GR酶活性及AsPOD基因表达量的显著增加与胁迫响应密切相关。本研究通过测定低温胁迫下大蒜幼苗的生理生化变化及相关基因的表达,分析大蒜对低温的响应模式,解析抗氧化系统调控大蒜抗逆的机制,为培育大蒜抗逆品种提供理论基础。     

植物响应低温胁迫转录组测序研究进展

低温胁迫是限制植物生长发育和地理分布最主要的环境因子之一,影响植物细胞膜系统、抗氧化系统、光合作用、次生代谢等诸多方面,对农业生产和发展有严重影响。因此,揭示作物在冷胁迫下的生理及分子机制是十分必要的,这有助于培育耐寒作物品种,从而减少生产损失,扩大作物种植面积,具有重要的生产价值和经济效益。目前,基于RNA-seq技术进行植物低温胁迫分子机制深度解析在拟南芥、水稻、油菜、茶树、小麦、烟草、高粱等重要作物上得到了发展应用。本研究综述了近年来植物在低温胁迫或低温适应过程中的转录组学研究现状,以期为高通量测序技术在植物抗性研究方面提供方法借鉴和理论基础。     

马铃薯StSnRK2.4基因的序列分析及其在非生物胁迫下的表达分析

SnRK2是植物特有的一种丝氨酸/苏氨酸类蛋白激酶,在ABA信号转导和植物抵御逆境中起着重要作用.为探究马铃薯SnRK2在非生物胁迫下的调控作用,本研究以'青薯9号'为试验材料,克隆得到一个SnRK2家族基因StSnRK2.4,利用PlantCARE、ExPASy、 Cell-PLoc 2.0等软件对其进行序列分析,并通过RT-qPCR技术分析该基因在低温胁迫(4℃)、干旱胁迫(10％ PEG-8000)以及NaC1胁迫(NaC1浓度为300 mmol/L)下的表达模式.结果 表明:StSnRK2.4基因的开放阅读框(ORF)为1083 bp,编码360个氨基酸.StSnRK2.4蛋白的相对分子质量为41.49103 kD,理论等电点(pI)为5.52,脂肪系数为80.69,为不稳定亲水蛋白;亚细胞主要定位于细胞核;与AMP活化蛋白激酶-γ调节亚基、非特异性蛋白-BZIP转录因子、蛋白酪氨酸及PP2C ABI2同源物等互作,可能参与植物MAPK信号通路和植物激素信号转导;与野生番茄、番茄亲缘关系最近.RT-qPCR分析表明,StSnRK2.4基因的相对表达量在低温胁迫(4℃)、干旱胁迫(10％ PEG-8000)以及NaC1胁迫(NaC1浓度为300 mmol/L)下均极显著上调,说明该基因受低温、干旱和盐胁迫诱导.StSnRK2.4基因的相对表达量在低温胁迫、干旱胁迫和NaCl胁迫0、3、6h以及在干旱胁迫和NaC1胁迫0、1、2d均呈上调-下调模式;StSnRK2.4基因的相对表达量在低温胁迫0、1、2d呈上调-上调模式,研究认为StSnRK2.4基因可能参与非生物胁迫及相关信号分子应答.     

高温胁迫下甜玉米雌穗发育基因差异表达谱分析

利用数字化基因表达谱技术, 对高温胁迫下优良甜玉米杂交种粤甜13雌穗发育相关基因的表达谱进行分析。结果表明, 在高温胁迫和适温下差异表达基因达949个, 其中有上调表达基因705个, 下调表达基因244个, 上调表达10倍以上的基因108个, 下调表达10倍以上的基因40个。对差异表达基因功能注释分析表明, 它们主要集中在细胞内组分和膜上, 主要具催化活性、结合活性、水解酶活性、氧化还原酶活性等, 参与代谢、细胞结构与功能、胁迫应答、物质运输和生物调节等生物学过程, 推测对雌穗发育过程中籽粒和果穗的形成具有重要作用。这些基因中有一半以上的基因功能未知, 下一步将对其开展克隆和功能方面的分析。     

水分胁迫条件下“洛旱2号”小麦根系的基因表达谱

为探讨小麦水分胁迫反应的分子调控机制,以抗旱小麦品种“洛旱2号”根系为材料,采用Affymetrix小麦基因芯片比较了20% PEG6000溶液处理后根系及对照的基因表达谱。结果表明,洛旱2号根系中受水分胁迫诱导而上调和下调表达的基因分别有3 743个(4 074个探针组)和4 573个(5 043个探针组),下调表达的基因远远多于上调表达的基因,其中上调2倍以上的1 593个(1 716个探针组),下调2倍以上的2 238个(2 451个探针组)。通过Affymetrix 的NetAffx Analysis Center查询和NCBI的BLASTX分析,差异表达2倍以上的基因中有619个已注释了功能,利用MIPS数据库将注释基因分为10类,包括生物代谢、逆境胁迫反应、细胞组分生成、蛋白合成、细胞信号交流、细胞运输、转录相关、细胞分裂和蛋白质加工等。差异表达16倍以上的基因中有32个已注释了功能,其中与逆境胁迫反应相关的基因16个,与生物代谢相关的基因5个。利用实时定量RT-PCR对8个代表性候选基因在水分胁迫条件下的差异表达特性分析表明,其结果和芯片杂交分析的结果基本一致。     

高温胁迫下杜鹃差异表达基因的cDNA-SCoT分析

杜鹃花为高山植物,大多不耐高温,严重制约了杜鹃花的迁地保护与园林应用,故有必要探讨杜鹃花属植物在高温逆境下的耐热机理.本研究以2年生的'胭脂蜜'(Rododendron'Yanzhimi')和'江南春早'(R.'Jiangnanchunzao')为材料,进行高温(42 ℃/30 °C)处理,在处理后2、4、8、12及2...     

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。     

甜菜磷脂酰肌醇转运蛋白基因SbSEC14的克隆及低温胁迫下的表达分析

磷脂酰肌醇转运蛋白(PITPs)广泛存在于真核生物细胞中,能够在体外膜脂质双层之间调控磷脂酰肌醇(PtdIns)或者磷脂酰胆碱(PtdCho)单体的独立转运。参与磷酸肌醇代谢、膜运输、极性生长、信号转导、逆境胁迫、胞浆运动和细胞周期调节等多种重要的生命过程,在植物的逆境响应以及发育调节中具有重要的作用。为了研究甜菜磷脂酰肌醇转运蛋白基因及其在低温胁迫下的表达情况。本研究以甜菜基因组数据库中一条预测的磷脂酰肌醇转运蛋白基因CRS1为模板,用基因克隆的方法得到一条全长765 bp,开放阅读框596 bp,编码198个氨基酸的甜菜SEC14基因,命名为SbSEC14。理化性质分析表明,该蛋白质为不稳定亲水蛋白;蛋白质二、三级结构分析表明,该蛋白质α-螺旋所占的比例最高,为47.47%,β-转角所占比例最低,为5.56%;蛋白质保守结构分析表明,该蛋白质有典型的SEC14结构域;蛋白质系统进化树分析表明,甜菜SbSEC14基因与菠菜、藜麦的磷脂酰肌醇运转蛋白基因亲缘关系最近;实时荧光定量结果表明,SbSEC14基因在甜菜中组成型表达,在甜菜叶中的表达量最高,在甜菜根中的表达量最低,在叶中表达量约为根中的2.5倍。甜菜幼苗4℃处理0、2、6、12、24 h,该基因在植株处理0~2 h时表达量呈上升趋势,在植株处理2~6 h时表达量呈下降趋势,在植株处理6~24 h时表达量趋于平稳状态。因此,预测该基因与甜菜抗低温胁迫相关。