棉花茎端发育长链非编码RNA的鉴定及功能预测

长链非编码RNA(Long non-codingRNA,lncRNA)是一类长度在200 nt以上的非编码RNA。它不具备蛋白质编码功能,但在生物体中以RNA分子的形式参与众多生物过程。利用实验室前期获得的陆地棉茎尖转录组数据,鉴定了8044条lncRNA,其中3691条分布于At亚组,2852条分布于Dt亚组;通过基因组共定位、碱基互补配对等生物信息学方法对其中2227条lncRNA进行功能注释,其中1875条位于编码基因上下游,可能通过与编码基因的顺式作用元件或3’UTR区结合,在转录或者转录后水平调控基因表达;317条反义lncRNA与正义链的mRNA存在互作,通过碱基互补配对调控基因沉默、转录及mRNA的稳定性;20条lncRNA预测为microRNA的前体;5条lncRNA注释到4个lncRNA家族。功能注释表明,这些lncRNA主要参与转录调节、代谢、激素应答和信号转导等生物过程。本研究为充分利用高通量测序数据研究棉花lncRNA提供了新思路。     

参与胡杨异形叶发生的长非编码RNA筛选、鉴定和功能分析

长非编码RNA(long non-coding RNA,lnc RNA)是真核生物中广泛存在的一类转录本超过200 nt不编码蛋白质的RNA,参与干细胞维持、胚胎发育、细胞分化、细胞生长、细胞凋亡、代谢、信号传导以及免疫应答等生理或病理过程的调控。本研究结合植物基因组特点以及高通量RNA测序数据,采用生物信息学手段建立并优化了一套植物lnc RNA筛选和鉴定的方法。利用此方法在胡杨异形叶发生的138 845个RNA-Seq测序数据中,筛选并鉴定了2 448个参与胡杨异形叶发生的lnc RNA,并进一步对其功能进行预测和分析,为研究胡杨异形叶生长发育特性及最终揭示叶形发育的分子机制提供资料和理论帮助。     

基于高通量测序的植物ceRNA分析策略和应用进展

microRNA (miRNA)是一类长度约19~24 nt的非编码单链小RNA,通过种子序列与靶基因的3'-UTR互补,降解靶基因或抑制其翻译,从而在转录后水平调控靶基因的表达。miRNA广泛存在植物基因组中,参与调控生长发育、细胞维持和分化、信号转导以及逆境胁迫应答等多个生物过程。竞争性内源RNA(ceRNA, competing endogenous RNA)是指具有相同mi RNA反应元件(MRE, miRNA response element)的RNA转录本,能够竞争性结合miRNA,解除其对靶基因的抑制,进而形成复杂的ceRNA调控网络。随着深度测序技术和生物信息学方法在植物学研究领域的广泛应用,植物ceRNA的鉴定速度不断提高。然而由于miRNA与ceRNA结合模式尚不明确以及调控网络的复杂性,植物ceRNA的研究仍处于起步阶段,经实验证实的ceRNA调控关系数量有限。本综述就植物ceRNA的生物信息学预测、实验验证及研究进展进行了全面的阐述。首先,总结了基于RNA-Seq的ceRNA分析流程和常用生物信息学资源。其次,从ceRNA表达特征、调控关系和生物功能三个方面介绍了当前常用的实验验证技术。最后,对近年来植物ceRNA领域国内外的重要进展进行了概述,并展望了今后植物ceRNA的研究前景和拟解决的科学问题,以期为深入了解ceRNA在植物中的调控机制提供参考方法和理论依据。     

烟草NtAGO4及NtAGO6基因的鉴定及其特征分析

DNA甲基化是一种重要的遗传修饰现象,植物中DNA甲基化主要是通过RNA介导的甲基化路径(RNA direct DNA methylation,Rd DM)而建立。其中ARGONAUTE 4(AGO4)和ARGONAUTE 6(AGO6)基因是该路径中重要的功能基因,它们能够结合24 nt的si RNA,目前烟草(Nicotiana tabacum L)中尚无这2个基因的报道。本文根据拟南芥(Arabidopsis thaliana)At AGO4及At AGO6的蛋白序列,通过同源比对烟草基因组数据库鉴定出烟草7个Nt AGO4及2个Nt AGO6候选基因。根据烟草基因组测序和转录组测序数据,预测了烟草Nt AGO4及Nt AGO6基因结构,结果表明候选基因具有相似的基因结构,均具有PIWI保守结构域。采用MEGA 6.0软件构建进化树,发现栽培烟草具有Nt AGO4及Nt AGO6候选基因。目前关于烟草基因信息的研究比较少,本研究丰富了对烟草AGO4及AGO6基因的认识。     

陆地棉无绒突变体miRNA的鉴定及其靶标基因分析

【目的】棉花纤维突起影响纤维的产量和品质,挖掘纤维起始相关的小RNA及其靶基因对于研究纤维起始机制至关重要。【方法】本研究以新乡小吉的野生型(Wild type,WT)及其无绒有絮突变体(Fuzzless mutant,FLM)开花当天的胚珠为材料,构建6个小RNA文库并进行高通量测序,以陆地棉(Gossypium hirsutum L.)基因组序列作为参考。【结果】共发现459个mi RNA,包括301个保守的mi RNA和158个新mi RNA。共得到13个差异表达的mi RNA,预测并分析了它们的靶基因。通过对靶基因的生物信息学分析结果显示,预测的这些靶基因侧重于编码HD-ZIP (Homeodomain-leucine zipper)、GRAS (Gibberellic acid insensitive,Repressor of GAI,Scarecrow)、AP2 (APETALA2)家族的转录因子,功能集中在转录和转录后调控阶段。对靶基因进行Gene Ontology (GO)注释发现,它们参与细胞分化、花药发育、花器官发育等生物学过程。随机选出4个mi RNA进行荧光定量PCR验证,结果证实了测序数据的可靠性。【结论】mi RNA通过负调控靶标转录因子和激素相关基因来影响纤维细胞的起始发育。     

向日葵保守性microRNA的预测与分析

microRNA是一类非编码的小分子RNA,通过与靶mRNA的互补来抑制靶mRNA的翻译或者降解靶mRNA,从而在转录后水平对基因表达发挥调控作用。为了快速挖掘向日葵microRNA及其靶基因的相关信息,根据microRNA序列及其前体结构的保守性,在向日葵核酸数据库中预测并分析了向日葵microRNA及其靶基因。经过筛选最终获得了7个向日葵microRNA,其成熟microRNA的长度为18~21nt,前体长度为72~148nt,最小折叠自由能系数为0.90~1.19。获得了向日葵mi-croRNA的靶基因16条,这些靶基因参与了转录调控、营养阶段转换调控、种子萌发调控、花发育调控、信号传递以及环境刺激的响应等过程。     

玉米SBP转录因子全基因组鉴定与功能分析

SBP基因家族是一类植物基因组特有的转录因子,参与植物生长发育及多种生理生化过程。近来,大量研究已在多种植物中鉴定出SBP转录因子,但关于玉米(Zea mays L.) SBP转录因子家族的系统分析报道尚少。本研究通过对拟南芥、水稻等植物已知的转录因子与玉米基因组数据比对,并设置一系列严格的筛选标准从玉米基因组中挖掘SBP转录因子,系统发育分析显示单子叶植物玉米和水稻的SBP基因保守性更强、亲缘关系更近;共鉴定37个SBP基因,分布在9条染色体上;通过基因分析注释以及启动子功能预测,进一步发现SBP家族基因参与植物生长发育、形态建成、逆境胁迫响应、花器官发育以及植物光反应等过程。并且,玉米SBP转录因子可通过参与赤霉素、生长素、脱落酸、水杨酸等多条激素信号调控途径来调节植物的生长发育。     

RNA干扰及其在植物研究中的应用

RNA干扰（RNA interference, RNAi）是双链RNA诱导的转录后基因沉默。RANi在生物体内普遍存在,且高度保守,被生物学家誉为生物体在基因组水平上的免疫系统。随着RNAi机制研究的不断深入,RNA干扰作为一种高效的、序列特异的基因沉默,可在植物基因功能分析、农作物基因组改良和植物抗病毒研究等方面发挥重要作用。     

萝卜叶绿体及线粒体基因组测序与组装

为从分子水平上探讨萝卜雄性不育机理及育性恢复关系,本研究对4个萝卜雄性不育系及1个雄性不育保持系材料进行了线粒体及叶绿体的基因组测序、组装。测序采用PE90策略,获得Cleandata 1.2 G。通过数据过滤、计算测序深度及Kmer频度分析,确定了组装的mer值及覆盖度参数。我们先用Cleandata组装叶绿体基因组,再用过滤的数据组装线粒体基因组,最后利用Sanger测序填补Gap得到各基因组全长。结果表明参试样品萝卜叶绿体基因组长度在153 352~153 445 bp之间,线粒体基因组长度在239 696~258 853 bp之间,均包括1个LSC,1个SSC及1对反向重复序列。基因注释结果表明叶绿体基因组编码了87个蛋白基因、20个t RNA基因及4个r RNA基因,线粒体基因组则编码了82个蛋白基因,17个t RNA基因及3个r RNA基因。     

工业酿酒酵母PGK启动子的克隆与功能分析

为了获得适用于构建工业酿酒酵母整合型表达载体的组成型启动子,以工业酿酒酵母南阳K基因组DNA为模板,采用PCR方法扩增得到了磷酸甘油酸激酶基因起始密码前的启动子片段2个,其中长片段781 bp,命名为PGK1（GenBank Acession No. FJ415226）。NCBI Blast软件分析结果表明,PGK1核苷酸序列与酿酒酵母染色体Ⅲ上PGK启动子（GenBank Acession No. X59720）相似性为99%,序列中含有基因表达所需的基本调控元件TATA-box和CAAT-box等。功能分析表明PGK1能驱动整合在工业酿酒酵母基因组上的外源基因葡萄糖淀粉酶基因的表达。综上表明成功克隆得到PGK1启动子,为工业酿酒酵母表达载体的构建奠定了基础。     

李矮缩病毒外壳蛋白基因克隆及原核表达研究

为制备李矮缩病毒(Prunus dwarf virus, PDV)抗血清,克隆PDV外壳蛋白(CP)基因,构建原核表达载体,优化蛋白表达条件。以阳性感病甜樱桃叶片为试验材料,提取总RNA,根据PDV CP基因(L28145.1)设计特异引物,RT-PCR方法扩增,克隆、测序,构建原核表达载体pET30a-PDVCP,在大肠杆菌BL21(DE3)菌株表达。PDV CP基因（Genbank登录号：JF333587.1）全长657 bp,编码217个氨基酸,与GenBank其他PDV分离物CP基因核苷酸序列的同源性为89.2%~93.9%,推导的氨基酸序列同源性为97%~99%。根据完整CP基因核苷酸序列构建系统进化树显示：12个PDV分离物可分为3组,泰安分离物与巴西、土耳其等分离物属于Ⅰ组。成功构建原核表达载体pET30a-PDVCP,并在体外条件下诱导表达出融合蛋白。转pET30a-PDVCP载体的大肠杆菌BL21（DE3）菌株表达分子量约24 kDa的重组蛋白。该重组蛋白在30℃,1.0 mmol/L IPTG、诱导4 h表达量最大。     

甜菜夜蛾非典型嗅觉受体基因OR2的组织特异性和时空表达

本研究采用反转录多聚酶链式反应（RT-PCR）和实时定量PCR（Real-time quantitative PCR）技术对甜菜夜蛾Spodoptera exigua (Hübner)成虫不同羽化时期,不同部位组织内的非典型嗅觉受体OR2（SexiOR2）的组织表达谱和时空表达量进行了研究。结果表明,SexiOR2在甜菜夜蛾成虫的雌、雄蛾触角和喙内均表达。羽化后36 h的雄虫触角中的SexiOR2表达量最大,约为同期雌虫的5.5倍。SexiOR2在雌、雄虫喙内表达量极低,其他组织中均未发现表达。本研究明确了甜菜夜蛾非典型嗅觉受体OR2在不同性别、羽化时期和组织的表达情况。     

恶疫霉实时定量RT-PCR分析中内参基因的选择

为选择合适的内参基因用于分析植物病原卵菌恶疫霉(Phytophthora cactorum)的基因表达情况,本研究利用实时定量RT-PCR分析持家基因Ubc、Tub-b、WS21和WS41在恶疫霉生长发育阶段和侵染草莓阶段的表达差异,并利用软件geNorm、NormFinder和BestKeeper比较其表达稳定性。结果表明：基于公共数据库序列和其他疫霉菌同源序列设计的持家基因引物在恶疫霉中具有良好的扩增效率、反应有效性和特异性。通过分析,发现在恶疫霉的不同生长发育阶段（菌丝生长、游动孢子囊、游动孢子和休止孢萌发）和侵染草莓阶段（接种后3、5、7天）,表现最为稳定的是Ubc基因。当使用多个内参基因时,Ubc和WS41是最适合校正恶疫霉基因表达数据的内参基因组合。本研究结果为利用实时定量RT-PCR准确分析恶疫霉基因相对表达量提供了重要的内参基因,也为其他疫霉菌的基因表达研究提供了有价值的参考。     

猪传染性胃肠炎病毒S基因A抗原位点的克隆及原核表达载体的构建

【研究目的】对猪传染性胃肠炎病毒S基因A抗原位点进行克隆和原核表达载体的构建。【方法】参考GenBank上公布的TGEV S基因A抗原位点序列,应用Primer6.0设计一对含酶切位点的引物,用于RT-PCR扩增A抗原位点目的片段,将扩增产物连接于paesy-T克隆载体上构建克隆载体,用EcoR I和Xhol I对表达载体PET-32a（+）和重组质粒进行酶切,将酶切产物亚克隆至PET-32a（+）多克隆位点上,连接、转化至BL21(DE3),构建A位点的原核表达载体,并对阳性重组质粒进行酶切、PCR和测序鉴定。【结果】所扩增的目的片段的大小为534bp,与原核表达载体连接后,经核苷酸及推导的氨基酸序列分析表明,该基因与其它猪传染性胃肠炎病毒相应基因具有很高的同源性,说明成功地构建了TGEV S 基因A抗原位点的原核表达载体。【结论】TGEV S 基因A抗原位点原核表达载体的成功构建,填补了中国国内单独针对此位点进行研究的空白,也为TGEV诊断方法的建立提供良好的技术基础。     

PPARγ基因在荷斯坦公牛不同组织部位表达差异性研究

为研究P以脚基因在荷斯坦公牛组织及月龄间的相对表达差异性。运用实时荧光定量PCR法检测了PPARy基因在15和17月龄荷斯坦公牛脂肪组织（背部脂肪、腰部脂肪、肾周脂肪、肠系膜脂肪）和肌肉组织（背最长肌和半腱肌）间的相对表达差异性。结果表明：PPARY基因的表达在荷斯坦公牛不同月龄问没有发现差异性,而组织间差异表达分析表明：肠系膜脂肪、肾周脂肪和腰部脂肪的相对表达量显著高于背最长肌和半腱肌（P〈0．05）;肠系膜脂肪和肾周脂肪相对表达量显著高于背部脂肪俨〈0．05）。由此可见,PPARY基因在荷斯坦公牛不同部位脂肪组织和肌肉组织中均有表达且部位不同表达不同,存在部位差异性。     

斑蝥素对草地贪夜蛾卵巢细胞凋亡基因PP2A表达的影响

用实时荧光定量PCR技术对草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda卵巢组织细胞蛋白磷酸酶2A (protein phosphatase 2A,PP2A)基因表达进行分析以研究斑蝥素对其表达的影响。结果表明,PP2A相对表达量与斑蝥素浓度存在不显著的负相关性,斑蝥素各浓度下PP2A相对表达量差异都不显著(P＜0.05),处理24 h后对照的极显著高于用斑蝥素处理的(P＜0.01)。在相同斑蝥素浓度下,除25μg/mL外其他浓度处理24 h后PP2A相对定量显著高于6 h的(P＜0.05)。研究结果说明,斑蝥素处理对卵巢细胞内的PP2A基因相对表达量有一定的影响,且与斑蝥素的浓度和处理时间有一定关系。     

绿色棉纤维类黄酮3',5'羟基化酶基因GhF3'5'H的克隆及实时定量表达分析

以发育18 d的天然绿色棉及其近等基因系白色棉纤维细胞为材料,利用cDNA-AFLP结合cDNA末端快速扩增技术,克隆了1个绿色棉纤维优势表达基因的全长cDNA。序列分析结果表明,该cDNA全长1873bp,含有一个编码509个氨基酸残基的开放阅读框。Blast分析表明,该基因的编码产物为一个类黄酮3',5'羟基化酶,将该基因命名为GhF3'5'H,序列提交到GenBank,登录号为GU062184。实时荧光定量PCR检测结果显示:GhF3'5'H在绿色棉不同组织中的表达量均显著高于其近等基因系白色棉,而且主要在纤维细胞中表达。在纤维发育过程中,GhF3'5'H在纤维发育的早期表达量最高,并随纤维发育逐渐降低。推测该基因可能在绿色棉纤维色素前体物质的形成中发挥作用。     

牡丹类psDHN-YSK2基因全长cDNA的克隆与表达分析

为了获得牡丹类脱水素基因的全长cDNA序列,推测其在休眠解除进程中的生物学功能,以不同低温处理时间的牡丹花芽为供试材料,末端快速扩增方法克隆全长cDNA序列,实时定量PCR分析其表达模式。结果表明牡丹类脱水素基因全长cDNA序列为1187 bp,包括831 bp的开放阅读框,114 bp的5’非编码区和242 bp的3’非编码区。其编码的蛋白具有两个植物脱水素蛋白特征性K片段,根据Close的分类方法,属于YSK2类脱水素蛋白。系统发生分析表明psDHN-YSK2基因与葡萄亲缘关系最近。在花芽内休眠解除前期随着低温处理时间的延长psDHN-YSK2表达呈上调趋势。本研究克隆了牡丹psDHN-YSK2的全长cDNA序列,分析了其在花芽内休眠解除过程的表达趋势,暗示了其参与了牡丹花芽的内休眠过程。     

炎热气候条件下母猪妊娠后期不同组织中GRα mRNA的表达规律研究

本研究主要揭示炎热气候条件下母猪妊娠后期各组织器官GRαmRNA的表达规律,以期为GRα在母猪的热应激环境下的分子生理机制研究提供参考。试验选用12头妊娠母猪,根据妊娠日龄不同分为2组,每组6头,分别是妊娠90、110天。按照常规方法屠宰母猪,迅速采集脑、卵巢、心脏、肝脏、脾脏、肺脏和肾脏,液氮速冻后-80℃保存,提取RNA,反转录,利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）方法检测各组织中GRαmRNA的相对表达量。结果显示：妊娠90天和110天时,GRα的mRNA表达丰度依次分别表现为：90天丰度,肺脏〉脾脏〉肝脏〉肾脏〉脑〉卵巢〉心脏;110天丰度,脾脏〉肺脏〉肝脏〉肾脏〉卵巢〉心脏〉脑。其次,妊娠110天与90天相比,GRαmRNA的相对表达量除了在肺脏和脑中极显著降低（P〈0.01）,在肝脏中显著降低之外（P〈0.05）,其他组织则未表现出显著性变化（P〉0.05）。结果表明：炎热气候条件下,母猪体内GRαmRNA优先在肺脏和脾脏中表达,其次是肝脏和肾脏,在脑、卵巢和心脏中的表达量最低,这种变化随妊娠时间延长更为明显,但同时表现出较明显的组织特异性。