陆地棉MADS-box家族基因鉴定及组织特异性表达分析

【目的】MADS-box蛋白是1种重要的转录因子,参与调控棉花生长发育进程。鉴定分析陆地棉MADS-box家族基因,可为研究其生物学功能奠定基础。【方法】基于2019年最新组装的陆地棉TM-1参考基因组,通过HMMER 3.0软件鉴定陆地棉TypeⅠ型及MIKC型MADS-box基因。利用MapInspect、MEGA7.0、MEME和TBtools软件以及omicshare网站进行染色体定位、多序列比对聚类分析、Motif预测、基因结构鉴定以及组织特异性表达分析。【结果】从全基因组水平上鉴定出181个陆地棉MADS-box基因(66个TypeⅠ型和115个MIKC型),染色体定位发现该181个基因在陆地棉26条染色体上均有分布,其中A组染色体上分布有78个基因、D组上分布有103个基因。系统进化分析显示TypeⅠ型MADS-box蛋白有3个亚家族,MIKC型蛋白包括MIKC*型和含有10个亚家族的MIKCC型;motif预测结果显示所有MADS-box蛋白均含有MADS结构域,基因结构分析结果显示,外显子、内含子结构和长度在各亚家族内具有同一性;组织特异性表达分析发现MADS-box...     

丹参BZR基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析

油菜素内酯(brassinosteroid, BR)是一类植物类固醇激素,除了具有生长调节作用外,还具有抗逆功能。BZR (BRASSINAZOLE-RESISTANT)转录因子是油菜素内酯信号转导途径中的调节剂,对植物生长和抵抗环境刺激起着至关重要的作用。本研究对丹参(Salvia miltiorrhiza Bunge) BZR成员的全基因组进行鉴定,鉴定得到6个成员。通过一系列生物信息学分析对它们的基因结构、进化关系、保守基序、顺式作用元件和茉莉酸甲酯胁迫的转录表达情况等进行了表征。基因结构分析表明同一亚类中各成员的基因结构特征相似;通过系统进化分析,将6个丹参BZR基因被分为两类;保守基序分析表明SmBZR蛋白的N末端均含有BZR基因家族的特征性序列;顺式作用元件分析表明SmBZR基因的上游序列含有丰富的与光响应、逆境胁迫响应,植物激素响应和生长发育相关的元件;基于已发表的转录组数据对丹参BZR基因的表达情况分析表明它们可能受茉莉酸甲酯调控。本研究为深入了解丹参BZR基因家族提供了一定的参考价值。     

花生AOC基因家族的鉴定和表达分析

茉莉酸(jasmonic acid, JA)已被认定为新型植物激素,广泛参与植物的生长发育和胁迫响应等过程,丙二烯氧化物环化酶(AOC)是茉莉酸合成途径中的关键酶。为探明花生基因组中AOC基因信息及表达特征,本研究利用生物信息学方法鉴定了花生AOC基因家族,并分析其理化性质、系统进化树、染色体分布、结构特征以及在22个不同组织中和胁迫下的表达模式。结果表明,花生栽培种含有9个AOC基因,野生种各含有4个AOC基因。这些基因不均匀分布在不同染色体的两端,进化树分析显示17个基因聚为4组,且同组基因具有相似的基因结构、外显子数量、基序数量、类型和顺序,但与拟南芥和水稻经历了不同的进化过程。表达分析表明,AOC基因在22个组织中均有表达,在根、雌蕊、果壳中显著高于其他组织,AdAOC3和AiAOC1可被盐处理和干旱处理高度诱导表达,AhAOC在根中表达量高于茎和叶片且被干旱处理高度诱导表达。本研究为进一步探讨花生AOC基因的功能奠定了基础。     

玉米HD-ZIP I亚家族基因鉴定及表达分析

转录因子是植物响应逆境胁迫的重要调节因子,在其整个生长发育过程中发挥着重要的作用。HD-ZIP家族蛋白是植物中特有的一大类转录因子,包含4个亚家族(HD-ZIP I～IV),其中HD-ZIP I亚家族成员主要参与干旱、渗透压等极端环境和ABA及乙烯等激素处理的响应过程。本文采用隐马可夫模型(HMM)在玉米参考基因组中鉴定到17个HD-ZIP I亚家族成员,这些基因不均匀分布于玉米6条染色体上,与水稻的亲缘关系要近于拟南芥。玉米HDZIP I亚家族基因在玉米7种组织中表现出多种表达模式,具有明显的组织表达特异性。另外, HD-ZIP I亚家族基因对高盐、淹水及冷害等不同的逆境胁迫处理呈现出不同的响应模式及响应程度差异。5种不同激素处理后,玉米HD-ZIP I亚家族基因也表现出复杂的响应模式。这些结果为进一步解析玉米HD-ZIP I亚家族基因的生物学功能和作用机理提供了一定的参考价值。     

谷子SiHd3a基因的克隆及表达分析

分析谷子成花素基因(Hd3a)在不同光周期条件下的表达规律,旨在揭示成花素基因在光周期调控谷子开花过程中扮演的角色。首先利用生物信息学方法获得位于谷子4号染色体的成花素基因序列(Seita.4G067600),命名为SiHd3a,然后根据基因序列设计1对特异引物,提取谷子农家种黄毛谷总RNA,利用RT-PCR技术克隆得到黄毛谷SiHd3a基因cDNA序列,其长度为792 bp,包含一个537 bp的CDS区,编码178个氨基酸;预测SiHd3a蛋白的分子质量为19.74 ku,等电点为6.82,初步判断其为亲水蛋白;蛋白质的二级结构中无规则卷曲所占比例最高(43.26%),其次为延伸链(β-折叠,29.21%)、α螺旋(16.29%)、β转角(11.24%);亚细胞定位分析发现,SiHd3a蛋白定位在细胞质和细胞间质;基于Hd3a蛋白序列进化分析发现,谷子与野生黍、玉米、高粱之间的亲缘关系比较近,聚在一组,而与水稻亲缘关系较远。半定量PCR发现,SiHd3a基因在短日照条件下表现为昼夜节律性表达,在早晨6:00、中午12:00各有1个表达峰,而在长日照条件下基因24 h内表现稳定表达水...     

空心菜WRKY基因家族成员鉴定与表达分析

为了更好地了解植物特有的WRKY转录因子在调控空心菜(Ipomoea aquatica)花青素生物合成途径中的作用,利用课题组前期发表的高质量基因组数据,对空心菜WRKY基因家族成员(IaWRKY)进行了全基因组鉴定与表达分析。结果显示,空心菜拥有82个IaWRKY基因。其中,80个IaWRKY基因可以分为3组(Ⅰ组,Ⅱ组和Ⅲ组)。另有2个IaWRKY基因(IaWRKY10和IaWRKY75)没有与拟南芥WRKY基因(AtWRKY75)聚类在一起。此外,Ⅱ组可以进一步分为5个亚组。motif分析显示,同一亚组的IaWRKY蛋白具有相似的motif分布模式。基因结构分析显示,大多数IaWRKY基因拥有3个外显子。染色体定位分析显示,IaⅢWRKY基因不均匀分布在15条染色体和4条Scaffold上。启动子序列分析显示,IaWRKY基因具有多种顺式作用元件。RNA-seq与RT-qPCR结果分析显示,IaWRKY26基因在紫色茎秆空心菜中的转录本丰度是绿色茎秆空心菜中的30倍以上。本研究为探索植物花青素合成机理提供了重要的基因资源。     

谷子miR169家族及其靶基因的鉴定与功能分析

microRNA广泛参与植物中多个生长发育过程,miR169家族是最保守的miRNA家族之一。对谷子miR169（sit-miR169）家族进行生物信息学分析,包括染色体分布、系统进化、碱基保守性、二级结构和sit-miR169及其靶基因的表达。鉴定了15个sit-miR169,分布于7条染色体上。系统进化分析显示,sit-miR169家族前体sit-MIR169大致可以分为2簇,部分sit-MIR169成员与水稻osa-MIR169家族成员亲缘关系较近。sit-miR169的前体均可形成稳定的二级茎环结构,成熟体均产生于前体的5′端臂上,且成熟序列的碱基保守性很强。sit-miR169在花、叶和根中均有表达,具有明显组织表达特异性。sit-miR169的靶基因主要是NF-YA转录因子基因,此外还有L型凝集素类受体蛋白激酶、ω-6脂肪酸去饱和酶、转运蛋白Sec1a、SDG40蛋白、环指跨膜蛋白和核糖体大亚基假尿苷合酶SVR1基因等。miR169通过调控靶基因,尤其是NF-YA的表达量来影响植物的生长发育和对环境的应答。谷子NF-YA基因主要在根和穗中表达,表现出明显的组织表达特异性。此外,sit-miR169靶基因的表达受环境诱导,如干旱条件能进一步诱导Seita.9G521100基因在根中的表达。     

谷子TCP基因家族成员序列特征及表达模式分析

为深入解析谷子TCP基因家族的功能,通过生物信息学方法对谷子TCP转录因子家族基因成员序列特征、基因结构、染色体定位、系统进化关系及表达模式进行分析。结果表明:除第8染色体之外,从谷子基因组上其余8条染色体中共鉴定出26个TCP家族成员,并根据其在染色体的顺序和位置先后进行命名,其中分布在第3和第5染色体上的TCP家族成员数量最多,高达5个。不同家族成员其编码的氨基酸残基数目具有明显差异,范围为95 aa^451 aa。其中SiTCP21基因编码氨基酸残基数目最少为95个氨基酸;而SiTCP15最多为451个氨基酸残基。26个TCP家族成员的蛋白结构中均含有bHLH保守结构域。基因表达分析结果表明,31%的成员在穗中的表达量明显高于其他组织,因此推测该基因家族可能对谷子穗部生长发育的调控起关键作用。本研究对深入研究Si TCPs家族基因的功能奠定了基础,也为谷子生长发育的调控机制提供了新的思路。     

Genetic variability in foxtail millet, Setaria italica (L.) P. Beauv.: Identification and classification of lines with RAPD markers

The DNA of 37 lines of Setaria italica, representative of Eurasian diversity, were used for the detection of polymorphism using the random amplified polymorphic DNA (RAPD) method. Four 10-mer primers, differing from each other by one or two G-C inversions, were used. Each one gave specific RAPD products. Twenty-five bands were polymorphic and allowed the identification of 33 different genotypes. A factorial analysis of correspondence was performed on the presenc-absence data, through which three genetic groups could be identified. These genetic groups were closely related to the geographical origin of the different lines: one central European and two Asiatic groups (the first Asiatic lines originating in latitudes below 35°N and the second comprising the Asiatic lines originating in latitudes above 35° N). The lines originating from western Europe were very variable and were dispersed in the three genetic groups described previously.     

小麦VQ家族全基因组鉴定与表达分析

近年来,VQ蛋白因发现与WRKY转录因子相互作用而引起广泛关注。目前,关于VQ基因家族在小麦中的研究鲜有报道。为了解小麦VQ基因的存在数量和结构等特征,本研究采用生物信息学技术在小麦基因组中鉴定了25个小麦VQ基因,并对其编码蛋白的结构、性质、亚细胞定位和进化关系进行了分析。结果表明,大多数小麦VQ蛋白序列较短,为中性或偏碱性蛋白,由单外显子基因编码;小麦VQ蛋白主要分布于细胞核中。25个VQ基因不均匀地分布在21条小麦染色体上,片段复制是小麦VQ基因家族的主要扩张方式。通过基因表达模式分析,发现部分小麦VQ基因响应干旱和高温的胁迫,并呈组织表达特异性。研究结果为进一步分析该家族成员,并深入探讨其在小麦中的生物学功能和进化模式奠定了基础。     

农杆菌介导谷子遗传转化的研究进展

通过基因工程方法可以得到产量稳定增长、营养品质更高、适应能力更强的谷子品种。为了解目前谷子遗传转化体系研究的现状,本文归纳了影响谷子组织培养、农杆菌侵染和转化再生体系的关键因素,同时总结了谷子遗传转化体系的研究现状。最后指出了谷子遗传转化的瓶颈问题,展望了农杆菌介导谷子转化技术的前景,为建立稳定高效的谷子遗传转化体系提供了有益线索。     

谷子逆境应答相关的钙依赖蛋白激酶基因SiCDPK1的克隆与表达

CDPK是一类重要的钙信号感受蛋白和响应蛋白,在植物非生物胁迫应答方面具有重要的作用。为探究耐旱作物谷子CDPK在抗逆胁迫中的应答机制,本文利用RT-PCR技术从谷子幼苗cDNA中克隆到一个与逆境胁迫相关的CDPK基因,命名为SiCDPK1 (GenBank登录号为KC249975.1)。以拟南芥CDPK基因序列为查询序列,预测谷子基因组含有28个CDPK基因。其系统发育分析表明,谷子CDPK基因家族由4个亚类组成,其中SiCDPK1属于第II亚类,其全长1596 bp,编码531个氨基酸,预测蛋白分子量为59.5 kD,等电点pI为5.94,含有典型CDPK的保守结构。启动子调控区含有与多种逆境胁迫相关的调控元件。实时定量结果显示,SiCDPK1基因受PEG、ABA、高盐、自然干旱胁迫诱导表达。本试验为谷子抗逆应答机制的深入研究奠定了良好的理论基础。     

6种除草剂对谷子的安全性和杂草防效

为筛选对谷子安全的除草剂,采用室内生物测定法,使用嗪草酮、二氯异噁草酮、丙炔氟草胺、唑嘧磺草胺、砜吡草唑、特丁津6种除草剂,分别在谷子苗前和苗后2个时期用药。采用田间小区试验研究室内生物试验所筛选得到的特丁津的杂草防治效果和安全性。室内生物测定结果表明,6种除草剂苗前用药对谷子的鲜重抑制率均超过20%,并出现死苗;除草剂同剂量下苗后茎叶处理对谷子株高和鲜重的抑制程度均低于其土壤处理,其中嗪草酮、丙炔氟草胺和砜吡草唑对谷子的鲜重抑制率均超过20%;50%特丁津悬浮剂1500、1800 g/hm²对谷子的鲜重抑制率分别为0.76%、2.99%,对反枝苋的防效达98.42%、100%。田间小区试验表明,50%特丁津悬浮剂1500、1800 g/hm²对阔叶杂草的鲜重防效分别为93.46%、95.84%,较空白对照增产41.40%、41.82%。嗪草酮等6种除草剂苗前土壤处理对谷子的安全性低,特丁津有在谷田作为茎叶处理剂防除阔叶杂草的应用前景。     

主要禾谷类作物DGAT基因家族比较分析

二酰甘油酰基转移酶（DGAT）是三酰甘油合成的限速酶，在植物油脂合成中发挥重要作用。为明确禾谷类作物DGAT基因家族的表达特征，利用已知DGAT成员序列对主要禾谷类作物进行全基因组扫描，分析其亚型差异及表达特点。结果表明，DGAT蛋白具有高脂肪、碱性和不稳定性。系统发育树中DGAT成员聚类为4个亚族，不同亚族成员间平行进化。DGAT基因结构具有组内保守性和组间多样性，基序存在多种类型，不同亚型成员具有特异的结构域组成。DGAT上游序列中，存在植株发育和胁迫响应等多种类型顺式作用元件，说明DGAT广泛参与不同生物学过程。转录组分析结果显示，DGAT广泛存在于不同组织中。在遭遇干旱和低温等不同非生物胁迫时，DGAT受到不同程度诱导，具有时空表达差异性。本研究可为禾谷类作物DGAT基因家族成员功能研究奠定基础。     

Genetic variability in foxtail millet, Setaria italica (L.) P. Beauv. - RFLP using a heterologous rDNA probe

Ribosomal DNA was surveyed in a world collection (43 lines) of Setaria italica for variation in repeat unit length and restriction enzyme site variability using a non-radioactive wheat rDNA probe. Only two lengths of repeat units of about 7.9 or 7.6 kb were observed. The fact that these two repeat unit lengths were not randomly dispersed throughout the world collection suggests the existence of three genetic groups. The central European lines and most western European accessions have only the 7.6 kb repeat unit and most Asiatic lines have a 7.9 kb repeat unit. Lines originating from the north or the south of Asia showed different numbers of Bam HI fragments. The fact that the difference between the Asiatic and European pool is not continuous (7.9 or 7.6 kb) excludes the hypothesis of domestication being based on the spread of an initial population over Eurasia.     

谷子PP2C基因家族的特性

PP2Cs (2C type protein phosphatases)是一种单体丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶,在真核生物中,PP2Cs在脱落酸(ABA)、茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)等激素信号传导途径中起着重要的调控作用。本研究通过序列比对,从谷子基因组中筛选出80个PP2C候选基因,聚类分析将其分为12个亚族(A、B、C、D、E1、E2、F1、F2、G、H、I、J)。与拟南芥PP2C基因家族比对表明,A~I为2个物种共有的亚族,J亚族只存在于谷子基因组中,L亚族只存在于拟南芥中。将谷子A亚族的10个成员命名为SiPP2CA1-10。基因表达谱分析表明,A亚族基因不同程度受ABA、干旱、高盐、低温和低氮诱导表达,其中,SiPP2CA6、SiPP2CA8在5种处理下诱导表达量都高。对10个A亚族成员的启动子分析发现,在这些基因的启动子序列中含有多种参与逆境胁迫应答的顺式作用元件,其中,SiPP2CA5、SiPP2CA6、SiPP2CA7、SiPP2CA8的启动子中含有参与低氮胁迫响应的元件。进一步研究发现,SiPP2CA8主要在根部表达,且在低氮胁迫下一直有较高的表达水平。亚细胞定位结果显示SiPP2CA8定位在细胞膜、细胞质、细胞核中;双分子荧光互补试验(BiFC)结果表明,SiPP2CA8与一个ABA受体类似蛋白SiRCAR3(基因号Si018317m.g)在细胞膜、细胞质及细胞核上互作,表明SiPP2CA8在谷子中可能参与ABA信号传导过程。