芸薹属大白菜Aux/IAA基因家族的生物信息学分析

Aux/IAA基因家族在生长素诱导的早期做出响应,是生长素早期应答的3类基因家族之一。现主要从基因组水平研究白菜Aux/IAA基因的分布及特征。结果表明:从BRAD共检测到59条白菜Aux/IAA基因,不均等分布在白菜的全部10条染色体上。通过多重比对和基序探测结果显示,40条白菜Aux/IAA基因具有4个保守基序,其它基因的保守基序则有不同程度的分化。系统进化分析表明,Aux/IAA基因家族可分为7个亚家族。通过表达模式预测发现,白菜Aux/IAA基因家族表达模式也有较大差异。     

三褶虾脊兰CtARF57和CtIAA12基因克隆及功能分析

以三褶虾脊兰(Calanthe triplicata)不同发育时期的花瓣距为试材，基于转录组测序数据，通过克隆获得生长素信号转导途径中CtARF57和CtIAA12基因全长序列，并进行生物信息学分析，探究园林花卉三褶虾脊兰生长素相关响应因子(ARF和Aux/IAA)的表达特性及功能，以期揭示三褶虾脊兰花瓣距的发育机理。结果表明：cDNA全长为3 054 bp和1 124 bp,分别编码911、177个氨基酸。2个基因氨基酸序列与铁皮石斛同源基因的相似性较高，均超过84%。保守结构域分析表明CtARF57蛋白具有B3结构域、Auxin＿resp结构域和Aux/IAA结构域；CtIAA12具有Aux/IAA蛋白的DomainⅠ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ特异性结构域。实时荧光定量PCR结果显示，其转录水平受到生长素的诱导，不同时期基因表达水平差异明显，2个基因均在三褶虾脊兰花瓣距发育最后一个时期表达量最高，前2个时期表达量较低，与转录组FPKM值趋势一致。综上所述，初步推测2个响应因子基因参与生长素信号传导途径并调控园林花卉三褶虾脊兰花瓣距的形态建成和生长代谢过程。     

桃Aux/IAA家族基因鉴定及在果实成熟过程中的表达分析

通过生物信息学鉴定桃基因组中生长素/吲哚乙酸(Aux/IAA)基因家族,并对其在溶质型和硬质型桃果实成熟阶段的表达水平进行q RT-PCR检测。结果表明:桃Aux/IAA基因家族包含22个成员,这些基因集中分布在5条染色体上,以第1条染色体上含有最多,为8个。大部分Aux/IAA基因包含高度保守的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ功能域,聚类分析表明其分为10类。基因结构分析显示这些基因包含2~5个外显子。荧光定量PCR分析表明10个Aux/IAA基因在溶质型桃果实的表达量高于对应时期硬质型桃果实,其中5个基因随着溶质型桃果实的成熟上调表达,特别是ppa010303m、ppa010871m和ppa020369m。试验结果表明桃Aux/IAA家族成员在结构上高度保守,其中多个成员(尤其是ppa010303m、ppa010871m和ppa020369m等)可能参与调控桃果实的成熟。     

桃生长素反应因子和生长素/吲哚乙酸蛋白家族基因的克隆及表达分析

生长素对果实发育起着重要的调控作用。生长素反应因子（auxin response factor,ARF）和生长素/吲哚乙酸蛋白（auxin/indoleacetic acids protein,Aux/IAA）是生长素信号转导系统中的两个关键因子,在转录水平上对生长素参与的生理活动进行调控。为探索生长素调控桃果实发育的机制,选取ARF家族的1 个基因PpARF1,Aux/IAA 家族的5 个基因PpIAA3、PpIAA9、PpIAA17、PpIAA26 和PpIAA29,克隆其全长cDNA 序列并进行生物信息学分析,对它们在桃果实不同发育时期中果皮和种子的表达进行qRT-PCR 检测。序列分析表明：这6 个基因的编码区全长分别为2 037、594、1 194、618、384 和723 bp,分别编码678、197、397、205、127 和240 个氨基酸;氨基酸序列比对分析显示桃PpARF1 蛋白序列和草莓的FvARF1（XP_004300014.1）同源性最高,达到90.56%,PpIAA 家族的5 个蛋白同源性很低,只有23.77%;荧光定量PCR 结果显示,在花后52 d（果实发育硬核期）,PpIAA3 和PpIAA17 在中果皮中的表达量显著升高;PpIAA26、PpIAA29 和PpARF1 在种子中的表达量显著升高。预示生长素可能在桃果实发育硬核期发挥着重要的调控作用。     

茄子3个Aux/IAA基因的克隆及表达分析

以茄子单性结实品系‘D-7-1’为材料,克隆到3个新的Aux/IAA基因,分别命名为SmIAA3、SmIAA4和SmIAA9,其CDS长度分别为573、564和915 bp,分别编码190、187和304个氨基酸;系统进化树分析表明,3个蛋白均属于Aux/IAA家族蛋白,与番茄亲缘关系较近,且均具有Aux/IAA家族蛋白的DomainⅠ、Ⅱ、Ⅲ 和 Ⅳ 保守结构域;其分子量分别为21.50、20.95和32.67 kD,理论等电点分别为7.62、6.02和8.57。实时定量PCR分析表明：SmIAA9基因在单性结实和非单性结实品系茄子中的表达量差异明显,开花前单性结实品系的表达量显著高于非单性结实品系,推测其与茄子单性结实相关。     

香蕉Aux/IAA基因家族的全基因组鉴定及表达分析

对香蕉Aux/IAA基因家族进行了全基因组鉴定,获得分布于除1号染色体外的10条染色体上的44个家族成员,其CDS长度为378～1 062 bp,其中10个存在选择性剪切体。它们编码的蛋白包含125～353个氨基酸,均为不含信号肽的亲水蛋白。序列分析结果表明:该基因家族成员多为5个外显子和4个内含子的基因结构,编码蛋白多具有4个典型的保守基序。亚细胞定位预测结果显示,Aux/IAA成员多定位于细胞核、细胞质和叶绿体,定位情况与保守结构域有一定相关性。MaIAA31是该家族中唯一预测有跨膜区域且亚细胞观察定位在胞外的成员。进化树分析结果显示,香蕉Aux/IAA可分为2大类8个亚组。顺式作用元件分析结果显示该家族成员启动子包含激素、光、非生物以及生物胁迫响应相关元件。通过分析部分成员在不同激素和逆境处理下的表达情况发现:MaIAA基因的表达受多因素调控,其中MaIAA27变化显著,MaIAA15响应干旱和盐胁迫,MaIAA25在热、低温和机械损伤胁迫下显著上调,暗示它们在香蕉响应这些逆境的过程中发挥作用。     

苹果生长素响应因子(MdARF)基因克隆与表达分析

【目的】克隆苹果(Malus domestica‘Zihong Fuji’)MdARF基因,研究其在生长素和逆境处理下的表达特性。【方法】以‘紫弘富士’叶片c DNA为模板,采用RT-PCR技术克隆得到10个MdARF基因;运用Array技术检测MdARF在不同组织中的表达特性;运用qRT-PCR技术检测MdARF在生长素、盐和甘露醇处理条件下的表达特性。【结果】克隆得到10个MdARF基因(MdARF4-13,GenBank登录号为MG021615~MG021624),其开放阅读框分别为2 136、3 345、2 052、2 400、2 532、2 691、1 782、2 532、3 342和2 034 bp。进化分析表明,MdARF3/7属于AtARF3/4-like,MdARF4/10属于AtARF10/16/17-like,MdARF1/6/11/13属于AtARF1/2-like,MdARF5/9/12属于AtARF5/7/19-like,MdARF2/8属于AtARF6/8-like。亚细胞定位预测分析表明,10个MdARF蛋白均定位于细胞核。MR结构域氨基酸组成预测分析表明,MdARF2/5/8/9/12可能为转录激活子,MdARF1/3/4/6/7/10/11/13可能为转录抑制子。Array结果显示,MdARF在被检测的组织中均有表达。在IAA处理条件下,MdARF1/7/9/10转录水平受到诱导,MdARF2/3/4/6/8/11/12转录水平降低;在盐处理条件下,MdARF9转录水平受到诱导,而MdARF1/5/7/10/12/13转录水平下调;在甘露醇处理条件下,MdARF6/9转录水平受到诱导。【结论】克隆得到10个MdARF基因,其表达水平受IAA、盐或甘露醇诱导或者下调,可能参与调控生长素信号转导以及逆境响应等过程。     

石榴ARF基因家族鉴定及表达分析

【目的】筛选并分析石榴生长素响应因子(auxin response factor,ARF)基因家族,为解析石榴ARF基因功能及信号转导调控机制的研究提供参考。【方法】利用生物信息学工具,系统地分析石榴ARF基因家族成员的基因结构、蛋白理化性质、蛋白结构、保守基序、系统进化和RNA-Seq数据。【结果】石榴全基因组中鉴定出19个可能的ARF家族基因,根据系统发育树可以划分为4类。PgARF基因家族成员的扩张与全基因组复制事件有关,存在串联重复现象。RNA-Seq数据分析表明,PgARF有一定的组织表达特异性,存在假基因化和新功能化的可能。【结论】整合以上基因结构、系统发育与进化、RNA-Seq表达等分析结果,发现石榴ARF蛋白具有典型的B3、Auxin_resp结构域,多数还具有Aux/IAA结构域。石榴ARF基因家族基因结构和保守基序的进化与进化时间相关,同时家族成员扩张主要与全基因组复制事件相关。     

茄子生长素诱导基因SmIAA19的克隆和分析

以茄子单性结实品系‘D-10’为材料,以茄子单性结实差减文库中差异表达的EST片段Z732为依据,采用RT-PCR和RACE技术克隆获得了生长素诱导基因SmIAA19（登录号KP114221）的cDNA序列。该基因全长为800 bp,开放阅读框为558 bp,编码185个氨基酸。氨基酸序列比对结果表明该基因编码的氨基酸序列具有Aux/IAA基因家族的典型结构域和保守基本序列,在分子进化上与马铃薯距离最近,与番茄处于同一分支。qRT-PCR分析表明,在低温（门茄）和适温（四门斗）条件下,SmIAA19在单性结实和非单性结实的子房和果实发育过程中均有表达,单性结实品系中的表达量显著高于非单性结实品系,单性结实品系开花当天子房中的表达量最高,非单性结实品系在低温和适温条件下的表达量均保持在较低的水平。IAA含量检测结果表明,在不同结实性茄子品系的果实发育过程中IAA含量的变化趋势基本相同,在果实发育前期含量较高,且在低温（门茄）条件下,不同结实性果实中IAA的含量变化与SmIAA19基因的表达量变化相一致。SmIAA19基因可能与茄子的单性结实有关。     

辣椒CaAUX22基因的克隆与表达分析

AUX/IAA（生长素/吲哚-3-乙酸）基因家族是植物中重要的生长调控元件,主要调控植物生长素响应和信号传导。为揭示辣椒生长素原初响应基因CaAUX22的结构特征及功能,本研究以辣椒自交系6421为试验材料,克隆CaAUX22编码基因全长进行生物信息学和时空表达模式分析。结果发现,CaAUX22基因编码序列全长552 bp,编码183个氨基酸,蛋白分子量为20 798.85 Da,为亲水不稳定性蛋白。该蛋白不含信号肽,为非分泌蛋白,且不具有叶绿体、线粒体靶向肽。亚细胞定位预测CaAUX22蛋白位于细胞质中。蛋白跨膜结构预测显示CaAUX22蛋白不属于膜结构蛋白。进化树分析和同源基因序列比对表明CaAUX22与黄灯笼辣椒、曼陀罗、三分三的序列高度相似,均含有AUX/IAA结构域,且自身具有高度的保守性。RT-qPCR检测结果显示,辣椒CaAUX22基因在根和茎中微量表达,在花和叶中少量表达,在胎座和种子中表达相对较高,在果皮组织中表达量极高,并随着果实的生长其表达量逐渐升高,至成熟期降低,说明CaAUX22基因参与了辣椒果实的发育过程。这些结果为进一步研究辣椒CaAUX22基因的功能及其...     

黄瓜子叶源生长素对下胚轴不定根发生的调控作用

为了明确黄瓜（Cucumis sativus L.）子叶和顶芽在幼苗下胚轴不定根发生中的作用,采用琼脂培养基扦插的方法,研究了子叶和顶芽的去留对下胚轴基部内源IAA和GA₃积累水平及不定根发生的影响。结果表明,子叶对下胚轴不定根的发生非常关键。保留双子叶的幼苗下胚轴基部IAA含量呈先升高后降低的趋势,GA₃呈先降低后升高的趋势,不定根正常发生;去除单片子叶,下胚轴基部IAA和GA₃积累显著减少,不定根发生相关基因及IAA、GA₃响应基因（CsARL1、CsGH3.5、CsGASA4等）表达水平降低,不定根发生区缩小、数量减少;去除双子叶,下胚轴基部IAA和GA₃无法积累,不定根不发生。顶芽去留对下胚轴不定根发生没有显著影响。外源施用IAA可以部分缓解因去除单片子叶对不定根发生的抑制作用,喷施IAA极性运输抑制剂,下胚轴不定根发生受到抑制;与IAA不同,外源施用GA₃抑制下胚轴不定根发生,喷施GA合成抑制剂促进不定根发生,GA对IAA响应基因具有负调控作用,表明子叶合成的IAA是诱导下胚轴不定根发生的关键。去除双子叶时,无论单独或交互施用IAA与GA₃,均不能诱导下胚轴形成不定根,表明IAA并非不定根发生的唯一诱因。进一步分析发现去除子叶后下胚轴基部可溶性蛋白质和可溶性糖含量显著降低,可能是影响不定根发生的其他因素。子叶作为黄瓜幼苗生长素、蛋白质和糖的主要合成和输出源,对黄瓜幼苗下胚轴不定根发生起关键作用。     

柑桔成花机理的研究 I.与内源激素的关系

采取促进成花(控水或留叶)和抑制成花(浇水或去叶)对比方法研究了柑桔成花的机理,发现在生理分化期,控水导致的梢尖低GA和浇水导致的高GA成鲜明对比,但留叶与去叶之间的GA状况无明显差异。凡促进成花的因子均引起ABA积累、CTK增多、IAA降低,从而导致高ABA/GA、ABA/IAA、CTK/GA、CTK/IAA比值。激素平衡比单项激素水平更重要;高ABA/GA、高ABA/IAA缓和生长为成花准备了前提,而高CTK/GA主要在从生理分化转入形态分化时期起重要作用。     

番茄AP2/ERF超家族重鉴定及过表达SlERF.D.3株系表型分析

基于番茄基因组数据库的更新，系统地对番茄AP2/ERF超家族成员进行了更新，并对其进行了染色体定位、保守基序、基因结构和对灰霉菌及生长素胁迫响应的分析。共鉴定出141个ERF家族基因，其中新鉴定出的ERF亚家族成员42个；随机分布在12条染色体上，大都只含有外显子而无内含子，部分基因不同程度的受到灰霉菌和生长素处理的诱导表达。作为拟南芥AtERF109在番茄中的同源基因，SlERF.D.3的表达可被灰霉菌抑制且可迅速强烈地响应生长素处理。为进一步明确SlERF.D.3的生物学功能，以番茄‘Ailsa Craig’为材料克隆了此基因的编码区，构建过表达载体并转化番茄，获得了3个T0代过表达株系。与野生型相比，转基因株系的叶片较细长、向下卷曲，且果实出现乳状突起。这为研究SlERF.D.3在调节番茄的生长发育和胁迫响应过程中的作用奠定了基础。     

黄瓜扩张素蛋白基因CsEXPb1的克隆及表达分析

基于黄瓜果实转录组学研究,筛选并克隆了一个扩张素蛋白（β-expansin）基因CsEXPb1。蛋白序列同源比对发现CsEXPb1蛋白是一类钙调素类似蛋白（Calmodulin-like Protein,CML）,与甜瓜、草莓及番茄扩张素蛋白基因具有较高的相似性;ExPasy分析发现CsEXPb1为亲水性蛋白,亚细胞定位分析证明该蛋白广泛分布在细胞质以及细胞核结构中;qRT-PCR分析发现CsEXPb1无论是在授粉坐果还是单性结实坐果过程中皆上调表达,而在不授粉败育的果实中下调表达;qRT-PCR也表明CsEXPb1的表达受到生长素、细胞分裂素和赤霉素等单性结实诱导激素的正向调控,推测CsEXPb1与黄瓜坐果有关,可能参与了激素诱导的单性结实过程。     

Effect of pollination on cell division,cell enlargement,and endogenous hormones in fruit development in a gynoecious cucumber

To study the effect of pollination on fruit development in gynoecious and parthenocarpic cucumbers (Cucumis sativus L. cv. NK × AN8), the number of cells, cell size, mitotic index, histone H4 gene expression, and concentrations of endogenous cytokinins and auxin were compared in fruits that had developed from pollinated and non-pollinated flowers. Fresh weight was more in the pollinated group 4–12 days after anthesis (DAA) in both winter and spring, and 2–6 DAA in the summer. In winter, mitotic index increased from anthesis to 2 DAA and then decreased gradually in the pollinated group but immediately after anthesis in the non-pollinated group. Histone H4 gene in the pericarp zone was expressed more strongly during the period from pre-anthesis to 2 DAA in the pollinated group in summer. Concentrations of zeatin, isopentenyladenine, and indole-3-acetic acid (IAA) were higher in the non-pollinated group 2 and 4 DAA and peaked 4 DAA in spring whereas isopentenyladenine and IAA showed no distinct peaks in the pollinated group. These results are incompatible with the idea that pollination activates cell division by stimulating the synthesis of cytokinins and auxin in cucumber fruits.     

源于大蒜花苞的生长素对蒜薹伸长的促进作用

 研究源于大蒜花苞的生长素对蒜薹伸长生长的影响。结果表明: 切去大蒜花苞(去顶) 明显抑制蒜薹的伸长生长, 说明蒜薹的伸长受其上部的花苞控制。去顶后, 在切口位置分别施用吲哚乙酸( IAA)和赤霉素(GA₃ ) , 均能提高去顶蒜薹的伸长率; 外源IAA和GA₃ 也能促进离体蒜薹切段的伸长; 在上述过程中IAA的促进作用高于GA₃。在不去顶的花苞基部施用生长素极性运输抑制剂2, 3, 5 - 三碘苯甲酸(2,3, 5-triiodobenzoic acid, TIBA) , 降低了下部蒜薹的伸长率; TIBA也能抑制离体蒜薹切段的伸长。内源激素分析表明, 去顶后蒜薹中IAA和GA_{1 +3}含量急剧下降, 为正常留花苞蒜薹的14.00%和13.76%, 表明花苞是维持蒜薹中高水平的IAA和活性GA所必需的。外源IAA处理显著增加去顶蒜薹和离体蒜薹切段GA₁₊₃的含量。说明来自花苞的IAA能维持蒜薹中活性GA的水平, 由此共同发挥出调控蒜薹伸长的作用。