大豆胞囊线虫(SCN)抗病候选基因研究进展

大豆胞囊线虫(Heterodera glycines,Soybean cyst nematode,SCN)是严重危害世界大豆生产的害虫,大豆对胞囊线虫的抗性由多个基因控制,发掘和利用抗病基因对于SCN抗病品种的选育至关重要.该文对包括基于QTL定位获得的rhg1和Rhg4抗性位点、基于比较基因组获得的线虫抗性基因Hs1pro-1同系物类的GmHs1pro-1和基于基因芯片获得的SCN抗病候选基因的研究进行综述,以期为SCN的抗病分子育种研究提供参考.     

木薯MeCML24与MeSAUR1互作调控MeAGPS1a表达的功能验证

木薯是华南地区重要的经济作物,其块根富含淀粉。解析木薯块根淀粉合成调控机理将有助于木薯高产、高淀粉分子改良。AGPase由大亚基和小亚基构成,催化1-磷酸葡萄糖和ATP形成腺苷二磷酸葡萄糖和焦磷酸,其中腺苷二磷酸葡萄糖为淀粉生物合成的底物。AGPase酶是植物淀粉合成的限速酶,提高AGPase酶活性,有利于作物淀粉的积累及产量的提高。木薯MeAGPS1a基因编码的小亚基是AGPase的催化中心,前期研究表明生长素响应因子MeSAUR1作为转录因子正调控MeAGPS1a基因表达,酵母双杂交筛选木薯cDNA文库显示钙调素类似蛋白（CaM-like, CML）成员MeCML24为MeSAUR1的候选互作蛋白。为了确定MeCML24和MeSAUR1的互作关系,本研究从‘SC8’木薯品种基因组克隆了MeCML24基因,该基因的CDS区长度为492 bp,编码163个氨基酸。MeCML24蛋白的理化性质及二级结构分析显示,该蛋白理论等电点pI值4.38,属于亲水性蛋白,α-螺旋占52.76%,无规则卷曲占30.06%,β-转角结构占11.04%。构建酵母双杂交载体BD-MeCML24,自激活实验表...     

甘蔗TB1基因的克隆与生物信息学分析

以负调控禾本科植物分蘖的关键基因TB1为研究对象,根据水稻、玉米、高粱TB1同源基因保守序列设计引物,使用RT-PCR方法和RACE技术从甘蔗茎尖处克隆到该基因的同源基因ScTB1。ScTB1 cDNA全长1 668 bp,包含274 bp的5′ UTR,1 149 bp的CDS和245 bp的3′ UTR。生物信息学分析表明该基因可编码382个氨基酸残基,编码产物含有保守的SP区、TCP区和R区,属于TCP家族转录因子。其分子量为40.7 ku,理论等电点为8.55,蛋白亚细胞定位预测其主要定位于细胞质。系统进化分析表明ScTB1属于CYC/TB1亚族蛋白,与高粱TB1和玉米TB1聚为一个亚类。根据序列的保守性和预测结果可推测ScTB1很可能也参与了甘蔗分蘖性状的调控。     

大豆Glyma04G227700生物信息学分析及与Glyma08G11030互作研究

咖啡酸-O-甲基转移酶(caffeic acid-O-methyltransferase, COMT)是一种催化苯丙素类化合物羟基上氧原子的甲基化酶。前期研究表明,大豆抵御干旱胁迫的F-box基因Glyma08G11030编码蛋白可能与COMT蛋白Glyma04G227700发生互作,为了预测分析大豆COMT基因Glyma04G227700的功能及二者的互作关系,本研究克隆Glyma04G227700基因,并对其进行生物信息学分析,通过实时荧光定量检测方法分析其在大豆不同组织中的表达情况,并利用酵母双杂交系统验证蛋白互作情况。结果显示：Glyma04G227700基因全长1 095 bp,编码366个氨基酸,与野大豆(RZC17879.1 Glycine soja)亲缘关系较近。Glyma04G227700在大豆的根、茎、叶、子叶中都有表达,且在根和茎中表达量较高,在子叶中表达量最低。酵母双杂结果表明Glyma08G11030与Glyma04G227700蛋白不存在互作。     

基因拷贝数变异分析法研究大豆胞囊线虫病抗性位点qSCN3-3抗性相关基因

基因拷贝数变异(CNVs)是引起大豆品种对胞囊线虫抗性差异的因素之一,以抗大豆胞囊线虫病种质东农L~(-1)0以及感病种质黑农37、绥农10和绥农14为试验材料,利用实时荧光定量PCR法对大豆胞囊线虫抗性QTL位点qscn3-3内27个编码基因进行拷贝数变异分析,F测验表明15个目的基因在不同品种间存在拷贝数变异;抗感病品种PCR产物丰度相对值分析结果表明9个目的基因拷贝数在抗感病种质间存在显著的差异,推测其功能是通过编码抗病蛋白和富亮氨酸蛋白来实现大豆对大豆胞囊线虫相关抗性。     

大豆MPBQ-MT基因的克隆与生物信息学分析

以大豆品种合丰25和Bayfield为材料,克隆大豆2-甲基-6-植基-1,4-苯醌甲基转移酶(MPBQMTase)基因,获得1 029 bp的MPBQ-MT基因c DNA序列。通过序列比对发现10个大豆MPBQ-MT基因c DNA区内的潜在SNP位点。采用生物信息学方法分析MPBQ-MT基因编码的氨基酸序列和蛋白质结构。结果表明:MPBQ-MT基因CDS区共编码342个氨基酸,其中缬氨酸(Val)含量最多,占该基因编码氨基酸总数的8.8%;半胱氨酸(Cys)含量最少,占该基因编码氨基酸总数的1.2%;MPBQ-MT蛋白N端包含由58个氨基酸组成的叶绿体转运肽,为亲水性蛋白质。合丰25与Bayfield的MPBQ-MT蛋白质二级结构有所不同,2个品种的MPBQ-MT蛋白质中α-螺旋分别约占25.44%和27.49%,β-转角分别约占9.36%和9.06%,无规则卷曲分别约占40.35%和38.60%。2个品种的MPBQMT蛋白质中片层结构均约占24.85%。两个品种的MPBQ-MT蛋白质均有1个S-腺苷基甲硫氨酸结合位点。对MPBQ-MT蛋白三级结构进行预测,发现去掉转运肽后,MPBQ-MT蛋白质三级结构主要由11个连续的α-螺旋区域和8个连续的片层结构区域组成。结合MPBQ-MT蛋白三级结构对MPBQ-MT基因的生物学功能进一步分析,提出了较为合理的MPBQ-MT作用模型。由系统发生树可知MPBQ-MT蛋白在大豆与菜豆中的亲缘关系较近。     

大豆GmWRKY52生物信息学分析及与GmNF-YA13互作研究

WRKY转录因子在植物生长发育及逆境调控过程发挥着重要作用。前期通过酵母双杂交筛选干旱处理后的大豆cDNA文库时发现GmWRKY52(NP＿001237726.2)可能与GmNF-YA13蛋白存在互作，为明确二者是否存在互作，本研究克隆GmWRKY52基因并进行生物信息学分析，利用酵母双杂交系统鉴定GmWRKY52和GmNF-YA13之间的互作关系。结果显示：GmWRKY52基因全长1 163 bp,编码1个由265个氨基酸组成的蛋白质，多序列比对和系统发育树分析结果说明GmWRKY52基因与野生大豆GsWRKY69(XP＿028186817.1)亲缘关系较近。酵母双杂交结果表明GmWRKY52和GmNF-YA13蛋白不存在相互作用。研究结果说明GmWRKY52与GmNF-YA13蛋白在酵母细胞内并不发生互作。     

东北三省大豆蛋白质和油分含量生态区划

大豆品质区划是优化大豆种植环境和优质品种布局的重要依据,对于大豆优质生产具有重要指导意义.本研究根据5个大豆品种在东北三省11个地点种植的蛋白质与油分含量和年推广面积在3333 hm2以上的97份大豆品种的品质指标,依据大豆品质的地点效应和品种效应的加权平均数对东北三省进行了品质区划.结果表明,大豆蛋白质含量和油分含量的年份效应、地点效应、地点×年份互作效应、基因型效应、基因型×地点互作、基因型×年份互作效应、基因型×地点×年份互作效应均达到极显著水平.依据大豆蛋白质含量和油分含量的地点效应和品种效应的加权平均数的聚类分析结果,同时考虑各地自然条件,兼顾行政区的完整性,将东北三省划分为五个大区,即北部高油大豆产区(Ⅰ-1区)、中西北部蛋白质和油分含量平衡区(Ⅱ-1区)、中部高油大豆产区(Ⅰ-2区)、中南部蛋白质和油分含量平衡区(Ⅱ-2区)、南部高蛋白大豆产区(Ⅲ区).     

大豆球蛋白A_(1b)B_2基因表达的分子基础探讨

通过对大豆品种松浦和A_(1b)B_2基因突变体凡实的染色体DNA进行限制性片段长度多态性(RFLP)分析,克隆了一个只存在于大豆品种松浦中,而不存在于大豆突变体凡实中的大小为2.2Kb的DNA片段,并利用pUC19为载体,对该片段进行了亚克隆,利用多种限制性内切酶进行了酶切分析,得到了该片段的酶切图谱。根据两个大豆品种在多种限制性内切酶酶切时都表现出显著差异,推断大豆球蛋白A(1b)B_2基因之所以不能在大豆品种凡实中表达,是由于该品种染色体DNA发生了倒位或缺失所致,而不仅仅是个别碱基对的突变。     

茄子 Enhanced disease susceptibility 1 互作蛋白的初步筛选与分析

前期研究表明,茄子 Enhanced disease susceptibility 1（SmEDS1）正调控茄子青枯病抗性,但是其抗病机理有待进一步研究。为筛选 SmEDS1 的互作蛋白,本研究构建 pGBK7-SmEDS1 诱饵载体,并利用酵母双杂交技术对相应的均一化 cDNA 酵母文库进行筛选。从 2 次独立的实验中筛选到 9 个克隆,其非冗余地编码 6 种蛋白,即 TCP 转录因子、DNAJ 分子伴侣、SnRK1 蛋白 α 亚基、氰酸酯酶、CIP4 蛋白和 1 个未知蛋白。基于这些蛋白的功能,推测 SmEDS1 可能通过与本研究筛选到 TCP 转录因子互作调控水杨酸的合成,进而调控茄子的青枯病抗性。     

酵母双杂交表达载体pGBKT7_NPR1与pGADT7_NPR1的构建及酵母菌的转化

NPR1是水杨酸介导的系统获得性抗性（SAR）途径中不可或缺的一个转录辅助因子。在SA诱导下,NPR1被转运至细胞核内并与一些转录因子结合,以启动下游基因的表达。本研究通过PCR扩增获得拟南芥中NPR1基因CDS序列,经过限制性内切酶酶切后在T4连接酶作用下分别克隆至pGBKT7与pGADT7酵母表达载体上,并成功将其转化至Gold酵母菌株中。为利用酵母双杂交筛选NPR1参与形成的转录复合体中其它可能存在的蛋白质并阐明其在植物防御信号传导途径中的互作模式奠定了基础。     

小麦脱水素基因WDHN1-2的克隆及其表达分析

为进一步明确小麦脱水素基因WDHN1-2在逆境条件下的功能,以伞穗山羊草DHN1基因为探针,通过电子克隆及RT-PCR技术获得WDHN1-2基因后对其序列特征进行分析,同时利用基因表达综合数据库及半定量RT-PCR技术对该基因的表达模式进行解析。结果表明,WDHN1-2基因编码区(CDS)长为548bp,编码的氨基酸具有脱水素保守序列K、Y和S片段,与山羊草脱水素EMT25371亲缘关系最近。WDHN1-2蛋白属于稳定且高度亲水蛋白,二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主;该蛋白在亚细胞中定位的可能性:过氧化物酶体细胞核线粒体基质,可能行使转录调控的功能。表达模式分析发现,WDHN1-2基因在小麦开花后22d的胚乳中表达量最高,在ABA、PEG、NaCl及4℃低温胁迫下表达量均先上升后下降。     

过表达一个疣粒野生稻的Ricin_B凝集素基因OmR40c1增强水稻耐盐性

盐胁迫是影响盐/碱稻区水稻产量的主要逆境因素。研究耐盐相关基因,对于培育水稻抗逆品种具有重要意义。OmR40c1是从疣粒野生稻(Oryza meyeriana)中分离获得cDNA序列,与已报道的受脱落酸与盐诱导的OsR40c1的CDS序列完全相同,但在5′端UTR和3′端UTR区域有差别。有关OmR40c1基因功能的研究还未见报道。本研究的主要目的是初步分析OmR40c1在水稻耐盐性中的作用。对栽培稻日本晴(Oryza sativa L.var.Nipponbare)进行脱落酸(abscisic acid,ABA)和盐胁迫处理,OsR40c1基因均上调表达。构建基因定位载体并注射烟草表皮细胞,其结果表明OmR40c1定位于细胞质膜和细胞核上。构建超表达载体并转染日本晴,PCR及qRT-PCR结果均显示OmR40c1在转基因材料中成功表达。OmR40c1可能参与种子萌发。174mmol/L盐胁迫下,野生型种子的发芽率下调一半左右,转OmR40c1基因水稻种子发芽未受影响;转OmR40c1水稻苗期的株高是未经盐处理转基因水稻株高的一半左右;而野生型的株高是未经盐处理野生型水稻株高的1/6左右。盐胁迫下,水稻叶片、根长等都受到不同程度的影响。盐胁迫下,转OmR40c1基因水稻植株内的Na~+浓度是野生型的1.38倍;K~+浓度是野生型的1.25倍。综上,OmR40c1一定程度提高了水稻的耐盐性,且苗期的耐盐性高于成株期。     

甘蔗梢腐病菌Fusarium sacchari CYP51基因克隆及遗传转化

甾醇14α-去甲基化酶（CYP51）是生物细胞膜合成所需的一个非常重要的酶,在病原菌的耐药性、致病性和生长繁殖等方面发挥着非常重要的作用。研究表明干扰真菌的CYP51基因表达导致其无法正常生长,显著降低其致病性。本研究以甘蔗梢腐病菌甘蔗镰刀菌（Fusarium sacchari）为试验材料,根据基因组测序数据设计特异性引物克隆得到了FsCYP51基因全长和CDS全长。生物信息学分析表明,该基因序列全长1947 bp,编码区由2个内含子和3个外显子组成,CDS全长1554 bp,编码517个氨基酸,编码蛋白理论相对分子量为58.61 kDa。其编码蛋白的二级结构主要由α-螺旋和无规卷曲构成,具有典型的CYP51保守结构域。预测其亚细胞定位于细胞膜,且存在2个跨膜区域。系统进化分析表明,FsCYP51基因属于CYP51C这一类,与串珠镰刀菌（F. verticillioides）的CYP51C基因亲缘关系最近。同时,根据克隆到的基因全长和CDS全长构建了多价HIGS植物表达载体,并利用基因枪介导的遗传转化方法将干扰片段成功转化至甘蔗受体材料,为研究FsCYP51基因功能和创制抗梢腐病甘蔗种质奠定基础。     

茶树甜菜碱醛脱氢酶基因(CsBADH1)的全长cDNA克隆与表达分析

甜菜碱是一种能在逆境下大量积累的无毒性渗透相溶物质,而甜菜碱醛脱氢酶(BADH)是甜菜碱合成途径中的关键酶之一。本实验采用SMART-RACE技术获得了茶树甜菜碱醛脱氢酶基因的全长cDNA序列,命名为CsBADH1(GenBank登陆号:JX050145),并对其进行相关的生物信息学分析。结果表明:CsBADH1的cDNA序列全长1 972 bp,其开放阅读框(ORF)为1 518 bp,编码505个氨基酸,预测分子量为54.8 kD,理论等电点(PI)为5.652,是疏水性很强的蛋白,且具有BADH基因典型的高度保守十肽基序(VTLELGGKSP)和与醛脱氢酶(ALDHs)功能有关的半胱氨酸残基(C)。系统进化树分析表明,茶树BADH氨基酸序列与人参(Panax ginseng)的亲缘关系最近,相似度达87%,其余相似性也大部分在80%以上。实时荧光定量PCR分析结果显示:该基因在经历一定时间的冷驯化后表达量升高,说明CsBADH1基因可能参与茶树的冷驯化作用。     

橡胶树cystatin基因HbCYS1的克隆及割胶应答

在植物中,半胱氨酸蛋白酶抑制剂(Cystatin)广泛参与逆境胁迫应答和发育调控。在已建立的胶乳EST序列数据库中,鉴定了一个注释为cystatin的序列重叠群(Contig)。利用RACE和RT-PCR进一步获得1个长度为947 bp、包含完整读码框(741 bp)的cDNA,命名为HbCYS1;去除N端27个aa的信号肽后,HbCYS1蛋白生成1个包含219个aa的成熟蛋白(24.2 ku),具有cystatin反应位点的保守序列基序GG、QXVXG和A/PW,同时具有植物cystatin所特有的LARFAV基序;推测HbCYS1是一种分泌性蛋白,与同样来自大戟科的1个蓖麻cystatin蛋白(CAA89697)的亲缘关系最近,氨基酸序列的一致性达79%;在胶乳中,割胶明显促进HbCYS1基因的上调表达。割胶是一种典型的非生物胁迫,橡胶树对割胶胁迫的适应能力是决定其持续生产力的一个重要因素,推测HbCYS1基因可能参与橡胶树的胁迫应答与胶乳再生。     

木薯蔗糖合酶(SuSy)基因的表达分析及SuSy1和SuSy4编码序列的克隆

依据拟南芥6个蔗糖合酶基因序列搜索木薯基因组数据库,获得了6个木薯蔗糖合酶基因亚型。将6个木薯蔗糖合酶基因亚型的外显子-内含子结构进行分析,结合其它物种蔗糖合酶基因的氨基酸序列构建进化树,将木薯蔗糖合酶基因可分为三类,分别为Su Sy1/Su Sy4,Su Sy2/Su Sy3和Su Sy5/Su Sy6。以木薯KU50的功能叶和5个不同时期块根的RNA为模板,利用RT-PCR的方法对蔗糖合酶基因家族进行表达分析,确定了Su Sy1和Su Sy4高表达的亚型,克隆并获得了Su Sy1和Su Sy4基因的编码区序列,对获得的序列进行同源性和功能结构域分析表明,2条序列的氨基酸同源性为97%,并且有相同的功能结构域。     

橡胶树炭疽菌CsHog1基因的克隆和原核表达分析

HOG MAPK途径在植物病原真菌生长发育、致病过程和对杀菌剂敏感性等方面发挥重要功能,但在不同的病原真菌中具有一定差异。为研究Hog1蛋白在橡胶树炭疽菌(Colletotrichum siamense)中的功能和调控机制,本研究利用同源克隆法克隆获得橡胶树炭疽菌(C. siamense)的CsHog1基因,构建GST-CsHog1融合表达载体,利用SDS-PAGE和WesternBlot检测蛋白表达情况。结果表明:橡胶树炭疽菌(C.siamense)的CsHog1基因大小1383 nt,编码459个氨基酸,包含5个内含子,具有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶催化结构域;聚类分析显示橡胶树炭疽菌的CsHog1基因编码的氨基酸序列与黄瓜炭疽菌的ClOsc1(Hog1同源基因)同源性最高。所构建的蛋白融合表达载体在供试条件下(IPTG0.3、0.5、0.8、1.0 mmol/L;温度16、25、28℃)均可较好诱导表达,GST-CsHog1融合蛋白大小约为70 ku。用GST亲和层析柱纯化获得蛋白,经Western Blot检测显示该蛋白可与GST单克隆抗体特异性结合。     

利用CRISPR/Cas9技术编辑甘蓝型油菜富甘氨酸蛋白基因BnGRP1的初步研究

富甘氨酸蛋白(glycine rich proteins,GRPs)在植物逆境响应中发挥重要作用。前期通过全基因组关联分析获得油菜响应低磷胁迫的候选基因BnGRP1，但是其响应低磷胁迫的分子机制尚不明确。序列分析发现，BnGRP1的CDS全长为399 bp，编码132个氨基酸，其中62个为甘氨酸，占该蛋白氨基酸总量的47.0%。为进一步研究BnGRP1的生物学功能，本研究通过CRISPR/Cas9技术构建了目标基因的双靶点载体G2-TD1TD2，并遗传转化甘蓝型油菜，通过筛选鉴定获得了13株T₀代转基因阳性植株。通过TA克隆和测序技术分析了5株转基因植株中Bngrp1的突变位点，其中3株的目标基因序列发生突变，导致无法编码形成正常的富甘氨酸蛋白。本研究为研究BnGRP1的生物学功能提供了实验材料，也为进一步研究BnGRP1响应低磷胁迫的分子机制提供理论和实验基础。