小麦TaeEF1β基因的克隆、同源性及表达分析

真核翻译延伸因子(eukaryotic translation elongation factor,eEFs)是一种重要的多功能调控蛋白,eEF1β是eEF1的组成部分,在蛋白质生物合成过程中发挥着重要的作用。本文通过RT-PCR扩增克隆小麦(Triticum aestivum L.)的eEF1β基因,并命名为TaeEF1β。氨基酸同源性分析发现,TaeEF1β具有高度保守性,且其保守结构域位于137~226 aa处。qRT-PCR结果表明,中国小麦花叶病毒(Chinese wheat mosaic virus,CWMV)侵染小麦植株后,可以诱导TaeEF1β基因转录水平的上调表达。另外,本文也进一步分析了TaeEF1β基因在小麦根、茎、叶的表达水平和CWMV侵染不同时间点的表达情况。     

小麦类硫素基因家族鉴定及表达分析

类硫素(thionin-like, Thil)在植物应对病原微生物侵染的防御反应中具有重要生物学功能。本研究通过拟南芥(Arabidopsis thaliana)的Thil基因序列,利用同源搜寻及生物信息学方法初步鉴定到普通小麦(Triticum aestivum L.)的Thil基因家族。结果表明,Thil基因家族在普通小麦中包含26个成员。基因序列结构分析得到Thil家族存在保守的基序结构,家族各成员基因编码的蛋白质序列包含79～196个氨基酸,大部分蛋白质的氨基酸数量少于140,其中20个蛋白质包含信号肽。顺式作用元件预测分析结果显示,小麦Thil基因的启动子调控元件受到脱落酸等逆境胁迫相应激素的影响,同时基因表达谱呈现出受到病原菌胁迫诱导后的多样性表达。通过进一步qRT-PCR验证分析表明,普通小麦的TaThil-4A、TaThil-4B和TaThil-4D等3个基因在叶锈病菌早期侵染中被诱导表达。本研究结果可为小麦抗病育种及Thil基因家族的功能鉴定与应用提供参考。     

小麦条锈菌果胶酶基因PsPL1的克隆与功能分析

【目的】研究小麦条锈菌果胶酶基因PsPL1的功能,确定其在小麦条锈菌侵染过程中的作用,为揭示小麦与病原菌互作的分子机理奠定理论基础。【方法】利用RACE技术扩增PsPL1基因全长,通过qRT-PCR对PsPL1的表达特征进行分析,并在酵母系统中验证其编码蛋白信号肽的分泌功能,最后通过HIGS技术沉默PsPL1基因,确定其在条锈菌侵染小麦过程中的作用。【结果】克隆得到PsPL1基因全长,其ORF长471bp,编码157个氨基酸;经预测PsPL1蛋白包含一个果胶酶保守结构域,N端含有一段由21个氨基酸组成的信号肽序列;经酵母系统验证,确定PsPL1蛋白信号肽具有分泌功能;qRT-PCR分析发现,PsPL1在条锈菌侵染早期表达上调;利用HIGS技术沉默PsPL1基因后,条锈菌的产孢量没有发生明显变化。【结论】成功克隆了小麦条锈菌果胶酶基因PsPL1,明确了其分泌特性及表达特征。     

小麦转录因子TaWRKY26的克隆及其在抗、感白粉病和近等基因系中的差异表达

WRKY转录因子家族在植物抗逆反应中发挥着重要的作用。本研究以抗白粉病小麦Brock为材料,从中克隆到一个WRKY基因,该基因全长1 485 bp,预测ORF长1 392 bp,编码463个氨基酸,分子量为49.8 kDa。经NCBI/Blastx比对发现,该基因与粗山羊草中WRKY26基因(序列号XP_020151406)所编码的转录因子同源性高达98%,故将其命名为TaWRKY26,并将扩增得到的序列全长上传至GenBank进行登记,序列号为MK358190。利用实时荧光定量PCR技术,对白粉菌胁迫后TaWRKY26在不同抗性小麦品种(抗病小麦Brock,感病小麦京411,抗病近等基因系Brock/京4117)中不同时间(0,2,4,8,12,24,48,72,120,168 h)的表达量进行分析,结果发现,在受到白粉菌侵染后,3个品种小麦的TaWRKY26表达量除12和72 hpi外,各时间段均表现为抗病小麦Brock近等基因系Brock/京4117感病小麦京411,抗白粉病小麦近等基因系Brock/京4117(抗病)中TaWRKY26表达趋势更偏向抗病亲本Brock。综合推测TaWRKY26在小麦对白粉菌侵染的应答反应过程中发挥了积极作用。     

采用优化的数字PCR方法分析转基因小麦外源基因拷贝数

【目的】探索基于数字PCR的小麦基因拷贝数分析技术,提高目标基因拷贝数的分析通量,促进小麦基因组研究及基因工程研究。【方法】采用中国农业科学院作物科学研究所小麦抗逆分子育种课题组创制的高抗小麦黄花叶病转nib8小麦为试验材料,使用小麦D基因组中的单拷贝纯合内源基因PINb-D1b(籽粒硬度基因)为内参基因,根据转化的抗病基因nib8序列设计4对特异性引物及相应探针,通过试验确定探针和引物的最优浓度,优化体系的退火温度,寻找最合适的模板浓度。然后用数字PCR检测转nib8小麦中外源基因的拷贝数;同时用Real-time PCR和Southern blot 2种不同方法分析的拷贝数结果,验证上述采用数字PCR方法分析拷贝数的准确性;以PINb-D1b内参基因检测Wx012(蜡质基因)和SSII(淀粉合成基因)2个内参基因的拷贝数,以Wx012和SSII为内参基因检测转nib8小麦中外源基因的拷贝数,验证以PINb-D1b内参基因的检测结果准确性;在nib8的不同区段设计特异性引物来检测转nib8株系拷贝数分析结果是否有差异。最终,建立基于数字PCR技术的高通量检测小麦目标基因拷贝数的分析方...     

表达中国小麦花叶病毒（CWMV）外壳蛋白基因增强烟草对CWMV的抗病性

  目的  中国小麦花叶病毒（Chinese wheat mosaic virus,CWMV）是引起小麦黄花叶病的重要病原之一。获得表达CWMV外壳蛋白（coat protein,CP）的转基因烟草Nicotiana benthamiana（OECP）并分析其抗病性,为培育小麦抗病材料奠定工作基础。  方法  利用体外重组DNA技术构建含有CWMV外壳蛋白基因的表达载体,并通过农杆菌介导的转化方法,获得OECP。进一步利用Western Blot和PCR检测明确CWMV的外壳蛋白在OECP中能够正常的表达。  结果  部分转基因阳性植株出现矮化表型。此外,OECP阳性植株接种CWMV后7 d的定量分析表明,OECP中CWMV运动蛋白的表达量显著受到抑制。  结论  在烟草中表达CWMV的CP蛋白基因可显著增强烟草对CWMV的抗病性。     

小麦TaeEF1β基因的克隆、同源性及表达分析

真核翻译延伸因子(eukaryotic translation elongation factor,e EFs)是一种重要的多功能调控蛋白,eEF1β是eEF1的组成部分,在蛋白质生物合成过程中发挥着重要的作用。本文通过RT-PCR扩增克隆小麦(Triticum aestivum L.)的e EF1β基因,并命名为TaeEF1β。氨基酸同源性分析发现,TaeEF1β具有高度保守性,且其保守结构域位于137～226 aa处。q RT-PCR结果表明,中国小麦花叶病毒(Chinese wheat mosaic virus,CWMV)侵染小麦植株后,可以诱导TaeEF1β基因转录水平的上调表达。另外,本文也进一步分析了TaeEF1β基因在小麦根、茎、叶的表达水平和CWMV侵染不同时间点的表达情况。     

开花期水稻颖花实时定量RT-PCR分析中内参基因的选择

实时定量RT-PCR (qRT-PCR)技术现已发展成为基因表达分析的首选方法,然而为了得到精确和可靠的qRT-PCR分析结果,需要应用稳定表达的内参基因对样品进行校正.以粳稻‘武运粳7号’和籼稻‘明恢63’的颖花为试验材料,应用geNorm算法对6个常用的内参基因(ACT1、eEF1-oα、β-TUB、UBQ5、GAPDH和UBC)在颖花开放过程中的表达稳定性进行分析.结果发现:eEF1-α和β-TUB在‘武运粳7号’颖花样品中的表达最为稳定,UBC和GAPDH在‘明恢63’颖花样品中的表达最为稳定,而ACT1在2个品种的颖花样品中表达均最不稳定.此外,同时选取2个最稳定表达的内参基因作内参照可获得更精确的校准.分析不同内参基因对JA生物合成关键基因OsAOC表达定量的影响.OsAOC表达的相对定量会随所选内参基因的不同而发生变异,进一步强调选择合适的内参基因进行校准是获得可靠qRT-PCR结果的重要前提.     

小麦Glu-3位点基因拷贝数的变异分析

【目的】基因拷贝数变异是一种常见又重要的基因结构变异,往往影响个体表型。低分子量麦谷蛋白（low-molecular-weight glutenin subunit,LMW-GS）是小麦贮藏蛋白的主要组成部分,位于Glu-3位点。小麦作为异源六倍体,其庞大且复杂的基因组结构导致难以利用传统方法检测目的基因的拷贝数,针对小麦基因组,筛选可靠稳定的内参基因和体系,探索适合复杂基因组的拷贝数变异测定技术,测定Glu-3位点LWM-GS基因拷贝数。【方法】以Acc1为内参基因,根据基因序列设计内参引物和探针,通过定性和定量PCR测定内参基因在12个普通小麦品种中的拷贝数,分析该基因拷贝数在不同品种间的稳定性;又以小麦品种篙优2018的5个稀释浓度的基因组DNA为模板,利用qRT-PCR验证Acc1内参系统的重复性和准确性;根据Glu-A3位点LMW-GS基因序列设计特异性引物及探针,利用qRT-PCR和ddPCR 2种方法检测8个小麦品种Glu-A3位点基因拷贝数,比较后选择更优的高通量基因拷贝数检测方法;再根据Glu-B3和Glu-D3位点LMW-GS基因序列设计相应的特异性引物及探针,并利用ddPCR技术检测和分析了231份小麦品种的Glu-A3、Glu-B3和Glu-D3位点上LMW-GS基因拷贝数。【结果】Acc1在12个普通小麦品种间、同一品种5个DNA稀释浓度间的拷贝数测定结果一致,技术重复间的变异系数仅为0.07%—0.77%,所构建的Acc1内参系统稳定;比较qRT-PCR和ddPCR 2种拷贝数检测方法,8个品种所测的Glu-A3位点拷贝数结果一致,分别为3、5、3、4、3、3、3和3;且ddPCR检测重复间的变异系数为0.30%—1.67%,远低于qRT-PCR的3.14%—12.72%,更加可靠;利用ddPCR对231份普通小麦品种的Glu-A3、Glu-B3和Glu-D3位点上LMW-GS基因拷贝检测后分析发现,大多数小麦品种在3个位点上的拷贝数为4,所占频率分别为51.95%、32.03%和28.57%,Glu-3位点总拷贝数变异范围为10—21,变异系数为16.12%。【结论】Acc1内参系统具有良好的稳定性和重复性,可以用作小麦Glu-3位点和其他目的基因拷贝数检测的内参;qRT-PCR和ddPCR均可用于小麦基因拷贝数的检测,但后者更稳定、可靠,且操作简单、检测通量高。     

小麦与叶锈菌互作过程中LRRs类基因在转录水平的表达分析

本试验以小麦近等基因系TcLr26和Thatcher分别与叶锈菌生理小种260组成不亲和及亲和组合,基于RNA-Seq高通量测序数据库,通过基因表达差异分析,筛选了6个在接种后较0h表达明显变化的属于LRRs类基因的Unigenes,利用实时定量PCR(RT-qPCR)技术对这6个LRRs类基因在接种叶锈菌后的表达进行了分析,为深入研究这些LRRs类蛋白在小麦抗叶锈菌侵染过程中的作用机制奠定了重要试验基础。     

小麦赤霉病生防菌DZSG23的抗病机制

课题组前期从健康杜仲叶片中分离得到1株内生细菌枯草芽孢杆菌DZSG23,此菌可以较好地防控小麦赤霉病。为明确芽孢杆菌DZSG23在小麦中的定殖与强化抗病机制研究,利用抗生素标记法分析了DZSG23菌体在小麦组织中的定殖情况,采用荧光定量PCR技术检测不同生育期小麦穗部PR-1、AOS、ACOI等基因的表达水平变化。结果表明,DZSG23可在苗期小麦植株和小麦穗表面稳定定殖;DZSG23浇灌接种苗期小麦后的第34天,DZSG23在苗期小麦植株的根、茎和叶中的定殖量分别达到1.437×10⁶ CFU·g^-1、3.285×10³ CFU·g^-1和2.377×10³ CFU·g^-1;DZSG23喷施小麦穗表面15 d后,穗表面菌群密度仍可达7.146×10³ CFU·g^-1。此外,诱导系统抗性(ISR)信号通路研究表明,拮抗菌DZSG23可以诱导PR-1和AOS基因的上调表达,表明拮抗菌DZSG23引入小麦后可诱导小麦的水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)信号通路,增强其抗病性。     

小麦NPR1基因家族鉴定及其表达分析

【目的】对小麦NPR1基因家族成员进行鉴定及表达分析,为探究该家族基因的作用机制及小麦遗传改良提供理论参考。【方法】以拟南芥NPR1家族蛋白序列为参考序列,从小麦基因组中鉴定出小麦NPR1基因家族成员,利用生物信息学软件对其序列特征进行分析,并分别利用RNA-Seq原始数据和实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析小麦NPR1家族基因在不同组织及不同胁迫下的表达水平。通过STRING在线网站构建TaNPR1s蛋白的互作网络。【结果】共鉴定获得20个小麦NPR1基因家族成员,其编码蛋白的不稳定指数均大于40,为不稳定蛋白;平均总亲水性值（GRAVY）均为负值（除TaNPR5-D为正值外）,为亲水蛋白;主要分布于细胞核内,在叶绿体、线粒体、内质网和细胞质等部位也有分布;二级结构均由α-螺旋、延伸链、β-转角和无规卷曲组成,以α-螺旋和无规则卷曲为主;对应的三级结构模型有10种。20个TaNPR1s蛋白均可与转录因子HBP-1b及未知蛋白A、B、C、D发生相互作用,这5种蛋白均含有bZIP结构域（含TGACG基序）和种子休眠特异基因结构域（DOG1）。TaNPR1s基因在不同组织中的表达模式不同,可分为在多个组织中表达、在特定的组织或发育阶段表达和在不同组织发育阶段均低表达或不表达,共三大类。随机挑选的8个TaNPR1s基因中,有3个基因在禾谷镰刀菌胁迫下表达量降低,但在白粉病菌胁迫下表达量升高;有2个基因在这两种菌胁迫下表达量均升高,有2个基因在两种菌胁迫下表达量均下降。TaNPR1s基因对6种非生物胁迫处理均有响应,但表达模式存在差异。【结论】小麦NPR1基因家族成员在不同组织生长发育过程和生物和非生物胁迫响应中发挥重要调控作用,且基因的可变剪接体也表现出不同组织表达特性,丰富了NPR1s蛋白功能。TaNPR1s蛋白可能通过与bZIP和DOG1结构域结合发挥其生物学功能。     

小麦中国春NAM转录因子Gpc-1和Gpc-2灌浆期时空表达模式分析

【目的】对面包小麦(Triticum aestivumL.)中国春NAM转录因子Gpc-1（TaNAM-A1、TaNAM-B1、TaNAM-D1）和Gpc-2（TaNAM-B2、TaNAM-D2）灌浆期的表达模式进行全面系统的分析,为深入了解其协同调控籽粒发育时期组织衰老和矿物元素转运的方式及各基因间相互作用提供参考。【方法】从中国春中克隆Gpc-1和Gpc-2的全长cDNA编码序列并进行序列比对分析。采用荧光定量PCR (qRT-PCR)定量分析各基因在不同组织中的表达特性。以多个经评估的稳定基因作为内参,并采用Pfaffl法对Gpc-1和Gpc-2的相对表达量进行计算。针对Gpc-1和Gpc-2 5′或3′非翻译区（UTR）的差异核苷酸序列设计5条特异性寡核苷酸探针,地高辛标记后利用mRNA原位杂交技术分别在花后的旗叶、穗下节及籽粒中对基因的表达进行组织定位。【结果】利用一对特异性引物,从中国春中克隆到TaNAM-A1、TaNAM-B2、TaNAM-D1、TaNAM-D2以及具有功能的TaNAM-B1,且其核酸序列与野生二粒小麦（Triticum turgidum var.dicoccoides）野生型TtNAM-B1完全一致。Gpc-1和Gpc-2的转录本均广泛地分布于倒二叶、旗叶、穗下节、颖壳、穗轴及籽粒中。但不同于Gpc-1, Gpc-2在花后的根中并不表达。mRNA原位杂交结果显示,Gpc-1和Gpc-2具有相同的组织表达特异性,除叶表皮细胞、种皮和果皮外普遍在旗叶、穗下节以及籽粒的其他细胞类型中具有表达。其转录本大量积累于叶肉细胞,而在穗下节及叶片维管束中表达量则相对较低。籽粒中Gpc-1和Gpc-2的表达具有不均一性,其转录水平在胚中较高,与矿物元素运输相关的主要组织（维管束、色素链、珠心突出及传递细胞）及糊粉层中次之,而胚乳中表达量相对较低。qRT-PCR结果显示各NAM基因的表达特性在不同组织及基因间存在差异。TaNAM-D2在各组织中表达量均最低;籽粒中TaNAM-D1丰度最高,穗下节、颖壳及穗轴中TaNAM-B2转录水平高于其他基因,而旗叶中TaNAM-B2与TaNAM-A1表达量最大。开花前,TaNAM-A1、TaNAM-B1、TaNAM-B2和TaNAM-D2在倒二叶、旗叶、穗下节、颖壳、穗轴及籽粒中均有表达。花后15 d,倒二叶、穗轴及籽粒中TaNAM-A1的表达水平先于旗叶（25DAA）出现下降,在穗下节及颖壳中则持续增长至30DAA;籽粒中TaNAM-B1丰度在15DAA达到最大值,而其他组织中其最大值出现于25DAA（旗叶、颖壳）及30DAA（倒二叶、穗下节和穗轴）;除旗叶（25DAA）及穗下节（20DAA）外,TaNAM-B2转录水平在其他组织中均从15DAA起迅速降低;不同于其他基因,TaNAM-D1仅从花后开始表达,其丰度在各分析组织中不断增加至灌浆后期（25DAA或30DAA）。颖壳中TaNAM-D2表达水平在15DAA开始降低,早于叶片（25DAA）及其他组织。【结论】Gpc-1及Gpc-2转录因子参与调控籽粒中矿物元素的转运,但与该组织中细胞程序性死亡（programmed cell death,PCD）或衰老无显著联系;灌浆期各基因间表达特性不尽相同,其在功能上具有差异。Gpc-1和Gpc-2或仅参与对矿物元素转运的调控或同时平行调控组织的衰老。     

利用广亲和基因S5-n的功能标记鉴定特殊配组类型杂交种纯度研究

“粳不育系/广亲和恢复系”配组方式在浙江省得到了越来越多的应用。广亲和基因S5-n的功能标记可快速检测种子纯度。为验证水稻广亲和基因S5-n功能标记鉴定粳不育系/广亲和恢复系配组方式杂种一代的效果,我们分别将长粳1A和6个恢复系获得的F₁代进行大田统计和分子标记鉴定,结果显示,由于广亲和基因S5-n分子标记不能特异性检测出串粉形成的异形株,导致其鉴定结果较大田统计鉴定结果高1.0~2.0百分点。未来还需要进一步优化广亲和基因分子标记技术的特异性,进而提高分子检测的准确性,这将有助于杂交稻的安全生产。     

小麦低磷响应基因的筛选与表达分析

利用Affymetrix wheat microarray分析了郑麦9023在低磷和正常磷水培条件下,苗期根部基因在转录水平的差异。结果表明,1)筛选得到1 889个差异表达基因,其中1 298个上调表达,591个下调表达。2)基因功能分析显示,这1 889个基因参与了信号转导、蛋白存储、逆境胁迫、能量代谢、病程相关和其他与植物生长发育有关的过程。3)利用qRT-PCR对其中30个基因的表达情况进行了验证,显示与基因芯片结果基本相同的表达趋势。4)在低磷及磷恢复条件下,对其中5个候选基因(TaSPX3,TaIPS1.3,TaGST_Like,TaPDF19,TaG6PDH1_Like)在不同小麦品种中的表达进行分析,显示这5个基因受到低磷胁迫的强烈诱导,恢复供磷后表达显著回调。但是,这些候选基因在不同品种间横向表达趋势有差别,反应了不同基因型小麦对低磷胁迫的响应机制存在差异。预测这5个候选基因的功能涉及信号转导、氨基酸代谢、糖代谢、抗逆响应等重要的代谢或调控途径,在小麦应对低磷逆境机制中发挥重要作用。     

南极鱼Ⅲ型抗冻基因真核表达质粒的构建及其细胞表达

为了探讨多聚AFPⅢ的作用机制,从南极鱼Lycodichthys dearborni的多聚三型抗冻蛋白基因LD12 cDNA中克隆得到AFPⅢ的四聚体,命名为LD4,并构建真核表达质粒Tol2-actin-LD4-2A-EGFP。将表达质粒转染到斑马鱼细胞系ZF4中,发现LD4可以在ZF4中大量表达并且能够减少斑马鱼细胞在低温胁迫下的死亡率。通过对不同处理温度(28、18、10 ℃)下的WT、EGFP和LD4细胞进行转录组测序分析,找出26个表达差异转录因子,其中I3MB13、ZNF687b等表达上调,JUN、Cremb等表达下调,并且通过荧光定量PCR的验证。通过KEGG pathway分析发现,这些差异性基因主要参与细胞凋亡、细胞周期、增殖等调节通路。采用 Annexin V-PE/7-AAD双染色法对3种不同温度下的WT、EGFP和LD4细胞进行细胞凋亡检测,结果显示,LD4在低温下与对照组相比凋亡率没有显著差异,说明LD4可能是通过其他通路而不是通过抑制细胞凋亡来抵御低温胁迫,这为LD4作用机制的进一步研究提供了理论基础。     

双孢蘑菇内参基因的筛选与矫正

根据特定试验材料与条件选择RT-qPCR分析中合适的内参基因,对于准确校正目的基因的表达至关重要。该研究采用RT-qPCR技术对8个内参基因在5个发育时期、3种不同组织器官和4个不同温度处理下的表达情况进行检测,通过ΔCt法、GeNorm和NormFiner对单基因、双基因组合和三基因组合的表达差异情况进行稳定性分析。结果表明:双孢蘑菇不同发育时期、不同组织,以及不同温度处理菌丝中最佳内参基因分别为40s+actin+Eif5基因组合、Eif5+ubiquitin+PRL14基因组合和EF1+ubiquitin+RPL14基因组合。该研究结果可为双孢蘑菇发育和温度相关基因的定量表达分析提供参考。     

猪miR-204组织表达与重要靶基因筛选

基于Illumina Hiseq 4000高通量测序技术筛选得到仔猪感染C型产气荚膜梭菌耐受和易感组中显著上调表达的miR-204。为研究miR-204在各组织中的表达,进一步筛选miR-204参与调控仔猪C型产气荚膜梭菌感染的关键靶基因,采用实时荧光定量PCR方法检测了miR-204在7日龄仔猪各组织中的表达,利用MEGA7.0软件对其成熟体序列保守性进行分析,运用TargetScan、miRDB、PicTar软件进行靶基因预测,并用DAVID软件对靶基因进行Gene Ontology和KEGG Pathway通路富集分析,进一步采用qRT-PCR方法对筛选得到的关键靶基因在猪肠上皮细胞(IPEC-J2)中进行靶向关系验证。结果表明,miR-204在7日龄仔猪肾脏、肝脏、胸腺、淋巴、十二指肠和回肠组织中均高度表达,其成熟体序列在脊椎动物间高度保守。3种软件预测到的共同靶基因有114个,这些靶基因显著(P<0.05)富集在15个GO功能和13个信号通路。结合前期得到的抗性基因,筛选到4个关键靶基因NR3C1、SIRT1、BCL2L2和DLG5,转染miR-204 mimics后,靶基因SIRT1、BCL2L2和DLG5极显著(P<0.01)下调表达。miR-204是参与调控仔猪抵抗C型产气荚膜梭菌感染的重要因子,SIRT1、BCL2L2和DLG5可能是miR-204的关键靶基因,其功能还需进一步验证。