Adaptation to climate across the Arabidopsis thaliana genome

Understanding the genetic bases and modes of adaptation to current climatic conditions is essential to accurately predict responses to future environmental change. We conducted a genome-wide scan to identify climate-adaptive genetic loci and pathways in the plant Arabidopsis thaliana. Amino acid-changing variants were significantly enriched among the loci strongly correlated with climate, suggesting that our scan effectively detects adaptive alleles. Moreover, from our results, we successfully predicted relative fitness among a set of geographically diverse A. thaliana accessions when grown together in a common environment. Our results provide a set of candidates for dissecting the molecular bases of climate adaptations, as well as insights about the prevalence of selective sweeps, which has implications for predicting the rate of adaptation.     

模式植物拟南芥基因组研究进展

拟南芥(Arabidopsis thaliana)是一种十字花科(Cruciferae)的小型野草,早在16世纪被发现,19世纪末,科学家就注意到了它的研究价值.它是国际上第一个完成全部基因组序列测定的高等植物,其研究成果对于其它高等植物包括农作物的研究,将产生重大的影响,因此拟南芥的研究越来越受到国际植物学界及各国政府的重视.本文就拟南芥基因组研究及其相关技术作一概述.……     

拟南芥转录因子AGL47的原核表达与包涵体复性研究

AGL47是拟南芥第五染色体上AtSg55690基因编码的1个转录因子,属于MADS-box蛋白质家族,前期研究显示,At5g55690基因受磷胁迫特异诱导表达,极有可能在磷代谢调控中发挥重要的作用.为了进一步鉴定该基因的功能,本研究克隆At5g55690基因全长ORF,构建重组表达载体pPET-28a-At5g556...     

核盘菌基因组微卫星序列分析

利用已经公布的核盘菌基因组测序结果,对已有的核盘菌基因组中SSR的类型、大小及分布等数据进行统计分析.在核盘菌基因组内发现1 693个SSR序列,其中出现频率最高的为6碱基和4碱基的SSR序列,分别达到577次和449次,1碱基、3碱基和5碱基的SSR则分别出现97、180、57次.其中有340个SSR序列出现在308个基因内.大多数基因(284个基因)都只含有1个SSR,占含SSR基因总数的92.21％; 17个基因中含有2个SSR,6个基因中含有3个SSR,含4个SSR的基因只有1个.在基因序列内,出现最多的是3碱基与6碱基的SSR,这表明较之基因间区,在选择压力下基因内SSR多趋向于密码子的整数倍,这与其他物种的分析结果一致.为了解含有较多SSR序列与核盘菌基因功能的关系,将含2个以上SSR的基因预测蛋白序列根据NCBI网站CDD软件进行比对发现,24个基因只有6个具有保守的蛋白结构域,且这些结构域多与转录、DNA修复有关.     

对虾科物种线粒体基因组特征和系统发育分析

综合分析对虾科(Penaeidae)21个物种线粒体基因组的全序列,发现其线粒体基因组的长度为15 893～16 071 bp, A+T含量为64.59%～70.61%。K_a/K_s分析表明,对虾科物种线粒体13个蛋白质编码基因(protein-coding genes, PCGs)中,atp8基因的K_a/K_s最高,表明在对虾科中atp8基因受到了较弱的选择压力;在差异位点的分析中,发现nd5和rrnL基因的差异位点比例较高,是理想的分子标记,可用于分析对虾不同群体之间的遗传多样性;在密码子的使用中,被编码的氨基酸均体现相似的偏好性。同时,采用ML(Maximum likelihood)和BI(Bayesian inference)方法构建系统发育树,结果显示,这两种方法构建的系统发育树拓扑结构完全一致,且同属物种也都归为一类或者单独归为一支。本研究为快速鉴定对虾科生物提供了可靠的分子标记,为分析对虾科物种遗传多样性提供理论依据。     

转PcRS基因拟南芥植株表型分析

为了研究虎杖(Polygonum cuspidatum Sieb.et Zucc.)白藜芦醇合酶基因PcRS的功能,以转PcRS基因拟南芥为材料,对其进行分子鉴定和表型研究.利用Southern blot和Northern blot验证了外源PcRS基因在转基因拟南芥基因组中的整合和表达.对经过选育得到的T3代纯合株系(L4、L6、L15)进行性状观察.在体视显微镜下观察野生型和转基因拟南芥植株表型;采用分光光度法测定低氮培养基上的子叶花青素含量.结果显示,与野生型拟南芥相比,转基因拟南芥的种皮颜色发生改变呈浅黄褐色,并且子叶中花青素含量显著减少.这表明PcRS基因可能导致转基因拟南芥的黄酮类物质合成受阻.     

基于家系基因组测序对骡基因组结构多样性分析

为分析马(Equus caballus)和驴(Equus asinus)杂交后两套结构和功能完善的独立基因组在骡基因组中整合后的结构多样性，本研究以马属动物三成员家系的全基因组序列为研究对象，分别以纯血马基因组和驴基因组为参考，识别驴、马和骡的InDel、SNP和CNV；通过生物信息分析，分析骡的de novo SNP及其突变频率、识别骡特异性CNV，并进行功能分析。结果显示:1)驴、马和骡分别获得100.01、103.78和114.36 Gb 的高质量Illumina基因组测序数据。2)以纯血马基因组为参考，识别的InDels、SNPs和CNVs分别为402 533~2 110 786、5 012 403~23 819 055和2 126~3 761；以驴基因组为参考，识别的InDels、SNPs和CNVs分别为527 351~2 279 875、3 212 499~23 549 224和3 572~7 812。3)骡de novo SNPs分别为555和419，其突变频率为1.72×10^-7~2.21×10^-7。4)获得骡特异性CNVs分别为396和859，总长度分别为2.15和3.77 Mb。5)变异相关基因主要和机体的免疫及癌症过程相关。综上，骡基因组发生了高频率的de novo SNPs和特异性CNVs，这些结构变异可能对马和驴异种杂交不相容以及骡的遗传适应性具有重要意义，为进一步开展马和驴异种杂交的遗传基础及其分子机制的研究提供候选遗传位点。     

拟南芥PGK基因家族功能的初步分析

磷酸甘油酸激酶(Phosphoglycerate kinase)是一类进化上非常保守的蛋白家族,因而利用模式植物拟南芥研究PGK家族基因功能具有普遍意义。拟南芥基因组中含有三个PGK基因家族成员(PGK1,PGK2和PGK3),但是对于它们的基因表达模式和蛋白定位的研究还不是很清楚。本文利用实时荧光定量PCR技术检测了PGK基因家族的表达模式,结果表明三个PGK基因在拟南芥的各个组织器官和发育阶段中都有表达。利用拟南芥原生质体瞬时转化系统对三个PGK蛋白进行亚细胞定位,结果显示PGK1和PGK3定位于细胞基质,而PGK2定位于叶绿体。另外,我们分离得到了PGK2基因的T-DNA插入敲除突变体pgk2。pgk2在正常条件下表现出叶片黄化,PR1基因上调表达和H_2O_2过量积累等类似于超敏反应的细胞死亡表型。进一步的遗传分析表明pgk2的细胞死亡表型和T-DNA插入位点紧密连锁,暗示着pgk2的细胞死亡表型是由于PGK2的基因缺失造成的,因此PGK2可能在调控植物细胞程序化死亡过程中有重要作用。以上研究结果对于进一步探讨PGK基因家族的功能具有重要的参考价值。     

拟南芥和水稻cystatin基因家族的生物信息学分析

利用已经分离的植物半胱氨酸蛋白酶抑制剂(cystatin)基因的cystatin结构域为检索序列在基因组水平上对拟南芥和水稻中的cystatin基因家族的成员进行分析;同时利用这些基因编码的蛋白质序列构建系统发生树,并对这些蛋白序列的保守序列进行分析;最后在GenBank的EST数据库中查找这些基因的ESTs表达序列。结果表明:1结合结构域的鉴定、多序列联配以及MEME分析最终确定了7个拟南芥和11个水稻的cystatin基因。2系统发生分析表明,cystatin基因的基本特征很可能是在拟南芥和水稻的分离之前就已经形成。3 cystatin结构域在蛋白质间高度保守。4拟南芥和水稻的cystatin基因主要在花、叶、根、种子和愈伤组织中表达,这有助于植物避免昆虫的侵害。     

拟南芥GA20氧化酶家族的生物信息学分析

采用生物信息学的方法对拟南芥中多个GA20氧化酶(GA20ox)氨基酸序列的理化性质、亚细胞定位、进化关系、基序和磷酸化修饰位点进行了预测和分析.结果表明,拟南芥中的GA20ox可被划分为2个亚类,1个亚类被预测定位于细胞质,另1个亚类被预测定位于叶绿体.     

大豆GmUGD基因家族生物信息学分析

尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶(UGD)是多糖合成中的一个关键酶,广泛参与植物生长发育与非生物胁迫响应过程。采用生物信息学方法,在全基因组水平预测出10个大豆Gm UGD基因;序列分析结果显示,Gm UGD基因均具有UDP-葡萄糖/GDP-甘露糖脱氢酶家族的3个典型结构域;基因复制分析表明,80%Gm UGD基因存在复制事件;系统发生分析结果显示,Gm UGD基因分为三类,分类结果与基因复制分析结果基本吻合;基于Uni Gene数据库与GEO数据库的表达模式分析显示,根中Gm UGD基因的ESTs最多,上胚轴中最少;另外,Gm UGD基因能够响应盐碱胁迫诱导,在大豆根和叶中表达模式不同。结果可为进一步研究大豆Gm UGD基因功能提供理论依据。     

湖南省棉花生产效率的实证分析

利用湖南省1987～2007年棉花投入产出的面板数据,采用非参数Malmquist指数方法对其生产效率变动进行分解分析.并运用数据包络分析法(DEA)对Malmquist指数及其分解的各指数的变动原因以及改进生产效率的途径做出了进一步探讨.结果表明,湖南的棉花生产全要素生产率(TFP)在生产技术上没有明显进步,而综合技术效率和规模效率的下降对TFP的增长起到了负面效应.通过促进技术进步、调整生产规模和提高技术效率等手段可以提高湖南省的棉花生产效率.