牦牛皱胃全长转录组测序分析

【目的】获得牦牛(Bos grunniens)皱胃全长转录组数据库,深入挖掘牦牛皱胃功能基因。【方法】采用PacBio Sequel高通量测序系统,使用单分子实时(single molecular real time, SMRT)测序技术对成年牦牛皱胃全长转录组进行测序,对原始数据进行质控和去冗余分析,再比对参考基因组获取过滤后的非重复序列(Unigenes),使用多种生物信息软件对牦牛皱胃全长转录本数据进行功能注释、转录因子注释、编码区预测、简单重复序列(simple sequence repeats, SSR)分析及可变剪接分析。【结果】通过测序共获得14 467 420条子序列,平均子序列长度为3 344.23 bp,质控得到循环一致性序列(CCS)有296 840条,全长非嵌合(FLNC)序列有277 402条,过滤和去冗余后对比参考基因组最终获得8 556条Unigenes。通过与NR、Swiss-Prot、KEGG、KOG、eggNOG、GO和Pfam数据库比对,对Unigenes进行注释,其中NR数据库注释了8 544条Unigenes; Swiss-Prot数据库注释了...     

桑品种桂桑优12的转录组生物信息学分析

为了从分子生物学的角度解析桑树的重要功能性状,以广西蚕区主栽桑品种桂桑优12的根部组织为材料提取总RNA进行转录组测序.测序共获得50844314条原始测序数据(Raw data),经过滤后得到50540436条Clean data.对序列进行拼接组装、去冗余后,获得了102254个转录本,总长度为64665080 bp,平均长度为771 bp,N50值为1473 bp,GC含量47.2％.将获得的序列与各大功能数据库比对,进行功能注释,共有86332个转录本获得了注释结果,预测出68218个编码序列(Coding DNA sequence,CDS),总长度34282488 bp,平均每个CDS长度为502 bp,N50值为756 bp,GC含量42.44％.其中有40254个转录本在KEGG获得注释,有26832个转录本在COG获得注释,有27766个转录本在GO获得注释.桂桑优12根部组织的转录本数据分析结果,可为今后研究发掘桑树重要功能性状基因提供一定的数据支持.     

蒺藜苜蓿MtMYB16基因克隆、表达及转录自激活分析

植物中MYB转录因子数量众多,功能多样,在植物生长发育、逆境响应等多方面发挥着重要作用。为研究MYB转录因子在蒺藜苜蓿中的功能,本研究采用PCR技术从蒺藜苜蓿中克隆MtMYB16基因,该基因开放阅读框1074 bp,共编码357个氨基酸。进化树分析结果显示,MtMYB16蛋白与白花草木樨中MYB蛋白同源性最高。亚细胞定位结果显示,MtMYB16蛋白定位在细胞核中。酵母自激活检测结果显示,MtMYB16蛋白具有自激活活性,自激活结构域位于C端。表达分析结果显示,MtMYB16在蒺藜苜蓿根、茎、叶、花、果实中均有表达,在根中表达水平最高;IAA、MeJA能够降低MtMYB16表达水平;盐胁迫和干旱胁迫下,MtMYB16表达量在1.0 h时迅速增加,说明MtMYB16可能具有响应盐及干旱胁迫的功能。     

蒺藜苜蓿LEA基因家族全基因组分析

胚胎发育晚期丰富蛋白(LEA)是一类在种子胚胎发育后期特异表达并受发育阶段及脱水信号调节的脱水保护蛋白,在响应植物干旱、低温、高盐等逆境胁迫中具有重要功能。本研究利用生物信息学手段,在全基因组水平对蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)LEA基因家族进行分析,并对其进化、基因结构、进化压力、染色体定位及基因表达模式进行了系统分析。本研究共筛选出23个蒺藜苜蓿LEA家族基因,可分为8个亚家族。基因定位结果表明,23个蒺藜苜蓿LEA基因分布于除6号染色体外的其他7条染色体上,但分布不均匀;家族成员外显子数目都不超过两个,结构简单。不同组织表达谱分析结果显示,LEA家族基因具有不同的组织表达模式,并受干旱逆境胁迫调控。本研究结果可为蒺藜苜蓿LEA基因家族的功能分析奠定基础。     

蒺藜苜蓿叶绿体密码子偏好性分析

本文对蒺藜苜蓿叶绿体基因组全序列密码子进行分析,筛选出50条CDS(coding DNA sequence)利用CodonW软件进行分析其密码子使用模式。结果显示,蒺藜苜蓿叶绿体基因组密码子第3位碱基GC含量为26.9%,即第3位密码子富含A和U,ENC值在37.11~51.91之间密码子偏好性较弱。相对同义密码子使用度分析显示RSCU值大于1的密码子有23个,其中以A和U为结尾20个。中性绘图分析显示GC₁₂与GC₃的相关系数为0.341,相关性不显著,回归系数为0.4843;单基因ENC比值多分布在-0.05~0.05,即大部分基因ENC值离ENC期望值较近;对应性分析,第一轴显示了12.50%的差异为主要影响因素,第一轴与ENC和GC₃的相关系数分别为0.091和-0.092,均相关不显著。综合这几项分析发现蒺藜苜蓿叶绿体基因组密码子偏好性主要受到突变的影响,但是并不是唯一的影响因素,其他因素对密码子偏好性也可能有一定的影响。最终通过高表达优越密码子方法确定得出UUA、UUG、CCU等23个密码子为最优密码子,为之后对外源基因进行改造,提高其在叶绿体中的表达效率奠定了基础。     

沙鞭全长转录组测序及生物信息学分析

为了明晰沙鞭(Psammochloa villosa)的转录组特征,本研究利用PacBio Sequel测序平台首次对其进行全长转录组测序和数据分析,结果共获得323 309个clean reads,自我矫正产生环形一致性序列(CCS)673 540个,预测得到蛋白编码区(CDS)序列28 447个;MISA软件共搜索得到沙鞭93 563个简单重复序列(SSR),分布于56 824条unigene上;转录本基因功能注释,共有166 541条序列得到NR注释,结果显示沙鞭与二穗短柄草(Brachypodium distachyon)亲缘最近;KOG数据库比对将97 892个unigene分为25个功能类别,其中注释较多的功能为翻译后修饰、蛋白质周转和分子伴侣;GO数据库比对共注释到87 930个unigene,分为生物过程、细胞组成和分子功能3大类及62个亚类分支;KEGG结果表明碳水化合物代谢、信号转导、能量代谢通路中注释基因较多。本研究结果丰富了沙鞭的遗传信息,为今后沙鞭关键耐旱基因的挖掘提供了理论依据。     

蒺藜苜蓿MtNSN1的克隆与功能分析

核干因子(NS)是一类广泛存在于动物细胞核中的GTP结合蛋白,主要参与胚的形成和细胞增殖,对维持细胞周期具有重要作用。本研究旨在初探蒺藜苜蓿MtNSN1的表达模式及其对生长发育的调控功能。克隆获得蒺藜苜蓿MtNSN1基因cDNA全长2193bp,其中开放阅读框为1800bp,编码599个氨基酸,蛋白分子量133.7kDa。进化树分析显示MtNSN1与大豆NSN1的氨基酸同源性为66.67%。组织器官表达分析表明,MtNSN1在蒺藜苜蓿花中表达量最高,根次之,叶中表达量最低。RNA原位杂交的结果显示该基因主要在蒺藜苜蓿生长发育活跃的茎尖分生组织及其周围的幼嫩叶中表达。MtNSN1转化野生型拟南芥得到超表达植株,通过统计分析表明超表达植株的主根长度和叶片数量都明显优于野生型。在超表达植株中5个细胞周期标记基因的表达水平均比野生型拟南芥显著上调;利用DNA化学诱变剂博来霉素对植株进行处理,发现超表达植株的根系受抑制程度小于野生型。以上结果表明,MtNSN1与蒺藜苜蓿茎尖分生组织的维持及地上、地下器官的发育有关,同时异源表达MtNSN1在转录水平上影响拟南芥细胞周期的表达。     

蒺藜苜蓿EMS诱变突变体库的构建及突变体表型的分析

突变体是进行功能基因组学研究的重要材料,大量基因已经从各种突变体中得到克隆。本研究利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)品种A17种子,鉴定和统计其后代突变型和突变频率,分别获得2 085份M1代和388份M2代突变材料,M2代突变材料中叶色突变性状包括叶斑突变、叶深绿、杂色叶、叶红紫、叶黄萎和白化苗,占群体的5.37%;叶型突变性状包括皱叶、窄叶、卷曲和多叶等,占3.12%;株型突变性状包括高秆、矮化、匍匐、半匍匐、多分枝和少分枝等,占9.11%;开花期突变性状包括早花、晚花等,占1.01%;总的表型突变频率为18.61%。本研究初步构建的蒺藜苜蓿A17 EMS的突变材料一方面创造了蒺藜苜蓿新的种质资源,另一方面可应用于蒺藜苜蓿功能基因组的研究。     

全基因组水平蒺藜苜蓿CPP基因家族的鉴定及表达模式分析

CPP （cysteine-rich polycomb-like protein）基因家族是一类小转录因子,广泛存在于除酵母与原核生物外的各种生物体中,在植物生长发育及响应胁迫过程中具有重要作用。截至目前,CPP基因家族已在多个物种中被鉴定和研究,但在豆科模式植物蒺藜苜蓿中还未见报道。本研究采用生物信息学的方法,在蒺藜苜蓿中共鉴定出9个CPP基因。通过与3个物种CPP基因的蛋白序列构建系统发育树,将CPP基因分为3类,MtCPP成员与大豆的亲缘关系更接近。保守结构域分析表明MtCPP转录因子都具有1~2个CXC保守结构域。染色体定位分析得出,9个CPP基因分布在6条染色体上,并鉴定出2对旁系同源基因,均来源于片段重复事件。通过基因芯片技术检测MtCPP基因的表达模式结果显示,MtCPP基因的表达具有一定的时空特异性。MtCPP基因启动子中含有大量与激素以及胁迫相关的顺式作用元件,并且MtCPP2、MtCPP5、MtCPP6和MtCPP7基因具有响应干旱的表达特征,MtCPP2和MtCPP8基因具有响应盐胁迫的功能。该研究可为后期深入解析MtCPP基因家族功能和筛选参与苜蓿抗逆的MtCPP基因奠定基础。     

蒺藜苜蓿子叶节高频再生系统的建立

通过直接的芽器官发生途径,建立了蒺藜苜蓿Medicago truncatula子叶节外植体的高频植株再生体系.选用在高达5 mg/L 6-苄氨基嘌呤(6-BA)的种子萌发培养基上生长3 d的蒺藜苜蓿幼苗,制备获得由1片子叶和半个胚轴组成的子叶节外植体.以SH培养基为基本培养基,对不同浓度α-萘乙酸(NAA)和6-BA组合诱导不定芽形成条件进行优化的结果表明,不定芽诱导培养基中仅用浓度为4 mg/L 6-BA的平均不定芽数达到3.56,显著优于与其它生长调节物质组合的处理.     

截形苜蓿蛋白质组学研究进展

蛋白质组学研究是功能基因组研究的重要手段.简述了蛋白质组学研究的概念和主要技术,详述了蛋白质组学在截形苜蓿组织或细胞器蛋白质组成、生长发育、响应生物和非生物胁迫等方面应用研究成果,分析了存在的问题与发展前景.     

蒺藜苜蓿、天蓝苜蓿、金花菜基因组SNP穿梭标记开发

蒺藜苜蓿是继拟南芥和水稻之后又一个进行全基因组测序的植物,利用蒺藜苜蓿的基因组序列,开发出可以在其他豆科植物上应用的分子标记,即穿梭标记,已成为缺乏基因组信息或基因组复杂的豆科植物基因组学及分子遗传学研究的有效手段。天蓝苜蓿和金花菜是我国最重要的两种一年生苜蓿,由于缺乏有效的分子标记,这两种苜蓿在基因组水平上的研究很少。SLAF-seq是近年来开发出的一种简化基因组测序技术,具有高通量、准确性、成本低、周期短的优点,已在众多物种的全基因组SNP标记开发上得到应用。本研究通过SLAF-seq技术对12份蒺藜苜蓿、天蓝苜蓿和金花菜材料进行简化基因组测序,共得到28.04×10⁶个读长的测序数据,276432个高质量的SLAF标签,其中58748个SLAF标签为多态性标签,平均测序深度为17.44。在58748个多态性SLAF标签中,共检测出次要基因型频率(MAF)大于0.05的SNP标记189133个。本研究开发出的SNP标记可用于一年生苜蓿的遗传多样性、遗传图谱构建和重要农艺性状的QTL定位等的研究,其种间穿梭的特性可为苜蓿属种间基因组排列顺序、系统进化关系、比较图谱构建等方面的研究提供帮助。     

蒺藜苜蓿遗传转化体系研究进展

豆科植物作为重要的农作物和牧草资源, 是人类和动物的重要蛋白质来源。蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)是豆科模式植物, 其遗传转化体系的建立和完善对促进豆科植物基因工程研究和功能基因组学研究均具有重要意义。本文结合国内外蒺藜苜蓿基因工程研究动态, 从转化方法、外植体类型、菌株型、载体和培养基使用等方面对R108、Jemalong 2HA、Jemalong J5、Jemalong A17和Jemalong M9-10a这5种生态型蒺藜苜蓿转基因研究进展进行了系统综述, 并对当前存在的问题及今后的研究趋势进行了讨论, 以期为豆科植物遗传转化体系进一步完善提供参考。     

豆科模式植物——蒺藜苜蓿

由于蒺藜苜蓿具有高的遗传转化效率、生长期短、染色体组为2×8、基因组小、自花授粉、固氮等特点,使它成为豆科生物学和基因组学研究的模式植物。本研究描述了蒺藜苜蓿的形态特征,介绍了苜蓿属植物的系统关系及蒺藜苜蓿的分类学地位,概述了蒺藜苜蓿遗传图谱构建和基因组学研究的进展。     

苜蓿全基因组WRKY转录因子基因的分析

蒺藜苜蓿的基因组较小,遗传转化相对容易,是国际上广泛用于研究豆科植物的模式植物,其全基因组测序已经完成。WRKY转录因子是近年来在植物中发现的N-端含有WRKYGQK高度保守氨基酸序列的新型转录调控因子, 调节启动子中含W-box元件的调节基因和(/或)功能基因的表达, 从而参与植物的各种防卫反应。本研究以苜蓿基因组序列(Mt2.0)为材料,利用生物信息学方法分析苜蓿全基因组WRKY转录因子基因的数目、种类、系统发生学、保守基序,结果表明,苜蓿中共有28个WRKY基因,其中5个基因含有2个WRKY结构域,共含有33个WRKY结构域,根据其结构域特点可以分为3个大类,同时与水稻WRKY基因进行了比较研究,发现基因数目远少于拟南芥和水稻,同时研究证实苜蓿与水稻WRKY基因的起源和进化关系存在较大差异,显示出苜蓿WRKY进化有其独特的特点,此外分析苜蓿WRKY基因的保守motif共有46个,筛选得到WRKY结构域的5个保守motif。该研究对苜蓿WRKY基因功能的研究及进化具有重要的意义。     

截形苜蓿生物数据分析平台的构建与应用

为更有效地利用截形苜蓿(M.truncatula)的表达序列标签和其他公共数据,加快对截形苜蓿功能基因的研究步伐,构建了“M.truncatula Home”生物数据分析平台,并以此为中心,整合了专门为截形苜蓿定制的电子克隆系统。该数据分析平台具有序列基本信息查询、电子克隆系统、试验一致性序列动态分类查询的功能。进一步利用“M.truncatula Home”生物数据分析平台大规模预测了截形苜蓿盐胁迫相关基因,从截形苜蓿的36878条试验一致性序列中预测出650条与耐盐相关的序列,为进一步克隆截形苜蓿耐盐相关功能基因奠定了基础。