苹果WRKY转录因子家族基因生物信息学分析

 利用生物信息学方法对苹果MdWRKY转录因子家族成员、基因分类、染色体定位、系统进化关系和结构域序列保守性进行了预测,并分析基因在果实成熟期和砧穗互作中的表达差异。苹果MdWRKY家族包含116个基因,分为GroupⅠ、GroupⅡ和GroupⅢ,其中GroupⅡ又可细分为GroupⅡa、GroupⅡb、GroupⅡc、GroupⅡd和GroupⅡe亚类;苹果的17条染色体均有WRKY转录因子分布,其中第1条染色体上的分布最多,有12个WRKY基因分布。MdWRKY编码的蛋白在118 ~ 965个氨基酸范围内,等电点位于4.81 ~ 10.16之间。Microarray分析发现,在苹果果实成熟时期和砧木接穗互作过程中,多数MdWRKY基因的表达都有不同程度的变化。     

苹果花脸症状相关基因差异表达的分析

【目的】苹果花脸病主要由苹果锈果类病毒（apple scar skin viroid,ASSVd）引起，是一种严重危害苹果产量和果实品质的病害，通过分析苹果花脸症状相关基因表达，探索花脸症状形成的潜在机制。【方法】削取无症状且无ASSVd侵染的果皮和表现花脸症状的弘前富士苹果果皮，提取果皮总RNA，通过高通量测序并进行转录组数据分析。【结果】利用RT-PCR方法从表现花脸症状的苹果果皮中得到两条ASSVd序列，其基因组长度分别为331 nt和330 nt，与已公布的ASSVd山东烟台苹果分离物SDYT-1(MW302328.1)和SDYT-3(MW315909.1)完全一致。转录组测序结果表明，与无症状果皮相比，表现花脸症状的果皮中共有差异表达基因6938个，其中有3331个基因显著上调，3607个基因显著下调。通过差异表达基因功能注释分析，表明这些差异基因参与到植物激素（茉莉酸、水杨酸和生长素）合成和信号转导、苯丙烷生物合成等代谢途径。此外，转录组数据分析发现与植物防御反应相关转录因子的编码基因，如MdWRKY18-like、MdWRKY71、MdNAC29、MdWRKY70等在表现...     

苹果MdWRKY74的克隆和功能分析

以苹果砧木M9T337(Malling 9 NAKBT337)为试材,克隆了 1个WRKY转录因子基因,命名为MdWRKY74(XM_029090147.1).其开放阅读框为939 bp,编码312个氨基酸,含有1个典型的WRKY结构域.氨基酸序列比对和进化树分析发现MdWRKY74与梨PyWRKY74同源性最高.亚细...     

苹果K~+转运蛋白基因家族鉴定及表达分析

利用苹果基因组筛选K~+转运蛋白基因,分析其系统发育关系,通过q RT-PCR检测它们在平邑甜茶各器官组织和不同发育阶段果实的表达特征。结果表明,在苹果中存在65个K~+转运蛋白基因,包括CHX家族(33个)、HAK家族(24个)、HKT家族(1个)和KEA家族(7个),它们与拟南芥K~+转运蛋白基因高度同源,其基因结构相对保守,并且不均匀地分布在13条染色体上。定量表达分析发现,K~+转运蛋白基因具有不同的表达模式,其中在根中高度表达的32个,在叶片中高度表达的12个,在茎尖中高度表达的11个,在果实中高度表达的19个。研究结果为揭示苹果K~+转运蛋白基因的功能提供了基础资料。     

苹果细胞分裂素响应因子基因MdCRF4的分离与功能鉴定

以‘嘎拉’苹果(Malus × domestica‘Royal Gala’)为研究材料,利用同源克隆和PCR技术,分离了苹果细胞分裂素响应因子(cytokinin response factor)基因MdCRF4。该基因开放阅读框(ORF)为1077 bp,编码含有358个氨基酸的蛋白。保守结构域和系统进化树分析显示,MdCRF4蛋白包含一个保守的CRF结构域和一个保守的AP2/ERF结构域,与梨PbCRF4同源性最高。基因表达分析显示,该基因主要在苹果根和叶中表达并且响应细胞分裂素。EMSA试验显示MdCRF4原核表达蛋白能够绑定DRE(ACCGAC)序列。在‘王林’苹果愈伤组织中超表达MdCRF4,其花青苷积累显著增加,表明MdCRF4在调控花青苷积累中发挥重要作用。     

苹果锚蛋白基因ANK家族生物信息学鉴定分析

 利用生物信息学方法对苹果ANK基因家族成员及分类鉴定,同时对其染色体定位、系统进化关系及芯片表达特性进行了分析。苹果MdANK家族包含351个基因,根据蛋白结构域差异分为16个类别,ANK-M类型最为庞大,有143个ANK蛋白;苹果的17条染色体均有ANK家族基因分布,其中第2条染色体上分布最多,有36个ANK基因。MdANK编码的蛋白在72 ~ 2 429个氨基酸范围内,等电点在4.30 ~ 11.13之间。芯片分析发现,在苹果果实成熟时期及砧木接穗互作过程中,多数MdANK基因的表达都有不同程度变化。     

新疆野苹果NAC基因分析及抗腐烂病基因筛选

【目的】探明新疆野苹果(Malus sieversii)中NAC基因资源,筛选潜在的抗腐烂病NAC基因。【方法】以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)的NAC蛋白为种子构建隐马可夫模型,从新疆野苹果转录组数据库中鉴定NAC转录因子,利用Protparam及qRT-PCR等手段对其理化性质、亚细胞定位、保守基序、系统进化及腐烂病菌侵染后的表达谱进行分析。【结果】从新疆野苹果中鉴定到165个NAC基因,根据蛋白系统进化关系分为12个亚组,且MsNACs在各亚组间分布不均。蛋白理化性质分析结果表明,MsNACs大多属酸性,且多为亲水性蛋白。保守基序分析结果表明,大多数MsNAC转录因子拥有由7个保守基序组成的完整NAC结构域,少数存在亚结构域的缺失。膜结合域分析结果表明,有18个MsNACs蛋白具有膜结合域,且大多定位于细胞核,少数定位于内质网、线粒体等其他细胞器。表达分析结果表明,34个MsNACs在腐烂病菌侵染后差异表达,可根据表达模式分为A、B、C三个亚簇,其中MsNAC073和MsNAC102表达变化剧烈,分别在5 dpi下调近6倍和上调近140倍。【结论】基于新疆野苹果转录组数据,首次对MsNAC家族基因进行鉴定、分类和表达量分析,为新疆野苹果抗病响应关键NAC基因的功能研究奠定了基础,也为其他物种中抗病基因的筛选提供了参考。     

苹果黄酮醇合成酶基因MdFLS1的克隆、生物信息学分析及催化活性鉴定

【目的】在‘嘎拉’苹果中克隆黄酮醇合成酶基因Md FLS1全长,对其进行生物信息学分析,研究其表达特点和催化活性。【方法】利用RT-PCR和PCR克隆Md FLS1的全长,测序后运用多种生物信息学手段对其序列进行分析,运用q RT-PCR的方法研究其表达模式,原核诱导获得Md FLS1蛋白,并利用高效液相色谱鉴定其催化活性。【结果】苹果Md FLS1基因包含1 014 bp完整的开放阅读框,编码337个氨基酸,理论等电点为5.48,预测分子质量为38.12 ku。苹果Md FLS1基因定位于基因组8号染色体上,属于α-酮戊二酸依赖性双加酶家族。系统进化树分析表明,FLS在不同物种间具有高度的氨基酸序列保守性;其中,苹果Md FLS1与甜樱桃Pa FLS亲缘关系最近。苹果Md FLS1蛋白整体表现为亲水性,α-螺旋和不规则卷曲是其最大的结构元件。分析苹果Md FLS1氨基酸序列发现其不含信号肽和转运肽,没有跨膜结构域,预测其定位于细胞质中。分析Md FLS1的启动子区域发现含有激素信号、生物和非生物胁迫响应顺式作用元件。Md FLS1在苹果不同组织中都有表达,在叶中表达量最高,在茎中表达量较低。原核诱导并纯化了MdFLS1蛋白,鉴定了Md FLS1的催化活性。【结论】Md FLS1的表达明显受高盐胁迫、低温、干旱和ABA的诱导,并且具有催化活性。     

苹果液泡铁离子转运蛋白基因家族的鉴定与表达分析

液泡铁离子转运蛋白(vacuolar iron transporter,VIT)参与铁的储存和运输,对植物光合作用、固氮、呼吸、DNA和激素合成有重要作用。本研究中鉴定了苹果全基因组的9个VIT基因,通过系统发育分析其进化关系,表明苹果VIT蛋白与拟南芥进化关系较近。染色体定位显示9个VIT基因分布在7条染色体上,VIT基因的启动子区域富含光反应、植物激素调控和启动子相关顺式作用元件。表达谱分析显示VIT基因在花和果实中的表达量相对较高。此外,对MdVIT家族进行蛋白理化性质、String互作网络和基因结构等分析,表明苹果VIT家族扩增的主要因素是串联重复和片段复制,与苹果VIT蛋白互作的主要蛋白是阳离子共转运蛋白(XP₀08372221.1和XP₀08383418.1)。qRT-PCR分析结果表明:在2 000μmol·L-1 FeSO4·7H2O(高铁)处理的‘M26’苹果砧木苗中,苹果VIT家族基因在不同组织的表达中存在差异,6 h后,MdVIT4在茎中的相对表达量最高,是对照的237倍。24 h后,MdVIT1和MdVIT2在叶片中的...     

苹果愈伤组织超表达MdNAC029促进花青苷积累

以‘光辉’海棠(Malus spectabilis‘Guanghui’)与‘王林’苹果(Malus×domestica‘Orin’)杂交后代中分离出来的红肉苹果果实为试验材料,克隆得到1个NAC(NAM,ATAF1/2,CUC2)转录因子基因,命名为MdNAC029。该基因开放阅读框(ORF)为843 bp,编码含有280个氨基酸的蛋白。保守结构域分析显示,MdNAC029蛋白在N端包含1个保守的NAC结构域。基因表达分析显示该基因在红肉苹果果实中表达量较非红肉果实高。在‘王林’苹果愈伤组织中超表达MdNAC029,其花青苷积累显著增加,表明MdNAC029在调控花青苷积累过程中发挥重要作用。对MdMYB1启动子序列进行分析,发现其序列包含1个MdNAC029转录因子的结合位点。同时,烟草瞬时表达试验显示,MdNAC029能够激活MdMYB1基因的表达。由此推测,MdNAC029可能通过直接促进MdMYB1基因的表达,正向调节花青苷的积累。     

不同苹果品种抗苹果绵蚜的漆酶基因表达模式及其原核表达载体筛选

【目的】明确不同苹果品种漆酶基因在抗苹果绵蚜过程中的差异表达模式，探索原核表达苹果漆酶蛋白的方法与条件。【方法】基于转录组测序分析抗蚜品种新红星(Starkrimson)、小国光(Ralls Genet)与感蚜品种红富士(Red Fuji)3个苹果品种被苹果绵蚜为害0 h、12 h、5 d后漆酶基因的表达模式，筛选抗蚜候选漆酶基因；选择pET-28a(+)、pET-32a(+)、pGEX-TEV、pHAT2 4种载体，对4个漆酶基因MdLac23、MdLac6、MdLac7、MdLac2进行原核表达，对表达产物进行Western-Blot验证，镍柱亲和层析纯化，以ABTS为底物分析其酶活性。【结果】与对照相比，不同苹果品种被害12 h、5 d后，苹果枝条中漆酶差异表达基因数量为27个。不同苹果品种的漆酶基因表达模式存在差异，抗蚜品种新红星及小国光漆酶差异表达基因上调表达居多，感蚜品种红富士下调表达居多，新红星12个基因上调表达，无下调表达基因；小国光9个基因上调表达，3个基因下调表达；红富士10个基因下调表达，4个基因上调表达。其中新红星特有的上调表达基因数量为6个，小国光特有的上调表...     

苹果全基因组CRF家族成员鉴定及在不定根发育过程中的表达分析

通过生物信息学分析,从‘金冠’苹果基因组鉴定得到了11个细胞分裂素响应因子（CRF）基因。根据基因在染色体上的位置,将其依次命名为MdCRF1 ~ MdCRF11,并对其进行理化特性、基因结构、系统进化和启动子元件分析。MdCRF编码的蛋白在137 ~ 435 aa之间,等电点在4.26 ~ 9.68之间。基因结构分析发现,MdCRF1有2个外显子1个内含子,MdCRF11有3个外显子2个内含子,其余基因都只含有外显子,没有内含子;保守基序列分析发现,MdCRF蛋白的保守基序数量在5 ~ 9。通过系统进化分析将家族成员分为G1、G2和G3共3个亚组,每个亚组内成员数量相对均匀。组织特异性表达分析发现11个基因在不同杂交种苹果和不同器官中的表达量存在明显差异。以苹果砧木‘T337’为材料,qPCR验证了MdCRF家族基因大部分在根、茎、愈伤组织中高表达,同时也响应生根处理表达量发生显著下调。对11个MdCRF蛋白之间的网络调控关系进行了研究,分析预测了相关基因间的潜在联系。结合分析可知,其中MdCRF8、MdCRF10和MdCRF11可能参与调控苹果砧木不定根发育。     

苹果LysM类受体激酶基因家族鉴定与表达分析

以LysM(PF01476)和Pkinase(PF00069)保守域全蛋白序列为种子序列,在全基因组范围比对分析了苹果(Malus×domestica Borkh.)LysM-RLK家族的成员,对其家族成员的理化性质、进化关系、染色体分布、基因结构等进行了分析;基于已公布的转录组学数据,分析了LysM-RLK基因在苹果组织、发育过程和生物胁迫中的表达情况。通过分析,共获得12个苹果LysM-RLK基因,其氨基酸序列大小介于553~1 053,分子量介于62.65~119.04 kD,等电点介于5.11~7.45,主要位于质膜;根据进化分析将其分为3个亚组,亚组内各成员的外显子—内含子结构呈现较为相似的特征。基因表达数据显示,苹果的4个LysM-RLK基因表达存在较大的组织特异性,7个基因在苹果腐烂病和再植病发病过程中为差异表达。     

苹果NBS-LRR1 基因的鉴定与表达分析

 NBS-LRR 蛋白是植物细胞内普遍存在的主要抗性蛋白家族,该家族的蛋白包含有NBS 结构域和LRR 结构基序,在植物抵御各种病原物的侵袭中发挥重要作用。从‘嘎啦’苹果中鉴定了一个NBS-LRR 类基因,命名为MdNBS-LRR1,（GenBank 登录号：JX126858）。该基因全长为3 116 bp,包含一个2 826 bp 的开放读码框,编码包含941 个氨基酸残基的蛋白质;其氨基酸序列含有典型的NBS-LRR类抗病基因所具有的NB-ARC 结构域。Blast 分析发现MdNBS-LRR1 与大豆NBS-LRR 类抗性蛋白具有较高的氨基酸序列一致性（60%）。RT-PCR 分析结果表明,MdNBS-LRR1 在‘嘎啦’苹果的幼叶、茎、功能叶、芽、皮和花等组织中均有表达,在幼叶中的表达量最高,茎中最低。苹果轮纹病病原菌侵染可促进MdNBS-LRR1 基因表达上调,接种后24 d 表达量最高,是对照的10.6 倍左右,另外,在‘嘎啦’苹果幼苗叶片中,SA、MeJA 和ACC 均可诱导该基因的表达,表明MdNBS-LRR1 基因的表达受到与抗病相关信号转导途径的调控。     

苹果TIFY家族基因鉴定及其在虫害胁迫下的表达分析

利用生物信息学方法在苹果全基因组中鉴定了TIFY转录因子家族基因,对基因结构、蛋白保守基序和进化关系进行了分析,同时基于新疆野苹果(Malussieversii)转录组数据分析,明确了苹果TIFY家族基因在虫害胁迫条件下的差异表达情况。共鉴定到了16个苹果TIFY基因,其蛋白质大小介于209～449aa之间。16个TIFY基因分布于苹果8条染色体中,所有的MdTIFY蛋白都具有保守的TIFY结构域。其中8个苹果Md TIFY与新疆野苹果转录组测序拼接转录本对应,这些基因均含有保守的TIFY功能域,多物种进化分析表明该类蛋白可聚类成7个组。7个TIFY基因的表达量在不同处理间表现出显著差异,虫害侵染后,抗虫株系中MsTIFY10B-a表达量升高34倍,MsTIFY9-c上升5.2倍。同时抗虫株系在自然条件下茉莉酸—异亮氨酸含量显著高于敏感株系。新疆野苹果中重要抗虫响应基因MsTIFY10B-a和MsTIFY9-c位于预测关联网络节点中心位置,使它们在调节植物对生物胁迫的响应中发挥重要作用。     

苹果蔗糖转运蛋白MdSUT2调控花青苷积累的研究

从‘嘎拉’苹果(Malus×domestica Borkh.)中克隆蔗糖转运蛋白基因MdSUT2(序列号:MDP0000277235),该基因包含1 704 bp开放阅读框,编码566个氨基酸,蛋白大小为56 kD。构建MdSUT2表达载体并利用农杆菌介导法侵染拟南芥,半定量RT-PCR证明Md SUT2在拟南芥中异源表达。构建瞬时表达载体,‘红星’苹果进行Md SUT2瞬时表达,其花青苷含量增多,而沉默该基因花青苷含量明显降低。     

苹果糖转运蛋白基因MdSWEET1在番茄中异源表达提高其耐盐性

克隆得到苹果糖转运蛋白SWEET(sugars will eventually be exported transporters)基因MdSWEET1(MDP0000237435),组织表达分析发现该基因主要在苹果的茎和花中表达,相对定量分析发现其对NaCl、PEG、H_2O_2和ABA等均有响应。在番茄中异位表达MdSWEET1可提高植株耐盐性,并且可溶性糖含量,特别是蔗糖和果糖含量提高。     

异位表达苹果G蛋白偶联受体基因MdGCR1降低烟草的抗旱性

以‘嘎拉’苹果(Malus×domestica‘Royal Gala’)为材料,采用同源克隆和PCR技术分离了G蛋白偶联受体基因MdGCR1。其开放阅读框(ORF)为960 bp,编码含有319个氨基酸的蛋白。系统进化树分析显示,MdGCR1与梨GCR1亲缘关系最近,同源性最高。基因表达分析显示MdGCR1主要在苹果根、茎和叶中表达,在花和果实中的表达量较低;MdGCR1受多种逆境胁迫诱导,参与多种激素响应。构建了MdGCR1植物过表达载体,并通过农杆菌介导的遗传转化获得了转MdGCR1烟草。转基因材料抗性试验结果显示:超量表达MdGCR1显著降低烟草对干旱胁迫的抗性,表明苹果G蛋白偶联受体基因MdGCR1在响应植物抗旱胁迫中发挥重要作用。     

乙肝表面抗原大蛋白(S1S2S)基因在转基因苹果中表达

构建了乙肝表面抗原大蛋白基因PRS-S1S2S的表达载体pYF9616,通过根癌农杆菌介导法首次将该基因导入苹果品种红爱佳中,得到了抗卡那霉素的GUS阳性转化植株。随机取3株GUS染色阳性的转基因苹果植株经PCR扩增及RT-PCR检测证实该基因已整合入转基因苹果的基因组,并在转录水平得到了表达,ELISA检测证明在苹果植株中正确表达了乙肝表面抗原大蛋白基因。     

苹果己糖激酶基因MdHXK1的克隆与表达分析

从‘嘎啦’苹果中克隆了己糖激酶基因MdHXK1(基因序列号:MDP0000309677)全长,测序发现其包含长为1 497 bp完整的开放阅读框,编码499个氨基酸,预测其编码蛋白质分子量为54.05k D,等电点为5.76。系统进化树分析表明,HXK1在不同物种间具有高度的序列保守性;其中,苹果MdHXK1与中国白梨Pb HXK1亲缘关系最近。功能域分析表明,MdHXK1蛋白含有两个保守的激酶域。Southern blotting结果表明,MdHXK1在苹果基因组中有一个拷贝。亚细胞定位预测表明,MdHXK1主要定位于细胞质。分析MdHXK1基因启动子序列发现含有与抗逆、糖信号及激素信号相关的顺式作用元件。荧光定量PCR分析表明,MdHXK1在苹果的茎和花中表达量较高;在苹果果实发育期间,MdHXK1基因的表达、MdHXK1葡萄糖磷酸化相对酶活性和葡萄糖积累水平都呈现先升高后降低的趋势,MdHXK1基因的表达明显受盐、低温和ABA的诱导。原核诱导并纯化了MdHXK1蛋白,为后续MdHXK1蛋白的功能鉴定奠定基础。