水稻叶绿体ATP合成酶基因转录丰度受赤霉素诱导调节

 采用mRNA差异显示技术分离和鉴定了水稻受赤霉素诱导的差异表达基因。经50个引物组合差异显示，获得21个诱导表达差异的cDNA片段。经反向Northern初步筛选对其中5个阳性片段进行克隆及序列分析。其序列经国际联网BLAST查询表明编号为GA21C的为水稻叶绿体ATP合成酶基因片段。Southern杂交结果证实此基因为单拷贝。Northern杂交结果显示确受赤霉素诱导表达且在诱导16 h后达到高峰，表明赤霉素诱导水稻产生生理反应过程涉及叶绿体基因表达。     

DDRT-PCR技术分离枇杷幼果低温诱导相关基因

采用mRNA差异显示(DDRT-PCR)技术,分离枇杷‘早钟6号’幼果在0℃低温胁迫6h后差异表达的基因。共分离到19个差异表达的基因片段,经反向Northern杂交,得到了4个阳性的枇杷低温诱导相关基因片段(编号为CSIGE1～4-Cold Stress Induced Genes in Eriobotrya japonica1～4)。结果显示:CSIGE1只在低温处理的枇杷果实中表达,这表明该基因与低温逆境有关;CSIGE2和CSIGE3是受低温诱导的上调表达基因;而CSIGE4登录号为GT617706,未搜索到与任何基因有相似性,可能为新基因。     

氮限制对产油杜氏藻转录组的影响

为通过改良产油杜氏藻制备生物柴油,利用Illumina Hiseq 2000平台对氮限制和氮源充足条件下的产油杜氏藻进行了转录组测序,筛选到1 529个差异表达基因。对这些差异表达基因进行分析,结果表明众多基因涉及内吞作用、甘油磷脂代谢、醚脂代谢,遗传物质的合成、传递和加工,次级代谢产物合成及氮代谢。     

温湿度变化对茶苗芽萌发基因表达的影响

利用数字基因表达谱技术研究了温湿度变化对秋插茶苗芽萌发基因表达的影响。通过保温棚处理日均温度提高约5.15℃,湿度提高5.10%,两者茶苗芽萌发具有明显差异。比较保温棚与对照芽的基因表达共筛选获得949个差异表达基因,其中503个基因受保温棚处理诱导上调表达,446个基因下调表达。对差异表达基因进行GO分类分析,在P值<0.01的情况下,有360个基因与14个GO分类匹配。其中7个GO分类与光合作用相关,P值最小的GO分类为光系统,其11个基因均表现为上调表达,说明高温高湿条件具有促进光合相关基因表达的作用。这些结果将为深入研究理解茶苗的生长机制及相关基因的克隆打下基础。     

大麦苗期耐低氮性研究

利用耐低氮差异大麦品种来研究苗期氮代谢相关基因的转录调控,结果发现,大麦地上部和根对低氮胁迫的响应具有差异,低氮胁迫对大麦苗期生长的抑制主要体现在地上部,硝酸还原酶基因HvNIA2、叶绿体型谷氨酰氨合成酶基因HvGS2和铁氧化还原蛋白依赖型谷氨酸合酶基因HvGLU2在耐低氮大麦品种BI-04地上部特异上调表达,HvGLU2在BI-04根部特异上调表达,HvGS2在2个大麦品种根部都上调表达,而在BI-04中反应更快。虽然天冬酰胺合成酶基因HvASN1在2个大麦品种地上部都下调表达,但其在低氮敏感品种BI-45中,低氮胁迫24 h后就很难被检测到。以上结果表明,这些基因在大麦苗期耐低氮中可能起着重要的作用。为了提高大麦耐低氮中定量PCR检测的准确性,除了考虑好试验设计、计算方法和统计分析外,进一步对内参基因的选择进行了筛选。以转录组测序中基因表达没有差异的基因和常用内参基因作为候选内参基因,利用ge Norm、Norm Finder和Best Keeper 3种软件对低氮胁迫处理大麦幼苗地上部样品进行了内参基因筛选研究,其中ge Norm软件不但可以确定最佳内参基因,还可以确定内参基因最少使用个数。尽管3种软件的筛选结果不尽相同,但是β-TUB6和GAPDH1都被认为是前3个最稳定的内参基因。另外,因为部分候选内参基因用了RNA-seq中没有差异的基因,此次筛选也从侧面部分验证了RNA-seq的准确性。     

大豆短日照诱导下新ESTs序列的筛选和功能推测

本研究对大豆短日照诱导的基因表达差异进行了比较基因组分析,在细胞分子水平上从基因差异表达的角度研究短日照诱导衰老过程中基因转录物丰度的变化,探索大豆衰老的复杂机制。利用本实验室已经获得的抑制性消减杂交第二次PCR扩增产物重新构建新的cDNA文库,继续筛选差异表达的ESTs。利用BLAST 软件在GenBank 数据库进行序列相似性比对,发现28个与暗诱导相关的差异表达新ESTs,归类并推测其参与机体暗适应上调表达的蛋白质功能,为进一步分离暗处理诱导表达的基因,揭示短日照加速衰老的作用机理提供基础数据。     

茶树CsCDF1基因克隆及表达分析

采用SMART-RACE技术克隆了茶树Dof（DNA binding with one finger）基因CsCDF1的全长cDNA序列,并利用在线生物信息学软件对其进行了分析。采用实时荧光定量PCR分析该Dof基因在茶树不同组织间的表达差异和昼夜表达规律,及其在氮饥饿处理2周后对不同浓度氮素诱导的响应。该cDNA序列全长1β606βbp,包含1个编码464个氨基酸的完整开放阅读框,含有高度保守的DOF结构域,推导的蛋白分子量为50.8βkDa,理论等电点（PI）为5.52;其编码的蛋白序列与茸毛烟草、马铃薯和美花烟草的CDF蛋白（Cycling dof factor）相似性分别为69%、67%、68%。系统发育分析结果表明,该基因编码的氨基酸序列与拟南芥CDF蛋白聚为一类,因此将其命名为CsCDF1;CsCDF1在3个不同茶树品种根系中的表达量均高于一芽二叶和成熟叶;在一天中,该基因的表达呈现出昼夜节律变化;在氮饥饿后重新供氮,不同组织中该基因对不同浓度氮素的响应均为上调。     

低氮胁迫下水稻剑叶转录因子表达变化

 利用Agilent 4×44K芯片全基因组研究低氮胁迫下,2个不同叶绿素含量水稻齐穗期剑叶的转录因子相关基因表达的变化。结果表明,低氮处理与对照相比,超绿水稻沈农196（SN196）剑叶共有53个转录因子相关基因表达发生变化（35个在转录水平下调表达,18个在转录水平上调表达）。丰锦剑叶有27个转录因子相关基因表达发生变化（21个在转录水平下调表达,6个在转录水平上调表达）。低氮胁迫响应转录因子相关基因表现出品种（系）特异性,超绿水稻SN196有48个特异响应,丰锦有22个特异响应。两个水稻品种（系）低氮胁迫响应的转录因子相关基因有5个重叠,其中1个在转录水平上调表达,4个下调表达。低氮胁迫下,水稻剑叶转录因子相关基因的表达发生变化,不同叶绿素含量水稻品种（系）既表现特异性,也存在部分重叠。两个水稻的低氮胁迫响应转录因子基因在染色体上的分布存在差异。     

DAC对玉米DNA甲基化影响及基因表达量变化的研究

以5-氮杂-2脱氧胞苷(DAC)处理相应对照玉米幼苗叶片为材料构建转录组测序文库,采用Illumina测序平台进行测序,对差异表达基因进行GO功能分类和KEGG通路分析.最终筛选到差异基因1072个,其中,上调表达基因为646个,下调表达基因为426个.将差异基因富集的生物过程和信号通路进行GO分析,发现主要集中于细胞...     

核盘菌诱导后向日葵防卫及激素信号传导相关基因差异表达分析

为探讨向日葵抗菌核病分子机制，在已构建的核盘菌诱导向日葵转录组差异表达基因分析基础上，筛选了8个向日葵防卫相关基因和水杨酸（SA）、茉莉（JA）及茉莉酸-乙烯（JA/ET）信号途径中的关键调控基因进行了qRT-PCR诱导表达分析。结果表明，当核盘菌侵染向日葵时，向日葵防御酶基因表达量与对照相比均有显著的变化，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和谷胱甘肽-S转移酶（GST）基因在6h表达量分别为对照25.02、22.34和26.25倍；苯丙氨酸解氨酶（PAL）、过氧化氢酶（CAT）和查尔酮合成酶（CHS）基因也上调表达，表达量在12h均达到最高，分别为对照的23.89、24.23和24.89倍；β-1，3-葡聚糖酶（GLU）基因在0～6h下调表达，之后又迅速升高，24h表达量达到最高，为对照的23.66倍；几丁质酶（CHI）基因先是下调表达，12h后开始上调表达，36h时表达量达到最高，为对照的22.13倍。SA、JA及JA/ET信号途径中的调控基因与未经诱导的相比均有明显的转录水平变化，而且JA/ET途径“节”点基因PDF1.2和SA-JA“节”点基因NPR1、MPK4和EDS1也明显上调表达。研究结果表明核盘菌诱导激发了向日葵多种抗病信号传导途径及防御反应，暗示向日葵对核盘菌侵染响应的分子机制受到多基因网络系统的调控。     

元素缺乏和外加碳源对小球藻（Chlorella sp KMMCC FC-21）生长和油脂积累的影响

从海南本地水域分离得到一株高含油藻,通过18S rDNA鉴定其为Chlorella sp KMMCC FC-21。将其培养在高碳培养基HSM和低碳培养基BG11和SE以及它们相应氮元素、硫元素和磷元素缺乏的培养基中,研究上述三种元素缺乏对其生物量和油脂积累的影响。结果表明:氮元素和硫元素缺乏使其生物量大幅减少,但却能促进其油脂的积累,在高碳情况下其促进作用更加明显,而磷元素的缺乏只能小幅增加其含油量。在低碳硫元素缺乏的SE培养基中分别添加30 mmol/L乙酸钠和25 mmol/L葡萄糖时,其生物量分别提高了200%和160%,其油脂含量分别提高了120%和72.7%。在HSM、HSM-N、HSM-P和HSM-S培养基中细胞组分分析表明:氮元素、硫元素和磷元素缺乏促进其细胞内油脂积累的同时却使总糖和总蛋白的含量减少,此外也使叶绿素含量和光合效率降低。     

氮元素缺乏对微藻氮代谢相关基因表达的影响

以微茫藻为材料,利用抑制差减杂交技术,分离鉴定了10种与已知功能基因具有较高同源性的基因片段,这些片段的同源基因均与氮源的吸收利用相关。实时荧光定量PCR验证了7种基因在氮缺乏条件下转录水平明显上调,包括:硝酸还原酶基因、NMT1/THI5家族蛋白基因、N-羟甲基-L-丙氨酸脱氢酶基因、核糖体蛋白L36a基因、FAD/NAD(P)结合的氧化还原酶基因、NADH:细胞色素b5还原酶基因和细胞色素cd1-亚硝酸还原酶类似基因。而天冬氨酸转氨酶、红细胞膜蛋白7.2b和γ-谷氨酰磷酸还原酶这3种基因在氮缺乏时下调表达。     

小麦幼苗叶片中硝酸盐转运蛋白NRT1和NRT2家族基因对氮饥饿响应的表达分析

硝酸盐转运蛋白NRT1(Nitrate transporter 1)和NRT2(Nitrate transporter 2)家族基因在高等植物氮转运过程中发挥着重要作用。为探讨NRT1和NRT2家族基因在小麦幼苗响应氮饥饿中的作用,本研究测定了氮饥饿处理过程中小麦幼苗的生长参数和叶片中叶绿素、可溶性蛋白、硝酸盐和丙二醛(MDA)的含量,并利用荧光实时定量PCR(qPCR)技术分析了叶片中NRT1(7个)和NRT2(5个)家族基因的转录水平。结果表明,氮饥饿明显抑制小麦幼苗生长,其株高、干鲜重显著下降,叶片叶绿素含量、蛋白质含量和硝酸盐含量均显著降低,而MDA含量却显著升高。在氮饥饿处理后所有测定时间点(2d、4d、6d和8d),小麦幼苗叶片中TaNRT1.1、TaNRT1.2、TaNRT1.7、TaNRT2.3和TaNRT2.4的表达均受到显著抑制;然而,氮饥饿2d时,TaNRT1.4、TaNRT1.8和TaNRT2.1的表达量显著升高;氮饥饿4d时,TaNRT1.3、TaNRT1.5和TaNRT2.5的表达量也显著升高,推测TaNRT1.3、TaNRT1.4、TaNRT1.5、TaNRT1.8、TaNRT2.1和TaNRT2.5可能在小麦幼苗响应氮饥饿中发挥着重要作用。     

Enhanced productivity of a lutein-enriched novel acidophile microalga grown on urea

Coccomyxa acidophila is an extremophile eukaryotic microalga isolated from the Tinto River mining area in Huelva, Spain. Coccomyxa acidophila accumulates relevant amounts of β-carotene and lutein, well-known carotenoids with many biotechnological applications, especially in food and health-related industries. The acidic culture medium (pH < 2.5) that prevents outdoor cultivation from non-desired microorganism growth is one of the main advantages of acidophile microalgae production. Conversely, acidophile microalgae growth rates are usually very low compared to common microalgae growth rates. In this work, we show that mixotrophic cultivation on urea efficiently enhances growth and productivity of an acidophile microalga up to typical values for common microalgae, therefore approaching acidophile algal production towards suitable conditions for feasible outdoor production. Algal productivity and potential for carotenoid accumulation were analyzed as a function of the nitrogen source supplied. Several nitrogen conditions were assayed: nitrogen starvation, nitrate and/or nitrite, ammonia and urea. Among them, urea clearly led to the best cell growth (~4 × 10(8) cells/mL at the end of log phase). Ammonium led to the maximum chlorophyll and carotenoid content per volume unit (220 μg·mL(·1) and 35 μg·mL(·1), respectively). Interestingly, no significant differences in growth rates were found in cultures grown on urea as C and N source, with respect to those cultures grown on nitrate and CO(2) as nitrogen and carbon sources (control cultures). Lutein accumulated up to 3.55 mg·g(·1) in the mixotrophic cultures grown on urea. In addition, algal growth in a shaded culture revealed the first evidence for an active xanthophylls cycle operative in acidophile microalgae.     

茶树CsAAPs亚家族基因的克隆与表达分析

采用RT-PCR技术,从龙井43中成功克隆了5个茶树AAPs（Amino acid permeases,氨基酸通透酶）基因。氨基酸序列比对结果表明,5个CsAAPs亚家族蛋白的序列同源性较高,为70.27%。根据氨基酸序列同源性构建系统发育树,结果显示5个CsAAPs分属3组。生物信息学分析表明,CsAAPs均含有9~10个跨膜区域和16~18个AAP保守基序。为了研究该亚家族对氮素的响应情况,选用3个茶树品种的扦插苗为试验材料,氮饥饿两周后,分别供应不同浓度的NH₄NO₃,然后利用qRT-PCR对CsAAPs在不同组织、氮素水平及茶树品种中的表达情况进行分析。研究发现CsAAPs在营养组织中均有表达,但是存在一定的组织表达差异,其中CsAAP3在茎中表达量最高,CsAAP8的主要表达部位为根和茎。在给氮素饥饿处理的茶苗从新供氮之后,CsAAP3的基因表达在3个氮素利用效率不同的品种间差异较大;在氮高效品种中茶302茎中表达的CsAAP3和CsAAP8,可以快速地对低氮条件做出响应,在低氮处理3 h后,基因表达水平明显增加。此研究预示着CsAAPs亚家族在茶树体内可能通过复杂的氨基酸转运参与氮代谢调控。     

茶树CsLHTs亚家族基因的克隆与表达分析

氨基酸是茶叶的重要品质成分和氮素贮存形式,因此开展茶树体内氨基酸转运蛋白的研究尤为重要。本研究从茶树转录组中筛选得到5条茶树LHTs(Lysine histidine transporters,赖氨酸/组氨酸转运蛋白)家族基因序列,并从龙井43中成功克隆获得4个茶树LHTs基因,分别命名为CsLHT1、CsLHT6、CsLHT8.1和CsLHT8.2。对该亚家族编码的氨基酸序列的理化性质和功能结构进行预测,结果显示CsLHTs亚家族含有9~11个跨膜区;且含有与氨基酸转运相关的结构域。为了明确在不同茶树品种和氮素水平间CsLHTs基因的表达差异,本研究选用3个茶树品种的扦插苗为试验材料,水培条件下氮饥饿两周后,分别用0.2、2、10mmol·L^-1的NH4NO3进行处理。利用qRT-PCR分析了CsLHTs在不同组织间的表达情况,结果表明4个基因在茶树营养组织中均有表达。经氮素处理后,CsLHTs基因在3个氮素水平和3个品种中呈现出不同的变化规律。CsLHT1、CsLHT6和CsLHT8.2在品种间的表达差异程度高于不同氮素水平间的基因表达差异。CsLHT8.1对氮素处理有明显的响应,尤其经0.2mmol·L^-1和10mmol·L^-1的NH4NO3处理72h后,在氮高效品种中茶302根中呈上调表达,表明CsLHT8.1可能参与氨基酸由根部向地上部的转运过程。     

Protein,nonprotein, and total nitrogen in seedlings of potatoes

Analyses for secific gravity, total solids, total nitrogen, protein nitrogen, and nonprotein nitrogen are reported for 73 seedling samples grown in Maine, and for 10 selections grown in Idaho. The interactions between the various constituents, as indicated by regression analysis, are discussed. These samples indicate a potential for breeding a variety of potato with a higher than average protein content, but further work is necessary to determine the inheritance pattern. This work is in progress.     

水稻低丰度表达基因OsAMT1;3实时荧光定量PCR方法的建立及其应用

采用实时荧光定量PCR技术,通过使用特异引物,对水稻中的低丰度表达基因OsAMT1;3进行了转录水平上的定量分析,成功建立了可检测低丰度表达基因的SYBR Green实时荧光定量PCR技术平台。该方法具有很好的准确性和实用性。获得的荧光定量PCR扩增曲线,基线平整,指数区明显,斜率大且固定;线性范围广,17～36个循环都能测出;稳定性、重复性好,变异系数仅为0.47%;标准曲线表明,循环阈值与PCR体系中起始模板量的对数值之间有着良好的线性关系,可对基因表达进行相对定量;缺氮条件下OsAMT1;3 与纯NH4+处理相比表达量增加4倍以上。     

Nitrogen studies in Lolium perenne grown for seed. II. Timing of nitrogen application

The effects of applying nitrogen at different growth stages to S24 and S23 perennial ryegrass grown for seed were investigated in a series of field experiments from 1971 to 1976. These varieties of ryegrass were found to be insensitive to timing of nitrogen application from apex initiation to the stage when ears first emerged. However, if nitrogen application was delayed until about 30% or more of the ears had emerged, yields were lower compared with earlier applications, this effect being significant when nitrogen was delayed until 70–80% ear emergence because of a decrease in both numbers of fertile tillers and number of seeds per unit area. No advantages were found for splitting nitrogen applications between apex initiation and ear emergence.     

Cell size in Russet Burbank potato tubers with various levels of nitrogen and soil moisture tensions

Russet Burbank potatoes were grown at levels of added nitrogen of 0, 135, and 270 kg/ha and soil moisture tensions (SMT) of 0.5 and 1.0 atm. With all combinations, there was a consistent gradient of larger to smaller starch-storage parenchyma cells from stem end to bud end of mature tubers. Stem and bud ends of tubers grown at a SMT of 0.5 atm with N had smaller cortical and pith (innermost medullary or water-core) cells than did ends of tubers grown without N. Perimedullary tissues of bud ends of tubers receiving N likewise contained smaller cells than did corresponding tissues of tubers grown without N. No pronounced differences in cell size were found in tissues from the midsections. In bud-end tissue of tubers grown at a SMT of 1.0 atm, there were no consistent differences in cell size with respect to N levels. However, pith, perimedullary, and cortical tissues of the midsections and stem ends of tubers receiving N had smaller cells than did corresponding tissues from tubers without N. The different patterns of cell size in tubers grown at different SMT indicate that the effects of N may be influenced by soil moisure.