粳稻叶绿素含量QTL与其合成降解相关基因的比较分析

为剖析水稻叶绿素不同时期的表达规律及后期持绿的遗传机制,以沈农265和丽江新团黑谷的粳-粳交重组自交系为材料,对水稻分蘖期、抽穗期和成熟期的叶绿素含量以及生育后期的持绿能力进行QTL定位分析。检测到5个控制分蘖期叶绿素含量的QTL、7个控制水稻抽穗期叶绿素含量的QTL和10个控制成熟期叶绿素含量的QTL,分布在除第5染色体以外的11条染色体上。比较它们与编码叶绿素合成及降解过程中的重要酶的基因发现,虽然生育前期检测到的QTL较少,但对应的叶绿素合成降解相关基因却较多。随生育期的推移,检测到的QTL数目增多,但对应的叶绿素合成降解相关基因却减少。暗示生育前期大多数叶绿素合成(降解)相关基因表达的水平差异不大,后期控制叶绿素合成降解的个别关键基因表达水平增加。并以此为基础提出了叶片生育后期持绿的两种可能遗传基础。     

大豆品种科丰14及其突变系的鉴定

品种鉴定是品种保护和利用的基础工作,利用植物形态标记和SSR分子标记对大豆品种科丰14及其突变系北农106、北农107和北农108进行了鉴定方法的研究.结果表明,科丰14、北农106、北农107和北农108可以通过成熟期的持绿性、种皮及子叶色、花和种脐色等形态标记来鉴别;科丰14、北农106、北农107和北农108分别具有7、3、2和2个SSR特异标记可作为鉴定的分子标记.分子标记的多态性还表明,科丰14突变系的产生是科丰14多条染色体的多个区段发生变异的结果.     

‘白叶1号’返白过程中泛素化酶基因序列分析与表达

‘白叶1号’(Camellia sinensis cv. Baiye 1)是一种遇低温发生阶段性返白的特异茶树品种。泛素化酶系统由泛素活化酶E1、泛素结合酶E2、泛素连接酶E3组成,前期从‘白叶1号’阶段性返白过程叶片中分离了多个泛素化酶差异表达基因。本研究以‘白叶1号’返白前期、返白期和复绿期的鲜叶为原料,探讨了‘白叶1号’返白过程中主要生化成分含量与前期获得的五个泛素化酶基因表达模式的关系。返白期氨基酸、没食子酸、生物碱含量较高,儿茶素含量较低;5个基因在复绿期的表达量皆高于返白期。5个泛素化酶蛋白中都含有多个磷酸化位点,CsE3-2含有的磷酸化位点最多;CsE1-1、CsE1-2为细胞核内蛋白,CsE2定位在高尔基体膜上,Cs E3-1定位在核膜上,参与诱导细胞凋亡,CsE3-2可能为内质网膜内在蛋白,参与内质网相关降解(ERAD)通路;Cs E3-2蛋白的二级结构主要是α-螺旋,其他4个泛素化酶的二级结构主要是无规则卷曲。研究结果表明:(1)泛素化酶系统可能参与了‘白叶1号’返白过程中氨基酸含量上升的响应过程;(2)儿茶素含量在返白期的降低可能与叶绿体的解体有关;(3) 5个泛素化酶参与了泛素蛋白酶体途径和泛素非蛋白酶体途径中的多个调控过程。本研究对于进一步认识‘白叶1号’阶段性返白过程中的分子调控机制和揭示茶树生长发育的精确调控过程有一定的意义。     

‘西伯利亚’百合LiMCT基因的克隆及表达特性分析

2-C-甲基-D-赤藓醇-4-磷酸胱氨酰转移酶(2-C-methyl-D-erythritol-4-phosphate cytidylyltransferase, MCT)是单萜合成途径中的关键酶。为揭示其在‘西伯利亚’百合(Lilium'Siberia')中的作用,明确其表达模式,本试验克隆了‘西伯利亚’百合LiMCT基因,进行同源氨基酸序列的多重比对,生物信息学分析及亚细胞定位。最后采用荧光定量PCR技术(RT-qPCR)对该基因进行时空表达分析。结果表明,LiMCT基因开放阅读框为897 bp,编码298个氨基酸,与日本樱花、蔓花生、小兰屿蝴蝶兰、莴苣、铁皮石斛的MCT蛋白相似度较高。LiMCT蛋白定位在拟南芥原生质体的细胞膜中。在不同花期中,LiMCT基因表达量在半开期和盛开期最高,花蕾期最低。在不同花器官组织中,LiMCT基因在花柱中表达最高,外花被片和花药中较多,在其他部位表达较低。本研究探究了LiMCT蛋白的结构功能及其基因在开花期的时空表达模式,为其在‘西伯利亚’百合单萜合成及其花香释放的调控机制提供科学依据。     

硫素水平对大豆叶片碳氮代谢关键酶活性的影响

为了探究不同的硫素水平对大豆苗期和花期叶片碳氮代谢关键酶活性的影响,以大豆品种‘来豆2号’和‘合丰55号’为试材,用浇灌营养液的方法测大豆苗期和花期叶片碳代谢关键酶活性的数据。‘来豆2号’和‘合丰55号’的GOGAT和SS酶活性在160 mg/L处理下达最大值;‘来豆2号’GS酶活性在160 mg/L处理下酶活性峰值最强,‘合丰55号’苗期峰值是260 mg/L处理下达最大值,花期峰值是硫营养最低的20 mg/L处理下;‘来豆2号’SPS酶活性在40 mg/L处理下达最大值,而‘合丰55号’苗期峰值是硫营养较高的80 mg/L处理,花期峰值是硫素水平最高的260 mg/L处理。结果表明,谷氨酸合成酶(GOGAT)、谷氨酰胺合成酶(GS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合成酶(SS)的开花期酶活性显著大于苗期,品种间呈相同规律。     

‘红颜’草莓果实黄烷酮3-羟化酶基因克隆及表达分析

为探究八倍体‘红颜’草莓(Fragaria×ananassa Duch.)果实着色过程中的关键基因,本研究通过对前期果实表皮部位RNA-Seq数据的研究,筛选花色素苷合成途径的差异表达基因黄烷酮3-羟化酶基因(Flavanone 3-hydroxylase)。根据‘红颜’草莓F3H基因序列设计一对引物,利用RT-PCR技术从中克隆F3H核苷酸序列,命名为FaF3H。将基因上传GenBank数据库获得八倍体‘红颜’草莓F3H基因登录号(MZ190021),并进行生物信息学分析。利用实时荧光定量方法分析草莓果实着色过程中该基因表达水平。结果显示,‘红颜’草莓FaF3H基因长度为1 095 bp,编码364个氨基酸。保守结构域分析显示,具有一个PLN02515超家族结构域。RT-qPCR结果表明FaF3H基因在草莓果实大绿期到白果期表达量下降,全红期表达量最高。FaF3H基因在草莓果实花色素苷合成过程中发挥重要作用。     

小麦脱植基相关基因在春性小麦叶片叶绿素降解过程中的作用分析

小麦叶片的衰老会导致产量的损失,而叶绿素降解是小麦叶片衰老的明显特征,分析小麦叶绿素降解过程中脱植基反应的相关基因叶绿素酶（TaCLH）和脱镁叶绿素水解酶（TaPPH）在春性小麦叶片衰老过程中的作用,为解析小麦叶绿素降解的分子机制提供参考。以10个春性小麦品种为参试材料,对衰老过程中TaCLH和TaPPH的相对表达量进行测定,结合不同品种在开花后不同时期的相对叶绿素含量（SPAD）、功能绿叶面积（GLAD）和叶绿素荧光参数的变化规律,研究叶片衰老过程中TaCLH和TaPPH与SPAD、GLAD和叶绿素荧光参数的相关关系。结果表明,TaPPH的相对表达量与GLAD、SPAD及叶绿素荧光参数[ETR、F_v/F_m、Y(Ⅱ)]等生理指标之间存在极显著负相关关系,与TaCLH相对表达量存在极显著正相关关系,表明TaPPH在春小麦叶绿素降解过程的脱植基反应中起主要作用。     

‘西伯利亚’百合丙二烯氧化合酶LsAOS基因的克隆及其表达分析

丙二烯氧化合酶(allene oxide synthase,AOS)基因是茉莉酸(JA)合成途径中第一个特异性酶,具有调控植物体内JA合成积累的重要作用。本研究通过RACE技术克隆得到了‘西伯利亚’百合Lilium‘Siberia’中的AOS基因,并将其命名为LsAOS。该基因全长1 542 bp,编码513个氨基酸,其蛋白序列与小果野芭蕉的同源性最高,属于不稳定亲水蛋白。通过对‘西伯利亚’百合4个不同花期,9个不同组织器官进行实时荧光定量PCR(q-PCR)后发现,LsAOS在花蕾期中的表达量最高,随着花朵的逐渐开放表达量逐渐下降;LsAOS在叶片中表达水平最高,其次是内瓣、根、茎等。JA参与植物生长发育的全过程,与植物抗逆性和次生代谢反应有着密不可分的联系。AOS基因是JA途径中的关键基因之一,对JA的合成有着重要的调控作用。     

湖北省不同生态区烤烟质体色素代谢差异研究

为解决襄阳和神农架生态区烤烟质体色素代谢差异问题,以‘云烟87’为材料,分别种植在湖北襄阳（浓香型产区）和神农架（清香型产区）2 个典型生态区。从细胞组织结构、分子机理以及物质代谢3个层面进行系统研究,探究不同生态环境对烤烟质体色素代谢的影响。超微结构分析表明,中部叶发育前期,襄阳‘云烟87’类囊体片层积累较丰富,发育后期降解更充分。基因表达分析显示,中部叶发育前期,叶绿素降解有关的基因在神农架地区表达更活跃,发育中后期,叶绿素合成有关的基因在襄阳地区表达更强。而类胡萝卜素降解基因的表达襄阳均高于神农架,合成基因除叶龄70 天外,神农架表达更活跃。物质代谢分析表明,生长发育过程中襄阳的叶绿素含量高于神农架,而类胡萝卜素含量则低于神农架,后期差异逐渐变小;烤后样襄阳的类胡萝卜素含量低于神农架,降解产物则相反,叶绿素降解产物新植二烯神农架含量更高。这些差异可能是襄阳烤烟呈现浓香型、神农架烤烟表现淡雅香型的重要原因。这为特色烟叶形成机理的解析提供理论依据和研究思路。     

中波紫外线UV-B辐射对酸橙(Citrus latifolia Tan).果实采后贮藏中叶绿素降解酶活性和品质的影响

研究了中波紫外线(UV-B)辐射对酸橙果实采后贮藏过程中叶绿素降解酶活性和果实品质的作用效果。将绿熟的酸橙果实用19.0 kJ.m-2剂量的UV-B照射后,在25℃下避光贮藏,以未照射紫外线的果实为对照。结果表明,UV-B处理有效延缓了果实色度和叶绿素a含量的下降;果实叶绿素降解酶、叶绿素酶、叶绿素降解过氧化物酶和脱镁叶绿素水解酶活性受到抑制,并且脱镁螯合作用也被延缓。UV-B处理促使酸橙果实在贮藏过程中柠檬酸含量逐渐增加,同时抑制了糖含量的增加。此外,在贮藏过程中,处理和对照酸橙果实的抗坏血酸含量均有所下降,但对照果实的下降速度要高于处理果实。以上结果说明UV-B处理可以通过控制叶绿素降解酶的反应来有效抑制酸橙果实贮藏过程中叶绿素的降解,并改善绿熟酸橙的品质。     

香青菜亚麻酸含量性状相关miRNA的鉴定

本研究旨在发掘香青菜(Brassica campestris ssp.chinensis L.Makino,NHCC)中影响亚麻酸含量的相关miRNA及其对应靶基因,探究它们的调控机制。以香青菜亚麻酸含量差异大的两个亚种‘绣花筋’和‘黑叶香青菜’的成熟叶片为材料,采用小RNA高通量测序来鉴定两个材料中差异表达的miRNA,预测其靶基因并进行基因功能注释。试验共鉴定得到miRNA 236个,包括159个已知miRNA,77个新的miRNA。筛选出差异表达的miRNA 63个,其中,以‘黑叶香青菜’为对照,上调的有28个,下调的有35个。差异表达的miRNA对应的靶基因中共6041个得到功能注释,其涉及的主要通路多个与脂肪酸代谢相关,如α-亚麻酸代谢、脂肪酸合成、不饱和脂肪酸的生物合成、脂肪酸降解等。差异表达miRNA的靶基因主要是一些亚麻酸合成或代谢重点的关键酶,如脂氧合酶(lipoxygenase,LOX)、3-酮酰基-CoA硫酶2(3-ketoacyl-CoA thiolase,KCS)等。香青菜通过对这些miRNA在不同品种中的差异表达负调控LOX等脂肪酸代谢关键基因和KCS等亚麻酸合成相关基因的表达,一方面减少亚麻酸的代谢损失,另一方面增加亚麻酸的合成量,从而引起亚麻酸含量的增高。     

不同基因型猕猴桃果实抗坏血酸代谢基因差异变化

抗坏血酸(AsA)即维生素C,是维持人类生长发育所必需的化合物,为了探明不同基因型猕猴桃果实As A水平差异机制,本实验以‘红阳’和‘海沃德’猕猴桃果实为材料,测定其生长发育过程中As A和总抗坏血酸(T-AsA)含量,并分析了As A代谢过程相关酶基因的表达水平。结果表明,两个品种As A和T-AsA含量均呈现不断下降的变化趋势,且在整个生长过程中,‘红阳’果实As A和T-AsA含量显著高于‘海沃德’果实。荧光定量PCR结果表明,果实As A的积累是合成、循环和降解途径协同作用的结果,并证实了L-半乳糖途径是猕猴桃果实As A合成的主要途径,L-半乳糖途径的大多数基因均参与调控As A的合成,其中AdPMI、AdPMM、AdGME2和AdGalLDH基因在‘红阳’果实中具有较高的转录水平,推测这4个基因是猕猴桃种间As A水平存在差异的重要因素。此外,我们还发现循环途径的AdMDHAR2、AdDHAR和AdGR基因以及降解途径的AdAPX基因,同样在两品种间有差异表达,因此As A的循环再生也可能是引起‘红阳’果实高As A水平的重要原因。     

辣椒(Capsicum annuum L.)耐涝突变体相关功能基因的表达分析

EMS诱变辣椒亲本‘S15’获得1个耐涝突变体‘RW15’。前期研究认为,保护酶和内源激素代谢相关的8个基因与其耐涝特性相关。本研究通过对不同水涝处理时间的‘S15’和‘RW15’的根和叶进行基因实时定量分析,以探讨其在耐涝机制中的作用。研究发现,水涝胁迫下,生长素诱导蛋白相关的Cap.ARATH,乙烯响应相关的Cap.RAP2、MYB家族相关的Cap.MYB1R1和过氧化物酶Cap.POD相关的4个基因表达量等7个基因表达量在突变体中显著升高,另1个与过氧化物酶Cap.POD相关Capana02g003649基因表达量却下降;另外,同一处理时间的‘RW15’对水涝胁迫响应时间快及响应程度高于‘S15’,Cap.MYB1R1表达量最高,且胁迫前后表达差异达到6.94倍。研究表明,突变体‘RW15’主要通过提高内源激素和保护酶代谢等相关功能基因的表达达到耐涝能力的增强,该研究对突变体耐涝机制解析提供数据了参考。     

‘黄金芽’茶树原卟啉原Ⅸ氧化酶基因的克隆与表达分析

‘黄金芽’是典型的光照敏感型黄化茶树品种,黄化叶片中的叶绿素含量低,其叶绿素合成的主要受阻位点为粪卟啉Ⅲ→原卟啉原Ⅸ→原卟啉Ⅸ,而催化第二个反应进行的原卟啉原Ⅸ氧化酶(protoporphyrinogen oxidase, Protox/PPOX)的表达及活性高低起着关键的调控作用。为了明确原卟啉原Ⅸ氧化酶对‘黄金芽’的调控机制,我们对其进行了基因克隆与表达分析的相关研究。结果表明:CsPPOX具有高度保守性且CsPPOX功能正常,‘黄金芽’叶片中叶绿素合成在"原卟啉原Ⅸ→原卟啉Ⅸ"位点的受阻并不是由于CsPPOX基因缺陷引起;CsPPOX1和CsPPOX2均在第二叶中的表达量最高,其表达量与叶片发育阶段相关,同时也与叶色的黄化程度呈负相关性,CsPPOX1和CsPPOX2表达量均呈现红光蓝光紫外光的变化趋势,两者均响应光质的变化。生物信息学分析显示CsPPOX1定位于叶绿体,而CsPPOX2定位于线粒体上;CsPPOX1表达显著受到白光中500～600 nm黄绿光的抑制,而CsPPOX2表达更易受紫外光抑制,且与黄绿光无显著相关性,CsPPOX1的表达调控对叶绿素合成起着重要作用;‘黄金芽’黄化叶片叶绿素合成受阻位点生化反应的底物(原卟啉原Ⅸ)充足,产物(原卟啉Ⅸ)含量低,可以排除底物浓度过低或产物过量对"原卟啉原Ⅸ→原卟啉Ⅸ"生化过程的抑制作用。CsPPOX1受强光或黄绿光调控的下调表达是‘黄金芽’叶绿素合成受阻的主要原因。     

陆地棉中赤霉素合成途径关键酶基因的时空表达变化

为揭示赤霉素合成途径关键酶基因在棉花生长发育过程中的调控作用,利用实时荧光定量PCR方法中的相对定量方法,对中棉所49材料植株体内的赤霉素合成途径相关基因表达量进行了检测分析。结果显示,幼苗期茎组织内除GA2ox1基因外,其余各基因表达量相对较高。开花期根中GA2ox1、GA3ox1、GID1B,茎中CPS1、GA20ox1、GA3ox1、GID1B和叶中GA3ox1基因表达量上调;吐絮期根中GA2ox1和GA3ox1基因表达量上调,其余基因下调,茎中KS、GID1B基因表达量下调,其余基因上调,其中以GA2ox1上调幅度最大,叶中GA2ox1基因表达量下调,其余基因上调。结果表明,开花期,茎中GA20ox1基因的高表达为植株茎的伸长及果枝发育提供必要的活性赤霉素水平,GA3ox1基因可能与开花成铃有关;吐絮期,随着根茎组织的木质化,根茎中GA2ox1基因表达量逐渐升高以降低活性GAs合成,而叶组织中GA3ox1和GA20ox1基因表达量上调,则为棉桃生长发育与脱水成熟提供必要的激素水平。棉花通过改变植株体内赤霉素合成代谢途径关键酶基因的表达量来调控植株的生长发育,且随着生长发育的进行,各目的基因的表达量变化趋势存在一定差异。为深入研究赤霉素对陆地棉的调控机理提供了理论基础,有助于加快利用赤霉素进行品种改良与种质创新。     

大豆GmGBP1在GA调控开花过程中的功能分析

从大豆中克隆得到一个编码SKIP蛋白的基因,命名为GmGBP1。通过研究外施赤霉素对GmGBP1过表达拟南芥植株表型及相关基因表达量的影响,探讨了该基因在GA3调控开花过程中的功能。结果表明,过表达GmGBP1植株对赤霉素的敏感性加强,植株开花时间显著提早,开花相关基因的相对表达量明显提高,而与野生型相比,GA3生物合成途径关键酶基因GA3ox和GA20ox的相对表达量下降明显。初步证实GmGBP1为GA开花信号途径中的正向调控因子,负调节植物赤霉素的生物合成。     

大豆GmGBPl在GA调控开花过程中的功能分析

从大豆中克隆得到一个编码SKIP蛋白的基因,命名为GmGBPl。通过研究外施赤霉素对GmGBPl过表达拟南芥植株表型及相关基因表达量的影响,探讨了该基因在GA3调控开花过程中的功能。结果表明,过表达GmGBPl植株对赤霉素的敏感性加强,植株开花时间显著提早,开花相关基因的相对表达量明显提高,而与野生型相比,GA3生物合成途径关键酶基因GA3ox和GA20ox的相对表达量下降明显。初步证实GmGBPl为GA开花信号途径中的正向调控因子,负调节植物赤霉素的生物合成。     

芒果(Mangifera indica)RCCR基因的克隆及其基因沉默载体的构建

红色叶绿素降解产物还原酶(red chlorophyll catabolite reductase,RCCR)是叶绿素降解过程的关键酶,能将叶绿素降解过程中产生的红色叶绿素代谢物(Red chl catabolit)分解代谢为原初荧光叶绿素降解产物(Primary fluorescent chl catabolite)。本研究根据转录组测序得到RCCR部分片段信息设计简并引物,采取3'和5'cDNA末端快速克隆(RACE)的技术方法,分别在三个不同着色芒果品种(红色‘贵妃’品种,黄色‘金煌’品种,绿色‘桂七’品种)中进行RCCR基因全长cDNA序列的扩增克隆得到了芒果果皮RCCR基因的全长cDNA序列。结果发现三个着色品种cDNA序列只有几个碱基的差异,以黄色金煌品种为例分析可得全长cDNA序列为1 134 bp,开放阅读框为975 bp,编码324个氨基酸,分子重量为36.21 k D,等电点为5.13。通过生物软件预测得到了三种三级蛋白结构图。对NCBI上刊载的30种不同植物构建系统发育树发现该基因编码的蛋白与橙子、克莱门柚等水果植物的亲缘关系比其他植物物种的亲缘关系近。近年来,病毒诱导的基因沉默(VIGS)是研究植物基因功能的有力工具,为深入探究RCCR基因在叶绿素降解中的作用,本研究成功构建出RCCR-pTRV2基因沉默载体,为后续研究RCCR基因在芒果果实成熟及果皮着色过程中的作用机理提供理论依据。     

过量表达大豆异丙基苹果酸脱氢酶基因Gm IPMDH促进植株开花和生长

异丙基苹果酸合成酶(isopropylmalate synthase, IPMS)和异丙基苹果酸脱氢酶(isopropylmalate dehydrogenase,IPMDH)是亮氨酸生物合成中的重要限速酶,但二者在植物生长发育中的功能鲜有报道。本研究对拟南芥AtIPMDH2基因在大豆中的同源基因GmIPMDH进行了克隆和分析。该基因编码的氨基酸序列中含有Iso＿dh亚家族保守结构域,且启动子中含有大量的光反应元件及激素应答元件。实时荧光定量PCR显示大豆叶片中GmIPMDH的表达量随着植株的生长发育逐渐升高。对GmIPMDH进行了烟草的异位表达和大豆的过量表达,表型分析发现GmIPMDH的过量表达显著提前了烟草和大豆的开花时间,且株高和节数均显著增加。转录组分析显示, GmIPMDH过量表达大豆叶片中的若干开花相关基因及赤霉素合成相关基因的表达量发生变化,推测GmIPMDH可能通过赤霉素合成通路参与赤霉素介导的植物开花诱导和株型调控。本研究首次阐明了GmIPMDH在开花期调控中的作用,为今后进一步研究GmIPMDH调控大豆开花和生长发育的分子机制提供了一定的基础。     

基于RNA-Seq筛选高粱低氮胁迫相关候选基因

研究低氮胁迫条件下不同高粱材料间的基因差异表达,为耐低氮型高粱品种选育和耐低氮胁迫的分子机制探究提供参考。选取2个耐低氮型高粱(BSX44和BTx378)为试验材料,设置正常和低氮胁迫2个处理,利用RNA-Seq技术对高粱苗期、抽穗期和开花期的基因表达进行分析,通过生物信息学对差异基因的生物学功能和代谢途径进行研究,筛选可能参与低氮调控的基因,了解氮高效基因型在氮素吸收利用过程中可能的分子途径。结果表明,在正常和低氮胁迫下, BTx378和BSX44在苗期分别筛选出937个和787个差异表达基因,抽穗期分别筛选出1305个和935个差异表达基因,开花期分别筛选出1402个和963个差异表达基因。对3个时期的差异表达基因进行鉴定,发现在苗期、抽穗期和开花期分别有246、371和306个基因在2个耐低氮高粱品种中共同差异表达,有28个基因在2个耐低氮品种的不同生育时期均差异表达,其中有5个基因上调表达,23个基因下调表达;对共同差异表达基因的KEGG相关代谢通路富集分析,发现主要集中在氮代谢、丙氨酸,天冬氨酸和谷氨酸代谢、甘油磷脂代谢、氨基酸的生物合成等途径,表明耐低氮型高粱可能通过这些途...