花生AhCLE基因家族鉴定及对土壤紧实和氮素复合胁迫响应分析

花生是我国重要的油料作物，其生长过程面临多种土壤环境逆境胁迫。CLE(CLAVATA3/Embryo Surrounding Region)多肽是目前研究最深入的植物多肽(多肽激素),具有类似传统植物激素的调节功能，广泛参与植物生长发育及抗逆过程。目前关于花生CLE(AhCLE)家族基因鉴定及抗逆功能的研究尚未见报导。本研究基于花生基因组注释信息，系统鉴定AhCLE家族成员并对其进行基因亚细胞定位、染色体定位、多序列比对、基因保守基序、基因结构及系统进化等分析；利用转录组信息结合实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)检测AhCLE基因家族各成员在花生不同组织部位及不同的土壤紧实及氮素胁迫条件下的表达情况。研究结果表明：AhCLE基因家族由9个成员组成，均含有12个氨基酸组成的CLE保守结构域序列；亚细胞定位预测结果显示该基因家族成员均位于细胞外，为分泌型蛋白；启动子区顺式作用元件分析发现，该家族成员具有多个逆境胁迫及植物激素响应元件，表明AhCLE家族可能与多种植物激素协同参与调控植物逆境胁迫；聚类分析发现，该家族成员分布于4个不同的分支中，分别与拟南芥的AtCLE家族不同成员聚在一...     

hrcQ基因决定水稻条斑病菌在非寄主烟草上的过敏性反应和在寄主水稻上的致病性

 水稻条斑病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzicola）hrcQ 基因在动植物病原细菌中高度保守。不同植物病原细菌的HrcQ蛋白因在N端有变化,推测可能与分泌的效应分子特异性有关。但水稻条斑病菌HrcQ蛋白对Ⅲ型分泌系统(type Ⅲ secretion system, T3SS)的形成以及对效应分子的分泌性影响还不清楚。为弄清HrcQ蛋白在此方面的作用,利用同源重组方式获得了水稻条斑病菌^hrcQ基因的敲除突变体,该突变体丧失了在烟草上激发过敏性反应的能力和在水稻上的致病性。hrcQ基因与水稻细胞互作时受诱导表达。蛋白质 蛋白质互作结果显示,HrcQ可分别与Hpa1、HrcN、HrpB5和HrpB2互作。分泌性检测发现,HrcQ不通过T3SS分泌至胞外。hrcQ基因突变,影响Hpa1和HrpB2蛋白分泌。这些结果表明,HrcQ蛋白是形成Ⅲ型分泌系统的基本组分,并通过帮助Hpa1和HrpB2等T3SS效应因子的分泌,从而影响病菌在非寄主上的过敏性反应和在水稻上的致病性。这为进一步分析水稻黄单胞菌T3SS的形成和分泌机制奠定了基础。     

基于转录组的芒果MYB家族基因的鉴定及分析

MYB家族作为植物中较大的转录因子家族之一,参与调控植物的多种生理活动。本研究基于芒果果实转录组测序结果,鉴定出71个MYB家族蛋白,其中包含1个4R-MYB蛋白、3个R1R2R3-MYB蛋白、60个R2R3-MYB蛋白和7个MYB相关蛋白。进化树及基序分析表明:除个别蛋白外,相同类型的MYB蛋白均聚在一起,且相近分支的MYB蛋白具有相同或相似的基序。60个全长MYB家族蛋白中,大部分为不稳定蛋白,且均为不含跨膜结构和信号肽的亲水性蛋白,亚细胞定位分析均定位于细胞核。进化树分析发现芒果R2R3-MYB蛋白与拟南芥有较高的保守性。R2R3-MYB蛋白保守域分析发现,R2和R3结构域均有多个氨基酸保守不变。GO分析发现芒果R2R3-MYB蛋白共注释到生物学过程、细胞组分和分子功能3大类功能的15个亚类。     

小麦β-酮脂酰CoA合成酶基因KCS的克隆与酵母表达

超长链脂肪酸是生物体内众多重要物质的合成底物。KCS基因编码β-酮脂酰CoA合成酶,该酶具有底物特异性,参与超长链脂肪酸延伸的缩合反应,是超长链脂肪酸合成的限速步骤。为了探究小麦KCS基因在超长链脂肪酸合成中的功能,采用同源克隆的方法从小麦(Triticum aestivum L.)中克隆出KCS基因后,利用生物信息学对其编码序列进行分析,并在酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中对其进行真核表达。结果表明,小麦TaKCS6基因的开放阅读框为1 287bp,编码428个氨基酸残基。结构域预测结果显示,TaKCS6蛋白含有III型聚酮合酶脂肪酸延伸酶和C末端3-酰基ACP合酶III结构域,属于KCSs蛋白家族。序列比对分析结果显示,TaKCS6氨基酸序列与拟南芥及其他植物的KCS6氨基酸序列在两个功能结构域上和活性位点保守。酵母表达结果显示,TaKCS6基因编码的蛋白参与C24以上超长链脂肪酸的延伸。     

黑麦GIF基因家族全基因组鉴定及其表达分析

生长调节互作因子(GRF-interacting factor, GIF)是植物体内一类转录共激活因子,在植物生长发育过程中起重要作用。为挖掘和利用黑麦GIF家族基因,利用同源比对方法对黑麦GIF基因家族进行了鉴定,并系统分析了黑麦与其他禾本科植物及模式植物拟南芥GIF基因的系统发育关系、蛋白结构域、基因结构和共线性关系。结果显示,在黑麦基因组中共鉴定到3个GIF基因家族成员,分布在4R和5R染色体上;系统进化分析发现,黑麦GIF基因家族成员与小麦和大麦的亲缘关系更近。蛋白结构域和基因结构分析发现,GIF基因家族成员在黑麦及其他禾本科植物中的蛋白结构域和基因结构相对保守,均含有4个外显子。共线性分析发现,黑麦ScGIF1基因与其他禾本科植物GIF基因间均存在共线性关系,其中与小麦间共线基因数最多。Ka/Ks分析发现,黑麦GIF基因家族成员在进化中受到纯化选择。此外,在黑麦穗部鉴定到一个特异性高表达的GIF基因(ScGIF1),其编码的蛋白含有多个磷酸化位点,推测ScGIF1蛋白可能是通过磷酸化来调控黑麦麦穗的发育和粒型的。     

植物碱基错配修复系统中Muts蛋白家族研究进展

DNA错配修复(mismatch repair,MMR)是DNA损伤修复的一个重要途径,主要用于细胞中DNA合成和遗传重组时发生损伤过程中出现的单个或少数碱基的缺失、插入以及错配的修复,它对维持基因组稳定性和DNA复制保真度至关重要。原核生物和真核生物中都有非常保守的MMR系统。在人体DNA修复系统的研究中,发现癌症的发生与Muts蛋白家族功能缺陷密切相关。类似的在拟南芥和水稻中功能缺陷的Muts蛋白家族(同源蛋白Muts homolog,MSH)会产生增变基因表型,这将为植物的基因功能分析和育种利用奠定基础。基于此,本文综述了近年来有关植物DNA错配修复及相关基因功能的研究进展,特别是植物MMR功能缺陷导致基因突变和微卫星不稳定造成的性状畸形进行了描述,对Muts蛋白家族各个亚基功能做了分类说明,并对植物中如何利用MSH产生的增变基因突变和如何利用突变育种研究进行了展望。     

小麦OXS3基因家族的鉴定及表达模式分析

氧化应激3蛋白(OXS3)是一种植物特异性蛋白,在植物逆境耐受性中发挥重要作用。本研究利用生物信息学方法,在全基因组水平对小麦中的OXS3基因家族成员进行了鉴定,并对所有成员进行了高温胁迫下的表达模式分析以及4个小麦OXS3基因的酵母转化验证试验。结果表明,小麦具有9个OXS3基因,分布于8条染色体上,聚类为三个亚家族,主要定位于细胞核;小麦OXS3基因家族成员的启动子区具有多个激素响应和逆境响应顺式作用元件,暗示该家族成员在植物逆境响应中可能承担重要角色。共线性分析表明OXS3基因家族在单/双子叶植物间存在较大差异。qRT-PCR分析表明,小麦OXS3家族基因在高温胁迫下均上调表达。转化酵母的耐热功能验证表明,小麦基因TaOXS3-1D、TaOXS3-2A可以提高酵母的耐热性。本研究结果为系统研究OXS3的耐热功能奠定了基础。     

芒果果实bHLH家族转录因子的生物信息学分析

bHLH家族作为植物中较大的转录因子家族之一,在真核生物生长发育调控中具有重要作用。本研究基于芒果果实转录组数据,利用生物信息学方法鉴定出87个bHLH家族蛋白,其中酸性蛋白所占比例较大,大部分为不稳定蛋白,且均为不含信号肽的亲水性蛋白,除CL10714.Contig1为膜结合转录因子外,其余均不含跨膜结构。芒果bHLH蛋白结构域有多个氨基酸位点保守性较高,87个芒果bHLH蛋白中73个（83.91%）具有E-box结合功能。GO分析发现芒果bHLH蛋白共注释到生物学过程、细胞组分和分子功能3大类功能的17个亚类。进化树分析发现芒果bHLH蛋白与拟南芥有较高的保守性,并基于进化树对部分bHLH蛋白的功能进行了预测。本研究结果将为下一步芒果bHLH蛋白的功能研究奠定基础。     

植物小G蛋白功能的最新研究进展

小G蛋白超家族包括Ras、Rab、Rho、Arf和Ran亚家族，不同成员间在结构和功能方面又呈现明显的多样性。小G蛋白作为重要的分子开关，其结构域主要包括4个鸟苷酸(GTP/GDP)结合域、1个效应区，其鸟苷酸结合域起着关键作用且保守性最高，在植物、动物和酵母中均有较高的保守性。小G蛋白成员凭借其多样性和不同鸟苷酸结合态的功能调控(结合GTP时为活性状态，而结合GDP时为非活性状态)，参与多种细胞生命活动，履行不同的生物学功能，例如基因表达调控，细胞骨架重组，囊泡运输的调节，出芽过程，核-质运输及微管形成     

稻瘟病菌类LxAR家族基因的预测及表达分析

在侵染水稻过程中,稻瘟病菌分泌一系列效应因子来抑制寄主免疫系统。无毒效应因子AVR Pii和AvrPiz-t的氨基酸序列含有类LxAR基序,基于此,本研究利用生物信息学技术,从稻瘟病菌基因组中筛选获得了99个含有类LxAR基序的假定效应因子(MoLLEs)。该家族蛋白都为小分子蛋白(70~300 aa),富含半胱氨酸氨基,绝大多数为未知功能的蛋白。24个蛋白含已知的功能域,可能涉及了多种生命过程,其中有9个蛋白编码植物细胞壁降解酶。通过表达模式分析发现,MoLLEs家族基因成员的表达受到饥饿胁迫、附着胞生长发育以及侵染水稻等过程的诱导,此外一部分基因受到附着胞发育关键基因PMK1调控。基因表达交叉分析表明,部分基因同时在附着胞发育和致病过程中上调表达。在与水稻的相互作用中,MoLLEs在稻瘟病菌侵染不同阶段均有上调表达,并且部分基因受亲和或非亲和反应特异性诱导。      

根瘤菌TtsI突变体构建及结瘤表型鉴定

本论文以中华根瘤菌HH103 III型分泌系统调控因子TtsI为研究对象,采用三亲杂交的方法获得突变体 HH103ΩTtsI,并用 PCR 鉴定。III型效应因子表达分析表明,在染料木苷存在的情况下,TtsI突变能够抑制 NopAA、 NopD、NopL和 NopP等效应因子基因的转录和表达。当 TtsI突变情况下,能够显著抑制根瘤菌 HH103 III型效应因 子的合成。用TtsI突变体和野生型根瘤菌HH103对来自不同生态区的10份种质资源进行结瘤鉴定,结果显示,TtsI 突变后能够显著减少根瘤平均数和根瘤干重。导入系群体结瘤鉴定结果显示,TtsI突变体显著减少导入系平均瘤 数。说明 TtsI在大豆-根瘤菌共生体系建立过程中发挥重要的作用,这种作用的发挥有可能是依赖于调控其他 III 型效应因子的表达。     

水稻白叶枯病菌hrcU基因缺失突变体构建及功能研究

 通过基因敲除方式,构建了水稻白叶枯病菌hrcU基因的缺失突变体。突变体丧失了在水稻上的致病性和在非寄主植物上的过敏反应。携带hrcU基因的黏粒完全互补了hrcU突变菌株的表型,互补菌在水稻组织中的生长能力也与野生型菌株相当。免疫杂交结果显示,hrcU基因突变后,水稻白叶枯病菌的Harpin蛋白Hpa1不能从细胞内分泌到胞外。这些结果表明,水稻白叶枯病菌hrcU基因的主要功能是形成Ⅲ型分泌系统,将效应分子分泌到病原细菌胞外,从而决定了在非寄主上的过敏反应和在水稻上的致病性。     

An Outlook on the Localisation and Structure-Function Relationships of R Proteins in <Emphasis Type="Italic">Solanum</Emphasis>

The co-evolution of plants and plant-pathogens shaped a multi-layered defence system in plants, in which Resistance proteins (R proteins) play a significant role. A fundamental understanding of the functioning of these R proteins and their position in the broader defence system of the plant is essential. Sub-project 3 of the BIOEXPLOIT programme studies how R proteins are activated upon effector recognition and how recognition is conveyed in resistance signalling pathways, using the solanaceous R proteins Rx1 (from S. tuberosum spp. andigena; conferring extreme resistance against Potato Virus X), I-2 (from S. lycopersicon; mediating resistance to Fusarium oxysporum) and Mi-1.2 (from S. lycopersicon; conferring resistance to Meloidogyne incognita) as model systems. The results obtained in this project will serve as a model for other R proteins and will be translated to potential applications or alternative strategies for disease resistance. These include the modification of the recognition specificity of R proteins with the aim to obtain broad spectrum resistance to major pathogens in potato.     

水稻矮化少蘖突变体dlt3的基因定位和蛋白质组学分析

目的 株高是农作物的重要农艺性状之一。导致株高变矮的原因很多,最受关注的是赤霉素(GA)和油菜素内酯(BR)对株高的影响,其调控机制的阐明对于植物科学基础研究及遗传育种研究均具有重要意义。方法 利用γ射线诱变水稻材料9311,获得一个矮化少蘖突变体,命名为dlt3 (dwarf and low-tillering 3),通过形态学调查手段分析dlt3突变体的株高、分蘖数、叶夹角、叶形态和结实率等性状,通过叶枕部位的伸直情况和α-淀粉酶活性检测分析其对外源BR和GA应答的敏感性,通过构建遗传群体和筛选分子标记对其进行基因定位,并利用基于iTRAQ的定量蛋白质组学技术分析dlt3突变体的蛋白质组表达谱。结果 表型分析显示dlt3突变体具有半矮化、少分蘖、叶夹角减小、叶表面皱褶、叶形变短变宽和结实率降低等多个突变表型;突变体对GA正常应答,而对BR处理表现为不应答。遗传分析显示dlt3突变因单个基因隐性突变导致;利用分子标记将dlt3基因定位在第6染色体标记RM2615和R6M14之间。定量蛋白质组学分析在dlt3突变体中鉴定到330个差异表达蛋白,包括222个上调和108个下调表达蛋白。其中,4个差异表达蛋白与BR信号途径直接相关;多个差异表达蛋白与水稻株高或生长发育调控直接相关;此外,多个差异表达蛋白,如丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、Ca²⁺结合蛋白和锌指结构域蛋白等在dlt3突变体中大量富集。结论 dlt3是一个BR不敏感的矮化少蘖突变体,DLT3基因突变引起BR信号途径的异常,进而可能导致胞内蛋白磷酸化信号转导和转录激活途径受到广泛影响,从而引起植株生长发育等多方面性状异常。     

水稻异源三聚体G蛋白生理功能的研究进展

由α、β和γ 3个亚基组成的异源三聚体G蛋白是真核生物中一类重要的信号传导分子,在生长发育中起重要的调控作用。G蛋白通过细胞表面的偶联受体感知细胞外刺激,并由G 蛋白传送信号到胞内蛋白来影响细胞行为。植物与动物G蛋白虽然具有类似的分子结构,但植物信号的传递由非典型“自我激活”机制和效应蛋白来完成并控制植物生长发育。综述了植物G蛋白的组成;重点介绍了水稻G蛋白亚基编码基因 D1、 GS3、 DEP1和qNGR9参与激素、抗病、抗逆信号传导及水稻株型控制,粒型和N元素高效吸收利用的研究进展。另外,对G蛋白的偶联信号途径组分和功能、系统生物学和应用方面进行了展望。     

OsDUF500基因沉默提高水稻对白叶枯病的抗性

 以编码HarpinXoo 的hrf1转基因水稻NJH12的cDNA为模板,克隆到了DUF500的保守功能区。序列分析表明,OsDUF500是DUF500家族成员,功能未知。构建OsDUF500的沉默载体,用土壤根癌农杆菌介导的方法转化粳稻 R109,用Hpt抗生素做抗性筛选,获得9个再生株系。经分子鉴定,8个为沉默株系（ABD 2~9）。与野生型相比, ABD株系株高变矮,叶片变短,出现白色空秕谷。白叶枯病抗性鉴定结果表明,OsDUF500沉默株系对水稻白叶枯病的抗性存在差异,病斑长度比野生型明显缩短,病斑面积均在30%以下,株系ABD 3和ABD 5病斑面积分别为12.3%和15.7%,显示出较好的抗性。推测在稻瘟病抗性中上调表达基因OsDUF500对水稻白叶枯病抗性起负调控作用。