水稻泛素结合酶基因家族的生物信息学与表达分析

泛素/蛋白酶体系统在植物的生长发育、形态建成和抗病反应等过程中起着重要的作用。近年的研究表明,某些病原菌能够模拟寄主植物泛素/蛋白酶体系统组分,从而达到利用该系统为病原菌服务的目的。泛素结合酶是泛素化反应过程中的第二个酶,对植物泛素/蛋白酶体系统的正常运行不可或缺。已有的研究表明,水稻基因组数据库中存在48个预测的泛素结合酶基因。为了初步揭示这些泛素结合酶基因在植物抗病防御反应中的功能,研究其与植物抗病性的关系。本研究通过生物信息学、RNA-seq和qRT-PCR的方法,分析了水稻泛素结合酶基因家族的特征及其表达模式。系统进化树分析表明,48个水稻泛素结合酶基因可分为3个大组,总共7个亚组。蛋白结构域分析表明,水稻泛素结合酶基因主要由一个泛素结合酶催化结构域组成。电子表达谱分析表明,大多数水稻泛素结合酶基因能被稻瘟病菌诱导表达。启动子区顺式作用元件分析表明,4个抗病相关顺式作用元件和1个过敏性反应相关顺式作用元件在48个水稻泛素结合酶基因的启动子区有很高的分布。稻瘟病菌接种亲和性和非亲和性水稻单基因系的RNA-seq结果表明,处理36h读取到的水稻泛素结合酶基因为44个,其中高表达基因数量超过读取到的泛素结合酶基因总数的50%。qRT-PCR分析结果表明稻瘟病菌的侵染在亲和和非亲和组合中都能诱导部分水稻泛素结合酶基因的表达。在非亲和组合中水稻泛素结合酶基因的表达倾向于受到抑制。     

一个水稻钙调素结合蛋白基因OsCaMBP的克隆及表达分析

 通过荧光差异显示和RT PCR技术,克隆到一个新的水稻钙调素结合蛋白基因OsCaMBP。序列分析表明,该基因cDNA序列全长2094 bp,编码一个具有569个氨基酸残基的多肽,推测分子量为63.2 kD;在OsCaMBP蛋白的N端存在IQ钙调素结合构象,与其他植物中的钙调素结合蛋白的相似性介于38.25%~47.28%。在热激处理15 min、30 min、 1 h或2 h后,该基因在水稻的叶、根和叶鞘中表达量急剧增加;此外,该基因表达量也受低温调控而增加。     

水稻ABCB转运蛋白基因的分子进化和表达分析

系统鉴定了水稻和拟南芥中27个和29个ABC家族B亚族(ABCB)基因,发现其外显子数目、编码蛋白质的长度和分子量在两种植物中均存在较大变异,而等电点分布的变化较小。系统发育分析把该亚族蛋白分为4个亚组,说明其功能可能已经发生了分化;在水稻和拟南芥中各鉴定了6对和9对旁系同源基因,说明单、双子叶植物分离之后,该亚族在水稻和拟南芥中均以物种特异的方式进行了扩张。片段复制和串联重复是水稻ABC家族扩张的主要机制。多序列比对显示,核苷酸结合域(NBD)的Walker A、Walker B和ABC域基序均高度保守,而Q环和H环的保守性略差;跨膜结构域(TMD)在不同蛋白之间和同一蛋白内没有明显的保守性。表达模式分析表明,水稻ABCB基因的表达具有明显的组织特异性,不同基因的表达特征已经发生分化。非生物胁迫下的表达分析显示多数水稻ABCB基因受到至少一种非生物胁迫因素的调控。旁系同源基因Ka/Ks分析表明,净化选择在水稻ABCB基因复制后功能的保留中发挥了重要作用。     

水稻抗干尖线虫基因OC-XⅡ的克隆及表达研究

抗性验证试验表明籼稻大白谷抗水稻干尖线虫侵染。为进一步探究此抗性与病程相关蛋白——半胱氨酸蛋白酶抑制剂(Cystatin)的相关性,基于水稻基因组数据克隆籼稻大白谷Cystatin家族的OC-XII基因,分别进行OC-XII、JaponicaOC-XII和Indica-OC-XII蛋白质三维结构构建,并与水稻干尖线虫组织蛋白酶B(Cathepsin B)进行分子对接以验证OC-XII基因编码蛋白对Cathepsin B的抑制功能。通过荧光定量qPCR验证OC-XII基因在线虫侵染前后的表达特性,OC-XII蛋白可以与水稻干尖线虫Cathepsin B蛋白质特异结合,线虫侵染后OC-XII基因在浸染12h~2d期间表达量持续上调,侵染3d后下调。表明OC-XII基因在大白谷抗水稻干尖线虫侵染过程中发挥功能,具有对植物寄生线虫进行生物防治的潜力,有必要对其进行深入研究。     

水稻抗干尖线虫基因OC-XII的克隆及表达研究

抗性验证试验表明籼稻大白谷抗水稻干尖线虫侵染。为进一步探究此抗性与病程相关蛋白——半胱氨酸蛋白酶抑制剂(Cystatin)的相关性,基于水稻基因组数据克隆籼稻大白谷Cystatin家族的OC-XII基因,分别进行OC-XII、Japonica-OC-XII和Indica-OC-XII蛋白质三维结构构建,并与水稻干尖线虫组织蛋白酶B(Cathepsin B)进行分子对接以验证OC-XII基因编码蛋白对Cathepsin B的抑制功能。通过荧光定量qPCR验证OC-XII基因在线虫侵染前后的表达特性,OC-XII蛋白可以与水稻干尖线虫Cathepsin B蛋白质特异结合,线虫侵染后OC-XII基因在浸染12h~2d期间表达量持续上调,侵染3d后下调。表明OC-XII基因在大白谷抗水稻干尖线虫侵染过程中发挥功能,具有对植物寄生线虫进行生物防治的潜力,有必要对其进行深入研究。     

水稻SPL家族转录因子的生物学功能研究进展

SPL (SQUAMOSA PROMOTER-BINDING PROTEIN-LIKE)家族蛋白是植物特有的一类多功能转录因子。水稻中有19个OsSPL基因,所编码蛋白均含有一个高度保守的SBP结构域,该结构域负责与下游靶基因的核心基序GTAC结合,调控靶基因表达。OsSPL的表达会受到OsmiR156/529/535和多种因子调控。研究表明OsSPL在水稻根系发育、叶舌叶耳发育、株型和穗型形成、籽粒发育和胁迫响应等多个生物学过程中发挥重要作用,是水稻生长发育的调控枢纽。本文综述了水稻OsSPL家族的系统进化与结构特征、表达调控及生物学功能研究进展,并对其研究前景进行了展望。     

水稻烯酰辅酶A水合酶的功能预测分析

水稻潜根线虫是一类寄生于水稻根部的迁移性内寄生线虫，广泛分布于各类水稻田中，成为严重危害水稻的寄生线虫，其中水稻细尖潜根线虫是江西省最严重的水稻潜根线虫之一。目前培育抗病品种是防治水稻潜根线虫病最为经济、有效的措施。通过转录组分析水稻细尖潜根线虫侵染的和未受水稻细尖潜根线虫的感病水稻品种‘霸王鞭’根组织基因表达情况，筛选出差异表达显著上调基因OsECH1，并对OsECH1蛋白及其同源蛋白进行系统发育分析。结果表明：OsECH1蛋白与其他同源蛋白具有相同的保守结构域PLN02874，属于ECH家族。同时发现在水稻‘日本晴’中有5个同源基因，其中OsECH1基因位于染色体1上；克隆获得OsECH1基因全长并利用同源重组技术构建重组表达载体，通过农杆菌转化获得转基因水稻；经RT-qPCR分析该基因表达水平对水稻细尖潜根线虫侵染的影响。结果表明，在水稻中过表达OsECH1基因会减少水稻细尖潜根线虫的侵染，沉默OsECH1基因会增加水稻细尖潜根线虫的侵染；OsECH1蛋白亚细胞定位于细胞核中；通过His-tag pull down分析，该蛋白可能与5种防御相关蛋白互作。5种防御相关蛋白分别属于v...     

根表铁膜对水稻磷素吸收影响研究进展

磷（P）对水稻生长的影响仅次于氮。P在土壤中含量丰富,但由于其难溶性及土壤的高吸附性,可被植物直接吸收利用的活性P含量很低。根表铁膜对土壤中的P有很强的吸附作用,在一定程度上是植物的营养库,铁膜中的P是植物吸收的重要P源。有关根表铁膜与水稻P吸收的关系已有很多报道,是促进还是抑制作用情况比较复杂。本文综述了水稻根表铁膜的形成原因、对P的吸附与解吸附能力以及对水稻吸收利用的影响,并对今后开展根表铁膜对水稻P吸收的调控机理研究提出几点建议,同时对根表铁膜调控水稻P吸收的应用前景进行了展望。     

水稻雌雄不育突变体Osfma2的细胞学观察及基因图位克隆

【目的】通过构建分离群体定位并克隆水稻雌雄不育基因OsFMA2,并对其在水稻育性调控中的功能进行探究。【方法】通过EMS诱变水稻宁粳4号得到稳定的不育突变体,对突变体进行表型及细胞学观察,利用精细定位和Mut-map相结合的方法克隆了水稻雌雄不育基因OsFMA2,通过实时荧光定量PCR检测其在各组织表达水平差异,利用水稻原生质体表达系统进行OsFMA2蛋白的亚细胞定位。【结果】细胞学观察发现突变体为雌雄不育。利用极端个体将其精细定位于水稻第6染色体长臂448 kb的区间内。结合全基因组重测序结果,最终确定OsFMA2为目标基因。该基因编码一个复制蛋白,在单子叶植物中高度保守。OsFMA2具有组织特异性,在幼穗中高表达。亚细胞定位结果显示OsFMA2蛋白定位于细胞核中。【结论】OsFMA2在幼穗中高表达,可能参与了水稻雄配子第一次减数分裂前期同源重组过程,同时,OsFMA2的表达对雌配子发育也产生了不利影响。     

氮肥运筹对水稻镉吸收转运影响的研究进展

综述了大田生产中氮肥运筹对重金属污染土壤中水稻对镉的吸收与转运的影响,从不同形态氮肥耦合灌溉对土壤理化环境、水稻根表铁膜、水稻各器官亚细胞结构以及镉元素在植株体内转运特点的影响进行分析,并阐述了氮肥对植物镉吸收的影响机制。今后研究的侧重点应当结合复杂的环境变量条件,选择适合不同地区实际生产的水稻品种,进一步探索不同的氮肥种类和施用方式与水稻吸收富集镉之间的关系,并注重寻找调控相关过程的关键基因及其表达产物,明确镉胁迫环境中水稻产生应答的相关生理过程,进一步在生产实践中指导镉污染稻田中的肥料精确释放。