国际花生基因组计划首次完成两个二倍体野生种全基因组测序并公布序列

<正>2014年4月2日,国际花生基因组计划(International Peanut Genome Initiative,IPGI)在美国弗吉尼亚州亚历山大市(Alexandria,Virginia)发布首次完成了两个花生二倍体野生种全基因组测序和序列的公布。这将为全球研究人员和植物育种家培育更高产、适应性更广的花生新品种提供支撑。国际花生基因组计划开展的多国合作花生全基因组测序取得了重大进展,分别代表花生属A基因组和B基因组的两个二倍体野生种的全基因组测序已经顺利完成,获得的两个二倍体野生种的序列覆     

栽培种花生ddGBS测序中酶切组合的选择

花生全基因组水平生物信息的挖掘是研究花生种质遗传资源的前提。基于已公布的两个栽培种花生的祖先二倍体(Arachis duranensis和A.ipaensis)的全基因组序列,根据双酶切GBS(Double digest Genotyping-by Sequencing,ddGBS)测序特点,通过SacⅠ和Mse Ⅰ、PstⅠ和Msp Ⅰ、EcoR Ⅰ和NIaⅢ的电子酶切结果,统计和对比三组酶切片段的均匀度和覆盖度,筛选得到ddGBS测序片段所需的最佳酶切组合EcoR Ⅰ和NIaⅢ,并进一步揭示了其酶切片段在染色体水平及全基因组水平的分布情况,确保该酶切组合在后续基因组信息挖掘中的可行性,为全基因组层水平上遗传资源的揭示奠定基础。     

利用GBS-cpDNA揭示花生属花生区组内种间亲缘关系

揭示栽培种花生(Arachis hypogaea L.)与同属花生区组野生种之间的亲缘关系可为野生资源引入和遗传资源保存提供重要参考。本研究基于已公布的栽培种花生叶绿体全基因组序列,以11份花生区组的野生种资源和44份不同类型的栽培种花生为研究材料,利用GBS(Genotyping-by Sequencing)测序结果中能够比对到叶绿体全基因组的序列信息,获得了叶绿体基因组上111个SNP位点和10个InDel位点。根据系统演化树以及主成分判别分析结果显示:与栽培种花生关系最近的野生种是A.monticola,较近的是A.duranensis、A.batizocoi、A.paraguariensist和A.hoehnei,较远的野生种包括A.helodes、A.cardenasii、A.villosa、A.stenosperma。花生区组种间亲缘关系的阐明,对花生远缘杂交育种具有重要意义。     

野生种花生钙依赖蛋白激酶基因家族的生物信息学分析

Ca2+是植物中重要的第二信使,几乎介导了植物生长发育的全部反应。钙依赖蛋白激酶(CDPKs)是植物中重要的钙传感蛋白,在植物生命活动中扮演着重要角色。目前2个二倍体野生种花生全基因组序列已经公布,而由2个野生种杂交后形成的异源四倍体栽培种花生的全基因组序列还没有公布,野生种花生CDPKs的生物信息学分析结果可以为栽培种花生CDPKs的研究提供参考。本研究采用生物信息学方法和工具对2个野生种花生CDPKs基因家族的全基因组分布、基因结构、进化和理化性质等进行分析。结果表明:2个野生种花生全基因组均比对到35个CDPKs基因序列,野生种花生与拟南芥CDPKs基因结构类似,蛋白质结构具有典型的蛋白质激酶和EF手型结构域,2个野生种花生与其它物种在进化过程中CDPKs变异较小,可能作为钙传感蛋白在细胞内各个部位和细胞器中行使功能。本研究结果可为栽培种花生的CDPKs结构和功能研究提供参考。     

花生WRI1基因家族的全基因组与表达谱分析

花生(Arachis hypogaea L.)是世界范围内重要的油料与经济作物之一。转录因子WRINKLED1(WRI1)在植物油脂生物合成途径中起着重要作用。尽管花生基因组序列已经公布,但国内外尚缺乏对花生中WRI1基因家族的全基因组分析。本研究从二倍体花生野生种和四倍体栽培种的参考基因组中鉴定出20个WRI1转录因子,经分析表明它们均为亲核蛋白,位于细胞核内,二级结构主要由无规卷曲和α-螺旋组成,20个WRI1基因的结构中含有5～8个内含子。系统发育分析表明,花生WRI1基因与其他物种的WRI1成员有密切关系。转录组数据表明种子中WRI1表达高于其他组织,q RT-PCR结果进一步表明WRI1表达随种子成熟水平逐渐增加。本文对花生基因组中WRI1全基因组的鉴定和表达分析,为进一步探讨WRI1基因在种子发育过程中的功能提供了依据。     

生育后期干旱胁迫与施氮量对花生产量及氮素吸收利用的影响

为明确生育后期水分胁迫下施氮对花生产量、氮素吸收及氮肥利用效率的影响,以花育25号为材料,采用双因素试验设计,通过防雨棚土柱试验研究了不同水氮处理对花生氮素吸收、分配、产量及氮肥利用率的影响。在荚果充实期设置水分条件分别为充足灌水(W 0)、轻度干旱胁迫(W 1)和中度干旱胁迫(W 2),设置5个施氮(N)水平,即0kg·hm^-2(N0)、45kg·hm^-2(N1)、90kg·hm^-2(N2)、135kg·hm^-2(N3)和180kg·hm^-2(N4)。结果表明,W1N2处理下花生经济产量、全株生物量、籽仁和全株氮素积累量均达最大值。与其它氮肥处理相比,同一水分条件下适量施氮(N 2)处理增加花生产量,提高收获指数。花生各器官中来自于15N原子标记的肥料中的15N原子百分比随施氮量的增加而显著增加,但增加幅度不同。正常供水和轻度干旱胁迫条件下花生植株氮肥利用率随施氮量的增加先增加后降低,而中度干旱胁迫下氮肥利用率随施氮量的增加而降低。本试验条件下,W1N2处理(轻度干旱胁迫和施氮90 kg·hm^-2)处理下花生干物质与氮素积累量适宜,氮素向生殖器官分配比例和氮肥利用率较高。     

全生物降解地膜对南疆花生产量及土壤理化性质的影响

为研究全生物降解地膜覆盖对南疆花生产量及土壤理化性质的影响,采用PBAT(聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯)型聚酯全生物降解地膜(简称:降解膜)覆盖为处理、普通聚乙烯PE地膜覆盖为对照(CK),分析降解膜覆盖对花生试验区土壤温度、水分、养分及产量等相关指标的影响.结果 显示:①降解膜的破损率随花生生育进程表现为6-8月较小(3%~14%),到10月收获期显著增大(29%).②降解膜处理的花生产量与CK无显著差异.③花生生育期内,降解膜覆盖0~30 cm平均土壤温度较CK高0.35℃,其中,膜下5cm、15cm和25cm分别较CK高0.38℃、0.39℃和0.27℃,但两处理间的平均土壤温度差异均不显著.降解膜覆盖0~30 cm平均土壤含水率较CK高2.08%,其中,膜下5 cm和25 cm分别较CK高3.39%和4.74%(p<0.05),而膜下15 cm的较CK低1.89%(p<0.05).④降解膜覆盖对花生不同生育时期(6月和10月)、不同土层(0~20 cm和20~40cm)的土壤速效氮磷钾养分、盐分、土壤容重以及土壤pH均无显著影响.因此,本研究认为,全生物降解地膜替代普通PE地膜应用于南疆花生栽培生产是可行的.     

土壤调理剂与有机肥配施对花生生长发育及产量的影响

采用田间试验研究在盐碱地单施及配施土壤调理剂和有机肥对花生生长发育及产量的影响.结果 表明,常规施肥+有机肥+土壤调理剂(T3)与常规施肥+有机肥(T1)、常规施肥+土壤调理剂(T2)和常规施肥(CK)处理之间对花生结果性状、农艺性状和产量性状的差异均达到显著,T3处理的单株荚果数、主茎高、第一侧枝长、有效分枝数和产量比CK处理分别增加13.09个、8.2cm、4.21 cm、1.49条和116.7%;T1、T2处理与CK处理之间对花生结果性状和荚果产量的影响也达到显著差异,但两个处理之间对各性状无显著影响.总之,土壤调理剂和有机肥配施能有效促进花生生长发育,提高花生产量.     

几种重要花生病毒研究新进展

花生病毒病是影响花生生产的重要病害.近10年来,花生矮化病毒(PSV)、花生条纹病毒(PStV)和番茄斑萎病毒属(Tospovirus)病毒分子生物学研究进展,极大地丰富了对上述病毒基因组结构、遗传变异、进化的认识,以及病毒种、亚组和株系科学的划分.对PSV来说,提出了两个亚组的划分,而我国PSV株系血清学和RNA3全序列的分析,明确它们独自构成第三个新的亚组.对我国和东南亚国家PStV株系CP基因序列同源性的分析,说明在这些国家和地区PStV是单独进化的,形成不同症状类型的株系.Tospovirus属病毒分子生物学研究的深入使得该属病毒从番茄斑萎病毒(TSWV)1种增加到13种,其中侵染花生的病毒达5种,分布于不同的国家和地区.     

膜下滴灌追肥对花生生长发育、光合特性及产量的影响

为探索膜下滴灌条件下花生花针期最适的施肥量,以花育25号为材料,在同一灌水量水平下设3个追肥处理,分别为尿素45 kg·hm~(-2)和磷酸二氢钾60 kg·hm~(-2)(T1)、尿素67.5 kg·hm~(-2)和磷酸二氢钾90 kg·hm~(-2)(T2)、尿素90 kg·hm~(-2)和磷酸二氢钾120 kg·hm~(-2)(T3)。研究不同处理对花生生长发育、光合特性和产量品质的影响。结果表明,花针期追肥可显著降低花生营养器官生物量,增加花生经济产量,提高收获指数,增加花生结荚期和饱果成熟期叶片的叶绿素含量、蒸腾速率和净光合速率。膜下滴灌追肥处理能增加花生百果质量、百仁质量及出仁率,提高花生籽仁脂肪、油酸含量与油酸亚油酸比值(O/L)。因此,花生产量的提高,主要是通过提高单株有效结果数、荚果饱满程度及提高单果质量实现的。花生荚果产量随着追肥量的增加呈现先增加后降低的趋势,T2处理产量最高。综合考虑产量增加收益及肥料投入成本,在本试验条件下,膜下滴灌T1和T2处理是达到高产高效的追肥措施。     

花生AT-hook家族基因的生物信息学分析

AT-hook蛋白不仅在植物生长发育、器官构建、胁迫和激素信号应答中起重要作用,而且还作为染色质重塑的转录因子和辅助因子,调节基因的转录活性.为全面了解花生AT-hook基因家族的结构特征,利用生物信息学技术比对花生基因组数据库,分析AT-hook基因家族成员的理化性质、基因结构、保守结构域和系统发育关系以及在12个组...     

大豆DELLA基因家族鉴定及分析

DELLA基因家族是调控植物与环境互作和植物发育的重要调控因子,可以促进微生物与植物共生关系建立过程中侵染线的形成,是参与赤霉素信号通路的负调控蛋白,在影响植物激素相关基因表达,调节植物与微生物共生固氮和生长发育方面具有重要的作用,但是在大豆中DELLA基因家族的结构特征还没有详细分析。本研究对大豆中DELLA基因家族的基因结构、定位信息、蛋白结构、保守基序分析、系统进化树、顺势作用元件、与拟南芥同源基因的共线性关系和基因表达模式进行了研究。结果发现,大豆基因组中共有7个DELLA基因家族成员,分布在7条不同的染色体上,这些基因都只有一个外显子,一个N端DELLA结构域,并且基序分布相似,证明其基因编码序列结构域高度保守。系统进化树分析表明DELLA家族有三个亚族,其启动子区域含有大量的顺式作用元件,这些元件参与植物激素反应、干旱诱导和光反应。大豆DELLA基因Glyma.11G216500、Glyma.18G040000、Glyma.08G095800和Glyma.05G140400与拟南芥中的AT1G14920、AT1G66350和AT2G01570呈共线性关系;其中Glyma.1...     

基于转录组的荔枝泛素结合酶基因家族的鉴定及表达分析

泛素结合酶在泛素化级联反应中居于中心位置,是连接泛素活化酶和泛素连接酶的桥梁,在泛素化系统中发挥着关键作用。本研究基于荔枝转录组数据库,利用生物信息学方法对转录组数据库泛素结合酶UBC基因家族进行鉴定,最终得到28个LcUBC基因家族成员。通过荧光定量PCR技术对LcUBC基因家族在‘妃子笑'荔枝不同组织中进行时空表达分析,并对花穗对照和烯效唑处理花穗发育的不同时期进行表达分析。结果表明：LcUBC基因家族成员对应所编码的氨基酸数分布在85~1146 aa之间,等电点大小在4.03~9.61之间,5个LcUBC蛋白为稳定蛋白,其余均为不稳定蛋白。2个LcUBC蛋白定位于细胞质,2个LcUBC蛋白定位于细胞质和细胞核,1个LcUBC蛋白定位于内质网,其余蛋白均定位于细胞核。系统进化分析结果表明,LcUBC蛋白分为10个亚家族;28个LcUBC基因家族成员在不同组织的表达量存在差异;烯效唑处理‘妃子笑'荔枝花穗与对照相比,烯效唑处理21 d后,LcUBC基因家族成员的多个基因表达量较高。这是在转录组水平分析LcUBC基因家族成员,本研究结果对今后该基因家族的分类、克隆和功能研究提供了参考依据。     

龙眼体细胞胚胎发生早期SDG基因家族的全基因组鉴定与表达分析

SET domain group（SDG）基因家族控制的组蛋白赖氨酸甲基化,是参与染色质功能调控和表观遗传调控基因表达的重要部分。为了解龙眼（DlSDG）家族的生物学功能,采用生物信息学分析方法进行龙眼全基因组SDG家族成员的鉴定,并对蛋白质结构域、保守基序、基因结构、启动子顺势作用元件、进化树、相关基因的蛋白互作和体胚发生早期的基因表达情况进行预测和分析。结果显示,龙眼SDG家族基因包括32个成员,分为Suv、Ash、ATXR5/ATXR6、Trx、E(z)、SMYD和SETD 7个亚家族,其中Suv亚族成员数量最多;外显子数量在1~22个不等,蛋白结构域保守,都含有一个SET结构域,DlSDG蛋白保守motif不同亚家族间差异较大;DlSDG启动子包含许多诸如低温、干旱和压力等非生物胁迫响应元件和激素响应元件;龙眼SDG成员在体胚发生早期均能不同程度表达,其中DlSUVR4b在EC和ICpEC阶段可能发挥着较为重要的作用;DlSUVH4可以和DNA甲基转移酶MET1发生互作。本研究表明,龙眼DlSDG 32个组蛋白赖氨酸甲基转移酶基因可能除了在生物钟的调节、植物发枝数量、根的生长发育、种子的萌发、花的发育和植株的形态建成等方面发挥重要功能外,也可能直接参与胁迫响应和体细胞胚胎发生的调控,并且还可能在参与DNA甲基化、染色质重塑的过程中形成体细胞胚胎发生的协作调控网络,表现其具有功能上的多样性、复杂性。     

蓖麻RcWD40家族鉴定与表达分析

植物中的WD40蛋白家族通过蛋白质-蛋白质及蛋白质-DNA的互作,参与生物过程,该家族的重要成员TTG1在拟南芥中抑制种子脂肪酸的过早积累。为揭示油料作物蓖麻中RcWD40基因家族及RcTTG1基因的表达特征,利用生物信息学手段在全基因组水平鉴定到182个RcWD40家族成员,其中RcWD40-181为RcTTG1基因,并对它们的系统发育、保守结构域及表达模式等进行分析。根据进化树结构和保守域组成分别将RcWD40家族成员分为8个cluster和28个亚家族。此外,转录组分析显示RcWD40在蓖麻的花、叶、根、茎以及各发育时期种子中具有多样的表达模式,预测家族基因可能调节这些组织的生长发育。启动子区域转录因子结合位点及种子发育表达分析结果预测RcTTG1可能承担与AtTTG1相似的脂肪酸积累负调节功能。     

花生紫色酸性磷酸酶基因家族的鉴定及表达分析

紫色酸性磷酸酶（purple acid phosphatase, PAP）是一类金属磷酸酯酶,参与植物的磷素利用、碳代谢、细胞壁合成等多种生理功能,尤其是对磷缺乏的适应。本研究利用生物信息学手段在花生（Arachis hypogaea L.）全基因组水平上对PAP基因家族进行了鉴定,并对其系统进化关系、保守结构域、基因结构以及它们在22个组织中的表达模式进行了分析。结果表明：花生基因组中有39个AhPAP基因,氨基酸序列长度为205~905,等电点大多数都小于7,蛋白质C端均含有金属磷酸酶结构域。以花生、拟南芥、水稻、苜蓿共74个PAP蛋白构建的系统发育树可分为四组,每组中都含有来自不同物种的PAP,并没有因为物种差异而各自聚为一类。AhPAP基因家族中部分成员的表达具有组织特异性,arahy.P03NME、arahy.DAPS6C在根瘤中表达量最高,而它们在其他组织中表达量较低或未检测到表达。本研究为揭示AhPAP基因家族在花生中的生物学功能奠定了基础。     

花生Argonaute 基因家族全基因组鉴定与表达模式分析

AGO蛋白（Argonaute protein）是RNA诱导沉默复合体的关键组分,在植物生长发育中发挥重要作用。花 生基因组测序的完成为全基因组水平上分析AGO抗病基因提供了条件。利用AGO蛋白的保守域在花生基因组数 据库与NCBI中进行同源比对,鉴定得到花生AGO 基因家族所有成员。我们基于生物信息学对AGO蛋白家族的进 化关系、理化性质、染色体定位、基因结构、结构域、不同组织中和胁迫下的表达模式等进行分析。结果表明：试验 共鉴定得到51个花生AGO 基因,包括12个A.duranensis 基因,12个A.ipaensis 基因以及27个栽培种花生AGO 基因。 染色体定位分析结果显示这些基因不均匀地分布在花生染色体上,且A.duranensis 与A.ipaensis 基因组上有10对成 员存在较为明显的同源关系。表达模式分析表明AdAGO2、AiAGO4、AdAGO3、AiAGO7、AdAGO8、AiAGO8 基因在花生 22个组织中整体表达量偏高;而花生茎尖（Shoot Tip）与雄蕊（Stamens）中AGO 基因家族呈现较高表达量。本研究结 果为揭示AGO蛋白功能和发掘花生的抗逆育种靶向基因资源提供了一定的理论依据。     

基于转录组的剑麻ARF基因家族的鉴定及表达分析

生长素反应因子（Auxin Response Factors, ARFs）是植物特有的多基因转录因子家族,参与植物生长发育过程的调节。本研究基于转录组数据,通过生物信息学方法鉴定剑麻ARF基因家族成员,同时对其进行相关生物信息学分析。结果表明：在剑麻中共鉴定得到15个ARF基因,并依次命名为AhARF 1~15。其编码的蛋白质含有409~1011个氨基酸,分子量约为45.17~112.13 ku,等电点为5.17~9.34。亚细胞定位预测结果显示,13个AhARFs定位于细胞核,2个AhARFs定位于叶绿体。保守结构域分析结果表明,AhARFs基因家族有8个成员同时含有B3、ARF和Aux/IAA这3个相对保守的结构域,其他成员仅含有B3和ARF这2个结构域。进化树分析表明,剑麻AhARFs蛋白可分为5个亚家族。15个剑麻AhARFs基因在剑麻紫色卷叶病不同发病时期呈现不同的表达规律。本研究为进一步深入探索剑麻ARF基因家族的功能奠定了重要理论基础。     

巴西橡胶树HbGRF基因的克隆、物理定位及表达分析

生长调控因子（growth-regulating factors,GRF）是植物特有的一类转录因子,该转录因子家族成员数目较多,在植物生长发育过程中发挥着重要作用。以巴西橡胶树优良品种‘热研7-33-97’为材料,通过RT-PCR方法进行HbGRF基因的克隆;利用生物信息学的方法对其蛋白序列、理化性质、基因结构、进化关系进行分析;利用IS-PCR技术和FISH技术对其进行物理定位分析;采用qRT-PCR对橡胶树中HbGRF基因的表达模式进行研究。结果表明：在橡胶树雌花中克隆到3个GRF基因,分别命名为HbGRF1、HbGRF2和HbGRF3,分子量分别为65.663、41.188、52.858 kDa,其编码的蛋白长度分别为609、384、494 aa,均为不稳定蛋白;3个基因均具有GRF完整的特征结构域WRC和QLQ,分别属于3个不同亚族。基因物理定位结果表明,HbGRF1、HbGRF2和HbGRF3基因分别位于橡胶树染色体的第11号长臂、第5号短臂和第9号长臂上,基因到着丝粒的平均百分距离是77.65、42.66和65.27。表达结果显示,橡胶树3个HbGRF基因在茎尖、雌花等生长旺盛的组织中表达量较高,用外源赤霉素和脱落酸处理后,发现表达量呈上升趋势,经过48 h后表达量和初始值基本持平,3个基因在茎尖、雌花中有明显的表达特异性,可能在橡胶树花芽分化及雌花的发育过程中起到了重要作用。该结果为研究橡胶树HbGRF基因的功能及作用机制奠定了理论基础,为橡胶树精准育种提供了分子细胞学依据。     

花生白藜芦醇和查尔酮合成酶基因的鉴定与表达分析

花生含有丰富的白藜芦醇，具有很好的营养价值和保健功能。白藜芦醇合酶（STS）是白藜芦醇合成途径中的关键酶。本研究运用生物信息学方法，从花生基因组数据中鉴定出了50个STS基因，17个编码查尔酮合成酶CHS基因；两者同属聚酮化合物合成酶家族。对所鉴定基因组家族成员的染色体定位、系统发育、外显子-内含子结构、基因表达模式分析，结果表明大量STS基因在根、种皮、果皮、果针中高量表达，45个STS和8个CHS基因均应答紫外胁迫。本研究结果为花生STS/CHS基因家族成员的功能鉴定提供有价值的参考信息，为花生的品质改良提供理论依据与基因资源。