茎瘤芥BXL基因家族的全基因组鉴定及在瘤状茎膨大过程中的表达分析

为深入解析BXL家族基因在茎瘤芥发育中的功能,利用生物信息学方法从茎瘤芥全基因组鉴定出16个BjuBXL,并系统分析了BjuBXL家族蛋白的理化性质、基因结构、保守基序、染色体定位和在茎膨大过程中的表达。结果表明：16个BjuBXL基因分为7类,共2个亚族,其中BjuBXL1-1~ BjuBXL1-4与拟南芥中参与细胞壁代谢和植物发育的AtBXL1亲缘关系相近;7个BjuBXL定位于A亚基因组的5条染色体上,8个定位于B亚基因组的4条染色体上;荧光定量PCR分析表明BjuBXL1-1和BjuBXL1-2在茎膨大过程中均明显上调,而且在茎的内髓区（P2~P4）表达量均显著高于外髓区（P1）,可能参与茎膨大过程中茎内髓区的细胞壁代谢。     

Genome-wide identification and expression analysis of GDSL esterase/lipase genes in tomato

The GDSL esterase/lipase family contains many functional genes that perform important biological functions in growth and development, morphogenesis, seed oil synthesis, and defense responses in plants. The expression of GDSL esterase/lipase genes can respond to biotic and abiotic stresses. Although GDSL esterase/lipase family genes have been identified and studied in other plants, they have not been identified and their functions remain unclear in tomato. This study is the first to identify 80 G...     

基于RNA-Seq技术分析植物激素信号途径在水稻幼苗中对低温胁迫的应答规律

水稻对低温敏感,幼苗时期的低温胁迫会影响水稻的生长,甚至致死,从而导致减产。植物激素在植物低温胁迫响应过程中发挥着重要作用。在本研究中,我们以籼稻品种特青和粳稻品种02428为试验材料,在不同低温处理时间下(10℃处理0、3或24 h),运用RNA-Seq技术开展水稻苗期低温应答转录组分析。结果表明:粳稻02428的耐低温性显著强于籼稻特青,低温处理后,在两个品种中均检测到大量差异表达基因。在差异表达基因的KEGG通路分析中,植物激素信号通路是低温胁迫下差异表达基因最显著富集的通路,说明植物激素通路在水稻苗期耐低温中具有重要作用。我们通过对生长素、细胞分裂素等8种激素信号途径中差异表达基因的数量及其表达量进行分析,解析了各激素信号通路中的关键基因在低温胁迫下表达量的变化趋势,最终发现在水稻苗期耐低温中可能起正调控作用的激素是乙烯、脱落酸和茉莉酸,负调控耐低温的是细胞分裂素和赤霉素。本研究为深入了解植物激素参与水稻苗期耐低温调控的机制提供了方向与依据。     

全基因组范围禾本科植物GPX基因家族的进化分析和表达模式研究

【目的】研究禾本科植物谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)基因家族的序列及其在正常生长和胁迫条件下的表达差异,为揭示GPX基因在植物抵抗逆境胁迫中的作用奠定基础。【方法】利用生物信息学方法,分析水稻、短柄草、高粱中18个GPX基因的序列特点、基因结构和系统进化关系;采用反转录PCR(RT-PCR)方法,分析18个GPX基因在正常生长以及1-氯-2,4-二硝基苯(CDNB)、双氧水(H2O2)、莠去津(Atrazine)和水杨酸(SA)处理后,水稻、短柄草和高粱的根、茎、成熟叶、幼叶、叶鞘,以及正常生长条件下发芽2d后幼苗根和芽中的表达情况。【结果】从水稻、短柄草和高粱基因组中分别鉴定出6,5,7个GPX基因,这些基因编码长度为168~251个氨基酸的蛋白,分子质量介于18.44~27.42ku。系统发生分析发现,3个物种至少有7个最近的共同祖先GPX基因,物种分化之后水稻和短柄草分别丢失1个和2个GPX基因。序列相似性分析发现,3个物种GPX蛋白具有较高的序列相似性,介于38.0%~95.2%,且不同基因簇中GPX序列的分化速率不同。3个物种GPX基因具有保守的基因结构,但SbGPX7发生了内含子插入事件,预示着其与其他GPX基因之间功能的分化。表达模式分析发现,3个物种的18个GPX基因中有15个在所有检测样品中均为组成型表达,3个GPX基因(水稻2个、高粱1个)为选择性表达,表达模式的分化预示着功能的分化。【结论】作为植物保护细胞免受氧化损伤的重要酶类,禾本科3个物种的GPX基因在进化过程中发生了功能分化。     

茄子种质资源光敏类型筛选与花色苷成分鉴定

茄子是我国重要的蔬菜作物。早春时低温弱光是导致紫茄着色不良的重要原因。通过对茄子材料进行遮光处理,发现了在遮光环境下仍能合成花青素的光不敏感型茄子。遮光处理的茄果果皮中的花青素的含量约为同株系未遮光的茄果果皮花青素含量的83.1%。通过超高效液相色谱和质谱确定遮光前后花青素的主要成分为飞燕草素-3-芸香糖苷。本研究对茄子种质资源的光敏类型进行了鉴定,为后续的育种提供了理论基础。     

水稻果皮花青素含量的全基因组关联分析

花青素对人类健康具有重要的保健功能,培育富含花青素的功能性水稻品种是未来绿色健康农业发展的必然需求。然而目前与水稻果皮花青素含量相关的基因资源还十分有限,不利于有色稻米品种的种质创新和遗传改良。为了全面发掘水稻果皮花青素的基因资源,本研究结合花青素无损伤检测和全基因组关联分析方法,以533份水稻种质作为供试材料,检测到了13个果皮花青素含量关联QTL位点,这些QTL位点中包含了除Rc、Rd、Rb及OsMYB3已知与花青素相关的基因外,还包括17个候选基因。通过对候选基因同源性及表达模式分析,初步确定8个MYB基因与1个bHLH基因为新的水稻果皮花青素的候选基因。该研究结果首次全面剖析了水稻果皮花青素的遗传基础,为健康功能性水稻品种的选育提供理论基础与基因资源。     

Rediscovery and analysis of Phytophthora carbohydrate esterase (CE) genes revealing their evolutionary diversity

A continuous co-evolutionary arms-race between pathogens and their host plants promotes the development of pathogenic factors by microbes, including carbohydrate esterase (CE) genes to overcome the barriers in plant cell walls. Identification of CEs is essential to facilitate their functional and evolutionary investigations; however, current methods may have a limit in detecting some conserved domains, and ignore evolutionary relationships of CEs, as well as do not distinguish CEs from proteases. Here, candidate CEs were annotated using conserved functional domains, and orthologous gene detection and phylogenetic relationships were used to identify new CEs in 16 oomycete genomes, excluding genes with protease domains. In our method, 41 new putative CEs were discovered comparing to current methods, including three CE4, 14 CE5, eight CE12, five CE13, and 11 CE14. We found that significantly more CEs were identified in Phytophthora than in Hyaloperonospora and Pythium, especially CE8, CE12, and CE13 that are putatively involved in pectin degradation. The abundance of these CEs in Phytophthora may be due to a high frequency of multiple-copy genes, supporting by the phylogenetic distribution of CE13 genes, which showed five units of Phytophthora CE13 gene clusters each displaying a species tree like topology, but without any gene from Hyaloperonospora or Pythium species. Additionally, diverse proteins associated with products of CE13 genes were identified in Phytophthora strains. Our analyses provide a highly effective method for CE discovery, complementing current methods, and have the potential to advance our understanding of function and evolution of CEs.     

大豆NIP类水孔蛋白基因的鉴定及表达特性分析

NIPs(nodulin 26-like intrinsic proteins)是类根瘤菌26膜内在蛋白,属于水孔蛋白的一个亚类,在植物逆境胁迫应答过程中发挥重要作用。利用大豆基因组数据库,在全基因组水平共鉴定得到13个GmNIPs。染色体定位分析显示,这些GmNIPs基因分布在大豆11条染色体上。理化性质分析显示,GmNIPs蛋白氨基酸数目为261~296,蛋白分子量为27~32 ku,蛋白等电点为6~10。蛋白多序列比对分析发现,所有GmNIPs均含有水通道蛋白的典型结构,6个保守的跨膜螺旋(TM1-TM6)和2个保守的氨基酸元件NPA盒(Asp-Pro-Ala box)。进化树分析发现,大豆GmNIPs与拟南芥和水稻NIPs分类完全一致。基因结构分析显示,所有GmNIPs基因均由5个外显子和4个内含子组成。启动子分析表明,多数GmNIPs基因的上游启动子区含有逆境和激素应答元件。组织表达分析发现,5个GmNIPs的基因表达量相对较高。进一步,利用荧光定量PCR对GmNIP1;5的干旱胁迫表达特性进行了分析。     

卵形鲳鲹生长抑素家族基因的全基因组鉴定及组织表达特征分析

【目的】明确卵形鲳鲹生长抑素（SST）家族基因的种类及其组织表达特征,为进一步揭示SST家族基因在其生长发育过程中的作用机制打下基础。【方法】采用HMMER 3.1对卵形鲳鲹全基因组数据进行搜索,然后通过Pfam、SMART及NCBI CDD等数据库确认搜索获得的基因是否属于SST家族基因;采用ProtParam和PSORT等在线软件进行生物信息学分析,并以实时荧光定量PCR检测SST家族基因在卵形鲳鲹不同组织中的表达情况。【结果】从卵形鲳鲹全基因组中共鉴定出4个SST家族基因（SST1、SST3、SST5和SST6）,分别编码122、127、106和110个氨基酸残基,对应的编码蛋白分子量介于12249.3~14316.1Da,理论等电点（pI）介于6.51~7.43,均定位于细胞外。4个卵形鲳鲹SST基因结构较简单且相似,均包含2个外显子和1个内含子;SST1和SST3基因位于7号染色体上,SST6和SST5基因则分别位于8号和23号染色体上;4个卵形鲳鲹SST氨基酸序列相似性的平均值为33.42%,以SST5氨基酸序列与SST6氨基酸序列的相似性最高（39.78%）,SST3氨基酸序列与SST5氨基酸序列的相似性最低（28.16%）。SST家族基因在卵形鲳鲹脑、胃、性腺和肌肉等组织中均有不同程度的表达,SST1、SST3和SST6基因在脑组织中显著高表达（P<0.05,下同）,而SST5基因在性腺和肌肉组织中显著高表达;此外,SST3、SST5和SST6基因在卵形鲳鲹卵巢中的相对表达量均显著高于在精巢中的相对表达量。【结论】从卵形鲳鲹基因组中鉴定出4个SST家族基因（SST1、SST3、SST5和SST6）,其表达分布存在组织特异性和种属特异性,可能介导卵形鲳鲹的神经调节、性腺发育及性二型性等多种生理功能,且不同物种的SST基因功能可能存在差异。     

两个红梨品种花色苷合成相关基因及转录因子MYB10表达模式分析

为研究不同红色梨品种着色差异的原因,以西洋梨品种红星和砂梨品种满天红为试材,通过荧光定量PCR方法,分析果皮中花色苷合成基因PAL、CHS、CHI、F3H、DFR、ANS、F3GT和转录因子MYB10基因在果实不同发育期的转录特性。结果表明,在红星中除PAL外,花色苷合成基因表达量与果皮花色苷含量变化一致,先升高后降低;在满天红中,PAL和F3GT在果实转色期表达量最高,其他基因表达量随果实发育而下降。转录因子MYB10在红星整个果实发育期表达水平都很低,在满天红转色期呈现峰值,且表达量是红星的50倍以上。红星着色程度可能由多个基因协同作用,而满天红着色可能受关键基因F3GT的影响,MYB10可能通过调控F3GT的表达从而调控满天红的着色。     

辣椒叶片花青素含量的遗传分析

选用3个紫色辣椒和2个绿色辣椒品种配制杂交组合,并构建3个杂交组合的6世代群体(P1、P2、F1、B1、B2和F2),用分光光度法测定辣椒叶片花青素相对含量,研究其遗传规律.结果表明:3个杂交组合的分离群体叶片花青素含量呈现出多峰或单峰偏态分布,表现为主基因+多基因的数量遗传特征;通过多世代联合分析表明,辣椒叶片花青素含量遗传模式符合2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因模型(E-0模型);F2群体主基因遗传率较高,为78.89%～91.47%,多基因遗传率较低,为5.19%～17.00%.建议:对辣椒紫叶性状的遗传选择可在分离早期世代进行.     

小麦OSCA基因家族全基因组鉴定及表达分析

【目的】在全基因组水平对小麦(Triticum aestivum L.)OSCA家族成员（TaOSCAs）进行鉴定,以明确TaOSCA在小麦中的潜在生物学功能。【方法】利用BLASTP结合保守结构域筛选的方法鉴定小麦TaOSCA蛋白。用生物信息学方法分析TaOSCA基因家族成员系统发育关系,基因结构及跨膜结构域;利用公开的转录组数据分析TaOSCA在小麦不同发育阶段不同器官/组织的表达谱;以小麦品种中国春为材料,进行PEG-6000模拟的渗透胁迫处理,用实时荧光定量PCR检测叶片TaOSCAs在渗透胁迫下表达模式。【结果】从小麦中鉴定到35个TaOSCA蛋白;TaOSCAs分为TaOSCAⅠ、TaOSCAⅡ、TaOSCAⅢ和TaOSCAⅣ 4个亚家族,分别有15,16,3和1个成员。基因结构分析结果表明,除TaOSCA4.1-4B外,其余TaOSCA均包含多个外显子。跨膜结构域分析结果表明,除TaOSCA2.3-4B有5个跨膜结构域（TMs）外,其余TaOSCA成员均包含8～11个TMs。TaOSCAs在小麦不同发育时期各器官中的表达结果表明,TaOSCA1.1-3B/3D、TaOSCA1.2-1A/1B/1D、TaOSCA1.3-1A、TaOSCA1.6-1A/1D和TaOSCA3.1-2B/2D在全生育期高水平表达,TaOSCA1.4-2A/2B/2D在不同发育阶段的根组织中均高表达,TaOSCA1.5-1B/1D在生殖生长期穗中高表达,TaOSCA1.6-1B、TaOSCA2.6-3B/3D在生殖生长期籽粒中高表达,表明这些基因可能在根、穗及籽粒发育过程中发挥重要功能。渗透胁迫处理下,TaOSCA2.4和TaOSCA4.1表达下调,TaOSCA2.5的表达无显著变化,TaOSCA1.1、TaOSCA1.2等11个TaOSCA基因表达上调,说明这11个基因可能在小麦苗期响应渗透胁迫中发挥作用。【结论】TaOSCA基因可能在小麦响应渗透胁迫的过程中发挥重要作用。     

甜瓜CmCIPK家族全基因组鉴定和逆境条件下的表达分析

为探究甜瓜CIPK(CBL-interacting protein kinase)基因家族成员的生物学功能,以拟南芥中26个CIPKs的氨基酸序列为参照,用BLASTP方法鉴定了18个甜瓜CIPK家族成员,并对其理化性质、染色体分布、系统进化、基因结构、蛋白保守基序、顺式元件,以及基因的表达模式进行了分析。结果显示,CIPK基因家族成员的基因长度为1 499~8 499 bp,它们不均匀地分布在甜瓜的9条染色体上;根据进化关系可将其分为5个亚家族,分别包含了26、10、25、26和8个成员,并且其中有4个CmCIPK基因对发生了片段复制。基因结构分析表明,10个基因为内含子缺失型,8个基因为内含子富集型。蛋白保守基序分析发现,CmCIPK家族保守性较好,所有成员均含有CIPK家族的典型特征:N端激酶域中的激活环和C端调节域中的NAF/FISL结构域。在基因上游的2 000 bp序列中存在多个与植物激素和逆境相关的顺式元件,显示可能有多种转录调控。转录组分析发现,CmCIPKs的组织表达量整体表现为叶>根>雄花>雌花>果。选择CmCIPK1-like和CmCIPK12-like基因验证其组织表达模式,显示分别在叶和雄花中的表达量最高。对其进行不同逆境处理,结果表明,这2个CmCIPK基因受NaCl和脱落酸(ABA)诱导表达;在干旱处理中,这2个基因经历短时间的上调或下调后恢复至最初表达水平。以上结果说明,CmCIPK1-like和CmCIPK12-like基因可能在ABA和非生物胁迫中发挥着重要作用,可为以后CmCIPK的功能研究提供参考。