巴西橡胶树一个Mlo基因克隆及其序列特征分析

Mlo基因是植物抗病基因中的重要成员。巴西橡胶树Mlo基因的克隆和序列分析,将为进一步通过转基因技术培育抗病橡胶树新品种奠定基础。本研究以大麦Mlo基因(GenBank登录号: Z83834)为探针对巴西橡胶树的EST和转录组数据库进行同源搜索,并将获得的同源EST序列进行拼接,最后得到巴西橡胶树Mlo基因的cDNA序列。采用RT-PCR方法成功克隆了与预期大小一致的Mlo基因CDS片段1668 bp,编码555个氨基酸,分子量为63.14 kDa,等电点是8.85。对巴西橡胶树Mlo的编码蛋白结构域进行分析发现,该蛋白具有Mlo保守结构域,包含8次跨膜结构。通过对不同物种的Mlo同源蛋白进行聚类分析发现,巴西橡胶树Mlo蛋白与木薯Mlo蛋白同源性最高,达到92.1%,其次是蓖麻(87.6%);在拟南芥基因组中,与AtMlo8的相似性最高,达到67%,而且AtMlo8也包含有8次跨膜结构,因此,将巴西橡胶树中克隆的Mlo基因命名为HbMlo8。通过对所克隆的HbMlo8基因分析可知,该基因属于Mlo基因家族成员,基因的克隆及序列分析为进一步验证巴西橡胶树HbMlo8的功能奠定了基础。     

蓖麻CNGC基因家族鉴定与冷胁迫下的表达模式分析

环核苷酸门控通道蛋白(cyclic nucleotide-gated channel proteins,CNGCs)是介导低价阳离子转运的重要蛋白,在植物信号传递、生长发育与非生物胁迫响应等方面发挥重要作用.本研究利用序列比对法在蓖麻基因组水平进行CNGC家族成员鉴定;利用生物信息学手段对蓖麻CNGC家族成员的基因结构、保守基序、特征结构域、聚类方式、顺式作用元件及染色体定位信息进行分析.研究成功鉴定到17个蓖麻CNGC基因家族成员,定位于16个未完整拼接的染色体片段上;除RcCNGC13外,其他蛋白序列均包含高度保守的环核苷酸结合结构域CNBD,但RcCNGC4\RcCNGC6\RcCNGC13\RcCNGC14均存在明显的基序缺失;部分RcCNGCs启动子区均含有MYB、MYC与ABRE、ARE元件,推测其响应逆境胁迫.聚类分析将蓖麻CNGC成员分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组,推测不同类型CNGC蛋白存在功能差异.转录组数据分析发现仅有RcCNGC14受冷胁迫显著上调表达,暗示该基因参与调控蓖麻的冷适应性.本研究首次在蓖麻全基因组水平对CNGC基因家族进行鉴定,并分析其冷胁迫下的表达模式,为进一步创制蓖麻抗冷新种质提供重要的候选基因.     

三种野生稻候选抗病基因的克隆与分析

候选抗性基因克隆策略是克隆植物新抗性基因的重要途径.根据已知NBS-LRR类抗病基因结构中的氨基酸保守区域,设计兼并引物,通过RT-PCR扩增、克隆和测序,从茶陵野生稻,东乡野生稻和小粒野生稻中共获得了11条NBS-LRR类抗病基因同源序列.通过聚类分析可将同源序列分为3类,其中茶陵野生稻中得到1类,东乡野生稻中得到2类,而小粒野生稻中得到3类.但是小粒野生稻包含有其他两种野生稻的序列.三类序列都与水稻抗病基因RPR1具有较高的同源性,有一类氨基酸序列同源性甚至高达88%,可能为其家族成员.利用电子定位将三类序列定位在水稻基因组11号染色体上RPR1附近.根据序列比对分析结果认为其中可能有1～2个新抗病基因.     

蓖麻NAC转录因子家族的鉴定及生物信息学分析

NAC蛋白是植物特有的转录因子大家族,作用于植物生长发育和逆境胁迫响应,本研究基于蓖麻全基因组数据,利用生物信息学分析方法对蓖麻NAC转录因子家族成员、系统发育、编码蛋白的结构和理化性质进行分析。蓖麻NAC转录因子家族包括91个成员,分为14个亚族,其中蓖麻NAC转录因子Ⅻ亚族和Ⅻ亚族为蓖麻特有NAC蛋白;基因结构分析显示内含子数量为2~5个,Ⅻ亚族中12个成员缺少内含子;蛋白结构域分析显示Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个亚族蛋白质序列5个结构域(Motif)保守性较强,motif 2几乎存在所有蓖麻NAC蛋白中;与拟南芥105个NAC成员构建系统发育进化树,蓖麻58个NAC蛋白分别聚类到38个OGs,NAC转录因子的40个OGs中蓖麻缺少OG3b和OG7f;理化性质和结构分析显示蓖麻NAC蛋白质绝大多数是亲水氨基酸,二级结构以无规则卷曲为主,三级结构大部分相似。蓖麻具有很强的抗逆境胁迫能力,本研究为蓖麻耐性相关的NAC转录因子调控机理研究提供了科学依据。     

冬瓜抗病基因同源序列的克隆及分析

以已知植物抗病基因的保守区域为基础设计简并引物,从冬瓜抗病材料B227基因组中分离NBS-LRR类抗病基因同源序列,共获得32条特异序列,其中17条具有完整开放阅读框。这17条序列的核苷酸同源性变化范围为56.4%~99.8%,氨基酸的同源性变化范围为46.2%~100.0%。序列相似性分析结果表明,这些冬瓜抗病基因同源序列均包含P-loop,Kinase-2和GLPL等保守结构域。与已知抗病基因构建系统进化树,将这17个序列分为2个亚组,均属于TIR-NBS-LRR类抗病基因。本研究将为抗病基因全长序列克隆、功能分析及定位等研究提供帮助。     

豆科抗病基因NBS-LRR进化的多基因组比对分析

NBS-LRR是植物抗病基因家族中一类重要的基因,根据编码的蛋白质氨基端的保守结构域不同,可分为CC-NBS-LRR和TIR-NBS-LRR两类基因。本研究在10个已测序豆科植物中对NBS-LRR进行序列比对,鉴定了各基因组中两类结构域基因的同源拷贝,发现在蒺藜苜蓿中包含1 207个NBS-LRR基因的同源拷贝,在10个基因组中同源拷贝数最多;并且其中88.2%的NBS-LRR基因是具有CC结构域。基因组同源共线分析,发现全基因组加倍有利于抗病基因拷贝数的扩增,为家族基因序列和功能多样化提供了创新资源。基于NBS-LRR基因系统发育分析,发现抗病基因存在大量串联重复,并基于进化树拓扑结构的变迁揭示抗病基因在不同的基因组中进化速率不同;另外,通过对旁系同源基因对间的核苷酸同义替换率(Ks)比较,进一步证实不同结构的抗病基因进化速率不同;同一结构的抗病基因在不同基因组中进化速率也表现有明显差异,与其他豆科物种相比,大豆抗病基因进化速率一直处于较低水平。研究结果为揭示抗病基因在豆科植物中的进化过程提供了重要的基因组信息学基础,对于在全基因组范围认识泛豆科抗病基因进化具有重要的意义。     

绿豆生长素响应因子基因家族序列特征及分子进化

绿豆种子萌发率严重影响和制约其田间产量,研究利用与绿豆种子萌发相关的基因资源具有十分重要的意义。本研究拟通过查询绿豆转录组数据库,分离包含完整ORF的生长素响应因子(ARF)基因家族成员,对比分析该家族成员的蛋白保守结构域,基于氨基酸序列同源性构建系统进化树。结果表明:分离到22个包含完整ORF的ARF基因,其核苷酸序列长度范围为905~3 624 bp,其编码氨基酸序列长度的范围为237~761 aa。其中仅有4个ARF基因包含保守的B3 DNA结合结构域、Auxin响应因子和AUX/IAA家族蛋白结构域,其他基因存在1~2个保守结构域的缺失。系统进化树结果显示,绿豆22个ARF基因与拟南芥12个ARF基因共划分为3大类,9个亚类。这些结果为进一步揭示绿豆ARF基因功能多样性,同时为将来遗传工程改良绿豆品种提供理论参考。     

亚麻荠NBS类抗病基因家族的鉴定与分析

NBS类抗病基因是植物中最大的一类抗病基因。亚麻荠是一种新型能源及特用油料作物,抗病、虫、杂草及逆境能力极强。然而,有关其抗性分子机理鲜有报道。本研究采用NB-ARC标准结构域的HMM模型,对亚麻荠本地蛋白质数据库进行检索分析,在全基因组水平上鉴定NBS类抗病基因。结果表明亚麻荠基因组共有472个NBS类抗病基因,分布于17条染色体上,56%的基因成簇分布。所有串联重复基因也都以基因簇的形式出现,这表明串联重复有利于基因簇的形成。系统发生树分析显示TIR-NBS-LRR(TNL)和CC-NBS-LRR(CNL)两类亚家族的抗病基因可能在进化过程中遵循不同的进化路径,导致其在应对病原菌侵染时发挥不同的功能。本研究发现将为鉴定新的植物抗病基因和解析亚麻荠高抗病机制提供科学参考。     

大豆品种RGA分析与疫霉根腐病抗性鉴定

采用7个具有不同毒性基因的大豆疫霉菌株, 对黄淮地区48个优良大豆种质资源进行了苗期接种鉴定, 筛选出一批具有不同抗性的优异抗源, 说明黄淮地区蕴藏着丰富的大豆抗病资源。以相似系数0.682聚类, 48个大豆品种可以分成8类。同时, 根据抗病基因在保守区域序列同源性的原理, 利用RGA-PCR方法对48个品种的遗传多样性进行分析, 从48个大豆品种的抗病基因同源序列中共扩增出53条谱带, 各品种之间谱带较清晰且呈现明显的多态性, 以相似系数0.746聚类, 48个大豆品种可以分成7类。尽管抗性表型和RGA聚类的类与类之间没有一一对应关系, 但抗谱广的品种, 能较好地聚在一类, 如丰收黄、科丰36、即墨油豆等。因此, 综合利用抗性表型和RGA分析可以为大豆疫霉根腐病抗性基因鉴定、品种的培育和合理布局提供一定的理论依据。     

烟草表达抗病基因同源物(RGAs)的鉴定及RGA-SSR标记的开发

烟草是研究植物与病原菌互作的理想材料。鉴定烟草抗病基因及其同源物对揭示抗病机制具有重要意义。近年来公共数据库不断增长的EST序列为烟草表达RGA的鉴定提供丰富的数据。本研究通过拼接GenBank收录的412 325条烟草EST序列,获得149 606条Uni-EST序列。随后利用已克隆的112个植物R基因蛋白序列对其扫描,检测出1113个NtRGA,其中有273、546、53、102和30个分别包含NBS-LRR、LRR-PK、LRR、PK和Mlo结构域,另有109个未检测到结构域。通过序列比对将1071个NtRGA定位于N. benthamiana基因组712个位点上。经搜索,从72个NtRGA中检测出78个SSR,根据其侧翼序列设计64对引物。54对成功从烟草基因组DNA中扩增出清晰条带,9对在24个普通烟草品种间检测出多态性,检出等位基因数2~4个,平均2.56个;41对在6个烟草种间检测出多态性,检出等位基因数2~4个,平均2.61个。     

苹果Hsf家族成员的序列特征、表达与进化分析

为全面了解苹果基因组中热激转录因子(Hsf)的序列特征及进化,采用生物信息学手段,在苹果全基因组水平上鉴定出50个MdHsf基因,并对其系统发育关系、序列特征、表达情况以及选择压力进行详细分析。系统发育与序列分析显示:与拟南芥和水稻相似,50个MdHsf基因可分为A、B、C 3个亚族;2个或多个MdHsf基因位于同一个末端进化支,说明该基因家族在苹果中发生了物种特异性扩增;尽管MdHsf基因的内含子数目和长度变异较大,但其蛋白的保守基序和功能结构域具有较高的保守性,这可能与功能约束有关。基于EST数目,可推知:除了MdHsfA2a和MdHsfA3a/b/c等14个基因没有相应的EST外,其余72%的基因都有转录活性。选择压力检测和结构建模分析显示:在36个MdHsf蛋白的选择压力检测中,位点模型未鉴定到正选择位点的存在;而在显著水平下(P0.05),分支-位点模型在d和e进化分支上,共检测到5个正选择位点,它们是28R、30L、35D、51M、67V,其中28R和30L位于Hsf结构域中,35D、51M和67V位于Hsf结构域之外,这说明除了MdHsfA4d/e和MdHsf C1a/b发生快速进化外,其他成员受控于纯净选择,具有高度保守性。综合以上研究结果,苹果基因组中存在多种热激转录因子,其蛋白的保守基序和功能结构域具有较高保守性,大多具有转录活性,在进化上该家族受纯净选择主导。     

木薯低温诱导基因MeLTI6A的克隆与序列分析

为了研究木薯(Manihot esculenta Crantz)的抗逆境胁迫机制,从水稻低温诱导及抗旱基因OsLTI6A出发,同源克隆了木薯的抗逆基因MeLIT6A,并对其序列和功能进行了分析研究。MeLIT6A的基因组序列全长为273 bp,其中ORF长度为173 bp,内含子长度为99 bp;编码1个含有57个氨基酸残基的蛋白,含有1个与Pmp3超级家族同源性极高的保守区域。该基因推导蛋白MELTI6A与蓖麻的、拟南芥的、水稻的、玉米的低温诱导蛋白基因6A (LTI6A)的推导蛋白的同源性分别为：89.7%。81.0%、74.1%和87.9%。蛋白功能分类预测MELTI6A是1个非酶类的、疏水性较高的、有2个透膜区域的蛋白,可能有转运蛋白和作为受体蛋白的功能,与拟南芥的AtLTI6A的功能相似。     

花生NBS-LRR类基因P9的克隆与序列分析

为探索花生NBS-LRR类基因在花生抗病中的分子作用机制,本研究以花生品种‘Z525’为试验材料,采用电子克隆与RT-PCR相结合的方法,克隆了花生叶片中的P9基因。结果表明,获得一个长度为3557 bp的序列,该序列包含一个完整的开放阅读框(ORF),ORF的长度为3195 bp(93 bp^3287 bp),编码1064个氨基酸(120.4 kD),等电点pI为5.92。序列分析表明,该基因编码的蛋白与花生中假定的抗性蛋白RPP13-like及花生二倍体野生种Arachis duranensis和Arachis ipaensis推测的抗病蛋白At3g14460、RPP13-like高度相似;P9蛋白属于NBS-LRR家族,具有典型的NB-ARC和LRR-3两个保守结构域,推测该基因参与花生抗病调控过程。蛋白质亚细胞定位预测表明该基因编码的蛋白主要位于叶绿体中,可能少量分布于细胞核中,推测该基因可能主要作为叶绿体蛋白参与细胞的抗氧化、抗衰老等抗逆过程,其次作为转录因子参与转录调控作用。本研究克隆了P9基因的全长cDNA序列,并对该基因序列、结构和功能等方面进行了分析,为进一步研究花生抗病分子机制提供理论基础,同时为花生抗病品种的选育提供理论支持。     

银杏扩展蛋白基因的鉴定与特征分析

扩展蛋白是植物细胞壁重要的组成部分,在植物生长发育和逆境抗性等方面发挥着重要的作用.为探讨银杏(Ginkgo biloba)中扩展蛋白基因家族的组成和特征,本研究利用扩展蛋白的保守结构域,从银杏基因组中鉴定了28个扩展蛋白基因,包括20个EXPA基因、1个EXPB基因、4个EXLA基因和3个EXLB基因.银杏扩展蛋白基...     

巴西橡胶树水解酶基因克隆与表达分析

磷是植物生长发育所需的大量重要元素,而缺磷是提高橡胶产量的重要限制因子,研究橡胶树耐低磷胁迫的分子机制,对提高橡胶树磷养分的利用效率具有重要意义。利用低磷胁迫差减文库获得的EST,通过RT-PCR和RACE技术克隆橡胶树应答低磷胁迫基因,并利用实时荧光定量PCR技术进行表达分析。结果表明,从橡胶树中克隆到1个应答低磷胁迫的水解酶基因Hbhyd,全长1860 bp,包含1个1479 bp的完整阅读编码框(ORF),编码56.1 kD(492aa)蛋白,经NCBI同源性分析,HbHyd编码的氨基酸序列与蓖麻水解酶的氨基酸序列一致性为84%。利用荧光定量PCR分析Hbhyd的表达水平,可知在低磷磷胁迫处理下,HbHyd在橡胶树根中表达量明显上调。Hbhyd基因在橡胶树应答低磷胁迫过程中上调表达,该基因的克隆有助于提高橡胶树磷素吸收利用效率。     

梨几丁质酶基因克隆及其生物信息学分析

对克隆获得的梨几丁质酶基因Lchi1进行生物信息学分析,从而为该基因的功能鉴定提供理论基础,以期为梨的抗病育种提供基因来源。根据Genbank中已克隆得到的几丁质酶基因保守区,在梨基因组数据库中进行Blast比对,调取DNA序列,从而设计引物,以高抗腐烂病品种‘小香水’(Pyrus ussuriensis cv. Xiaoxiangshui)为研究材料,克隆获得梨几丁质酶Lchi1基因cDNA全长,并对其进行初步的生物信息学分析。梨基因组数据库中调取的DNA序列2535 bp,含有3个外显子区、2个内含子区。Lchi1基因全长1300 bp,编码322个氨基酸,其蛋白的分子式为C1607H2407N415O468S17,分子量为35573.3 Da,理论等电点为7.10。二级结构以无规则卷曲和α-螺旋为主,三级结构具有高度保守性。Lchi1编码蛋白为可溶性胞外蛋白,存在少量的潜在磷酸化位点,属于糖苷水解酶19家族,含有N-端信号肽,但是缺乏几丁质结合区。Lchi1基因属于CLASSⅡ几丁质酶基因,与其它科属植物的几丁质酶基因相似性均较高。     

Discovery,characterization and exploitation of Mlo powdery mildew resistance in barley

Summary Mlo resistance to barley powdery mildew is a relatively new kind of resistance. It was originally described in a powdery mildew resistant barley mutant in 1942 and has been mutagen-induced repeatedly since then. About 1970 it was also recognized in barley landraces collected in Ethiopia in the 1930s. It is unique in that 1) Mlo resistance does not conform to the gene-for-gene system; 2)mlo genes originating from different mutational events map as non-complementing recessive alleles in one locus; 3) all alleles confer the same phenotype, though with small quantitative differences; 4) it is effective against all isolates of the pathogen; and 5) the resistance is caused by rapid formation of large cell wall appositions at the encounter sites preventing penetration by the fungus. Powdery mildew isolates with elevated Mlo aggressiveness have been produced on barley in the laboratory, but have not been found in nature. Mlo resistance is considered very durable. The exploitation of Mlo resistance has been hampered by pleiotropic effects of themlo genes, vix. necrotic leaf spotting and reduced grain yield, but they have been overcome by recent breeding work. During the 1980s Mlo-resistant spring barley varieties have become cultivated extensively in several European countries, in 1990 on about 700,000 ha.     

杂交云杉(Picea engelmannii-glauca)不同类型几丁质酶的生物信息学分析

根据氨基酸的序列特征,可将植物几丁质酶划分为Ⅰ~Ⅶ七类。由NCBI数据库可知,对于云杉不同类型几丁质酶研究甚少,其中以杂交云杉(Picea engelmannii-glauca)上传的氨基酸序列最为完善,包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅶ四类,但均未对其生物信息学进行分析。本研究以杂交云杉的四类几丁质酶氨基酸序列为研究对象,利用生物信息学分析方法对其蛋白质进行鉴定。结果表明,四类几丁质酶蛋白分子量大小为24~36 kD,均为亲水性蛋白;具潜在磷酸化位点,且位于丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸上,但不含糖基化位点;除Ⅱ类几丁质酶外,其余均具信号肽位点;亚细胞定位发现,四类几丁质酶蛋白都属分泌蛋白;保守结构域分析可知,四类几丁质酶蛋白全为蛋白19家族,且兼具溶菌酶活性;二级结构主要由4部分组成,包括无规则卷曲、α-螺旋、延伸链和β-转角,除Ⅰ和Ⅳ类外,其余两类均具1个跨膜结构域;系统发育树分析可知,四类几丁质酶进化过程既有所发展,又相对保守。该研究为深入研究云杉属几丁质酶的生物学功能和调控机制提供一定的理论依据,为云杉的抗病性育种提供一定的依据。