谷子扩展蛋白与品种抗旱性关系的研究

[目的]扩展蛋白是植物细胞壁的重要组成部分,普遍存在于植物中,除了具有增加细胞壁柔韧性的作用外,在植物的生长发育及抵御生物和非生物胁迫等方面都起着重要的作用。为发掘谷子抗旱基因。[方法]本文采用生物信息学手段结合表达验证,分析了谷子扩展蛋白基因家族中的16个成员。[结果]发现它们分属于EXPA、EXPB、EXPLA和EXPLB 4个亚家族;对谷子扩展蛋白基因进行启动子分析,发现了与干旱胁迫相关的响应元件,包括干旱响应MYB结合位点MBS、脱落酸响应元件ABRE等;通过对两个谷子品种勾勾母鸡咀(GG,耐干旱品种)和晋汾16(JF16,干旱敏感品种)扩展蛋白基因表达的分析比较,发现干旱胁迫下不同谷子品种中同一基因的表达水平存在显著差异。[结论]结合亲缘关系图及启动子顺式调控元件的预测结果,并未发现基因亲缘关系与扩展蛋白基因表达间的规律;也未发现胁迫相关的调控元件与扩展蛋白表达之间的关联,初步了解了扩展蛋白基因与谷子抗旱的关系,为发掘谷子抗旱基因提供基础。     

谷子Oleosin基因家族及其对干旱响应的分析

[目的]了解Oleosin基因功能,初步探索Oleosin基因家族与谷子耐旱性的关系,挖掘谷子抗旱基因。[方法]以抗旱品种勾勾母鸡咀(GG)和干旱敏感品种晋汾16(JF16)为试验材料,在苗期进行PEG模拟干旱胁迫处理后,对其表达谱进行分析。进而对谷子Oleosin基因家族进行生物信息学分析。[结果]在干旱胁迫下,Oleosin基因Seita.9G579700在GG和JF16两个品种中均显著上调表达;谷子Oleosin基因家族较小,只有6个成员,分子量在15~18kDa;系统发育树分析结果为,谷子Oleosin基因家族与单子叶植物玉米、高粱、水稻聚为一类,而与双子叶拟南芥则亲缘关系较远;启动子元件分析表明,谷子6个Oleosin基因均含有光响应、ABA响应、MeJA响应以及MYB结合位点等与抗旱相关的顺式作用元件。[结论]初步确定Oleosin基因是调控谷子干旱胁迫的候选基因,可能受干旱或ABA、MeJA诱导表达,这为进一步深入研究Oleosin基因功能及其与谷子耐旱性的关系提供理论参考。     

谷子淀粉结合域蛋白基因家族序列特征及干旱胁迫响应表达分析

[目的]谷子属于耐旱杂粮作物,但谷子响应干旱胁迫的相关基因分子机制仍不清楚。为了明确谷子干旱胁迫是否与淀粉代谢关键酶基因相关,探索谷子抗旱的分子机制。[方法]运用生物信息学初步分析了谷子该家族基因的基本序列特征、启动子元件预测。构建该基因家族直系同源系统进化树,分析与其他物种同源蛋白的亲缘关系。基于数字基因表达谱数据分析了PEG模拟干旱条件下,该基因家族在谷子抗旱品种‘勾勾母鸡咀’和敏感性品种‘晋汾16’的表达特征。[结果]谷子全基因组调查表明该基因家族有五个成员,暂且命名为SiSBD1、SiSBD2、SiSBD3、SiSBD4和SiSBD5。序列分析表明,该基因家族成员编码的蛋白序列长度范围为360~949个氨基酸残基;蛋白分子量范围为39~108kD,蛋白质等电点为4.18~6.72。启动子元件分析鉴定出与抗旱相关的顺式作用元件,主要包含:与MYB抗旱基因调控相关,与MeJA、ETH、SA、ABA等在抗旱中起重要作用的植物激素相关,与植物防御和非生物胁迫响应相关。系统进化树表明,谷子SiSBD1基因与高粱和玉米同源蛋白SBD聚为一类,谷子SiSBD2基因与玉米SBD2、SBD3基因的聚为一类,其他3个基因归为一类。进一步分析PEG胁迫下谷子淀粉结合域蛋白基因家族表达,结果表明:SiSBD1在抗旱品种‘勾勾母鸡咀’中表达增加,在敏感性品种‘晋汾16’中表达降低,而其他4个基因的表达在这两个品种中均降低。[结论]该研究结果暗示了淀粉代谢关键酶SDB基因家族与干旱胁迫相关,可为谷子抗旱育种提供一定的理论基础。     

谷子Aux/IAA家族基因干旱胁迫响应表达模式分析

[目的]Aux/IAA是重要的蛋白质转录因子,广泛参与植物生长素介导的应答作用,同时参与植物的胁迫和防御响应。本文通过分析Aux/IAA家族基因在干旱胁迫中的表达情况,探索谷子抗旱与Aux/IAA家族基因的关系。[方法]本文对谷子Aux/IAA家族基因理化性质、蛋白亲疏水性、启动子功能元件等进行生物信息学分析,并对抗旱(GG)和干旱敏感(JF16)谷子品种在浇水和干旱胁迫下基因的表达谱数据进行分析。[结果]谷子Aux/IAA家族基因均含有多个与胁迫相关的功能元件,且5个基因编码的蛋白均为亲水性蛋白;干旱胁迫处理后,GG和JF16中5个基因的表达变化趋势有所不同,Seita.5G126200、Seita.1G028400、Seita.3G109400表达量均下调,Seita.1G356800基因的表达量明显上调。[结论]谷子Aux/IAA家族基因参与调控谷子干旱胁迫,其调控过程比较复杂,可作为参与谷子抗旱的候选基因。本研究结果为进一步探究谷子中Aux/IAA与抗旱机制提供一定理论依据。     

谷子XTH基因家族与抗旱相关基因的分析

[目的]木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶(XTH)属于糖苷水解酶GH16家族,其家族成员可能在植物响应逆境胁迫的过程中发挥重要作用,为深入挖掘谷子抗旱基因,进而选育谷子抗逆新品种,[方法]本研究利用生物信息学手段,对谷子XTH基因家族进行了分析。[结果]从谷子基因组数据库中鉴定出16个XTH基因。结构分析表明:SiXTH家族成员在基因结构及编码区序列上较为保守,含1~3个内含子;谷子XTH蛋白含有XTH家族典型的保守基序DEIDFEFLG;预测SiXTH基因家族成员在启动子区域含有响应逆境胁迫的顺式作用元件。在干旱胁迫下,通过比较两个谷子品种勾勾母鸡咀及晋汾16在干旱胁迫下基因的相对表达水平,我们发现了3个上调表达和1个下调表达的SiXTH基因。[结论]因此推测,同一类基因其基因结构及蛋白结构域相似,且XTH基因家族在谷子应答干旱胁迫的过程中起一定的作用,同时本研究也为深入探究XTH基因家族成员的功能奠定了一定的基础。     

谷子抗旱相关蛋白激酶基因家族鉴定及表达分析

[目的]蛋白激酶是一类催化蛋白质磷酸化反应的酶,普遍存在于植物体中,参与调控植物生长发育和抗逆等多种生理反应。本文旨在探究谷子响应干旱胁迫与蛋白激酶之间的关系,为谷子抗旱品种的培育提供参考。[方法]运用生物信息学方法,分析了谷子蛋白激酶基因家族的35个抗旱相关蛋白激酶基因的系统进化关系、基因结构、保守基序、保守结构域、启动子顺式元件以及在干旱处理下和不同组织中基因表达水平。[结果]这35个谷子抗旱相关蛋白激酶基因分布于8条染色体上,被分为4个亚家族;多数亲缘关系较近的基因,其外显子-内含子结构、保守基序、保守结构域也较为相似,它们可能具有功能上的相似性;启动子元件分析发现,多数基因启动子区含有ABA响应元件(ABRE)和干旱诱导响应元件(MBS);组织特异性表达发现,SiPK20和SiPK25基因表现出显著的组织特异性表达模式,SiPK20在叶中表达量较高,SiPK25在根中表达量较高;干旱诱导基因表达分析显示,在抗旱品种勾勾母鸡咀中,干旱处理后SiPK1和SiPK4基因表达量显著上升,并且SiPK1、SiPK4启动子区域都含有较多的MBS元件,说明SiPK1和SiPK4极有可能参与谷子干旱胁迫响应,并且SiPK4在根中表达量较高。[结论]SiPK4可能通过调控谷子根部发育参与根部对干旱胁迫的应答反应,可作为抗旱相关的候选基因。     

谷子ABC转运蛋白基因与抗旱关系的研究

[目的]ABC转运蛋白是一类广泛存在于生物体中最古老的蛋白家族,在植物的生长发育及抗逆胁迫中发挥着重要作用。本文旨在探究ABC转运蛋白基因与谷子抗旱性的关系,挖掘谷子抗旱基因,并为谷子抗旱分子机制的研究提供理论依据。[方法]以谷子抗旱品种勾勾母鸡咀(GG)和干旱敏感品种晋汾16(JF16)为研究材料,在苗期对二者用20%PEG胁迫处理,并取其叶片进行转录组测序,筛选出4个与ABC转运蛋白相关的差异表达基因。用生物信息学方法分析基因的基本信息、启动子顺式元件,并构建ABC抗逆相关基因的系统进化树以及对ABC转运蛋白基因进行表达模式分析。[结果]发现谷子ABC转运蛋白基因等电点范围在6.81~8.97之间,分子量范围在51 195.75~161 579.13Da;启动子中包含有许多响应胁迫的功能元件(ABA、Ethylene、GA、MeJA、Light、MYB、SA、热和低温响应元件等);在进化树分析中发现,Seita.1G039400.1和Seita.7G176000.1亲缘关系最近,其次与AtABCC5亲缘关系较近;经过干旱处理,只有Seita.7G176000.1基因在抗旱品种中表达增加,其余3个基因在抗旱品种中表达均降低。[结论]Seita.7G176000.1基因可能通过调节气孔开闭参与植物抗逆,进而调控谷子响应干旱胁迫,初步推测其为谷子ABC基因家族抗旱候选基因,为进一步研究ABC转运蛋白基因与植物抗逆性关系提供理论依据。     

谷子硒结合蛋白基因及其与抗旱性的关系

[目的]土壤与肥料中的硒元素进入植物体后,与植物中的蛋白质和活性有机成分结合成为植物有机硒,即植物硒结合蛋白。本研究以硒结合蛋白结构和功能为基础,探索其与谷子抗旱的关系。[方法]以谷子耐旱品种勾勾母鸡咀(GG)和干旱敏感品种晋汾16(JF16)为试材,以转录组中硒结合蛋白基因家族中10个基因为对象,利用生物信息学分析其基因组基本信息、基因间亲缘关系及启动子顺式元件,并对Seita.4G100300基因进行表达水平分析。[结果]发现谷子硒结合蛋白基因家族中基因启动子上游1 500bp的调控元件具有响应胁迫的多种功能(ABA、Ethylene、GA、MeJA、Light、MYB、SA、热和低温等);经过干旱处理,Seita.4G100300基因在GG和JF16中表达水平均增加,且其在耐干旱品种GG中表达水平的增幅显著大于干旱敏感品种JF16。[结论]谷子硒结合蛋白基因家族在氨基酸序列和表达模式方面具有较为丰富的多样性。本研究有助于我们理解硒结合蛋白的结构和功能,为进一步研究硒结合蛋白与植物抗逆性关系提供理论依据。     

高粱OFP转录因子家族生物信息学及盐胁迫下的表达分析

为了解OFP(Ovate family proteins)基因家族在高粱基因组中的特征,本研究利用生物信息学方法对高粱OFP基因家族进行了家族成员鉴定,进化关系分析,基因定位,保守motif分析,基因结构、功能启动子元件、基因共线性以及盐胁迫条件下的表达特征进行了分析。结果表明:高粱中鉴定得到37个OFP基因,编码139～543个氨基酸,分子量大小在15.379 88～60.055 64 kD之间,等电点为4.49～11.62,均为亲水蛋白;通过系统发育分析发现,该家族基因可分为三大类,分别包含高粱OFP家族13、8、16个基因;该家族成员在高粱10条染色体上呈不均匀分布,其中3号染色体上分布最多,含有10个SbOFP基因;该家族蛋白保守结构域基本由Motif1和Motif2组成,有13个基因同时具有干旱诱导响应元件(MBS)、脱落酸响应元件(ABRE)和茉莉酸甲酯响应元件(CGTCA-motif和TGACG-motif);高粱内部有20对共线性基因,与水稻、谷子和玉米共线性基因个数分别为27、27、32。胁迫发现SORBI_3005G042800、SORBI_3003G227000、SORBI_3003G010700和SORBI_3006G187600共4个基因的表达与盐胁迫关系密切。本研究结果将有助于了解高粱OFP基因家族,为高粱OFP基因家族成员的深入研究奠定理论基础。     

水稻B-box锌指蛋白基因OsBBX26的 克隆及表达分析

[目的]克隆水稻B-box锌指蛋白基因(OsBBX26),并分析其在非生物胁迫下的表达模式,为探究水稻B-box蛋白的非生物胁迫响应机制提供理论依据.[方法]以水稻模式品种日本晴为材料,采用RT-PCR克隆OsBBX26基因,对其进行生物信息学分析,并通过构建pBA-OsBBX26-YFP植物表达载体进行亚细胞定位.同时,采用实时荧光定量PCR检测分析OsBBX26基因的组织特异性及非生物胁迫(干旱、ABA、低温和高盐)下的表达模式.[结果]克隆获得的OsBBX26基因(LOC_Os08g42440)cDNA全长序列为1467 bp,编码488个氨基酸,其编码蛋白分子量为51.86 kD,理论等电点(pI)为6.63,包含1个B-box锌指结构域和1个CCT结构域,其中B-box结构域位于第13~60位氨基酸,CCT结构域位于第435~478位氨基酸,该蛋白定位于细胞核中.OsBBX26基因位于8号染色体上,启动子区域除了含有TATA-Box和CAAT-Box等基本转录元件外,还含有与逆境相关的顺式作用元件,包括低温响应元件LTR、脱落酸响应元件ABRE、水杨酸响应元件TCA-element、厌氧响应元件ARE、茉莉酸甲酯响应元件CGTCA-motif和TGACG-motif,以及MYB转录因子结合位点.OsBBX26蛋白与粳稻B-box蛋白亲缘关系最近,其次与籼稻B-box蛋白亲缘关系较近,与其他植物B-box蛋白也存在较高的相似性,其中与小米、大麦、高粱、玉米和短柄草B-box蛋白的氨基酸序列相似性分别达72%、72%、71%、69%和68%.OsBBX26基因在幼叶中的表达量最高,其次是在成熟叶片中,在幼根、成熟根、茎和幼穗中的表达量均极低,表明该基因表达具有明显的组织表达特异性.干旱、高盐、ABA和低温胁迫处理下OsBBX26基因均上调表达,干旱、高盐和ABA胁迫处理12 h达峰值,但低温胁迫处理在24 h后才达峰值.[结论]OsBBX26基因受干旱、高盐、ABA和低温胁迫诱导均上调表达,推测其参与水稻植株响应多种非生物胁迫,在逆境响应中发挥重要调控作用.     

大豆不同组合F_2 代蛋白质含量的遗传变异分析

本研究选用19个亲本配制的6个组合,研究了 F_2代蛋白质含量的遗传变异,并分析了后代与亲本的关系。研究结果表明:并非所有组合 F_2代的蛋白质含量都呈正态分离;大豆蛋白质含量的遗传以加性效应为主;后代有广泛的变异,超亲现象普遍,遗传力高,早期世代选择效果好;MP 与 F_2显著正相关,在亲本和中亲值相似的条件下,遗传丰度大的组合后代遗传变异广泛。     

SSR fingerprinting of 203 sweetpotato (Ipomoea batatas (L.) Lam.) varieties

Simple sequence repeat (SSR) markers have been shown to be a powerful tool for varieties identification in plants. However, SSR fingerprinting of sweetpotato varieties has been a little reported. In this study, a total of 1294 SSR primer pairs, including 1215 genomic-SSR and 79 expressed sequence tag (EST)-SSR primer pairs, were screened with sweetpotato varieties Zhengshu 20 and Luoxushu 8 and their 2 F₁ individuals randomly sampled, and 273 and 38 of them generated polymorphic bands, respectively. Four genomic-SSR and 3 EST-SSR primer pairs, which showed good polymorphism, were selected to amplify 203 sweetpotato varieties and gave a total of 172 bands, 85 (49.42%) of which were polymorphic. All of the 203 sweetpotato varieties showed unique fingerprint patterns, indicating the utility of SSR markers in variety identification of this crop. Polymorphism information content (PIC) ranged from 0.5824 to 0.9322 with an average of 0.8176. SSR-based genetic distances varied from 0.0118 to 0.6353 with an average of 0.3100 among these varieties. Thus, these sweetpotato varieties exhibited high levels of genetic similarity and had distinct fingerprint profiles. The SSR fingerprints of the 203 sweetpotato varieties have been successfully constructed. The highly polymorphic SSR primer pairs developed in this study have the potential to be used as core primer pairs for variety identification, genetic diversity assessment and linkage map construction in sweetpotato and other plants.     

菠萝黑心病研究进展

综述了菠萝黑心病的研究现状.菠萝黑心病的主要特征是菠萝果实果内褐变,酚类化合物、酶类、活性氧是褐变的发生必须具备的3个因素目前认为该病是受多种因素影响的一种复杂生理变化过程的病害.根据当前菠萝生产和保鲜情况,提出控制菠萝黑心病的途径.     

Identification of QTLs for Starch Content in Sweetpotato(Ipomoea batatas(L.) Lam.)

Sweetpotato（Ipomoea batatas（L.）Lam.）breeding is challenging due to its genetic complexity.In the present study,interval mapping（IM）and multiple quantitative trait locus（QTL）model（MQM）analysis were used to identify QTLs for starch content with a mapping population consisting of 202 F1 individuals of a cross between Xushu 18,a cultivar susceptible to stem nematodes,with high yield and moderate starch,and Xu 781,which is resistant to stem nematodes,has low yield and high starch content.Six QTLs for starch content were mapped on six linkage groups of the Xu 781 map,explaining 9.1-38.8%of the variation.Especially,one of them,DMFN₄,accounted for 38.8%of starch content variation,which is the QTL that explains the highest phenotypic variation detected to date in sweetpotato.All of the six QTLs had a positive effect on the variation of the starch content,which indicated the inheritance derived from the parent Xu 781.Two QTLs for starch content were detected on two linkage groups of the Xushu 18 map,explaining 14.3 and 16.1%of the variation,respectively.They had a negative effect on the variation,indicating the inheritance derived from Xu 781.Seven of eight QTLs were co-localized with a single marker.This is the first report on the development of QTLs co-localized with a single marker in sweetpotato.These QTLs and their co-localized markers may be used in marker-assisted breeding for the starch content of sweetpotato.     

Identification of QTLs for Starch Content in Sweetpotato （Ipomoea batatas （L.） Lam.）

Sweetpotato （Ipomoea batatas （L.） Lam.） breeding is challenging due to its genetic complexity. In the present study, interval mapping （IM） and multiple quantitative trait locus （QTL） model （MQM） analysis were used to identify QTLs for starch content with a mapping population consisting of 202 F1 individuals of a cross between Xushu 18, a cultivar susceptible to stem nematodes, with high yield and moderate starch, and Xu 781, which is resistant to stem nematodes, has low yield and high starch content. Six QTLs for starch content were mapped on six linkage groups of the Xu 781 map, explaining 9.1-38.8% of the variation. Especially, one of them, DMFN 4, accounted for 38.8% of starch content variation, which is the QTL that explains the highest phenotypic variation detected to date in sweetpotato. All of the six QTLs had a positive effect on the variation of the starch content, which indicated the inheritance derived from the parent Xu 781. Two QTLs for starch content were detected on two linkage groups of the Xushu 18 map, explaining 14.3 and 16.1% of the variation, respectively. They had a negative effect on the variation, indicating the inheritance derived from Xu 781. Seven of eight QTLs were co-localized with a single marker. This is the first report on the development of QTLs co-localized with a single marker in sweetpotato. These QTLs and their co-localized markers may be used in marker-assisted breeding for the starch content of sweetpotato.