番茄SBP基因家族的全基因组鉴定、结构特征及表达分析

SBP基因家族是植物中一类特有的转录因子家族,广泛参与植物的生长发育以及各种生理生化反应的信号传导。为了揭示番茄SBP基因家族的功能,本研究利用全基因组信息鉴定番茄SBP转录因子家族,分析其结构特征,系统发育关系以及表达模式。结果表明,番茄全基因组共编码17个SBP转录因子成员,分布在8条染色体上;系统发育关系表明SBP基因家族的结构特征变异发生在番茄、拟南芥和水稻分化之前;且它们在番茄、拟南芥和水稻中按照物种特异性的方式进行了扩张。不同芯片分析发现,SlSBP03基因在番茄叶片、子叶和下胚轴中表达量较高,SlSBP13基因果肉中表达量较高,这两个基因在果皮和根中表达量都较低;在大多数非生物胁迫处理条件下,SlSBP11、SlSBP13和SlSBP16的表达量均较低;而SlSBP01基因在干旱和热处理条件下有较高的表达量。     

玉米ERD基因的表达模式及ZmERD6基因的抗旱性分析

为了进一步了解玉米ZmERD基因,基于旱胁迫转录组数据,筛选出5个ZmERD基因。将这些基因编码的蛋白质与拟南芥16个ERD蛋白进行进化分析发现,GRMZM2G181206和GRMZM2G128641基因编码的蛋白质分别与AT4G02900和AT1G32090基因编码的蛋白质同源性较高。时空表达分析发现,GRMZM2G109201、GRMZM2G181206和GRMZM2G12864基因属于组成型表达,GRMZM2G134192基因属于特异型表达,只在花药中高表达。属于ERD6亚家族的GRMZM2G109201基因在旱敏感型(B73)和抗旱型(郑58)自交系中均表达,且郑58中表达量显著高于B73;随着旱胁迫时间的延长,GRMZM2G109201基因在B73中表达量差异不显著,但在郑58中表达量升高幅度达到显著水平。亚细胞定位显示,GRMZM2G109201基因编码的ZmERD6蛋白定位于质膜。推测GRMZM2G109201基因参与旱胁迫,且被正向诱导。     

甘蓝BoPINs家族基因的特征和表达分析

为了探索植物生长素极性运输载体蛋白编码基因BoPINs家族参与甘蓝自交不亲和性的成员数目与参与方式,本文通过转录组分析获得BoPINs家族在甘蓝自花和异花授粉后的表达情况,利用分子生物学技术和生物信息学方法对该家族的基因结构、蛋白进化亲缘关系和表达模式等特征进行分析。结果表明,甘蓝BoPINs基因家族包含8个成员,含有5~9个外显子和4~8个内含子;其编码的蛋白质的氨基酸残基数在350~650之间,相对分子质量为38~70kD;除了BoPIN5和BoPIN8不含中间亲水区以外,其余6个BoPINs家族成员都含有位于两端的疏水区和中间亲水环,它们可能以膜锚定蛋白的形式发挥作用;甘蓝BoPINs与芜菁BrPINs、拟南芥AtPINs基因家族亲缘关系较近;染色体定位分析表明,BoPIN1-1、BoPIN3-1、BoPIN3-2和BoPIN6与S位点之间发生不同程度的连锁;启动子活性分析表明,BoPINs家族蛋白参与甘蓝SI反应,可能受IAA、ABA等激素相互交叉影响;BoPIN1-1、BoPIN1-2、BoPIN2、BoPIN3-1、BoPIN3-2、BoPIN4、BoPIN6、BoPIN7-1和BoPIN7-2在柱头中表达量均较高;数据表达谱和荧光定量分析表明,8个家族成员中的6个BoPINs基因在自花授粉后下调表达;自花授粉后柱头生长素含量降低,与SI反应呈负相关。因此,在甘蓝BoPINs家族的8个成员中有6个BoPINs基因家族成员可能在膜上以负调节方式调控自交不亲和反应。     

蒙古沙冬青1R-MYB基因AmMYB1R的克隆与表达分析

MYB家族转录因子与植物抗逆性密切相关。本研究利用RT-PCR方法从强抗逆沙漠植物蒙古沙冬青中克隆到AmMYB1R基因的编码区cDNA(903 bp)。推测其编码蛋白含一个由单一MYB重复单元(含端粒盒)组成的DNA结合域和一个H15结构域,故属于1R-MYB亚族的端粒结合型转录因子。利用半定量RT-PCR方法进行表达分析,表明该基因在正常培养的蒙古沙冬青幼苗中有一定量的基础表达,低温胁迫可迅速诱导其表达量明显上调,干燥胁迫诱导其表达上调较为迟缓,而盐胁迫可诱导其表达量波浪式少量上调。将克隆到的cDNA片段成功构建到植物表达载体上,为深入研究其功能奠定了基础。     

水稻转录因子WRKY68在Xa21介导的抗白叶枯病反应中发挥正调控作用

白叶枯病是一种严重影响水稻产量的细菌性病害。Xa21是第一个克隆的抗白叶枯病基因,具有广谱抗性,在水稻抗病育种中被广泛应用。转录因子的鉴定对解析Xa21介导的水稻抗白叶枯病分子机制具有重要意义。本研究构建了Xa21背景下的WRKY68-RNAi转基因水稻。与受体材料4021相比,转基因水稻中WRKY68蛋白质丰度下调,接种白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo)后抗病性下降,证明WRKY68基因在Xa21介导的抗白叶枯病反应中发挥正调控作用。此外,转基因受体材料4021和感病对照TP309接种后不同时期和部位叶片中WRKY68的蛋白质丰度没有显著差异,表明WRKY68蛋白质的表达不受抗病基因Xa21和病原物Xoo诱导,推测其功能主要是调控下游基因的表达。WRKY68-RNAi转基因水稻接种后, PR1A、PR5、PR10A、PR-pha和PAL1等病程相关蛋白质表达丰度发生变化,表明相关基因可能在WRKY68基因的调控下参与下游抗病反应。     

野大豆盐碱胁迫相关GsTIFY6B基因克隆及表达特性分析

为研究野大豆TIFY家族基因在野大豆耐盐碱过程中的分子特性及表达特性,以极度耐盐碱野大豆G07256的c DNA为模板,结合前期转录组数据,采用同源克隆的方法,获得了Gs TIFY6B基因,其全长CDS大小为1 047 bp。Gs TIFY6B蛋白编码348个氨基酸,分子量为36. 8 ku,等电点为9. 12,是一个不稳定蛋白。系统进化树分析结果显示Gs TIFY6B与大豆、绿豆、木豆和蔓花生的TIFY家族蛋白同源关系最近,含保守域TIFY和Jas。采用荧光定量PCR技术检测Gs TIFY6B在野大豆不同部位以及盐碱胁迫和激素处理下的转录水平,结果表明,Gs TIFY6B在根中相对表达量最高;在盐胁迫处理下,Gs TIFY6B在野大豆根和叶中的表达量均表现出上调;在碱胁迫处理下,Gs TIFY6B在野大豆叶和根中的表达量表现出先下调后上调表达,推测该基因可能参与野大豆盐碱胁迫防御反应;在ABA胁迫处理下,Gs TIFY6B在野大豆的根中表现出下调表达,而在叶中6,12 h出现上调表达;在MeJA胁迫处理下,Gs TIFY6B在根中先下调后上调表达,而在叶中表现出上调。研究表明,Gs TIFY6B可能通过参与ABA和MeJA信号通路积极响应盐碱胁迫,对后期研究野大豆耐盐碱的分子机制提供了理论基础。     

氮素胁迫对水稻根系影响的转录组分析

养分胁迫会直接影响水稻的生长发育,相对于地上部分,根系往往较早感知环境胁迫。为了研究水稻根系对养分胁迫响应的分子机制,通过Illumina Hiseq2000平台测序,对氮素胁迫下水稻根系转录基因表达情况进行分析。结果表明,氮素胁迫诱导根系出现了2 270个差异转录基因,其中上调表达的有1 176个,下调表达的有1 094个。采用GO功能分类和Pathway功能注释,可将注释的基因划分为48个功能类别118条代谢途径,包括糖酵解、脂肪酸代谢、氧化磷酸化、氨基酸代谢、淀粉蔗糖代谢等生物学过程。部分根系关键基因表达变化表明,氮素胁迫诱导大量新生蛋白质合成,形成各种酶类,促进新RNA合成,从而形成了更多的新生蛋白质。氮素胁迫诱导根系IAA积累更多来自极性运输,参与植物细胞伸长发育的EGase基因及木质素特异合成途径的关键酶(CCR)表达量发生上调,这些转录基因表达量的变化是根系受养分胁迫刺激而发生了伸长生长的内在机制。     

黄瓜响应高温胁迫转录组分析

为了挖掘参与黄瓜热激反应的基因,进一步探索黄瓜的耐热分子机制,本研究以华北型黄瓜品种‘9930’的幼苗为试验材料,对其进行42℃的高温处理,并在处理0、3和6 h后取幼苗的叶片进行转录组测序,分析黄瓜响应高温胁迫的差异表达基因。结果表明与对照热处理0 h相比,在热处理3 h和热处理6 h后共同差异表达的基因有6 082个,其中上调表达的有3 245个,下调表达的有2 388个。GO和KEGG富集分析结果表明这些差异表达基因主要参与代谢途径和蛋白质的合成途径。在差异表达的基因中,有许多Hsp家族的基因,包括Hsp20、Hsp70和Hsp90,并且这些基因受热胁迫诱导上调表达,说明这些基因可能在黄瓜热激反应中发挥正向调节功能。此外,许多转录因子的表达水平也受热诱导而提高,主要包括AP2、MYB、WRKY、b HLH和HSF类转录因子。本研究对黄瓜响应高温胁迫的转录水平变化进行了初步分析,进而挖掘出黄瓜耐热候选基因,将有助于进一步研究黄瓜的耐热分子机制。     

扁桃AcCBF2基因的克隆及其在逆境胁迫下的表达分析

本研究根据扁桃生物信息学数据库,采用PCR的方法从扁桃(Amygdalus communis L.)中克隆了一个CBF转录因子基因,命名AcCBF2,基因开放阅读框(open reading frame,ORF)为717 bp,编码238个氨基酸,预测其分子量26.59 kD,等电点为5.29。氨基酸多重序列比对显示,AcCBF2基因编码的氨基酸与其它植物冷胁迫相关的CBF氨基酸序列具有高度同源性,含有一个AP2功能结构域和2个特征基序;系统发育树分析显示,AcCBF2基因属于DREB家族中的A-1亚族,荧光定量显示,AcCBF2基因只对低温和干旱胁迫有响应,对盐胁迫和ABA(脱落酸)没有明显响应。在低温胁迫下,表达量上调;而在干旱胁迫下,表达量先上调后下调。初步预测AcCBF2基因可能对扁桃非生物胁迫有重要的调控作用。     

独行菜种子DREB类转录因子家族及LaDREB表达对幼苗冷胁迫响应

DREB是广泛存在于植物中的一类重要的转录因子,其调控一些参与非生物胁迫相关基因的表达,在植物抗逆方面起重要作用。本研究在转录组数据基础上,比较了独行菜(Lepidium apetalum Willd.)种子在实验室条件耐受和不能耐受低温萌发的两组样本,对其DREB转录因子家族成员进行了分析,并对该家族成员表达差异极显著的基因LaDREB进行了克隆、序列分析、结构预测,研究了其表达在独行菜幼苗中对低温胁迫的响应。结果表明,萌发中的独行菜种子,至少有13个DREB转录因子表达,相对于低温萌发停滞组,在低温萌发耐受组的独行菜种子中,有1个下调、10个上调、2个表达差异不显著。其中表达量最显著上调的c18023_g1序列,包含639 bp的开放阅读框,功能注释到DREB类基因,与宽叶独行菜LiDREB序列一致性最高,因此该基因命名为LaDREB。其编码210 aa的蛋白质、具有典型AP2结构域、分子式为C1927H3217N639O815S124、理论等电点为5.18、分子量为52.352 9 k D。定量表达分析表明,LaDREB在独行菜幼苗期,经低温处理后,其表达量快速显著上调,表明LaDREB可能在独行菜幼苗抵抗低温胁迫中起调控作用,为深入探讨LaDREB转录因子在独行菜幼苗耐受低温中的作用提供理论参考。     

水稻-病原菌互作途径研究进展

水稻稻瘟病和白叶枯病分别由真菌病原菌Magnaporthe oryzae (M. oryzae)和细菌病原菌 Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo)引起,是造成世界范围内水稻减产的主要病因,水稻-稻瘟病菌及水稻-白叶枯病原菌互作已成为研究植物-病原菌互作的模式系统。本文归纳了目前已克隆的抗稻瘟病及白叶枯病基因与其分子结构和功能,概括了近年来鉴定的一些病原菌相关分子(Pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)及稻瘟病菌和白叶枯菌分泌的效应蛋白,并总结了针对稻瘟病菌和白叶枯菌介导的病原物分子诱导的抗病反应(PAMP-triggered immunity,PTI)和效应蛋白诱导的抗病性(Effector-triggered immunity,ETI)及其信号传导途径的研究成果,指出效应蛋白-抗病蛋白间互作将为探索植物-病原菌间互作提供新的分子基础,并为水稻抗病育种实践提供借鉴与指导。     

水稻-病原菌互作途径研究进展

水稻稻瘟病和白叶枯病分别由真菌病原菌Magnaporthe oryzae (M. oryzae)和细菌病原菌 Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo)引起,是造成世界范围内水稻减产的主要病因,水稻-稻瘟病菌及水稻-白叶枯病原菌互作已成为研究植物-病原菌互作的模式系统。本文归纳了目前已克隆的抗稻瘟病及白叶枯病基因与其分子结构和功能,概括了近年来鉴定的一些病原菌相关分子(Pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)及稻瘟病菌和白叶枯菌分泌的效应蛋白,并总结了针对稻瘟病菌和白叶枯菌介导的病原物分子诱导的抗病反应(PAMP-triggered immunity,PTI)和效应蛋白诱导的抗病性(Effector-triggered immunity,ETI)及其信号传导途径的研究成果,指出效应蛋白-抗病蛋白间互作将为探索植物-病原菌间互作提供新的分子基础,并为水稻抗病育种实践提供借鉴与指导。     

水稻类病斑突变体spl41的表型鉴定及生理分析

大多数水稻类病斑突变体会提高病程基因的表达从而抑制病原菌的生长,为进一步探索类病斑突变体抗病抗逆的机制,本研究对突变体spl41的形态性状、生理、抗病性等方面进行了研究。spl41是通过甲基磺酸乙酯(EMS)诱变籼稻品种‘黄华占’,获得的一个稳定遗传的水稻类病斑突变体。结果表明,该突变体从三叶期开始出现红褐色坏死斑,斑点数目随植株生长增多并导致枯黄衰老;突变体spl41类病斑的产生使株高、穗长、分蘖数、千粒重及结实率显著下降,并导致叶片的光合色素含量低于野生型;台盼蓝、NBT和DAB染色结果显示突变体spl41病斑部位有大量的死亡细胞并伴随着H_2O_2及O_2^-的积累,表明spl41植株病斑部位正在发生细胞程序性死亡。抗病性鉴定表明,突变体spl41相比于野生型对7个水稻白叶枯病菌生理小种的抗性增强;qRT-PCR分析表明PR1b、PR3、PR4、PR5、PBZ1和Cht1病程相关基因在突变体spl41中表达量上调。这些结果为探索植物抗病机制及选育植物抗病新材料提供了分子依据。     

OsSAMS1在水稻稻瘟病抗性中的功能研究

稻瘟病是水稻最重要的病害之一,对农业生产造成巨大的经济损失。研究表明,水稻中S-腺苷-L-甲硫氨酸合成酶OsSAMS1参与了水稻衰老相关的进程,我们实验室前期利用转录组测序分析发现, OsSAMS1基因的表达水平受稻瘟病菌诱导后明显提高。然而, OsSAMS1是否参与水稻的免疫反应,尚未明确。基于此,本研究选取野生型ZH11为背景材料,通过构建OsSAMS1基因敲除突变体来探究该基因在水稻抗病中的功能。结果表明, OsSAMS1主要在水稻叶片中表达;且其表达明显受稻瘟病菌侵染所诱导。亚细胞定位结果显示,OsSAMS1在细胞膜、细胞质和细胞核内均有表达。通过接种稻瘟病菌发现,与对照相比,2个等位敲除突变体ossams1-1和ossams1-2均表现为更加感病,且体内病程相关基因的表达也明显更低,同时突变体中乙烯合成相关基因的表达也受到明显抑制。综上所述,OsSAMS1参与了水稻的免疫反应,且正调控水稻稻瘟病的抗性。本研究为深入揭示OsSAMS1在稻瘟病免疫反应的分子机理奠定了基础,并为稻瘟病抗病育种研究提供了基因资源。     

水稻CBB30Ⅰ抗白叶枯病相关基因的差异表达分析

水稻白叶枯病是水稻生产中最严重病害之一。前期鉴定发掘的水稻资源材料Y238对白叶枯病具有广谱抗性,其衍生的以IR24为遗传背景的基因导入系CBB30Ⅰ保持了广谱抗性。利用抑制消减杂交(suppression subtractive hybridization,SSH)技术构建CBB30Ⅰ与感病品种IR24间的差异表达cD-NA文库,RT-PCR分析抗病相关基因表达情况。经反向Northern blot杂交检测、测序和GenBank中BLAST比对,结果共获得29个独立的差异表达cD-NA克隆,其中有3个功能未知基因。半定量RT-PCR进一步验证了抗感病品种间抗性相关基因的差异表达。根据MIPS(Munich Information Center forProtein Sequences)功能分类系统推测,这些差异表达基因可能参与了CBB30Ⅰ对病原菌的防卫反应、信号传导和蛋白合成与修饰等一些重要的生物学过程。     

黑龙江省稻瘟病菌生理小种毒力基因分析与抗病育种策略

近年来黑龙江省稻瘟病危害程度加重,给水稻生产造成巨大损失。为了解当地稻瘟病菌生理小种及其毒性基因的组成与分布,有针对性地利用抗性基因,选育抗病品种和使之合理布局,本文利用9个日本鉴别品种、7个中国鉴别品种、31个抗稻瘟病单基因系及12个当地主栽品种,对2006年采自该省主要积温区不同水稻品种的173个稻瘟病菌株进行致病性测定。结果鉴定出55个日本小种,优势小种为017、077、037、377和047,总频率为42.29%。鉴别力比较结果证实日本鉴别品种比中国鉴别品种更适合于当地稻瘟病菌致病性变异与小种分化研究。在12个主栽品种中,除龙粳14、龙盾104外,其他品种已经或正在丧失对稻瘟病的抗性。Pi9基因在所有积温区对稻瘟病菌株的抗谱都最广(平均94.80%),是当前黑龙江省水稻育种上极有价值的抗性基因;基因Piz-5(CA)、Piz-5(R)、Pita-2(R)、Pita-2(P)、Pi12(t)和Pi20(t)对供试菌株有高于70%的抗谱,也具有较高的利用价值。黑龙江省当前抗稻瘟病育种的策略应该是,在利用抗源龙粳14、龙盾104和Pi9的基础上,通过分子标记辅助选择方法聚合一至多个广谱抗性基因;同时加强对稻瘟病菌种群的监测和新抗源的发掘,有针对性地向主栽品种导入新的抗性基因。     

稻瘟病菌杂交后代致病性遗传分析

为明确稻瘟病菌杂交后代对水稻致病性的遗传规律,以亲本菌株HLJ6122和KA3杂交产生的后代群体为试验材料,将其接种于14个单基因系抗性水稻品种,对杂交后代进行毒性差异分析。结果表明,64个杂交后代菌株呈现显著的毒性分离,共出现53种毒性类型,无毒性/毒性分别表现为1∶1、1∶3、3∶1、15∶1。菌株KA3分别对IRBLi-F5、IRBLta-K1、IRBL12-M、IRBLta2-Pi持有1个无毒基因;对品种IRBLa-A、IRBLzt-T、IRBL7-W、IRBLkm-Ts、IRBL20-IR24持有2个无毒基因。64个后代菌株对品种IRBLk-Ka、IRBLz-Fu、IRBL19-M、IRBLb-B、IRBLkp-K60无毒性/毒性也符合1∶3,但2个亲本菌株HLJ6122和KA3对供试水稻品种致病性相同,因此难以判断无毒基因的来源。     

稻瘟病菌与水稻互作研究进展

为了更好的防控稻瘟病的发生,为水稻育种工作和新药研发提供科学依据,深入了解稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)与水稻相互作用的机制是非常必要的。本文归纳了稻瘟病菌侵染水稻的机制、水稻对稻瘟病菌侵染的信号识别及其下游反应以及识别后诱导水稻产生的防御反应机制,分析了水稻防御相关基因的表达调控以及利用分子育种手段提高水稻抗病性的相关策略。稻瘟病菌侵染水稻后,植株会通过细胞壁加厚、病程相关蛋白表达以及病原菌侵入位点细胞程序性死亡等系统免疫反应来抵御稻瘟病菌的侵染;因此指出通过基因工程手段诱导植物发生免疫反应来抵御稻瘟病菌的危害具有重要的现实意义,也是防治病害最有效和最经济的方法;而且,作为研究病原菌—植物互作的模式系统,深入了解稻瘟病菌与水稻的互作机制,也为通过诱导水稻防御基因的表达来防治其他重要真菌性病害提供了科学依据。     

无毒基因在稻瘟病菌株007中的克隆鉴定及表达分析

为了能明确稻瘟病国际标准菌株race 007中包含的无毒基因及其可能的主效无毒基因,本研究设计5个常见的无毒基因特异性引物进行克隆鉴定,并分别检测液体培养条件下和侵染水稻过程中race 007菌株中5个无毒基因的表达情况。本研究发现,稻瘟病菌株race 007中含有PWL2、AvrPiz-t、Avr-pik、Avr-pita、ACE1 5个无毒基因,克隆鉴定的结果表明这5个无毒基因的变异不大。相比较于液体培养条件下,在侵染水稻的过程中,PWL2表达上调,ACE1、AvrPiz-t、Avr-Pik表达基本不变,而Avr-Pita基因表达出现了下调。因此PWL2基因表达变化较为显著,本研究进一步对PWL2启动子区域进行分析,结果表明该PWL2基因启动子区域存在着一些顺式作用元件来影响PWL2基因的表达。本研究表明,稻瘟病菌race 007含有5种常见的无毒基因且序列变异不大,而且PWL2基因的表达是受到调控并可能发挥主要的致病作用。