小麦IQM基因家族鉴定及非生物胁迫下表达分析

IQM基因是钙调素结合蛋白家族中的重要分支,在植物生长发育和应激反应中发挥重要作用。本研究利用生物信息学方法在小麦全基因组中鉴定出23个IQM基因家族成员,对其染色体位置、理化性质、系统进化关系、基因结构、蛋白保守结构域、启动子顺式作用元件和基因表达特性等进行了系统分析。结果表明,TaIQM基因家族成员随机分布在小麦18条染色体上,亚细胞定位结果显示所有基因均位于细胞核中,系统进化分析将其分为3个亚类,同一亚类间基因结构、蛋白保守结构域相似度较高,推测其功能相似;顺式作用元件分析表明,TaIQM基因家族成员启动子中含有多种与逆境胁迫及生长发育相关顺式作用元件;转录组数据分析显示,TaIQM基因家族成员在不同时期的根、茎、叶、穗和籽粒中表达量存在显著性差异;qRT-PCR分析显示,在小麦苗期地上部和地下部,TaIQM基因响应干旱、低温、高温、NaCl、ABA等多种胁迫,显示上调或下调表达。初步推断这些基因可能通过Ca²⁺信号通路参与非生物胁迫调控,研究结果为全面解析TaIQM基因结构与生物学功能、非生物胁迫响应分子机制提供依据。     

调环酸钙对盐碱胁迫下大豆幼苗光合特性和保护酶活性的调节作用

探讨外源调环酸钙(EA)对复合盐碱胁迫下大豆的缓解作用,明确EA提高大豆耐盐碱能力的适宜浓度,以大豆品种合丰50和垦丰16为试验试材,分别在110mmol·L-1的复合盐碱胁迫下培养15 d取样,研究V3期叶面喷施不同浓度EA（5~200 mg·L-1）对大豆光合特性和保护酶活性的影响。结果表明：与对照相比,各浓度EA处理均能增加盐碱胁迫下两品种大豆叶片叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和总叶绿素含量,降低Chl a/b的比值;提高大豆叶片 Pn、Gs、Tr、Ls、WUE和AMC,降低了Ci;显著提升大豆叶片SOD、POD、CAT活性,抑制了MAD含量的增加。综合分析表明,100 mg·L-1浓度处理时效果最好,表现为叶绿素指标、净光合速率和抗氧化酶活性随EA浓度的增加呈现先上升后下降的趋势,在100 mg·L-1出现最大值。初步推断在盐碱胁迫下,施加的外源EA通过提高植物抗氧化酶活性和叶绿素含量、降低MDA含量来保护细胞结构的完整、阻止光合速率的下降,促进幼苗生长,从而增强大豆幼苗耐盐碱胁迫的能力,100 mg·L-1处理时效果最佳。     

不同糖源对葡萄试管苗蛋白激酶相关基因表达的影响

【目的】探究不同外源糖对葡萄试管苗生长发育及蛋白激酶基因转录调控的影响,应用转录组测序挖掘蛋白质磷酸化过程中的基因,为葡萄蛋白激酶相关基因功能的验证奠定一定基础。【方法】在基本培养基中分别添加2%的蔗糖、葡萄糖和果糖,以无糖为对照,分别命名为S20、G20、F20和CK,经过37 d培养后,测定不同处理的地上和地下鲜重,并采用Illumina HiSeq ^TM 2000对各处理叶片进行转录组测序,通过综合生物信息学分析（参考基因组比对、差异基因（DEGs）筛选、COG（Cluster of Orthologous Groups of proteins）注释、GO（Gene Ontology）注释等）筛选出蛋白激酶相关基因,通过qRT-PCR分析该蛋白激酶相关基因的表达特性。【结果】F20、G20和S20处理下的葡萄（‘红地球’）试管苗与CK相比,地上鲜重具有明显差异,且F20最高,而G20地下鲜重最高。SNP统计发现,转换是主要的变异类型,颠换次之,且发生在基因间区的SNP数量最多,其次是下游;剪接位点供体和同义终止发生的基因数量最少且相等。4个样品中共获得了2 633个差异基因,3个处理与CK相比,共有差异基因180个且被聚类为3组,第一组中127个基因仅在CK中高表达,第二组19个基因仅在G20下高表达,而第三组34个基因在3个处理下表达模式不尽相同。这些共有的差异基因在COG中注释到了26个基因并分在11个功能类别中,且主要注释在一般的功能类别中。在GO分类中,共有的基因分别被注释在分子功能、生物学过程和细胞组分的14、22和13个功能类别中。共筛选出7种蛋白激酶,分别为葡萄糖激酶（Glucokinase,GK）、丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen-activated protein kinases,MAPKs）、钙调蛋白激酶（Calcineurin protein kinase,CBL）、蛋白磷酸酶2（Protein phosphatase 2,PP2A）、己糖激酶（Hexokinase,HXK）、组氨酸蛋白激酶（Histidine protein kinase,HPK）和酪氨酸激酶（Tyrosine kinase,TK）,其不同激酶的基因在不同处理中具有各自的表达模式,经qRT-PCR验证,选择的20个差异基因中有17个基因表达与转录组测序结果相一致。【结论】在葡萄试管苗培养中,果糖较葡萄糖和蔗糖相比对生长较好。测序得出180个差异基因对3种不同糖均作出响应,这些基因在COG数据库中主要富集在膜酯转运和代谢、次级代谢物和碳水化合物的合成、转运和分解;GO中大多注释在蛋白激酶和氧化还原酶的活性中;筛选出了7种蛋白激酶,这些差异基因在数量、功能分类和代谢通路上对糖的响应各不相同。     

抗稻瘟病位点LABR＿64的起源及其分布和序列多样性

【目的】研究抗病基因在水稻种群中的分布特征是培育抗病品种的基础。【方法】以水稻第9染色体上与Pi3/Pi5/Pii/Pi15等位的抗病位点LABR_64为研究对象,结合稻瘟病抗性鉴定,对该位点中包含的两个抗病基因LABR_64-1和LABR_64-2在水稻群体中的分布特征进行了研究,并对其在单子叶植物中对应的直系同源序列进行了共线性分析。【结果】LABR_64位点在水稻中存在的频率约为16%,所有存在该位点的粳稻均表现高抗病性,缺失该位点的粳稻品种均表现出高感病性,而籼稻品种中LABR_64位点存在频率低于5%,虽然其存在情况下均表现出抗病性,但大部分缺失该位点品种也表现出抗性;存在LABR_64位点的品种中,LABR_64-2基因编码序列高度保守;LABR_64起源于单子叶与双子叶植物完全分离后及单子叶植物分化早期,其在不同的单子叶植物的分化过程中一直保持着良好的共线性。【结论】粳稻抗稻瘟病表型与LABR_64-1和LABR_64-2存在与否紧密关联,而籼稻的相关性不大,表明籼稻中其他抗性基因在稻瘟病抗性过程中起主导作用;鉴于LABR_64-2的高度保守性,可根据其编码序列设计分子标记,用于高效筛选抗稻瘟病粳稻品种;LABR_64可能在不同单子叶植物抗病过程中均具有重要作用。     

土壤水分对植物根-土界面相互作用特性的影响

为研究不同土壤水分下不同植物根系与土壤界面的摩阻特性,使用直剪仪对内蒙古中西部的5种典型乡土植物(柠条、沙棘、杨柴、紫花苜蓿和沙打旺)的根系在不同土壤含水率下进行根-土界面直剪摩擦试验。结果表明:当土壤含水率在4.5%~24.5%时,5种植物根-土界面摩擦系数均大于素土的土-土界面的值,且随着土壤含水率的增加,根-土界面和土-土界面摩擦系数均呈下降趋势,其中沙棘根-土界面的摩擦系数和黏聚力均大于其他4种植物的值,表明仅从根系与土壤间的相互作用特性来看,沙棘根系固土抗蚀的作用明显优于其他4种植物。根-土界面和土-土界面黏聚力均随着土壤含水率的增加呈先增后减的变化特征,且植物种不同黏聚力峰值出现时对应的土壤含水率亦不同。     

控释氮肥比例对土壤氮含量和玉米氮素吸收利用的影响

通过大田试验,研究相同氮肥施用量的条件下,不同比例控释尿素与普通尿素混合施用对土壤氮含量、玉米植株氮素吸收利用及产量的影响。结果表明:施氮显著提高了0-20,20-40cm耕层土壤碱解氮和全氮含量。全施普通尿素时,一次施肥可提高前期土壤氮含量,而2次施肥则有利于提高后期土壤氮含量;与普通尿素施肥相比,掺混一定比例的控释尿素一次性底施可显著提高各生育时期耕层土壤含氮量。适宜比例的控释尿素与普通尿素掺混施用可在一定程度上增加玉米中后期的氮素积累量,提高氮肥表观利用率、氮肥农学效率和肥料贡献率以及玉米功能叶关键酶活性,在相同氮肥水平下,其一次性底施的效果甚至超过普通尿素2次施用。随控释尿素比例的增加,玉米产量呈先增后减趋势,以75%控释尿素+25%普通尿素处理产量最高,比普通尿素一次施增产12.09%(2014年)和21.58%(2015年),比普通尿素2次施肥增产8.27%(2014年)和14.19%(2015年)。因此,普通尿素掺混75%比例的控释尿素进行一次底施,不仅能够协调在整个玉米生育期土壤对氮素的供应,实现玉米的有效增产,而且还能够减少施肥次数和劳力投入。     

小鼠中年期和老年期睾丸组织转录组分析

为丰富小鼠睾丸组织转录组研究领域的基础数据,对中年期(180日龄)和老年期(360日龄)小鼠睾丸组织进行转录组测序分析,在中、老年期分别获得25 187 980个和28 840 576个可用Reads,比对到参考基因组上的Reads分别有18 861 721和22 355 657个,占总读数的74.88%和77.51%,并检测到中、老年期小鼠睾丸组织中分别有17 770和18 073个基因表达。以中年期为对照,老年期睾丸组织中下调基因122个,上调基因185个,其中可清楚注释的基因共285个。GO分析发现285个差异表达被归纳到生物过程、细胞组分与分子功能3个大类的25个小类,主要涉及膜、氧化还原过程、转运蛋白活性、生殖发育及衰老等。KEGG分析发现差异表达基因涉及139个信号通路,主要代谢通路为信号转导、脂代谢、碳水化合物代谢、内分泌系统和神经系统等生物学机制。差异表达基因中RPKM1的有57个,其所涉及信号通路主要为脂代谢、固醇类激素生成、TNF信号通路、补体系统、胰岛素和溶酶体等。     

Cu2+对中间球海胆生长、免疫及性腺发育的影响

为探讨铜离子(Cu2+)对中间球海胆生长和性腺发育的影响及调控机制,在室内水槽(200 L)中进行为期60 d的浸泡实验。实验设置测试组(0.02 mg/L Cu2+)和对照组(自然海水),每个处理设置3个重复,每个水槽养殖20只海胆(13.58±0.79)g。实验中期和末期分别测定海胆增重率(WGR)、性腺指数(GI)、抗氧化酶活性和主要卵黄蛋白基因(MYP)表达量。结果显示,30 d时,测试组的WGR和GI与对照组差异不显著,而60 d时测试组的WGR和GI显著低于对照组;60 d时,测试组海胆体腔液中过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽巯基转移酶(GST)活性均显著低于30 d时的对应值,而丙二醛(MDA)含量较30 d时有所升高;60 d时,测试组抗氧化能力总体高于对照组,其中体腔液中CAT活性显著高于对照组。2次取样中,测试组性腺中MYP基因的表达量均显著低于对照组,而测试组消化道中MYP基因的表达量却显著高于对照组。60 d时,测试组海胆体腔细胞中总蛋白含量显著高于对照组,而体腔液上清液中总蛋白含量在测试组和对照组之间差异不显著。研究表明,铜离子能够引起氧化应激,降低海胆的增重率和性腺指数,这可能是通过抑制性腺MYP表达量及阻碍MYP从消化道向性腺正常转运所致。     

苹果全基因组CRF家族成员鉴定及在不定根发育过程中的表达分析

通过生物信息学分析,从‘金冠’苹果基因组鉴定得到了11个细胞分裂素响应因子（CRF）基因。根据基因在染色体上的位置,将其依次命名为MdCRF1 ~ MdCRF11,并对其进行理化特性、基因结构、系统进化和启动子元件分析。MdCRF编码的蛋白在137 ~ 435 aa之间,等电点在4.26 ~ 9.68之间。基因结构分析发现,MdCRF1有2个外显子1个内含子,MdCRF11有3个外显子2个内含子,其余基因都只含有外显子,没有内含子;保守基序列分析发现,MdCRF蛋白的保守基序数量在5 ~ 9。通过系统进化分析将家族成员分为G1、G2和G3共3个亚组,每个亚组内成员数量相对均匀。组织特异性表达分析发现11个基因在不同杂交种苹果和不同器官中的表达量存在明显差异。以苹果砧木‘T337’为材料,qPCR验证了MdCRF家族基因大部分在根、茎、愈伤组织中高表达,同时也响应生根处理表达量发生显著下调。对11个MdCRF蛋白之间的网络调控关系进行了研究,分析预测了相关基因间的潜在联系。结合分析可知,其中MdCRF8、MdCRF10和MdCRF11可能参与调控苹果砧木不定根发育。     

苹果CR4基因家族鉴定与表达分析

以RCC1（PF00415）、TNFR_c6（PF00020）和Pkinase（PF00069）保守域全蛋白序列为种子序列,在苹果全基因组范围比对分析了CRINKLY4（CR4）家族成员,对其理化性质、进化关系、染色体分布等进行了分析;基于qPCR分析了CR4基因在苹果腐烂病发生和低温胁迫过程中的表达情况。通过分析,共获得8个苹果CR4基因,其氨基酸序列大小介于668 ~ 1 690,分子量介于71.73 ~ 187.61 kD,等电点介于5.69 ~ 8.66,主要位于质膜;根据进化分析将其分为两个亚组。PCR表达分析结果表明,CR4基因在苹果不同组织和品种间存在不同的表达模式。分别有8个和6个CR4基因在苹果花芽感受低温和接种腐烂病菌后至少在1个时间点发生差异表达。其中,MD03G1068800在花芽感受低温后上调达25倍以上,而MD00G1166500和MD01G1153100在腐烂病发生后上调达150倍以上,以上3个CR4基因可作为后续功能研究的候选基因。