坛紫菜6-磷酸海藻糖合成酶(TPS)家族基因的克隆及表达特征分析

6-磷酸海藻糖合成酶(TPS)是植物海藻糖合成的关键酶,在植物逆境胁迫应答中发挥着重要的作用.实验以坛紫菜转录组测序获得的unigene序列为基础,采用RACE技术克隆获得坛紫菜的3条TPS基因序列:PhTPS1,PhTPS2-1和PhTPS2-2.序列分析结果表明,PhTPS1(收录号:KM580358)序列全长3 557 bp,包含一个3 462 bp的开放阅读框,所编码的多肽包含1 153个氨基酸,分子量为124.2 ku,等电点为6.73,属于TPS Ⅰ亚家族;PhTPS2-1(收录号:KM519457)序列全长4 264 bp,包含一个4 044 bp的开放阅读框,所编码的多肽包含1 374个氨基酸,分子量为145.2 ku,等电点为5.96;PhTPS2-2(收录号:KM519458)序列全长3 733 bp,包含一个3 324 bp的开放阅读框,所编码的多肽包含1 107个氨基酸,分子量为120.2 ku,等电点为5.42.PhTPS2-1和PhTPS2-2属于TPSⅡ亚家族.基因表达水平的定量分析结果表明高温胁迫条件下,3条PhTPS基因的表达模式基本一致,均表现为先上调后下调,再上调的趋势;而PhTPS1和PhTPS2-1基因在中低水平的失水条件下,基因表达水平均没有发生显著变化,只在高水平失水胁迫下显著上调,PhTPS2-2基因在中高水平失水条件下,表达水平显著上调.说明PhTPS基因可能只在高度失水胁迫下发挥应激调节作用.     

坛紫菜过氧化氢酶基因的克隆及表达特征

过氧化氢酶(CAT)是植物细胞抗氧化酶的主要成员,在逆境胁迫下的活性氧(ROS)清除中发挥着重要的作用。本研究采用RACE扩增技术克隆获得了坛紫菜CAT基因的全长,被命名为PhCAT(Genbank收录号:KM655303)。该基因全长1983 bp,可编码包含542个氨基酸的多肽,与条斑紫菜CAT基因的序列相似性为83.08%。多序列比对和系统进化树分析结果确认PhCAT属于CAT基因家族。PhCAT基因定量分析结果显示,失水胁迫条件下,PhCAT的基因表达水平只在失水率≥60%时才显著上调;不同时间水平的高温胁迫条件均可诱发PhCAT基因的上调表达。而CAT酶活测定结果却显示,各种水平的失水胁迫条件下,坛紫菜细胞内的CAT酶活水平均显著低于正常条件下的酶活水平;高温胁迫24 h时,CAT酶活水平显著增强,而其余时间点的酶活水平则显著降低。研究表明CAT酶在坛紫菜高温胁迫应答中发挥着重要作用,但在失水胁迫应答中却没有发挥明显作用。     

坛紫菜两种小分子热激蛋白(sHSP)基因的克隆及表达特征分析

小分子热激蛋白(sHSP)不仅在应激条件下高效表达,而且在正常状态的细胞中也广泛存在,参与一些重要细胞生理活动的调节。为研究坛紫菜应答高温和失水等逆境胁迫的分子机制,本研究以坛紫菜(Pyropia haitanensis)转录组测序获得的unigene序列为基础,采用RACE或直接PCR扩增,克隆获得了坛紫菜两种sHsp的全长基因：PhHsp22和PhDnaJ。序列分析结果表明,PhHsp22序列全长857 bp,包含一个519 bp的开放阅读框,所编码的多肽包含172个氨基酸,分子量为19.1 kDa,等电点为5.24(收录号：KM102540);PhDnaJ序列全长1616 bp,包含一个1290 bp的开放阅读框,所编码的多肽包含429个氨基酸,分子量为46.1 kDa,等电点为6.43,属于Hsp40亚家族(收录号：KM102541)。基因表达水平的定量分析结果表明两个基因在高温胁迫不同时间水平和不同失水胁迫程度下的表达均呈现出一致的表达模式,即在胁迫初期表达水平显著上调,但随着胁迫的持续,这两个基因的表达水平开始逐渐下调。说明这两个基因在逆境胁迫下的表达可能存在一个反馈调节机制。     

坛紫菜品系间杂交分离色素突变体及其特性的初步研究

以野生选育的坛紫菜(Porphyra haitanensis)为母本,诱变选育全棕红的品系为父本进行杂交实验,从杂交子代大量叶片中,筛选出1株褐黄色素突变体、1株翠绿色与野生色相嵌的嵌合体和1株褐绿色与野生色相嵌的嵌合体。通过酶法分离突变体的营养细胞,单性生殖获得丝状体;分别使丝状体成熟并放散壳孢子,然后单株培养和筛选获得褐黄、翠绿和褐绿色子代叶状体。实验进行50 d。结果:(1)褐黄色突变体藻蓝蛋白和别藻蓝蛋白含量低;孢子囊枝的细胞较小,且大量形成时间比亲本晚15 d;幼苗培养初期日平均生长量仅为(1.22±0.28)cm,当叶片长到60 cm左右时生长优势逐步凸显,日平均生长量可达(7.50±1.18)cm;(2)翠绿色丝状体容易成熟,发育方式特殊,营养藻丝不经过藻丝加粗阶段,直接由球形细胞发育成孢子囊枝和壳孢子囊;翠绿色叶状体藻红蛋白含量低,仅有(5.513 0±1.049 6)mg/g(干品);叶状体生长快速,60 cm长的藻体日平均生长量高达(11.95±2.33)cm;(3)褐绿色突变体藻蓝蛋白、别藻蓝蛋白和藻红蛋白这3种色素蛋白和叶绿素的含量均较低;藻丝细胞短且细,叶状体生长速度较慢。     

坛紫菜谷胱甘肽过氧化物酶基因的克隆及表达特征

谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GPX)是植物活性氧(ROS)清除酶促系统的重要成员之一,在植物逆境胁迫应答中发挥着重要作用。本研究以坛紫菜(Pyropia haitanensis)为研究材料采用RACE技术克隆获得了一条坛紫菜的GPX全长基因序列,命名为PhGPX(Gen Bank收录号:JX673908)。该基因序列全长1027 bp,包含555 bp的开放阅读框,所编码的多肽包含184个氨基酸,分子量为19.9 k D,等电点为8.76。多序列比对和系统进化树分析结果表明Ph GPX属于植物GPX基因家族成员。基因表达水平的q PCR分析结果表明Ph GPX基因在坛紫菜叶状体和丝状体世代中的表达水平没有显著差异;高温胁迫不同时间水平下,Ph GPX基因的表达水平呈现为先上调后下调的趋势;不同失水胁迫条件下,Ph GPX基因的表达不受低水平的失水胁迫影响,但可被高水平(40%)的失水胁迫所抑制,且在复水30 min后仍然无法恢复失水胁迫前的水平。由此推测坛紫菜体内的GPX也可能存在多种家族成员,不同的逆境胁迫条件、甚至不同的逆境胁迫水平可能需要不同家族成员的GPX参与ROS的清除和防御。     

高光胁迫下坛紫菜定量PCR内参基因的筛选

为了筛选不同高光光强胁迫下坛紫菜中表达水平最为稳定的内参基因,本研究采用qRT-PCR技术测定了植物中常用的6种内参基因UBC、TUB、18S、EF2、ACT和GAPDH在不同光照强度下培养的坛紫菜藻体中的绝对表达水平,并采用比较Ct值法、Ge Norm、Bestkeeper和NormFinder软件分析4种方法对6种候选内参基因的表达稳定性进行评估。结果显示,UBC的Ct值变化范围最小,18S的Ct值变化范围最大;ge Norm软件分析结果显示最稳定的内参基因为UBC和EF2;Bestkeeper和NormFinder软件分析结果类似,UBC基因的稳定值M均为最低值(分别为0.044和0.80),说明其表达水平最稳定。研究表明,UBC基因可以作为不同光照条件下坛紫菜基因表达qRT-PCR分析的最适内参基因。     

坛紫菜种质品系表型性状的变异规律分析

坛紫菜(Pyropia haitanensis)的表型性状是遗传育种的主要考察指标。研究以福建省坛紫菜种质资源库保存的73份种质品系为实验材料,对藻体的5个形态特征和14个数量性状数据进行了统计分析,以探讨坛紫菜表型性状的遗传变异规律。结果表明,坛紫菜藻体的形状、颜色、锯齿大小和扭曲程度4个形态特征与藻体长度、宽度、重量和厚度4个数量性状极显著相关(P0.01),叶片基部形状与藻体长度、宽度、鲜重和厚度显著相关(P0.05);比较不同性状均值发现,线形藻体的平均长度增长速度最快,基部为心脏形的藻体平均重量增长速度最快,无锯齿的藻体厚度最薄。巢式方差分析结果显示,坛紫菜品系间的遗传变异(72.79%)远大于品系内(21.46%),说明品系间的变异是坛紫菜表型变异的主要来源。坛紫菜藻体各表型性状的变异系数为7.14%~35.99%,其中藻体厚度变异系数最低,而单株藻体重量的变异系数最高,说明藻体厚度的选择潜力相对较小,而重量的选择潜力则较大。这些数据为后续坛紫菜的遗传育种提供了基本资料。     

野生坛紫菜种群遗传多样性的ISSR分析

采用简单序列重复区间(ISSR)分子标记技术对福建省的3个野生坛紫菜(Porphyrahaitanensis)种群共60个个体进行了遗传多样性分析.15条引物共扩增出222个位点,其中186个位点具有多态性,多态位点百分率为83.78%,在种群水平上,多态位点百分率为80.18%～81.53%,平均为80.93%.期望杂合度、Shannon信息指数在物种水平上分别为0.3304和0.4834;在种群水平上分别为0.3089和0.4551,表明坛紫菜种群内存在着较高的遗传多样性水平,且在三个种群间没有明显差异.依据Gst值,坛紫菜的遗传变异主要发生在种群内的个体间(占93.5%),只有6.5%的遗传变异发生在种群间,由此说明坛紫菜种群间的遗传分化水平很低,这与坛紫菜种群间充分的基因交流(Nm=7.1930)是相关的.基于遗传距离的UPGMA聚类结果表明坛紫菜60个个体并不按照其地理分布进行分群,而是随机分群的.文章最后还对坛紫菜种质资源保护的必要性进行了讨论.     

高温静水胁迫培养对坛紫菜品质的影响

以坛紫菜耐高温型品系Z-61 F4代叶状体为实验材料,野生型坛紫菜（WT）叶状体为对照,研究了常温（21℃）静水和高温（30℃）静水培养不同天数（0、2、4、6、8、10 d）后,坛紫菜藻体中光合色素含量、粗蛋白含量、总氨基酸含量和4种主要呈味游离氨基酸含量等品质指标的变化情况。结果表明,常温静水培养对坛紫菜耐高温型品系的品质没有显著影响,甚至短时间的常温静水培养还有利于提高野生型品系藻体的品质;但高温静水培养会显著降低耐高温型品系和野生型品系的品质,只是耐高温型品系的品质下降速度要慢于野生型。此外,本研究还发现,耐高温型坛紫菜品系还可以通过调节藻体细胞内别藻蓝蛋白（APC）和游离氨基酸的含量来增强自身对高温胁迫的抵抗能力。本研究结果为全面认识坛紫菜的抗逆性机理提供了基础资料,同时也为后续坛紫菜抗逆新品种的选育提供了理论指导。     

坛紫菜转录因子NhbZIP1克隆和功能验证

高温是制约坛紫菜(Neoporphyra haitanensis)产业发展的主要因素之一,阐明坛紫菜高温胁迫应答机理对耐高温品种选育至关重要。人们已分离多个坛紫菜抗逆相关基因,但尚不清楚这些基因的表达调控机制。本研究通过分子生物学和生物信息学技术分离了坛紫菜转录因子NhbZIP1基因。该基因开放阅读框长825 bp,编码274个氨基酸。从开放阅读框推导的氨基酸序列有5个低复杂度区域和1个BRLZ结构。其中,BRLZ是bZIP家族的保守结构域,含有一个α卷曲螺旋结构(121～171aa)。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测发现,NhbZIP1受高温胁迫显著诱导。为进一步阐明NhbZIP1的功能,将其转入莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)中。结果显示,高温胁迫下转基因藻株生物量始终高于野生型,且随处理时间增加差异越来越显著。转基因藻株中热激蛋白家族和抗氧化系统相关基因的表达量显著高于野生型。研究表明,NhbZIP1激活下游抗逆基因表达,在坛紫菜应答高温胁迫中发挥重要作用。研究结果有助于阐明bZIP调控坛紫菜响应高温胁迫的分子机制,为耐高温新品种选育提供了基...