WRKY在园艺产品品质形成和维持中的作用机制研究进展

WRKY是植物中所特有的一类重要的转录因子,广泛参与调控植物生长发育、激素信号转导、胁迫响应、叶片衰老和果实成熟等多种生物学进程。本文重点综述了近年来WRKY转录因子在园艺产品品质形成和维持中的作用及其调控机制,进一步加深对植物WRKY转录因子的生物学功能及其转录调控网络的认识,也为培育优质的园艺作物新品种提供理论基础。     

基于高通量测序的露地菊(Chysanthemum×grandiflora)盐胁迫转录组分析

为揭示露地菊生长发育及耐盐胁迫的应答机制和分子基础,本研究以盐胁迫处理的露地菊及其对照为材料,使用Illumina Hiseq2500高通量测序平台对转录组进行测序,分别获得了60370448和71415448条Clean reads,通过序列拼接组装得到45591条Unigene,平均长度724 bp。有37675条Unigene在七大数据库(COG,GO,KEGG,KOG,Pfam,Swiss-Prot,NR)中得到注释。通过比对露地菊盐胁迫处理组和对照组样品间Unigene的表达量及在各数据库中的注释情况,统计得到:有4143条差异表达基因获得注释;有2441条差异表达基因在GO数据库中获得功能注释;注释到COG数据库中的2281条差异表达基因依据功能可分为25类;有1062条差异基因映射到KEGGPathway数据库中,涉及了199个代谢通路,包括核糖体途径、植物激素信号传导途径、淀粉蔗糖代谢、碳代谢、氨基酸的生物合成等。本研究获得的转录组数据将有助于揭示露地菊生长发育及耐盐胁迫的应答机制和分子基础,及相关抗性基因的挖掘和分子辅助育种等方面的研究。     

旱垂柳转录组测序及赤霉素在垂枝形成中的作用

垂枝作为特殊的林木形态结构,因形态优美在全世界被广泛用于绿化和园林景观而成为研究热点。国内外对垂枝植物的研究表明赤霉素在垂枝形成中起作用,但是垂枝形成的分子背景研究仍比较缺乏。本研究以旱垂柳(Salix matsudana var. pseudo-matsudana)的垂枝为研究对象,通过对旱垂柳在不同生长发育时期的叶片、茎尖和茎基部进行了转录组和数字表达谱测序研究,共获得71 474个Unigenes序列。将Unigenes与COG和KEEG数据库比对,与转录和信号转导机制相关的基因在旱垂柳中高度富集,最终确定8 359个差异表达的基因,其中427个基因与激素相关。进一步分析赤霉素相关基因得出,主要参与2条赤霉素合成途径,具有生物活性的GA4是合成途径中的主要产物,而且GA4在枝条中的含量显著高于GA1和GA3。参与赤霉素信号转导途径中的GID1B在旱垂柳中上调表达,以及在G1和G4生长期的表达量高于其他时期,而DELLA蛋白GAI在G2生长期以后下调表达,GID1B和GAI在旱垂柳的垂枝生长过程中可能起非常重要的作用。这些研究结果将有助于探索赤霉素在旱垂柳垂枝形成中的分子作用,可为林木形态的遗传改良提供基础理论依据。     

马铃薯AP2/ERF转录因子的克隆及植物表达载体构建

AP2/ERF基因家族转录因子普遍存在于植物中,参与植物体内的各种生物学过程,包括植物的生长发育、生物和非生物胁迫响应等。前期转录组测序的结果发现马铃薯‘加湘1号’一个AP2/ERF家族基因(PGSC0003DMG400012154)在接种晚疫病菌(Phytophthora infestans)24 h后被显著激活。从接种P.infestans 24 h的‘加湘1号’的总RNA中通过RT-PCR获得了该基因CDS序列为885 bp,BLAST分析显示该基因编码一个295个氨基酸残基的蛋白,并且含有1个AP2/ERF结构域,是AP2/ERF转录因子家族中的ERF亚家族的一员。本研究将该基因与XcmⅠ酶切的表达载体pCXSN连接,转化大肠杆菌,通过测序挑选插入正确克隆酶切验证,并成功转化农杆菌。本研究结果为进一步研究该基因的功能提供了帮助。     

红螯螯虾转录组中的SSR位点信息分析

对红螯螯虾转录组测序数据进行分析,并开发引物通过PCR扩增和毛细管电泳检测,进行了引物多态性和通用性分析。从67 369条Unigenes中共检测到22 727个简单重复序列(SSR)位点,并对包含SSR序列的Unigenes进行功能注释。结果表明,红螯螯虾转录组中微卫星序列的类型较为丰富,其中二核苷酸和三核苷酸重复类型出现频率较多,分别占总SSR出现频率的52.67%和44.25%;四核苷酸、五核苷酸和六核苷酸重复类型出现频率较少,分别占总SSR出现频率的2.62%、0.23%和0.24%。SSR重复类型共有68种,其重复次数的范围为5～84次。筛选出SSR引物5对,对浙江本地及台湾2个群体的60个样品进行遗传多样性分析,每对引物平均产生5.6个多态性片段。本研究结果为深入开发红螯螯虾功能性SSR标记奠定了基础,也为开展红螯螯虾分子标记辅助选育提供支持。     

茶树叶片响应茶饼病侵染的转录组分析

采用高通量测序技术对被茶饼病病菌侵染的茶树叶片进行转录组测序,筛选得到差异基因359个,其中248个上调表达,111个下调表达。差异基因中有216个获得GO（Gene ontology）数据库功能注释,主要涉及到生物合成过程、催化活性、细胞过程等诸多生理生化过程;KEGG（Kyoto encyclopedia of genes and genomes）数据库富集分析发现,共有106个基因被注释到47个代谢通路中,其中,单萜生物合成、卟啉和叶绿素代谢、核糖体、氮代谢、双萜生物合成、植物病原互作等通路显著富集。有32个差异基因被鉴定为转录因子,分布在16个转录因子家族中。利用实时荧光定量PCR（Real time quantitative PCR,qRT-PCR）验证了随机挑选的差异基因在感病叶片和未感病叶片中的相对表达量,与转录组测序结果的变化趋势一致。结果表明,茶树响应病原菌侵染是一个复杂的过程,大量基因被诱导或抑制表达,与抗病相关的转录因子被大量激活且上调表达。本研究为深入挖掘茶树抗病基因及进一步研究抗病分子机制提供了理论依据。     

转Pi9抗稻瘟病基因水稻株系的比较转录组分析

【目的】在转录水平上解析Pi9基因介导的稻瘟病抗性调控机理,为培育抗病水稻品种提供理论依据。【方法】向水稻品种日本晴(NPB)及其转Pi9抗稻瘟病基因株系(NPB/Pi9)接种稻瘟菌。分别于接种后0 h、12 h、24 h、36 h提取叶组织样品,选取12503个水稻基因定制基因芯片,进行水稻基因转录组分析,并通过qRT-PCR对部分差异表达基因进行验证。【结果】NPB/Pi9在接种后12 h、24 h和36 h的基因表达量分别与其接种0 h表达量比较,共检测到7754个差异表达基因;相应地,感病水稻NPB在以上时间点共检测到7385个差异表达基因;在接种后36 h,NPB/Pi9的差异表达基因数目显著多于NPB。比较NPB/Pi9和NPB相同时间点的基因表达量,共获得4065个差异表达基因,其中接种后36 h的差异表达基因显著多于接种后0 h、12 h或24 h。因此,NPB/Pi9的稻瘟病防御反应更强烈。对NPB/Pi9与NPB相同时间点的差异表达基因进行GO和KEGG分析,细胞外区域、植物对刺激应答、转录调控、氧化还原、离子结合、次生代谢和植物激素相关的GO分类在接种后呈显著富集,苯丙氨酸代谢、类黄酮生物合成和植物激素信号途径的KEGG通路在接种后显著富集。与效应分子触发的免疫反应(ETI)相关的水杨酸信号途径、几丁质酶,以及与病原相关分子模式触发的免疫反应(PTI)相关的胞外区域、对刺激的应答、木质素合成等,均在抗感水稻之间差异表达。而且PTI/ETI共有的WRKY转录因子、MAPK激酶、茉莉酸和乙烯信号途径等发生差异表达。综上所述,NPB/Pi9和NPB的差异表达模式与ETI和PTI相关,两者相互联系并在Pi9介导的稻瘟病抗性中发挥作用。【结论】与日本晴比较,抗病基因型NPB/Pi9对稻瘟病防御反应更强烈。转录因子、激酶、NBS-LRR基因、几丁质酶、水杨酸、茉莉酸和乙烯信号途径,以及植物次生代谢在Pi9介导的稻瘟病抗病反应中发挥重要作用。     

花生中FAR1-5转录因子的克隆和功能分析

FARl是一类起源于转座子酶的转录因子,在光敏色素A(phyA)信号通路启动、植物光形态建成中具有重要作用。本试验对抗旱花生品种J11的FAR1-5基因进行了克隆,通过序列比对进化分析,表明其与野生花生Arachis duranensis,A.ipaensis相关基因具有较高相似度。干旱胁迫状态下,转基因植株抗旱性强于野生型植株,抗氧化酶活性增强,表明该转录因子可积极响应花生抗旱胁迫。研究结果可为花生抗旱育种提供新的基因资源。     

枣AP2/ERF转录因子鉴定及其响应枣疯病植原体表达分析

利用生物信息学方法,从植物转录因子数据库和NCBI数据库中分别得到175和164个候选的枣AP2/ERF转录因子序列,使用DNAMAN软件进行序列比对、去除重复序列,采用SMART软件预测蛋白结构域发现,枣基因组中包含有145个AP2/ERF基因,其中ERF、AP2、RAV亚家族分别含有116个、23个、5个,另有1个独立基因。预测枣AP2/ERF转录因子氨基酸数量在111 ~ 692之间,分子量在12 446.87 ~ 76 154.10之间,pI在4.31 ~ 10.11之间。鉴定出的145个AP2/ERF转录因子,105个分别定位到12条染色体上,40个未能定位。在此基础上,利用嫁接病芽方法将枣疯病植原体转至健康枣植株,通过转录组测序和qRT-PCR手段,分析了AP2/ERF转录因子对枣植原体侵染的响应,在植原体侵染枣的6个不同时期,枣AP2/ERF表达数量和表达量均不相同,共有48个差异表达基因,其中ZjAP2*9、ZjERF49和ZjERF91是响应枣疯病植原体最为重要的AP2/ERF转录因子。     

基于转录组数据的害虫抗药性综合检测方法

为建立基于转录组数据的害虫抗药性检测方法,以3种重要害虫家蝇Musca domestica、白纹伊蚊Aedes albopictus和小菜蛾Plutella xylostella的8个抗性/敏感种群的转录组数据为对象,使用已开发的乙酰胆碱酯酶抗性突变检测程序ACE检测不同种群中的乙酰胆碱酯酶抗药性突变,并使用Bowtie 2软件和R程序包DESeq2检测其解毒酶基因的表达量变化,分析这3种害虫对有机磷类和氨基甲酸酯类杀虫剂的抗性分子基础。结果显示,在家蝇2个抗性种群KS8S3和ALHF中检测到ace2基因上发生了G227A抗药性突变,突变频率分别为0.318和1.000;在白纹伊蚊抗性种群Tem-GR中检测到CCEae3a基因的表达量较敏感种群Par-GR上调了7.175倍;在小菜蛾抗性种群ZZ中检测到ace1基因上发生A201S和G227A抗药性突变,突变频率分别为0.656和0.692。根据上述突变频率和解毒酶基因表达量变化评估的3种害虫种群抗药性情况与其之前的报道基本相符,表明基于转录组数据同时对靶标抗性机制和代谢抗性机制进行检测的害虫抗药性综合检测方法可以很好地反映害虫种群的抗药性状况。