辣椒HD-Zip基因家族鉴定、系统进化及表达分析

【目的】鉴定辣椒HD-Zip基因家族,并利用生物信息学方法系统分析其在基因组中的分布、基因结构、进化分化特征及在不同组织中的时空表达特异性,解析该家族的进化特征及生物学功能。【方法】根据已报道及PlantTFDB数据库中的拟南芥HD-Zip序列,利用本地BLAST工具在我国辣椒测序品种‘遵辣1号’基因组中比对,并利用Pfam、SMART工具进一步验证。采用EMBOSS Programs、MEGA、GSDS、MEME、MCScanX、OrthoMCL、Circos等软件预测辣椒HD-Zip基因家族成员蛋白理化性质,构建系统进化树,定位染色体,分析基因结构、基因复制类型及直系、旁系同源基因。基于GEO数据库,运用R软件、本地perl语言及Cytoscape分析辣椒HD-Zip组织表达差异并绘制共表达网络。【结果】本研究在‘遵辣1号’基因组中鉴定获得42条辣椒HD-Zip,命名为CaHDZ01—CaHDZ42。CaHDZs长度跨度较大,70% CaHDZ蛋白的pI小于7.0。除CaHDZ42,其余基因不均匀地分布在12条染色体上,部分基因为片段复制。该基因家族可分为4个亚族,分别含有18、9、5、10个HD-Zip,基因结构及蛋白结构域差别显著。辣椒、番茄和拟南芥3个物种中的直系同源基因对数目大体相同,但同为茄科的辣椒和番茄之间的稍多;辣椒中的旁系同源基因少于番茄和拟南芥,说明辣椒基因组的倍增事件并没有使CaHDZs明显扩增。对无油樟、水稻、玉米、番茄、马铃薯、辣椒‘CM334’、辣椒‘Zunla-1’、毛果杨、葡萄以及拟南芥9个代表物种的HD-Zip进化特征分析结果表明,从被子植物开始,HD-Zip基因家族就稳定存在4个亚族。推测在形成4个亚族前,HD-Zip分为两组,其中一组分化成I和II亚族,而另一组则分化成为III和IV亚族。CaHDZs在根、茎、叶、花芽、花和果实不同发育时期的表达模式分析结果显示,4个亚族具有不同程度的表达趋势。其中I亚族基因在辣椒不同组织中的表达量均较高,且不同成员间表达模式不同,CaHDZ22在茎中的表达最高,表明该基因可能对辣椒茎的生长有重要作用。II、III和IV亚族基因在不同组织中的表达量相对较低,但部分基因在特定组织中具有较大的表达量。如CaHDZ34在辣椒果实成熟后期具有较大高的表达量,CaHDZ02和CaHDZ28在果实膨大时表达较高,CaHDZ04在果实成熟前期具有较高的表达量。CaHDZs表达网络中有33对基因表达趋势的相关系数（PCC）大于0.8,6对大于0.9,表明CaHDZs协同调控了辣椒的生长发育,不同亚族之间也具有协同性。【结论】在‘遵辣1号’基因组中鉴定获得42条CaHDZs,可分为4个亚族,不同亚族的基因结构、蛋白保守结构域及表达模式不同。在进化过程中,辣椒HD-Zip保守性高,数目没有明显扩增,I和II亚族、III和IV亚族关系更近。CaHDZs具有组织表达差异性,协同调控了辣椒的生长发育。     

氨基寡糖素田间防治辣椒疫病及体外抑菌试验

研究了氨基寡糖素田间防治辣椒疫病和体外对辣椒疫霉(Phytophthoracapsici)的抑菌作用,为其在生产上的应用提供依据。田间喷雾使用氨基寡糖素对辣椒疫病有一定的防效,40mg/L氨基寡糖素对辣椒疫病的防效高达73.2%。采用生长速率法在马铃薯葡萄糖琼脂(PDA)上研究了氨基寡糖素体外对辣椒疫霉菌丝生长的影响,结果表明氨基寡糖素可以抑制辣椒疫霉的菌丝生长,有效中浓度EC50为100mg/L。在无菌水中氨基寡糖素可以抑制辣椒疫霉新生菌丝上孢子囊的形成以及静止孢的萌发,有效中浓度EC50分别为0.64mg/L和41.84mg/L。     

线辣椒叶面喷施沼液的效应

对线辣椒叶面喷施不同浓度沼液的结果表明,喷施沼液可使可溶性糖有不同程度的提高,以喷施沼液浓度75%的处理为最佳,达到了8.83%;辣椒素含量也显著高于对照;vC含量最高的达到了139.42 mg/100 g;农艺性状较对照有所改善,产量也有不同程度的提高,其中以喷施沼液浓度50%的处理产量最高,干重达到了4 796.40 kg/hm^2,较对照增产25.42%.可见,线辣椒叶面喷施沼液能有效改善其品质并提高产量.     

氮磷钾施用量与辣椒产量的相关性研究

采用三因素五水平正交旋转组合设计 ,用基质盆栽法 ,研究了氮、磷、钾施用量与辣椒产量的相关性 ,建立了相应回归方程。结果表明 :氮肥的施用与辣椒产量的形成呈显著正相关 ,磷、钾也有一定的影响 ,氮磷、氮钾之间的互作达到显著水平。氮磷钾均有利于辣椒果实的发育 ,促进单果重的形成 ,氮的作用最大 ,磷次之 ,钾最小 ,氮磷、氮钾之间的互作达到显著水平。经多元回归和频率分析方法得出无土栽培辣椒氮、磷、钾最优组合方案为氮 :35 2～ 388mg/L ;磷 :5 0～ 70mg/L ;钾 :337～ 4 5 7mg/L。     

陕西关中塿土区线辣椒对氮、磷、钾肥的肥效反应

在陕西省关中土娄 土区布置线辣椒缺素大田试验 ,研究线辣椒对氮、磷、钾肥的肥效反应。结果表明 ,氮肥和钾肥能明显促进线辣椒的营养生长和生殖生长 ,氮肥能使线辣椒果实维生素 C含量增加 2 0 6 mg/ kg,而钾肥不仅能使线辣椒果实维生素 C含量增加 1 37mg/ kg,而且可使果实硝态氮含量降低 1 0 .3m g/ kg;氮肥可使线辣椒增产 1 9.0 % ,钾肥能增产 1 0 .4 % ,磷肥对线辣椒营养生长和生殖生长、果实品质以及产量各方面的影响甚小     

基于不同策略构建辣椒核心种质的研究

核心种质的构建为作物种质资源的高效利用提供了便利条件。以420份辣椒(Capsicum annuum L.)种质为试材,采用混合线性模型分析方法无偏地预测11个数量性状的基因型值,利用马氏距离计算种质间的遗传距离,分别采用3种聚类方法(中间距离法、类平均法和离差平方和法)、3种抽样方法(随机抽样法、优先抽样法和偏离度抽样法),按照25%的抽样比率构建辣椒核心种质库,采用均值、方差、极差和变异系数4个指标评价不同方法构建核心种质库的优劣。结果表明,类平均法优于中间距离法和离差平方和法,偏离度抽样法优于随机抽样法和优先抽样法。基于马氏距离、类平均法、偏离度抽样法获取的105份辣椒核心种质资源能够代表原群体的遗传多样性,为辣椒种质资源的高效利用提供了重要的理论依据。     

外源NO供体SNP对辣椒种子萌发的影响

研究了不同浓度外源NO供体硝普钠(SNP)对辣椒种子发芽率、胚根与胚轴生长、膜脂过氧化产物MDA含量及抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性的影响.结果表明,低浓度SNP能提高辣椒种子的发芽率,促进辣椒胚根、胚轴生长,提高萌发幼苗SOD、POD、CAT酶的活性,降低MDA的含量.但较高浓度的SNP却降低辣椒种子的发芽率.削弱辣椒胚根、胚轴的生长,抑制萌发幼苗的SOD、CAT酶活性,使MDA舍量增加.     

辣椒过氧化物酶同工酶的研究

应用聚丙烯酰胺凝胶电泳研究了28份辣椒品种的过氧化物酶同工酶.不同品种在相同发育时期或相同品种在不同发育时期、不同器官的酶谱表型有明显差异;品种间以三叶期的幼苗酶谱较丰富,且差异较大,有11种表型.圆锥椒幼苗有7种表型,其它各类品种均仅有1种表型.采用系统聚类法可将其分成3类,并进行比较分析。     

辣椒几丁质酶类基因家族的全基因组鉴定和表达特征分析

几丁质酶（chitinase, EC 3.2.1.14）是一种降解几丁质的糖苷酶,在植物应对非生物和生物胁迫中起重要作用。本研究对辣椒几丁质酶类（Capsicum annuum chitinase-like, CaCTL）基因家族成员进行了全基因组注释、进化分析和基因表达模式分析。从最新的辣椒基因组数据库中鉴定出31个CaCTL成员。根据系统发育进化树将这些成员分为GH18和GH19亚家族,并进一步分为5个亚类（Ⅰ~Ⅴ类）。保守基序分析结果表明,每个亚类中的成员存在功能相关性。对辣椒、矮牵牛以及番茄的CTL基因家族成员同源性分析表明,在矮牵牛和番茄中分别有7个和11个辣椒CaCTL的同源基因。通过qRT-PCR分析发现,在正常环境生长的辣椒植株中,64.2%的GH18亚家族的CaCTL成员表达水平很低,有64.7%的GH19亚家族成员在不同组织中存在差异表达。顺式作用元件分析表明,CaCTL成员启动子区域存在许多激素反应以及生物和非生物应激相关元件。当植物遭受不同的非生物胁迫时,qRT-PCR结果显示,多数CaCTL成员表达上调。当植物遭受高温干旱条件时,多个CaCTL成员的表达上调明显。上述结果丰富了CTL基因家族进化的研究,为探索CaCTL成员的功能提供了数据基础。     

辣椒 CaTPS8 基因克隆与表达分析

海藻糖-6-磷酸合酶（Trehalose-6-phosphate synthase, TPS）在植物非生物胁迫响应中起着重要的调控作用。以辣椒品种‘强丰101’为材料,对 CaTPS8 基因进行克隆和表达分析。结果表明,该基因CDS的完整开放阅读框为2 553 bp,编码850个氨基酸。生物信息学分析发现,CaTPS8蛋白的分子质量为96 ku,理论等电点为5.65,不稳定系数为48.09,推测为不稳定蛋白。蛋白结构预测显示CaTPS8蛋白包含Glyco_transf_20和 GT20_TPS两个保守结构域,属于亲水性蛋白,没有跨膜结构和信号肽序列。二级、三级结构预测表明该蛋白的结构主要为α-螺旋和无规则卷曲。系统进化关系分析表明, CaTPS8蛋白与马铃薯和番茄的同源性最高,其相似度分别为87.78%和86.92%,与高粱的同源序列相似度最低,为64.76%。实时荧光定量PCR分析表明, CaTPS8 基因在辣椒花中表达量最高。同时, CaTPS8 基因的表达受到低温的诱导,在处理 3 h时相对表达量最高,约为对照的25倍。此外,IAA、ABA、SA、GA₃和MeJA处理能够抑制 CaTPS8 基因的表达。研究结果为进一步阐明 CaTPS8 基因响应辣椒非生物胁迫的分子机理奠定基础。