葫芦fw3.2基因的克隆及表达差异分析

作为调控果实重量的主效QTLs(quantitative trait loci)之一,fw3.2可以通过促进细胞分裂影响果实大小.尽管fw3.2基因已在多种植物中被识别和分离,但在葫芦中的研究却未见报道.本研究首次对葫芦(Lagenaria siceraria)的fw3.2进行克隆和测序,该基因全长1980bp,由2个外显子和1个内含子组成,编码534个氨基酸.同时,在果实大小不同的两个葫芦变种之间fw3.2基因编码区完全一致.系统发育和同源比对分析显示,该基因属于CYP78A5基因家族,与甜瓜和黄瓜中同源基因的序列一致度可高达92%,在葫芦科中高度保守.此外,该基因在2个葫芦变种的叶、花和果实中均有表达,且在果实增长初期,小葫芦中表达强于大葫芦.这种表达态势可能和两种葫芦的细胞分裂高峰期不同有关.本研究为进一步揭示葫芦果型变异的分子机制提供了必要的科学依据.     

禾本科植物中调控产率基因GS5的进化

GS5作为正调控水稻粒径大小的基因,对于水稻的产率调控具有十分重要的作用,然而关于GS5基因家族的进化还不是很清楚.通过对水稻中的GS5基因和水稻、高粱、玉米、二叶短柄草、谷子的全基因组序列分别进行比较分析,发现在五个禾本科植物中均有调控粒径大小的基因存在;共线性分析揭示基因倍增有利于GS5基因家族的扩增;另外,系统发育分析表明其家族中有些基因的进化速率明显较快,这将使得一些基因会较快变异为新的基因序列.     

植物中miR160/miR167/miR390家族及其靶基因研究进展

microRNA(miRNA)是真核生物中广泛存在的一类长21～23个核苷酸的非编码RNA分子,通过与靶基因mRNA的特异结合调节基因转录后表达,在调控细胞周期、生物体发育时序等方面起重要作用。miR160、miR167和miR390 3个miRNAs家族均为靶向ARF(Auxin Response Factor)基因家族,预示着它们在行使调控功能的过程中既有相似性又有特异性。笔者详细阐述了miR160/miR167/miR390在植物发育过程中的调控作用及与其靶基因之间的相互调控关系,发现miR160/miR167/miR390均在植物生长发育过程中发挥重要的作用,但miR160则侧重于调控胚胎和根的发育,miR167侧重于调控植物花和果实的发育,而miR390则对植物横向器官的发育具有调控作用,并且,miR160/miR167/miR390与其靶基因之间存在反馈调节作用。     

榛子SBP基因家族鉴定及其系统进化和表达分析

SBP蛋白是植物所特有的一类转录因子,并广泛存在于植物中.研究发现,该基因家族成员参与响应包括植物生长、发育和抗逆等生物学过程,其功能研究具有重要意义.榛子是一种主要以果实为产品的重要经济林木,且该物种SBP基因家族的研究也未见报道.本研究以生物信息学手段为基础,结合转录组数据,从中筛选得到10个榛子SBP-like基因(SPL基因),并对其编码蛋白理化性质、保守区域和模体进行预测和分析,进而对基因家族进化关系和花发育不同时期表达水平进行了分析.结果表明:榛子的10个SPL基因可以分为5个大组群;均含有该基因家族所特有的C3H和C2CH结构域以及一个核定位信号;同时,基于花发育不同时期的转录组数据分析,部分成员在不同时期表达水平存在显著差异,预示该基因可能与花果发育有关.该研究将有助于榛子SPL基因参与其花果发育分子调控机制的深入研究.     

水蕨(Ceratopteris thalictroides)两条MADS-box基因的克隆与分析

MADS-box转录因子,作为一个大的基因家族,在植物生长发育过程中起重要作用,尤其是作为开花植物花器官形成的主要调控者.该基因家族在揭示进化方面也有着重大意义.为了探究MADS-box基因的进化,需要更多的非开花植物中MADS-box基因的信息.选取水蕨(Ceratopteris thalictroides)作为材料,用RACE方法对其MADS-box基因进行克隆与分析.在水蕨中克隆得到两条MADS-box基因,分别命名为CtMADS1和CtMADS2.分析显示:CtMADS1属于MIKC*分支,而CtMADS2属于MIKCc分支,水蕨的这2条MADS-box基因与开花植物的MADS-box基因有着很近的亲缘关系,现在维管植物最近的共同祖先中至少存在2条不同的花同源异形基因,即MADS-box基因.     

蝴蝶兰PhAP3基因的表达特性研究

为了探索蝴蝶兰中MADS盒基因在花发育过程中对花器官发育的调控机制,目前从蝴蝶兰中克隆出一个MADS盒基因家族B族基因PhAP3,并对其进行了序列分析和基因表达研究.聚类分析结果表明PhAP3是拟南芥AP3基因的同源基因,但基因表达分析表明PhAP3可以在植物的营养器官和生殖器官中均有表达,这与典型的AP3类基因有所不同.     

拟南芥、水稻和杨树ACTIN家族全基因组分析

鉴定了覆盖拟南芥、水稻和杨树3种模式植物全基因组的20个拟南芥、18个水稻、22个杨树ACTIN蛋白基因,对其染色体定位、基因结构、基因复制等进行了综合分析.并在系统进化分析基础上,将ACTIN基因家族分为12个亚家族,有助于揭示植物ACTIN基因家族的进化历史,为后续ACTIN基因家族的功能提供线索,对研究植物ACTIN基因家族功能和进化上的多样性提供理论基础.     

水稻DUF642家族基因的鉴定及在非生物逆境中的表达分析

DUF(domain of unknown function)家族,是指含有未知功能域的蛋白质家族,在植物生命活动中发挥着重要的调控作用. DUF642是其中一个高度保守的植物特异性的未知细胞壁相关蛋白家族,参与调控植物的生长发育以及逆境响应.在水稻全基因组内对DUF642家族成员进行了鉴定,并对其染色体定位、进化关系、基因结构、蛋白结构和启动子顺式作用元件等进行了系统的分析.结果显示,水稻DUF642基因家族有6个成员,分布在1号、3号、4号、7号染色体上.系统发育进化树分析可将6个水稻DUF642蛋白分为3个亚组,基因结构和蛋白结构保守基序分析都表明水稻DUF642家族成员在进化上具有较高的保守性.启动子顺式作用元件预测以及非生物逆境诱导表达模式分析表明,OsDUF642家族基因在水稻响应非生物逆境胁迫中具有重要作用.以上结果加深了对植物DUF642基因家族的认识,并为进一步阐明OsDUF642基因家族成员在水稻抵御非生物逆境中的生物学功能提供了参考依据.     

苦荞CCT基因家族生物信息学及表达分析

CCT转录因子在调控植物花期、生长发育及抗非生物胁迫等方面发挥着重要的功能。本研究以拟南芥AtCCT基因家族为参考序列,利用本地BLAST并结合保守结构域等生物信息学工具,筛选出苦荞FtCCT基因家族成员,并对其理化性质、染色体分布、基因结构、系统进化及表达水平进行分析。结果显示:从苦荞中共鉴定出35个FtCCT基因,含1-8个内含子;编码蛋白有117-753个氨基酸残基,等电点为4.96-9.51,均为亲水性蛋白。染色体定位分析表明,这些基因在8条染色体上均有分布。苦荞FtCCT基因家族含有10个保守基序和5个保守结构域,且都含有CCT保守结构域。系统进化分析表明,苦荞的FtCCT基因家族与拟南芥一样可分为3个亚家族,其中CMF亚家族的成员最多。35个FtCCT基因在苦荞根、茎、叶和花中的表达水平具有差异性,在叶和花中具有高表达量的成员较多,只有少数的成员在根和茎中高表达。本研究为进一步解析CCT基因调控苦荞花期及生长发育奠定基础。     

SPL转录因子调控植物花发育及其分子机制研究进展

SPL(squamosa promoter-binding protein-like)转录因子是植物所特有的一类基因家族,广泛存在于绿色植物中,在植物生长发育中具有重要作用。花发育是植物生殖发育中最为重要的一个过程,涉及不同发育方式的转变,即开花决定、花的发端和花器官发生与发育。简要综述了SPL基因的结构与功能并着重阐述了SPL基因在植物花发育过程中的分子机制及生物学功能。最后总结出: SPL转录因子可直接或间接通过参与光周期途径,赤霉素途径及年龄途径来调控植物的开花时间; SPL基因可通过直接激活下游花分生组织特异基因,如LEAFY(LFY),从而调控植物的成花转变; SPL基因可通过与下游花器官特征基因相互作用来调控花器官及其育性的发育,如调控花序、花柄的长度与外形及花器官的大小; SPL基因可调控植物大小孢子发生及雌雄配子体发育。据拟南芥的相关研究结果,初步构绘出拟南芥开花调控中的分子机制。     

藜麦CqNHX基因家族鉴定及表达模式分析

NHX基因亚家族在植物响应盐胁迫的过程中起到重要作用.本研究对藜麦CqNHX基因家族进行系统分析,结果表明:藜麦基因组中存在10个CqNHX基因家族成员,基于系统发育进化树被分为3组,每组的基因结构及功能相似;部分CqNHX基因的表达具有明显的组织特异性,且部分基因受到干旱和高温胁迫的调控.     

马铃薯薯形基因StOFP20的克隆

OFP(Ovate Family Protein)基因家族包含有众多基因,其中番茄中的SlOFP20调控番茄果实形状,马铃薯中的同源基因StOFP20调控块茎形状,但StOFP20的编码序列并不清楚.利用薯形分离的二倍体马铃薯自交群体,精细定位并克隆了StOFP20.StOFP20基因全长为1 041 bp,在圆形薯块中能够扩增出来,在椭圆形薯块中缺失.     

类胡萝卜素介导的植物花色调控机制研究进展

花色是一种重要的花性状,对于有花植物的观赏园艺、生殖生态以及物种演化均具有非常关键的作用。有花植物花着色的关键决定因素是花色素的合成和沉积。类胡萝卜素作为一类重要的天然色素,不仅具有营养和药理特性,同时还是许多有花植物花着色的呈色色素。笔者对植物中的类胡萝卜素代谢途径及相关基因进行了梳理,并着重总结了类胡萝卜素代谢基因的表达及其转录调控对植物花着色的影响。当前,已知花中类胡萝卜素代谢基因的表达与类胡萝卜素积累及花着色紧密相关,但是关于这些基因在花中的转录调控机制研究还处于起步阶段。植物的花器官似乎采取了与叶、果实等其他器官完全不同的策略来精细调控类胡萝卜素的生物合成与积累,并且不同植物间尚未发现共通之处。笔者基于目前的研究进展,对未来类胡萝卜素介导的花着色调控机制研究进行了展望,认为随着高通量组学技术和现代分子生物学技术的迅猛发展,可尝试结合基因组、转录组、代谢组及最新的单细胞组学和空间组学等多组学技术和遗传转化及以CRISPR/Cas9为代表的基因组编辑技术,构建多种植物花着色过程中类胡萝卜素代谢的特异性分子调控网络,以期为进一步研究类胡萝卜素介导的花色变异与演化及花色育种提供有益参考。     

黑莓果实发育过程中蔗糖磷酸合成酶基因的表达分析

【目的】蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase, SPS)是调控植物蔗糖代谢合成的关键酶,在植物光合产物的积累与分配方面有重要作用。本研究旨在探讨黑莓3个SPS基因的系统发育关系、编码的蛋白特性、在不同发育时期、不同组织中的时空表达特性,并分析其与黑莓发育的关系。【方法】以黑莓栽培品种‘宝森’(‘Boysenberry’)为试材,从中克隆和鉴定了3个 SPS 基因家族成员,利用生物信息学和荧光定量聚合酶链式反应(qRT-PCR)等方法对3个黑莓SPS 基因RuSPS1、RuSPS2和RuSPS3的氨基酸序列、保守作用元件、编码的蛋白特性、蛋白结构及进化关系进行分析,并对这3个基因在黑莓中的时空表达情况与酶活性进行了相关性分析。【结果】多重氨基酸序列比对显示,黑莓SPS蛋白具有植物SPS家族特有的2个保守蛋白结构域及2个相对保守的蛋白磷酸位点;系统进化分析表明,RuSPS基因分为A、B两个亚族,其中RuSPS1和RuSPS3为A亚族成员,RuSPS2为B亚族成员;保守作用元件分析表明, 除RuSPS2含基本的蛋白保守元件外, RuSPS1和RuSPS3都存在不同程度的片段缺失;序列分析和比较揭示了黑莓SPS基因与其他家族的不同特征。qRT-PCR分析显示,3个RuSPS基因在黑莓各个组织器官中均有表达,其中RuSPS1在叶片和果实中表达量较高,在花中的表达量较低;RuSPS2在发育成熟的果实中有大量的表达,在其他器官中表达量较低;RuSPS3在各器官中的表达均较高,说明 SPS基因表达具有明显的组织特异性,3个RuSPS基因都随着果实发育进程在果实和叶片中表现了表达增加的趋势。果实和叶片中SPS酶活性的变化与RuSPS基因表达水平一致。相关分析表明,叶片中SPS活性与RuSPS2显著正相关(P<0.05),果实中SPS活性与RuSPS1显著负相关(P<0.05)。【结论】3个RuSPS基因与黑莓果实发育过程中的蔗糖合成与代谢关系密切,均参与了黑莓的生长发育调控,其中叶片中SPS活性的变化一定程度上是由RuSPS2调控,果实中SPS活性的变化则是由RuSPS1调控。     

细胞凋亡的基因调控研究进展

细胞凋亡的调控是细胞生理死亡和肿瘤等疾病发生的重要机制。分别对线虫和哺乳类动物细胞凋亡的基因调控研究进展进行了综述 ,阐述了bcl 2基因家族、c myc基因、p5 3基因、白细胞介素Ⅰβ转化酶基因家族、Fas/FasL基因对细胞凋亡的调控作用。     

密码子优化的纳豆激酶基因在番茄果实中的瞬时表达

根据植物偏爱密码子设计并人工合成了纳豆激酶基因sNK,在其中插入番茄内含子构成sNKi基因.将这两种基因通过农杆菌渗透法在不同成熟时期的番茄果实中实现了瞬时表达.通过实时荧光定量PCR法(RT-qPCR)比较两种基因在番茄果实中转录水平的表达量,通过纤维蛋白平板法检测两种基因表达产物的纤溶酶活性.结果表明,两种基因在番茄果实的转色期、成熟期和完熟期均有表达,其中成熟期表达量最高,破色期基本无表达.果实特异性E8启动子调控下的纳豆激酶基因的表达量较组成型35S启动子调控下的该基因表达量明显提高.插入内含子的sNKi基因的表达量高于没有内含子的sNK基因,表明内含子在提高纳豆激酶的表达量方面具有显著的作用.     

大豆MAPK基因家族的计算识别和系统发育研究

利用隐马尔科夫模型算法对大豆基因组中MAPK基因家族进行了计算识别,明确了大豆中MAPK基因家族的成员数量、分布,基因结构以及分子进化关系等方面的信息.结果表明:大豆MAPK基因家族的成员有19个,保守区分析结果表明这些大豆的MAPK基因中有6个成员含有TEY模式,13个成员含有TDY模式.分子进化分析结果表明这些大豆的MAPK基因只分布于ABD三个组中,其中A组有2个基因,B组有4个基因,D组有13个基因.由于基因的进化关系往往预示着基因功能之间的关系,所以对大豆MAPK基因家族进化上的研究有利于对该基因家族功能上的进一步的全面解析.     

选择性氧化酶基因及其表达的研究进展

综述了选择性氧化酶基因及其表达的研究进展，内容包括一些植物中的Aox多基因家族，以及植物的不同发育阶段、细胞色素途径和ROS对这些基因表达的影响。     

猕猴桃AsA生物合成途径及调控机制研究进展

抗坏血酸(AsA)在植物生长发育及果实品质形成方面扮演重要角色,对人体健康也具有重要作用.猕猴桃果实中富含AsA,是研究植物AsA代谢与调控的宝贵材料.目前对于AsA生物合成已经有一定的了解,植物中公认的AsA生物合成途径有4种,其中对主要合成途径L-半乳糖途径研究比较透彻,其他3条途径仍有未证实的酶反应和相关基因,AsA代谢及调控机理也有待深入研究.综合国内外AsA研究现状,主要从猕猴桃中AsA积累的差异、AsA的生物合成及其相关基因与调控酶进行阐述,以期为今后通过植物生物合成途径提高AsA含量提供理论依据,为猕猴桃种质创新与品种改良奠定基础.     

杨树GABA支路3个基因家族的鉴定和表达分析

【目的】 γ-氨基丁酸(GABA)与植物的生长发育有着密切的联系。结合前期对GABA抑制杨树不定根发育的研究,对GABA支路基因家族的特征和表达模式进行研究,为进一步解释其在不定根发育中的作用奠定基础。【方法】从银白杨(Populus alba)×P. glandulosa ‘84K’(‘84K’杨)基因组中鉴定出GABA支路的PopGAD、PopGABA-T和PopSSADH 3个基因家族成员,并利用生物信息学方法分析其特征,以及与其他物种相关基因家族的亲缘关系;利用qRT-PCR研究外源GABA及其降解抑制剂vigabatrin(VGB)对各基因表达的影响。【结果】①PopGAD、PopGABA-T和PopSSADH 3个基因家族成员数量依次为6、2和2个,启动子序列中主要包含与光、激素和环境等响应相关元件。②系统进化分析表明,PopGAD家族中PopGAD6与家族其他成员亲缘关系较远;PopGABA-T和PopSSADH家族中的两个基因成员亲缘关系较近。③基因表达分析表明,不定根生长过程中GABA支路基因总体上在根中表达量高于茎和叶。外源GABA或VGB处理对PopGAD和PopGABA-T两个基因家族成员在根、茎和叶中的表达量影响程度不同,但对 PopSSADH基因家族的表达则无明显影响。【结论】 GABA支路3个基因家族在‘84K’杨树响应光、激素和环境胁迫等方面具有重要作用。外源GABA和VGB处理对PopGAD和PopGABA-T家族成员的影响较大,并且均在根中表达量最高,表明这两个基因家族在不定根生长过程中发挥着重要调控功能。这为深入解析GABA在树木不定根发生中的作用机制奠定了基础。