植物AP2/ERF转录因子及其在非生物胁迫应答中的作用

APETALA2/ethylene-response factor(AP2/ERF)类转录因子在植物中广泛存在,在调节植物生长发育及响应外界胁迫中发挥重要作用。鉴于此类调节蛋白的可塑性和该家族个体成员的特异性,AP2/ERF转录因子作为优异调控抗性基因在基因工程育种中日益受到重视。综述了AP2/ERF类转录因子的发现、结构特征、调控机理及非生物胁迫应答机理,以期为深入挖掘和研究AP2/ERF家族基因提供参考。     

簸箕柳R2R3-MYB转录因子家族全基因组分析

为研究簸箕柳中R2R3-MYB转录因子家族成员的分类和进化,以及在抗重力刺激中可能具有的功能,本研究使用全基因组鉴定策略和其它生物信息学手段对簸箕柳相关家族成员进行详细的分析.结果表明,在簸箕柳中共鉴定出158个R2R3-MYB蛋白,这些成员进一步被分为23个亚组.基因结构和基序组成分析表明,在同一亚组中的基因通常具有相似的内含子-外显子结构和相似的基序组成,进一步支持了系统发育分析的结果.通过共线性分析了SsMYB家族的进化,85对SsMYB基因被预测来自串联或者片段复制事件,这在SsMYB家族的扩展中起着重要作用.此外,本研究利用RNA-seq数据分析重力刺激下SsMYB基因的表达情况,筛选出20个潜在的MYB抗重力刺激蛋白.     

一类植物中特有的转录因子——AP2/EREBP转录因子家族

AP2/EREBP转录因子家族是一类在植物中特有的转录因子.该家族转录因子的共同特点是其DNA结合域为保守的AP2/EREBP结构域.根据所含保守结构域数目,该家族分为AP2和EREBP两个亚族.AP2亚族转录因子与调控植物生长发育有关,EREBP亚族转录因子应答植物非生物逆境胁迫.本文就AP2/EREBP类转录因子的结构特征、功能、与靶元件的作用模式、对基因的调控表达以及最新研究进展做全面性的综述.     

珙桐AP2/ERF家族相关基因的克隆及功能鉴定

为探究AP2/ERF类转录因子在珙桐开花调控及花器官发育中的作用,本研究通过从实验室珙桐不同发育时期苞片和叶片的转录组数据中筛选出调控珙桐苞片发育相关AP2/ERF家族基因DiAP2-1、DiDREB-1和DiRAV-1,经过生物信息学分析、基因克隆及功能鉴定初步研究了目的基因在珙桐苞片发育过程中的调控机制.亚细胞定位实验显示DiAP2-1主要定位于细胞质,DiDREB-1和DiRAV-1主要定位于细胞核.对目的基因在珙桐中的表达模式分析发现DiAP2-1和DiRAV-1在苞片发育过程中表达量逐渐降低,DiDREB-1只在苞片第三时期高表达,推测DiDREB-1、DiRAV-1属于A类基因,DiAP2-1属于B类基因.表型实验显示DiDREB-1和DiRAV-1转基因拟南芥株系较野生型表现为明显的早花,DiAP2-1同源基因对应的拟南芥突变体与同一时期野生型拟南芥对比表现为花瓣减少且萼片大,角果呈短粗状且败育.对关键开花调控基因表达模式分析发现DiDREB-1和DiRAV-1异源表达后使其他促花因子表达量上调进而使拟南芥花期提前.以上结果表明,AP2/ERF类转录因子DiAP2-1、D...     

苦荞蛋白磷酸酶2C家族的鉴定及表达分析

为了研究苦荞蛋白磷酸酶2C(PP2C)家族的成员和分类,及后续探究其在苦荞生长发育中的功能,本文利用生物信息学方法对苦荞PP2C家族进行鉴定、分类,并对其基因结构、保守基序、分子进化等进行分析.结果表明,苦荞PP2C家族有81个成员,划分为A-K的11个亚族,并且在同亚族中序列特征相似,而不同亚族间序列特征有一定差异;苦荞PP2C家族有14次基因重复事件.此外,qRT-PCR分析结果表明其A亚族基因在苦荞根、茎、叶、花、果中均有表达,除FtPP2C44外的8个基因在苦荞花、果中表达量较高;在苦荞幼苗中,除FtPP2C08外的8个基因均受ABA诱导表达量上调.上述结果揭示了苦荞PP2C家族的成员组成、序列特征、扩增和其A亚族基因的组织表达模式及受ABA诱导表达情况.     

簸箕柳SPL基因家族分析

【目的】确定SPL基因家族在不同物种之间的选择性保留和丢失情况,为后续研究被子植物花发育提供参考。【方法】通过在拟南芥(Arabidopsis thaliana)、毛果杨(Populus trichocarpa)、簸箕柳(Salix suchowensis)、葡萄(Vitis vinifera)、番木瓜(Carica papaya)、水稻(Oryza sativa)6种被子植物基因组中查找SPL结构域,寻找6个物种的SPL同源序列。对所找到的SPL序列进行BLASTN比对鉴定同源基因类型。使用自编Perl脚本结合KaKs_Calculator计算SPL同源基因的非同义突变(K_a)以及同义突变(K_s)值,采用共线性分析确定该基因家族的复制和扩张方式。【结果】在6种被子植物基因组中,共发现120个SPL基因。根据种内和种间旁系同源、直系同源基因以及这些同源基因选择压的计算显示:杨柳科SPL同源基因最多,共有旁系同源基因24对,直系同源基因50对; 番木瓜没有旁系同源基因。6个物种中,木本植物比草本植物直系同源基因更多,双子叶植物比单子叶植物直系同源基因更多; 所有旁系同源和直系同源基因的K_a/K_s值均小于1。系统发育树的分析结果与基因同源性分析基本吻合,证明了这两种分析方法具有较高的可靠性。此次研究选取了簸箕柳同一植株上开花和不开花的枝条进行了转录组测序分析,差异表达分析发现了1个SPL基因(willow_GLEAN_10025160)在两种枝条的转录组中表达差异显著(P≤0.01),其在开花枝条中的表达量显著高于未开花枝条,该基因被选为SPL基因家族中参与簸箕柳开花调控的候选基因。【结论】通过对6个物种SPL基因家族的分析,发现6个物种中所有直系同源和旁系同源基因都经历了纯化选择(K_a/K_s<1),基因功能保守。这6个物种除了经历过全基因组复制事件,还发生过大规模的基因丢失或者通过其他方式产生的基因扩张,阐明了它们在进化历史上的复制事件及SPL基因在不同物种中的选择性保留与丢失情况,为进一步研究其在调控簸箕柳开花中的作用提供了有力证据。     

十字花科部分蔬菜HRD基因的克隆与生物信息学分析

根据NCBI上得到的拟南芥HRD基因序列,利用同源序列克隆的方法,设计引物,从12种十字花科蔬菜中克隆出其核酸序列,并进行生物信息学分析,旨在验证克隆出的序列与拟南芥HRD基因是否具有同源性.对这些得到的核酸序列从DNA序列、氨基酸序列的相似性、亲/疏水性、2级结构、功能域、3级结构、同源进化树等进行了预测和较为全面的分析.结果显示经PCR扩增,都得到了大小与拟南芥HRD基因基本一致的序列,长度在555bp左右.其基因序列、氨基酸序列比对同源性分别达到93.14%和89.74%;亲/疏水性分析表明该基因编码的蛋白为亲水性蛋白;推导的氨基酸序列中均存在AP2功能结构域,属于十字花科AP2/ERF类家族转录因子基因;同源进化树分析表明它们具有很高的同源性,说明所克隆的序列与拟南芥HRD基因由同一个基因进化而来,是十字花科植物中的保守基因.     

植物中的DREB类转录因子

DREB转录因子属于AP2/EREBP转录因子家族.AP2/EREBP转录因子是特异存在于植物中,与植物发育密切相关的一类转录因子的总称.该家族有五个亚家族,其家族成员的蛋白质序列均含有保守的AP2 domain.其中,DREB转录因子特异地与DRE顺式作用元件相结合,在调节低温,干旱和高盐等胁迫反应时具有重要作用.一个DREB转录因子可以调控下游的多个抗逆基因,从而使植物产生抗逆性.植物抗逆反应是一个非常复杂的过程,目前人们对其信号转导正在进行进一步的探究.     

玉米1,3,4-三磷酸肌醇5/6 激酶ITPK家族基因的鉴定和分析

 1,3,4-三磷酸肌醇5/6-激酶(ITPK)是一种在动物、植物、线虫中都比较保守的多功能酶, 在生物信号传导及生长发育中起重要作用。为了充分研究玉米中ITPK 家族基因系统分析、全生育期基因表达模式及逆境胁迫表达模式, 利用玉米基因组数据库, 通过生物信息学手段, 鉴定玉米ITPK 家族基因的全序列、定位和编码蛋白, 通过序列比对进行进化和分类分析。利用玉米高通量芯片表达数据进行组织表达差异性、干旱胁迫和病害胁迫表达谱分析。结果表明, 玉米基因组中含有6 个ITPK 家族基因, 分布于玉米的4 条染色体上。MEME 保守结构域分析显示, ZmITPK1-5 均含有3 个保守的ATP-grasp-4 结构域, ZmITPK6 含有两个ATP-grasp-4 保守结构域。进化树分析表明ZmITPK 可分为3 个亚家族。各个发育阶段中, 多数成员在生殖器官或营养器官中均有较高的表达量, 只有ZmITPK1 在所有器官中表达量都不高。ZmITPK2 和ZmITPK3 基因受干旱胁迫处理诱导不同程度上调表达。而在生物胁迫条件下均无显著上调或下调表达。     

水稻全基因组磷脂酶家族蛋白筛选及其生物信息学分析

利用已鉴定磷脂酶基因同源筛选的方法对水稻全基因组范围的磷脂酶基因进行鉴定与筛选,有助于研究其家族基因的各种功能.通过对水稻全基因组进行分析,筛选鉴定磷脂酶家族成员,并对编码蛋白的跨膜区、等电点、分子量等理化性质以及进化、基因组定位、表达特征进行生物信息分析.结果表明：水稻磷脂酶家族基因分为3个亚组,亚组内基因表现出明显相似的结构及进化特征,且磷脂酶家族基因编码蛋白具有相同的3个保守基序,染色体上的磷脂酶家族基因表现出了明显的不均衡性,磷脂酶家族大部分基因表达量偏低,部分表现出了组织表达偏好性,少部分基因在水稻各个组织或生育阶段表达量比较高,可能同水稻发育相关.     

拟南芥AtERF1蛋白的原核可溶性表达及多克隆抗体的制备

转录因子AtERF1属于ERF/AP2家族的B3亚家族,参与植物的防卫反应.根据密码子简并原理,用基因全合成的方法合成了满足大肠杆菌密码子嗜好的编码拟南芥AtERF1蛋白的碱基序列,并将其克隆到原核表达载体pET-29b.将表达载体AtERF1-pET-29b转入大肠杆菌BL21(DE3),用IPTG成功诱导表达了分子量约30kD的AtERF1蛋白,该蛋白主要以可溶性蛋白的形式存在.以该蛋白为抗原免疫家兔,制备出的多克隆抗体经免疫双扩散测定效价达1∶16,Western blot检测表明该抗血清与AtERF1蛋白识别良好.AtERF1抗体的制备为进一步从生化水平上研究AtERF1的功能奠定了良好基础.     

柳树NAC基因的克隆与表达模式分析

【目的】研究柳树重要抗逆转录因子基因家族,为揭示柳树抗逆分子机制提供理论依据。【方法】以‘苏柳2345’的转录组测序数据为基础,克隆了柳树NAC家族,并分析其序列结构、组织表达特异性以及不同胁迫条件下的表达模式。【结果】克隆的两个柳树NAC转录因子基因分别命名为SlNAC1和SlNAC2。生物信息学分析表明:SlNAC1序列全长为1 126 bp,编码产物含343个氨基酸残基,为稳定的亲水蛋白,定位于细胞核;SlNAC2序列全长为1 139 bp,编码产物含291个氨基酸残基,为稳定的亲水蛋白,定位于叶绿体。两个基因均具有典型的NAM结构域及A、B、C、D、E 5个亚结构域,还包括共同的LPPG、YPNG 和DEE保守基序及NAC抑制结构域。系统进化树分析显示, SlNAC1基因与木薯亲缘关系最近,SlNAC2基因与茄子亲缘关系最近。定量PCR结果显示SlNAC1和SlNAC2均在叶片表达,根中没有表达,为叶片特异性转录因子。定量PCR结果显示SlNAC1基因在脱落酸(ABA)和赤霉素(GA)处理24 h后显著上调,SlNAC2基因在聚乙二醇(PEG)、ABA和GA胁迫后显著上调。【结论】柳树SlNAC1基因在非生物胁迫下表达较为稳定,受ABA和GA胁迫诱导;SlNAC2受干旱、ABA和GA胁迫诱导,受影响明显高于SlNAC1,不受乙烯剂(ETH)胁迫影响。推测SlNAC1和SlNAC2参与GA、ABA信号传导,可能不参与ETH的信号途径。     

Isolation of cDNAs Enconding Two Distinct Transcription Factors Binding to DRE cis-acting Element Involved in Cold- and drought-induced Expression of Arabidopsis rd29A Gene

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＳｅｖｅｒｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｈａｎｇｅｓ ,ｓｕｃｈａｓｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ,ｄｒｏｕｇｈｔａｎｄｈｉｇｈ ｓａｌｔ ,ａｆｆｅｃｔｔｈｅｇｒｏｗｔｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ ｐｌａｎｔｓａｎｄｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｃｒｏｐｓ .Ｐｌａｎｔｃｅｌｌｃａｎｎｏｔｏｂｔａｉｎｗａｔｅｒｗｈｅｎｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｄｒｏｕｇｈｔｏｒｈｉｇｈ ｓａｌｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎ .Ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｌｓｏｒｅｄｕｃｅｓｗａｔｅｒｓｔａｔｅｏｆ …     

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。