茶树NAC基因的鉴定及其在逆境反应中的表达调控分析

利用隐马可夫模型检索和同源比对的方法,从茶树基因组鉴定出108个NAC成员(CsNAC).理化特征、进化关系、基因结构和保守基序分析表明,CsNAC蛋白长度在134～1950个氨基酸之间,分子量介于15.4～222kD,等电点介于4.60～9.91,大部分为亲水性蛋白(除CsNAC97).其中,CsNAC3、8、14、23、32、74、82、90、106蛋白含跨膜结构域.进化分析将CsNAC家族分为18个亚类,ONAC022和NAP亚类成员最多,AtNAC3和OsNAC8亚类成员最少.CsNAC基因启动子区富含响应干旱、低温、盐胁迫以及病原菌侵染的序列元件.据转录组数据分析结果,CsNAC基因家族成员在不同组织和胁迫处理后呈现显著的表达差异.低温和干旱胁迫下的CsNAC共表达网络中,ABA参与调控其关键基因的表达;KEGG分析显示,信号传递、糖代谢、植物与病原菌互作等途径存在显著富集.     

菠菜抗坏血酸过氧化物酶基因家族的鉴定及表达分析

利用生物信息学分析方法,在菠菜全基因组中鉴定出了菠菜(Spinacia oleracea)抗坏血酸过氧化物酶(APX)家族成员,并对其理化性质、亚细胞定位、基因结构、保守基序、同源关系及基因表达进行了分析,发现菠菜中存在7个SoAPXs(SoAPX1～7)基因,并通过进化树分析将菠菜APX家族分为4类.基因结构分析发现该家族基因由5～9个外显子构成.亚细胞定位预测表明大部分菠菜APX蛋白定位在细胞质.实时荧光定量聚合酶链式反应(qRT-PCR)结果表明:SoAPXs在各个组织器官中呈组成型表达,其中SoAPX1和SoAPX3的组织表达模式相似,SoAPX4和SoAPX5相似,SoAPX2在新叶中表达最高,SoAPX7在雄花中表达最高.对经胁迫处理后的样品进行表达分析发现,低温胁迫与氧化胁迫对SoAPXs的表达均有诱导作用,盐胁迫与干旱胁迫也刺激了大部分SoAPXs的表达.这些结果表明:SoAPXs可能在菠菜的抗盐、耐寒、抗旱以及抗氧化过程中起作用,为后续深入鉴定APX家族成员的功能提供参考.     

桃树PpADC基因克隆及逆境胁迫表达分析

多胺广泛参与植物生长、发育等生理生化进程和植物逆境应答反应,精氨酸脱羧酶(ADC)是植物多胺生物合成途径中的关键酶.为研究桃树ADC基因的结构和逆境胁迫转录表达情况,试验利用同源序列法克隆桃树PpADC基因,对基因序列、编码蛋白结构等进行生物信息学分析,应用qRT-PCR检测基因PpADC在不同逆境胁迫过程中的转录表达量.结果表明,桃树PpADC基因含有一个2 178 bp的开放阅读框,编码725个氨基酸,基因序列中不含有内含子结构;该基因编码蛋白与白梨精氨酸脱羧酶相似值高达90.14%,系统进化树分析表明PpADC基因与白梨、苹果和湖北海棠等蔷薇科果树ADC基因亲缘关系较近;低温、脱水、盐和乙烯处理能不同程度上调PpADC基因的转录表达水平,表明该基因在桃树应答逆境胁迫过程中发挥重要作用.     

菠菜乙醇酸氧化酶基因家族的鉴定及表达分析

在菠菜全基因组中鉴定了菠菜(Spinacia oleracea L.)乙醇酸氧化酶(GLO)家族成员,并对其理化性质、亚细胞定位、基因结构、保守基序、同源关系及基因表达进行了分析,发现菠菜中存在5个SoGLOs蛋白,通过进化树分析,菠菜GLO蛋白与甜菜GLO蛋白亲缘关系较近.通过基因结构分析发现该家族基因由9～11个外显子构成.实时荧光定量聚合酶链式反应(qRT-PCR)结果表明:硝态氮仅能短期诱导SoGLOs的表达,而铵态氮可以持续抑制SoGLOs的表达,从而影响菠菜草酸的含量.在胁迫处理后,SoGLOs的表达均有明显变化,SoGLO1,SoGLO3和SoGLO5对盐胁迫的响应最明显,SoGLOs可能在菠菜的抗盐、耐高温、耐寒、抗旱以及抗氧化过程中起作用.植物激素的喷施普遍使SoGLOs的表达在短时间内增加,这可能引起菠菜体内草酸的快速积累.     

拟南芥PAL基因家族鉴定及表达模式分析

为研究苯丙氨酸解氨酶（PAL）作为苯丙烷类代谢途径的关键酶,在植物响应环境胁迫过程中的重要作用,本研究利用HMMER、Pfam与SMART等工具,从拟南芥全基因组中筛选获得 9 个PAL成员,分析其编码酶蛋白的理化性质、二级结构与保守基序等信息.同时,结合转录组与定量PCR分析PAL成员在干旱与盐胁迫条件下的表达模式.结果表明,拟南芥PAL成员的二级结构主要由α-螺旋和无规则卷曲组成;亮氨酸和丙氨酸为含量较高的氨基酸残基;拟南芥PAL成员含有 20 种不同的保守基序,其中motif6含有ASG活性位点,为所有PAL成员所共有;较多PAL成员具有光响应、激素响应、胁迫响应和生长发育相关的顺式调控元件.转录组学与定量PCR分析发现,AT3G53260.1、AT3G53260.2与AT3G47660.1的mRNA表达水平在干旱与盐胁迫后发生显著变化,推测这 3 条基因可能参与拟南芥对干旱及盐胁迫的响应过程,表明PAL基因在调控植物生长发育与非生物胁迫响应过程中发挥重要作用.     

欧美杨PdMODD基因克隆与表达特性分析

【目的】研究杨树重要胁迫响应新基因,为揭示杨树抗逆分子机制、培育优良抗逆杨树新品种提供理论依据。【方法】基于水稻MODD氨基酸序列,通过BLAST在美洲黑杨基因组中筛选得到3条基因(Podel.08G114100、Podel.10G158900和Podel.17G098500),并以其序列为参考,以‘渤丰3号’杨cDNA为模板克隆得到3条基因(PdMODD1、PdMODD2和PdMODD3)。利用生物信息学分析PdMODD蛋白的结构特征及与其同源蛋白的亲缘关系。通过基因枪轰击法分析PdMODD基因亚细胞定位。采用实时荧光定量(qRT-PCR)技术,分析PdMODD基因组织特异性和不同胁迫条件下的的表达模式。【结果】PdMODD1~3基因的开放阅读框(ORF)全长分别为1 065、1 065和1 074 bp,编码354、354和357个氨基酸,均为不稳定的亲水性蛋白。PdMODD基因均为NINJA家族成员,含有3个保守结构域,其中一个为转录抑制基序EAR。系统进化树分析显示,PdMODD1蛋白与毛果杨PtAFP2亲缘性较高并与拟南芥AtAFP1和木薯MeAFP2位于同一个分支;PdMODD2蛋白与麻疯树JcAFP2亲缘关系最近,并与拟南芥AtAFP2聚成一个分支;PdMODD3与毛果杨PtAFP3-1亲缘关系最近,与栓皮槠QsAFP3、拟南芥AtAFP4属于同一分支。亚细胞定位结果表明PdMODD基因均定位于细胞核。组织特异性分析显示,PdMODD1~3在根、茎、叶中均能表达,且在叶中表达量最高,根中表达量最低。胁迫响应表达模式结果显示,NaCl和聚乙二醇(PEG)胁迫处理下,PdMODD1~3在根、茎、叶组织中主要为显著上调表达。【结论】PdMODD1~3均为NINJA家族成员,含有保守的转录抑制基序EAR,具有组织特异性,在叶中高表达,且能被NaCl和PEG胁迫显著诱导表达,推测PdMODD1、PdMODD2 和PdMODD3可能会在‘渤丰3号’杨对盐和干旱胁迫响应中发挥重要的调节作用。     

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。     

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.     

F-box基因FOF2在拟南芥盐和冷胁迫响应中的功能分析

FOF2为F-box蛋白家族成员,其生物学功能尚不清楚.采用实时荧光定量PCR和生理学实验相结合的方法,对FOF2基因的表达模式及其在拟南芥抗盐和冷胁迫响应中的作用进行了分析.研究发现,FOF2在拟南芥根、茎生叶和果荚中表达较高,并且其表达受盐和冷胁迫诱导.FOF2过表达株系对盐胁迫敏感,与野生型相比种子萌发率低、幼苗主根较短;相反,fof2突变体对盐胁迫的敏感性则减弱.FOF2过表达和缺失突变体种子萌发对冷胁迫无响应,但其主根在冷处理中分别比野生型短或者长.盐处理下,FOF2过表达株系中盐胁迫反应相关基因的表达量显著降低,fof2突变体中则升高;冷处理下,FOF2过表达株系中冷胁迫反应相关基因的表达量显著升高,fof2突变体中则降低.结果表明,FOF2在植物抗盐胁迫响应中起负调控作用,在抗冷胁迫响应中则可能起正调控作用.     

低温胁迫下克恩氏冬青幼苗叶片差异蛋白质分析

【目的】研究克恩氏冬青叶片应答低温胁迫的蛋白表达情况,探讨克恩氏冬青耐寒的作用机理。【方法】以2年生幼苗为试材,对其进行-8 ℃和-16 ℃低温胁迫处理,运用双向电泳技术(2-DE)结合质谱技术(MALDI-TOF/TOF MS)检测并分析叶片差异表达蛋白,并对差异蛋白进行了生物信息学分析。【结果】在低温胁迫下,克恩氏冬青幼苗叶片中蛋白表达发生了明显变化,胁迫前后发现共有31个显著差异的蛋白质点,经质谱检测及数据库检索,成功鉴定了其中23个差异表达蛋白点。对其中的20个蛋白成功进行了功能分类,主要涉及蛋白质和氨基酸代谢、光合作用、氧化还原平衡、防御作用、碳水化合物代谢、脂类代谢、氮素代谢等生物学过程。【结论】克恩氏冬青应答低温胁迫是多种蛋白质共同作用的结果,主要通过调节多种代谢过程中的相关蛋白表达来发挥作用。     

美容杜鹃RcHsfB3基因的克隆及表达分析

通过RT-PCR和RACE方法从美容杜鹃(Rhododendron calophytum)中克隆到一个热激转录因子(Heat shock factors,Hsfs),命名为RcHsfB3(GenBank登录号KU145694).RcHsfB3基因全长1130bp,完整的开放读码框(ORF)长771bp,预测可编码257个氨基酸,分子量为28.8KD,等电点为5.38.系统进化树分析发现,该基因与其它几种植物的HsfB3基因属于同一分支,氨基酸同源序列比对结果表明RcHsfB3与葡萄的VvHsfB3的同源性最高,达67.29%.原生质体亚细胞定位表明,RcHsfB3编码蛋白定位在细胞核上.荧光定量PCR分析显示,美容杜鹃分别受到热激、低温和盐害胁迫处理后,RcHsfB3的相对表达量总体呈现先上升,后下降,且"上升-下降"交替的表达趋势.初步研究表明RcHsfB3基因受高温、低温和高盐胁迫的诱导表达.     

盐胁迫下三倍体小黑杨杂种无性系叶片蛋白质差异表达分析

【目的】探究三倍体小黑杨生长迅速原因。通过蛋白质差异表达分析,深入研究三倍体小黑杨生长发育机理,为其优质高产育种提供参考。【方法】以三倍体小黑杨杂种无性系为材料,分别用75 mmol/L NaCl溶液胁迫处理0、4、8、12和16 d,利用蛋白质双向电泳和MALDI-TOF/TOF质谱技术,探讨其不同处理条件下叶片差异表达蛋白。【结果】共检测到4 000多个蛋白点,包含96个差异蛋白点,其中盐胁迫4、8、12、16 d与对照相比,分别鉴定出5、21、36、34个差异蛋白点,对60个蛋白点进行质谱鉴定,这些蛋白按功能可分为8类:其中光合作用占25%、能量代谢占20%、氧化还原作用占12%、抗性蛋白占8%、生物合成和代谢占7%、运输蛋白占3%、信号转导占2%和未知蛋白占23%。【结论】三倍体小黑杨杂种无性系受到盐胁迫后,多种蛋白质共同参与应答,其中主要是光合作用和能量代谢相关蛋白,本研究可以为盐胁迫下林木蛋白质组学研究提供基础。     

新疆野苹果BAG家族成员分离及BAG7基因的功能分析

为分离新疆野苹果(Malus sieversii (Ledeb.) Rome)BAG家族候选成员以及探究BAG7在逆境胁迫中的生理功能,采用转录组测序及转基因技术对新疆野苹果进行研究.结果显示,新疆野苹果中有7个MsBAG家族成员,其中MsBAG7可以受干旱、低温及DTT的诱导表达,而且MsBAG7在拟南芥中的过量表达可以改善植物的抗旱、耐寒及抗DTT能力.     

不同苹果品种抗寒性的研究

为了检测适宜加工苹果不同品种在石河子的抗寒适应性,筛选适宜在石河子地区大面积推广的加工苹果品种,采用试验室模拟田间低温环境方法对8个苹果品种1年生枝条分别在4、-15、-20、-25、-30、-35℃条件下进行预处理,并对其相对电导率并计算临界半致死温度(LT40)、可溶性蛋白、脯氨酸及丙二醛含量进行研究。结果显示,经过不同梯度低温处理后,寒富、国光的萌芽率显著较高;相对电导率显著较低;国光丙二醛含量显著性较低;寒富的脯氨酸含量与可溶性蛋白含量显著较高。结论:苹果枝条经过低温胁迫后,寒富、国光、甜格力在石河子地区抗寒能力较好。     

马铃薯近缘种Solanum etuberosum的耐盐性鉴定及相关基因的表达分析

以Solanum etuberosum(etb)和栽培马铃薯为材料,利用200 mmol/L NaCl溶液进行处理,发现etb与栽培马铃薯比较,耐盐性较强.并进一步检测了盐处理条件下etb的鲜重、叶片萎蔫度、相对电导率和叶绿素含量.对植株在0、6、12 h和24 h处理后进行转录组数据分析,发现与0 h比较,etb中共有3 587个基因表达上调,4 311个基因表达下调,其中3个时间点共有的差异表达基因为1 250个,差异表达基因主要富集在代谢途径以及次生代谢生物合成通路.通过Blast比对已知功能的基因,鉴定出了36个持续响应盐胁迫的差异表达基因,其中6个基因来自2C类蛋白磷酸酶(PP2C)家族,21个基因来自类钙调蛋白(CML)家族;还包括离子转运体阳离子质子交换蛋白(CHX20)、钾离子反向转运蛋白(KEA3)、钾离子转运蛋白(KT17)、离子通道钾离子四聚体通道蛋白(KCTD)、慢阴离子通道蛋白(SLAC1)、b型氯离子通道(CLC-b)和c型氯离子通道(CLC-c).对这些基因的表达量进行分析,发现大部分基因在盐胁迫下表达量持续降低,暗示其可能通过负调控参与响应盐胁迫.     

甘蓝型油菜CCCH基因BnaA07g26050D的克隆及表达分析

油菜是我国重要的油料作物,它的产量受到各种逆境胁迫的影响.我们之前的研究表明,拟南芥CCCH锌指蛋白At C3H14控制植株生长发育的诸多过程.在本研究中,我们证实甘蓝型油菜CCCH基因Bna A07g26050D(At C3H14的同源基因)响应盐胁迫和干旱胁迫.Bna A07g26050D蛋白C端包含两个串联的CX8CX5CX3H结构域,在酵母中具有转录激活活性,类似于At C3H14.将Bna A07g26050D融合GFP转化拟南芥原生质体,发现其主要定位于细胞质和P-body中.qRT-PCR检测Bna A07g26050D基因的组织表达模式,结果表明该基因主要在上部茎、根和花中大量表达,而在其他组织中表达较低.此外,qRTPCR证实Bna A07g26050D基因在盐胁迫和干旱胁迫下表达量都明显上调,证明该基因可能参与干旱和盐胁迫.我们的研究为利用基因工程技术培育耐盐、旱油菜新品种提供了基因源.     

短命植物小拟南芥光周期调控基因CONSTANS的克隆与表达特征分析

目的光周期是影响植物生长发育的重要因素之一,CONSTANS (CO)是植物光周期开花途径中关键的基因。方法本研究基于短命植物小拟南芥(Arabidopsis pumila)转录组数据库,获得1条与拟南芥CO基因At COL1基因序列高度相似的unigene,通过RT-PCR方法从小拟南芥中克隆了该CO同源基因,命名为Ap COL1;进行了基因的生物信息学分析及节律表达、组织表达和响应非生物胁迫的表达特征分析。结果研究结果表明Ap COL1具有两个Bbox和一个CCT结构域,氨基酸序列上与At COL1相似性高达86. 8%。系统进化分析表明Ap COL1与At COL1和琴叶拟南芥(Arabidopsis lyrata)的Al COL1亲缘关系较近,且属于第I亚组成员。qRT-PCR实验表明在长日照和短日照条件下Ap COL1具有相似的昼夜节律表达特征; Ap COL1在小拟南芥各组织中均有表达,但在果荚中表达量最高。250 mmol/L Na Cl胁迫和20%PEG-6000模拟干旱胁迫12 h明显抑制Ap COL1基因的表达,并且随着胁迫时间的延长Ap COL1表达水平没有显著差异。在高温(40℃)胁迫下,Ap COL1基因的表达在24 h内先下降后上升并达到最高,48 h又下降到对照水平。低温(4℃)胁迫24 h之前,Ap COL1基因的表达没有明显变化,但处理48 h表达水平显著下降。结论本研究表明Ap COL1基因能够响应盐、干旱、高温和低温等非生物胁迫,暗示该基因在小拟南芥抵抗逆境胁迫中起着重要作用。     

珠眉海棠（Malus zumi Mats）盐应答MzDREBb基因的克隆与功能研究

通过microarray（微列阵芯片）分析,从珠眉海棠盐胁迫cDNA文库中分离得到盐诱导的MzDREBb基因全长cDNA序列,研究苹果属植物DREB转录因子在胁迫中的作用。结果表明：MzDREBb全长1 185bp,开放阅读框共714bp,5′-UTR和3′-UTR的长度分别是121和350bp;MzDREBb编码237个氨基酸,有一个AP2/ERF结构域;系统分类将MzDREBb归入DREB家族的A-5亚组;MzDREBb定位在细胞核中,具有转录激活活性;半定量RT-PCR表明MzDREBb基因受到盐诱导。超表达MzDREBb基因的拟南芥耐盐能力增强。以上结果表明MzDREBb基因在盐胁迫应答中起重要作用。     

盐芥ThPHT1;8基因的克隆和功能分析

磷(P)是植物生长发育过程中重要的矿质营养元素之一,PHT1磷酸转运蛋白家族负责调控植物从土壤中吸收磷以及细胞间无机磷(Pi)的转运.本文以盐芥幼苗根cDNA为材料,克隆到盐芥磷酸转运蛋白ThPHT1;8基因.生物信息学分析结果表明,ThPHT1;8蛋白编码525个氨基酸残基,蛋白分子质量为58.1,ku,等电点6.33,是一个定位在细胞膜上的疏水、无信号肽的非分泌性蛋白,含有高亲和力磷酸转运蛋白典型的跨膜结构.实时定量PCR结果显示,低磷胁迫能促进ThPHT1;8基因在盐芥根部的表达,而且不同磷浓度处理下ThPHT1;8基因表达的模式不同.ThPHT1;8基因在转基因拟南芥中的生物学功能研究表明,不同浓度低磷胁迫处理下,与野生型拟南芥相比,35S:ThPHT1;8转基因拟南芥幼苗的主根根长显著增加、侧根密度显著降低,叶绿素含量、无机磷和总磷含量提高,花青素含量降低.上述结果表明,盐芥ThPHT1;8基因确实参与低磷胁迫时植物的应答,能够提高转基因拟南芥的耐低磷能力,为土壤磷高效利用提供了一种有潜力的候选功能基因.     

盐胁迫对番茄同工酶基因表达的影响

分析了普通番茄在ＮａＣｌ胁迫下酯酶（ＥＳＴ）和过氧化物酶（ＰＲＸ）同工酶的变化，考察了盐胁迫对１０个同工酶位点２１个等位基因在特定组织中表达的影响。发现许多ＥＳＴ和ＰＲＸ等位基因在盐胁迫对１０个同工酶位点２１个等位基因在特定组织中表达的影响。发现许多ＥＳＴ和ＰＲＸ等位基因在盐胁迫下表达，产生盐诱导同工酶；另有些等位基因的表达受盐抑制，它们在盐胁迫下的表达活性显著减弱或消失。实验表明，ＥＳＴ和ＰＲＸ