柳树痂囊腔菌的基因组测序和比较基因组分析

【目的】报道柳树痂囊腔菌(Elsinoë murrayae)的全基因组序列,与甜橙痂囊腔菌杨树致病型的基因组进行比较分析,为阐述柳树痂囊腔菌的致病和适应性机制提供参考。【方法】采用Illumina HiSeq 2500 测序仪对柳树痂囊腔菌的全基因组序列进行测序,预测蛋白编码基因,筛选与致病相关的碳水化合物活性酶基因、小分泌蛋白基因和次生代谢产物基因簇。根据痂囊腔属真菌基因的直系同源关系,筛选柳树痂囊腔菌和甜橙痂囊腔菌杨树致病型之间共有特异性的基因和二者之间差异基因,并进行GO富集分析。鉴定柳树痂囊腔菌的交配类型位点,使用特异性引物进行PCR,检测分离株的交配类型。【结果】组装获得了1个20.7 Mb基因组,完整度99%;预测出8 256个蛋白编码基因,其中包括486个碳水化合物活性酶基因,193个小分泌蛋白基因和16个次生代谢产物基因簇 (GenBank登录号:NKHZ00000000)。系统进化和共线性分析显示柳树痂囊腔菌和甜橙痂囊腔菌杨树致病型亲缘关系最近,两者之间具有12个在其他痂囊腔菌中没有的共有特异性基因。两个真菌的比较基因组分析,筛选出752和1 746个差异基因,主要参与碳水化合物代谢和毒素代谢的生物学过程。已有分离株的交配类型均为MAT1-2。【结论】获得柳树病原真菌-柳树痂囊腔菌的基因组,筛选出痂囊腔菌中负责寄主适应性的候选基因,分析了柳树痂囊腔菌交配系统,这可为柳树病害防治和柳树-病原真菌相互作用研究提供关键信息。     

酿酒酵母YBR019C基因缺失突变的分析

【目的】研究目的基因YBR019C缺失对酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)菌株糖代谢和乙醇发酵的影响。【方法】以酿酒酵母野生菌NF1002为出发菌株,选择2号染色体上的基因YBR019C为目的基因,以质粒pUG6和pUG66为模板进行PCR,构建带有Cre/loxP系统的酿酒酵母YBR019C基因敲除组件,并转化酿酒酵母NF1002,利用筛选标记Kan r和Ble r与YBR019C基因进行同源重组,筛选YBR019C双倍体缺陷型菌株。利用蔗糖和甘蔗糖蜜为碳源,对突变菌进行发酵特性的研究。【结果】成功获得YBR019C双倍体缺陷型菌株NFybr。碳源同化实验表明,突变株和野生菌均能利用葡萄糖和蔗糖,不能利用乳糖和木糖;但相比野生菌,突变株利用棉子糖和麦芽糖的能力有所下降,而且完全不能利用半乳糖。蔗糖发酵实验表明:突变株NF-ybr与野生菌株相比,在发酵终点乙醇浓度提高10.7%,发酵周期有所延长。按目前甘蔗糖蜜乙醇生产的发酵工艺,突变株在30℃发酵72h的醪液乙醇含量为12.52%,低于野生菌的13.89%。【结论】YBR019C基因的缺失影响了菌株对糖份的利用,导致乙醇发酵能力不及野生菌。本研究为菌株高效快捷的基因改造提供了参考。     

两株松材线虫拮抗细菌的筛选和鉴定

【目的】筛选对松材线虫具有较高杀线活性的拮抗细菌。【方法】以分离自南京、洛阳、上海的松树茎部的137株内生细菌为研究对象,采用培养滤液和菌悬液浸渍法对这些菌株进行杀线活性的测定,并对筛选的高效拮抗细菌进行菌种鉴定。【结果】通过培养滤液浸渍试验筛选出3株细菌对松材线虫有较高的杀线活性,使用3种菌滤液处理线虫48 h后,线虫死亡率均达到100%,其中菌株LYMC-3的培养滤液还可使线虫虫体出现消解。将3株菌的培养滤液分别稀释2倍、4倍和10倍后处理松材线虫,随稀释倍数的增加,培养滤液的杀线活性逐渐降低。处理线虫48 h后,菌株LYMC-3的10倍稀释滤液与其他两株菌滤液相比对线虫的致死率最高,为94.7%; 在菌悬液浸渍试验中筛选出菌株NJSZ-13对松材线虫有较高杀线活性,10⁵ cfu/mL 浓度的菌悬液处理线虫48 h后,线虫死亡率达81.5%。通过对LYMC-3和NJSZ-13菌株的形态特征、生理生化特征、Biolog鉴定和16S rDNA序列以及系统发育分析,确定菌株LYMC-3、NJSZ-13分别为短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)和蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)。【结论】从松树体内筛选到两株对松材线虫有高效拮抗活性的菌株LYMC-3和NJSZ-13,对生物防治松材线虫病具有潜在的应用价值。     

致病杆菌功能基因的分子生物学研究进展

致病杆菌是与斯氏线虫共生的肠杆菌科细菌,存在于昆虫病原线虫肠道内,可随线虫的侵染进入寄主昆虫血腔,迅速繁殖并产生多种代谢产物,抑制其他杂菌的污染,保护线虫繁殖的环境。多年研究发现,该菌的代谢产物具有广泛的杀虫、抑菌、抗癌等生物活性。本文介绍了致病杆菌外膜蛋白基因、菌毛蛋白基因、共生作用相关基因、溶血素相关基因、杀虫毒素蛋白基因、抗生素相关基因以及专利申请基因的研究进展。     

大丽轮枝菌VDmef2基因抗逆及致病相关性分析

【目的】分析转录因子VDmef2在大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)中的功能。【方法】通过农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导的基因重组法获得了VDmef2基因的定点敲除突变体,然后分析了该突变体在不同碳源及逆境条件下的表型以及大丽轮枝菌在MIM培养基上微菌核的形成情况,还分析了大丽轮枝菌对陆地棉(Gossypium hirsutum)的致病力。【结果】大丽轮枝菌转录因子VDmef2定位于细胞核。VDmef2基因突变后,大丽轮枝菌微菌核形成能力降低,同时对H_2O_2更加敏感,也丧失了对陆地棉的致病力。【结论】转录因子VDmef2与大丽轮枝菌微菌核形成、耐氧化及致病力有关。     

大丽轮枝菌VDmef2基因抗逆及致病相关性分析

【目的】分析转录因子VDmef2在大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)中的功能。【方法】通过农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导的基因重组法获得了VDmef2基因的定点敲除突变体,然后分析了该突变体在不同碳源及逆境条件下的表型以及大丽轮枝菌在MIM培养基上微菌核的形成情况,还分析了大丽轮枝菌对陆地棉(Gossypium hirsutum)的致病力。【结果】大丽轮枝菌转录因子VDmef2定位于细胞核。VDmef2 基因突变后,大丽轮枝菌微菌核形成能力降低,同时对H2O2更加敏感,也丧失了对陆地棉的致病力。【结论】转录因子VDmef2与大丽轮枝菌微菌核形成、耐氧化及致病力有关。
     

干酪乳杆菌Lactobacillus casei 393 upp基因突变株的构建

upp基因可用来作为反向筛选标记基因。利用p ORI温度敏感型双质粒系统敲除干酪乳杆菌Lactobacillus casei 393的upp基因,构建得到重组菌Lactobacillus casei 393-△upp。重组菌可作为反向筛选标记基因upp使用的宿主菌。     

家蚕肠道细菌菌落形态与产消化酶相关性研究

【目的】研究肠道细菌的菌落形态与其产酶的相互关系,有助于产酶菌的筛选和家蚕饲用微生态制剂的开发应用.【方法】从家蚕肠道内共分离出细菌28株,挑选菌落形态有明显差异的细菌7株用于产酶菌研究.用筛选培养基鉴别各菌株的产酶情况,并结合16SrDNA序列测定和系统发育分析法鉴定其种属.根据菌落形态和产酶特性,推测细菌的表型基因与产酶基因表达之间存在某种相互联系.【结果】鉴定出产酶的细菌为芽孢杆菌、葡萄球菌、不动杆菌,这些细菌在菌落形态上有一定的相似性,菌落均为乳白色、生长速度快、表面粗糙、边缘不整齐.【结论】细菌菌落形态差异性可作为产酶菌筛选的参考依据,减少实验工作量和节省时间等.为筛选益生菌和饲用微生态制剂的研发提供理论基础.     

大肠杆菌嗜盐α-淀粉酶基因的分子改造及其酶学特性

【目的】对大肠杆菌Escherichia coli嗜盐α-淀粉酶基因进行改造,并探索嗜盐α-淀粉酶的嗜盐特性。【方法】从非嗜盐的大肠杆菌JM109中克隆到一个嗜盐α-淀粉酶基因k6并进行重组表达。通过同源建模,确定Na+结合位点上的氨基酸残基,并对相应位点进行定点突变。最后对突变酶的酶学性质进行研究。【结果】相对于野生酶,突变酶更加嗜盐,其最适NaCl浓度由2mol/L增加到3mol/L,最适pH值为7,最适温度为50℃,酶活力为4 831U/mg,提高近4倍。经HPLC检测,突变酶与2%(W/V)可溶性淀粉反应后的产物为葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖的混合物。【结论】嗜盐α-淀粉酶基因k6的嗜盐特性与Na+结合位点具有直接联系。     

嗜热厌氧杆菌乳酸脱氢酶敲除对乙醇发酵的影响

为提高乙醇产率,通过同源重组的方式敲除嗜热厌氧杆菌乳酸支路中的乳酸脱氢酶基因,得到了嗜热厌氧代谢工程菌Δldh突变株.应用葡萄糖、木糖、葡萄糖/木糖混合糖3种碳源,分别对Δldh突变株与野生菌进行分批补料发酵产乙醇的研究.结果表明,与野生菌相比,Δldh突变株不仅显著提高了乙醇产率,而且提高了糖的消耗速率;Δldh突变株与野生菌都能以葡萄糖和木糖为基质生长,而与木糖为单一碳源相比,在葡萄糖/木糖共发酵时,木糖消耗速率有所降低;在以葡萄糖为单一碳源时,Δldh突变株的乙醇质量浓度和产率达到最高,分别为25.93 g/L和0.39 g/(L.h).     

叶面喷施中微肥对文冠果的影响

【目的】研究叶面喷施中量和微量元素肥料对文冠果生长、产量和品质的影响,以筛选最适文冠果的中微量元素肥料。【方法】利用大田试验,以4年生文冠果为试验材料,在土壤施肥的基础上叶面喷施中微量元素肥料,设置硼(B)、铁(Fe)、锌(Zn)、钼(Mo)和硅(Si)等5种施肥处理,喷施质量浓度分别为150、65、300、10、210 mg/L,以叶面喷施清水为对照(CK),共6个处理,叶面喷施共进行3次。测定叶面肥施用前后文冠果的树高、地径、冠幅、叶绿素含量等生长和生理指标,果实成熟后测定果径、单株结果数、单果籽粒数、千粒质量、种子出仁率、百叶干质量等产量和品质指标。基于测定的各项指标,使用主成分分析法对施肥效果进行评价,进而分析不同中微肥对文冠果的影响。【结果】中微量元素对文冠果的生长主要体现在：对树体生长、百叶干质量和叶绿素含量、果实产量和品质的影响,且不同元素具有不同的影响。在树体生长方面,Zn肥显著提高了文冠果的树高和冠幅,增长量分别为25.53、22.33 cm,是CK处理的1.40和1.46倍,Si肥显著提高了树高、地径和冠幅,分别增长了22.60 cm、7.66 mm、21.17 c...     

山新杨蔗糖合酶基因PCR介导的重组现象研究

[目的]山新杨(Poputlus davidiana ×P.bolleana)是林木基因工程育种基础和应用研究的良好材料;以山新杨蔗糖合酶基因(PdbSUS)为例研究聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)过程介导的重组现象,在此基础上区分每一个PdbSUS基因的两种单倍型,为后续研...     

基于SSR标记的麻栎天然群体遗传多样性分析

【目的】基于SSR分子标记对麻栎天然群体遗传多样性与遗传结构进行分析,为麻栎种质资源的保护和利用提供理论基础。【方法】以分布于我国7个省8个麻栎天然群体的150个个体为研究对象,利用筛选出的18对SSR引物,使用GenAIEx 6.51、MEGA 7.0.26和Structure 2.3.4等软件,采用AMOVA分析、主成分分析、聚类分析和Structure分析等方法,对麻栎群体及相应个体的遗传多样性、分子方差、遗传距离及遗传结构进行研究。【结果】18个SSR位点的等位基因数(N_a)平均为5.625个,有效等位基因数(N_e)平均为4.104个,Shannon指数(I)平均为1.338,观测杂合度(H_o)平均为0.895,期望杂合度(H_e)平均为0.645,筛选出的18对麻栎SSR引物具有丰富的多态性。8个麻栎群体的遗传距离为0.222~1.587,遗传一致度为0.205~0.801,遗传分化系数(F_st)平均为0.252,基因流(N_m)平均为1.140,固定指数(F)均为负值且平均为-0.441。麻栎群体的遗传多样性水平较高,遗传分化小,且群体间存在杂合子剩余;其98%的变异来自群体内, 2%的变异来自群体间。UPGMA聚类分析、Structure分析均将8个群体分为2组,二者的个体组成成分存在一定差异;主成分分析结果与上述基本一致,存在一定的交叉引种及基因渐渗现象。【结论】麻栎群体遗传多样性水平较高,遗传分化水平较低,遗传差异主要存在于群体内部,并呈现出沿“西南—东北”方向地理变异规律。因此,对麻栎天然群体的保护应该采取原地保护和异地繁育保存相结合的措施。     

山桐子IpSAD基因家族分析及功能鉴定

【目的】硬脂酰-ACP Δ⁹脱氢酶(stearoyl-ACP Δ⁹ desaturase,SAD)是决定脂肪酸组成的关键酶,分离和鉴定木本油料植物山桐子(Idesia polycarpa)的SAD基因,可为遗传改良山桐子油的脂肪酸组成提供基因资源。【方法】 使用 HMM 和 Blastp 鉴定山桐子全基因组中的SAD家族成员;利用MEGA X、MEME和PlantCare等在线软件对其蛋白质理化性质、系统发育关系、基因结构、保守基序和启动子顺式调控元件等进行分析;使用MCSCANX分析山桐子和毛果杨SAD基因之间的共线性关系;基于RNA-seq数据,分析IpSAD各成员的表达模式,通过病毒诱导的基因沉默技术(virus induced gene silencing,VIGS)快速验证它们的生物学功能。【结果】 ①在山桐子基因组中共鉴定到7个IpSAD基因(IpSAD1~7),多重序列比对结果显示各成员间序列相似度较高且结构域保守;②系统发育分析表明,IpSAD成员可以分为3个亚组,与拟南芥SAD家族的分类结果一致,拟南芥单不饱和油酸合成关键基因AtSSI2与山桐子IpSAD2、IpSAD3、IpSAD4的亲缘关系较近;③启动子区域顺势调控元件预测结果显示IpSAD基因的启动子含有光反应、脱落酸响应等顺式调控元件;④IpSAD基因按其组织表达模式可分为3类,第1类和第2类成员在大部分组织中表达量较低,而第3类成员在所有组织中表达量均较高。⑤沉默IpSAD基因使叶片的油酸含量显著降低,其中IpSAD3的沉默可使油酸含量下降76%。【结论】 明确了IpSAD家族各成员的基本特征,确定了它们对于油酸合成的生物学功能,并为山桐子油脂生物合成调控机制研究奠定了基础。     

团花树NcIRX9基因在木聚糖生物合成中的功能保守性

【目的】木聚糖是双子叶植物中次生壁半纤维素的主要成分,在维持植物次生壁的完整性和植物生长方面有重要作用。在木本植物中,木聚糖对木材性质和生物质能源的利用有重要影响。本研究探索我国南方速生树种团花树NcIRX9基因及其在木聚糖合成中的功能。【方法】结合生物信息学方法,分析团花树NcIRX9亲缘关系和蛋白质结构;构建 YFP( 黄色荧光蛋白) 融合蛋白,观察其亚细胞定位;通过qRT-PCR分析团花树NcIRX9基因的表达特性及组织特异性;通过切片显微观察、化学免疫、单糖分析及H¹-NMR分析团花树NcIRX9基因在拟南芥突变体irx9体内的功能。【结果】团花树NcIRX9在进化上保守,其N端存在一个信号肽,定位于高尔基体内,与拟南芥AtIRX9密切相关。NcIRX9基因在根、茎、叶、木质部、韧皮部均有表达,且在木质部中的表达量较高。互补分析表明NcIRX9能部分互补拟南芥突变体irx9表型,是AtIRX9的直系同源基因。此外,本研究还表明在拟南芥突变体irx9过度表达NcIRX9木糖含量升高,侧链信号增强,与此同时还原末端侧链信号增强。【结论】团花树NcIRX9基因行使与拟南芥AtIRX9相似的生物学功能,与木聚糖的合成密切相关。     

假俭草EoNLA基因克隆与其转基因拟南芥在不同磷水平下的表型鉴定

【目的】磷元素是植物必需的大量营养元素,在植物的生长发育中必不可少。NLA(nitrogen limitation adaptation)蛋白是一种RING型E3泛素连接酶,参与磷转运蛋白的泛素化调控,在植物体的磷素平衡调节方面发挥重要作用。以假俭草这类天然适应低磷土壤条件的植物为研究材料,通过研究假俭草EoNLA的磷高效转运分子机制,为草坪草适应酸性土壤生境的磷高效转运分子育种和栽培调控提供理论依据。【方法】通过RACE方法克隆获得EoNLA基因,应用生物信息学分析确定基因的全长序列及编码氨基酸序列,采用原生质体瞬时表达体系确定EoNLA蛋白膜定位;通过qRT-PCR方法分析EoNLA基因低磷诱导下的表达模式,并通过农杆菌介导转化拟南芥进行基因功能鉴定。【结果】EoNLA基因序列全长1 353 bp,编码一个长度为331个氨基酸的蛋白。该蛋白具有NLA蛋白典型的RING结构域和SPX结构域,EoNLA蛋白定位于细胞膜,EoNLA基因在根组织的表达量显著高于在茎和叶的表达。【结论】EoNLA基因具有根组织表达特异性,且基于拟南芥转基因植株进行的功能鉴定,进一步显示EoNLA基因具有磷素调控相关的功能。     

3个茶树品种WOX基因家族的进化及密码子偏好性比较

【目的】WOX基因家族在模式植物组织培养中扮演着重要的分子调控角色。非模式植物WOX基因家族的系统发育和密码子使用偏好性研究有助于探索遗传进化规律和基因表达特征,进而为其转基因体系构建提供指导。【方法】利用生物信息学方法在3个茶树品种全基因组数据中鉴定WOX基因;通过ClustalX 2.1和MEGA X软件探索它们的进化规律。运用Perl语言、Codon W 1.4.2程序和SPSS 23.0等软件分析3个茶树品种WOX基因编码序列,探究它们的密码子使用偏好模式;基于ENc-GC_3s、PR2分析和中性分析结果解析影响密码子偏好的主要因素。【结果】共鉴定出42个WOX成员,其中‘云抗10号’(CSA)11个,‘舒茶早’(CSS)18个,‘云南野生古茶DASZ’(DASZ)13个,系统发育揭示3个茶树品种WOX基因在进化上存在较强的保守性。密码子偏好性分析揭示,3个茶树品种WOX基因密码子都偏好使用A/T和以A/T结尾;CSA和DASZ的WOX基因密码子使用模式相似,表明两者亲缘关系较近;以CSA和CSS作为转基因受体时,3个茶树品种WOX基因中个别密码子需优化;烟草是3个茶树品种WOX基因的最佳异源表达受体;ENc-GC_3s绘图、PR2分析和中性分析表明自然选择是影响3个茶树品种WOX基因密码子使用偏倚的主要因素。【结论】3个茶树品种WOX基因进化上较保守,密码子偏好使用A/T和以A/T结尾,且密码子偏好原因主要是自然选择;揭示出转茶树时密码子的优化信息和烟草为最佳异源表达受体的结果。     

松材线虫性别决定基因Bx-sex-1表达特征和生物学功能分析

【目的】揭示松材线虫(Bursaphelenchus xylophilus)性别决定基因Bx-sex-1的表达特征和生物学功能。【方法】通过Mega 6中的Jones-Taylor-Thornton (JTT)模型,采用邻接法(neighbor joining,NJ)对Bx-sex-1和其他线虫的氨基酸序列进行系统发育构建。采用同步培养的方法分别收集不同龄期的松材线虫并提取总RNA,反转录获得cDNA并采用实时荧光定量PCR (qRT-PCR) 的方法,研究Bx-sex-1在松材线虫不同发育阶段的相对表达量。同时采用qRT-PCR并通过绝对定量法分析Bx-sex-1基因在雌虫和雄虫基因组的拷贝数。采用dsRNA浸泡法对目的基因进行干扰,观察松材线虫后代卵的孵化率和雌雄比的变化。【结果】系统进化树显示松材线虫Bx-sex-1和其他两个植物寄生线虫成为一支,与自由生线虫和寄生动物线虫分别进化为不同的分支。松材线虫Bx-sex-1在不同发育阶段相对表达量有差异,在卵期相对表达量最高,而在2龄幼虫时期最低,从2龄幼虫时期到成虫时期相对表达量逐渐升高。qRT-PCR结果显示Bx-sex-1基因在雌虫和雄虫基因组中均为单拷贝。Bx-sex-1被干扰后,卵的孵化率下降,雌雄比降低。【结论】松材线虫Bx-sex-1基因在卵的发育过程和性别决定中可能具有重要作用。     

基于荧光SSR标记的紫薇遗传多样性分析

【目的】以收集的239份紫薇属(Lagerstroemia)种质和1份黄薇属(Heimia)种质为材料,开展种质种间特征分析和紫薇种内资源的遗传多样性分析,为进一步优化紫薇种质资源收集保存及合理利用提供科学依据。【方法】基于16对荧光引物鉴定样品基因型,利用GeneMarker软件进行基因型数据的读取;对239份紫薇属种质和1份黄薇属种质进行特征位点分析;并利用Popgene、Cervus、NTSYS和GenAlEx软件对227份紫薇种质进行遗传多样性参数估算、聚类分析和主成分分析。【结果】紫薇(L.indica)种内的特征位点信息最为丰富,其中15个引物所体现出的特征位点信息中,紫薇都有其独特的位点区别于其他6个种,而在福建紫薇(L.limii)、川黔紫薇(L.excelsa)和尾叶紫薇(L.caudata)中也有部分特异的特征位点是紫薇中没有的;16对紫薇SSR荧光引物共检测出143个等位基因,平均每个位点有8.938个等位基因,平均有效等位基因数(N_e)为3.600,Shannon’s信息指数(I)均值为1.459,观测杂合度(H_o)均...     

白桦BpTCP8基因生物信息学及表达特性分析

【目的】通过研究白桦BpTCP8基因的序列特征及其在不同组织部位、激素处理与胁迫应答中的表达特性,为揭示BpTCP8在白桦生长发育中的功能提供依据。【方法】利用生物信息学方法对BpTCP8基因进行分析,采用实时荧光定量 PCR 技术分析BpTCP8基因在不同组织部位、激素处理与胁迫应答中的表达特性。【结果】生物信息学分析发现,BpTCP8含有TCP家族高度保守的bHLH结构域;qRT-PCR分析结果表明,白桦BpTCP8在发育和衰老初期的叶片中表达量高,并在深裂型叶片、顶芽、木质部、韧皮部中都上调表达。在激素(GA₃、ME-JA、ABA)与非生物胁迫(PEG、NaCl、CdCl₂、NaHCO₃)处理下,BpTCP8都对其产生了相应的应答。【结论】BpTCP8基因可能参与到了白桦叶片成熟、叶型、顶芽、木质部和韧皮部的生长过程中;该基因在GA₃、JA处理中呈现正调控的应答模式,并且可能通过ABA信号途径影响植物抗旱,耐盐、碱、重金属胁迫等。