铁皮石斛泛素结合酶DoUBC9的克隆鉴定与表达分析

目的:本研究旨在探讨泛素结合酶UBC9在铁皮石斛原球茎发育过程中的分子机制,方法:利用生物信息学手段,从已获得的铁皮石斛基因组中鉴定出UBC9基因,命名为DoUBC9,并利用RACE技术,克隆出DoUBC9 3’端,通过与基因组序列拼接,获得完整序列。结果:本研究首次从铁皮石斛基因组中运用生物信息学的方法,鉴定出DoUBC9,并通过RACE技术克隆后拼接,得到完整的DoUBC9,基因全长为7176bp,CDS长为447bp,共编码148个氨基酸。亚细胞定位预测结果表明,DoUBC9大概率分布于分泌囊泡和质膜上。序列比对和进化树分析表明,铁皮石斛Do UBC9和其他物种中的UBC9拥有高度保守的UBCc结构域,进化关系高度保守。qRT-PCR分析表明,在不同组织部位中,DoUBC9在愈伤组织中的表达量最高、叶中表达量最小;在原球茎发育过程中,在P1时期具有最高表达量,其他各时期表达量较小,表明该基因可能促进了植物体的细胞快速分裂与生长。结论:通过分子建模方式,首次构建出DoUBC9蛋白的基本模型,并通过不同的评价方式确定了以人泛素结合酶E2 H结构(2Z5D)为模板的为最优模型。     

铁皮石斛泛素结合酶基因DoUBC24的克隆及表达分析

目的:克隆铁皮石斛泛素结合酶基因DoUBC24,预测其蛋白结构特征和进化关系,分析其时空差异表达情况,并推测其在植物生长发育中的功能。方法:提取铁皮石斛全苗总RNA,采用cDNA末端快速扩增(RACE)和巢式PCR技术克隆Do UBC24基因;用生物信息手段分析基因序列结构特征,并预测其编码蛋白及其理化性质和亚细胞定位;用MEGA6.0构建系统发育树,分析物种进化关系;用qRT-PCR检测DoUBC24在原球茎不同发育时期及不同组织中的相对表达量。结果:克隆得到基因全长为3811 bp,包含2880 bp的CDS,编码959个氨基酸残基,编码产物含有一个保守的UBCc结构域;分子进化分析显示,DoUBC24同海枣、油棕、小果野芭蕉、玉米、短花药野生稻、二穗短柄草和大麦等单子叶植物的亲缘关系较近;qRT-PCR分析显示,DoUBC24在铁皮石斛叶原基维管系统形成、原球茎退化时期表达显著下降,而在椭球形原球茎、根端分生组织和类原球茎中表达量较高,在组织中的表达量水平依次为花茎种子根叶。结论:铁皮石斛泛素结合酶DoUBC24基因在铁皮石斛原球茎不同发育时期及不同组织中均有显著的差异表达,可能对原球茎发育及植物组织的形态建成具有重要调控作用。     

铁皮石斛DoWRKY6转录因子基因的克隆与分析

目的:植物生长发育由多种转录因子调控,探索WRKY转录因子调控铁皮石斛组织生长发育机理。方法:根据铁皮石斛原球茎转录组数据中的WRKY6序列设计引物,并利用RACE技术克隆该基因;用生信分析软件预测其蛋白结构,并进行系统发育分析;利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)技术研究该基因在铁皮石斛幼苗根、茎、叶等组织中的表达。结果:通过RACE技术得到1个1,238bp的Ⅱ类WRKY转录因子基因,命名为DoWRKY6,其ORF长1,017 bp,编码339个氨基酸残基,与梅[PrmuWRKY27(XM_008236601.1)]及大豆[GlmaWRKY27(XM_003555347.3)]有较近的亲缘关系,且DoWRKY6在茎中的相对表达量最大。结论:我们预测在铁皮石斛的生长发育过程中DoWRKY6基因对根、叶、茎的调控作用依次增强,表明DoWRKY6与已发表的铁皮石斛WRKY基因在组织的差异性表达上有较大差别,这对丰富WRKY家族对铁皮石斛的生长发育调控机制提供更多依据。     

铁皮石斛SPL膜结合(STM)转录因子的全基因组鉴定及表达分析

SPL转录因子广泛参与植物生长发育、胁迫响应等过程。目前,没有关于铁皮石斛SPL膜结合(SPL with transmembrane motif)转录因子即STM转录因子的研究。为了探究STM转录因子在铁皮石斛生长发育及胁迫响应等方面的作用,该文在铁皮石斛全基因组水平鉴定出4个STM转录因子,并对DoSTM基因家族成员进行生物信息学分析,又利用逆转录PCR研究了DoSTM在不同组织部位及不同逆境处理下的表达情况。结果表明:(1)DoSTM1-4为亲水蛋白,均具有SBP保守结构域和一些激素响应位点。(2)4个DoSTM在根茎叶中均有表达,DoSTM2在叶中的相对表达量最低; DoSTM1/3/4的相对表达水平均无明显差异。(3)DoSTM1-4在低温、高温、干旱胁迫下的相对表达水平都有显著变化,DoSTM1/3/4的表达量降低最为明显,故推测DoSTM与植物体内激素响应、温度变化响应及抗旱性有关。这些结论为后续进一步开展铁皮石斛STM转录因子的研究提供了参考。     

铁皮石斛14-3-3基因家族鉴定及表达分析

【目的】14-3-3蛋白,亦称通用调节因子（GRF）,由多基因家族编码,在植物生长发育和逆境应答发挥关键的作用。鉴定铁皮石斛（Dendrobium officinale）GRF基因家族,为铁皮石斛GRF基因功能研究及遗传改良提供理论依据。【方法】通过生物信息学的方法鉴定铁皮石斛14-3-3家族成员,分析其理化性质、染色体定位、系统进化发育、基因结构和启动子顺式作用元件等,同时通过荧光定量PCR技术检测它们在不同组织、低温处理及盐胁迫处理后的表达量。【结果】铁皮石斛有17个GRF家族成员,分为ε类和非ε类亚族,不均匀地分布在7条染色体上,且存在7对串联复制基因。同一亚族成员基因结构、保守基序和蛋白质二级结构相类似。DoGRF家族基因的启动子区域存在大量激素和环境胁迫应答相关的调控元件。DoGRF家族基因在铁皮石斛各组织中均有表达,具有组织表达特异性,大多数基因在花器官中表达最高,其次是茎和根。同时,在低温处理、盐胁迫处理下呈现差异化表达,可能受到低温和盐胁迫的调控,特别是DoGRF2在铁皮石斛逆境应答过程中起着关键的作用。【结论】在全基因组水平从铁皮石斛中鉴定出17个DoGRF家族成员,...     

番茄WOX转录因子家族的鉴定及其进化、表达分析

WUSCHEL相关的同源异型盒(WUSCHEL-related homeobox,WOX)是一类植物特异的转录因子家族,具有调控植物干细胞分裂分化动态平衡等重要功能。本研究利用番茄(Solanum lycopersicum)基因组数据,通过建立隐马尔科夫模型并进行检索,鉴定了番茄10个WOX转录因子家族成员。多序列比对发现,番茄WOX转录因子家族成员具有高度保守的同源异型结构域;以拟南芥WOX转录因子家族成员序列为参照,通过邻接法、极大似然法、贝叶斯法重建了系统发育树,三者呈现出类似的拓扑结构,番茄和拟南芥WOX转录因子家族共25个成员被分为3个进化支(Clade)和9个亚家族(Subgroup);利用MEME和GSDS对WOX转录因子家族成员的蛋白保守结构域和基因结构进行了分析,同一亚家族内的WOX转录因子家族成员的保守结构域的种类、组织形式以及基因结构具有高度的一致性;利用Perl和Orthomcl对家族成员的染色体定位和同源性关系进行分析,结果表明串联重复的SlWOX3a和SlWOX3b可能来源于一次复制事件;利用番茄转录组数据和qRT-PCR进行表达分析,结果显示家族成员在不同组织中的表达存在差异,暗示了WOX家族的不同成员在功能上可能具有多样性。本研究对番茄WOX转录因子家族成员进行GO(Gene Ontology)注释和比较分析,结果表明该家族成员作为转录因子,可能在组织器官发育、细胞间通讯等过程中发挥作用。     

铁皮石斛GRAS转录因子家族基因SCL3克隆及表达分析

GRAS家族是一类植物特有的转录调控因子,参与调控植物生长发育及抵御逆境胁迫,并且在赤霉素(gibberellins, GAs)信号转导过程中具有重要作用。本研究采用RT-PCR结合RACE方法从铁皮石斛(Dendrobium officinale Kimura et Migo)原球茎中克隆到了一个转录因子GRAS家族基因SCL3 (scarecrow-like 3)并对其进行了表达分析。该基因cDNA序列全长2 278 bp,命名为DoSCL3 (GenBank注册号:MG252261),其编码425个氨基酸,分子量为47.88 kD,等电点(PI)为6.21。DoSCL3基因编码的蛋白不含跨膜域和信号肽,具有GRAS转录因子家族特有的保守结构域(22~422);多序列比对表明,DoSCL3与小兰屿蝴蝶兰的SCL3蛋白高度同源(相似性达到83%),同时进化树分析结果显示其与小兰屿蝴蝶兰亲缘关系非常相近。qRT-PCR实验结果显示,DoSCL3基因在铁皮石斛种子共生萌发中随着萌发进程的变化(1~3级,萌发至原球茎阶段)其表达量逐渐升高,并且在种子萌发至2级时,共生萌发组表达量显著高于无菌萌发组(为无菌组2.2倍),表明DoSCL3在兰科药用植物铁皮石斛种子共生萌发中菌根共生关系的建立过程起到重要的调控作用。     

铁皮石斛异胡豆苷合成酶基因STR序列结构及表达模式分析

异胡豆苷合成酶基因STR编码吲哚类生物碱合成的关键酶异胡豆苷合成酶,并参与植物抗逆和花粉发育等生物过程。本研究通过对铁皮石斛异胡豆苷合成酶基因DoSTR的结构及特异性表达进行分析,探究其在铁皮石斛生长发育中的潜在功能。从铁皮石斛基因组数据中获得铁皮石斛异胡豆苷合成酶编码序列(DoSTRs),利用ClustalW软件进行氨基酸序列的比对,利用Gene Structure Display Server 2. 0在线软件分析基因内含子和外显子结构,利用PlantCARE数据库分析基因启动子区元件;基于转录组数据和qRT-PCR对铁皮石斛根茎叶组织、共生与非共生生长的种子和根、冷诱导和茉莉酸甲酯诱导后叶片中的STR家族基因的表达情况进行检测和分析,从铁皮石斛基因组中预测获得10个STR成员,具有典型的"Str_synth"结构域,且启动子区存在大量顺式作用元件,涉及到茉莉酸甲酯响应和低温响应等多个生物学过程;DoSTRs基因家族不同成员表达模式存在较大差异,DoSTR3、DoSTR7、DoSTR10在叶片中的表达量高于茎和根中,DoSTR9和DoSTR2在铁皮石斛种子萌发时显著高表达,DoSTR5和DoSTR10在茉莉酸甲酯处理早期,具有明显的上调表达趋势,推测STR家族可能参与不同的生物学过程,研究结果为深入探究铁皮石斛STR家族基因奠定了基础。     

中华猕猴桃WOX转录因子的生物信息学分析

WOX基因家族是植物特有的一类转录因子,在植物发育关键时期,如胚的形成、维持干细胞稳定性和器官形成过程中发挥重要调控作用。为探究WOX转录因子调控中华猕猴桃的生长发育的分子理论基础,该文利用ProtParam、Cell-PLoc2.0、SignalP4.1 Server等在线软件对中华猕猴桃的16个WOX转录因子进行理化特性、亚细胞定位和信号肽等详细的生物信息学分析。结果表明:(1)中华猕猴WOX转录因子的所有蛋白成员的氨基酸数目在138～371之间,分子量为16.222～42.185 kD,均定位于细胞核的不稳定亲水蛋白。(2)中华猕猴桃的16个WOX蛋白成员均属于Homodomain超家族,仅Achn362451是分泌蛋白,且仅Achn362451和Achn141001具有跨膜区。(3)大部分WOX蛋白成员的潜在磷酸化位点都位于丝氨酸处。(4)其二级结构主要以无规则卷曲为主,其次为α-螺旋。(5)保守基序分析结果表明中华猕猴桃的16个WOX蛋白成员均含有motif1。(6)系统进化分析结果表明中华猕猴桃与菠萝的亲缘关系最近,与番茄的亲缘关系最远。(7)在中华猕猴桃果实成熟过程中不同时期的转录组分析结果表明其WOX基因家族中4个成员Achn131681、Achn145561、Achn336591、Achn362451基因在授粉后20、120、127 d表达含量都较高,其他12个WOX基因成员表达含量低甚至不表达。该研究为进一步研究中华猕猴桃WOX转录因子在其生长发育过程中的分子机理提供了一定的参考依据。     

参与草菇子实体分化的VvHox1基因的鉴定及表达分析（英文）

通过草菇基因组注释,得到一含有同源框(homeobox)保守结构域的转录因子VvHox1,根据其在草菇不同生长发育阶段的基因表达量变化,推测其可能与草菇的子实体分化相关。利用转录组数据分析该基因结构,发现VvHox1由2 856个碱基组成,包含4个外显子和3个内含子。荧光定量PCR和数字基因表达谱结果显示VvHox1在草菇的异核菌丝体、原基期和蛋形期的表达量不断升高,并且在蛋形期表达量达到最高,但是,在伸长期的表达量却显著下降。因此,我们推测转录因子VvHox1可能调控子实体发育过程中的相关基因,从而影响草菇子实体的形态发生。     

芥菜WOX基因家族的全基因组鉴定与分析

WUSCHEL相关-同源盒(WUSCHEL related-homeobox, WOX)基因家族是一类植物特有的转录因子基因家族,在植物的生长发育过程中发挥重要作用。本研究利用芥菜(Brassica juncea)基因组数据,通过HUMMER、Smart等软件进行检索筛选,共鉴定出51个WOX基因家族成员。利用Expasy在线软件对这些家族成员的蛋白质分子量、氨基酸序列长度、等电点等进行分析,并利用生物信息学软件对芥菜WOX基因家族进化关系、保守区域、基因结构等进行系统性分析,将芥菜WOX基因家族分为古老支、中间支和WUS支/现代支3个亚家族。结构分析表明,同一亚家族内的WOX转录因子家族成员的保守结构域的种类、组织形式以及基因结构具有高度的一致性,而不同亚家族之间呈现一定的多样性。51个WOX基因不均匀分布于芥菜18条染色体上,这些基因的启动子大多含有响应光、激素和非生物逆境胁迫相关的顺式作用元件。利用转录组数据和实时荧光定量PCR (real-time fluorescence quantitative PCR, qRT-PCR)分析发现,芥菜WOX基因的表达具有时空特异性,其中B...     

硝酸镧和兰科菌根真菌对铁皮石斛生理特性的影响

利用盆栽的方式研究了不同硝酸镧水平(0、1.0、3.0、5.0和7.0mg·L-1)下接种兰科菌根真菌对铁皮石斛生物量、多糖和蛋白质合成的影响,并分析了叶绿素含量、丙二醛(MDA)含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性的变化,以探讨硝酸镧和兰科菌根真菌对铁皮石斛生理特性的影响。结果表明:(1)添加适量的硝酸镧有利于菌根真菌侵染和菌根发育,提高铁皮石斛幼苗生物量。(2)在接种菌根真菌的同时添加5.0mg·L-1的硝酸镧,铁皮石斛的根重、茎叶重和总生物量均达到最大,分别是未添加硝酸镧以及未接种对照组的4.26倍、4.98倍和4.87倍,其菌根侵染率也高达92.8%;而且可显著提高叶片中叶绿素含量,并显著降低细胞内的丙二醛含量。(3)在适量(5.0mg·L-1)的硝酸镧水平下接种菌根真菌能促进铁皮石斛幼苗多糖和蛋白质的合成,并显著提高细胞内SOD、CAT和POD活性。研究认为,菌根真菌与适宜浓度硝酸镧(5.0 mg·L-1)联合使用能显著促进铁皮石斛菌根的形成,增强植株的生理活性和适应能力,提高其生物量和多糖等活性成分的积累,有效改善铁皮石斛的药用品质。     

铁皮石斛体细胞胚胎发生类受体激酶基因DoSERK的克隆和表达分析

为了解铁皮石斛(Dendrobium officinale)中的体细胞胚胎发生类受体激酶基因DoSERK 的功能,在转录组测序数据的基础上克隆了DoSERK 的全长cDNA。结果表明,DoSERK 与其他植物的SERK 高度同源,编码633 个氨基酸。生物信息学分析表明,DoSERK蛋白为亲水蛋白并定位于质膜,具有1 个信号肽、1 个富脯氨酸区域、1 个跨膜区、5 个富亮氨酸重复序列以及1 个保守的蛋白激酶活性结构域,属于SERK 蛋白家族成员。系统进化树分析表明,DoSERK 与同为兰科植物的文心兰(Cyrtochilum loxense)以及卡特兰(Cattleya maxima)的SERK 亲缘关系最近。组织表达分析表明,DoSERK 在铁皮石斛中广泛表达,以幼嫩小苗根部的表达量最高。这些说明DoSERK 除了可能参与铁皮石斛体胚发生过程以外,还参与其他生长发育过程。     

福建泰宁野生铁皮石斛种群的ISSR亲缘关系分析

为了解铁皮石斛(Dendrobium officinale)种质间的亲缘关系,利用ISSR技术对34份铁皮石斛种质资源进行亲缘关系和遗传多样性分析。结果表明,9条ISSR引物在34份种质中共扩增出78条带,多态位点百分率达100%。UPGMA聚类分析表明,种质的相似系数为0.61~0.92,在相似系数0.626处,福建省泰宁的野生铁皮石斛与栽培铁皮石斛分为两大类。泰宁野生铁皮石斛种群的Nei’s基因多样性(H)和遗传分化系数(Gst)分别为0.3111和0.4609,均高于栽培种群(0.3056和0.4204),表明泰宁野生铁皮石斛具有较丰富的多样性和较高的种群分化系数。AMOVA分析表明,铁皮石斛种群内变异指数为74%,种群间变异指数为26%,表明不同种群间可能存在基因交流。这些为不同地域的野生铁皮石斛资源的有效保护及利用提供理论依据及技术参考。     

铁皮石斛类唾液酸转移酶基因的分子鉴定

利用RT-PCR和RACE技术,从珍稀濒危药用植物铁皮石斛(Dendrobium of ficinale)中分离到一个类唾液酸转移酶(sialylt ransferase-like proteins,STLP)基因,命名为DoSTLP1(GenBank注册号KC178574).序列分析结果表明,DoSTLP1基因全长cDNA为1 340 bp,编码1条由367个氨基酸组成的肽链,分子量41.66 kD,等电点8.64;DoSTLP1蛋白具有唾液酸转移酶和糖基转移酶29家族的保守结构域(分别为1～357,87～346位氨基酸)、信号肽(1～27)和跨膜结构域(3～25,285～311).多序列比对和系统进化结果显示,DoSTLP1与多种植物的STLPs基因有较高的相似性(44.7％～53.7％),而且与水稻、玉米等单子叶植物STLPs基因的亲缘关系较近.实时定量PCR分析显示,DoSTLP1基因在铁皮石斛根、茎、叶器官中为组成型表达,其转录本在石斛根中的相对表达量较高,为叶中的2.857倍,茎和叶中的表达量无显著差异.该研究为进一步解析该基因在铁皮石斛生长发育过程中的生物学功能奠定基础.     

兰科菌根真菌对铁皮石斛光合性能及pepc基因表达的影响

为了阐明兰科菌根真菌对铁皮石斛光合作用的影响及机制,采用盆栽方式研究了兰科菌根真菌对铁皮石斛幼苗生长的影响,并分析了叶片中叶绿素含量、光合参数、叶绿素荧光参数以及pepc基因表达的变化。结果表明：（1）兰科菌根真菌促进了铁皮石斛幼苗生长,接种兰科菌根真菌的铁皮石斛的株高、根重、茎叶重和总生物量分别是未接种对照组的1.21、1.54、1.71和1.68倍;而且可显著提高叶片中叶绿素含量、叶片净光合速率（P_n）、蒸腾速率（G_s）和气孔导度（T_r）。（2）接种兰科菌根真菌的铁皮石斛叶片潜在光化学效率（F_v/F₀）、最大光化学效率（F_v/F_m）、光化学猝灭系数（q_P）、非光化学猝灭系数（q_N）、实际光化学反应量子效率（Yield）和表观光合电子传递速率（ETR）均高于未接种对照组。（3）菌根真菌能促进pepc基因的表达,增强PEPC活性,提高铁皮石斛叶片的光合碳同化能力。研究表明,菌根的形成可以提高铁皮石斛叶片光合性能和pepc基因的表达水平,促进铁皮石斛幼苗的生长。