假眼小绿叶蝉微卫星位点的生物信息学分析

【目的】为开发假眼小绿叶蝉Empoasca vitis分子标记,采用高通量测序技术对假眼小绿叶蝉DNA进行了测序与分析。【方法】本研究基于Illumina Hi Seq测序技术,构建了PE文库(~400bp),对获得的测序数据利用生物信息学分析手段完成全基因组扫描,并进一步使用MISA分析鉴定基因组序列中出现的微卫星序列(SSR)。针对微卫星序列共设计10对引物,并使用3步法进行引物多态性筛选。【结果】共计检测Scaffold数量为183 194条,其中包含SSR的Scaffold共计1 545条,共计筛选出1 569个SSR位点。在假眼小绿叶蝉的微卫星中,共包括87种重复基元类型,二核苷酸与三核苷酸重复序列为主要重复类型,分别占SSRs总数的70.26%和27.84%;二核苷酸重复基元CA/TG和三核苷酸重复基元AAT/ATT是优势重复基元,分别占SSRs总数的33.96%和5.86%。在设计的10对引物中,5对具有多态性,在8个假眼小绿叶蝉个体中共发现16个等位基因。【结论】结果说明假眼小绿叶蝉SSR位点在多态性方面具有极大的可开发性,具有多态性的SSR位点可对假眼小绿叶蝉种群间的分化,种群间的扩散机理和途径及影响因素等问题提供分子视角。     

卡介苗美国株全基因组测序缺口修补及序列

【目的】对卡介苗(Bacillus Calmette-Guerin,BCG)美国株(BCG Tice)进行基因组补缺口(补洞)工作,以得到它的基因组完整序列。【方法】首先对BCG Tice进行高通量测序,使用SOAPdenovo软件对得到的数据进行拼接。由于在高通量测序的过程中基因组某些区域测序覆盖度低,测序质量差会使测序结果经拼接后形成众多的重叠群(contig),相邻的位置关系确定的contig形成一个scaffold,contig之间未测到的区域为缺口序列(gap),在contig末端设计引物进行PCR扩增,得到连接相邻contig的PCR产物,对PCR产物进行测序。通过优化PCR引物设计策略,尝试不同的聚合酶进行聚合反应,调整PCR反应条件并结合PCR产物构建克隆测序等方法,补齐contig之间的缺口序列。【结果】完成了BCG Tice的全基因组测序,得到了它的基因组完整序列,序列已提交到美国国立生物技术信息中心(NCBI)的GenBank数据库。【结论】BCG属于高GC含量的革兰氏阳性细菌,其基因组GC含量高达65.65%。本文以BCG Tice基因组补洞为例,对高GC含量基因组补缺口过程中遇到的问题与采取的策略给予概述,望给相关高GC含量基因组的物种全基因组测序补缺口工作提供一些借鉴。     

菠菜性别相关 EST-SSR 标记的开发及应用

为了明确菠菜EST序列中SSR的总体特点,开发菠菜EST-SSR引物;为利用EST-SSR引物进行菠菜性别相关特异序列的克隆奠定基础,本文从NCBI上获得1093条EST,利用在线软件SSRIT检测所含SSR序列,并进行分析。共检索出68条SSR序列,分布于64条EST中,检出率为6.22%,包括22种重复基元。其中二核苷酸重复基元的EST-SSR占主导地位,占总SSR数目的32.3%。利用在线引物设计软件Primer3.0设计了7对EST-SSR引物,在适合的PCR反应体系下,分别以雌、雄菠菜DNA基因组为模板,对设计的EST-SSR引物进行筛选,结果显示以EST序列HS097148设计的一对引物从菠菜雌雄基因组中扩增出一条雄性特异的条带,表明通过菠菜EST-SSR引物获得菠菜性别相关特异序列是可行的。     

大麻状罗布麻的全基因组分析和SSR标记开发

大麻状罗布麻是重要的经济和生态作物,由于基因组数据匮乏和分子标记少而限制其遗传研究工作的开展。本研究利用Illumina测序平台对大麻状罗布麻的基因组大小进行测定,通过生物信息学方法对其基因组杂合度和重复序列等基本信息进行预估,并做了基因组的初步组装,在此基础上对其基因组序列进行了SSR查找。研究结果表明,总测序量为31.94 Gb,测序质量正常(Q20≥90%,Q30≥85%),与NCBI核苷酸数据库(NT)比对显示样本不存在外源污染;K-mer分析(K=17)结果显示,大麻状罗布麻基因组大小为239.02 Mbp,杂合率为0.56%,重复序列占全基因组比例为36.72%,初步预估大麻状罗布麻基因组为复杂基因组;采用K-mer=41进行基因组初步组装,共获得273336条contigs,N50为3838 bp,总长为222723253 bp,进一步将contigs进行连接、延长,组装得到224587条scaffolds,N50为6421 bp,总长为226378236 bp;此外,对基因组数据进行SSR分子遗传标记分析,共鉴定出117511个SSR,不同类型核苷酸重复差异较大,单核苷酸重复最多,六核苷酸重复最少。该研究为后续全基因组de novo测序及组装策略提供依据。     

梅EST-SSR标记的开发及利用

利用MISA软件对10 123条梅EST序列进行SSR位点查找,得到含SSR位点的序列935条,SSR位点1233个,平均每100条EST序列中含有12.18个SSR位点.2核苷酸、3核苷酸重复是最主要的重复类型,分别占35.52%和41.36%.设计了40对EST-SSR引物并进行扩增,有24对引物能扩增出理想的PCR 产物,其中17对引物具有较好的扩增多态性.测序后发现13对引物中有73.08%的片段具有相应的SSR位点,对杏DNA指纹中部分谱带的测序结果也证明了是梅扩增出的相应的SSR位点.根据本研究含有SSR位点的测序结果推算,从梅EST中开发真实SSR位点的数目为901.随机选择13对引物对杏和梅进行DNA指纹构建与遗传多样性分析,结果发现,来源于梅的EST-SSR引物在杏中有很高的通用性,这些引物把梅和杏分成了两大群体,说明他们是遗传差异明显的两种植物.     

亚麻EST-SSR信息分析与标记开发

与基因组SSR相比,以EST为基础的EST-SSR分子标记具有自身的优点。本研究从11240条亚麻（Linum sitatissmum L.）EST序列中检索出877条含有SSR的序列,其出现频率为7.8%。其中以三核苷酸重复出现的频率最高,占总SSR序列的60.1%;其次是二核苷酸重复,占21.9%;四、五和六核苷酸重复占18%。根据这些含SSR的EST序列共设计了73对SSR引物,在8份亚麻材料间通过PCR扩增检测,有63对引物扩增出清晰条带,引物可用率86.3%;有17对引物在8份亚麻材料间显现出多态性,占可扩增引物的26.3%。     

漆树EST-SSR引物开发

利用NCBI数据库进行漆树EST-SSR引物开发,从NCBI数据库中共下载漆树EST序列87 856条。利用MISA软件进行序列处理、拼接及聚类后,从87 856条漆树EST序列中拼接组装成3 979条非冗余序列,含SSR位点的EST序列出现频率占EST序列总数的4.5%,从3 979条非冗余序列中检测到487个SSRs微卫星位点,出现频率为12.2%。这些SSR位点中,三核苷酸和二核苷酸重复基元所占比例较高。采用Primer5.0软件,共成功设计50对EST-SSR引物,50对EST-SSR引物在25个漆树个体上均能扩增出清晰的电泳条带,其中18对引物检测出了多态性条带,扩增率达36%。     

荔枝SSR标记的研究

以无核荔枝A4号为实验材料,应用选择性扩增微卫星（SAM）法分离、克隆了100个简单序列重复（SSR）序列,其中88个非重复,可用。加上搜索数据库所获得的1个SSR序列,一共89个序列用于特异引物的设计。仅从71个序列的82个基因座设计出特异引物。合成41条特异引物(与5′锚定简并引物配对,个别相互配对),对其中的39个基因座进行检测。其中15对引物扩增出相应大小的片段,另外11对引物扩增出非预期片段。最后,以37个荔枝种质的基因组DNA为模板,从26对出带的引物中,筛选出多态性引物21对,获得了22个荔枝基因座特异性SSR标记。     

新疆沙冬青基因组调查测序与基因组大小预测

新疆沙冬青是中国荒漠地区代表性常绿阔叶植物,属于第三纪孑遗植物。其极强的逆境耐受性受到了研究者的广泛关注,但由于缺乏基因组序列,分子生物学研究水平进展缓慢。本研究对新疆沙冬青进行了基因组调查测序,共得到65 Gb大小的双端测序数据。结合基于K-mer分析和流式细胞分析的方法,预测基因组大小、杂合率和GC含量等特征,估计基因组大小为770~787 Mb。测序数据拼接构建得到contigs的N50为684 bp,总读长为0.538 Gb;进一步组装后scaffolds的N50为12.09 kb,总读长为0.602 Gb。对拼接数据进行SSR分子标记预测,共得到151858个SSR,其中二核苷酸重复单元比例最高为56.39%,在二核苷酸重复单元中,AT/TA组成形式占多数。本研究首次报道了荒漠植物新疆沙冬青的基因组特征,为后续基因组学研究提供参考。     

龙眼顶芽转录组简单重复序列(SSR)标记信息分析及分子标记开发

随着新一代测序技术的发展,大量的转录组数据和表达序列标签(EST)成为开发简单重复序列(SSR)标记的可利用资源。本研究利用MISA软件筛选龙眼(Dimocarpus longan)顶芽转录组数据库序列,从114 445条龙眼转录组unigene序列中发现11 546个SSR位点,SSR出现频率为10.09%。其中1 975条unigene含有两个或两个以上EST-SSR位点,占所有SSR位点的比例为17.10%,SSR出现的平均距离为7.52 kb。从龙眼转录组SSR核苷酸基序类型来看,二核苷酸(52.11%)和三核苷酸(46.15%)出现频率最高,占所有核苷酸出现频率的99.26%。在龙眼转录组SSR中二核苷酸重复基元出现频率最高的是AG/CT(4 250个,占36.81%),三核苷酸重复基元出现频率最高的是AAG/CTT(1 109个,占9.61%)。对含SSR位点的9 571条unigene序列进行引物设计,共设计出了8 347对SSR位点特异引物。随机挑选合成50对EST-SSR引物,以‘石硖’、‘储良’、‘古山2号’、‘立冬本’等四份龙眼材料的基因组DNA为模板对这批引物进行PCR扩增、筛选,结果表明,其中21对引物能产生理想的PCR产物,有效扩增率为42%;16对引物扩增条带具有多态性,占有效引物的76.2%;16对多态性引物共扩增获得50个条带,其中多态性片段21个,每对引物平均产生1.31个多态性片段。     

杨树重金属相关异戊二烯化植物蛋白(HIPPs)基因的鉴定及表达分析

金属伴侣在植物的生理活动中发挥关键作用，负责结合金属离子并将其转运至靶蛋白以维持细胞的金属离子稳态。目前关于HIPP （heavy metal-associated isoprenylated plant protein）金属伴侣蛋白的特性和功能分析多集中于模式植物拟南芥。本研究在毛果杨（Populus trichocarpa）中鉴定了14个PtHIPPs蛋白，均具有两个保守的金属离子结合基序MXCXXC，氨基末端可以形成βαββαβ二级结构，羧基末端具有保守的异戊二烯化基序；一些PtHIPPs还具有赖氨酸和/或甘氨酸富集区。根据基因结构、蛋白质的保守基序和进化树分析，PtHIPPs蛋白可分为3个亚组。PlantGenIE的组织特异性表达数据及荧光定量PCR鉴定结果显示，毛果杨PtHIPPs基因及小黑杨（Populus simonii×Populus nigra）PnHIPPs基因具有特定的组织表达特异性且存在差异。此外，利用缺铜及过量铜离子处理小黑杨植株不同时间后，不同组织部位中PnHIPPs基因的表达模式发生改变。本研究为鉴定木本模式植物杨树HIPPs蛋白在维持铜离子稳态过程中发挥的作用提供了参考依据。     

小黑杨PsnHB22基因在烟草中的遗传转化研究

HD-Zip转录因子在光信号转导、非生物胁迫、叶片发育等方面发挥重要的作用，HB22转录因子是HD-ZipⅠ亚家族的成员之一。为研究PsnHB22基因的功能，从小黑杨（Populus simonii×P.nigra）cDNA中克隆PsnHB22基因并构建植物表达载体进行烟草（Nicotiana tabacum）的遗传转化，以获得该基因过量表达的转基因株系。对转基因株系进行PCR、qRT-PCR分子检测后观察表型，结果显示在营养生长时期，转基因烟草叶片窄小并且株高显著低于野生型对照。测定转基因烟草及野生型叶片的叶绿素含量，发现转基因烟草叶绿素含量显著高于野生型。由此推测PsnHB22基因在植株高生长、光合作用及叶片的形态建成等过程中起着重要的作用。     

转基因PnDof30拟南芥非生物胁迫下的抗性分析

Dof(DNA-binding with one finger)转录因子是植物中特有的一类转录因子,是锌指蛋白家族中的一个具有众多成员的家族,氨基酸长度一般在200~400,含有非常保守的N端和较为多变的C端。已有研究表明,Dof转录因子家族在参与植物发育的多种生理途径和调节碳氮代谢、增加氮素的吸收与利用,提高植株抗逆能力中起着重要作用。为了探究小黑杨(Populus simonii×P.nigra)中Dof30基因的抗逆能力,本研究以转基因PnDof30拟南芥为研究对象,对干旱、盐和渗透胁迫后过表达PnDof30拟南芥株系L2和野生型拟南芥WT的生理指标进行比较。发现胁迫后拟南芥株系L2的种子萌发率、根长和鲜重等指标均高于WT;同时SOD、POD、脯氨酸含量高于WT,叶绿素和MDA含量下降;胁迫后L2中的PnDof30基因表达量显著提高。这些结果表明了PnDof30基因具有抗旱、耐盐和渗透胁迫的能力,对全面了解Dof转录因子的抗逆胁迫功能具有重要的意义。     

小黑杨转录因子PsnbHLH162基因在盐和低温胁迫下应答分析

为揭示小黑杨(Populus simonii×P. nigra)在面对非生物胁迫时,转录因子PsnbHLH162在植物体内发挥的作用,同时探究该基因在植物体内的信号转导过程,进而为未来获取优良的抗逆树种提供理论基础。以小黑杨为原材料,克隆获取PsnbHLH162基因,对目的基因和启动子进行生物信息学分析;之后用150 mmol·L^-1 NaCl、4℃低温分别对野生型小黑杨进行胁迫处理,利用荧光定量PCR,分析基因响应非生物胁迫的功能。结果显示：PsnbHLH162 cDNA基因片段长537 bp,基因N端内含1个高度保守的HLH结构域。该基因表达蛋白是不含跨膜区域的稳定的亲水性蛋白,其定位在细胞核内且没有转录激活活性。启动子区域内含多种ABA应答、生长素应答、光应答和circadian元件,证实此基因参加非生物胁迫应答。荧光定量PCR结果表明在盐胁迫下,与茎、叶组织相比,基因在根组织的表达量最高;在低温胁迫下,与叶、根组织相比,基因在茎组织的表达量最高。发现野生植株内,PsnbHLH162能被盐、低温诱导表达。     

杨树ERF11转录因子基因应答渗透胁迫表达分析

从小黑杨(Populus simonii×P.nigra)叶片中克隆出732 bp的ERF11转录因子基因(Potri.011G057000.1)cDNA,其编码的蛋白含有243个氨基酸,属于不稳定的亲水蛋白,不存在信号肽,不具跨膜能力,含AP2/ERF家族保守结构域。系统进化树表明,小黑杨ERF11蛋白与胡杨、麻疯树、蓖麻、橡胶树、木薯遗传距离较近,说明其亲缘关系较近。亚细胞定位结果表明,ERF11蛋白定位于细胞核中。ERF11基因表达具有组织特异性,并受胁迫诱导表达。其在根中相对表达水平明显比在茎和叶中表达水平高,在盐和甘露醇胁迫下,基因均表现上调表达。表明ERF11转录因子基因可能与植物应答高盐和干旱胁迫相关。     

我国抗虫转基因杨树生态安全性研究进展

转基因树木与农作物相比, 人们更关注其长时间种植可能导致转基因扩散到周围野生近缘种。由于生长周期长, 转基因树木会增加转基因不稳定性, 对非靶标生物的影响, 靶标害虫对转基因植物产生抗性, 增加树木入侵性(杂草化), 以及由于基因漂移或基因逃逸对环境产生的负面影响或新的环境风险。过去十几年, 针对我国抗食叶害虫的两个商业化转Bt基因欧洲黑杨(Populus nigra)和转双抗虫基因741杨[P. alba× (P. davidiana + P. simonii) × P. tomentosa], 已开展了有关生态安全性方面的多项研究。本文围绕抗虫转基因树木生态安全性研究进展进行了综述。抗虫转基因杨树对节肢动物种群和群落结构产生了一定影响, 使昆虫的多样性提高, 但对土壤微生物区系未见明显影响。转基因欧洲黑杨通过花粉和种子发生的基因漂移几率很低。转基因杨树通过内生菌发生的水平转移可能会对环境造成的潜在危险也进行了评价。文章最后指出对抗虫转基因杨树农林复合生态系统开展生物安全研究的必要性。     

小黑杨PsnHB13基因在烟草中的遗传转化与功能分析

克隆小黑杨HD-ZIP家族基因PsnHB13,对该基因进行生物信息学分析、过表达载体构建、烟草的遗传转化。结果表明小黑杨PsnHB13基因cDNA全长870 bp,编码289个氨基酸。成功构建植物过表达载体pROKⅡ-PsnHB13,并通过农杆菌介导的叶盘法将外源基因转入野生型烟草。检测结果显示PsnHB13已成功整合入烟草基因组中,并在mRNA水平表达。通过观察转基因烟草的生长,发现过表达PsnHB13基因的烟草与野生型相比出现叶面积变小、叶型变长,根系生长缓慢,花朵变小等明显表型。说明PsnHB13基因主要对烟草叶片、根系及花的生长发育起到负调控作用。本文为研究PsnHB13基因对杨树生长发育的影响提供理论基础。     

Effect of epiphytes on the extent of necrotic injuries of resistant and susceptible poplar clones infected with Dothichiza populea.

Poplar cuttings of a resistant clone, Populus ‘Grandis’, and susceptible clones, Populus nigra ‘Italica’ and Populus ‘Robusta’, were infected with the pathogenic fungus Dothichiza populea alone, or with the pathogen and one of five strains of epiphytes antagonistic towards it (in vitro), isolated from poplar bark. The extent of injury was examined for 28 days after infection by determining the length of necrotic patches and their area as expressed in per cent of the total area of a cutting or the area of necrotic injuries caused by the pathogen alone.

All the poplar cuttings of both the resistant and susceptible clones became diseased when infected with the pathogen alone. Surprisingly enough, however, the least affected clone was the susceptible P. ‘Robusta’, in which necrotic injuries covered 28% of the total area, as against 40% and 70% in the resistant P. ‘Grandis’ and the susceptible P. nigra ‘Italica’, respectively.

When the cuttings were infected simultaneously with Dothichiza populea and its antagonistic epiphytes, the diseased area in the resistant clone diminished by as much as two-thirds, and in the susceptible P. nigra ‘Italica’, by one-third in comparison with the area affected by the pathogen alone. In turn, in the susceptible P. ‘Robusta’ the introduction of three out of five epiphytes stimulated the growth of the pathogenic fungus producing on average a double increase in the necrotic area. The differences in the response of the pathogen to the presence of epiphytes recorded in the susceptible clones indicate a marked influence of the plant on the nature of interactions between its epiphytic microflora and the pathogen.     

Development and cross-species/genera transferability of microsatellite markers discovered using 454 genome sequencing in chokecherry (Prunus virginiana L.)

Chokecherry (Prunus virginiana L.) (2n?=?4x?=?32) is a unique Prunus species for both genetics and disease-resistance research due to its tetraploid nature and X-disease resistance. However, no genetic and genomic information on chokecherry is available. A partial chokecherry genome was sequenced using Roche 454 sequencing technology. A total of 145,094 reads covering 4.8?Mbp of the chokecherry genome were generated and 15,113 contigs were assembled, of which 11,675 contigs were larger than 100?bp in size. A total of 481 SSR loci were identified from 234 (out of 11,675) contigs and 246 polymerase chain reaction (PCR) primer pairs were designed. Of 246 primers, 212 (86.2?%) effectively produced amplification from the genomic DNA of chokecherry. All 212 amplifiable chokecherry primers were used to amplify genomic DNA from 11 other rosaceous species (sour cherry, sweet cherry, black cherry, peach, apricot, plum, apple, crabapple, pear, juneberry, and raspberry). Thus, chokecherry SSR primers can be transferable across Prunus species and other rosaceous species. An average of 63.2 and 58.7?% of amplifiable chokecherry primers amplified DNA from cherry and other Prunus species, respectively, while 47.2?% of amplifiable chokecherry primers amplified DNA from other rosaceous species. Using random genome sequence data generated from next-generation sequencing technology to identify microsatellite loci appears to be rapid and cost-efficient, particularly for species with no sequence information available. Sequence information and confirmed transferability of the identified chokecherry SSRs among species will be valuable for genetic research in Prunus and other rosaceous species. Key message A total of 246 SSR primers were identified from chokecherry genome sequences. Of which, 212 were confirmed amplifiable both in chokecherry and other 11 other rosaceous species.     

浑善达克沙地榆树疏林和小叶杨人工林碳密度特征及其与林龄的关系

榆树(Ulmus pumila)疏林是浑善达克沙地的地带性隐域植被, 小叶杨(Populus simonii)是该区域主要的防风固沙造林树种。该文通过测定两种森林生态系统乔木层(叶、枝、干、根)、草本层(地上植被和地下根系)和土壤层(0-100 cm)的碳含量, 比较了两种森林生态系统的碳密度及其分配特征, 并运用空间代替时间的方法, 阐明了乔木层、土壤层和总碳密度随林龄增加的变化特征, 估算了两种森林生态系统的固碳速率。结果表明, 榆树疏林乔木层和土壤层平均碳含量都低于小叶杨人工林, 榆树疏林生态系统总碳密度是小叶杨人工林的1/2。两种森林生态系统的总碳密度中, 乔木层碳密度和土壤层碳密度总占比98%以上; 土壤层与植被层碳密度的比值随林龄的增加而降低, 过熟林时该比值分别为1.66 (榆树疏林)和1.87 (小叶杨人工林); 榆树疏林和小叶杨人工林的乔木层、土壤层和生态系统的总碳密度随林龄的增加而增加, 其中乔木层碳密度及榆树疏林总碳密度与林龄均呈现出显著的线性正相关关系。小叶杨人工林乔木层的固碳速率约为榆树疏林的5倍, 榆树疏林生态系统和小叶杨人工林生态系统的总固碳速率分别为0.81 Mg C·hm^-2·a^-1和5.35 Mg C·hm^-2·a^-1。这一研究结果有利于估算沙地森林生态系统的碳储量, 为区域生态环境恢复和增加碳汇的政策制定提供依据。