甜瓜雄性不育系不同发育时期雄蕊转录组分析

从分子水平探讨甜瓜雄性不育雄蕊发育不同时期差异表达基因与花粉败育的相关性,为探究甜瓜雄性不育发生机理提供依据。通过对甜瓜雄性不育系(Male sterile,MS)花蕾(直径为2和5 mm时期)雄蕊进行转录组测序,筛选差异表达基因,并对差异表达基因进行荧光定量分析。共发现224个差异表达基因,对差异表达基因进行GO功能分析显示,全部基因均归属于生物合成、分子功能和细胞组分3大分支,其中与酶类相关的差异基因为9个,2个差异表达基因为羧酸酯酶同源基因,4个为碳水化合物相关酶类的表达基因,细胞信号传导相关表达基因和玉米素生物合成相关表达基因各1个;qRT-PCR(Quantitative realtime PCR)验证表明,与碳水化合物相关酶类的表达基因和玉米素生物合成相关表达基因在雄性不育株2 mm花蕾雄蕊中的表达量均低于5 mm花蕾雄蕊中的表达量,与细胞信号传导相关表达基因在雄性不育株2 mm雄蕊中的表达量高于5 mm雄蕊中的表达量。雄性不育的发生与能量代谢相关基因表达量的上升和细胞信号传导相关表达基因表达量的减少存在一定的相关性。     

向日葵MADS-Box基因HAM23-like克隆和表达分析

为了解MADS-box基因在向日葵(Helianthus annuus)花发育过程中的作用,采用RT-PCR技术克隆了1个MADS-box基因新成员HAM23-like,开放阅读框为831bp,编码276个氨基酸,相对分子量为30.52k D,理论等电点为9.42。系统发育分析表明,HAM23-like与拟南芥的AGL18聚于同一分支,具有较近的亲缘关系。qRT-PCR分析表明,HAM23-like基因在花和成熟果实(籽粒饱满期)中的表达量较高;HAM23-like在开花当天的雄蕊中的表达量最高;随着花的发育,HAM 23-like表达量逐渐升高,在开花后5 d (果实形成早期)达到最高表达水平。因此,推断HAM23-like基因可能与向日葵花器官后期发育和瘦果早期发育相关。     

中国南瓜CmNPR1基因的克隆和表达分析

从实验室前期对中国南瓜雌花败育转录组测序结果推测,CmNPR1基因可能在南瓜花发育过程中发挥重要功能。该研究以中国南瓜自交系‘3 1’为试验材料,采用同源克隆方法获得中国南瓜CmNPR1基因CDS序列,通过生物信息学、基因表达以及亚细胞定位分析对该基因进行初步研究, 为进一步研究CmNPR1基因在南瓜花发育中的功能和作用机制奠定基础。结果表明：(1)中国南瓜CmNPR1基因CDS全长1 442 bp,编码480个氨基酸;蛋白序列包含有一个BTB/POZ和一个锚蛋白重复序列(Ank)保守结构域;该蛋白无信号肽和跨膜结构;多序列比对分析结果显示,CmNPR1氨基酸序列与美洲南瓜的亲缘关系最近,为96.05%,其次是印度南瓜,为95.63%。(2)CmNPR1基因在所取样品中花纵径0.5 cm时期表达量最高,且在花不同结构中柱头的表达量最高。(3)通过拟南芥原生质体亚细胞定位分析发现,该蛋白定位于细胞质和细胞核。     

马尾松PmFT1基因克隆及对花发育的影响

本研究利用RT-PCR和RACE技术从马尾松中克隆获得PmFT1基因全长序列,PmFT1基因开放阅读框(ORF)全长993 bp,编码247个氨基酸。对基因氨基酸序列生物信息学分析表明,PmFT1蛋白含有保守的PEBP结构域、基序DPDx P、Gx HR和第84位的关键氨基酸,但PmFT1在保守的14个氨基酸序列和LYN/IYN区域差异较大。系统进化树分析显示,马尾松PmFT1与云杉和辐射松亲缘关系较近,裸子植物单独分为一类,并且在FT类基因关键结构域相对保守。利用荧光定量PCR研究PmFT1基因在不同组织和雌雄球花发育中的表达研究表明,PmFT1基因为组成型表达,在老茎中的表达量最低;PmFT1基因在雌球花和雄球花发育过程中的表达模式正好相反,说明PmFT1基因参与了马尾松花发育调控,且促进雄球花发育,抑制雌球花发育。     

甜瓜LBD基因家族的鉴定和果实发育进程中的表达分析

侧生器官边界域（lateral organ boundaries domain, LBD）基因广泛存在于高等植物中,可以参与调控植物生长发育及逆境响应。通过对甜瓜LBD转录因子的鉴定分析,旨在揭示其在果实发育进程中的调控作用。通过生物信息学分析明确LBD转录因子在基因组中的成员,分别命名为CmLBD1-CmLBD32;采用多序列比对分析甜瓜LBD结构域的结构特征;运用邻接法、极大似然法进行系统进化树分析;以薄皮甜瓜发育各个阶段的果实（花后5-40 d,每间隔5 d取一次样）为试验材料提取RNA,并通过实时荧光定量技术检测LBD成员的基因表达水平。在甜瓜基因组上共鉴定出32个甜瓜LBD家族成员,分为7大类,分布于12条染色体上;多序列比对分析表明,32个LBD基因均具有典型的LOB结构域。在果实发育进程中,LBD家族基因在不同时期均有表达,其中CmLBD2和CmLBD28随着果实发育进程表达水平逐渐升高,其余家族成员在果实中表达水平相对较低。亚细胞定位表明,CmLBD2蛋白定位于细胞膜上。CmLBD2基因表达量与果实硬度间相关性分析表明,CmLBD2在果实成熟进程中基因表达量与硬度的变化...     

甜荞FeFUL2基因的克隆与表达分析

为了探索甜荞FUL同源基因参与花与籽粒发育调控的分子机制,该文采用同源克隆的方法从甜荞(Fagopyrum esculentum)长花柱和长雄蕊突变体(lpls)中克隆到1个长837 bp的FeFUL2基因(GenBank登录号为MG779493.1),其包含长690 bp的完整开放阅读框,编码1个由229个氨基酸残基组成的MADS-box转录因子。通过对FeFUL2进行分子系统发生、同源蛋白比对与转录因子结构分析,结果显示FeFUL2与核心真双子叶植物AP1/FUL亚家族转录因子中的euFUL进化系聚于1个进化分支,属甜荞euFUL型MADS-box转录因子,且包含1个57个氨基酸残基长的高度保守的MADS结构域、1个69个氨基酸残基长的次级保守的K结构域,其C末端转录激活区在序列长度和氨基酸残基组成上与其他euFUL型转录因子差异较大,但仍含有2个euFUL型转录因子特有的保守基元:FUL motif和paleo AP1 motif。用qPCR检测基因表达的组织特异性显示:FeFUL2基因在甜荞lpls突变体的根、茎、叶、花被片、雄蕊、雌蕊和发育4 d的幼果中均有表达,但其在花被片中表达量极显著高于该基因在其他器官中的表达量(LSD,P0.01)。综合转录因子的结构与基因的表达模式推测,FeFUL2基因与其他euFUL型基因的功能可能存在一定差异,其在花发育过程中可能主要参与甜荞花被片的发育调控。     

龙眼体胚发生过程中DCL基因的分子特性及表达分析

从龙眼转录组unigene序列筛选获得龙眼DCL基因(命名为DlDCL)全长序列,并结合生物信息学及实时荧光定量等方法,对龙眼DCL基因进行研究,以明确DlDCLs在龙眼体胚、不同生长组织部位中的表达规律及其对激素和光质应答反应,为进一步研究龙眼体胚过程中DlDCLs基因的调控研究奠定基础。结果表明:(1)龙眼转录组数据存在DlDCL1、DlDCL2、DlDCL3和DlDCL4四个DCL家族成员,且基于Unigene的FPKM值发现不同基因在体胚发生阶段具有差异表达。(2)生物信息学分析发现,DlDCLs成员间基本理化性质较为类似,均为亲水性不稳定蛋白、不含信号肽、可进行跨膜运动,但也存在一定差异,如DlDCL2为碱性蛋白,而其他3个成员为酸性蛋白;亚细胞定位预测显示,DlDCLs均定位于细胞核中,但DlDCL2也存在定位于叶绿体中;对DCL蛋白结构域预测显示,DCL是高度保守的蛋白。(3)系统进化树分析显示,不同物种的DCL分为4个分支,同源的DCL蛋白都聚为一类,且DlDCLs与柑橘DCL亲缘关系更为接近。(4)实时荧光定量PCR分析表明,DlDCLs在龙眼非胚性愈伤组织和体胚发生过程中的表达模式差异较大,但DlDCLs在愈伤组织阶段均有较高的表达量,推测DlDCLs在体胚发生过程可能具有功能的独立和协作。DlDCL1和DlDCL2在叶片、花器官等组织部位中的相对表达量较高,暗示DlDCL1和DlDCL2可能参与到光合作用和花器官的发育;DlDCLs还受2,4-D、MeJA、SA激素和光质诱导,表明DlDCLs可能参与激素和光质调控。     

文心兰铁氧还蛋白基因克隆定位及表达分析

采用RACE-PCR法,从‘小樱桃’文心兰中克隆到一个全长989bp的铁氧还蛋白基因cDNA序列,命名为OnFd(登录号KX461907)。OnFd基因开放阅读框长为465bp,预测可编码154个氨基酸;gDNA和cDNA序列比对结果显示OnFd基因不含内含子。生物信息学分析表明,OnFd具有1个典型的[2Fe-2S]结构域;同源分析显示,OnFd与玉米Fd3的相似度最高(64.29%)。蛋白亚细胞定位结果显示OnFd定位于叶绿体。实时荧光定量PCR检测发现:OnFd基因在花中表达量最高,其次是叶与根,在假鳞茎中表达量最低;接种病原菌研究显示,文心兰感染软腐病后,各个部位的OnFd基因表达量均呈上升趋势,尤其是接种部位假鳞茎在接种病原菌1d后表达量便表现出极显著上调,并且在5个感病阶段的表达量是健康植株的2.83~3.98倍。研究表明,OnFd基因可能在文心兰响应抗软腐病过程中具有重要作用。     

小麦TaWRKY47基因的克隆与表达分析

为了探究小麦WRKY基因的功能,该研究采用RT PCR方法,在小麦叶片组织中克隆WRKY基因,并对其进行生物信息学和不同逆境胁迫下的表达分析。结果表明：(1)成功克隆得到1个小麦WRKY基因,命名为TaWRKY47。(2)TaWRKY47基因开放阅读框长度为900 bp,编码299个氨基酸,含有一个WRKY保守结构域和一个C₂HC锌指结构域,属于WRKY基因家族的第Ⅲ类成员。(3)亚细胞定位分析结果显示,TaWRKY47蛋白定位于细胞核。(4)荧光定量PCR结果表明,TaWRKY47基因在小麦根、茎、叶、雄蕊和雌蕊中均有表达,其中在雌蕊中表达量最高,且受低温、干旱、盐、ABA和H₂O₂等胁迫表达增强,推测TaWRKY47基因参与了小麦的逆境胁迫过程。该研究结果为进一步研究TaWRKY47基因功能与抗逆机制奠定了理论基础。     

苋菜甜菜红素合成相关基因AmMYB1的克隆及表达分析

应用RACE技术,从‘大红’苋菜中克隆到1条MYB基因cDNA全长序列,命名为AmMYB1(登录号为KU557504)。AmMYB1基因开放阅读框为723bp,可编码240个氨基酸。其基因组序列与cDNA比对后显示,AmMYB1基因含有1个内含子。生物信息学分析表明,AmMYB1具有2个连续的MYB结构域,是一个典型的R2R3-MYB;同源分析显示,该基因编码的氨基酸序列与甜菜红素相关BvMYB1的一致性最高,达到54%。亚细胞定位结果显示,AmMYB1蛋白定位于细胞核。实时荧光定量PCR分析表明,AmMYB1基因在‘大红’苋菜叶片红色部位的表达量高于绿色部位;在甜菜红素含量高的叶和茎中表达量明显高于根;在光照条件下表达量高于遮光处理;在红叶品种中的表达量高于绿叶品种。研究结果表明,AmMYB1基因可能是苋菜甜菜红素合成途径中重要的正调控因子。     

龙眼胚性愈伤组织DRM1基因的克隆及其定位与表达分析

该研究以龙眼胚性愈伤组织的转录组数据为基础,对龙眼胚性愈伤组织DlDRM1基因进行克隆和生物学信息分析,并检测其在体胚发生过程中不同发育阶段、不同浓度的外源激素(2,4-D、IAA、KT)处理下及不同组织部位的表达,以揭示DlDRM1基因在龙眼体胚发生过程中的功能。结果表明:(1)从龙眼转录组unigene序列筛选获得龙眼结构域重排甲基化酶1基因(命名为DlDRM1)全长序列,并利用RT-PCR法从‘红核子’龙眼胚性愈伤组织中克隆获得DlDRM1基因的cDNA全长序列(GenBank登录号为KY990493);DlDRM1基因cDNA全长2 574bp,包括494bp的5′UTR,184bp的3′UTR,可编码包含631个氨基酸的蛋白质。(2)生物信息学分析显示,DlDRM1是一个不稳定的亲水蛋白,不含信号肽,不存在跨膜结构域,其分子式为C_(3104)H_(4839)N_(851)O_(984)S_(28);序列比对和系统进化分析表明,龙眼DlDRM1与脐橙DRM相似度最高(76.85%),二者亲缘关系也最为接近。(3)实时荧光定量PCR分析发现,DlDRM1在龙眼各组织器官中均有表达,且在果肉中表达量最高,其次是花蕾,在叶中的表达量最低;DlDRM1基因在非胚性愈伤组织中表达量最高,而且在非胚性愈伤向胚性愈伤转变过程中DlDRM1基因的表达量呈逐步下降趋势,说明DlDRM1基因与体胚胚性呈负相关关系,在龙眼体胚发生过程中可能发挥着重要的作用;一定浓度的IAA和2,4-D能够促进DlDRM1基因的表达,而KT则抑制DlDRM1的表达。(4)亚细胞定位结果表明,DlDRM1定位于细胞核和细胞膜上。     

多胺对盐胁迫下黄瓜SOS2基因家族表达的影响

该研究基于黄瓜基因组数据库,利用生物信息学和荧光定量PCR等方法,对黄瓜SOS2基因家族进行全基因组鉴定,并对其表达特性进行系统分析。结果表明：(1)在黄瓜基因组中,共鉴定到 15个SOS2基因(CsSOS2 1~CsSOS2 15),且不均匀分布在5条染色体上;亚细胞定位显示SOS2蛋白主要位于细胞质膜。(2)系统进化分析显示,CsSOS2 2和CsSOS2 6与AtSOS2亲缘关系更近。(3)顺式作用元件预测显示,SOS2基因启动子序列主要含有干旱诱导和防御应激响应元件。(4)结构分析显示,SOS2蛋白所含保守基序的排列顺序完全一致,且主要含有STKc和NAF保守结构域,这些结构可能在基因响应盐胁迫过程中起调控作用。(5)荧光定量试验表明,SOS2基因家族主要在黄瓜的根和叶片响应盐胁迫时上调表达,其中,盐胁迫处理1 d时有5个基因上调表达,并随处理时间延长盐胁迫下的基因表达有所下调;增施多胺显著上调了CsSOS2 1~CsSOS2 5、CsSOS2 8、CsSOS2 9、CsSOS2 12和CsSOS2 15在不同组织中的表达,说明盐胁迫下多胺能诱导黄瓜SOS2基因家族的表达,进而参与植物耐盐分子网络的调控。     

甜荞FaesAP2基因的克隆与表达分析

本研究采用同源克隆和RACE技术,从甜荞（Fagopyrum esculentum Moench.）品种'西农9976'中分离出调控花器官发育的FaesAP2基因,该基因序列全长1668 bp,包含1个长为1374 bp的完整开放阅读框,共编码457个氨基酸。序列比对以及系统发育分析结果发现,FaesAP2蛋白拥有2个高度保守的AP2（APETALA2）结构域,在第1个AP2结构域前端有1段由10个氨基酸残基组成的高度保守的核定位信号区;系统发育分析显示其与拟南芥（Arabidopsis thaliana（L.） Heynh.） AP2转录因子的亲缘关系较近。基因表达模式分析表明,该基因在甜荞pin型和thrum型花的雄蕊和雌蕊中有明显的表达,但在幼叶和花被片中不表达,且其表达量在2种类型花不同发育时期呈现明显的变化,均在花药迅速膨大期达到最高值,因此推测该基因在甜荞花发育过程中可能参与了花器官发育的调控。     

火鹤AaSERK基因克隆及其在体细胞胚胎发生中的表达分析

为了探讨体细胞胚胎发生相关类受体蛋白激酶(SERK)基因在火鹤体细胞胚胎发生中的作用,以火鹤胚性愈伤组织为材料,利用RT-PCR结合RACE技术,克隆了火鹤体细胞胚胎发生相关类受体蛋白激酶基因(AaSERK),通过实时荧光定量PCR(Real time-PCR)技术分析了AaSERK的相对表达量。结果显示:(1)该基因全长为1 949bp,包含1 866bp开放阅读框,编码蛋白由622个氨基酸组成。(2)预测该基因具有SERK家族典型的结构域:1个信号肽、1个亮氨酸拉链结构域、5个富亮氨酸重复序列结构域、1个SPP基序、1个跨膜结构域、含11个亚区的激酶结构域、1个C端结构域。DNAMAN分析显示,该基因编码的氨基酸序列与其它植物的一致性达到65%~89%。(3)在离体诱导体细胞胚胎发生的各阶段中,AaSERK基因在诱导阶段及发育培养阶段微弱表达或者几乎不表达,在继代培养第30天的胚性愈伤组织中表达量最高。推测该基因可以作为火鹤体细胞胚胎发生的一个标记基因。     

日本晚樱PrseSHP基因的克隆与功能分析

采用同源克隆方法结合RACE技术,从日本晚樱(Prunus lannesiana)品种‘大岛樱’中克隆到花发育调控相关的PrseSHP基因(GenBank登录号为GU362645)。PrseSHP基因序列全长1 223bp,包含1个长741bp的完整开放阅读框,编码246个氨基酸和1个终止密码子。分子系统发生分析表明,PrseSHP属MADS-box转录因子的PLE/SHP进化系,并与蔷薇科植物的SHP同源蛋白聚于同一进化分支;蛋白序列比对显示,该转录因子拥有M、I、K和C共4个结构域,且其C末端结构域中包含高度保守的AGⅠ和Ⅱ基序。基因表达分析表明,PrseSHP基因主要在‘大岛樱’的花瓣、雄蕊、雌蕊和幼果等器官中表达,在花萼中仅能检测到微弱的转录信号,在幼叶中不表达,与其他植物SHP同源基因的表达模式有一定的差别。功能分析显示,转PrseSHP基因拟南芥植株明显比野生型拟南芥弱小,转基因拟南芥在6~8片莲座叶后即抽薹开花,时间较野生型拟南芥(14~17片莲座叶后抽薹开花)明显提前,证明异位表达的PrseSHP基因能促进拟南芥早花,其在花发育过程中可能参与调控植物开花。     

丹参小孢子发生和雄配子体发育过程的解剖学研究

在显微水平上对丹参小孢子发生和雄配子体的发育过程及其与不同发育阶段花蕾的外部形态的相关性进行了研究。结果表明：丹参有2枚雄蕊,每个花药具2个花粉囊．小孢子母细胞减数分裂属同时型,小孢子在四分体中的排列属四面体型。成熟花粉粒属3细胞型并有6个萌发沟。花粉囊壁发育属双子叶型,由4层细胞构成,即表皮、药室内壁、中层和绒毡层。绒毡层细胞为腺质,二核。植株花蕾肉眼可见,大小在1～1.5mm时雄蕊孢原细胞开始分化;花蕾长至9～12mm。即从钟型花萼的钟口肉眼可见乳白色花瓣时．形成成熟的雄配子体,雄配子体具有3细胞的花粉粒。     

牡丹PoSAD基因克隆与表达分析

以凤丹牡丹(Paeonia ostii)叶片为试验材料,采用RACE和RT-PCR方法,克隆得到凤丹牡丹硬脂酰-ACP去饱和酶基因SAD的cDNA全长,命名为PoSAD(GenBank登录号为KY038819)。序列分析表明,该基因cDNA序列全长1 559bp,其中开放阅读框1 197bp,编码398个氨基酸,3′端非编码区长172bp,5′端非编码区长123bp。多序列比对结果表明,凤丹牡丹PoSAD氨基酸序列含有2个保守结构域。系统发育分析结果显示,凤丹牡丹与蓖麻处于同一分支,其亲缘关系最近。TMHMM和TargetP亚细胞定位分析得知,PoSAD蛋白无跨膜区域,可能定位于叶绿体中发挥功能。组织特异性结果分析表明,PoSAD基因在凤丹牡丹的根、茎、叶、花瓣、雌蕊、雄蕊、种子中均有表达,且在花瓣中表达量最高,雌蕊中次之,在根中的表达量最低;不同时期种子中,60d表达量最高,80d次之,10d中表达量最低。     

鹅掌楸AOX家族基因克隆与组织表达分析

鹅掌楸(Liriodendron chinense)为重要的珍贵用材及园林观赏树种,开展抗逆基因的研究,对于提高鹅掌楸适应性有重要意义。该文以鹅掌楸为研究对象,通过采用RT-qPCR与RACE相结合的方法克隆获得3个AOX基因,其ORF长分别为858、1 032、1 044 bp,相应编码氨基酸数为285、343、347 aa,分别命名为LcAOX1a、LcAOX1b和LcAOX2。蛋白同源性分析发现鹅掌楸AOX家族蛋白序列高度保守,尤其在C端保守性极高,且均含有"EXXH"、"EEE-Y"铁离子结合保守结构域。亚细胞定位分析结果显示LcAOX1a蛋白定位于线粒体及叶绿体之外的其他位置,LcAOX1b蛋白在叶绿体和线粒体中均有定位,LcAOX2蛋白定位于线粒体基质。采用RT-qPCR方法研究AOX基因在鹅掌楸茎、叶片、叶芽、花芽、花萼、花瓣、雄蕊、雌蕊8个不同组织中的表达模式,分析发现鹅掌楸AOX基因在花器官中表达量明显高于营养器官,LcAOX1a与LcAOX1b基因在雄蕊中表达量最高,特别是LcAOX1a基因在雄蕊中特异性表达,其表达量远远高于其他组织;LcAOX2基因在花瓣中表达量最高。该研究克隆3个鹅掌楸AOX基因并进行相关分析,为进一步研究其生物学功能奠定了基础。     

苹果DREB转录因子家族全基因组鉴定与分析

DREB转录因子属于AP2/ERF转录因子家族,能够与DRE/CRT顺式作用元件特异性结合,调控与逆境应答基因的表达,因而在植物应对低温、干旱、高盐等逆境胁迫中发挥重要作用。该研究利用苹果全基因组数据,通过生物信息学手段鉴定苹果DREB转录因子家族成员,并分析DREB转录因子家族保守域特点与功能及表达情况。结果表明:从苹果全基因组中共鉴定出60个DREB转录因子家族成员,与拟南芥和水稻相比基本一致,通过引入拟南芥DREB基因进行系统发生分析,进一步可以将其细分为6个亚组;结构域和保守元件分析表明,DREB基因家族含有一个AP2保守结构域;染色体定位表明,苹果DREB基因分布于11条染色体上,部分基因存在串联复制现象;基因结构分析显示,该亚家族基因不含内含子。利用同源拟南芥RNA-Seq数据分析结果表明,DREB转录因子家族对低温、ABA调节等非生物胁迫具有调控作用,同时在DREB亚家族中每个亚组响应不同的非生物胁迫;通过分析DREB基因在不同组织中的表达情况,结果显示DREB基因在植物根部中的表达量最强,其次是叶。