茄子TCP基因家族全基因组的鉴定与分析

TCP (teosinte branched1/cincinnata/proliferating cell factor)转录因子是植物特有转录因子家族,在植物整个生长发育过程中都有着很重要作用。目前,在茄子(Solanum melongena L.)中还没有关于TCP转录因子的相关报道。本研究利用生物信息学方法在茄子基因组数据库中鉴定出分布于11条染色体上的29个茄子TCP家族基因(eggplant TCP,SmTCP)。研究结果显示,该家族所有成员均含有编码TCP保守结构域的序列。这些成员氨基酸长度范围为201–538 aa,外显子数为1或2。亚细胞定位显示,有3个SmTCP (SmTCP02/03/21)蛋白位于细胞质中,其他SmTCP蛋白都位于细胞核中。系统发育树和序列特征分析均将29个SmTCP基因分成ClassⅠ(PCF)和ClassⅡ(CIN和CYC/TB1)两大类。共线性分析发现,17对(21个)SmTCP基因存在共线性关系,且这些存在共线性关系的基因都属于片段复制。基因表达模式分析显示,29个SmTCP基因家族成员在15个组织或器官中都有表达,但是不同成员的表达模式存在差异,其中CIN亚家族的4个基因(SmTCP18/19/20/25)在3个不同生长期的叶片中均较高表达。SmTCP启动子区域的顺式作用元件分析共发现4类顺式作用元件。本研究从多个角度分析了SmTCP基因分子基础,研究了TCP转录因子对茄子生长发育的影响,为茄子分子育种提供理论参考。     

茶树开花相关基因家族的克隆及CsMFT基因的可变剪切分析

开花是植物从营养生长到生殖生长转变的关键过程,PEBP(phosphatidylethanolamine binding protein)蛋白家族在植物开花过程中发挥重要调控作用。该研究分别采用信息学分析及RT PCR方法,对茶树CsPEBP基因家族进行了鉴定、克隆和表达分析。结果表明：(1)成功克隆获得5个PEBP基因家族成员,并分别命名为CsATC、CsMFT、CsBFT、CsFT和CsTFL1,其长度为519~525 bp,分别编码172~174 个氨基酸残基,定位于5条不同染色体。(2)结构分析显示,该蛋白家族不同成员氨基酸序列的相似性高达72.7%,含39.88%~42.28%的自由卷曲,分属于3个亚家族,其亲缘关系与杨树最近。(3)亚细胞定位分析显示,CsATC、CsMFT、CsBFT定位于细胞质, CsFT定位于细胞核,CsTFL1定位于细胞质和细胞核。(4)转录组和荧光定量PCR分析显示,CsMFT基因在茶树不同组织部位和不同非生物胁迫响应下的表达量均高于其他基因;CsFT、CsATC、CsMFT基因在茶树花半开时的表达量最高。(5)启动子元件分析显示,该基因家族的启动子中含有大量的光响应元件和激素响应元件。(6)CsMFT基因存在可变剪切,有 525 bp和689 bp 两个不同长度的转录本。研究推测,该研究所克隆的5个茶树CsPEBP家族成员均参与了调控茶树的开花过程和茶树对多种逆境的响应,为茶树开花调控相关研究奠定了基础。     

宁夏云雾山典型草原灌丛化过程中植被和土壤演变特征

bHLH转录因子在植物类黄酮代谢过程中具有重要调控作用。该研究采用PCR方法，从‘碧香早’茶树中获得了与儿茶素含量高度负相关的CsbHLH71基因，并对其进行生物信息学分析、亚细胞定位及转录活性分析，为探究CsbHLH71基因在调控茶树儿茶素生物合成的分子机制奠定基础。结果表明：(1)通过RNA-seq测序筛选成功获得一个茶树CsbHLH71基因，该基因CDS序列全长912 bp，编码303个氨基酸；氨基酸序列第101-160位含有一个碱性螺旋-环-螺旋保守结构域，属于bHLH家族转录因子；序列对比和系统进化树结果显示，其与杜鹃花、河滨葡萄等物种的bHLH氨基酸序列有较高的相似性。(2)qRT-PCR结果显示，不同浓度微生物肥处理下茶树CsbHLH71基因的表达水平显著上调，且在1000倍处理下效果最显著，说明高浓度的微生物肥能促进茶树CsbHLH71基因的表达。(3)亚细胞定位分析表明CsbHLH71蛋白定位在细胞核。(4)转录活性分析发现，茶树CsbHLH71蛋白在酵母和烟草中均具有转录抑制活性，为转录抑制子，证实了CsbHLH71蛋白具有转录抑制剂的功能。研究推测， CsbHLH71蛋白可能负调控茶树中儿茶素积累。     

烟草TCP家族成员鉴定及表达分析

TCP家族作为植物特有的转录因子,在植物发育的不同方面发挥着重要作用。为筛选烟草中TCP家族成员,本研究通过全基因组同源比对,鉴定烟草与拟南芥TCP家族同源序列。利用生物信息学的方法分析其理化性质、系统进化关系、顺式作用元件等;筛选AtTCP3/AtTCP4的同源基因,并利用RT-qPCR检测在20% PEG6000处理下的基因表达量变化。结果表明烟草中含有TCP家族成员63个,其氨基酸序列长度范围为89−596 aa,蛋白亲水性(grand average of hydropathicity, GRAVY)范围为−1.147−0.125,等电点(isoelectric point, pI)范围为4.42−9.94,内含子个数为0−3,亚细胞定位均位于细胞核。保守结构域和系统进化关系分析结果表明,烟草TCP家族可分为PCF、CIN和CYC/TB1这3个亚家族且每个亚家族具有稳定序列。基因启动子区顺式作用元件结果表明,TCP家族基因含有低温顺式作用元件(LTR)及多种胁迫及代谢调控相关的元件(MYB、MYC)等顺式作用元件。基因表达模式分析表明,AtTCP3/AtTCP4同源基因(NtTCP6、NtTCP28、NtTCP30、NtTCP33、NtTCP42、NtTCP57和NtTCP63)在20% PEG6000处理下表达量显著上调表达/下调表达,并发现NtTCP30和NtTCP57基因对干旱胁迫响应较为明显。研究结果剖析了烟草基因组中的TCP家族,为烟草抗旱基因功能研究及品种培育提供了候选基因。     

刺葡萄白藜芦醇合成酶基因对不同光质的响应及转录因子筛选

为探究白藜芦醇合成酶基因(RS)的表达模式和转录调控特征,该研究以刺葡萄愈伤组织为材料,采用RT PCR方法进行RS1基因克隆,分析RS1基因在8种不同光质培养条件下的表达模式,并对靶向RS1的转录因子进行预测分析和筛选验证。结果表明：(1)成功从刺葡萄中克隆获得RS1基因(GenBank登录号为OM339527);RS1基因开放阅读框为1 179 bp,由2个外显子和1个内含子组成,编码392个氨基酸,为亲水性无信号肽的细胞质定位蛋白,磷酸化修饰主要发生于苏氨酸和丝氨酸位点上,蛋白质的二级结构主要由α 螺旋、无规则卷曲和延伸链组成。(2)RS1启动子具有多个光响应和转录因子识别与结合元件,还涉及激素调控、生长发育、环境条件响应。(3)转录调控预测发现,靶向RS1的转录因子来自9个家族,共有23个成员,其中MYB和Dof基因家族具有多个成员和RS1启动子结合位点。(4)共线性分析表明,葡萄与毛果杨的共线性最高,MYB DIV和Dof5.1具有多个共线基因。(5)转录水平分析显示,长波光促进RS1的表达,在不同光质和培养阶段下MYB DIV与靶基因RS1具有相同的表达模式,而Dof5.1的表达模式与RS1呈相反趋势,表明MYB DIV和Dof5.1分别通过正负调控参与RS1的转录表达。     

金边红苞凤梨叶片的超微观察和AbGLK1的克隆与表达分析

为了解Golden2-like (GLK)转录因子在金边红苞凤梨(Ananas comosus var. bracteatus ‘Chiyan’)绿白嵌合叶片形成中的作用,采用RT-PCR技术克隆得到了AbGLK1基因, 其开放阅读框全长1 371 bp,编码456个氨基酸,含有1个GARP-DNA结合域和1个C末端结构域GCT box (GOLDEN2 C-terminal box),属于GLK转录因子家族,在酵母中具有转录因子的转录激活活性。烟草亚细胞定位表明AbGLK1蛋白定位在细胞核。RT-qPCR分析表明,AbGLK1基因在金边红苞凤梨的根、茎、叶中均有表达,但具有组织器官差异性,在叶片中的表达量显著高于根和茎(P < 0.05)。AbGLK1基因在叶片边缘白化组织中的表达量显著低于绿色组织,约为绿色组织的1/3 (P < 0.05)。叶片白化组织叶绿体内膜系统模糊,无类囊体存在,含有大量囊状小泡,质体小球数量多且体积较大。因此,推测AbGLK1基因可能参与了金边红苞凤梨中的叶绿体发育,其下调表达可能导致叶片白化组织中叶绿体发育不成熟。     

水稻NAM基因家族的全基因组鉴定及表达分析

植物特异性转录因子NAM家族从属于NAC转录因子超家族,在植株生长发育、生理代谢以及应对各种胁迫反应中均发挥重要作用。该研究采用生物信息学方法鉴定水稻基因组中的NAM基因,分析其时空表达模式、亚细胞定位以及蛋白相互作用,并采用实时定量qRT PCR方法分析不同外源激素(如SA、ABA和MeJA)以及非生物胁迫(包括干旱、盐和冷)处理下各NAM基因的表达特征,为进一步探索NAM基因在非生物胁迫中的功能和应激机制以及激素调控途径奠定基础。结果显示：(1)从水稻基因组中共鉴定出48个NAM基因,进化分析将其分为5个亚家族;NAM基因在水稻基因组中存在9对片段复制事件。(2)组织表达分析显示,NAM基因在水稻不同组织及发育时期表现特异性表达,特别是叶鞘、茎和节的生长过程中高表达,且大多数是核定位,并存在多种蛋白互作。(3)实时定量qRT PCR表达分析显示,10个NAM基因在不同组织中均特异表达;大部分NAM基因在盐和干旱胁迫下表达上调,而在冷胁迫下表达降低;SA、ABA和MeJA处理均可显著改变各NAM基因的表达水平。研究表明,NAM基因在水稻生长发育、激素应答和非生物胁迫响应中具有重要作用。     

草莓TCP转录因子家族生物信息学鉴定及基因表达分析

TCP转录因子家族是植物特异的一类调控逆境胁迫的重要转录因子。该研究利用生物信息学方法对草莓TCP转录因子家族成员进行鉴定,采用qRT PCR方法检测转录因子家族在非生物胁迫中的表达,并对相应转录因子家族基因的结构和功能进行了预测,为探究TCP转录因子在森林草莓非生物胁迫中的作用奠定基础。结果显示：(1)从森林草莓(Fragaria vesca)基因组和凤梨草莓(Fragaria ananassa)基因组中分别筛选了18个和58个TCP基因,并根据基因在染色体上的位置分别命名为FvTCP1~FvTCP18和FaTCP1~FaTCP58,亚细胞定位显示TCP家族基因主要位于细胞核上。(2)qRT PCR分析表明,森林草莓家族基因对逆境胁迫具有响应作用,但不同成员在不同胁迫处理下的响应程度存在差异,FvTCP14在200 mmol·L^-1 NaCl、10% PEG、100 μmol·L^-1 ABA、4 ℃低温、40 ℃高温和100 mmol·L^-1 H₂O₂处理下相对表达量极显著高于对照,分别是对照的43.78倍、166.73倍、38.39倍、265.87倍、626.24倍和451.85倍,表明^FvTCP14响应干旱、盐、ABA、H₂O₂、低温和高温胁迫;另外发现,FvTCP12在4 ℃低温、100 μmol·L^-1 ABA和100 mmol·L^-1 H₂O₂胁迫下与对照相比呈下调趋势,推测FvTCP12基因对低温、ABA和H₂O₂胁迫具有负调控作用。研究表明,森林草莓TCP转录因子在不同逆境胁迫中的表达存在一定的差异。     

芥菜BjuWRKY75基因表达及其与开花整合子BjuFT互作

芥菜(Brassica juncea)是十字花科芸薹属一年或二年生蔬菜,其产品器官的产量和品质会受到开花时间的影响。WRKY家族成员具有响应生物和非生物胁迫、发育调控和信号转导等作用。WRKY75是WRKY家族中能够调节开花的重要成员,但在芥菜中的开花调控机制还未见报道。本研究克隆了芥菜BjuWRKY75基因,发现其编码蛋白具有高度保守的WRKY结构域,属于Ⅱ类WRKY蛋白,与黑芥BniWRKY75同源性最高。BjuWRKY75在花中表达丰度显著高于叶和茎,并且在叶中表达较为稳定。BjuWRKY75定位于细胞核,能够与含有W-box应答元件的开花整合子BjuFT的启动子相互作用,且能转录激活下游基因表达。BjuWRKY75转入拟南芥可显著提早开花。综上说明,BjuWRKY75能够直接靶向BjuFT从而促进开花。这为深入研究BjuWRKY75开花分子调控奠定了基础。     

沙棘HrTCP转录因子家族鉴定及其干旱胁迫下的表达分析

TCP家族是植物特有的响应高盐、干旱等非生物胁迫的重要转录因子。该研究基于沙棘转录组数据,利用生物信息学与qRT-PCR对HrTCP转录因子家族进行鉴定,预测其家族成员的结构和功能,为解析TCP转录因子调控沙棘抵御干旱胁迫的作用机制奠定基础。结果表明:(1)获得了11个HrTCP转录因子成员,并命名为HrTCP2/4/7/8/11/13/15/17/18/19/20,编码氨基酸序列长度在218～590之间,蛋白质相对分子量为23.44～61.78 kD;亚细胞定位预测发现,除HrTCP13/17/18蛋白定位于细胞质,其余8个蛋白均定位于细胞核。(2)在干旱(15%PEG-6000)和高盐(200 mmol/L NaCl)胁迫后HrTCP4/7/19/20基因表达量呈不同程度上升趋势,其中HrTCP20表达量极显著高于对照,分别是对照的24倍与23倍。(3)外源激素脱落酸(0.1 mmol/L ABA)和茉莉酸甲酯(0.1 mmol/L MeJA)处理后,HrTCP7/19/20基因表达量也均呈上升趋势,其中,ABA诱导下HrTCP19基因表达量达到最高,是对照的16倍,而MeJA诱导下HrTCP20基因表达量上升最高,是对照的5倍。研究发现,HrTCPs转录因子家族成员可受干旱、高盐和激素诱导表达,进而调控沙棘对干旱胁迫的响应。     

甘蓝型油菜BnaCIPK15基因的表达分析与功能鉴定

CBL-CIPK是高等植物中广泛存在的一类解析Ca~(2+)信号的蛋白。该研究在前期工作基础上,对甘蓝型油菜(Brassica napus L.)的BnaCIPK15基因进行了亚细胞定位、双分子荧光互补(BiFC)、酵母双杂交和qRT-PCR检测等一系列分析,以探究BnaCIPK15蛋白在ABA激素响应中的作用。结果显示:(1)亚细胞定位发现,BnaCIPK15蛋白定位于细胞质和细胞核中; BiFC分析发现,BnaCIPK15蛋白与BnaCBL1/3/4/9蛋白之间的互作较强,与BnaCBL10仅有微弱互作。(2)qRT-PCR检测发现,BnaCIPK15基因受ABA和冷胁迫的诱导极显著上调表达,而对百草枯(Paraquat)、活性氧(H_2O_2)和热胁迫的诱导较弱,表明BnaCIPK15基因很可能参与ABA和冷胁迫的调控过程。(3)酵母滴定实验结果显示,BnaCIPK15蛋白与脱落酸(ABA)信号通路中的BnaHAB1蛋白(属于蛋白磷酸酶PP2C家族)存在明显的互作,而与BnaABFs/AREB3/ABI5转录因子无明显互作;BiFC验证显示,BnaCIPK15与BnaHAB1蛋白之间存在互作信号,而BnaCIPK15与BnaHAB2组合没有观察到信号,证明BnaCIPK15与BnaHAB1磷酸酶具有特异互作特征,推测BnaCIPK15可能参与调控ABA信号转导。研究认为,甘蓝型油菜中可能存在基于BnaCIPK15-BnaHAB1的互作模块,并参与ABA的信号转导和网络调控。     

龙眼UGD6基因克隆及其表达特性分析

该试验采用RT-PCR和RACE技术,对龙眼多糖合成的关键基因尿苷二磷酸-葡萄糖6-脱氢酶基因(DlUGD6)进行分离克隆、生物信息学分析和亚细胞定位研究,并采用qRT-PCR技术,对其在龙眼体细胞胚胎发生、合子胚发育及不同组织器官中的表达模式进行分析。结果表明:(1)DlUGD6基因的cDNA序列全长1 860bp,包含开放阅读框1 443bp,编码480个氨基酸(GenBank登录号KU198438);生物信息学分析显示,DlUGD6属于稳定的酸性亲水蛋白,不含信号肽,具有跨膜结构和3个典型的保守结构域,属于UDP-葡萄糖/GDP-甘露糖脱氢酶家族;进化树分析表明,DlUGD6与柑橘亲缘关系较近。(2)洋葱内表皮GFP荧光定位观察发现,DlUGD6定位于细胞质;qRT-PCR结果显示,DlUGD6在龙眼非胚性愈伤组织中表达量相对较高,且在其他体胚发育阶段也均有稳定表达;在合子胚发育中子叶胚形成后第8天(S3)和第24天(S7)时表达量最高,整体呈"W"型;在不同组织器官中,DlUGD6在花药和茎中的表达量最高,且整体上生殖器官中的表达水平高于营养器官。研究认为,DlUGD6基因可能参与龙眼生长发育各个阶段中细胞壁多糖合成。     

Research note: Analysis of expressed sequence tags from the chrysophycean alga Ochromonas danica (Heterokontophyta)

A cDNA library was constructed from the chrysophycean alga, Ochromonas danica E. G. Pringsheim. 5′‐end sequencing of about 600 cDNA clones yielded 476 authentic expressed sequence tags (EST) of which 275 showed significant matches (E‐value <10^?4) to sequences in a public database. The annotation of these ESTs was carried out to assess subcellular localization of the putative proteins using several internet‐accessible prediction programs for subcellular localization. These analyses revealed that putative plastid proteins in Ochromonas possess N‐terminal bipartite presequences with a conserved phenylalanine at the N‐terminus of the predicted transit peptide‐like domains, similar to other ‘red‐lineage’ secondary symbiotic organisms. The examination of sequences of 3′‐UTR revealed that, similarly to chlorophyte algae, UGUAA may represent a putative polyadenylation signal in O. danica.     

棉花微管结合蛋白基因GhCLASP1的克隆与表达分析

CLASP蛋白(CLASPs)是一种能够特异地与微管结合,参与调节微管结构与功能的微管结合蛋白(MAPs),在植物细胞形成、细胞伸长等方面起着关键作用。该研究利用电子克隆结合RT-PCR技术从陆地棉(Gossypium hirsutum L.)中克隆获得1个CLASP基因,命名为GhCLASP1(NCBI登录号为KP742966)。序列分析显示,GhCLASP1属于CLASP基因家族,开放阅读框长度为4 188bp,编码含1 395个氨基酸残基的蛋白;GhCLASP1蛋白含有1个HEAT重复结构域和2个CLASP-N端结构域。进化分析表明,GhCLASP1与可可树(Theobroma cacao)CLASP蛋白的亲缘关系最近。qRT-PCR分析表明,GhCLASP1在棉花的根、茎、叶、花及纤维发育的不同时期均有表达,且GhCLASP1基因表达量最大值出现在纤维发育次生壁加厚期(开花后27d),推测GhCLASP1基因可能对棉花纤维次生壁的形成起着重要的作用。利用本氏烟草(Nicotiana benthamiana)叶片瞬时表达系统对GhCLASP1基因编码的蛋白进行亚细胞定位结果显示,GhCLASP1蛋白定位在细胞膜上。上述结果为进一步研究CLASP基因在棉花中的功能奠定了基础。     

蒙古冰草AmWRKY1-like基因克隆及表达分析

基于转录组测序数据,该研究采用PCR扩增方法从蒙古冰草中克隆AmWRKY1-like的全长cDNA,并对其进行了生物信息学和亚细胞定位分析,为深入研究AmWRKY1-like在蒙古冰草干旱胁迫响应中的调控作用提供理论基础。结果发现:成功克隆得到了AmWRKY1-like基因,其开放阅读边框(ORF)为1182 bp、编码393个氨基酸,含有典型的WRKY转录因子保守结构域;qRT-PCR表明,在自然干旱和15%PEG-6000模拟干旱下,蒙古冰草叶片中AmWRKY1-like均可诱导表达,较对照呈下调表达趋势;亚细胞定位表明,AmWRKY1-like基因在细胞核中特异表达。