蒙古冰草MYB转录因子基因的序列分析

MYB转录因子是一类与植物抗逆相关的蛋白家族,通过激活植物抗逆应答基因的表达而提高其抗逆性。为挖掘蒙古冰草(Agropyron mongolicum)抗旱相关的MYB基因,本研究在已有转录组测序数据的基础上,用Plant TFDB数据库中的Prediction和Blast对MYB基因筛选及保守结构域分析,通过生物学方法对筛选出的MYB转录因子进行分析,预测其分子量和等电点等理化性质、基序、二级结构和三级结构;并用MEGA 7.0.21与已报道具有抗旱功能的29个MYB蛋白进行多序列比对分析并构建系统进化树。结果表明:蒙古冰草中筛选出9个MYB基因,蛋白大小在113~576 aa,分子量和等电点分别介于12.83~61.52 kD和4.68~9.80 kD之间,都为不稳定的亲水性蛋白;基序预测得到2个特征基序,最长的基序含50个氨基酸;α-螺旋和无规则卷曲是主要的二级结构,三级结构中都含有螺旋-转角-螺旋结构;进化树分析中,38个基因很好的聚为两类,其中Unigene 25843、Unigene 42380、Unigene 52355、Unigene 54016分别于AtMYB33、AtMYB61、Os MYB48-1、AtMYB20在同一分支上,高度同源,推测从蒙古冰草中筛选得到的MYB基因参与干旱胁迫应答,该研究为下一步蒙古冰草MYB基因功能的研究提供帮助。     

红麻MYB21基因的克隆、表达及载体构建

克隆红麻不育系和保持系的MYB21基因,分析MYB21基因在红麻不育系和保持系各器官的表达量,并构建过表达载体和RNAi载体,旨在为进一步研究该基因在红麻中的功能奠定基础。以同源克隆的方法克隆MYB21基因;用实时荧光定量的方法分析MYB21基因在红麻不育系和保持系不同组织器官的表达模式;根据酶切-连接的方法,构建过表达载体和RNAi载体。结果显示,红麻MYB21基因在不育系和保持中的基因序列没有差异,其c DNA全长序列为922 bp,包含843 bp的开放阅读框,DNA全长序列为1 108 bp,包含3个外显子和2个内含子(NCBI序列登录号为KT898146);MYB21基因主要在花药中表达,在不育系和保持系花药之间表达量呈极显著差异;成功构建MYB21过表达载体和RNAi载体。成功克隆MYB21基因的全长序列;实时荧光定量结果表明MYB21基因主要在花药中进行表达;构建的植物过表达载体PBI121-MYB21和RNAi载体p ART27-PK-R1-F2可用于该基因的功能研究。     

森林草莓MYB家族鉴定及生物信息学分析

为研究草莓MYB基因家族,采用生物信息学方法检索森林草莓(Fragaria vesca L.)基因组中MYB基因,并对其基因结构、蛋白保守结构域、染色体定位、基因进化及花药发育过程中表达水平进行分析。结果表明,草莓基因组中可能含有105个R2R3-MYB、4个MYB3R、1个MYB4R基因,它们不均匀分布在7条草莓染色体上,其中5号染色体上数量最多为26个,部分基因在染色体上形成基因簇。理化分析发现这些MYB蛋白长度和大小差异较大,但均具有保守的R2和R3型结构域,R重复单元均含有特征性的氨基酸,包括最保守的有序间隔出现的色氨酸(W)残基。通过系统进化关系和基因结构信息,草莓MYB基因家族被分成了34个亚组(A1～A34),同时利用拟南芥基因功能预测草莓中对应的直系同源基因的功能,结果表明草莓MYB基因家族参与调控黄酮物质合成、细胞发育、生物/非生物胁迫。花药发育过程中表达水平分析发现FvMYB2、FvMYB85、FvMYB74、FvMYB28在花药发育的5个时期中表达量逐渐升高,尤其是发育后期表达量较高,表明这些基因可能调控花药发育过程。本研究结果为草莓MYB基因家族的功能研究提供参考。     

化学杀雄剂GSC和SX-1对白菜型冬油菜生理生化特性的影响

通过2年大田试验,研究了化学杀雄剂GSC和SX-1诱导白菜型冬油菜‘陇油6号’不育过程中花药呼吸脱氢酶活性、游离脯氨酸含量、蛋白质含量和保护性酶活性的变化。结果显示:(1)SX-1和GSC可以诱导白菜型冬油菜植株产生雄性不育,并以0.6mg/L左右GSC或9.0~10.0mg/L SX-1处理的不育株率最大,杀雄效果最好。(2)GSC和SX-1处理后,白菜型冬油菜花药呼吸脱氢酶活性显著降低;油菜叶片中游离脯氨酸含量增加,而花蕾中的游离脯氨酸含量降低;叶片中可溶性蛋白质含量无显著变化,花蕾中蛋白质含量降低;叶片中CAT和SOD活性增加,POD活性降低,而花蕾中CAT和SOD活性降低,POD活性增加。研究表明,化学杀雄剂处理后,白菜型冬油菜的花药呼吸脱氢酶活性、花蕾和叶片的游离脯氨酸、可溶性蛋白含量和保护酶活性发生了异常,并随着处理浓度的增加而加剧,导致体内活性氧清除代谢速度降低,细胞内膜脂过氧化作用增强,膜结构遭到破坏,花粉发育受阻,最终引起雄性不育。     

拟南芥RUS4基因沉默对花药药室内壁次生加厚的影响

RUS4是拟南芥DUF647蛋白家族的一个功能未知的成员。沉默RUS4基因引起植株育性严重下降,但育性下降的具体机制尚不清楚。该研究通过观察RUS4基因沉默突变体(称为RUSamiRNA)不同时期花的发育情况,发现其雌蕊发育正常,雄蕊花丝伸长正常,主要缺陷是花药不能正常开裂;通过对RUS4-amiRNA植株花药发育的细胞形态学观察,发现其药室内壁缺乏次生加厚;qRT-PCR分析表明, RUS4-amiRNA花蕾中与植物次生壁加厚相关的转录因子基因NST1、NST2、MYB103和MYB85以及纤维素合成基因IRX1、IRX3、IRX5和IRX8的表达均大幅降低。该研究表明,RUS4可能通过影响次生壁形成相关基因的表达参与花药药室内壁次生壁的形成。     

百合转录因子MYB12的克隆与表达分析

以东方百合‘索邦’(Lilium oriental hybrid ‘Sorbonne’)为材料,克隆获得花青素苷生物合成通路中的关键转录因子Lhsor MYB12基因。序列分析结果显示,Lhsor MYB12最大开放阅读框长720 bp,编码239个氨基酸,具有2个典型的DNA结合结构域;该基因包括3个外显子和2个内含子。该基因的氨基酸序列与郁金香(Tulipa fosteriana W. Irving)中的MYB氨基酸序列相似性最高。系统进化分析结果表明,Lhsor MYB12在MYB基因家族中与已报道的控制花青素苷合成的基因形成一簇。进一步采用染色体步移技术,获得了Lhsor MYB12基因起始密码子上游2143 bp的启动子序列,顺式作用元件预测结果显示,该序列中除核心启动子元件(TATA box)外,还包含有MYB蛋白的绑定位点、光反应元件以及参与昼夜节律等反应的相关元件。基因表达分析结果表明,Lhsor MYB12仅在‘索邦’花丝、花柱和花被片中表达;且在花蕾发育过程中表达量逐渐增高,花蕾盛开时表达量最大,但内、外花被的表达起始阶段不同。黑暗处理可导致Lhsor MYB12表达水平降低;光照条件下该基因的表达水平随处理时间的延长表现出先上升后下降再持续上升的趋势。研究结果提示Lhsor MYB12的表达变化规律可能与其启动子中相应的顺式作用元件相关。     

丹参转录因子SmMYB52的基因克隆、表达分析和亚细胞定位

MYB转录因子家族是植物界最大的转录因子家族之一,在植物生长发育、响应生物、非生物胁迫方面发挥重要作用.本研究分别从gDNA和cDNA水平上克隆得到丹参R2R3-MYB转录因子亚家族第24亚组的基因SmMYB52的全长序列,该基因序列全长1 041 bp,包含2个内含子序列和879 bp完整的CDS(Gen-Bank登录号:KF059406),编码292个氨基酸.运用生物信息学软件对该基因及其编码蛋白进行结构和理化性质分析以及生物信息学分析发现,SmMYB52与拟南芥MYB转录因子AtMYB93亲缘关系最近.利用RT-qPCR测定SmMYB52基因在各器官中的表达,结果显示该基因在根、茎、叶和花中均有表达,根中表达量最高,茎中最低.构建融合表达载体分析SmMYB52蛋白的亚细胞定位,结果显示SmMYB52在细胞核和细胞膜中均有分布.本实验为进一步研究SmMYB52在丹参中的生物学作用提供了科学依据.     

甘蓝型油菜BnMYB80基因的生物信息学分析

在高等植物花药发育和花粉形成中, MYB转录因子起着非常重要的作用, 其中MYB80是参与绒毡层发育及引起雄性不育的重要转录因子。该研究以拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtMYB80为参考序列, 通过BLAST比对分析, 在白菜(Brassica rapa)、甘蓝(B. oleracea)和甘蓝型油菜(B. napus)中分别获得MYB80基因的2、2和6个同源序列, 运用生物信息学方法对其核苷酸序列及编码的氨基酸序列进行组成成分、亚细胞定位、磷酸化位点、疏水性/亲水性、蛋白质二级、三级结构和功能域分析。结果表明, MYB80转录因子亚细胞定位于细胞核, 具有多个不同的磷酸化位点, 肽链表现为亲水性; 二级、三级结构预测显示, MYB80蛋白以α-螺旋和无规则卷曲为主要结构元件; 保守结构域分析表明, 其N端具有2个串联的SANT功能域, 属于R2R3型MYB转录因子。多重序列比对和进化树分析结果表明, 甘蓝型油菜与白菜、甘蓝的序列相似性大于92%, 且MYB80转录因子的功能结构域具有较高的同源性和较强的序列保守性。该研究结果对深入解析甘蓝型油菜MYB80的生物学功能及育性调控的分子机理具有重要意义, 为甘蓝型油菜杂种优势利用提供了依据。     

丹参转录因子SmMYB52的基因克隆、表达分析和亚细胞定位

MYB转录因子家族是植物界最大的转录因子家族之一,在植物生长发育、响应生物、非生物胁迫方面发挥重要作用.本研究分别从gDNA和cDNA水平上克隆得到丹参R2R3-MYB转录因子亚家族第24亚组的基因SmMYB52的全长序列,该基因序列全长1 041 bp,包含2个内含子序列和879 bp完整的CDS(Gen-Bank登录号:KF059406),编码292个氨基酸.运用生物信息学软件对该基因及其编码蛋白进行结构和理化性质分析以及生物信息学分析发现,SmMYB52与拟南芥MYB转录因子AtMYB93亲缘关系最近.利用RT-qPCR测定SmMYB52基因在各器官中的表达,结果显示该基因在根、茎、叶和花中均有表达,根中表达量最高,茎中最低.构建融合表达载体分析SmMYB52蛋白的亚细胞定位,结果显示SmMYB52在细胞核和细胞膜中均有分布.本实验为进一步研究SmMYB52在丹参中的生物学作用提供了科学依据.     

不结球白菜雄性不育系及其保持系花药发育的细胞学观察

以不结球白菜（Brassica campestris ssp．chinensis Makino）雄性不育系及其保持系为试验材料,选择不同发育阶段的花蕾,取其花药,制成石蜡切片和超薄切片,经染色后在电子显微镜下观察。结果表明,不结球白菜雄性不育系与保持系的花药发育有明显的不同：不育系花药发育受阻于花粉母细胞分化期,形成1～3个药室,并形成正常的四分体小孢子,此时细胞组织逐步解体,形成空腔花药;最后向内皱缩;保持系花粉母细胞能形成正常的四分体,进而形成小孢子,最终形成充满正常花粉粒的花药。     

雄性不育相关基因msLTP的反义RNA验证

根据普通白菜雄性不育相关的脂质转移蛋白基因(msLTP)的cDNA序列设计引物,从普通白菜花蕾的cDNA中扩增出312bp的片段,然后将该片段连接至双元载体pBI12l中,得到反义RNA植物表达载体并导入农杆菌LBA4404菌株中,通过农杆菌介导法转化菜心;利用PCR和Southern blot分析检测得到了25株转基因植株,转基因植株的花粉部分畸形或空瘪,花粉离体萌发率为38.56%,较未转化植株的萌发率(76.32%)降低了37.76个百分点.研究表明,反义RNA技术使msLTP基因沉默而导致了菜心转基因植株的部分花粉发育不良,说明msLTP基因在普通白菜和菜心等花粉发育中具有重要作用.     

大白菜新型细胞质雄性不育系6w-9605A的育性鉴定和花药败育的细胞学观察

采用石蜡切片技术,研究了大白菜(Brassica campestris L.ssp.pekinensis)细胞质雄性不育系6w-9605A及其保持系6w-9605B的花药发育过程的细胞形态学特征,确定不育系花药败育时期及方式,并对不育系6w-9605A进行花器官观察和育性鉴定.结果表明:保持系6w-9605B花药发育正常;不育系6w-9605A花药发育受阻于孢原分化时期,占总败育花药的66.7％,不形成花粉囊和花粉粒,属于无花粉囊型败育;另外33.3％的败育花药可形成花粉囊,小孢子均受阻于单核靠边期或者二胞期,败育特点为绒毡层细胞异常肥大,挤压小孢子,导致小孢子和绒毡层解体;6w-9605A的不育性稳定、彻底,不育株率和不育度均为100％.     

白菜雄性不育相关基因BcMF4基因功能的RNAi验证

BcMF4(Brassica campestris Male Fertility 4)是前一阶段从普通白菜 (Brassica campestris ssp. chinensis var. communis, syn. B. rapa ssp. chinensis var. communis)核雄性不育两用系的可育株中分离到的雄性不育相关基因。本研究根据BcMF4基因的cDNA序列设计两对特异引物, 从普通白菜花蕾cDNA中扩增出两个片断后连接至双元载体pBI12l中, 得到了RNAi (RNA interference) 植物表达栽体pBI-B4R, 并导入了农杆菌LBA4404菌株中; 通过组织培养途径转化菜心(B. campestris ssp. chinensis var. parachinensis), 72.2%的菜心转基因植株中45.8%的花粉为缩小而空瘪的畸形, 而且这些植株的花粉离体萌发率降低至23.7%; Northern杂交显示, 转基因植株的花粉畸形, 是由于BcMF4基因片段的插入使BcMF4基因的表达受到了抑制。结果表明, 采用RNAi技术下调了BcMF4基因的表达, 导致了菜心转基因植株部分花粉的不育, 证明BcMF4基因在普通白菜和菜心等白菜植物的花粉发育中起着重要作用。     

利用RNA指纹技术分析大白菜胞质雄性不育相关基因的差异表达

采用改进的RNA指纹技术(RAP-PCR)对两套大白菜胞质雄性不育材料及其杂种F1花蕾的总RNA进行了分析, 通过对186条随机引物的筛选, 获得4个重复性较好的差异片段S47-412, S93-622, S176-343, S199-904, 并对其克隆、测序。根据各差异条带的测序结果合成长引物进行验证, S47, S93所对应的差异消失, 而S176, S199长引物验证的结果与RAP-PCR相似, 序列分析表明: S176-343, S199-904两差异片段均和油菜Polima不育胞质线粒体基因组orf224/atp6位点有着极高的同源性, 两差异片段序列部分重叠, 这说明两差异片段可能和大白菜胞质雄性不育有很高的相关性。     

细胞质雄性不育白菜败育过程中激素和多胺含量的变化

通过对胞质雄性不育白菜败育过程中叶片和花药组织中IAA、ZRs、GAs、ABA和Put、Spd、Spm含量及IAA／ZRs比值的变化研究,发现IAA、GA、多胺尤其是Spd含量的小足,ZRs、ABA的盈积以及IAA／ZRs比值的失衡导致了白菜雄性不育系小孢子的败育。     

白菜核雄性不育系可育和不育花药中Ca2+的分布

研究了白菜(Brassica campestris L. ssp.chinensis Makino)细胞核雄性不育系花药中Ca2 的分布特征.在可育花药发育过程中,减数分裂后花药壁细胞中钙颗粒明显增加.早期小孢子开始积累钙颗粒并特异性地附在小液泡膜上.小孢子分裂后,大液泡消失过程中又伴随着许多钙颗粒附在小液泡膜上,显示出Ca2 与花粉中液泡的形成和分解有关.在不育花药中,最早出现的钙颗粒异常分布是在小孢子母细胞的胼胝质壁中积累了较多的钙颗粒.然而,在小孢子细胞质中钙颗粒一直很少,也不形成大液泡,最后通过细胞质收缩的方式败育.这是首次发现Ca2 参与调控花药发育过程,其异常分布与花粉败育密切相关.     

白菜核雄性不育两用系可育和不育花药ATPase的分布

对白菜核雄性不育两用系可育花药和不育花药的ATPase做了定位分析。可育花药的花粉母细胞核中积累了大量的ATPase反应颗粒,而细胞质中ATPase反应颗粒较少,但在线粒体中特异地聚集了一些大的ATPase反应颗粒。减数分裂后,小孢子细胞质中ATPase反应颗粒明显增加。随着小孢子发育,其细胞质中ATPase反应颗粒逐渐减少,但在线粒体中又特异性地聚集了较多的AT-Pase反应颗粒。当花药发育到二胞花粉时期,花粉和绒毡层细胞中的ATPase反应颗粒已很少了。不育花药的花粉母细胞中呈现较多的ATPase,然而在线粒体中很少。异常四分体小孢子细胞质中虽然有较多的ATPase反应颗粒,但还是通过细胞质收缩和质壁分离方式退化。对可育花药的花粉母细胞线粒体中特异出现的簇状ATPase分布现象进行了分析,讨论了不育花药中花粉母细胞线粒体ATPase的异常与花粉败育的可能关系。