毛竹SBP转录因子基因的全基因组鉴定和表达分析

SBP是一类植物特有的转录因子,在调节花发育、信号转导和抗逆反应中均具有重要作用。为研究毛竹(Phyllostachys edulis)中SBP的分子特征和表达模式,开展了全基因组序列分析。结果表明,毛竹含有32个基因编码SBP转录因子,依次命名为PeSBP1~PeSBP32,各基因的结构差异明显,外显子数量2~11个不等,其中15个SBP基因具有mi R156的结合位点。蛋白结构分析显示,PeSBPs具有2个典型的保守锌指结构域结合位点,且具有核定位信号。系统进化分析表明,32个PeSBPs隶属于8个亚类,且与水稻的亲缘关系最近。表达模式分析表明,32个PeSBPs在叶、鞭、根、20 cm笋、50 cm笋、早花期花序和晚花期花序等7个组织中的表达差异明显,呈现出不同的表达模式。本研究为深入研究毛竹SBP转录因子家族的功能提供了参考依据。     

甘薯基因组TCP转录因子鉴定与逆境胁迫表达分析

基于甘薯(Ipomoea batatas(L.)Lam.)全基因组序列,利用生物信息学方法鉴定筛选了全基因组中的TCP(teosinte branched1/cincinnata/proliferating cell factor)转录因子,并分析了甘薯苗期在蔓割病菌胁迫及块根储藏期低温胁迫下TCP基因的表达差异。结果显示,甘薯基因组中共有27个TCP转录因子,其中ClassⅠ13个、ClassⅡ(CIN)8个、ClassⅡ(CYC/TB1)6个。甘薯TCP以单个基因或基因簇的形式不均匀分布在15条染色体上,其中6对基因存在潜在复制关系。甘薯ClassⅡ(CYC/TB1)转录因子含有R结构域,其氨基酸序列较为保守。在TCP家族中共发现10个保守基序(motif),基序的氨基酸序列长度为15~60个,其中motif 1含有TCP结构域,motif 3含有R结构域,TCP转录因子的保守基序种类在组间存在一定差异。逆境胁迫下甘薯的转录组数据分析结果表明,TCP转录因子在苗期受蔓割病侵染后有2个差异表达基因;在块根储藏期受低温胁迫下有11个差异表达基因。     

毛竹TCP基因家族全基因组鉴定与分析

TCP蛋白是植物特有的一类转录因子,在植物生长、发育、信号转导以及生理生化刺激响应等方面具有重要功能。毛竹(Phyllostachys edulis)是世界上生长速度最快的植物之一,在中国具有重要的经济、生态和社会价值。为了解TCP基因家族在毛竹基因组中的数量和表达,本研究利用生物信息学方法对毛竹TCP基因家族进行全面概述,包括基因结构、进化关系、保守结构域和表达模式等。结果显示,毛竹基因组中含有19个基因编码TCP转录因子,依次命名为Phe TCP1-Phe TCP19,蛋白质大小为100～406 aa,等电点为4.85～10.70,均是疏水性蛋白;PheTCPs基因结构较为简单,大部分不含内含子;发现所有PheTCPs转录因子具有高度保守的TCP结构域;19个PheTCPs隶属于2个组:ClassⅠ和ClassⅡ,ClassⅡ进一步划分为CIN、CYC/TB1两个亚类。表达模式分析表明,19个PheTCPs在毛竹不同笋和花发育时期中的表达差异明显。本研究为进一步探索毛竹TCP基因家族各成员的功能提供一定的理论基础。     

CRISPR/Cas9技术在水稻类受体激酶基因OsBAK1L突变体制备中的应用

植物类受体激酶在植物生长发育及响应外界环境信号刺激中具有重要作用,为了进一步研究水稻类受体激酶OsBAK1L的功能,我们利用CRISPR/Cas9技术对该基因进行定点编辑。OsBAK1L定位在细胞膜上且该基因预测编码蛋白包含三个功能结构域:胞外LRR结构域、跨膜结构域及胞内激酶域。为了进一步理解该蛋白不同结构域上的功能,我们分别在胞外LRR结构域(Target 1)和胞内激酶域(Target 2)上设计该基因定点编辑靶点。将合成的靶位点序列插入入门载体CH,然后与表达载体Cas9进行重组。重组载体通过农杆菌介导方法转入野生型水稻9522中,2个构建分别获得26棵和12棵潮霉素抗性植株。通过对转基因植株的测序分析,找到了3棵和2棵序列发生变化的杂合T_0代植株。T_0代杂合植株自交分离分别获得T_1代两靶位点处纯合子突变体,靶位点1处纯合子突变体株系缺失5个碱基,靶位点2处纯合子突变体株系插入1个碱基,均可造成该基因转录本翻译提前终止。该基因不同结构域上突变体的获得为进一步研究该基因功能提供了重要且稳定的遗传材料。     

玉米MYC基因家族的结构特点和表达模式分析

MYC属于bHLH转录因子家族中的一个亚族.本研究利用生物信息学的方法在玉米(Zea mays)基因组上共鉴定到8个玉米MYC转录因子,并对其理化性质、结构特点、保守结构域、系统进化和组织表达等进行分析.结果表明,玉米MYC理化性质差异较大,每个MYC蛋白均由位于N端的bHLH_MYC_N结构域,位于C端的bHLH结构域和一个亮氨酸拉链结构组成.基因结构分析显示,有4个ZmMYC基因只有1个外显子,其他4个ZmMYC基因包含有2～6个不等的内含子.多序列比对表明玉米MYC转录因子和小麦、水稻的MYC转录因子在保守结构域上具有较高的保守性.顺式作用元件显示在玉米ZmMYC基因的启动子区域存在和生长发育、胁迫应答相关的元件.组织表达模式分析表明玉米MYC基因具有组织表达特异性.本研究为进一步研究玉米MYC转录因子家族的生物学功能提供了科学依据.     

毛竹NAC转录因子家族生物信息学分析

NAC转录因子是植物特有的一类转录因子,在植物对非生物胁迫、激素信号应答以及器官形成中发挥重要作用。到目前为止,毛竹NAC转录因子很少被研究,为进一步研究毛竹NAC转录因子家族,本研究利用生物信息学方法,对125条毛竹NAC蛋白序列的系统发生、氨基酸组成、理化性质以及二级和三级结构进行预测和分析。系统进化树分析结果表明,125条毛竹NAC蛋白被划分为17个亚族,毛竹NAC结构域中包含8个保守的NAM基序,主要分布在N端的。不同亚族的毛竹NAC蛋白在氨基酸数目以及氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异,二级结构主要由随机卷曲构成,α-螺旋和β-转角在所有毛竹NAC蛋白中均有分布,且在各亚族中没有明显的差异。125条毛竹NAC蛋白的三级结构绝大部分相似。本研究结果为毛竹NAC基因家族功能的进一步研究提供了理论依据。     

杨树MYB转录因子家族基因应答盐胁迫表达特性分析

MYB转录因子家族是植物中数量最多的转录因子家族之一,在植物次生代谢调节、信号转导和抗逆等生物过程起重要作用。根据MYB转录因子结构域组成差异可分4个亚家族:即1R-MYB(MYB-relaed)、R2R3-MYB、3R-MYB和4R-MYB。其中,R2R3-MYB亚家族数量最多,可进一步分为22个亚组;利用生物信息学分析杨树MYB转录因子蛋白序列的保守结构域、系统发生、基因组定位、氨基酸组成和理化性质等;参照拟南芥MYB转录因子功能,预测杨树MYB转录因子功能;基于84K杨转录组测序和RT-qPCR分析,从301个杨树MYB转录因子基因中筛选出69个应答盐胁迫基因(P≤0.05)。其中,上调表达基因32个,下调表达基因37个。该研究可为进一步研究杨树MYB家族基因功能提供参考依据。     

毛竹萜类合成酶基因家族序列鉴定与表达分析

通过生物信息学方法,对毛竹(Phyllostachys edulis(Carrière)J.Houzeau)TPS基因家族的成员进行鉴定,并对其编码蛋白的理化性质、基因结构、进化关系、蛋白结构、启动子元件及表达模式进行了分析。结果表明,毛竹全基因组含有14个TPS候选基因,大小为693~2439 bp。编码蛋白等电点为5.08~8.17。系统发育分析结果显示,毛竹含有TPS-a、TPS-b、TPS-e/f、和TPS-g 4个亚家族,成员数目分别为6、5、2、1个。TPS蛋白质二级结构中,α-螺旋和无规则卷曲所占比重较大;毛竹TPS基因家族各成员蛋白三维结构比较相似。基因启动子分析共获得50个调控元件,可分为6大类,其中光响应相关元件数量最多,共包含17个顺式调控元件。基于转录组测序数据构建的基因表达谱热图分析结果表明,Pe TPS在叶、花和笋等7个组织中的表达差异明显,表现出组织特异性,其中Pe TPS9仅在早花期花序中表达,Pe TPS8仅在叶中表达。     

miR396基因家族的进化及功能分析

MicroRNA(miRNA)是由约22个核苷酸组成的内源性非编码小分子RNA,广泛存在于真核细胞中,通过与靶基因的互补配对在转录后水平对基因表达进行调控,导致mRNA的降解或翻译抑制。本文通过对目前miRBase中收录的miR396家族进行生物信息学分析发现,该家族在植物界中高度保守,它们可能起源于较为古老的物种,经历长期复杂的进化过程而保留了下来;靶基因预测结果显示生长调控因子GRF为其主要靶标;启动子分析表明, miR396编码基因的上游存在光、温度、激素、厌氧、干旱及病害等胁迫响应相关的顺式作用元件,它们可与转录因子结合,参与多种胁迫应答反应。本文可为全面深入研究miRNA的作用机制奠定基础。     

桑黄Zn(II)2Cys6锌簇蛋白转录因子及其在不同碳氮源条件下的表达

Zn(II)2Cys6锌簇蛋白转录因子（C6 zinc）在真菌次生代谢产物合成中发挥重要作用。本研究首先利用本地BLAST,从桑黄Sanghuangporus sanghuang全基因组中获得Zn(II)2Cys6锌簇蛋白转录因子编码基因,并利用生物信息学手段分析编码蛋白保守结构域、一级结构及二级结构,构建蛋白系统发育树,最后利用半定量PCR对它们在不同碳源和氮源培养条件下的表达情况进行检测。结果显示:从桑黄基因组中分析获得的11个Zn(II)2Cys6锌簇蛋白均具有Cy6型锌指基序,属于GAL4型锌簇蛋白转录因子;它们均为不稳定亲水性蛋白,具磷酸化修饰位点,糖基化修饰位点较少或没有,定位于细胞核中;其二级结构主要以无规卷曲和α螺旋为主;系统发育树分析结果显示,桑黄Zn(II)2Cys6锌簇蛋白分为2个大分支,其中Ⅰ类分支转录因子的保守结构域分布于蛋白N-端,Ⅱ类分支转录因子的保守结构域则分布于蛋白C-端;11个桑黄Zn(II)2Cys6锌簇蛋白转录因子在不同培养基培养的菌丝体中呈现差异化表达,其中,肌醇培养基和乳糖培养基能够有效促进大部分锌簇蛋白转录因子的表达;另外,基因簇分析显示桑黄锌簇蛋白SHCZ4可能是NRPS-PKS杂合基因簇体系的途经特异性转录因子。该结果将为桑黄次生代谢产物合成调控相关转录因子的研究以及潜在次生代谢相关基因簇的挖掘提供参考依据。     

MiR396 regulatory network and its expression during grain development in wheat

Wheat contains the largest number of miR396 family with 17 miR396 in Poaceae. MiR396 regulatory network underlying wheat grain development has not comprehensively been explored. Our results showed that precursor miR396 family in Poaceae exhibited not only conservativeness but also diversification especially in wheat. Five haplotypes were detected in Poaceae species, while 4 haplotypes in wheat with Hap-4 (miR396a) and Hap-5 (miR396n) unique to wheat. GO enrichment analysis of target genes showed that the first 20 enrichment functions of miR396a and miR396n are completely different from each other, and also completely different from miR396(b–g), miR396(h–m), and miR396(o–q). Functional annotation on the 18 target genes shared by miR396(b–g), miR396(h–m), and miR396(o–q) found that 11 of the 18 target genes are growth-regulating factor (GRF) genes. Our results indicated that, during the grain filling stage of wheat, miR396 is involved in the development of grains by regulating the expression of GRF genes (GRF1, GRF6, and GRF9). Although the enrichment function of miR396(b–g), miR396(h–m), and miR396(o–q) is the same, the gene functional networks they formed differ greatly. Our results indicated that polyploidization enriches not only the diversity of miR396 family and its target genes but also gene functional networks in wheat. These results laid foundation for further elucidating function of miR396 gene family underlying wheat grain development.

     

A role for the miR396/GRF network in specification of organ type during flower development,as supported by ectopic expression of Populus trichocarpa miR396c in transgenic tobacco

The MIR396 family, composed of ath‐miR396a and ath‐miR396b in Arabidopsis, is conserved among plant species and is known to target the Growth‐Regulating Factor (GRF) gene family. ath‐miR396 overexpressors or grf mutants are characterised by small and narrow leaves and show embryogenic defects such as cotyledon fusion. Heterologous expression of ath‐miR396a has been reported in tobacco and resulted in reduction of the expression of three NtGRF genes. In this study, the precursor of the Populus trichocarpa ptc‐miR396c, with a mature sequence identical to ath‐miR396b, was expressed under control of the CaMV35S promoter in tobacco. Typical phenotypes of GRF down‐regulation were observed, including cotyledon fusion and lack of shoot apical meristem (SAM). At later stage of growth, transgenic plants had delayed development and altered specification of organ type during flower development. The third and fourth whorls of floral organs were modified into stigmatoid anthers and fasciated carpels, respectively. Several NtGRF genes containing a miR396 binding site were found to be down‐regulated, and the cleavage of their corresponding mRNA at the miR396 binding site was confirmed for two of them using RACE‐PCR analysis. The data obtained agree with the functional conservation of the miR396 family in plants and suggest a role for the miR396/GRF network in determination of floral organ specification.     

龙眼miR396分子进化特性及响应蓝光的表达分析

关于蓝光对龙眼胚性愈伤组织miRNA组学研究中发现大量响应蓝光的miRNAs,挑选关键且差异表达的miR396a-3p_2和miR396b-5p进行分子进化特性分析,以进一步明确它们在龙眼响应蓝光过程中的作用。该研究对前体和成熟体进化树、前体二级结构、启动子顺式作用元件、靶基因预测及其响应蓝光表达模式等进行分析。结果表明:(1)由5p臂上形成的miR396成熟体序列保守性较高,由3p臂上形成的miR396成熟体序列特异性较大;茎序列的保守性高于环序列,5p臂上保守性高于3p臂。(2)miR396a-3p_2和miR396b-5p的启动子主要包括光、激素、生物和非生物胁迫响应元件,可能通过这些顺式元件在龙眼响应蓝光中起调控作用;其响应蓝光的靶基因或蛋白主要包括生长素调控因子(GRF2)、LRR类受体丝氨酸(FLS2)、乙烯不敏感蛋白(EIN3)和DNA定向RNA聚合酶α亚基(rpoA)等。(3)实时荧光定量PCR结果表明,miR396a-3p_2和miR396b-5p在不同光质的表达模式存在差异;在不同光强的蓝光条件下,miR396b-5p与其靶基因的表达趋势基本呈负相关,而miR396a-3p_2与rpoA的表达趋势未呈负相关,可能存在其他miR396家族成员或miRNAs同时调控,从而实现靶基因转录水平的调控。