谷子PAL基因家族全基因组的鉴定和表达分析

苯丙氨酸解氢酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL)基因家族参与苯丙烷类代谢过程,通过调控植物抗病次生物质的合成在植物抗逆反应中发挥重要作用。为明确谷子PAL基因家族在逆境胁迫下的表达规律,该研究利用生物信息学方法对谷子PAL基因家族进行鉴定和表达分析。结果表明:谷子具有11个PAL基因,在进化树中可分为3个亚家族,SiPAL7独自进化为一支。通过构建蛋白结构域发现PAL基因家族成员均含有保守的PAL结构域。启动子分析显示,PAL基因含有应答激素、逆境胁迫等多种因子的顺式作用元件,说明PAL基因广泛参与不同生物学调控过程。RT-qPCR结果显示,谷子PAL基因家族多为诱导型表达,不同光照条件下PAL基因表达量变化明显,不同基因具有不同响应模式,说明谷子PAL基因家族在参与光调节反应中发挥重要作用。谷子PAL基因高度保守,广泛响应不同非生物胁迫,具有表达特异性。该研究结果为揭示PAL基因家族在调节谷子抗性及胁迫应答过程中的作用提供了参考。     

黄瓜丝裂原活化蛋白激酶CsMPK4基因的功能鉴定

黄瓜是一种在全球范围内广泛栽培的蔬菜作物,高温等逆境胁迫会影响植株生长发育甚至导致其产量和品质降低。丝裂原活化蛋白激酶MAPK家族在植物逆境响应中起着至关重要的作用。为研究黄瓜MPK4基因的功能及逆境响应机制,本研究克隆了CsMPK4基因,其编码383个氨基酸;实时荧光定量聚合酶链式反应(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)分析发现该基因在叶和花中表达量最高,根中次之,在茎和卷须中表达量最低。CsMPK4定位于细胞核和细胞质,与甜瓜CmMPK4亲缘关系最近。过表达CsMPK4的黄瓜植株矮化健壮、卷须变短变少、幼苗更耐高温,幼叶中丙二醛含量降低,过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性增强。进一步通过酵母双杂和双分子荧光互补(bimolecular fluorescence complementation,BiFC)实验证明,黄瓜CsMPK4与缬氨酸-谷氨酰胺家族因子CsVQ10存在蛋白互作,表明CsVQ10可能协同CsMPK4参与黄瓜高温等逆境胁迫响应。本研究为深入探讨黄瓜CsMPK4逆境应答机制以及黄瓜抗逆育种等奠定了基础。     

白菜CesA基因家族鉴定及表达模式分析

为探究CesA基因家族在白菜生长发育及纤维素合成过程中的作用机制,该文通过生物信息学的方法,以白菜的全基因组序列为研究区域,进行理化特征、基因结构、进化特征、保守基序及结构域、顺式作用元件和组织表达等鉴定分析。结果表明:(1)共鉴定出16个编码纤维素合成酶亚基的CesA基因,该家族成员所编码蛋白的理论等电点为4.76～9.12,相对分子量为17.76～122.67 kD,长度为153～1 089 aa。(2)15个基因不均匀地分布于白菜的7条染色体上,Bra036008定位于scaffold上。(3)大部分成员包含4～14个外显子,1～11个保守基序。(4)该家族具有保守的DDD-QXXRW 保守功能域。(5)该家族编码蛋白主要分布在质膜上,二级结构以无规则卷曲与α-螺旋为主,多数成员都含有CesA蛋白典型的N端、C端和跨膜区。(6)CesA基因在茎中表达量相对较高,其中Bra011865、Bra023952和Bra029874在茎、叶、花中显著表达。该研究结果为后续深入研究CesA基因功能以及白菜生长发育研究奠定了基础。     

转Cry1Ac/1Ab基因棉花对异色瓢虫生长发育及其捕食功能的影响

【目的】为探究转Cry1Ac/1Ab基因棉花对异色瓢虫生长发育及其捕食功能的影响。【方法】以转Cry1Ac/1Ab基因棉与其亲本常规棉为实验材料,利用取食不同棉花品种叶片的棉铃虫饲喂异色瓢虫幼虫。【结果】与常规亲本棉相比,取食饲喂转基因棉花叶片的初孵棉铃虫幼虫的异色瓢虫幼虫从1龄发育至化蛹期时间延长0.77 d,但差异不显著;除1龄幼虫体重增加(0.0773 mg)外,其余各龄期幼虫体重均有所下降,但差异均不显著;异色瓢虫1、2、3、4龄幼虫对初孵棉铃虫捕食量均随棉铃虫密度的增加而增加,捕食功能反应均符合HollingⅡ圆盘方程。【结论】转Cry1Ac/1Ab基因棉花对异色瓢虫生长发育无显著影响,饲喂取食转Cry1Ac/1Ab基因棉花的棉铃虫对异色瓢虫捕食功能无显著差异。     

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。     

大豆TrxG基因家族鉴定及表达模式分析

为探究TrxG(trithorax group)基因在大豆中的分布及响应大豆非生物胁迫的调控机制,该文通过生物信息学方法和实时荧光定量PCR技术对大豆GmTrxG基因家族成员的理化性质、系统进化关系、结构域组成、基因表达情况进行了分析。结果表明:(1)在大豆中共鉴定到15个GmTrxG基因家族成员,编码氨基酸长度为982～2 394 aa的亲水性蛋白。(2)GmTrxG蛋白成员可被细分为3个亚族,并且每个亚族成员均含有1个SET结构域。(3)绝大多数GmTrxG基因在大豆茎尖、叶、花中的表达量较高。(4)GmSDG2a/b/c/d基因在高温、干旱胁迫下持续高表达; GmSDG2b/c和GmSDG14c受低温胁迫诱导表达; GmSDG2a/b、GmSDG14c和GmSDG25a/b受盐害胁迫表达上调。(5)大多数GmTrxG基因在茉莉酸(JA)和水杨酸(SA)激素处理下表达上调。由此可见,GmTrxG基因受到不同非生物胁迫的差异调控,成员GmSDG2a/b/c/d、GmSDG14c和GmSDG25a/b可能在大豆非生物胁迫响应中发挥重要作用。该研究结果为进一步探究大豆GmTrxG基因家族成员的生物学功能提供了科学依据。     

茶树TIFY基因家族鉴定及非生物胁迫下表达分析

TIFY基因家族在茶树激素信号转导及其逆境胁迫具有十分重要的作用。该文利用生物信息学方法对茶树基因组中的TIFY家族进行了鉴定,分析其理化性质、系统进化、基因结构、染色体定位、启动子区顺式作用元件、组织表达模式,并通过RT-qPCR对部分TIFY家族成员进行了非生物胁迫。结果表明:(1)茶树TIFY基因家族成员19个(CsTIFY1～CsTIFY19),分属于4个蛋白亚家族TIFY、JAZ、ZML 和 PPD,且不均匀地分布在8 条染色体上,按照进化关系及结构特点可分为 7 组,每组内具有相似的基因结构与保守基序组成。(2)CsTIFYs基因的启动子区具有多种包含激素和非生物胁迫响应的顺式作用元件,通过实时荧光定量(RT-qPCR)分析其家族成员对在茉莉酸甲酯、盐(20%氯化钠)、冷(4 ℃)以及干旱(20% PEG-6000)处理下反应强烈,部分基因在根与顶芽中有较高的表达量。由此推测,TIFY基因家族可能在茶树激素信号调控、胁迫响应、生长和发育等多方面发挥功能作用。     

hpc2研究进展

生物个体的胚胎发育以及细胞的增殖、分化,都同时受到多种基因的严格调控,PcG基因家族就是一类重要的发育相关基因.而hPc2基因是人PcG基因家族中的一个重要成员,其编码的HPC2蛋白,不仅可以和HPH、BMI-1以及RING1等其他人类PcG蛋白结合形成HPC/HPH PcG复合体,以蛋白复合体的形式参与对homeotic基因的表达抑制,以维持机体的正常发育以及细胞的增殖和定向分化,还发现它能与其他多种蛋白质相结合,提示HPC2可能具有多种功能.因此,对hPc2的深入研究不仅有助于进一步阐明PcG基因家族的作用机理,扩展人们对基因表达调控的认识,还有助于发现PcG基因家族与其他信号转导通路的联系,更好地理解细胞信号网络系统.     

苹果MdPEPC基因家族鉴定及在腋芽萌发中的作用

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（phosphoenolpyruvate carboxykinase,PEPC）家族蛋白普遍存在各种植物中,在光合碳同化过程中起到重要作用,同时具有多种非光合生物学功能,但PEPC基因在苹果（Malus domestica Borkh.）中尚未研究报道。本研究以苹果新基因组数据为基础,利用生物信息学方法对苹果PEPC家族成员（the members of apple PEPC family,MdPEPC）进行鉴定,并对其在不同组织中的表达谱以及去顶和细胞分裂素噻重氮苯基脲（thidazuron,TDZ）处理后苹果腋芽转录组中的表达模式进行分析,以期探究MdPEPC基因在参与苹果腋芽萌发中的作用。结果表明,苹果MdPEPC家族共有6个成员,分布于6条不同的染色体上,且理化特征较为相似;系统进化树及序列比对分析显示其可分为2个亚组（Group Ⅰ和Group Ⅱ）,其中Ⅰ组含4个MdPEPC家族成员,属于植物型PEPCs,而MdPEPC4和MdPEPC5则与拟南芥细菌型AtPPC4聚类到Ⅱ组;共线性分析表明,MdPEPC成员之间不存在串联重复,含7对片段重复;顺式作用元件分析显示,MdPEPC家族成员不仅受光和逆境等影响,还受多种激素综合调控;表达谱显示,除MdPEPC4和MdPEPC5外,其他植物型MdPEPC在不同组织中均有表达。转录组数据分析表明,去顶和TDZ处理后MdPEPC1和MdPEPC3表达量上调,而MdPEPC2则在处理后48 h明显下调表达。综上所述,本研究通过对苹果MdPEPC家族的鉴定和分析,筛选出MdPEPC1、MdPEPC2和MdPEPC3作为调控苹果腋芽萌发的候选基因,以便后期对其进行深入研究。     

甜菜BvHAK基因家族全基因组鉴定及其在盐处理下的表达分析

高亲和性K⁺转运蛋白（high-affinity K⁺ transporter,HAK）是植物中最重要的K⁺转运蛋白家族之一,在植物K⁺吸收和转运过程中发挥重要功能。为探究甜菜BvHAK基因家族成员生物学功能及基因表达模式,采用生物信息学手段,预测了蛋白质的理化性质、基因结构、染色体定位、系统进化、保守基序、三维结构、互作网络、启动子顺式作用元件,并通过qRT-PCR分析了盐胁迫下BvHAKs基因在甜菜不同组织中的表达水平。共鉴定出10个甜菜BvHAK基因家族成员,含有8-10个外显子、7-9个内含子;平均氨基酸个数为778.30,平均分子量为88.31 kDa,等电点为5.38-9.41,跨膜区为11-14个。BvHAK4、-5、-7和-13定位在质膜,而其余定位在液泡膜。系统进化分析发现,高等植物HAK可分为5个簇,分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ簇,其中Ⅱ簇成员可进一步分为Ⅱa、Ⅱb和Ⅱc等3个亚簇;BvHAK家族成员则分布在前4簇,分别含有1、6、1和2个成员。甜菜BvHAK基因家族主要含有胁迫响应元件、激素响应元件和生长发育响应元件。进一步对BvHAK基因在盐处理下甜菜不同组织中的表达模式分析发现,50和100 mmol/L NaCl不同程度地诱导甜菜地上部和根部BvHAK基因家族成员的表达;高盐（150 mmol/L）则下调了其在地上部的表达水平。这些结果表明,BvHAK基因家族在响应盐胁迫过程中起重要作用。     

Protein phosphatases in higher plants: multiplicity of type 2A phosphatases in Arabidopsis thaliana

Two DNA fragments, AP-1 and AP-2, encoding amino acid sequences closely related to Ser/Thr protein phosphatases were amplified from Arabidopsis thaliana genomic DNA. Fragment AP-1 was used to screen. A. thaliana cDNA libraries and several positive clones were isolated. Clones EP8a and EP14a were sequenced and found to encode almost identical proteins (97% identity). Both proteins are 306 amino acids in length and are very similar (79–80% identity) to the mammalian isotypes of the catalytic subunit of protein phosphatase 2A. Therefore, they have been designated PP2A-1 and PP2A-2. A third cDNA clone, EP7, was isolated and sequenced. The polypeptide encoded (308 amino acids, lacking the initial Met codon) is 80% identical with human phosphatases 2A and was named PP2A-3. The PP2A-3 protein is extremely similar (95% identity) to the predicted protein from a cDNA clone previously found in Brassica napus. Southern blot analysis of genomic DNA using AP-1 and AP-2 probes, as well as probes derived from clones EP7, EP8a and EP14a strongly indicates that at least 6 genes closely related to type 2A phosphatases are present in the genome of A. thaliana. Northern blot analysis using the same set of probes demonstrates that, at the seedling stage, the mRNA levels for PP2A-1, PP2A-3 and the gene containing the AP-1 sequence are much higher than those of PP2A-2 and AP-2. These results demonstrate that a multiplicity of type 2A phosphatases might be differentially expressed in higher plants.     

Molecular characterization of a fourth isoform of the catalytic subunit of protein phosphatase 2A from Arabidopsis thaliana

We have recently reported the existence of multiple isoforms of the catalytic subunit of protein phosphatase 2A (PP2A) in Arabidopsis thaliana and the molecular cloning of cDNAs encoding three of these proteins (PP2A-1, PP2A-2, PP2A-3). The reported cDNA encoding PP2A-3 was truncated at the 5 terminus, lacking a short fragment of the N-terminal coding sequence. We have now isolated a near full-length cDNA encoding the entire PP2A-3 protein (313 residues). The clone includes 188 nucleotides of 5-untranslated region, where a 44 bp long poly(GA) track is found. We also describe the cloning of a cDNA encoding a fourth isoform of PP2A (PP2A-4). The polypeptide contains 313 residues being 98% identical to PP2A-3 and only 80% identical to both PP2A-1 and PP2A-2. The mRNA for PP2A-4 is 1.4 kb in length and, although predominantly expressed in roots, it is also found in other organs. It is concluded that in A. thaliana the isoforms of PP2A can be grouped in two extremely conserved subfamilies.     

苹果SRS基因家族的鉴定与功能分析

SHI-related sequence(SRS)基因家族通过介导激素变化以调控植物成花及生长发育,并且在适应环境胁迫中起重要调控作用。该研究基于苹果(Malus domestica Borkh.)基因组数据,通过生物信息学手段鉴定苹果SRS基因家族成员,并分析SRS基因家族特点与功能及表达情况。结果表明:(1)苹果MdSRS基因家族共包含11个成员,分别命名为MdSRS1-MdSRS11,不均匀地分布在苹果的9条染色体上。(2)MdSRS蛋白包含229~414个不等的氨基酸残基,等电点分布在6.38~9.36之间;亚细胞定位结果表明,MdSRS蛋白大多分布于细胞膜,在细胞核、叶绿体中也有分布。(3)通过引入拟南芥、水稻、番茄及杨树的SRS基因进行系统发育分析表明,将11个MdSRSs分成5个亚族(A-A),在A4中分布最多。(4)顺式作用元件分析表明,11个MdSRSs启动子上游2 000 bp序列分布有激素、环境适应性和逆境诱导等响应元件。(5)荧光定量PCR结果显示,苹果MdSRS基因家族在盐胁迫和干旱胁迫下总体呈下调表达,在ABA胁迫后大多呈上调表达,是具有很大潜力的抗性候选基因,说明SRS家族对ABA调节等非生物胁迫具有调控作用。研究认为,SRS家族的11个成员均参与了调控干旱、盐及ABA胁迫多种逆境的响应,推测在实际苹果生产中对抵御不良环境具有重要作用。     

糜子黄、黑种皮遗传及转录组学分析

同源异型域-亮氨酸拉链(homedomain-leucine zipper,HD-Zip)转录因子广泛参与植物的生长发育和抗胁迫过程。该研究通过生物信息学方法对青稞HD-Zip基因家族进行全基因组分析鉴定,并采用qRT-PCR技术分析非生物胁迫下该基因的表达特性,为深入探讨青稞HD-Zip转录因子的生物学功能及其在高原作物抗逆育种中的应用奠定基础。结果表明：(1)成功从青稞基因组中共鉴定出41个HD-Zip基因家族成员,依次命名为i>HvvHD-ZipⅠ-1~Ⅳ-13,且这些基因在7条染色体上呈不均匀分布。(2)理化性质分析发现,HvvHD-Zip蛋白包含197～885个不等的氨基酸残基;分子量范围在19 914.36～94 014.87 Da;亚细胞定位表明HvvHD-Zip蛋白都位于细胞核。(3)根据多序列比对、系统进化、基因结构和保守基序差异将其聚为4个亚家族,各亚家族分类特征与系统聚类结果一致。(4)顺式作用元件预测分析发现,i>HvvHD-Zip基因启动子中含有11种植物激素和胁迫响应元件。(5)qRT-PCR结果显示,HvvHD-Zip Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ亚家族基因对各胁迫响应明显;与根组织相比,多数i>HvvHD-Zip基因在叶组织中响应明显(上调或下调);与冷和盐胁迫相比,i>HvvHD-Zip各基因对旱胁迫响应较强。     

鸭疫里默氏杆菌自然转化的发现及机制研究进展

自然转化(natural transformation)是微生物水平基因转移的一种重要机制,其在遗传多样性的产生或修复DNA损伤等方面发挥着重要作用,并且与耐药基因、毒力因子的扩散息息相关。鸭疫里默氏杆菌(Riemerellaanatipestifer,RA)是威克斯菌科中第一个被发现可以发生自然转化的细菌,本文作者利用此特点建立了多种基因编辑的方法,促进了对其遗传多样性和致病机理的研究进程。通过系统性地研究影响鸭疫里默氏杆菌自然转化的因素,鉴定出了参与该菌自然转化的营养物质;通过筛选转座子插入突变体文库,鉴定出了参与该过程的必需基因;最终,在该菌发现了一种新型的自然转化系统。本文结合其他细菌自然转化研究进展,针对以上研究结果进行综述,以期对该菌的自然转化机制有更深入的理解,也为更进一步探明该菌的耐药和毒力基因获得机制提供参考。     

马铃薯StCML基因家族鉴定及表达分析

类钙调蛋白(calmodulin-like protein, CML)是植物中一种重要的Ca~(2+)结合蛋白,在植物生长发育和胁迫响应过程中起着重要的作用。该研究通过生物信息学方法在马铃薯基因组中鉴定了StCML基因家族成员,并对它们的表达模式及胁迫响应进行了分析,为深入解析马铃薯StCML基因家族成员在生长发育和胁迫响应中的作用机制奠定理论基础。结果显示:(1)在马铃薯基因组中共鉴定到80个StCML基因,它们均具有EF-hand结构;根据系统进化树拓扑结构可分为5个亚家族,在1～5亚家族中分别含有18、12、14、12、和24个基因,大部分基因具有较为保守的基因结构和基序。(2)RNA-Seq数据分析发现,StCML基因主要在马铃薯的花、叶柄、芽、雄蕊、匍匐茎和块茎中有特异表达,并且主要对盐、热、干旱和赤霉素处理有响应。(3)qRT-PCR分析发现,在低温胁迫下StCML13、StCML21和StCML53表达上调;在高温胁迫下StCML11、StCML21和StCML39表达上调;盐胁迫下StCML21和StCML60表达上调;青枯菌处理下StCML53表达上调,StCML8、StCML 13、StCML 21和StCML 60表达下调。研究表明,StCML基因对多种胁迫均有响应。     

牛支原体LRR5蛋白原核表达及其在牛支原体入侵宿主细胞过程中的作用分析

致病性支原体具有入侵宿主细胞的能力,这是其发挥致病作用的关键。介导支原体入侵宿主细胞的自身功能蛋白可能是一种潜在的药物或疫苗靶标。【目的】克隆表达牛支原体(Mycoplasmabovis) MBOVPG45_0564基因编码蛋白(命名为LRR5蛋白),并探究其在M. bovis入侵宿主细胞过程中的作用。【方法】利用NCBI数据库对MBOVPG45_0564基因进行同源性分析,用Discovery Studio Client系统对LRR5蛋白进行蛋白结构预测;原核表达LRR5蛋白并制备其小鼠多克隆抗体,利用免疫电镜对LRR5蛋白进行亚细胞定位;通过平板计数、激光共聚焦显微镜观察LRR5抗体封闭后M. bovis对胎牛肺(embryonic bovine lung, EBL)细胞入侵率的变化;将LRR5蛋白偶联至荧光微球表面后,以激光共聚焦显微镜及高内涵活细胞成像系统观察微球进入EBL细胞情况。【结果】MBOVPG45_0564基因在牛支原体属中为保守基因,其编码蛋白LRR5为膜相关蛋白,空间构象呈典型的月牙状,多个重复的亮氨酸基序以超螺旋方式组装并形成螺线管蛋白质结构单元。LRR5抗体封闭后,M. bovis对EBL细胞的入侵率显著降低(P<0.05),荧光微球偶联LRR5蛋白后,荧光微球可成功进入EBL细胞。【结论】MBOVPG45_0564基因编码的LRR5蛋白定位在M. bovis膜上,在M. bovis入侵宿主细胞过程中发挥着重要作用。