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。     

紫花苜蓿抗旱机制研究进展

紫花苜蓿是我国种植面积最大的人工牧草,具有重要的经济价值和社会效益。干旱是影响紫花苜蓿分布及产量的主要环境因子之一。土壤水分不足可导致紫花苜蓿的形态结构发生一定改变,从而使植株能够更好地适应胁迫环境。同时,苜蓿植株体内可通过一系列生理生化反应来减缓或降低干旱胁迫造成的损伤。近年来,人们对于紫花苜蓿转基因植株的培育以及苜蓿自身胁迫相关基因的研究报道较多。主要对紫花苜蓿抗旱的形态、生理和分子机制等方面的研究结果进行综述和讨论,发现干旱胁迫导致紫花苜蓿植株体内激素含量的变化,影响相应转录因子的活性,从而激活相应的功能基因,引起体内生理生化的变化。建议今后的研究在于阐述紫花苜蓿抗逆应答网络,挖掘更多的基因资源,通过分子育种手段培养高抗性新品种。     

抗旱相关基因在烟草中的应用研究进展

干旱是影响烟草正常生长、发育、产量和烟叶品质的一个重要逆境因子。在干旱胁迫下,植物体内会通过激发一些抗旱基因的表达来增强植物的抗旱能力。目前,很多抗旱相关的功能蛋白基因和调控蛋白基因已被克隆并在烟草中实现了遗传转化,外源抗旱基因的表达提高了转基因烟草的抗旱能力。抗旱基因的克隆为烟草抗旱新品种的培育奠定了良好的分子基础,系统深入地研究抗旱相关基因在干旱胁迫条件下的表达与调控,可为通过基因工程手段提高烟草的抗旱能力开辟新途径,同时也能为其他农作物的抗旱分子育种和品种改良提供基因资源。     

干旱胁迫下刚毛柽柳消减文库的构建及分析

以干旱胁迫下的刚毛柽柳根部组织cDNA为tester,正常生长的刚毛柽柳根部组织cDNA为driver,利用抑制性消减杂交技术(SSH)构建了干旱胁迫下刚毛柽柳根部组织的消减文库。文库克隆的重组率为95%,插入片段大部分集中在250~600 bp之间。通过对文库阳性克隆的随机测序,获得了如Mn-SOD、myb相关蛋白、锌指蛋白等17种与干旱胁迫相关的基因,它们涉及了植物的渗透调节、信号传递、转录调控、活性氧清除等方面。所得EST序列已被GenBank收录。实验为抗逆基因克隆和系统研究干旱胁迫下柽柳根部基因的表达奠定了基础。     

基于RNA-seq的能源植物芒转录组分析

芒(Miscanthus sinensis Anderss)是多年生C4草本植物,可为能量和纤维素产品生产提供高品质的木质纤维素材料,是一种理想的能源植物。采用Illumina Hi Seq?2000高通量测序技术,对芒花芽和叶芽进行转录组分析。经拼接组装共获得98 326个Unigene,序列平均长度822 bp,N50为1 337 bp。将Unigene序列与NR、NT、Swiss-Prot、KEGG、GO和COG数据库进行比对(Evalue1e-5),共有74 134条Unigene获得了基因注释,占总Unigene的75.40%。其中,通过GO功能分类,45 507个Unigene映射到GO不同的功能节点上;通过KEGG pathways分析,共有36 710个Unigene参与了128个代谢通路;比对到同源序列比例最高的物种分别为高粱(37 731,60.86%)、玉米(16 258,26.22%)、水稻(3 065,4.94%),共占所有同源序列的92.02%。此外,获得了芒C4关键酶相关基因24个。这些注释信息的完成为芒功能基因及相关候选基因的发掘提供了重要依据。     

黄芪AmMYB44基因的克隆与表达模式分析

以黄芪转录组测序获得的一条MYB基因为基础,进行克隆、生物信息学分析和荧光定量分析。克隆得到cDNA序列1 296 bp,其中包含一个长度为1 200 bp的开放阅读框,编码一个由399个氨基酸组成的蛋白质,命名为AmMYB44。预测黄芪MYB44蛋白的分子量为43.392 kD,等电点为6.39,平均亲水数是-0.459,不稳定系数为46.08,属于不稳定蛋白。实时荧光定量PCR分析显示,AmMYB44基因在干旱和低温条件下的表达均明显上调,但调节幅度存在组织差异、条件差异和处理时间的差异。在AmMYB44启动子上发现了多个与逆境和激素应答相关的顺式作用元件。推测AmMYB44基因在黄芪干旱、低温等非生物胁迫应答中具有重要的调控作用,本研究将促进黄芪的抗旱抗寒分子机制的研究。     

马铃薯异源表达梭梭HaNAC1基因提高抗旱性的功能解析

NAC转录因子参与植物非生物胁迫反应,是改良植物抗旱耐盐性的重要基因资源。本研究利用农杆菌介导法对马铃薯栽培种大西洋进行遗传转化,并用PEG-6000模拟干旱处理转基因和受体植株,初步从逆境应答基因和内源激素2个方面对转基因株系进行了抗旱性分析。结果表明,在3个转基因株系中转HaNAC1基因马铃薯生长素(IAA、IBA)、细胞分裂素(IP、cZ)、茉莉酸(MEJA、JA-ILE)、水杨酸(MESA)、赤霉素(GA_3)含量均显著或极显著高于受体,而脱落酸(ABA)含量显著低于受体。抗逆相关基因荧光定量PCR分析表明,HaNAC1基因过表达植株中与胁迫应答相关的LEA3、DREB2A、RD29a、NCED1、KIN1和ERD11基因表达量与受体存在显著或极显著差异。现有实验数据表明,转基因马铃薯中HaNAC1可能通过调节与胁迫响应相关的一系列基因表达,调控激素表达水平变化从而提高受体的抗旱性。研究结果为深入解析HaNAC1响应干旱胁迫的分子机制提供基础理论依据。     

铝胁迫下柱花草SSH文库构建及表达序列标签分析

柱花草栽培种热研2号(Stylosanthes guianensis ‘Reyan 2’)对铝毒有较强的耐受性。为了鉴定其在铝胁迫下的诱导 基因, 利用抑制消减杂交(SSH)技术构建在300 μmol·L^–1铝胁迫下正向cDNA文库。挑选插入片段大于300 bp的600个克隆进行测序, 共获得504条表达序列标签(EST)。序列重复性分析表明, 其中12.1%的EST只有1次重复, 61.4%的EST有2–16次重复, 重复出现次数较高的EST是细胞色素P450(53次, 占10.5%)、病原诱导型胰蛋白酶抑制剂(44次, 占8.7%)和衰老相关蛋白(37次, 占7.3%)。BLASTX分析显示, 504条EST中有97种非冗余基因, 其中包括46条功能已知基因和51条功能未知序列。46条功能已知EST中有30个为已报道铝胁迫相关基因, 16个是新发现的铝胁迫相关基因。SSH cDNA文库提供的信息为阐明柱花草耐铝毒的分子机制提供了重要线索。     

火炬松热胁迫cDNA文库的表达谱分析

以火炬松热胁迫cDNA文库的EST序列为材料,对EST序列进行聚类、拼接等处理后,再进行Blast同源比对以及基因GO注释分析。研究结果如下:从Forest TreeDB数据库中下载了火炬松热胁迫cDNA文库的所有EST序列,共4 283条。EST序列经CAP3拼接后,获得2 062个UniGene,其中934个Contig,1 128个Singletons。对UniGene进行同源检索,按照GO的分子功能、生物过程和细胞组分三个不同分类角度分类,被赋予功能的基因数累计达4 661个,但365个(17.7%)的序列与核酸和蛋白数据库无序列同源性,即17.7%为新发现的基因。经对所有具有功能的基因研究发现,受外界胁迫表达的抗逆相关基因含量较高。上述研究结果对于研究火炬松热胁迫基因表达特征与抗逆分子机制具有一定的借鉴价值,以及开发火炬松新分子标记与开展分子辅助育种具有一定的指导意义。     

干旱胁迫下黄檗幼苗cDNA消减文库的构建和分析

以干旱胁迫下的黄檗幼苗cDNA 为tester, 正常生长的黄檗幼苗cDNA为driver, 利用抑制性消减杂交技术(suppression subtractive hybridization, SSH)构建了干旱胁迫下黄檗幼苗的消减文库并对其进行了EST序列分析。从消减文库中随机挑取20个阳性克隆, 提取质粒进行酶切和PCR鉴定, 显示文库克隆的重组率大于95%, 插入片段大小大部分集中在300~800bp之间。随机挑取816个克隆进行测序, 得到265个基因。将其进行同源性分析, 划分为16类。获得了热激蛋白70、脱水响应蛋白(RD22)、通用胁迫蛋白、金属硫蛋白(MTII), 晚期胚胎丰富蛋白(LEA14)等44种与干旱胁迫相关的基因,它们涉及了植物的渗透调节、信号传递、转录调控、活性氧清除等方面。本研究为抗逆基因克隆和系统研究干旱胁迫下黄檗基因的表达奠定了重要的理论基础。     

基于高通量测序的阿尔泰蝠蛾(鳞翅目:蝙蝠蛾科)幼虫转录组分析

本研究采用Illumina HiSeq TM 2500测序平台对阿尔泰蝠蛾Hepialus altaicola Wang幼虫进行转录组测序及生物信息学分析.经序列拼接后共获得100133个Unigenes,总长度86319112 bp,平均长度862 bp,N50长度1628 bp.将Unigenes与NR、COG/KOG、Pfam、Swiss-Prot、GO、KEGG数据库比对,共获得38198条Unigenes,其中Nr数据库注释的Unigenes最多,为32381条,占32.34％.通过GO功能分类,共有13216个Unigenes在GO数据库中细胞组分、分子功能和生物学过程等3大类57个分支中找到注释;KEGG通路分析,共有15058条Unigenes被注释,归属于305条代谢通路.CDS预测发现54002条序列可被编码,占全部基因的53.93％.基因注释进一步获得311个与冷适应相关的代谢调节基因,并用FPKM值对基因表达量进行评估.本研究获得的转录组信息及分析结果,为进一步研究阿尔泰蝠蛾的基因功能及低温生态适应性奠定分子基础.     

NaCl胁迫下黑果枸杞转录组测序分析

研究黑果枸杞在不同浓度盐胁迫下基因表达谱变化情况,为进一步研究黑果枸杞抗盐分子机制奠定研究基础。对0(CK)、50、250 mmol/L NaCl溶液胁迫的黑果枸杞组培苗的根和叶在胁迫时间为0、1、12 h时分别取样,采用转录组测序(RNASeq)技术进行测序分析。结果表明,转录组测序共产生222.49 Gb原始数据,拼接出Unigenes 86 037条,注释到7大功能数据库(GO、KEGG、KOG、NR、Pfam、Swiss-Prot和egg NOG)上的Unigenes总数为46 594个,占总Unigenes的54.76%,还有38 929个Unigenes在这些数据库中没有得到注释。通过GO分类和KEGG Pathway富集性分析,分别归于51个GO类别和211条代谢途径。差异表达基因分析显示,黑果枸杞叶片和根的上调基因和下调基因数随着NaCl浓度的增大和处理时间的延长均呈增加趋势,叶片中的上调基因数(7 514)小于下调基因数(9 032),根中的上调基因数(12 347)大于下调基因数(11 559)。在黑果枸杞盐胁迫下转录组中发现28 325个SSR位点,最多的为单核苷酸SSR,占70.47%。综合分析表明,黑果枸杞对盐胁迫的反应是一个多基因参与、多个生物过程协同调控的过程,基因表达量的变化可能是基因调控的主要方式。     

胡杨无性系幼苗响应盐胁迫的miRNA表达差异研究

植物miRNA在调控基因表达、细胞周期、生物体发育、抗逆等方面起重要作用。为研究胡杨(Populus euphratica Oliv.)的耐盐机制,以1年生胡杨无性系幼苗为材料,构建具有空间代表性的盐胁迫胡杨cDNA文库,利用二代测序技术测定NaCl胁迫下和正常培养条件下胡杨叶和根miRNA表达情况。结果表明,不同的miRNA之间表达量存在明显差异,表达丰度最高的miRNA有miR156、miR157、miR165、miR166和miR167等,合计占总表达量的90%以上。胡杨根部存在特异表达的miRNA,在整个耐盐调控机制中发挥着生理调节、分子调控和信号传导等极为重要的作用。盐处理样品中发现大量响应盐胁迫的miRNA,对这些转录因子进行靶基因预测和注释后,发现很多盐胁迫响应的miRNA与NAC和SPL等重要转录因子家族相关,与前人的结论一致,另外还发现许多miRNA的调控对象是ATP酶和激素响应因子。     

基于高通量测序的极小种群野生植物长梗杜鹃转录组分析

为加强特有濒危植物长梗杜鹃资源的评价、保护和鉴定工作,及为今后遗传育种和改善其农艺性状提供有益参考。本研究采用新一代高通量测序平台Illumina HiSeq 4000对其转录组测序,得到的数据过滤后进行de novo组装并聚类去冗余,获得74 092个Unigenes,平均长度、N₅₀、Q₂₀、Q₃₀以及GC含量分别为938 nt、1 616 nt、98.22%、95.20%和43.24%,其中1 Kb以上的Unigenes有23 879条。通过与七大功能数据库比对,分别有39 876（NR：53.82%）、38 065（NT：51.38%）、27 384（Swissprot：36.96%）、16 099（COG：21.73%）、30 401（KEGG：41.03%）、17 518（GO：23.64%）以及29 676（Interpro：40.05%）条Unigenes获得功能注释。长梗杜鹃转录组中的Unigenes根据GO功能大致可分为生物学过程、细胞组分和分子功能3大类56亚类,其中执行生物学过程的基因最多,占41.53%;与COG数据库比对,根据其功能大致可分为25类;以KEGG数据库为参考,可归为6个代谢通路大类、32类代谢途径,并发掘出176条与人类疾病相关的Unigenes,包括内分泌及代谢疾病（167条）和抗药性（9条）。根据注释结果共检测出39 418个CDS,未注释上的Unigenes使用ESTScan预测后获得3 194个CDS。同时,预出到1 488个编码TF的Unigenes,以及检测到57 927个SNP多态位点。该转录组分析为今后长梗杜鹃乃至杜鹃属植物功能基因挖掘与利用、基因克隆、抗性机理分析、遗传资源分类和进化、分子标记开发以及分子辅助育种等研究提供了基础数据和重要参考。     

小麦抗病基因表达谱中的文库构建与筛选方法研究

以抗白粉病品系“百农 32 17×Mardler”BC5F4为材料 ,构建了白粉病菌诱导的普通cDNA文库和抑制消减杂交(SSH)cDNA文库。分别对两文库进行了一定规模的测序 ,获得普通cDNA文库不重复ESTs 387条和SSHcDNA文库ESTs 76 0条。将获得的ESTs与GenBank序列进行了BLASTn、BLASTx同源性分析。结果表明 :在普通文库中 ,一些参与光合作用与核糖体构成等的基因出现频率较高 ,而获得的抗病相关基因则较少。消减文库在构建方法、抗病相关基因的富集等方面具有明显的优越性 ,是目前抗病基因表达谱研究中的较好方法。利用高密度点阵膜杂交技术对两文库的筛选结果表明 ,该方法具有相对简便易操作、杂交膜可反复使用等优点 ;但也存在mRNA及同位素用量大等问题。经筛选 ,消减文库中有 5 4 1%的功能已知ESTs为抗病相关基因 ,被证明参与了小麦抗白粉病反应     

蒙古沙冬青保守microRNAs的鉴定及靶基因预测

蒙古沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)是生长在荒漠中的木本植物, 对于我国西北部干旱、半干旱区域的植被维护与恢复具有重要价值。蒙古沙冬青对干旱、低温等多种逆境具有较高的耐受性, 是研究林木耐受逆境生理与分子机制的合适材料。MicroRNA(miRNA)是一类长度约为21个核苷酸的内源性非编码小分子RNA, 在植物生长发育和逆境应答等生物学过程中发挥着重要的调控作用。目前, 许多植物物种的miRNAs已经获得鉴定, 但未见蒙古沙冬青miRNAs的相关报道。文章应用高通量测序和生物信息学分析方法对蒙古沙冬青幼苗保守miRNAs的类型、表达丰度以及靶基因进行了分析和预测。共鉴定了10个家族的19种保守miRNAs, 其表达丰度介于55~1920269个拷贝之间。通过在线软件psRNATarget预测了其中14个保守miRNAs的靶基因。对于这些靶基因的功能分析表明, 蒙古沙冬青的保守miRNA主要通过转录调控、激素信号途径、物质代谢和胁迫应答等生物学过程参与植物生长发育和环境响应。     

药用资源植物山莨菪的转录组信息分析

为了增强对资源植物山莨菪的深入了解,本研究采用高通量测序技术对山莨菪进行转录组测序分析,经过处理得到71 463个Unigenes。通过与多个数据库进行比对,对基因进行分类和分析注释,最终成功获得注释的基因有47 624条。将Unigenes比对到KOG蛋白质库中,有13 110个基因被注释,共有26个子类;比对到NR库中后有39 621个Unigenes被注释;转录本与Swissprot、Tr EMBL的比对结果得到GO功能注释信息,注释得到的29 309个Unigenes可被分为分子功能、生物学过程和细胞组分3个大类,62个子类;以KEGG数据库为参考,3 679条基因被注释,参与的代谢通路可归为4个大类,分别是代谢相关的通路、遗传信息处理、细胞过程、环境信息处理,其中与代谢相关的通路最多,约占所有代谢通路的一半。对山莨菪的药用活性成分的代谢通路及相关Unigenes数量和类型的统计结果表明,与生物碱相关的代谢通路最多,萜类和苯丙素类所对应的Unigenes数量最多。另外,结果还检测到31 382个SNP位点,6种SSR重复类型,其中单碱基重复类型所占的比例最高,每百万碱基中出现的单碱基重复的SSR个数有56. 52个,占45. 30%。该结果丰富了山莨菪的转录组信息数据,为该物种分子生物学方面的研究奠定了基础,有助于进一步开展对山莨菪的合理保护及开发利用工作。