番茄AT-hook基因家族的鉴定及胁迫条件下的表达分析

AT-hook蛋白家族在植物生长发育、器官构建及逆境胁迫和激素信号应答中发挥重要作用。本研究在番茄基因组范围内,利用生物信息学方法对番茄AT-hook基因家族的成员、分布、结构和功能进行分析。结果表明,番茄AT-hook家族包含32个成员,分为3种类型,其中类型Ⅰ含有13个成员;遗传进化分析表明番茄AT-hook基因成员与拟南芥家族基因具有相似分类。利用实时荧光定量PCR对番茄32个基因开展组织表达分析,结果表明AT-hook基因具有表达差异,主要在根和花中表达较高。氧化胁迫分析结果表明,32个基因受ABA、SA、盐、高温和低温诱导表达,其中部分基因显著上调或下调表达,很可能参与了番茄逆境胁迫条件下的防御应答反应。本研究结果将为番茄AT-hook家族基因的深入研究提供依据,为进一步解析番茄AT-hook基因的功能奠定基础。     

大白菜NHX基因家族的鉴定与表达分析

Na+/H+逆向转运蛋白(Na+/H+antiporter,NHX)基因家族在植物响应盐胁迫中发挥重要作用。本研究鉴定了大白菜NHX基因家族成员,并分析了大白菜NHX基因(Brassica rapa ssp.Pekinensis NHX,BrNHXs)响应高温、低温、干旱和盐胁迫等非生物逆境的表达模式。结果表明,在大白菜中共鉴定到9个NHX基因家族成员,分布在大白菜的6条染色体上,其氨基酸数目在513–1154 aa之间,相对分子量集中在56804.22–127856.66 kDa,等电点位于5.35–7.68之间。该基因家族成员主要存在于液泡中,基因结构完整,外显子的数目介于11–22之间。大白菜NHX基因家族编码的蛋白质二级结构都具有α-螺旋、β-转角和不规则卷曲结构,其中α-螺旋发生频率较高。实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)分析显示,该基因家族成员在高温、低温、干旱和盐胁迫下均有不同程度地响应,且在不同时间表达差异显著。以BrNHX02和BrNHX09对这4种胁迫的响应最为显著,表达量在处理72 h时均显著上调,可作为候选基因进一步验证其功能。     

森林草莓SUN基因家族的鉴定及其对逆境的响应

SUN基因是调控植物生长发育的关键基因。本研究鉴定了二倍体森林草莓(Fragaria vesca)的SUN基因家族,并对各成员的理化性质、基因结构、系统进化以及基因表达进行了分析。结果表明,森林草莓有31个FvSUN基因,其编码蛋白可聚类为7个组,同一组内成员具有高度相似的基因结构与编码蛋白保守域;FvSUNs蛋白的亚细胞定位主要在细胞核中。共线性分析表明森林草莓FvSUNs基因家族主要通过染色体片段复制产生,拟南芥与森林草莓存在23对直系同源基因。利用森林草莓的转录组数据,对FvSUNs基因的组织表达特征进行分析,发现主要可归为3类：各组织均表达、组织中几乎不表达、组织特异性表达,并通过实时荧光定量PCR (quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR)进一步验证结果。此外,还对森林草莓进行不同的逆境胁迫处理,qRT-PCR分析了31个FvSUNs基因的表达情况,发现大部分基因均在不同程度上受低温、高盐或干旱胁迫的诱导表达。这些研究结果为深入揭示草莓SUN基因的生物学功能及其分子机制奠定了基础。     

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。     

葡萄蔗糖转化酶基因家族的生物信息学及响应逆境胁迫分析

蔗糖转化酶(invertase, INV)在植物生长发育和抵御胁迫中发挥着重要作用。研究从葡萄基因组数据库中鉴定出19个蔗糖转化酶基因,对基因结构和编码蛋白质的理化性质进行生物信息学分析,并利用qRT-PCR技术分析基因在不同激素和非生物胁迫条件下的表达特征,为进一步探索葡萄INV基因家族参与葡萄逆境响应提供了一定的理论依据。结果表明,(1)该基因家族编码蛋白的氨基酸长度在150～766 aa之间,理论等电点介于4.43～9.1之间,亚细胞定位预测发现其主要在细胞质中表达,此外液泡和细胞壁也存在部分基因表达;(2)共线性结果显示VvCINV与其他5个物种复制频率较高;(3)保守基序分析表明VvCwINV包含了所有的保守基序,且Glyco＿32和Glyco＿hydro＿100是VvINV基因主要结构域;(4)组织特异性表达分析发现多数基因在葡萄生长发育进程中都有表达;(5)qRT-PCR分析结果显示,VvINV基因家族在叶片中对激素处理和非生物胁迫的响应出现上调,VvCINV1在50 mg/L GA₃和10%PEG处理后上调表达极显著,VvCINV4在盐胁迫、ABA...     

谷类作物β-葡聚糖合成酶基因家族的研究进展

Beta-葡聚糖是由β-(1,3)和β-(1,4)糖苷键连接的非纤维素多糖,主要分布在谷类作物籽粒胚乳及糊粉层中,在高尔基体合成,经由囊泡运输到质膜,最终在细胞壁上沉积。通过增加胆汁酸排泄,延迟葡萄糖吸收,β-葡聚糖可有效降低胆固醇及血糖水平。Beta-葡聚糖合成酶基因家族成员最早在水稻(Oryza sativa)中得到鉴定,后在其他作物中陆续被发现。该基因家族包括3个主要成员：CslF、CslH和CslJ亚基因家族,起源于不同分支,经过趋同演化,执行合成β-葡聚糖的功能。Beta-葡聚糖基因家族成员均受到负选择压力,演化过程中序列高度保守。CslF亚家族基因成员相对较多,常在染色体上形成基因簇,CslF6是介导β-葡聚糖合成的主效基因。CslF亚家族在叶基部等幼嫩组织中表达水平相对较高,且明显受到光照强度的影响;CslH和CslJ亚家族成员较少,其中CslH亚家族在叶尖等成熟组织中的表达水平高,而CslJ亚家族在籽粒中有较高的表达水平。该文综述了β-葡聚糖合成酶基因家族成员的系统发育关系、表达模式,β-葡聚糖合成酶的亚细胞定位,以及作物中的定向育种研究进展,提出β-葡聚糖合成酶基因家...     

促葡萄糖转运蛋白基因家族的分子进化研究

葡萄糖转运蛋白是一个在结构上相似功能上不同的多基因家族（ＧＬＵＴ１－ＧＬＵＴ５）。由于这一组蛋白和体内的葡萄糖利用有关,因此被认为是糖尿病胰岛素抵抗（抗性）的一个候选基因。本文比较了不同种生物这一基因家族的氨基酸和核苷酸顺序;推测了亲水性和疏水性分布;计算了蛋白质和核苷酸的进化距离,并在此基础上构建了分子进化树。研究表明：这一基因家族具有高度的同源性、极为相似的亲水性和疏水性分布以及结构的对称性。提示这一基因家族起源于一个共同的祖先并可能通过基因的重复而形成。这一进化机制可能有利于氨基酸结构的稳定及抵抗突变的作用。由于邻元法构建的进化树其分支长度存在差异,提示在这一基因家族的进化过程中,各分支上的进化速率并不相同。蛋白质进化距离和核苷酸进化距离所构建进化树的差异提示了在基因组中可能存在隐匿替换。两种方法构建的进化树都提示了ＧＬＵＴ１、３、４在结构和功能上要更为保守。     

陆地棉的核型模式

陆地棉的核型公式为2n=4x=52=30m+20sm(4SAT)+2st(2SAT); 染色体绝对长度平均3.40μm; 臂比值最大与最小的分别是4.02和1.14,平均1.77;随体3对,分别位于第12、19和26对同源染色体的短臂上;最长与最短染色体的比值为2.36;其核型属于Stebbin的2B类型。 Abstract:Karyotype formula of Gossypium hirsutum L.was 2n=4s=52=30m+20m (4SAT)+2st (2SAT); and its absolute lengths of chromosomes averaged 3.40μm; arm ratio differed from 1.24 to 4.02,with the mean value of 1.77; three pairs of satellite chromosomes; the ratio of the longest to the shortest chromosomes was 2.36; and the karyotype belonged to 2B in Stebbin’s classification.     

载脂蛋白多基因家族分子进化的研究

与脂质运输有关的载脂蛋白基因构成一个复杂的多基因家族。为探讨这种演化时间长的基因家族的进化规律,本文首先建立了一种在非均衡进化速率条件下计算系统发生树中任意分支长度的简易方法,并可在此基础上算出无根分支系统树中分歧年代的期望值。进一步对本文科１０个种属共２６种载脂蛋白的系统演作作了实际分析,结果提示：①ＡｐｏＡ－Ｉ＇ＡｐｏＡ－ＩＶ,ＡｐｏＥ及ＡｐｏＡ－ＩＩ的共同祖先可能在奥陶纪水生脊椎动物中就已存     

人工microRNAs对拟南芥At1g13770和At2g23470基因的特异沉默

DUF647(Domain of unknown function 647)蛋白家族是在真核生物中广泛存在的、高度保守的蛋白家族。拟南芥中该基因家族共有6个成员,迄今为止拟南芥DUF647家族中4个成员的功能尚不清楚。文章以拟南芥内源MIR319a前体为骨架,构建了敲减DUF647家族中2个基因At1g13770和At2g23470表达的人工microRNAs(Artifical microRNAs,amiRNAs)。利用WMD(Web microRNA designer)平台设计分别靶向At1g13770和At2g23470基因的amiRNAs序列,通过重叠PCR置换拟南芥MIR319a前体序列。构建融合amiRNAs前体的植物表达载体pCHF3-amiRNAs,在农杆菌介导下转化拟南芥。RT-PCR分析表明,amiRNAs能够显著抑制At1g13770和At2g23470基因的表达,获得了抑制效果明显的转基因株系。At2g23470-amiRNA转基因植株At2g23470转录水平的下调导致育性严重下降。文章为进一步研究这两个基因的功能奠定了良好的基础。