基于压缩氨基酸和支持向量机进行膜蛋白类型识别

膜蛋白是一类结构独特的蛋白质,是细胞执行各种功能的物质基础。根据其在细胞膜上的不同存在方式,主要分为六种类型。本文利用压缩的氨基酸对原始膜蛋白序列进行信息压缩,再对压缩序列进行氨基酸组成和顺序特征的提取,最后采用支持向量机构建分类模型。通过五叠交叉验证的结果表明,该方法对于六种膜蛋白的分类预测,准确度最高可达98％以上,平均预测准确度在85％以上,可有效实现膜蛋白六种类型的划分,为进一步分析膜蛋白的结构和功能奠定基础。     

枸杞脂肪酰基还原酶基因的克隆及表达分析

脂肪酰基还原酶基因广泛参与植物的脂类代谢过程,影响植物雄配子体花药发育以及表皮蜡酯合成等。本研究利用RACE方法从宁夏枸杞(宁杞1号)花药中克隆脂肪酰基还原酶LbMS2-2基因,开放阅读框全长1800bp,编码599个氨基酸,等电点为9.00。生物信息学分析表明,LbMS2-2蛋白定位于叶绿体中,该蛋白序列与茄科植物甜辣椒、烟草和马铃薯中的脂肪酰基还原酶表现出较高的序列相似性;实时荧光定量PCR显示,LbMS2-2基因在枸杞花器官中表达,且在枸杞花药发育的四分体时期、单核花粉时期和双核花粉时期表达量较高。原位杂交结果证实该基因只在花药绒毡层和小孢子中表达。亚细胞定位结果进一步验证LbMS2-2基因的叶绿体定位。以上结果表明,枸杞脂肪酰基还原酶基因是枸杞花器官发育过程中的重要基因。     

宁夏枸杞与茄科其他植物线粒体基因组的比较与系统进化分析

本研究以宁夏枸杞(Lycium barbarum)的主栽品种‘宁杞1号’为参照,分别从基因构成、内含子分布、同源共线性、保守基因簇、重复序列,以及系统进化等方面与目前已报道的辣椒(Capsicum annuum)、茄子(Solanum melongena)、马铃薯(S.tuberosum)、番茄(S.lycopersicum)、天仙子(Hyoscyamus niger)和烟草(Nicotiana tabacum)等六种茄科(Solanaceae)植物的线粒体基因组进行比较分析,以进一步了解它们的线粒体基因组在结构组成上的异同和亲缘关系。结果表明,茄科不同植物的线粒体基因组大小差异较大,从413 881 bp(宁夏枸杞)到688 698 bp(马铃薯)不等,基因数量在61～71个,其中的蛋白质编码基因除在宁夏枸杞和辣椒中为单拷贝以外,在茄科其他植物中均出现不同程度的多拷贝现象。宁夏枸杞分别与茄子(16个)、马铃薯(16个)和天仙子(15个)共有较多数量的保守基因簇。通过线粒体基因组重复序列分析发现,宁夏枸杞与辣椒的重复序列数量接近,但宁夏枸杞中的简单重复序列(simple sequenc...     

宁夏枸杞雄性不育花药中胼胝质动态变化特征

胼胝质是以β-1,3键结合的葡聚糖,其形成的壁结构只发生在特定组织。当其提前或延迟降解时,会导致花粉败育,明确胼胝质的沉积动态规律对探究雄性不育机理及利用枸杞雄性不育具有重要意义。本研究以宁夏枸杞(Lycium barbarum L.)可育系‘宁杞1号’与不育系‘宁杞5号’为实验材料,采用半薄切片技术,并利用苯胺蓝和标记胼胝质的方法和高碘酸-希夫反应(Periodic Acid-Schiff stain, PAS),在光学显微镜下对比观察了不同发育时期的宁夏枸杞可育和不育花药中胼胝质的动态变化特征,分析了胼胝质对不育系花药败育的影响。结果显示,小孢子母细胞时期,可育和不育花药小孢子母细胞外沉积形成厚薄不均的胼胝质壁,荧光反应显示减数分裂形成四分体后,胼胝质壁逐渐增厚。随着花药的进一步发育,可育花药中四分体外胼胝质壁逐渐解体、消失,释放出四个小孢子。而不育花药中四分体外的胼胝质壁不断增厚,并没有出现降解迹象,直至开花,药室中小孢子仍以四分体状态存在,已经变形、解体的四分体外仍包裹着胼胝质壁。胼胝质降解异常是导致宁夏枸杞花粉败育的结构原因。本文进一步对不育系四分体胼胝质壁未发生降解的原因进行了分析,为解析宁夏枸杞雄性不育机理提供理论基础。     

基于RNA-seq技术分析雄性不育宁夏枸杞花药不同发育时期基因表达特征

本研究利用半薄切片法对比分析了宁夏枸杞(Lycium barbarum)雄性不育系‘宁杞5号’和可育系‘宁杞1号’花药不同发育时期的细胞学特征,并进一步采用RNA-seq技术分别对‘宁杞5号’和‘宁杞1号’小孢子母细胞时期、四分体时期和单核时期的花药进行转录组比较分析。结果显示,不育系‘宁杞5号’的绒毡层在四分体时期开始出现异常,同时四分体外胼胝质壁并不发生降解,最终导致不能产生可育花粉粒。花药发育三个时期的转录组分析共筛选到2 619个差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs),其中1 609个上调,1 010个下调,另有70个DEGs在三个不同发育时期均有出现。GO及KEGG分析均表明,2 619个DEGs主要参与胼胝质合成与降解、脂质代谢、类黄酮生物合成等过程。RT-qPCR验证结果与转录组测序结果基本一致。通过对转录组DEGs的分析,筛选到9个可能与花粉败育相关的胼胝质合成与降解的DEGs,以及19个与花药发育相关的差异表达转录因子。该研究为深入解析宁夏枸杞花药雄性不育的分子机制提供新的基因资源,奠定了一定的基础。     

枸杞花药发育基因LbMS2的克隆及表达分析

MS2(Male sterily2)类基因编码脂肪酰基还原酶,参与了花药绒毡层中脂类代谢过程。该研究以宁夏枸杞(‘宁杞1号’)为试验材料,采用RACE方法从枸杞花药cDNA中获得枸杞LbMS2基因。结果显示,LbMS2基因开放阅读框为1 782bp,编码593个氨基酸,等电点为8.98;生物信息学分析显示,LbMS2蛋白定位于叶绿体;LbMS2蛋白序列与茄科植物矮牵牛、茸毛烟草、马铃薯、番茄以及甜辣椒中的MS2蛋白表现出较高的序列相似性;实时荧光定量PCR结果显示,LbMS2基因具有器官表达特异性,只在枸杞花器官中表达,并且在枸杞花药发育的四分体时期以及单核花粉时期表达量最高。研究表明,LbMS2基因是枸杞花器官发育过程中的重要基因。