甘蔗属种及其近缘属种蔗茅的全基因组密码子偏好性分析

【目的】为解析甘蔗基因组的密码子使用特征,提高异源基因在甘蔗中的表达效率。【方法】以已发布的甘蔗属种（热带种LA-purple、割手密NP-X和AP85-441）及其近缘属种蔗茅（Yunnan2009-3）基因组为数据,利用Python、CodonW1.4.2进行密码子偏好性分析,同时通过中性绘图、ENC-plot、PR2-plot等分析探讨密码子偏好性形成的影响因素,并结合转录组测序数据分析密码子偏好性参数与基因表达水平的相关性。最后,基于RSCU均值与7个主要模式生物种（玉米、高粱、水稻、拟南芥、烟草、大肠杆菌、酿酒酵母）的密码子使用模式进行比较分析。【结果】显示热带种、割手密和蔗茅的基因组都富含GC,平均GC含量为56.3%,且GC3>GC1>GC2,倾向于使用以G/C结尾的密码子,平均ENC值为48.45,偏好性较低。中性绘图、ENC-plot和PR2-plot分析表明它们的密码子偏好性受到自然选择、突变压力等多种因素的共同影响,其中自然选择占主导作用。相关性分析表明密码子偏好性参数与基因实际的转录表达水平存在显著相关性,但相关性不强。根据RSCU和?RSCU值,确...     

甘蔗ScMOC1基因启动子的克隆与瞬时表达分析

MOC1属于植物特有的GRAS家族蛋白基因,是调控植物腋芽形成发育的关键基因。启动子对基因转录效率起直接调控作用,其功能分析可以精确定位基因的表达部位、发育阶段和调控机制,克隆甘蔗腋芽形成发育关键基因ScMOC1的启动子序列,研究其功能对该基因表达调控机制具有重要意义。本研究以我国主栽甘蔗品种新台糖22号(ROC22)的基因组DNA为模板,通过基因组步移和巢式PCR技术克隆到ScMOC1起始密码子ATG上游1874 bp的启动子序列。PlantCARE在线分析预测表明,该序列包含多个真核生物启动子必需的核心元件TATA-box、CAAT-box以及与光响应、激素响应和分生组织表达等相关的顺式作用元件,推测ScMOC1启动子可通过激素诱导调控ScMOC1表达,且该启动子可能通过分生组织表达顺式调控元件CAT-box参与ScMOC1对甘蔗分蘖的调控。将获得的启动子序列替换pBI121质粒中的CaMV35S启动子驱动下游GUS基因表达进行活性分析,结果表明:本研究克隆的启动子片段能驱动GUS基因在甘蔗嫩叶中瞬时表达。5′缺失分析表明该启动子的基础启动子序列在起始密码子ATG上游350～500 bp之间。该结果为后续ScMOC1的调控机制研究奠定了良好的基础。     

甘蔗MOC1基因(ScMOC1)的克隆与表达分析

MONOCULM 1(MOC1)基因在植物腋分生组织和腋芽的形成中发挥重要作用,是植物分蘖关键调控基因。本研究利用同源基因克隆法结合RT-PCR、RACE技术从甘蔗品种ROC22中克隆获得MOC1的同源基因,命名为Sc MOC1。生物信息学分析发现该基因的c DNA序列包含一个长度为1299 bp的开放阅读框,编码432个氨基酸残基组成的含有GRAS保守结构域的非分泌蛋白,其分子量为45.43 k D,理化等电点p I为6.98。序列比对分析显示Sc MOC1与高粱(Sorghum bicolor(L.)Moench)、赖草(Leymus secalinus(Georgi)Tzvel.)、水稻(Oryza sativa L.)等禾本科植物同源蛋白氨基酸序列一致性较高;系统进化树分析显示其与高粱、小米草(Setaria italica(L.)P.Beauv.)、玉米(Zea mays L.)等禾本科植物MOC1同源蛋白亲缘关系最近;Sc MOC1在甘蔗品种ROC22中的序列变异分析发现,30个克隆得到的序列中共有46个SNP位点和29处In Del位点,其中1个位点发生的单个碱基缺失和另一个位点的4个碱基插入是造成基因编码蛋白序列变化的主要原因。中性检测表明,Sc MOC1在ROC22中遵循中性进化模型。采用实时荧光定量PCR分析Sc MOC1在甘蔗品种ROC22分蘖期不同组织部位(根、茎、叶、分蘖芽、叶鞘、生长点)、茎尖生长点和不同发育阶段腋芽(幼嫩腋芽、半大腋芽、较大腋芽、成熟休眠腋芽)的表达特征,结果显示Sc MOC1在分蘖期的ROC22中的表达具有组织特异性,在生命活跃的茎尖生长点处表达量最高;在腋芽形成发育过程中该基因表达总体呈现出"升-降-升-降"的趋势,说明Sc MOC1基因可能在甘蔗腋芽形成发育阶段中发挥作用。以上研究可推测Sc MOC1在甘蔗的分蘖性状调控上扮演重要的角色。本研究为Sc MOC1的功能研究及其在甘蔗产量分子辅助育种中的利用奠定基础。     

甘蔗非生物胁迫抗性研究进展

甘蔗是世界上重要的糖料和能源作物,对于我国食糖产业发展具有举足轻重的作用。但是,我国甘蔗种植面积正不断减少,呈现出向高海拔、土壤贫瘠等生产条件差的地方转移的趋势,因此遭受的逆境胁迫程度日益加深,严重影响了甘蔗的生长发育及产量形成。如何解决逆境胁迫下甘蔗的产量问题是目前生产上面临的重要课题。目前最好的解决办法还是培育高抗逆品种,为了给甘蔗抗性品种选育提供参考,本文对甘蔗的各种逆境,如低温、干旱、高盐、重金属等伤害与抗逆性的生理生化机制及甘蔗抗逆相关功能基因的挖掘研究进行了综述,以期系统地了解甘蔗逆境研究现状,并提出了甘蔗抗逆育种需要开展的关键工作,以期为甘蔗抗逆相关研究方向的设定、抗性机理和抗性品种的选育提供借鉴。