蔗糖对紫色土豆微型薯形成及花青素含量的影响

为深入探讨蔗糖在植物花青素生物合成过程中的调节作用,以紫色土豆为材料,分析不同蔗糖浓度对紫色土豆外植体生长、花青素含量、微型薯形成以及花青素生物合成相关基因表达的影响。结果表明,紫色土豆外植体在蔗糖浓度为15 g/L时生长情况最好,平均长度最长,平均重量最重,但高浓度蔗糖对外植体生长起抑制作用;蔗糖能促进紫色土豆花青素含量的积累及微型薯的形成,随着蔗糖浓度的增加,花青素含量随之增加,紫色土豆花青素含量在蔗糖浓度为120 g/L时最高,为5.11 mg/g FW,是对照组的8.89倍;蔗糖浓度为60 g/L时,微型薯重量最重,为0.34 g,结实率最高,达到22.50%。RT-PCR结果显示,蔗糖能促进St F3’5’H、St UFGT以及St DFR的表达,蔗糖通过调控此类花青素合成相关基因的表达影响紫色土豆花青素含量。     

葡萄糖诱导绿色杜氏藻转录组及相关通路差异分析

绿色杜氏藻是研究耐盐机理的模式绿藻．葡萄糖不仅是营养物质,而且还是信号物质．目前,对绿色杜氏藻转录组、糖处理后差异表达基因和β-胡萝卜素生物合成途径关键基因表达还不清楚．本研究通过Illumina HiSeqTM 2000高通量测序,获得葡萄糖处理和未处理绿色杜氏藻转录组信息．利用P value值和差异倍数对样本进行差异表达分析,共111条转录本存在差异表达,3条为上调转录本,108条为下调转录本．利用RT-qPCR检验差异表达分析的准确性. 结果表明,转录本表达结果与转录组分析结果一致．GO功能富集结果表明,71条下调转录本与代谢相关,占所有下调转录本的65.74%．KEGG富集分析结果表明,21条KEGG通路含89条下调转录本,14条通路与代谢相关．代谢中通路最多的为能量代谢（6条）,含63条下调转录本．能量代谢中与光合作用相关的下调转录本最多,为29条．通过分析找到2条与β-胡萝卜素生物合成相关通路（MVA/MEP途径及β-胡萝卜素合成途径）,并发现通路的关键基因hmgs、dxs、dxr、psy、pds、chyb,对其进行差异表达分析,均不存在差异表达．研究表明,葡萄糖抑制了绿色杜氏藻光合作用,代谢受阻,但未影响β-胡萝卜素生物合成相关通路及关键基因．     

基于WGCNA发掘缺磷、红光和黄光处理下三角褐指藻岩藻黄素合成关键基因

加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)是一种分析多个样本间基因表达模式的方法,可将表达模式相近的基因聚类并发掘与特定的性状或表型相关的关键基因。本研究采用转录组测序和WGCNA方法,分析了三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)在缺磷、红光和黄光等非生物胁迫下对岩藻黄素积累的影响。结果表明,与对照组相比,岩藻黄素含量在缺磷和红光处理后显著提高(P<0.05),但是在黄光处理后显著降低(P<0.05)。利用转录组测序得到的10,392个基因构建加权基因共表达网络,为了确保无标度网络,选择β=18(R²>0.8)作为软阈值。通过对岩藻黄素含量进行关联分析,共鉴定了10个共表达模块,其中purple模块与岩藻黄素含量呈正相关(r=0.9,P=1E–200),并确定了9个关键基因,包括5个岩藻黄素合成通路上的基因(DXR、PSY、PDS1、ZEP2、VDL2)和4个转录因子基因(bHLH5、HOX2、CCHH13、HSF1b)。进一步利用qRT...     

绿色杜氏藻转录组分析

为了深入了解绿色杜氏藻(Dunaliella viridis)基因信息及功能、耐盐相关通路(甘油脂代谢)及关键酶,本文首次通过Illumina HiSeq^TM 2000高通量测序技术对绿色杜氏藻转录组进行测序,利用Trinity软件将数据组装形成转录本,对所有转录本进行COG(Clusters of Orthologous Groups)、GO(Gene Ontology)和KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)分类和功能注释、Pathway注释以及蛋白编码区(Opening reading fragment,ORF)的预测,并对甘油脂代谢通路关键酶基因进行了分析。转录组测序共获得81 593个转录本,其中ORF共有77 117条,约占所有转录本的94.50%。COG分类结果表明,16 569条转录本被分为24个类别。GO分类结果表明,76 436条转录本被注释。在所有注释分类中,生物学过程转录本数量最多,为30 678条,占总转录本数的40.14%。KEGG分析结果表明,317个标准途径中包含26 428条转录本,含转录本最多的类别是代谢,为9949条(37.65%)。与代谢有关的途径为131条,占所有注释途径的41.32%。在甘油脂代谢通路中仅发现1条关键酶转录本(二羟丙酮激酶),该酶可能与绿色杜氏藻耐盐胁迫中甘油的合成有较大关系。本研究进一步完善了绿色杜氏藻的基因信息,为绿色杜氏藻代谢途径研究奠定了坚实的基础。     

紫色马铃薯类黄酮3，′5′-羟化酶基因（StF3′5′H）的克隆及分析

类黄酮3′,5′羟-化酶（ flavonoid 3′,5′-hydroxylase, F3′5′H）是植物花青素生物合成途径中的一个关键酶,紫色土豆（ Solanum tueb or sum） F3′5′H基因的克隆将为花青素合成调控和花青素代谢工程研究提供优质基因资源。研究采用RACE技术克隆了紫色土豆F3′5′H基因的cDNA全长序列,用生物信息学方法对其核苷酸和蛋白质序列进行了分析,并用半定量PCR 技术分析了F3′5′H基因在不同组织中的表达情况,同时研究了赤霉素和蔗糖处理后F3′5′H基因表达与花青素积累之间的相关性。研究结果表明,克隆的紫色土豆F3′5′H的cDNA全长为1854 bp,包含一个1530 bp的完整ORF,共编码509个氨基酸。生物信息学分析表明,StF3′5′H基因推测编码的氨基酸序列与其它植物的F3′5′H蛋白的相似性很高。 StF3′5′H基因的表达具有组织特异性,在紫色土豆根、茎和叶柄中都有表达,其中在叶柄中表达最强,而在块茎、叶轴和叶片中几乎检测不到StF3′5′H基因的表达。赤霉素和蔗糖能促进紫色土豆StF3′5′H基因的表达,进而促进花青素的积累。     

绿色杜氏藻不同β-胡萝卜素羟化酶基因家族胁迫应答模式研究

β-胡萝卜素羟化酶(β-carotenoid hydroxylase, CHYB)是植物类胡萝卜素生物合成途径中的一个重要限速酶。本研究对绿色杜氏藻转录组测序数据进行分析,获得2条β-胡萝卜素羟化酶家族基因chyb1和chyb2。采用染色体步移法分别克隆并获得了绿色杜氏藻chyb1和chyb2基因的启动子序列,全长分别为1080 bp(GenBank登录号：KY012338)和1155 bp (GenBank登录号：KY012339)。利用Plantcare软件分析两个启动子的顺式作用元件,结果表明绿色杜氏藻chyb1基因启动子含有与甲基茉莉酸、花生四烯酸、水杨酸等非生物胁迫相关的顺式作用元件,而绿色杜氏藻chyb2基因启动子含有与光照相关的顺式作用元件。通过qRT-PCR分析了绿色杜氏藻CHYB基因家族在不同胁迫下的基因表达水平,结果表明该基因家族的基因表达水平与启动子调控相关,且不同的家族基因应答不同的胁迫。     

三角褐指藻dxs基因克隆与诱导表达

为研究6种外源因素处理对三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶(DXS)基因表达的影响, 通过高通量转录组测序技术获得三角褐指藻dxs基因cDNA全长序列, 并对其进行生物信息学分析。研究结果表明, 三角褐指藻dxs基因cDNA全长2476 bp, ORF全长2193 bp, 编码730个氨基酸, 具有高度保守的ThDP结合位点和转酮醇酶结构域。三角褐指藻DXS蛋白为亲水性稳定蛋白, 相对分子质量(M_w)为79.31 kD, 理论等电点为6.65, 具有信号肽、跨膜区域、卷曲螺旋和TM-螺旋等。系统进化树分析结果表明, DXS蛋白进化树分为高等植物和藻类2个分支, 高等植物DXS蛋白进一步分为DXS1和DXS2两支, 藻类DXS蛋白聚类为3个分支, 分别为硅藻门、红藻门和绿藻门分支, 三角褐指藻聚类在硅藻门分支上。诱导表达调控结果表明, 三角褐指藻dxs基因受到茉莉酸甲酯(MeJA)、花生四烯酸(AA)、硫酸铈铵(ACS)、光合诱导素(PIF)、光合抑制剂(DCMU)和光质等6种外源因素的诱导调控。在100 μmol/L MeJA、62.5 mg/L AA、1.6 mg/L ACS、1.00 μg/L PIF、0.2 mg/L DCMU和紫光处理下, 三角褐指藻dxs基因表达量最高。在MeJA和光质处理下, 三角褐指藻dxs基因表达量与岩藻黄素含量变化趋势一致, 说明DXS是MeJA和光质等诱导子促进三角褐指藻岩藻黄素积累的关键酶之一。研究为进一步利用代谢工程手段提高藻细胞内岩藻黄素含量提供了良好的基因资源, 为深入探索三角褐指藻岩藻黄素合成的分子调控机制提供了一定的理论依据。     

三角褐指藻八氢番茄红素脱氢酶1-2基因启动子克隆和表达分析

八氢番茄红素脱氢酶(phytoene desaturase, PDS)是类胡萝卜素合成的关键酶，在光合生物的类胡萝卜素代谢调控中发挥了重要的作用。本研究根据三角褐指藻基因组数据库，克隆三角褐指藻PDS1和PDS2基因启动子序列，采用启动子缺失技术研究启动子活性，利用Plant CARE预测三角褐指藻PDS1和PDS2启动子顺式作用元件，采用qRT-PCR技术检测三角褐指藻PDS1和PDS2基因在不同胁迫下的相对表达量。结果表明，三角褐指藻PDS1和PDS2基因启动子全长分别为2 000 bp和920 bp,不同长度的5′端缺失后启动子均能驱动绿色荧光蛋白表达，具有较强启动子活性。Plant CARE分析结果表明，三角褐指藻PDS1和PDS2基因启动子中均含有与光照和植物激素响应有关的顺式作用元件。光照和植物激素胁迫处理结果表明，三角褐指藻PDS1基因受光合诱导因子(photosynthetic induction factor, PIF)的诱导表达，但在其他因子处理下表达均显著下降(P<0.05)或无显著性差异。三角褐指藻PDS2基因在PIF、红光、茉莉酸甲酯、乙酰水杨酸和脱落酸...