基于转录组测序的宁夏枸杞不同品种果实活性成分合成差异表达基因分析

为探究不同品种宁夏枸杞果实活性成分生物合成相关基因的表达水平,筛选关键差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),揭示宁夏枸杞品种间活性成分含量差异的分子机制,本研究采用Illumina NovaSeq 6000高通量测序技术,对宁夏枸杞‘宁杞1号’和‘宁杞7号’青果期、转色期及成熟期果实进行转录组测序,比较2个品种果实不同发育期相关基因表达谱的变化。结果显示:转录组测序共获得811818178条clean reads,有121.76 Gb有效数据。‘宁杞1号’和‘宁杞7号’在青果期、转色期和成熟期差异表达基因分别有2827、2552和2311个;分别有2153、2050和1825个差异基因在基因本体论(gene ontology,GO)、京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)富集分析和同源蛋白簇(clusters of orthologous groups of proteins,KOG)分析等6个数据库中被成功注释。青果期、转色期和成熟期果实的差异表达基因,在GO数据库分别有1307、865和624个被富集到生物学过程、细胞组分及分子功能3个部分中;KEGG通路富集结果均集中在代谢途径、次生代谢物生物合成和植物-病原互作过程;在KOG数据库,3个发育期分别注释了1775、1751和1541个差异表达基因。对注释的基因进行PubMed数据库检索,在青果期、转色期和成熟期分别筛选到与枸杞活性成分合成相关的差异表达基因18、26和24个,这些基因主要参与类胡萝卜素、类黄酮、萜类、生物碱和维生素等代谢途径。选取7个差异表达基因进行RT-qPCR验证,结果与转录组测序数据表达趋势一致。本研究从转录水平为不同品种宁夏枸杞活性成分含量差异提供了初步证据,为进一步挖掘枸杞活性成分生物合成的关键基因及解析其表达调控机制提供了研究基础。     

大豆种子萌发过程中的差异蛋白质组研究

运用蛋白质组学技术对大豆(Glycinemax)N2899种子萌发0h、8h、36h、60h4个时期蛋白质的差异表达情况进行了研究.结果发现,在考马斯亮蓝染色的双向电泳pH3～10胶上,PDQuest图像分析软件可识别的点约350个,其中表达量变化2.5倍以上的蛋白质点有24个,而绝大部分大豆种子贮藏蛋白在萌发期尚未降解.在萌发的第一阶段,24个差异表达蛋白中有10个蛋白质的丰度发生变化.第二阶段,差异表达蛋白的种类和量增加,其中15个蛋白质是动态变化的,14个蛋白质在胚根突破种皮时表达量达到峰值,表明吸胀后种子内的生命活动越来越强.对这24个蛋白质点进行胶内酶解,用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱测定均获得肽质量指纹图谱.搜索大豆的UniGene库初步鉴定出6个蛋白质,分别是核苷二磷酸激酶、热激蛋白、硫氧还蛋白、35ku种子成熟蛋白及种子成熟蛋白PM36.对这些蛋白质在种子萌发过程中可能的作用进行了讨论.     

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。     

叶绿素结合蛋白CP24介导光照响应基因StRSM 1调控叶绿素积累

单MYB转录因子成员RSM(RADIALIS-like SANT/MYB)突变,倒置黑暗诱导的叶绿素减少,原因有待确定;为了揭示RSM如何调控叶绿素积累,本研究运用基因工程途径,获得了普通烟草和马铃薯体内抑制和过量表达StRSM 1阳性转化株系,测定了阳性转化株系的叶绿素积累等生理表型;结果显示,普通烟草和马铃薯体内抑制RSM 1表达,显著增加了叶绿素积累,叶色随之加深;RSM 1过量表达,显著减少叶绿素积累,叶色变浅。叶绿素代谢相关基因表达测定结果显示,StRSM 1过量表达增加了黑暗下叶绿素结合蛋白CP24基因的表达,改变了其表达模式。以上结果表明,转录因子StRSM 1响应光照反向调控叶绿素积累,叶绿素结合蛋白CP24参与了StRSM 1对叶绿素积累的调控。结果有助于进一步明确RSM 1如何响应光照和深刻理解RSM 1参与的光照响应。     

枸杞花药蛋白质组双向电泳体系的建立及应用

采用改良TCA丙酮沉淀结合Tris-HCl法提取枸杞花药蛋白质,对蛋白质裂解液成分、IPG胶条的pH范围、上样量及染色方法进行了探索.结果表明:(1)采用17 cm胶条、400 μg的上样量、含有2 mol/L硫脲的裂解液,硝酸银染色,可得到重复性好、质量高的枸杞花药蛋白2-DE图谱,枸杞花药蛋白主要集中在pH 4～7范围.(2)采用该体系分析了‘宁杞1号’和‘宁杞5号’四分体时期花药蛋白,并利用PDQuest 8.0软件在pH 4～7的2DE图谱上检测到500多个蛋白点,其中差异表达量大于2倍的蛋白有25个.     

发状念珠藻干旱胁迫响应基因NfGR的克隆与鉴定

该研究采用PCR技术,从发状念珠藻细胞中克隆了谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase,GR)基因,命名为NfGR,其开放阅读框长1 374bp,编码458个氨基酸,蛋白相对分子量为49.42kD,理论等电点为5.49。氨基酸序列分析表明,NfGR蛋白具有NADPH结合位点超家族(NADB-Rossmann superfamily)和吡啶氧化还原酶二聚体超家族(Pyr_redox_dim superfamily)2个结构域,与点形念珠藻(Nostoc punctiforme)的相似性达93%。系统进化树分析表明,NfGR与点形念珠藻处在同一进化枝上,亲缘关系较近。qRT-PCR表达分析表明,在不同浓度PEG-6000处理下,NfGR基因均保持上调表达,其中,PEG-6000浓度为8%时,NfGR基因的相对表达量达到峰值(32.69)。研究推测,谷胱甘肽还原酶可能参与了发状念珠藻对干旱胁迫过程的响应。     

枸杞MADS-box1基因的克隆及组织表达分析

MADS-box转录因子是果实成熟调控网络中的关键因子之一,调控果实发育、成熟与开裂、花器官的形成、光合作用与营养代谢以及激素信号转导等生理活动.本研究以宁夏枸杞果实为材料,利用RACE技术克隆枸杞MADS-box1基因,通过BLASTN进行相似性分析;采用DNAMAN软件构建进化树;采用ExPaSy的SOPMA和Phyre 2软件进行蛋白质二级结构预测与3D结构建模;利用实时PCR方法分析Lb MADS-box1基因的时空表达变化规律.结果显示:LbMADS-box1基因(GenBank登录号为KU955318)全长788 bp,ORF(开放阅读框)741 bp,编码247个氨基酸.生物信息学分析显示LbMADS-box1蛋白包含一个MADS保守结构域和K-domain,属于SEP亚家族,具有26个丝氨酸位点,7个苏氨酸位点和4个酪氨酸位点,这37个位点为蛋白激酶信号级联放大时磷酸化点.二级结构预测发现α螺旋所占比例最大,为53.49％;不规则卷曲结构次之,比例为33.33％;延伸链结构占8.91％;beta turn(β转角)最少,仅为4.26％.qPCR结果显示LbMADS-box1基因在枸杞不同器官的表达具有特异性.在花中的表达量达到峰值在叶、茎中的表达量次之,在根中的表达量最小.在枸杞果实绿熟期、破色期、粉红期和红熟期发育过程中,LbMADS-box1表达量呈现逐步升高,与果实软化的趋势一致,表明LbMADS-box1转录因子可能参与调控枸杞果实成熟和软化.     

枸杞LbMYB103基因克隆及转化拟南芥的研究

以枸杞品种‘宁杞1号’花药为材料,采用 RT-PCR技术,分离了R2R3类MYB基因LbMYB103包含完整开放阅读框（ORF）的cDNA片段,碱基序列与已知基因HQ415755完全一致。运用Gateway技术构建LbMYB103基因植物过表达载体pMDC83-LbMYB103,利用基因枪法将融合有绿色荧光蛋白（GFP）的过表达载体转入洋葱表皮细胞,将LbMYB103基因定位在细胞核。实时荧光定量PCR分析发现,LbMYB103基因在花药中优势表达,果实中表达量较低,在根、茎和叶中均未检测到其转录本,推测LbMYB103基因可能在花药发育过程中起重要作用。通过根癌农杆菌介导法将pMDC83-LbMYB103转入拟南芥（Col-0）,经筛选获得T₁代抗性再生植株52棵,PCR鉴定有41棵阳性植株,收获T₁代种子,经抗性筛选获得T₂代抗性植株29棵,PCR鉴定有23棵阳性植株。实时荧光定量PCR分析表明,LbMYB103在拟南芥植株的基因组中正常表达。表型观察发现T₁和T₂代拟南芥花药发育异常,花发育迟缓,果荚短小无种子,进一步表明LbMYB103可能与植物的育性有关。该结果为进一步开展枸杞遗传转化,深入研究LbMYB103基因在枸杞花药发育过程中可能发挥的调控功能奠定了基础。