马铃薯HXK基因家族鉴定及表达特征分析

为探究马铃薯HXK家族的功能,本研究利用生物信息学方法,对马铃薯HXK基因家族成员进行鉴定,并采用实时荧光定量PCR对该基因在不同模拟逆境胁迫下的表达进行分析。研究利用同源比对方法从马铃薯基因组中鉴定获得到6个马铃薯HXK基因,分别命名为StHXK1-StHXK6。该家族基因分别分布于马铃薯的6条染色体上,其编码蛋白长度为497~533 aa,等电点为5.36~6.11,分子质量在53 736.38~58 184.71 Da,均为亲水蛋白。亚细胞定位预测表明,StHXK家族成员主要在叶绿体中表达。该家族成员二级结构均以α-螺旋和不规则卷曲为主,三级结构高度相似。顺势元件分析发现马铃薯HXK基因主要包含光响应元件、激素响应元件、胁迫响应元件及生长发育相关元件。qRT- PCR结果表明,StHXK基因在ABA诱导下均上调表达显著,50 μmol/L ABA胁迫下,StHXK1和StHXK2在处理24 h相对表达量较高,分别为对照的286.4倍和152.02倍,200 mmol/L NaCl处理下,除StHXK1和StHXK4基因相对表达量在处理时间2 h呈上调表达,其余StHXK基因均呈不同程度的下调表达。在10% PEG胁迫处理下,StHXK基因相对表达量呈不同程度的上调表达。综上所述,StHXK基因对ABA、NaCl和PEG胁迫处理均存在不同程度的响应。     

内源ABA信号水平动态调控的分子机制

从逆境信号感知、ABA合成的触发到ABA水平的动态调控,是细胞内重要的逆境信号传导途径,相对于应答ABA的下游信号事件,该领域研究滞后。研究显示,根系中ZEP、限速酶NCED、AtRGS1等合成酶基因及ABA2基因响应胁迫反应上调ABA信号水平。而7′-,8′-,9′-hydroxylase和糖基转移酶基因受逆境诱导激活,负调节ABA的积累。同时,提高的内源ABA信号水平能激活合成酶基因和代谢酶基因的表达。此外,基因表达和源库动力学分析显示,叶片ABA动态库的维持依赖根源ABA的持续供应。值得一提的是,miRNA与ABA信号起源及动态水平维持有关。进一步的代谢动力学分析揭示,ABA信号水平受合成酶基因和代谢酶基因表达的协同控制,多因素共同参与内源ABA信号水平的动态调控。     

内源ABA信号水平动态调控的分子机制

从逆境信号感知、ABA合成的触发到ABA水平的动态调控, 是细胞内重要的逆境信号传导途径, 相对于应答ABA的下游信号事件, 该领域研究滞后。研究显示, 根系中ZEP、限速酶NCED、AtRGS1等合成酶基因及ABA2基因响应胁迫反应上调ABA信号水平。而7′-, 8′-, 9′-hydroxylase和糖基转移酶基因受逆境诱导激活, 负调节ABA的积累。同时, 提高的内源ABA信号水平能激活合成酶基因和代谢酶基因的表达。此外, 基因表达和源库动力学分析显示, 叶片ABA动态库的维持依赖根源ABA的持续供应。值得一提的是, miRNA与ABA信号起源及动态水平维持有关。进一步的代谢动力学分析揭示, ABA信号水平受合成酶基因和代谢酶基因表达的协同控制, 多因素共同参与内源ABA信号水平的动态调控。     

肺形侧耳低温胁迫时期的转录组分析

本文以肺形侧耳栽培菌株X57为研究对象,利用高通量RNA测序技术对4℃低温处理0h、6h和12h后的肺形侧耳进行基因表达分析来探讨肺形侧耳低温应答机制。分析结果筛选出低温处理6h差异表达基因742个,其中上调表达基因374个,下调表达基因368个;低温处理12h差异表达基因1 489个,其中上调表达基因占53%,下调表达基因占47%。Gene Ontology（GO）功能聚类分析表明,差异表达基因主要富集在结合、催化分子功能组和代谢过程、细胞过程生物学过程中。KEGG功能富集分析结果显示,差异基因主要富集在氨基酸、核糖体和类固醇生物合成,及氮类物质代谢的通路上,富集到与低温胁迫相关通路MAPK signaling pathway-yeast上的基因表达随低温处理时间的增加呈上调趋势。已报道HOG-MAPK通路是MAPK途径研究较为明确、信号传递单一的真菌低温胁迫中重要的通路,本文运用生物信息学软件构建肺形侧耳的HOG-MAPK通路,并利用荧光定量PCR对相关基因表达进行验证,结果显示以低温处理0h为参照,随着低温胁迫时间增加通路上大部分基因的表达量持续上升,且差异显著,与RNA‐Seq分析结果一致。本文通过全面分析肺形侧耳低温胁迫时期基因表达情况,为进一步研究肺形侧耳低温胁迫相关重要基因的功能鉴定与信号通路调控机理提供基础。     

白桦MYB基因响应激素及盐旱处理的表达研究

转录因子参与到植物激素不同的信号通路中及非生物胁迫的调控中，为研究白桦MYB转录因子家族基因对不同激素信号及非生物胁迫的响应，本研究以野生型白桦（Betula platyphylla）种子为材料，分别用10 μmol·L^-1的茉莉酸甲酯（MeJA）、100 μmol·L^-1的乙烯利（ETH）、20 μmol·L^-1的脱落酸（ABA）、50 μmol·L^-1的细胞激动素（KT）、200 mmol·L^-1 NaCl、100 mmol·L^-1 Mannitol以及水为对照进行处理，对激素处理4周的白桦下胚轴进行表型观察及基因表达分析，结果显示：激素处理能够影响白桦下胚轴及胚根的生长，经过ETH处理的白桦下胚轴和根短于水处理的对照，KT处理过的白桦下胚轴和根长于水处理的对照；MeJA、Ethylene及ABA处理对大部分BpMYBs的表达存在负调控，而BpMYB2，8，12基因上调表达；KT处理后，只有BpMYB11下调表达，其他的BpMYBs基因上调表达；NaCl处理后，大部分基因表现出先下调后上调的表达模式，在48 h被高度诱导；Mannitol模拟干旱处理条件下，大部分基因表现出先微弱上调后下调的表达模式。这些结果说明白桦MYB家族基因能够响应激素、盐和旱的处理，在调控白桦下胚轴及胚根应答外界信号的发育中起作用。本研究为探索激素调控木本植物生长发育的分子机制研究提供了数据和材料。     

葡萄Alfin like转录因子家族的鉴定和表达分析

Alfin like (AL) 转录因子家族对高盐、低温、干旱等非生物胁迫反应具有重要的调控作用。该研究采用同源比对的方法检索鉴定葡萄AL转录因子家族基因、分析其生物信息学特性,并采用qRT PCR方法分析非生物胁迫下AL基因的表达特征,以探究葡萄AL基因在非生物逆境胁迫中的功能。 结果表明：(1)在葡萄中共鉴定出6个AL基因家族成员,分别命名为VvAL1~VvAL6,且6个成员分别分布在6条染色体上。(2)葡萄中AL转录因子具有高度保守的DUF3594结构域和PHD结构域,各家族成员均含有5个外显子和4个内含子;上游启动子区域分析发现大量植物激素与非生物胁迫响应相关的顺式作用元件。(3)基因芯片表达模式分析显示,盐、干旱、ABA胁迫以及低温(5 ℃)处理均显著影响葡萄AL家族基因(VvAL1~VvAL6)的表达。(4)qRT PCR检测显示,不同胁迫处理下AL基因在葡萄叶片中的表达水平不同;ABA处理下葡萄AL转录因子家族基因表达量较对照均显著下调,但在PEG处理下差异不显著;在盐胁迫处理下,VvAL2、VvAL4、VvAL5基因的表达量均显著上调,分别是对照的23倍、8.5倍和10.5倍,而VvAL1和VvAL6基因的表达量均显著下调,分别是对照的33倍和25倍。研究发现,葡萄AL转录因子家族与植物激素和非生物胁迫密切相关,尤其是该家族基因强烈响应高盐胁迫。     

低能离子束辐照下水稻中与ABA相关基因的差异表达

本文检测了用基因芯片筛选出水稻种子被低能N＋辐照后引起的差异表达的ABA代谢和信号途径相关基因。结果显示,与ABA合成相关的ZDS、Lyc-β、ZEP、NCED、SDR这五种酶的基因表达量均为上调;受ABA调控的的H＋-ATPase、NR、Rubisco的基因表达变化显著;ABA依赖的逆境应答蛋白DREB和ASR的表达量上调;受ABA信号转导调控的蛋白LEA的表达量下调,GAD和P5CS的表达量上调。这些结果表明,6×1017N＋·cm-2剂量的辐照可能促进了ABA的合成和幼苗气孔的开放,同时促进了ABA信号系统并激活或抑制了一些相关基因的表达。     

香鳞毛蕨DfDREB基因克隆与表达模式分析

DREB(dehydration-responsive element-binding)转录因子是响应非生物胁迫反应的主要调节因子,为探索DREB在多年生草本药用植物香鳞毛蕨[Dryopteris fragrans(L.) Schott]抗逆过程中的功能,该研究克隆了DfDREB基因并进行生物信息学分析,采用qRT-PCR方法分析了DfDREB基因在不同激素及干旱、NaCl、高温和低温等逆境胁迫处理下的表达模式。结果表明:(1)成功获得DfDREB基因全长1 203 bp,其编码401个氨基酸,相对分子质量为43.66 kD,等电点为6.13,是亲水性非分泌蛋白,该蛋白具有AP2保守结构域,属于AP2家族。(2)实时荧光定量PCR分析表明,DfDREB基因在香鳞毛蕨根、叶柄和叶中均有表达,其中在叶中表达量最高,根中表达量最低;在水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(MeJA)和乙烯利(ETH)处理时,DfDREB基因表达上调,并都在1 h时表达量达到峰值;在脱落酸(ABA)处理时,DfDREB基因的相对表达量仅在12 h和24 h时呈上调表达,其余时间为下调表达;在干旱、NaCl和高温处理时,DfDREB基因表达均上调;低温处理0.5 h和12 h时DfDREB基因表达显著上调,但在低温处理1～6 h和24 h时无明显变化。研究表明,DfDREB基因响应激素和非生物胁迫处理,且基因表达受胁迫诱导。该研究结果为进一步探索香鳞毛蕨抗逆分子机制奠定了基础。     

茶树CPP转录因子家族的全基因组鉴定及分析

CPP(cysteine-rich polycomb-like protein)转录因子广泛存在于动植物中,是一类成员数目较少的转录因子家族,在调控植物生长发育和响应非生物胁迫中起重要作用。该研究通过对茶树基因组系统的鉴定,获得10个CsCPP转录因子均具有典型的CXC结构域。系统发育分析将CsCPP家族成员分为4类(A^D),且大部分成员与葡萄在进化关系上更为接近。A类和C类成员的CXC结构域分布在蛋白序列的N端,而B类和D类成员分布在C端。茶树组织表达分析表明,CsCPP转录因子在生长活跃的顶芽和嫩叶中普遍高表达,不同组织的表达水平排序为:顶芽和嫩叶>根和茎>成熟叶和果>老叶和花。启动子分析发现了CsCPP家族成员的启动子区域存在大量的ABA和干旱响应元件;干旱处理下,6个CsCPP成员的表达水平均有不同程度上调,其中4个成员在ABA处理后表达迅速上调,表明CsCPP转录因子可能在ABA介导的干旱胁迫响应中起正调控作用;低温处理下,大部分CsCPP成员的表达均有轻微下调,而CsCPP 2和CsCPP 6的表达水平在6 h达到顶峰,表达量均超过2倍。研究结果为进一步发掘茶树CPP转录因子家族的功能奠定了基础。     

甘蔗(Saccharum spp.hybrids)木菠萝素(Jacalin)基因的克隆及生物信息学分析

木菠萝素(Jacalin)类凝集素(jacalin-related lectins,JRLs)是一类糖结合蛋白,以家族形式存在于植物中并参与各种生物进程,是植物凝集素超家族中的一类新成员。本研究从甘蔗(Saccharum spp.hybrids)叶片全长c DNA文库中克隆了一个甘蔗木菠萝素基因的c DNA全长序列,命名为Sc JRL(Gen Bank登录号为:KT971368)。Sc JRL全长845 bp,开放读码框长444 bp,共编码147个氨基酸。生物信息学分析显示,Sc JRL推导编码的蛋白为稳定亲水性蛋白,分子量为16.15 k D,预测等电点为6.13。采用实时荧光定量PCR技术,对Sc JRL基因在不同浓度以及不同处理时间的非生物胁迫处理下的表达进行了检测。结果显示,Sc JRL基因分别受Me JA(100μmol/L),SA(5 mmol/L)和H2O2(10 mmol/L)的诱导上调表达,且在处理3 h时表达量已达到最高;Sc JRL基因还分别受到ABA(100μmol/L)和Na Cl(250 mmol/L)的抑制而下调表达,且二者呈现出相同的表达模式。此外,不同处理的H2O2均诱导Sc JRL显著上调表达。当采用中等浓度的外源胁迫处理时,Sc JRL对ABA或Na Cl应答趋势的一致性,以及Sc JRL对SA或H2O2应答趋势的一致性,这说明甘蔗Sc JRL基因作为早期响应基因参与了Me JA和SA信号通路介导的甘蔗防御反应。并且该基因经由SA信号通路正向调控参与了甘蔗应答氧化胁迫,在甘蔗应答抗氧化胁迫机制过程中扮演积极的角色。此外,Sc JRL还经由ABA信号通路介导参与了甘蔗应答盐胁迫,且与ABA信号呈正相关。     

Identification and Expression Analysis of Abscisic Acid Signal Transduction Genes in Hemp Seeds

Abscisic acid (ABA) is involved in regulating diverse biological processes, but its signal transduction genes and roles in hemp seed germination are not well known. Here, the ABA signaling pathway members, PYL, PP2C and SnRK2 gene families, were identified from the hemp reference genome, including 7 CsPYL (pyrab-actin resistance1-like, ABA receptor), 8 CsPP2CA (group A protein phosphatase 2c), and 7 CsSnRK2 (sucrose nonfermenting1-related protein kinase 2). The content of ABA in hemp seeds in germination stage is lower than that in non-germination stage. Exogenous ABA (1 or 10 μM) treatment had a significant regulatory effect on the selected PYL, PP2C, SnRK2 gene families. CsAHG3 and CsHAI1 were most significantly affected by exogenous ABA treatment. Yeast two-hybrid experiments were performed to reveal that CsPYL5, CsSnRK2.2, and CsSnRK2.3 could interact with CsPP2CA7 and demonstrate that this interaction was ABA-independent. Our results indicated that CsPYL5, CsSnRK2.2, CsSnRK2.3 and CsPP2CA7 might involve in the ABA signaling transduction pathway of hemp seeds during the hemp seed germination stages. This study suggested that novel genetic views can be brought into investigation of ABA signaling pathway in hemp seeds and lay the foundation for further exploration of the mechanism of hemp seed germination.     

毛白杨蔗糖合酶基因PtSS2克隆与表达分析

为了解毛白杨蔗糖合酶(sucrose synthase,SS)基因功能和表达模式,以毛白杨茎段来源的cDNA为模板,根据毛果杨PtrSS2CDS序列信息设计特异引物,采用RT-PCR技术分离克隆了PtSS2基因。测序分析表明,PtSS2基因序列全长为2 412bp,编码803个氨基酸,蛋白大小为92.14kD,理论等电点6.00,属于酸性蛋白;氨基酸序列同源性分析表明,PtSS2与毛果杨PtrSS2和PtrSS1一致性分别高达100%和98.63%;结构域分析表明,PtSS2含有2个高度保守的功能域,即蔗糖合酶(5~552)和糖基化转移酶(554~744)功能域。qRT-PCR检测表明,PtSS2在毛白杨根、茎、叶、营养芽、雄雌花芽等各个组织中均有表达,但在营养芽和花芽中表达量较高,根部相对较低,总体呈组成型表达模式;在干旱胁迫下,PtSS2表达水平提升。研究结果推测,蔗糖合酶基因PtSS2在毛白杨各组织器官发育过程及干旱胁迫响应过程中具有重要功能。     

乙烯诱导水仙成花相关代谢物和基因的筛选与分析

为了解乙烯诱导水仙(Narcissus tazetta var. chinensis)成花的生理和分子机制,利用代谢组和转录组测序技术,筛选乙烯诱导水仙成花的差异表达代谢物和基因。结果表明,乙烯处理的侧芽检测到12个差异表达代谢物(DEM),包括7个上调,5个下调,其中,(±)7-表茉莉酸、多巴胺、亚精胺可能与乙烯诱导水仙成花正相关,而吲哚及其衍生物呈负相关。转录组共获得1 021个差异表达基因(DEG),包括615个上调,406个下调,在DEG中鉴定筛选了45个与乙烯信号传导和开花相关的差异表达基因。乙烯诱导水仙成花启动可能先激活水仙鳞茎内源植物激素(尤其乙烯)信号通路的变化,与开花促进基因FPF1和MADS15的上调表达密切相关。9个基因的qRT-PCR结果验证了RNA-Seq的正确性。这些差异表达的代谢物和基因在水仙成花启动过程中可能具有重要作用。     

苦荞转录因子基因FtbHLH4的克隆及其对非生物胁迫的应答

根据苦荞花期转录组数据,克隆得到1个苦荞bHLH类转录因子基因,命名为FtbHLH4。采用实时荧光定量PCR技术,分析了非生物胁迫对苦荞芽期FtbHLH4基因表达的影响。序列分析表明,苦荞FtbHLH4基因DNA全长1 852bp,由7个外显子和6个内含子构成,符合GT-AG剪接原则;cDNA序列包含1个1 062bp的开放阅读框,编码353个氨基酸,具有bHLH类蛋白典型的螺旋-环-螺旋保守结构域。在脱落酸(ABA)、NaCl和PEG模拟干旱胁迫下,苦荞芽期FtbHLH4基因表达量均持续上升,至48h时达最大,分别为胁迫前的11.3倍、12.0倍和6.1倍。而在冷胁迫和UV-B胁迫下,苦荞芽期FtbHLH4基因表达量迅速下降,分别于6h和12h降低至胁迫前的24%和23%。研究推测FtbHLH4基因以不同机制参与了苦荞对非生物胁迫的应答过程。     

白化菠萝蜜茎2个蛋白激酶和4个转录因子家族分析

为探究蛋白激酶(PKs)和转录因子(TFs)在白化菠萝蜜(Artocarpus heterophyllus)幼苗茎次生生长中的表达变化,基于转录组数据对其差异表达基因(DEGs)进行预测及分类,并对挑选出的2个PKs和4个TFs家族构建系统进化树。结果表明,胞质类受体激酶(RLCK)-VIII家族的DEGs上下调表达各4个,亮氨酸富集重复类受体激酶(LRR-RLK)-X家族Xa和Xb-2分支中的DEGs均下调表达,Xb-1中的均上调,TCP家族的20个DEGs中有15个上调表达,zf-HD和GRF家族中的大多数DEGs上调表达,Alfin-like家族中的DEGs均下调表达。因此,这表明6个家族可能在菠萝蜜茎的次生生长过程和应对非生物胁迫中发挥重要作用。     

薇甘菊花芽分化前后内源激素及相关基因表达的研究

以云南省瑞丽市勐秀林场扦插种植的薇甘菊为试材,采用液相色谱串联质谱(LC-MS/MS)技术对花芽未分化期和花序原基分化期花芽中的生长素(IAA)、赤霉素(GA)、脱落酸(ABA)、反式玉米素(tZ)、异戊烯腺嘌呤(IP)、1-氨基环丙烷羧酸(ACC)、茉莉酸(JA)和水杨酸(SA)含量进行定量分析,同时基于转录组基因功能注释数据对内源激素合成、代谢及信号转导途径相关基因进行表达分析,以探讨不同内源激素对薇甘菊花芽形成的调控作用,以及内源激素合成和信号转导途径相关基因调控薇甘菊花芽分化的机制,为后期通过外源激素调控薇甘菊内源激素水平的方式来控制薇甘菊的有性繁殖提供理论和技术支持。结果表明：(1)薇甘菊未分化期花芽中GA₁₅、GA₁₉、GA₂₀、GA₂₄、IAA、ABA和ETH含量低于花序原基分化期,而未分化期花芽中两种细胞分裂素tZ和IP含量显著高于花序原基分化期。(2)基于RNA-seq测序结果,在薇甘菊两个花芽分化时期共获得7 116个差异表达基因(DEGs),其中上调3 907个,下调3 209个。(3)在内源激素合成方面,参与GA₁₅、GA₁₉、GA₂₀、GA₂₄、IAA、ABA和ACC合成的大量DEGs在花序原基分化期上调表达,这与它们在薇甘菊花序原基分化期的高含量趋势相一致;参与IAA合成的YUCCA基因家族和ACC合成的ACS基因在花序原基分化期的高表达也可能参与促进薇甘菊花芽分化。(4)在植物激素转导途径中,在花序原基分化期,生长素信号转导途径通过AUX/IAA(gene-E3N88_07743)的下调表达和ARF(gene-E3N88_41119)的上调表达,乙烯信号转导途径通过ERF(gene-E3N88_41547)的上调表达,赤霉素信号转导途径通过GID1(gene-E3N88_19448)基因的上调表达,细胞分裂素信号转导途径通过B-ARR(gene-E3N88_28086)和A-RRR(gene-E3N88_40764)基因的下调表达,脱落酸途径通过AREB(gene-E3N88_18558)基因的上调表达,茉莉酸信号转导途径通过JAZ(gene-E3N88_05628)的上调表达和MYC2(gene-E3N88_32405)的下调表达来调控薇甘菊花芽分化。研究发现,高水平的GA₁₅、GA₁₉、GA₂₀、GA₂₄、IAA、ABA和ACC有利于薇甘菊的花芽分化;薇甘菊在花芽分化过程中通过改变不同种类内源激素合成、代谢基因的表达来调控激素浓度,而激素又通过信号转导途径引起下游基因的表达,进而调控薇甘菊的花芽分化。