小桐子早期光诱导蛋白ELIP基因的克隆及其与靶向miRNA的互作与低温下共表达分析

【目的】作为一种喜温冷敏植物,低温严重影响小桐子的生长发育、地域分布与产量。前期工作发现12 ℃低温锻炼可显著提高小桐子的抗冷性,小桐子早期光诱导蛋白(ELIP)基因是低温高响应基因。为探究JcELIP在小桐子低温响应中的作用,全面了解JcELIP的结构、调控机制、进化关系及JcELIP与miRNAs的互作关系,也为后续小桐子抗冷分子育种提供一个重要的候选基因资源。【方法】通过RT-PCR克隆了小桐子JcELIP基因并对其进行了系统的生物信息学分析,采用RT-qPCR分析了JcELIP基因在根、茎、叶中及12 ℃低温锻炼过程中的表达变化,鉴定了与JcELIP互作的miRNAs,进行了12 ℃低温锻炼过程中的共表达分析。【结果】结果显示,该基因完整的开放阅读框(ORF)为585 bp,编码194个氨基酸,蛋白大小为2.04 kD,理论等电点为9.59,属于稳定的疏水碱性蛋白,具有3个疏水跨膜螺旋;三级结构主要由ɑ-螺旋和无规则卷曲组成,具有叶绿素a/b结合位点。顺式作用元件预测显示JcELIP具有脱落酸等激素响应元件。进化分析显示,小桐子JcELIP与木薯MeELIP同源性最高。RT-qPCR分析显示,正常生长条件下小桐子JcELIP在根、茎、叶中的表达量无显著差异;12℃冷锻炼条件下JcELIP在叶中表达快速上调,48 h时其表达量达到对照组的64.8倍,表明JcELIP参与了小桐子对冷胁迫的响应与适应。基于小桐子降解组数据,鉴定到miR390-x、miR6476-x和novel-m0090-3p等8个miRNAs对JcELIP的表达具有调控作用;共表达分析结果表明在12 ℃低温锻炼过程中JcELIP的表达受miR390-x和novel-m0090-3p显著的负调控。     

小桐子MYB基因家族的鉴定及JcMYB308基因的克隆与低温表达分析

MYB转录因子家族参与植物生长发育及对环境胁迫的应答等过程。该实验基于小桐子基因组数据库,对MYB基因家族进行鉴定,克隆了小桐子Jc MYB308基因,并对其功能结构域、系统进化、基因结构及低温表达特性进行了分析。结果表明,小桐子全基因组共鉴定到213个MYB基因家族成员,聚类为6个亚家族。克隆的Jc MYB308基因片段长度为713 bp,基因结构具有较高的保守性,均含有两个外显子,进化树显示其与同属大戟科的蓖麻亲缘关系最近,序列一致性为62.7%。q RT-PCR表达分析表明,小桐子Jc MYB308基因的表达存在组织表达特异性,在根中表达量较高,而在叶片中表达量相对较低,在根与茎中低温胁迫24 h时达到最大表达量。     

小桐子转化酶基因家族的生物信息学分析及表达特性

转化酶是植物蔗糖代谢与抗逆性形成的关键酶。基于小桐子基因组数据,鉴定到16个小桐子转化酶基因,并对其系统进化、基因结构、理化性质、保守基序及表达特性进行了分析。结果表明,小桐子转化酶基因家族聚类为3个亚家族,中性/碱性转化酶α亚组与酸性转化酶基因包含6或7个外显子,β亚组包含4或5个外显子。同时,酸性转化酶N端都包含信号肽序列,且都鉴定到GH32家族保守的-NDPNG/A-与-MWECV/P-基序。qRT-PCR表达分析显示,JcC-INVD基因在小桐子子叶中表达量最高,而在根中表达量较低,且在叶中属于低温诱导基因。     

凡纳滨对虾低温差异表达miRNA的分析鉴定及靶基因的验证

为了解析miRNA及靶基因在凡纳滨对虾低温适应过程中的分子调控机制, 研究开展了凡纳滨对虾常温(28℃)及低温锻炼(16℃, 6d)下肝胰腺小RNA文库的测序和分析。从常温对虾的小RNA文库测序获得18—32 nt的高质量序列10690259条, 鉴定出已知的成熟miRNAs 57条; 而从低温锻炼对虾的小RNA文库获得18—32 nt的高质量序列序列8587144条, 鉴定出已知的成熟miRNAs 48条。分析获得25个在低温锻炼下呈显著差异表达的miRNAs。运用qRT-PCR验证了3条低温下差异极显著的miRNAs的表达模式。结果显示, 3条miRNAs的表达模式与高通量测序结果基本一致。预测低温差异表达miRNAs的靶基因, 并与转录组分析获得的低温显著差异表达基因进行比对, 从二者重合的基因集中挑选出4个基因, 即nuclear export mediator factor Nemf-lik、synapse-associated protein、seleno proteins 以及DEAD-box RNA helicase Variant 1, 运用qRT-PCR验证其在不同条件低温锻炼凡纳滨对虾肝胰腺中的表达规律, 为解析miRNAs及其靶基因在对虾低温适应过程中的分子调控机制提供了基础数据。     

小桐子低温诱导型启动子JcDnaJ20p的克隆及烟草转化功能鉴定

低温转录组数据显示,DnaJ20是小桐子低温诱导基因.为鉴定该基因启动子的低温诱导活性,基于PCR技术从小桐子叶片基因组DNA中克隆到DnaJ20基因(JcDna20)启动子序列,命名为JcDnaJ20p,利用重组技术构建了JcDnaJ20p启动子驱动GUS标记基因的植物双元表达载体pCambia1381Z-JcDna...     

小桐子赤霉素20氧化酶的基因克隆及低温下表达分析

赤霉素20氧化酶是植物赤霉素生物合成的限速酶,决定有生物活性的GA1与GA4的合成量。基于先前获得的小桐子低温锻炼转录组数据,以小桐子幼苗的根为材料,采用RT-PCR技术克隆到小桐子赤霉素20氧化酶基因Jc GA20ox的c DNA序列(Gen Bank登录号KJ670150.1)。该c DNA全长1 307 bp,含有完整的开放阅读框(1 131 bp),编码376个氨基酸,分子量为43 k D,理论等电点为6.7。其推导蛋白属于2-ODD家族,包含2-酮戊二酸双加氧酶结构域(Fe2OG_OXY)。半定量RT-PCR表达分析显示,Jc GA20ox在小桐子各组织中都有表达,但表达水平具有组织特异性,在茎中表达量较高,且受低温诱导表达最显著,而在叶中表达量相对较低。     

ABA对低温胁迫下小桐子幼苗耐冷性及甜菜碱积累的影响

旨在探讨外源脱落酸(ABA)对低温胁迫下小桐子幼苗耐冷性及甜菜碱积累的影响。用150μmol/L ABA处理低温胁迫下的小桐子幼苗,研究其对小桐子幼苗存活率,根系活力,电解质渗漏率,MDA含量,甜菜碱含量及其代谢关键酶BADH活性和Jc BADH基因表达水平的影响。结果表明,外源150μmol/L ABA处理可显著提高低温胁迫下小桐子幼苗的存活率和根系活力,降低电解质渗漏率和MDA含量;ABA也提高了低温胁迫下小桐子幼苗的甜菜碱含量,上调了BADH的活性和Jc BADH的表达水平。因此,ABA可提高低温胁迫下小桐子幼苗的耐冷性,并且在ABA诱发的小桐子幼苗耐冷性的提高过程中,甜菜碱发挥着重要作用。     

赤霉素、钙和甜菜碱对小桐子种子萌发及幼苗抗低温和干旱的影响

小桐子(Jatropha curcas L.)属大戟科( Euphorbiaceae)麻疯树属(Jatropha L.)的能源植物。分别以小桐子种子和幼苗为实验材料,研究了不同浓度的赤霉素和CaCl₂单独处理,以及不同浓度的赤霉素、CaCl₂和甜菜碱组合处理对小桐子种子萌发及幼苗抗低温和干旱的影响。结果表明:分别用10 mg/L赤霉素和10 mmol/L CaCl₂处理小桐子种子,不仅可以提高其在正常萌发条件(26℃)、低温(18℃)和干旱胁迫(5% PEG6000)下的发芽率,还可缓解小桐子幼苗在低温(2℃)或干旱胁迫(25% PEG6000)下电解质渗漏率的增加和丙二醛(MDA)的积累。用10 mg/L赤霉素、5 mmol/L CaCl₂和15 mmol/L甜菜碱组合处理小桐子种子,也可进一步增强其在正常萌发(26℃)、低温(18℃)和干旱胁迫(5% PEG6000)条件下种子的发芽率,以及缓解小桐子幼苗在低温(2℃)或干旱胁迫(25% PEG6000)下电解质渗漏率的增加和MDA的积累,表明10 mg/L赤霉素和10 mmol/L CaCl₂分别处理或10 mg/L赤霉素、5 mmol/L CaCl₂和10 mmol/L甜菜碱组合处理可提高小桐子种子在低温和干旱胁迫下的发芽率,以及提高小桐子幼苗对低温和干旱胁迫的抵抗能力。     

生物能源植物小桐子功能基因及基因组研究进展

为缓解能源需求与原油价格不断上涨以及有限的化石燃料储备之间的矛盾,人们得寻找更加生态、可持续再生的替代能源。利用能源植物生产生物柴油与生物酒精类燃料已成为发展的方向。其中,大戟科的小桐子以其强抗逆性、高含油量等特点而受到了广泛的关注。本文综述了能源植物小桐子油脂含量与质量、生物代谢以及抗逆性等方面的相关功能基因、细胞学染色体核型、核基因组以及叶绿体基因组的研究进展,以期为能源植物小桐子的遗传改良提供参考。     

小桐子肌醇半乳糖苷合成酶3的基因克隆及其生物信息学分析和功能初步验证

旨在研究可溶性糖在小桐子抗冷性形成中的作用机制及其相关抗冷基因工程的应用。克隆了小桐子肌醇半乳糖苷合成酶家族成员3基因(Jc GS3)的全长c DNA,序列长1 053 bp,包含完整的开放阅读框1 008 bp,编码由335个氨基酸组成的酶蛋白(理论分子量为38 k D、等电点为5.44,含有典型的Dx D基序)。对其相应基因组序列中启动子区域进行分析,鉴定到了TATA框、CAAT框、CRT/DRE低温响应元件以及ABA应答元件等。进一步将其在酵母中表达,发现该基因的表达能够显著提高其重组酵母菌的低温抵抗能力。     

Genome size, base composition and karyotype of Jatropha curcas L., an important biofuel plant

In this report, we present the genome size, the base composition and the karyotype of Jatropha curcas L., which is becoming an important oleaginous crop in tropical areas for biofuel production. The genome size and the base composition were obtained by flow cytometry of G₀/G₁ nuclei stained with propidium iodide (for genome size), DAPI (for AT) and chromomycin A3 (for GC), respectively. The karyotype was obtained by root-tip (i) incubation with amiprophos-methyl (microtubule inhibitor), (ii) digestion in enzymatic solution, (iii) squashing on glass slides, (iv) fixation and (v) coloration in Giemsa solution. We found that the genome of J. curcas is relatively small and in the same size range as that of rice. The flow cytometry indicates an average 2C value of 0.85 pg and an average base composition of 38.7% GC. The karyotype of J. curcas is made up of 22 relatively small metacentric and submetacentric chromosomes whose size range from 1.71 to 1.24 μm. The possibility of a polyploidization event in the evolutionary history of J. curcas is discussed.     

施用污泥等废料对稀土矿废弃地土壤中麻疯树生长和元素吸收的影响

城市污泥等废料可以用于调理稀土矿废弃地土壤,而能源植物麻疯树有望成为稀土矿废弃地的先锋植物。本研究通过向稀土矿废弃地土壤中添加污泥(T₁)、污泥+蔗渣(T₂)、污泥+蔗渣+钝化剂(T₃),并以矿区土壤为对照(CK),研究盆栽条件下各处理对麻疯树生长和元素吸收的影响。结果表明: 与CK相比,T₁仅显著提高麻疯树株高,T₂、T₃显著提高麻疯树株高、地径和生物量,其中总生物量提高184.7%以上;3个处理均显著促进麻疯树对N、P、K、Cu的吸收;T₁、T₂显著提高基质中可交换态Zn、Cd、Ni比例,T₃则相反,并显著降低Zn、Cd、Ni在基质中的迁移系数和活性系数,抑制麻疯树对Zn、Pb、Cd、Ni的吸收,抑制率达36.1%以上。隶属函数综合评价结果表明,各处理对麻疯树生长的促进顺序为T₂>T₃>T₁>CK,对麻疯树吸收Cu、Zn、Pb、Cd、Ni的抑制顺序为T₃>CK>T₂>T₁。混施污泥和蔗渣显著促进麻疯树生长和元素吸收,进一步加入钝化剂则显著抑制麻疯树对重金属的吸收,但不影响麻疯树生长。     

天山雪莲SiSAD基因与拟南芥AtFAB2基因转化 烟草的抗寒性分析

通过转基因烟草(Nicotiana tabacum)验证天山雪莲(Saussurea involucrata) Δ9硬脂酰-ACP脱饱和酶基因SiSAD与拟南芥(Arabidopsis thaliana)中同源基因AtFAB2的抗寒性功能。利用农杆菌介导法将植物表达载体P_SiSAD:AtFAB2和P_SiSAD:SiSAD导入烟草, 然后将2种转基因和野生型烟草分别置于20°C、10°C、5°C、0°C及-2°C下处理2小时, 检测其相对电导率、丙二醛(MDA)含量、叶绿素荧光参数(F_v/F_m)及脂肪酸含量。将-2°C处理2小时后的植株置于25°C培养1周进行生长恢复实验。结果表明, 生长恢复实验中转SiSAD基因烟草的恢复效果显著优于转AtFAB2基因和野生型烟草。在0°C和-2°C处理2小时后, 转SiSAD、AtFAB2基因型和野生型烟草的相对电导率和丙二醛含量呈现显著递增趋势; 转SiSAD、AtFAB2基因型烟草的F_v/F_m显著高于野生型烟草, 其中, 转SiSAD基因烟草的F_v/F_m显著高于转AtFAB2基因烟草。转AtFAB2基因型和野生型烟草的油酸(C18:1)含量随着温度的降低逐渐升高后降低并在0°C时达到最高值; 而转SiSAD基因型烟草C18:1含量持续升高, 并在-2°C时达到最高值, 其含量分别是转AtFAB2基因型和野生型烟草的1.58倍和1.7倍。以上结果表明, 天山雪莲Δ9硬脂酰-ACP脱饱和酶基因SiSAD与拟南芥中同源基因AtFAB2均可以显著增强非低温驯化烟草的抗寒性, 但是SiSAD基因效果显著优于AtFAB2。     

中国银口天竺鲷属鱼类的分类厘定

本研究检视了采自中国沿海的银口天竺鲷属标本314尾, 形态学鉴定为8种: 斑鳍银口天竺鲷(Jaydia carinata (Cuvier, 1828))、细条银口天竺鲷(J. lineata (Temminck & Schlege, 1842))、新几内亚银口天竺鲷(J. novaeguineae (Valenciennes, 1832))、黑鳃银口天竺鲷(J. poeciloptera (Cuvier, 1828))、史密斯氏银口天竺鲷(J. smithi Kotthaus 1970)、横带银口天竺鲷(J. striata (Smith & Radcliffe, 1912))、印度洋银口天竺鲷(J. striatodes (Gon, 1997))和黑边银口天竺鲷(J. truncata (Bleeker, 1854))。结合GenBank中的同种序列, 对史密斯氏银口天竺鲷进行DNA条形码分析, 发现中国群体和地中海群体分为两个组群, 两者平均组间遗传距离为0.044, 表明其中存在隐存种。因该种模式产地为亚丁湾, 推测中国种群为隐存种Jaydia sp.。结合标本和文献考证, 我们认为中国已知有银口天竺鲷属鱼类9种, 未采集到的烟台银口天竺鲷J. tchefouensis (Fang, 1942)可能为J. lineata次定同种异名。我们整理了各种的同种异名、形态特征和地理分布, 编制了检索表, 探讨了分类问题, 修订了错误。中国已记录物种J. ellioti、J. arafurae、J. albomarginata实际为J. truncata、J. poeciloptera和J. novaeguineae。     

雪腐核盘菌菌核的萌发条件与致死温度

菌核是核盘菌Sclerotinia spp.在土壤中的主要存活形式和菌核病的主要初侵染源,在土壤中可存活8年以上,其数量和存活状况直接影响着菌核病的发生和危害程度。本研究以雪腐核盘菌Sclerotinia nivalis菌株SS-TB为材料,分析了菌核萌发的影响因素、致死温度以及土壤温度对菌核存活的影响。结果表明,未成熟菌核较成熟菌核更容易萌发;菌核萌发的最佳温度为20-25℃、pH为3.0-4.0、土壤含水量为20%-45%。菌核长时间浸泡水中对其存活不利,浸泡30d以后,存活率开始急剧下降,至47d时存活率为0。雪腐核盘菌菌核具有较强的耐高温特性,随着温度和处理时间的增加,菌核萌发率呈下降趋势。菌核在水浴中85℃ 5min、80℃ 10min、75℃ 10min、70℃ 30min、65℃ 120min、60℃ 180min时全部丧失活力。在土壤温度30℃和35℃处理5周、40℃和45℃处理4周时菌核全部失去活力。该研究结果为通过水旱轮作和土壤高温处理来防治西洋参菌核病提供了理论基础。     

硬毛粗盖孔菌过氧化氢酶家族基因鉴定及表达分析

硬毛粗盖孔菌是一种结实能力强的耐热真菌,为了探究其过氧化氢酶(CAT)基因家族的基本特征和功能,分别对不同交配型单核体Ct001_29和Ct001_31基因组的CAT基因家族进行了鉴定,并分析了不同CAT家族基因在不同温度条件下培养的菌丝、原基和子实体中的表达特征。硬毛粗盖孔菌基因组上有3个CAT基因(Ctcat1-Ctcat3),编码510-743个氨基酸;Ctcat1、Ctcat2和Ctcat3的等位基因之间的结构及序列相对保守,但编码区也存在少量SNP变异(6-14个)。在25 ℃培养菌丝和35 ℃培养菌丝、原基及子实体中,35 ℃菌丝的CAT酶活最高,为278 U/mg蛋白,原基期CAT酶活最低,为4 U/mg蛋白。Ctcat2的表达丰度显著高于Ctcat1和Ctcat3,Ctcat1和Ctcat3具有相似的表达模式,在35 ℃菌丝、原基和子实体中均上调表达;而Ctcat2具有相反的表达模式,在35 ℃菌丝、原基和子实体中均下调表达。此外,Ctcat2在原基时期、Ctcat3在25 ℃菌丝和35 ℃菌丝中具有偏好表达,Ct29cat2和Ct29cat3的表达量均高于各自的等位基因。本研究所发现的CAT等位基因表达偏好为进一步揭示大型真菌CAT的基因功能奠定了基础。     

三种荒漠地衣共生菌藻的耐热性研究

作为沙漠生物地毯工程研究的组成部分,对荒漠地衣石果衣Endocarpon pusillum、节瘤微孢衣Acarospora nodulosa以及荒漠微孢衣A. schleicheri的共生菌藻进行了耐热性研究。结果表明,3种荒漠地衣的共生菌藻在湿润条件下对温度的最大忍受力仅为50℃,而在干燥条件下石果衣的共生菌藻的最大忍受力均为75℃,而其他两种地衣共生菌藻的最大忍受力均为80℃。3种荒漠地衣共生菌、藻分别对高温胁迫的耐受力,在干燥状态下均比在湿润状态下明显增高。     

miR160a与其靶基因在西瓜嫁接苗中参与抵御低温胁迫

miR160在许多研究中被报道靶向生长素响应因子(ARF)并参与植物的生长发育,但其在葫芦科作物以及嫁接西瓜耐冷性中的调控机制尚不清晰。本研究利用生物信息学技术对miR160a进行了保守性分析、候选靶基因ARF的预测及验证、结合位点分析以及ARF基因家族的进化分析。本文以西瓜(Citrullus lanatus)为接穗材料,分别以印度南瓜(Cucurbita maxima)、中国南瓜(Cucurbita moschata)和美洲南瓜(Cucurbita pepo)作为嫁接的砧木材料,以C6实生苗为对照,通过8^oC低温处理7 d后统计冷害指数,检测不同组织中miR160a和靶基因ARF的表达情况来探究嫁接西瓜miR160a与其靶基因在抵御低温胁迫中的调控作用。结果表明：嫁接显著提高了西瓜植株的抗冷性,影响了miR160a和其ARF靶基因的表达,并且miR160a与其靶基因整体上呈现负向调控的模式来参与嫁接西瓜抵御低温胁迫的过程。本文为今后深入研究嫁接耐冷体系提供了新的参考依据和研究基础。     

金针菇淀粉酶家族基因鉴定及其表达特性分析

本研究对金针菇淀粉酶家族基因进行了信息分析,并选用金针菇双核菌株H1123作为实验材料,分析了菌丝生长过程中淀粉酶活性和淀粉酶基因表达特性之间的关系。结果表明,金针菇淀粉酶家族包含6个α淀粉酶和1个γ淀粉酶。7个淀粉酶基因的表达量均在菌丝接种后第10天出现峰值,并与胞外淀粉酶活性呈同步变化,说明基质中淀粉的分解和利用是淀粉酶家族各成员之间相互协调的结果。其中α-Amy-1、α-Amy-4、α-Amy-5的上调幅度最大,为淀粉降解和代谢过程的主效基因。值得注意的是胞内淀粉酶基因α-Amy-1在第10天时达到约90倍的上调表达水平。我们推测：金针菇胞外淀粉酶将淀粉分解为小分子单糖的同时,其胞内淀粉酶也参与了这些糖类的吸收和运输过程。