芥蓝miR172家族成员进化特性比较及时空表达分析

为了明确植物miR172家族成员的进化特性及其在不同组织部位的表达情况,该研究以芥蓝miR172a家族为例,通过芥蓝miR172a成熟体序列比对、前体(pre-miRNA)二级结构预测、系统发育进化树构建、靶基因预测及实时荧光定量等手段,对芥蓝miR172a和miR172b基因家族的进化特性及其在芥蓝不同组织部位中的表达规律进行分析。结果显示:(1)芥蓝miR172家族存在20个成熟体成员,通过比对发现20条序列都存在一个重叠区域,该区域中ACTAGATC 8个碱基高度保守,并且在芥蓝pre-miR172的3′和5′端均能形成成熟体。(2)mfold预测结果显示,miR172a家族5个前体成员的最小折叠自由能在-54.55~-78.60kal/mol之间,均能自发形成典型、稳定的茎环二级结构。(3)系统发育进化树显示,芥蓝miR172a家族的前体成员具有一定的保守性和多样性,并与番木瓜pre-miR172a亲缘关系较近。(4)靶基因预测发现芥蓝miR172a共有13个不同靶标基因,多个成员也可以作用于相同靶标基因。(5)实时荧光定量PCR显示,芥蓝pre-miR172a和pre-miR172b家族不同成员在不同组织部位表达量差异显著,10个成员在9个组织部位中的表达各不相同。其中,芥蓝pre-miR172a-1、pre-miR172a-2、premiR172a-3和pre-miR172b在芥蓝荚中大量表达;pre-miR172b-5p和pre-miR172b-5p-2在芥蓝花中大量表达。研究表明,miR172在芥蓝花和荚的发育过程中起着重要的作用。     

植物miR159家族成员分子特性及其进化规律研究

为了解植物miR159家族成员的分子特性及其进化规律,该研究对miRBase数据库中登录的miR159家族成员进行分类统计、进化树构建、科间比较、二级结构预测及靶基因分析。结果表明:miR159家族在植物界分布非常广泛,蕨类植物可能是miR159家族的进化祖先;系统发育进化树分析显示,植物miR159家族成员间存在多个进化分支,且进化关系与植物属性有关,即植物亲缘关系越近的成员更易成枝,且具有相同进化方向的成员序列高度同源;Mfold预测显示,pre-miR159均会自发形成典型、稳定的茎环二级结构,并包含19~21个碱基为单位的功能片段,每个单位均有可能形成miR159成熟体;靶基因分析发现,miR159家族成员主要作用于MYB转录因子、转座因子和假定蛋白等,但在不同物种间及相同物种的不同成员间作用的靶标种类与靶基因ID数量均存在差异,尤其是miR159-3p与miR159-5p间的差异最为显著。     

Pre-miR172及miR172调控油菜AP2基因表达的规律分析

为探究油菜miR172前体(pre-miR172)及成熟体(miR172)对AP2基因的调控功能,该研究通过生物信息学方法对miR172和AP2启动子进行调控元件预测,分析6条油菜AP2基因的进化关系及miR172与AP2的靶向关系; 通过qRT-PCR方法检测AP2、miR172和pre-miR172在早熟和晚熟油菜不同组织的表达规律; 比较分析miR172丰度和AP2表达量间的相关关系,以及比较分析 pre-miR172和miR172在表达水平上的相关关系; 通过过表达pre-miR172,再次验证pre-miR172对成熟体miR172及AP2的作用。结果表明:(1)miR172和AP2启动子区均存在调控花发育的顺式元件。(2)6条AP2序列均经历了强烈的纯化选择,均具备miR172的结合位点,属miR172的靶基因。(3)miR172家族成员均可促进早熟油菜AP2表达,但miR172d作用不明显。在晚熟油菜中,miR172a和miR172c作用微弱,miR172b和miR172d二者共同发挥作用降低AP2的表达水平。(4)pre-miR172家族对于早熟油菜中miR172家族的表达水平均有促进作用; 在晚熟油菜中pre-miR172a和pre-miR172b对其成熟序列的形成发挥正调控作用,pre-miR172c和pre-miR172d则对于其成熟序列的形成发挥负调控作用。过表达pre-miR172后,miR172和AP2表达规律与上述结果保持一致,证实pre-miR172对miR172及AP2的调控功能。该研究结果丰富了油菜AP2基因的功能调控路径,为基因的调控功能研究提供了新的思路。     

文心兰25条miRNA前体序列特性及其表达分析

为了解文心兰miRNA的序列特性及其在不同组织部位中以及软腐病侵染过程中的表达规律,该研究对文心兰转录组及miRNA数据库中的25条miRNA前体(pre miRNA)序列和15条成熟体序列进行序列特性分析,并对25条pre miRNAs在文心兰不同组织部位及软腐病侵染的假鳞茎中的表达情况进行实时荧光定量分析。结果显示：（1）文心兰25条pre miRNAs序列可分为13个家族,其中包含15条成熟体序列。（2）Mfold二级结构预测显示,文心兰25条pre miRNAs的最小折叠自由能在-32.04~ -120.98 kal/mol之间,均可以形成典型、稳定的发夹结构。（3）序列比对分析发现,同一家族的前体与成熟体存在一个约20个碱基长度的保守区域,推测该区域可能为文心兰miRNA成熟体所在区域。其中,13个前体家族中,有10个家族的成熟体可以完全定位于其前体中。（4）实时荧光定量PCR结果显示,在文心兰不同组织部位中,miR159 unigene0037857、miR167 unigene0011236、miR167 unigene0002619、miR169 unigene0022341、miR172 unigene006514、miR396 unigene19032、miR398 unigene0009996、miR2950 unigene0006151、miR2950 unigene0006422等pre miRNAs在叶片中大量累积可能有利于其叶的形态建成;miR162 unigene0003615、miR162 unigene0013441、miR166 unigene0011870、miR168 unigene0009958等pre miRNAs同时在根和叶中均大量表达有利于其根和叶的发育;而miR171 unigene0045985、miR396 unigene0011179、miR396 unigene0011180在根和茎中的大量表达可能有利于其根和茎的发育。（5）在软腐病病菌侵染文心兰假鳞茎的过程中,miR159 unigene0037857、miR167 unigene0011236、miR396 unigene0011179、miR396 unigene0011180、miR396 unigene0019032、miR845 unigene0012489的表达总体呈下降趋势;miR162 unigene0040566、miR166 unigene0011870、miR168 unigene0009958、miR171 unigene0045985在软腐病菌液侵染4 h其表达量升高,之后表达量下调;miR162 unigene0003615、miR167 unigene0002619、miR168 unigene0047942、miR169 unigene0022341、miR845 unigene0012489在菌液侵染过程中其表达量呈现先下降后上升的趋势,并在侵染8 h后表达量达到最低。研究表明,文心兰pre miRNAs 13个家族不同成员在进化进程中具有高度保守性与特异性的结构特点,并可能广泛参与文心兰不同组织的生长发育及参与软腐病菌侵染的响应。     

龙眼miR396分子进化特性及响应蓝光的表达分析

关于蓝光对龙眼胚性愈伤组织miRNA组学研究中发现大量响应蓝光的miRNAs,挑选关键且差异表达的miR396a-3p_2和miR396b-5p进行分子进化特性分析,以进一步明确它们在龙眼响应蓝光过程中的作用。该研究对前体和成熟体进化树、前体二级结构、启动子顺式作用元件、靶基因预测及其响应蓝光表达模式等进行分析。结果表明:(1)由5p臂上形成的miR396成熟体序列保守性较高,由3p臂上形成的miR396成熟体序列特异性较大;茎序列的保守性高于环序列,5p臂上保守性高于3p臂。(2)miR396a-3p_2和miR396b-5p的启动子主要包括光、激素、生物和非生物胁迫响应元件,可能通过这些顺式元件在龙眼响应蓝光中起调控作用;其响应蓝光的靶基因或蛋白主要包括生长素调控因子(GRF2)、LRR类受体丝氨酸(FLS2)、乙烯不敏感蛋白(EIN3)和DNA定向RNA聚合酶α亚基(rpoA)等。(3)实时荧光定量PCR结果表明,miR396a-3p_2和miR396b-5p在不同光质的表达模式存在差异;在不同光强的蓝光条件下,miR396b-5p与其靶基因的表达趋势基本呈负相关,而miR396a-3p_2与rpoA的表达趋势未呈负相关,可能存在其他miR396家族成员或miRNAs同时调控,从而实现靶基因转录水平的调控。     

芥蓝miR156a家族进化特性及表达分析

miRNA广泛参与植物的发育过程。芥蓝形态多样,叶片发育因品种而异。为了解miR156a家族的进化特性及其在芥蓝叶片发育中的表达模式。该研究对芥蓝miR156a成员及其前体pre miR156a成员进行生物信息学分析,比较不同品种芥蓝叶形的差异,并采用qRT PCR方法分析芥蓝不同组织部位中pre miR156a的表达水平、以及叶形相似的芥蓝品种‘翠宝’和‘改良香菇’中不同类型叶片的pre miR156a成员及其靶基因的表达水平。结果表明：(1)多序列比对和进化树分析发现芥蓝miR156a家族成员和pre miR156a 3p_1在进化过程中高度保守;二级结构预测发现pre miR156a每个成员均能形成茎环结构并包含2～3个miR156a成员序列;靶基因预测显示miR156a 5p和miR156a主要靶向SPL,而miR156a 3p_1则靶向CTPS等不同的基因。(2)‘翠宝’和‘改良香菇’芥蓝的叶形最为相似,qRT PCR分析显示,pre miR156a在‘翠宝’营养生长期的叶片中高度表达。(3)pre miR156a成员在‘翠宝’和‘改良香菇’不同类型叶片中差异表达,pre miR156a主要在成熟叶和菇叶中表达,而pre miR156a 3p_1和pre miR156a 5p在第一片真叶中表达量更高。(4)靶基因分析的结果在不同品种中呈现不同趋势,‘翠宝’成熟叶中SPL10/15高表达,SPL2表达量降低;‘改良香菇’中SPL10在成熟叶和菇叶中表达降低,SPL15在菇叶中高表达,SPL2在不同类型叶片中表达无差异。研究认为,miR156a成员及其靶基因SPL2/10/15可能参与调控芥蓝叶片发育,不同品种中作用的靶基因可能存在差异,从而导致了各品种芥蓝叶片发育的差异。     

龙眼WOX家族基因鉴定及在体胚发生早期的表达分析北大核心CSCD

为探究龙眼WUSCHEL相关的同源异型盒(WUSCHEL-related homeobox,WOX)家族基因的生物学功能与表达模式,该研究基于龙眼全基因组数据库对DlWOX家族成员进行鉴定与生物信息学分析,并利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术检测验证其在龙眼体胚发生早期三个阶段以及在不同激素处理下的表达模式。结果表明:(1)共筛选出13个龙眼DlWOX家族成员,均为不稳定蛋白;亚细胞定位预测显示DlWOX定位于细胞核与细胞骨架上;进化树分析发现,DlWOX家族分为远古支、中间支和WUS(WUSCHEL基因是WOX家族中最先发现的基因)支。(2)基因结构分析发现,DlWOX内含子数在0~19个之间,其大部分的编码蛋白都含有基序motif1与motif2,部分成员含有特异的基序;DlWOX启动子顺式作用元件包含大量光与激素响应元件。(3)对DlWOX在龙眼不同组织部位及体胚发生早期的表达模式分析发现,该家族部分成员在龙眼叶片中高表达,DlWOX14.1、DlWOX14.2和DlWOX9A在胚性愈伤组织阶段(EC)高表达;qRT-PCR分析显示,大部分龙眼DlWOX家族成员响应茉莉酸甲酯(MeJA)和赤霉素(GA)的调控,除DlWOX6外,其余成员在GA与MeJA处理下均上调表达,其中DlWOX9A在GA和MEJA处理下表达量显著上调。研究发现,龙眼DlWOX9A转录组测序结果与qRT-PCR结果的表达量存在差异并且趋势也不完全相同,推测WOX家族在龙眼的整个体胚发生早期起着重要的作用,尤其是在GE阶段;龙眼DlWOX基因在进化过程中存在高度的保守性,部分DlWOX家族成员可能通过响应GA与MeJA激素在龙眼体胚发生过程中发挥作用。     

毛果杨NLP基因家族生物信息学分析与鉴定

NLP基因家族是一类特殊的转录因子,豆科植物根瘤的形成依赖于该基因家族的存在,在非豆科植物中具有调节植物硝酸盐吸收以及同化的功能。通过对毛果杨(Populus trichocarpa)基因组的生物信息学分析,共鉴定出14个毛果杨NLP基因家族成员,这些成员具有低亲水性的特点,基因结构保守,都含有RWP-RK以及PB1两个保守结构域。通过细胞定位预测,所有成员都定位在细胞核中。直系同源与旁系同源进化分析显示,NLP基因家族成员在漫长的进化过程中经历了严格的选择。染色体定位分析表明,毛果杨NLP基因家族成员坐落在毛果杨9条染色体之上,成员数量的扩增来自于杨柳科染色体自身的扩增事件。芯片数据分析结果显示,NLP基因家族成员在嫩叶,根和雄花中表达,部分基因在木质部以及种子萌发过程之中表达,但所有成员均不在成熟叶片中表达。     

龙眼体胚发生过程中DCL基因的分子特性及表达分析

从龙眼转录组unigene序列筛选获得龙眼DCL基因(命名为DlDCL)全长序列,并结合生物信息学及实时荧光定量等方法,对龙眼DCL基因进行研究,以明确DlDCLs在龙眼体胚、不同生长组织部位中的表达规律及其对激素和光质应答反应,为进一步研究龙眼体胚过程中DlDCLs基因的调控研究奠定基础。结果表明:(1)龙眼转录组数据存在DlDCL1、DlDCL2、DlDCL3和DlDCL4四个DCL家族成员,且基于Unigene的FPKM值发现不同基因在体胚发生阶段具有差异表达。(2)生物信息学分析发现,DlDCLs成员间基本理化性质较为类似,均为亲水性不稳定蛋白、不含信号肽、可进行跨膜运动,但也存在一定差异,如DlDCL2为碱性蛋白,而其他3个成员为酸性蛋白;亚细胞定位预测显示,DlDCLs均定位于细胞核中,但DlDCL2也存在定位于叶绿体中;对DCL蛋白结构域预测显示,DCL是高度保守的蛋白。(3)系统进化树分析显示,不同物种的DCL分为4个分支,同源的DCL蛋白都聚为一类,且DlDCLs与柑橘DCL亲缘关系更为接近。(4)实时荧光定量PCR分析表明,DlDCLs在龙眼非胚性愈伤组织和体胚发生过程中的表达模式差异较大,但DlDCLs在愈伤组织阶段均有较高的表达量,推测DlDCLs在体胚发生过程可能具有功能的独立和协作。DlDCL1和DlDCL2在叶片、花器官等组织部位中的相对表达量较高,暗示DlDCL1和DlDCL2可能参与到光合作用和花器官的发育;DlDCLs还受2,4-D、MeJA、SA激素和光质诱导,表明DlDCLs可能参与激素和光质调控。     

落叶松体胚发育中5个miRNA前体与成熟体的表达

利用同源比对或RACE克隆了5个落叶松(Larix leptolepis) miRNA前体。结果显示, 在各物种miRNA前体间, 成熟序列高度相似, 但其它序列相似度差异大, 序列相似度与亲缘关系有关。采用qRT-PCR分析了5个miRNA、前体和靶基因在落叶松体胚8个发育阶段的表达变化。结果显示, miRNA表达最高峰出现在后期子叶胚, 暗示与促进胚胎休眠有关; 表达次高峰出现时期不同, 表现为miR397和miR408在PEMIII, miR398在早期单胚, miR156和miR166在早期子叶胚, 表明其与保持薄细胞壁、质子传递、顶端分生组织形成等调控有关。miRNA成熟体表达与前体含量不呈线性相关, 可能受多重调控。研究结果对于阐明MIR基因进化、表达调控及在体胚发育中的调控功能具有重要理论意义。