番茄WOX转录因子家族的鉴定及其进化、表达分析

WUSCHEL相关的同源异型盒(WUSCHEL-related homeobox,WOX)是一类植物特异的转录因子家族,具有调控植物干细胞分裂分化动态平衡等重要功能。本研究利用番茄(Solanum lycopersicum)基因组数据,通过建立隐马尔科夫模型并进行检索,鉴定了番茄10个WOX转录因子家族成员。多序列比对发现,番茄WOX转录因子家族成员具有高度保守的同源异型结构域;以拟南芥WOX转录因子家族成员序列为参照,通过邻接法、极大似然法、贝叶斯法重建了系统发育树,三者呈现出类似的拓扑结构,番茄和拟南芥WOX转录因子家族共25个成员被分为3个进化支(Clade)和9个亚家族(Subgroup);利用MEME和GSDS对WOX转录因子家族成员的蛋白保守结构域和基因结构进行了分析,同一亚家族内的WOX转录因子家族成员的保守结构域的种类、组织形式以及基因结构具有高度的一致性;利用Perl和Orthomcl对家族成员的染色体定位和同源性关系进行分析,结果表明串联重复的SlWOX3a和SlWOX3b可能来源于一次复制事件;利用番茄转录组数据和qRT-PCR进行表达分析,结果显示家族成员在不同组织中的表达存在差异,暗示了WOX家族的不同成员在功能上可能具有多样性。本研究对番茄WOX转录因子家族成员进行GO(Gene Ontology)注释和比较分析,结果表明该家族成员作为转录因子,可能在组织器官发育、细胞间通讯等过程中发挥作用。     

小麦WOX转录因子基因的全基因组鉴定与分析

小麦是全球主要粮食作物之一.本研究运用生物信息学技术手段对普通小麦(Triticum aestivum L.)的WOX基因进行了全基因组鉴定、系统发育树构建、序列分析.结果显示:小麦基因组一共包含了26个WOX基因,其中在Phytozome数据库中收录有序列信息的有20个,可分为3个亚族,各亚族内的WOX基因具有相似的...     

铁皮石斛SPL膜结合(STM)转录因子的全基因组鉴定及表达分析

SPL转录因子广泛参与植物生长发育、胁迫响应等过程。目前,没有关于铁皮石斛SPL膜结合(SPL with transmembrane motif)转录因子即STM转录因子的研究。为了探究STM转录因子在铁皮石斛生长发育及胁迫响应等方面的作用,该文在铁皮石斛全基因组水平鉴定出4个STM转录因子,并对DoSTM基因家族成员进行生物信息学分析,又利用逆转录PCR研究了DoSTM在不同组织部位及不同逆境处理下的表达情况。结果表明:(1)DoSTM1-4为亲水蛋白,均具有SBP保守结构域和一些激素响应位点。(2)4个DoSTM在根茎叶中均有表达,DoSTM2在叶中的相对表达量最低; DoSTM1/3/4的相对表达水平均无明显差异。(3)DoSTM1-4在低温、高温、干旱胁迫下的相对表达水平都有显著变化,DoSTM1/3/4的表达量降低最为明显,故推测DoSTM与植物体内激素响应、温度变化响应及抗旱性有关。这些结论为后续进一步开展铁皮石斛STM转录因子的研究提供了参考。     

WOX转录因子在植物发育中的作用

WOX(WUSCHEL-related homeobox)转录因子与植物发育密切相关,包括植物胚胎发育和体胚发生、花和根发育、愈伤组织的形成和维持,以及干细胞维持等过程。越来越多的研究表明WOX在植物发育过程中扮演着极其重要的角色。WOX调控植物发育的机理研究在促进植物发育以及构建植物良好表型等研究提供了突破口。本文主要对WOX调控植物发育的相关研究进行综述,并结合表观遗传学调控,探讨了WOX调控植物发育的过程,以期为WOX转录因子调控植物的作用机制提供启示。     

转录组和代谢组分析瘤菌根菌对铁皮石斛的促生机制

为筛选出促进铁皮石斛(Dendrobium officinale)生长的差异表达基因和差异代谢物,对瘤菌根菌与无菌盆栽铁皮石斛苗共生后形成的侧根根系进行转录组、代谢组和双组学联合分析。结果表明,转录组分析共找到262条差异表达基因富集到了35条通路中,其中内质网蛋白质加工通路途径的差异基因最多,其次为氨基糖和核苷酸糖代谢通路。代谢组分析共检测出194个差异代谢物富集到33个KEGG通路中,其中代谢途径的差异代谢物最多有133个,其次为不同环境的微生物代谢途径的差异代谢物有70个。通过联合分析,有9个差异基因的差异表达导致丝氨酸、谷氨酸、D-甘露糖和激素等代谢物的积累量发生变化,这可能是瘤菌根菌促进铁皮石斛生长的重要原因。因此,推测瘤菌根菌促进铁皮石斛生长与氨基酸、糖、植物激素的积累及相关基因的表达变化有关。     

铁皮石斛的鉴定研究

综述了组织、显微、光谱、色谱及分子生物学技术等鉴定方法在铁皮石斛鉴定中的研究与应用,以期为铁皮石斛的有效鉴定提供科学依据。     

铁皮石斛Csl基因家族生物信息学及表达分析

通过分析铁皮石斛类纤维素合成酶(cellulase synthase-like, Csl)的氨基酸序列特征,挖掘与多糖合成相关的Csl基因,从而为参与多糖代谢的铁皮石斛Csl蛋白的后续研究提供有力参考。本研究在生物信息学层面,对铁皮石斛21条完整Csl蛋白序列的理化性质、导肽、信号肽、疏水性/亲水性、跨膜结构域、蛋白质高级结构及功能域等进行预测分析,并与拟南芥的Csl蛋白进行了同源比对并构建系统进化树。结果表明,CslD2a/b/c、CslD4、CslG3b为酸性蛋白,其余为碱性蛋白;Leu、Ser、Ala、Phe、Val和Ille等氨基酸是铁皮石斛Csl蛋白的主要氨基酸;铁皮石斛Csl蛋白具有明显的疏水区和亲水区,都存在跨膜结构。蛋白质二级结构的主要元件是α-螺旋、无规则卷曲和延伸链。与拟南芥的进化分析显示,铁皮石斛Csl蛋白基因被分为3大分支,CslA和CslC归为一支,CslB/E/G/H归为一支,CslD归为一支。本研究系统分析了铁皮石斛Csl蛋白的序列特征,可为今后深入研究该蛋白在铁皮石斛多糖代谢上的功能提供参考。     

转录调节位点和转录因子数据库介绍

转录水平的调控是基因表达最重要的调控水平之一,对转录调节位点和转录因子的研究具有重要意义：介绍了DBTSS、JASPAR、PRODORIC和TRRD等相关数据库及其特征、内容和使用。     

基于转录组的楠木MYB转录因子的挖掘及分析

楠木(Phoebe zhennan)为樟科常绿乔木,是国家二级重点保护树种。楠木生长缓慢,木材形成所需周期较长,其原因有待进一步深入分析。近年来转录因子已成为植物分子生物学研究的热点,高通量测序技术的应用和发展促进了转录因子的挖掘和深入分析。该研究基于我国特有濒危树种楠木的转录组数据,通过与拟南芥基因组MYB转录因子进行对比,对楠木MYB转录因子进行挖掘和生物信息学分析,并结合功能预测和不同组织表达对其进行深入分析。结果表明:从楠木转录组数据中,共挖掘出82个MYB转录因子,这82个MYB转录因子蛋白质所含氨基酸数目为50~1 121个、分子量为5.907~123.64 k Da,整体表现为亲水性不稳定蛋白,以α-螺旋和无规则卷曲为主要二级结构元件。序列比对和进化树分析表明,楠木MYB转录因子的结构域有高度保守性,含有[W]-X(19)-[W]-X(19)结构;82个Pz MYB可分为22类,参与生长发育、次生代谢、逆境响应等过程,与功能预测分析结果相一致。同时,在楠木茎和叶中,差异表达Pz MYB数目为18个,其中上调10个、下调8个。该研究结果不仅对楠木MYB转录因子的挖掘和功能分析以及分子生物学研究奠定了基础,而且还对其遗传改良和分子育种具有参考价值。     

铁皮石斛DoWRKY6转录因子基因的克隆与分析

目的:植物生长发育由多种转录因子调控,探索WRKY转录因子调控铁皮石斛组织生长发育机理。方法:根据铁皮石斛原球茎转录组数据中的WRKY6序列设计引物,并利用RACE技术克隆该基因;用生信分析软件预测其蛋白结构,并进行系统发育分析;利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)技术研究该基因在铁皮石斛幼苗根、茎、叶等组织中的表达。结果:通过RACE技术得到1个1,238bp的Ⅱ类WRKY转录因子基因,命名为DoWRKY6,其ORF长1,017 bp,编码339个氨基酸残基,与梅[PrmuWRKY27(XM_008236601.1)]及大豆[GlmaWRKY27(XM_003555347.3)]有较近的亲缘关系,且DoWRKY6在茎中的相对表达量最大。结论:我们预测在铁皮石斛的生长发育过程中DoWRKY6基因对根、叶、茎的调控作用依次增强,表明DoWRKY6与已发表的铁皮石斛WRKY基因在组织的差异性表达上有较大差别,这对丰富WRKY家族对铁皮石斛的生长发育调控机制提供更多依据。     

铁皮石斛DORCA基因的克隆及表达分析

为了研究铁皮石斛的光合特性,根据Rubisco活化酶(RCA)基因的保守序列设计兼并引物,采用RT-PCR和RACE方法从铁皮石斛叶中分离到一个RCA基因,命名为DORCA(GenBank登录号KT205841)。DORCA基因cDNA全长为1 724bp,包含1 317bp开放阅读框(ORF),编码438个氨基酸。系统进化分析显示,DORCA与马蹄莲ZaRCA(AAK25801.1)亲缘关系最近。生物信息学分析表明,DORCA与其他植物的RCA蛋白具有较高一致性,属于RCA的β亚基。DORCA蛋白具有定位于叶绿体的N端转运肽,2个保守的ATP结合结构域和多个磷酸化位点。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析表明,DORCA基因在茎、叶中表达;在自然光周期条件下,DORCA基因在8:30时表达量最高,20:30时表达量最低,具有明显的光诱导表达特性。     

铁皮石斛DoSMT2基因的克隆与表达分析

为了解SMT2基因在铁皮石斛（Dendrobium officinale）甾醇代谢过程中的作用,利用RACE技术克隆到1个DoSMT2基因,开放阅读框为1 089 bp,编码362个氨基酸,DoSMT2相对分子量为40.345 kD,理论等电点为8.13,属于稳定的亲水性蛋白。经BLAST P检索,DoSMT2蛋白属于AdoMet-MTases超级家族,含有4个S-腺苷蛋氨酸结合位点、1个甲基转移酶保守结构域和1个甾醇甲基转移酶C末端保守结构域。系统进化分析表明,DoSMT2与深圳拟兰（Apostasia shenzhenica）的SMT2亲缘关系最近,确定其属于SMT2家族。qRT-PCR分析结果表明,DoSMT2基因在茎和叶都能表达,10月份的表达量最高,叶片的表达量显著高于茎,推断叶片的甾醇代谢比茎活跃。构建了pET-29a-DoSMT2原核表达载体,并转化大肠杆菌BL21（DE3）,IPTG诱导表达出预期大小的蛋白。这为铁皮石斛DoSMT2的甲基化机制及甾醇化合物代谢研究奠定基础。     

铁皮石斛类唾液酸转移酶基因的分子鉴定

利用RT-PCR和RACE技术,从珍稀濒危药用植物铁皮石斛(Dendrobium of ficinale)中分离到一个类唾液酸转移酶(sialylt ransferase-like proteins,STLP)基因,命名为DoSTLP1(GenBank注册号KC178574).序列分析结果表明,DoSTLP1基因全长cDNA为1 340 bp,编码1条由367个氨基酸组成的肽链,分子量41.66 kD,等电点8.64;DoSTLP1蛋白具有唾液酸转移酶和糖基转移酶29家族的保守结构域(分别为1～357,87～346位氨基酸)、信号肽(1～27)和跨膜结构域(3～25,285～311).多序列比对和系统进化结果显示,DoSTLP1与多种植物的STLPs基因有较高的相似性(44.7％～53.7％),而且与水稻、玉米等单子叶植物STLPs基因的亲缘关系较近.实时定量PCR分析显示,DoSTLP1基因在铁皮石斛根、茎、叶器官中为组成型表达,其转录本在石斛根中的相对表达量较高,为叶中的2.857倍,茎和叶中的表达量无显著差异.该研究为进一步解析该基因在铁皮石斛生长发育过程中的生物学功能奠定基础.     

铁皮石斛内生真菌研究进展

目前已经从不同生境的铁皮石斛(Dendrobium officinale Kimura et Migo)中分离到内生真菌252株,这些内生真菌涵盖了真菌门（Eumycota;Mycobionta）5个亚门中的半知菌亚门(Deuterornycotina)、担子菌亚门(Basidiomycotina)和子囊菌亚门（Ascomycotina）等3个亚门,已经鉴定的内生真菌分属于48个属。有些内生真菌对铁皮石斛的种子萌发和植株生长均有促进作用。对铁皮石斛内生真菌的多样性和分类、铁皮石斛内生菌与宿主的关系进行了综述,探讨研究中存在的问题, 并对今后研究方向提出建议。     

铁皮石斛钙网蛋白基因DoCRT1的分子克隆与表达研究

该研究采用RACE克隆铁皮石斛钙网蛋白(calreticulin,CRT)基因DoCRT1,进行生物信息学分析,并借助定量PCR检测基因表达模式,为揭示该基因在铁皮石斛生长发育及逆境生理中的分子作用奠定基础。结果表明:(1)DoCRT1基因(GenBank登录号KT957551)cDNA全长1 672bp,ORF长1 275bp,编码一条由424个氨基酸组成的多肽,分子量49.05kD,等电点4.42,具有CRT蛋白保守的钙网蛋白/钙联接蛋白P结构域(205~320)和类伴刀豆球蛋白凝集素/葡聚糖酶结构域A(20~222)以及多个基序;蛋白N端含有一个信号肽(1~23)和一个跨膜区域(8~24),预测结果显示主要定位于细胞液泡、胞外,与多种植物CRT蛋白一致性很高(80%~87%)。(2)DoCRT1蛋白与OsCRT1/2、ZmCRT1亲缘关系近,聚在CRT进化树的CRT1/2分支。(3)qRT-PCR检测结果显示,DoCRT1基因转录本在石斛根中表达量较高,为叶中的2.23倍,且茎与叶中表达量无显著差异。     

铁皮石斛蔗糖磷酸合成酶基因的克隆与原核表达

应用同源序列克隆法克隆了铁皮石斛蔗糖磷酸合成酶(SPS)基因cDNA全长,并进行了原核表达分析,为进一步研究该基因的时空表达、功能分析及多糖合成机理提供理论依据。结果表明:(1)铁皮石斛SPS基因cDNA全长3 502bp,编码区3 186bp,GenBank登录号JF423929。该基因编码1 061个氨基酸,与文心兰的SPS基因氨基酸序列的一致性最高为93%,与其他科植物SPS基因的氨基酸序列的一致性均高于60%。(2)原核诱导表达结果显示,SPS基因在大肠杆菌中的重组蛋白分子质量约为118.7kD,其表达与序列分析推测的结论一致。(3)生物信息学分析表明,铁皮石斛SPS基因的二级结构包括了螺旋、β-折叠和无规则卷曲,是非跨膜结构的亲水性不稳定蛋白,有2个功能结构域,分别是蔗糖合成功能域及糖基转移功能域。     

基于转录组测序的铁皮石斛植物甾醇生物合成相关基因分析

为了解铁皮石斛(Dendrobium officinale)植物甾醇的生物合成途径,利用Illumina HiSeq 4000高通量测序技术对茎和叶进行转录组测序,比较植物甾醇生物合成关键酶基因的表达。结果表明,共获得43 085条Unigenes,其中24 459条在Nr、Swiss-prot、KOG和KEGG数据库获得注释,7 333条获得共同注释。KEGG代谢途径分析表明,铁皮石斛植物甾醇生物合成分为3个阶段,共有50个Unigenes (30种酶)参与。表达分析表明,DXR和HMED的表达量明显高于MK和MVD;成熟期茎、叶SMT1的表达量比生长期高,SMT2则生长期高于成熟期;同一时期,SMT1和SMT2在叶的表达量都比茎高。这为铁皮石斛植物甾醇的开发利用和调控植物甾醇生物合成研究提供了科学依据。     

铁皮石斛M型硫氧还蛋白基因的分子特征

利用RT-PCR和RACE技术,从珍稀濒危兰科药用植物铁皮石斛中分离到1个编码M型硫氧还蛋白(TRX)基因cDNA全长,命名为Do TRXm1(GenBank注册号KC178573).序列分析结果表明,DoTRXm1基因长850 bp,ORF(570 bp)编码1条由189个氨基酸组成的肽链,分子量20.32 kD,等电点9.44;DoTRXm1蛋白具有保守的硫氧还蛋白结构域(第87～187位氨基酸)和催化位点(106～124).多序列比对和系统进化分析结果显示,DoTRXm1与植物M型TRXs基因有较高相似性(53％～70％),与水稻、玉米以及高梁等单子叶植物TRXs聚在1个分支,隶属于M型TRXs基因进化系统的Ⅱ类群.实时定量PCR分析显示,DoTRXm1基因为组成型表达,其转录本在石斛根中的相对表达量较高,为叶中的5.63倍,茎中次之(2.35倍),叶中最低.该研究为进一步解析DoTRXml在铁皮石斛生长发育、逆境胁迫等过程中的生物学功能奠定基础.     

兰科菌根真菌对铁皮石斛光合性能及pepc基因表达的影响

为了阐明兰科菌根真菌对铁皮石斛光合作用的影响及机制,采用盆栽方式研究了兰科菌根真菌对铁皮石斛幼苗生长的影响,并分析了叶片中叶绿素含量、光合参数、叶绿素荧光参数以及pepc基因表达的变化。结果表明：（1）兰科菌根真菌促进了铁皮石斛幼苗生长,接种兰科菌根真菌的铁皮石斛的株高、根重、茎叶重和总生物量分别是未接种对照组的1.21、1.54、1.71和1.68倍;而且可显著提高叶片中叶绿素含量、叶片净光合速率（P_n）、蒸腾速率（G_s）和气孔导度（T_r）。（2）接种兰科菌根真菌的铁皮石斛叶片潜在光化学效率（F_v/F₀）、最大光化学效率（F_v/F_m）、光化学猝灭系数（q_P）、非光化学猝灭系数（q_N）、实际光化学反应量子效率（Yield）和表观光合电子传递速率（ETR）均高于未接种对照组。（3）菌根真菌能促进pepc基因的表达,增强PEPC活性,提高铁皮石斛叶片的光合碳同化能力。研究表明,菌根的形成可以提高铁皮石斛叶片光合性能和pepc基因的表达水平,促进铁皮石斛幼苗的生长。