青杄中sPPa1的cDNA序列克隆及其生物信息学分析

以青杄(Picea wilsonii)均一化cDNA文库为模板,通过RACE方法克隆得到青杄PPa1基因cDNA全长,对该cDNA序列、核苷酸序列的相似性、理化性质、疏水性、二级结构、三级结构及是否跨膜进行了分析预测;进行了多序列比对并构建了系统树,同时对PPa1在青杄各组织中的表达量进行了检测.结果表明:青杄PPa1基因共由216个氨基酸组成,分子量为24.55 kD,理论PI为5.83,属可溶性蛋白;二级结构主要由α-螺旋、不规则卷曲和β-折叠构成;PPa1在青杄花粉中表达量最高.研究为进一步研究青杄PPa1的功能奠定了基础.     

青杄PsbO基因cDNA序列克隆及生物信息学分析

利用RACE技术从已有的青杄均一化cDNA文库中克隆得到青杄(Picea wilsonii)PsbO基因cDNA的全长,并用生物信息学的方法对该cDNA的核苷酸序列、氨基酸序列的相似性,及编码蛋白PwPsbO的理化性质、亲水性/疏水性、二级和三级结构,PwPsbO基因进化树等进行了预测和分析.采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术,测定了青杄不同组织中的PsbO基因的相对表达水平.结果发现:青杄PsbO基因编码346个氨基酸,预测相对分子质量为36.6 kD,理论pI值为5.29,属于可溶性蛋白.二级和三级结构预测表明其含有较多的α螺旋、β折叠和随机卷曲结构.RT-qPCR发现该基因在青杄针叶和茎中表达量最高.这些结果为青杄中PsbO基因的初步功能研究奠定了基础.     

青杄均一化cDNA文库构建及EST序列分析

以青杄花粉和针叶为材料,将青杄全长cDNA与Gateway供体载体pDONR222重组,构建了其非剪切型全长cDNA原始文库,利用基因组DNA饱和杂交技术对原始cDNA文库进行均一化处理,构建青杄的均一化全长cDNA文库。文库的总库容量为1.1×106CFU/mL,平均插入片段长度大于1.0 kb,重组率大于95%。定量RT-PCR检测表明,青杄高丰度表达基因EF1-α在均一化cDNA文库中的表达量下降了约41倍。接着对文库中随机的5 144个克隆进行了测序,获得高质量的有效EST(expressedsequence tag)序列为5 144条,经拼接共获得单一基因(unigene)为2 717个,其中包括片段重叠群(contig)628个和单一EST序列(singlet)2 089个。NCBI同源比对分析表明,其中1 887个序列unigenes获得分子功能注释,这些EST涉及细胞生长、信号转导、转录、抗逆、能量代谢等功能。这些数据有助于对青杄的相关功能蛋白及分子机制开展进一步的研究。     

青杄PSAK的克隆及生物信息学分析

目的:获取青杄的PSAK全长cDNA序列,对其进行生物信息学分析,并鉴定其在青杄各组织中相对表达量。方法:以多年生青杄(Picea wilsonii)的cDNA文库为模板,通过RACE PCR的方法获取PSAK的末端序列,经过与EST序列拼接得到PSAK基因的cDNA全长序列。通过特异引物将其克隆在pEASY-T1载体上,基于其氨基酸序列,利用DNAMAN、ExPASy、SWISS-MODEL等工具对其进行生物信息学分析,进行了半定量RT-PCR与RT-qPCR实验来检测其在mRNA水平的组织表达情况。结果:青杄PSAK基因编码140个氨基酸,蛋白分子量为14.23kDa,理论等电点为10.29。蛋白的C端有较为保守的结构域,与拟南芥、烟草等物种具有较高的相似性。PwPSAK主要在青杄的针叶与茎中进行表达。结论:成功获取了PwPSAK的单克隆并进行了生物信息学分析,为青杄中PSAK后续的功能研究提供理论依据。     

青杄PwNAC42基因的克隆及表达模式分析

NAC转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,广泛参与了植物的生长发育过程,并在植物响应盐害、干旱、冷害和脱落酸等多种非生物胁迫的过程中发挥重要作用。通过青杄转录组数据获得PwNAC42基因的cDNA序列,对其蛋白序列进行生物信息学预测,通过实时荧光定量PCR检测PwNAC42基因在青杄各个组织及非生物逆境胁迫下的表达水平。生物信息学分析结果显示:PwNAC42基因cDNA全长共1 749 bp,其中编码区1 140 bp,共编码379个氨基酸;蛋白理论分子质量为42.92 k D,理论等电点为6.53,有丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸磷酸化位点,不存在信号肽结构域,为非跨膜的亲水蛋白。组织特异性表达结果显示,PwNAC42在青杄球果中表达量最高。逆境胁迫实验表明PwNAC42的表达量在NaCl、干旱、4℃以及脱落酸处理下产生显著的变化。因此推测PwNAC42在青杄球果发育及青杄对逆境胁迫的响应过程中发挥作用。     

中华蜜蜂酪胺受体基因克隆及表达分析

酪胺(tyramine)属于生物多聚胺类,是昆虫中枢神经系统内重要的神经递质、神经调质和神经激素,参与调控昆虫的多种行为和生理过程,如酪胺受体基因参与调控动物的学习与记忆。本研究首次克隆获得中华蜜蜂(Apis cerana cerana)酪胺受体基因Actyr1和Actyr2的全长cDNA序列,利用qRT-PCR方法鉴定了Actyr1和Actyr2在中华蜜蜂不同组织器官中的表达谱,采用地高辛原位杂交技术对Actyr1和Actyr2在大脑中的表达进行了定位。中华蜜蜂Actyr1、Actyr2的cDNA全长序列分别为1241 bp(GenBank登录号：KC814693)和1270 bp(GenBank登录号：KC814694),分别编码297、399个氨基酸残基。qRT-PCR分析结果表明,Actyr1和Actyr2在不同组织中的表达量为头部最高,其次是腹部表皮,触角和胸部肌肉的表达量最低,并且头部的表达量显著高于其他组织的表达量;原位杂交结果显示,Acytr1和Actyr2在中华蜜蜂大脑蘑菇体的凯尼恩细胞、触角叶周围的细胞处均有较强阳性着色。这些研究表明,Acytr1和Actyr2基因可能参与了蜜蜂的学习记忆,并且在相同的细胞中互相作用,共同调控蜜蜂的生物学功能。     

青杄PwRbcS基因克隆及对逆境响应分析

RbcS基因编码了植物光合作用中核酮糖1,5二磷酸羧化酶/加氧酶的亚基,这种酶能催化二氧化碳的固定和碳氧化两者之间竞争反应。本实验中通过RACE-PCR方法成功获得了青杄RbcS的cDNA全长,对PwRbcS的cDNA序列进行了生物信息学分析预测,同时利用实时定量PCR技术测定青杄各个组织及非生物胁迫下PwRbcS的表达水平。结果表明:PwRbcS基因cDNA全长936 bp,编码区共552 bp,共编码186个氨基酸。蛋白质分子量为20.712 6 kD,等电点为9.07。组织特异性表达结果发现PwRbcS该基因主要在叶片中表达,且成熟叶表达量最高。非生物胁迫实验结果表明,ABA和NaCl以及低温处理处理下响应十分明显。在NaCl处理下,表达量先上升后下降,处理6 h时达到对照的14倍,施加ABA时,在处理8 h时上升至对照的24倍,低温胁迫下,表达量先上升后下降,6 h达到对照的12倍,而高温胁迫及PEG(polyethylene glycol)下表达量变化不明显。因此PwRbcS作为一个在木本植物青杄中发现的新的RbcS基因,可能在青杄逆境响应中行使一定的功能。     

山新杨LTP家族基因生物信息学及表达模式分析

以山新杨（Populus davidiana×P. alba var. pyramidalis）LTP家族基因为研究对象,初步分析该家族基因的序列特征和表达模式,筛选材性和抗性相关PdbLTP基因,为LTP基因的分子调控机制研究及林木遗传改良提供候选基因。通过蛋白性质分析、多序列比对分析、进化树分析初步分析LTP家族基因的序列特征。利用荧光定量PCR（qRT-PCR）分析重力、NaCl及PEG胁迫处理下山新杨LTP家族基因的表达模式。查找获得8条 PdbLTP基因序列,2条亚家族PdbGLTP基因序列。CDS序列长度在294~396 bp。LTP家族蛋白为疏水性蛋白且具有8个半胱氨酸的保守结构。qRT-PCR结果显示,PdbLTP1、PdbLTP3、PdbLTP5、PdbLTP7基因在应拉木中表达上调;PdbLTP1、PdbLTP2、PdbLTP3、PdbLTP5基因在茎中表达量最高;除PdbLTP5外,其它基因均受盐胁迫诱导;PdbLTP1、PdbLTP2、PdbLTP3、和PdbLTP5受干旱胁迫诱导。PdbLTP基因家族成员在调控山新杨木质部发育和抵抗非生物胁迫中发挥作用。     

青杄生长素抑制蛋白基因PwARP-1的克隆及表达分析

从青杄的cDNA文库中筛选出一个生长素抑制蛋白基因PwARP-1(Auxin-repressed protein 1),并通过RACE-PCR技术获得PwARP-1 cDNA全长。生物信息学分析显示,PwARP-1基因编码155个氨基酸残基的蛋白,分子量为17.1 kD,理论等电点为10.07,富含无规则卷曲。以多年生青杄和青杄幼苗为研究材料,通过RT-qPCR技术检测PwARP-1的组织特异性表达、激素的响应模式及种子萌发过程中的表达量模式。结果表明,PwARP-1在青杄各个组织中均有表达,在花粉中表达量最高,在种子中的表达量最低。PwARP-1在种子萌发过程中表达量呈先上升,在第10天表达量达到最高后开始下降。进一步试验表明,PwARP-1能响应多种逆境胁迫和激素处理。在赤霉素(GA)和生长素(IAA)处理下PwARP-1的表达量被抑制。在干旱胁迫和油菜素内酯(BR)激素处理下PwARP-1的表达量逐渐升高,而在在盐胁迫、茉莉酸甲酯(MeJA)和脱落酸(ABA)等激素处理下PwARP-1的表达量先下降后上升。这些结果显示PwARP-1可能参与了植物种子萌发、多种逆境胁迫和激素响应过程。     

冬虫夏草MYB家族基因鉴定及其在生长发育中的表达分析

MYB蛋白是一类广泛存在于真核生物中的转录因子,在真菌的生长发育中发挥调控作用。本研究对冬虫夏草菌中的潜在MYB转录因子家族基因进行了全基因组鉴定和生物信息学分析,并研究了MYB家族成员在冬虫夏草生长发育不同阶段和不同部位的表达模式。结果表明,冬虫夏草MYB转录因子家族包含3个1R-MYB和3个2R-MYB;6个MYB转录因子蛋白均包含近50个保守氨基酸序列,形成螺旋-转角-螺旋的结构。通过分析MYB转录因子基因在不同发育阶段（MYB-1-6）和子实体不同部位（MYB-1、3、6）的相对表达量,发现MYB-1在冬虫夏草整个发育阶段表达较为稳定,MYB-3在子实体成熟阶段（MF）表达量最高,远高于其他阶段,且在MF的顶部可育部分MF-3高表达,表明其可能参与冬虫夏草子实体的有性发育;MYB-6在子座发育初期（YF）的中部YF-2表达量最高,为菌丝阶段（HY）的5倍,表明MYB-6可能参与子座柄部的伸长。     

关帝山寒温性云杉次生林样地树种组成、结构和空间分布

云杉次生林是关帝山的优势森林植被类型,也是华北亚高山地区寒温性常绿针叶林的代表类型.为更好地了解其物种组成、群落结构等基本特征及其潜在的生态学过程和机制,于2010年在关帝山庞泉沟国家自然保护区建立了4 hm²的云杉次生林固定监测样地(GDS样地).本文以第一次本底调查数据为基础,分析了样地树种组成、结构和空间分布.结果表明: 样地共有木本植物30种,隶属于11科22属.包括分枝的总个体数为26218(其中独立个体数为10266).植物区系组成属北温带成分;不同树种个体数、平均胸径和胸高断面积差异较大,导致群落成层分明,各层优势种明显.乔木层第一亚层树种径级结构呈双峰偏正态分布,乔木层第二亚层树种径级呈近似正态分布,灌木层树种径级呈“L”型分布.乔木优势树种青杄和华北落叶松的空间分布无论在个体数量还是聚集程度上均随径级变化而呈现不同的格局特征.相同径级的两树种,胸径(DBH)≥30 cm的华北落叶松在样地居多且聚集分布于样地中部,而DBH≥30 cm的青杄则相对较少,没有表现出空间聚集性.DBH≤10 cm的华北落叶松个体很少且散生于样地,而DBH≤10 cm的青杄大量聚集于样地中部.DBH≤10 cm的青杄在样地偏西北区域也有大量分布,而DBH≤10 cm的红桦主要分布于样地偏东南区域.灰栒子、土庄绣线菊和四川忍冬等灌木树种也表现出一定的异质性空间分布特征.树种分布格局受生境条件影响,同时与自身发育规律、更新特征及生态习性等相关.     

Isolation of de-exined pollen and cytological studies of the pollen intines of Pinus bungeana Zucc. Ex Endl. and Picea wilsonii Mast

To study the cytological and biochemical characteristics of intine, pollen deprived of exine, or de-exined pollen, was isolated from the gymnosperms Pinus bungeana and Picea wilsonii. The factors influencing the isolation rate were examined. Cellulose, callose, pectin, and arabinogalactan proteins (AGPs) were localized in this material using fluorescent probes, and components of the isolated intine were further analyzed by Fourier transform infrared (FTIR) microspectroscopy. The isolation protocol was repeatable and reliable. Cellulose was found to be evenly distributed on the surface of the intine, as indicated by strong calcofluor White ST (CW) fluorescence, and aniline blue staining revealed that callose was present on the intine of P. bungeana but not on that of P. wilsonii. Immunolabeling revealed that acidic pectin epitopes recognized by the monoclonal antibody JIM5 were present on the pollen intine, as well as esterified pectin recognized by the monoclonal antibody JIM7, and AGPs recognized by the LM2 antibody. Two lectin binding sites, the concanavalin agglutinin (Con A) and soybean agglutinin (SBA) binding sites, were present on the intine surface, but no wheat germ agglutinin (WGA) binding sites were detectable. These results were confirmed by FTIR analysis.     

RAD51 homologues in Xenopus laevis: two distinct genes are highly expressed in ovary and testis

The RAD51 gene is a eukaryotic counterpart of the Escherichia coli recA gene which is involved in genetic recombination. Two distinct Xenopus laevis RAD51 cDNA clones (XRAD51.1 and XRAD51.2) were isolated from an oocyte cDNA library using the human RAD51 cDNA (HsRAD51) as a probe. Sequence analysis revealed that 98.2% of the amino-acid residues were identical between XRAD51.1 and XRAD51.2, and that both were 95% identical to HsRAD51. Both of the XRAD51 genes were expressed at a higher level in ovary and testis than in other somatic tissues, suggesting their involvement in meiotic recombination. The expression of XRAD51.1 was about eightfold in excess of that of XRAD51.2 in all of the tissues examined. Analysis of the rates of synonymous substitution in the coding sequences of the two XRAD51 suggests that these two genes diverged about 50 million years ago. The structural similarities of the XRAD51 proteins to RecA in E. coli and Rad51 in yeasts or vertebrates are discussed.     

胡杨WINDs基因克隆及功能初步分析*

目的: WIND(WOUND INDUCED DEDIFFERENTIATION),是属于ERF/AP2 (ETHYLENE RESPONSE FACTOR/ APETALA 2)家族的一种重要转录因子,该类基因最早被发现在拟南芥中可以与乙烯响应元件GCC-BOX和脱水响应元件DRE结合,响应干旱信号和调节乙烯水平。最近的研究发现WIND基因在植物伤口信号回应、愈伤组织形成及不定芽的产生过程中也发挥了关键作用。已有的研究阐述了WIND基因在拟南芥中控制愈伤组织形成及不定芽再生的机制,但其在木本植物中的功能尚不明确,将探究WIND基因在胡杨中与伤口信号响应及不定芽再生相关的功能,同时为在分子水平上解决胡杨再生问题提供理论依据。方法: 采用基因克隆、qRT-PCR、转基因表型分析等方法研究WIND基因在胡杨外植体伤口响应和再生不定芽过程中的作用。结果: 克隆胡杨WIND家族中的基因PeWIND1和PeWIND2,发现其编码区序列长度分别为1 050 bp和1 032 bp,编码349个和343个氨基酸,亚细胞定位均在细胞核中。组织特异性分析显示PeWIND1和PeWIND2在胡杨根、茎、叶、愈伤组织中均有表达,且在愈伤组织中表达量最高。时间表达特异性显示,在经伤口刺激后的24 h内,PeWIND1和PeWIND2基因均呈现先升高后降低的表达趋势,且均在伤口刺激后1 h达到表达量峰值。转基因植株表型统计发现,过表达PeWIND1和PeWIND2基因后转基因植株不定芽再生能力增强。结论: 在胡杨叶片有伤口刺激后,PeWIND1和PeWIND2响应伤口信号,表达量先升高后降低,PeWIND1和PeWIND2能够促进杨树茎段再生不定芽。     

过量表达辣椒CaNPR1提高烟草对青枯菌的抗性

对水稻和拟南芥等模式植物的研究表明,NPR1(nonexpressor of pathogenesis-related genes 1)是依赖于SA通路的防御反应调节基因,但在辣椒和烟草等茄科作物中该蛋白的功能还鲜有报道。研究从辣椒cDNA文库中分离获得一个NPR1的类似物全长cDNA(CaNPR1),并获得了其超表达的转基因烟草T₁代株系。研究结果表明,这些株系与其野生型植株没有明显表型差异,但却表现出较野生型植株更高的抗青枯菌侵染活性。同时,研究还发现CaNPR1的超表达还显著提高了防御相关基因的表达,表明NPR1在不同植物间具有较强的功能保守性。     

刺槐核糖体蛋白同源基因RpRPL22在共生结瘤过程中功能研究

目的: 核糖体蛋白(RPs)属于多功能蛋白,能够参与调控细胞生长和响应胁迫条件。RpRPL22是一个从豆科植物刺槐中分离得到的结瘤相关基因,通过序列比对发现其与核糖体大亚基蛋白RPL22高度同源。对其如何通过调控根瘤菌侵染而在共生结瘤过程中发挥重要作用进行了较为深入的探索。方法: 利用实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)分析RpRPL22在接菌后不同时间及不同植物组织的表达变化。利用cDNA末端快速扩增技术(RACE)获得目的基因cDNA全长。通过GFP报告基因进行RpRPL22亚细胞定位分析。通过Gateway BP重组技术构建RNA干扰(RNAi)重组载体,借助电转化法将重组载体转至农杆菌K599,利用农杆菌介导植物根部,接菌后观察和测量植株表型。首先从宏观水平统计观察目的基因是否对结瘤过程有影响,其次从分子水平揭示目的基因在共生结瘤过程的重要功能。结果: 不同接菌时期、不同植物组织目的基因qRT-PCR相对表达量结果显示,几乎在所有取样的接菌时间,目的基因RpRPL22在接菌根中的相对表达量都低于未接菌对照根,只有接菌后第25天除外。在成熟的根瘤中,接菌后第25天该基因的表达量也最高。洋葱表皮和毛状根亚细胞定位结果均显示在椰菜花叶病毒(CaMV)的35S启动子控制下,RpRPL22融合绿色荧光蛋白GFP的荧光信号在细胞核和细胞质有明显的表达。RNAi转化植株的表型统计观察结果,比如植株鲜重、植株的有效结瘤数目较对照组均有明显的降低;同时RNAi转化植株在根瘤菌侵染过程形成的侵染线数目和根瘤原基数目较对照均显著降低。根瘤切片实验用于观察根瘤显微超微结构,结果显示RNAi植株根瘤中固氮区的受菌侵染细胞数目与对照相比明显减少。电镜观察根瘤单个受菌侵染细胞中类菌体形态显示,RNAi根瘤中类菌体侵染细胞胞体多呈不规则形状,皱缩变形严重,环类菌体周间隙空间增大,多共生体融合,表现出细胞凋亡的迹象。对照根瘤中的受菌侵染细胞胞体多呈圆形椭圆形,胞质饱满丰富且分布均匀,细胞发育正常,表明RNAi植株根瘤发育过程明显受阻。结论: 核糖体蛋白(RP)能够参与调控豆科植物共生结瘤过程,相关同源基因RpRPL22可能在起始根瘤菌侵染植物和阻止类菌体降解过程中起重要作用。     

Combinatorial signalling by Xwnt-11 and Xnr3 in the organizer ephithelium

The epithelium of the Spemann organizer plays an important role in embryonic axis formation and transplantation experiments have shown that epithelial organizer cells have potent axis-inducing potential. Known axis-inducing molecules like noggin and chordin are not expressed in the epithelium and cannot account for its inductive properties. Xwnt-11 is expressed in the epithelium but has only poor dorsalizing activity. In an expression screen for genes that are able to functionally cooperate with Xwnt-11 we have identified a cDNA encoding Xenopus nodal-related 3 (Xnr3), a member of the TGF-β family, coexpressed with Xwnt-11 in the organizer epithelium. Xwnt-11 and Xnr3 act highly cooperatively in inducing secondary embryonic axes and dorsalizing ventral mesoderm. Xwnt-11/Xnr3 interfere with BMP signalling without themselves inducing chordin or noggin. The results indicate that induction by the organizer epithelium may result from the combinatorial action of instructive Xnr3 and permissive Xwnt-11 signalling.     

Polyphyly and species delimitation of Picea brachytyla (Pinaceae) based on population genetic data

Accurate species delimitation is fundamental to biodiversity conservation. The endangered spruce Picea brachytyla (Franch.) E. Pritz. was suggested to be polyphyletic based on a limited number of samples in previous studies. To evaluate polyphyly of P. brachytyla, we sampled 139 individuals from 16 populations across most of its distributional range, plus representatives of two related species, Picea likiangensis (Franch.) E. Pritz. and Picea wilsonii Mast. We sequenced 13 nuclear loci and three chloroplast and two mitochondrial loci for the following species delimitation. Phylogenetic analyses of nuclear loci grouped all individuals of P. brachytyla from Sichuan and Chongqing into one distinct lineage and those from Yunnan and Tibet (southern distribution) nested within the P. likiangensis species complex. Structure analyses confirmed this result. Networks of chloroplast DNA haplotypes similarly showed that P. brachytyla from the southern distribution nested within the P. likiangensis species complex, whereas haplotypes for the northern distribution comprised a separate and well-supported lineage. These results suggest that P. brachytyla from the southern distribution is a part of the P. likiangensis species complex and should be removed from P. brachytyla. Our study highlights the utility of population genetic evidence in delimitating endangered species and understanding the conservation status of such species.     

CRISPR/Cas系统与志贺菌毒力和耐药的关系及插入序列IS600对cse2表达水平的影响北大核心CSCD

【目的】了解志贺菌中成簇的规律间隔短回文重复序列(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)的分布及其与毒力和耐药的关系,并分析志贺菌中插入序列IS600对CRISPR相关蛋白基因cse2 m RNA表达水平的影响。【方法】利用课题组前期设计的引物PCR扩增志贺菌的3个CRISPR位点、CRISPR相关蛋白基因cse2、耐药基因和毒力基因;改良Kirby-Bauer(K-B)纸片法进行药敏试验;台盼蓝计数试验检测细菌毒力;Real-time PCR检测志贺菌中cse2基因m RNA表达水平。分别分析志贺菌中CRISPR/Cas系统与耐药基因、耐药表型、毒力基因、毒力表型的关系;了解IS600对CRISPR相关蛋白基因cse2 m RNA表达水平的影响。【结果】志贺菌中CRISPR1位点阴性细菌的毒力强;插入序列IS600使cse2 m RNA表达水平降低。【结论】志贺菌中存在CRISPR1、2、3位点;CRISPR1位点与毒力有关;插入序列IS600对cse2 m RNA表达水平有影响。