东乡野生稻苗期响应低温胁迫的转录组分析

为了解东乡野生稻（Oryza rufipogon）对低温胁迫的响应机制,对苗期的RNA-seq转录表达谱进行了研究。结果表明,与对照相比,共检测到10 200个差异表达基因（DEGs）,其中5 201个上调表达,4 999个下调表达,其中有426个DEGs位于已报道的水稻耐冷QTL区间,且37个为耐冷调控相关的家族基因。GO功能分类和KEGG代谢路径分析表明,核酸结合转录因子活性、氨基酸生物合成以及光合作用代谢等均参与响应低温胁迫过程。实时荧光定量分析表明,ABA响应蛋白基因、MYB转录因子和40S核糖体蛋白SA基因等12个可能与低温胁迫响应相关的DEGs表达模式与RNA-seq的一致。可见,植物激素传导途径和转录因子相关调控基因在东乡野生稻苗期响应低温胁迫过程中起重要作用。     

小麦R2R3-MYB转录因子TaMYB3-4D的克隆及功能分析

MYB转录因子是植物最大的转录因子家族之一,广泛参与植物各种生理生化过程。该研究通过对小麦基因组测序数据库进行同源搜索,利用电子克隆技术从紫色籽粒小麦品种‘高原115’中分离得到了一个新的MYB基因TaMYB3-4 D。结果表明,TaMYB3-4D仅含有一个内含子,其编码蛋白含有2个连续的MYB结构域,为典型的R2R3-MYB蛋白。TaMYB3-4D系统发生关系上与调控花青素合成的MYB基因亲缘关系较近。TaMYB3-4 D与bHLH基因ZmR瞬时表达能够诱导白色胚芽鞘中花青素的合成。此外,TaMYB3-4 D基因仅在‘高原115’含花青素的种皮和胚芽鞘中表达,在根、茎、叶中均未表达。研究表明,TaMYB3-4 D基因是一个具有调控花青素合成代谢功能的R2R3-MYB基因,很有可能参与小麦花青素的生物合成。     

沙冬青响应非生物胁迫的转录因子基因鉴定与分析

以沙冬青[Ammopiptanthus mongolicus(Maxim.ex Kom.)Cheng f.]幼苗为实验材料,对其转录组进行测序,筛选出质量体积分数18%聚乙二醇6000模拟干旱胁迫下差异表达的转录因子基因;在此基础上,对干旱胁迫下差异表达bHLH转录因子的系统进化关系以及干旱胁迫和100 mmol·L~(-1)NaCl胁迫下差异表达bHLH基因的表达模式进行分析。结果表明:沙冬青中存在49个转录因子基因家族,共包含1 575个转录因子基因。干旱胁迫下沙冬青地上部有44个转录因子基因表达量的差异倍数大于等于2倍,其中33个转录因子基因上调表达,11个转录因子基因下调表达;地下部有57个转录因子基因表达量的差异倍数大于等于2倍,其中50个转录因子基因上调表达,7个转录因子基因下调表达。沙冬青响应干旱胁迫的差异表达转录因子基因主要分布于AP2-EREBP、MYB、WRKY、NAC和bHLH基因家族。沙冬青地上部和地下部表达量上(下)调2~5、5(含5)~10(含10)及10倍以上的差异表达转录因子基因数分别为28、7和9个,以及11、27和19个。聚类分析结果显示:沙冬青6个差异表达bHLH基因编码的氨基酸序列与拟南芥[Arabidopsis thaliana(Linn.)Heynh.]bHLH基因编码的氨基酸序列有不同程度的相似性。干旱胁迫和NaCl胁迫下,沙冬青6个差异表达bHLH基因的表达受到不同程度的诱导。本结果为研究非生物胁迫过程中沙冬青调控机制提供了大量的转录因子基因资源。     

水母雪莲红色细胞系类黄酮含量和相关基因表达

水母雪莲为中国传统名贵中药,具有散寒除湿、活血通经、抗炎、镇痛等功效,其主要药用成分为类黄酮化合物。以水母雪莲白色系愈伤组织和经低温、高糖、强光诱导得到的红色系为材料,比较不同细胞系中类黄酮活性成分、结构基因和转录因子表达的差异。结果表明,红色系中总黄酮含量为白色系的3.60倍;重要的药用成分为芦丁,其含量达到干重的0.25%,是白色系的2.40倍;红色系中花青苷含量极高,矢车菊素3-O-己糖苷和矢车菊素3-O-琥珀酰己糖苷的含量分别达到干重的0.12%和0.19%;红色系中CHS、F3'H、FNS、FLS、DFR和ANS基因的表达均明显高于白色系;红色系中转录因子MYB、bHLH和WD40的表达也均明显高于白色系,其中MYB的表达量为白色系的19.70倍,说明红色系中转录因子的高水平表达增强了结构基因的表达,进而提高了类黄酮的合成。红色系中bHLH和WD40表达水平相似,而与MYB的表达水平相差很大,推测可能在水母雪莲中bHLH和WD40两种转录因子形成二元复合体后,和MYB共同调控类黄酮合成途径中结构基因的表达。     

独行菜种子bHLH类转录因子基因家族及幼苗laICE1表达对冷胁迫的响应

该研究在转录组数据基础上,以独行菜(Lepidium apetalum Willd.)种子耐受和不能耐受低温萌发的2组样本为材料,对其bHLH转录因子家族成员进行分析,并对该家族成员表达差异极显著的laICE1基因进行克隆、序列分析、结构预测,以探讨独行菜幼苗中laICE1基因表达对低温胁迫的响应特征。结果表明:(1)萌发中的独行菜种子,至少有83个bHLH转录因子序列表达,相对于低温萌发停滞组,在低温萌发耐受组的独行菜种子中,有10个下调、13个上调、60个表达差异不显著。其中表达量极显著下调的序列c20009_g1具有1 503bp开放阅读框,GO注释到ICE1基因,该基因命名为laICE1。(2)laICE1基因编码500aa,蛋白分子量为54 635.19kD,理论等电点为5.45,分子式为C2364H3742N688O758S22;该蛋白具有保守结构域bHLH。(3)定量分析表明,laICE1基因在非低温胁迫的独行菜种子中的表达量显著低于一直处于低温胁迫中不能进行萌发的独行菜种子,这与转录组数据库中该序列表达情况一致;而laICE1基因在独行菜幼苗期经低温处理后,其表达量显著上调,表明laICE1基因可能在独行菜幼苗耐受低温生长中具有一定的作用。     

盐芥ICE1转录因子的克隆及生物信息学分析

ICE1基因编码一个MYB类型的碱性螺旋-环-螺旋(bHLH)转录因子,在冷胁迫条件下调节CBF基因的表达,能够提高植物抗寒性。利用盐芥5′EST序列和拟南芥ICE13′UTR保守序列设计引物,从盐芥基因组中克隆得到了1个2525bp的基因xhICE。生物信息学分析,表明该基因具有4个外显子,4个内含子,外显子/内含子边界符合经典的GT-AG规则。由此推导的cDNA包含一个1500bp的开放阅读框,编码500个氨基酸。与拟南芥ICE1相比,二者的内含子具有相同的类型和相对保守的位置,在核酸水平与氨基酸水平高度同源,并且具有相同的bHLH结构域。以上分析都表明,xhICE基因可能是盐芥ICE1基因,涉及抗寒相关的CBF转录调控途径。     

梅花CBF转录因子的克隆及表达

根据GenBank中与梅花同属的桃、甜樱桃等已发表CBFs转录因子序列设计简并引物,采用PCR和RT-PCR方法,从梅花基因组DNA和cDNA中克隆CBF转录因子片段。结果表明,两种途径获得的CBF基因序列一致,基因全长821bp,编码238个氨基酸,其氨基酸序列具有典型的CBF蛋白特征,包含保守的AP2/EREB DNA结合结构域及CBF家族蛋白特征短多肽序列(PKK/RPAGRxKFxETRHP和DSAWR)。氨基酸相似性分析结果表明,该基因与欧洲甜樱桃、矮扁桃等CBF转录因子相似性较高。相对荧光定量PCR结果显示,4℃低温胁迫下,其表达量符合CBF转录因子表达特点,随着胁迫时间的增长表达量呈上升趋势,8h时达峰值,说明该基因在低温胁迫下上调表达。     

蒙古冰草MwMYB4基因功能鉴定

MwMYB4基因是从蒙古冰草中克隆得到的MYB类转录因子家族成员之一。该研究以转MwMYB4基因的拟南芥后代为材料,通过在干旱和低温胁迫下对转基因植株进行表型分析、理化指标测试和分子鉴定,分析并验证MwMYB4基因的功能。结果显示:(1)蒙古冰草MwMYB4基因已成功整合到转基因拟南芥T_1代的基因组中并实现转录水平的表达。(2)转基因拟南芥T_2代植株在干旱胁迫条件下,转基因植株叶片枯黄程度较轻,相对电导率较野生型变化幅度低,脯氨酸含量明显高于野生型对照,且MwMYB4基因的表达量随干旱胁迫时间延长而增加。(3)在低温胁迫条件下,转基因拟南芥叶片的枯白程度明显低于野生型,且MwMYB4基因的表达量随低温胁迫时间增加而增加。研究表明,过量表达蒙古冰草MwMYB4基因能够提高转基因拟南芥对干旱和低温的耐受性,该基因可能在干旱胁迫和低温胁迫调控机制中发挥调控作用,可作为改良农作物和其他牧草抗旱、抗寒性的重要候选基因。     

紫背天葵叶和花中花青素合成相关转录组基因分析

为获取紫背天葵(Gynura bicolor D C.)花青素合成代谢相关调控基因信息,该试验以紫背天葵叶片为材料,以其花朵为对照,进行转录组测序,并进行CHS、CHI、F3H等8类合成酶基因以及MYB、bHLH及WD40等3类转录因子检索,从中选取8个相关差异表达显著调控基因进行qRT-PCR验证分析。结果显示:(1)在紫背天葵中共获得72个花青素合成酶信息,其中差异表达明显的有1个F3′H和2个3GT下调,9个F3H基因中有上调基因4个和下调基因5个。(2)在紫背天葵中获取到238个MYB、113个bHLH和219个WD40转录因子,这3类转录因子中差异表达明显的分别为22个、16个和7个。(3)qRT-PCR结果显示,所选取的8个花青素合成相关调控基因,在紫背天葵叶及花朵中的下调表达趋势与转录组测序结果完全一致,但不同基因差异表达趋势略有不同。研究表明,在紫背天葵叶片和花朵中所存在的大量花青素合成代谢调控基因中,只有少量差异表达显著,但转录因子相比合成酶的调控更为复杂。     

转录因子参与植物低温胁迫响应调控机理的研究进展

低温胁迫对植物的地理分布和生长发育有着重要影响。当植物受到低温胁迫时,转录因子通过结合基因启动子上的顺式作用元件激活低温响应基因的表达,从而调控植物体内的信号转导通路来提高植物的耐低温性。着重主要介绍了AP2/ERF、NAC、WRKY、MYB、bZIP、ZFPs等转录因子家族参与植物低温胁迫响应的最新研究进展,并提出了一个转录因子通过与其他因子和启动子元件互作的方式参与低温胁迫响应的基因表达调控网络。     

甘薯盐胁迫响应基因IbMYB3的表达特征及生物信息学分析

MYB转录因子具有多种生物学功能,在植物响应生物和非生物胁迫中发挥重要作用。该文从盐胁迫后的甘薯(Ipomoea batatas)水培苗转录组数据(RNA-seq)中筛选出2个受盐胁迫显著上调表达的MYB基因,分别命名为IbMYB3和IbMYB4。多种非生物胁迫和植物生长物质处理下的基因表达分析显示,IbMYB3受逆境诱导显著上调表达,暗示其可能参与甘薯非生物胁迫响应。生物信息学分析表明,IbMYB3开放阅读框长度为1059 bp,编码353个氨基酸残基,蛋白分子量为39.41 kDa,理论等电点(PI)为5.26,为酸性带负电的亲水性蛋白。亚细胞定位结果表明,IbMYB3蛋白定位于细胞核,具有较强的转录激活活性。上述结果表明,IbMYB3转录因子可能在甘薯非生物胁迫响应过程中发挥重要调控作用,研究结果为进一步探明IbMYB3基因的功能奠定了基础。     

水稻(Oryza satica L.)干旱胁迫响应转录因子研究进展

干旱胁迫是水稻生长发育和产量的重要限制因子。转录因子在水稻对干旱胁迫响应中起关键调控作用。水稻中参与干旱胁迫的转录因主要有DREB转录因子、NAC转录因子、b ZIP转录因子、锌指蛋白转录因子、MYB转录因子、WRKY转录因子和TIFY转录因子等。这些转录因子与特异的靶基因的顺式作用元件结合调控水稻抗旱相关基因的表达,增强水稻对干旱胁迫的适应能力,本综述对这些转录因子在干旱胁迫中的表达调控和功能进行简要概述。     

甘薯盐胁迫响应基因IbMYB3的表达特征及生物信息学分析

MYB转录因子具有多种生物学功能,在植物响应生物和非生物胁迫中发挥重要作用。该文从盐胁迫后的甘薯(Ipomoeabatatas)水培苗转录组数据(RNA-seq)中筛选出2个受盐胁迫显著上调表达的MYB基因,分别命名为IbMYB3和IbMYB4。多种非生物胁迫和植物生长物质处理下的基因表达分析显示, IbMYB3受逆境诱导显著上调表达,暗示其可能参与甘薯非生物胁迫响应。生物信息学分析表明,IbMYB3开放阅读框长度为1059bp,编码353个氨基酸残基,蛋白分子量为39.41kDa,理论等电点(PI)为5.26,为酸性带负电的亲水性蛋白。亚细胞定位结果表明,IbMYB3蛋白定位于细胞核,具有较强的转录激活活性。上述结果表明, IbMYB3转录因子可能在甘薯非生物胁迫响应过程中发挥重要调控作用,研究结果为进一步探明IbMYB3基因的功能奠定了基础。     

酿酒葡萄‘赤霞珠’VvbHLH 93基因的克隆及分析北大核心CSCD

bHLH93转录因子参与调节植物的生长发育、应对各种胁迫等多种生理过程,该研究以酿酒葡萄‘赤霞珠’为试验材料,采用RT-PCR方法克隆葡萄VvbHLH 93基因全长,并进行生物信息学分析;用qRT-PCR法分析bHLH93在不同组织和果实不同发育时期的表达量,为进一步探索VvbHLH 93基因的功能及其机制奠定基础。结果表明:(1)成功克隆获得葡萄VvbHLH 93,该基因cDNA全长为1319 bp,开放阅读框长度为939 bp,编码312个氨基酸,相对分子量为35.18 kD,理论等电点为4.68,无信号肽和跨膜域,属于bHLH转录因子家族。(2)葡萄bHLH93蛋白与荷花的亲缘关系较近;VvbHLH93蛋白的C端为酸性结构区,富含丝氨酸、苏氨酸磷酸化位点;VvbHLH 93基因的启动子含有光响应元件和低温、干旱、赤霉素等应答元件。(3)qRT-PCR分析表明,VvbHLH 93在‘赤霞珠’中的表达具有组织特异性,在叶片中基本不表达,在茎中的表达量最高;随着赤霞珠葡萄果实的发育成熟,VvbHLH93相对表达量不断降低,到幼果期(直径>2 mm)后第5周开始相对表达量基本为0,总体呈现降低的变化趋势;与对照相比,在低温胁迫、盐胁迫、高温胁迫及充分灌溉胁迫下VvbHLH 93表达量显著降低。研究推测,VvbHLH 93基因可能是葡萄抗逆胁迫的负转录因子。     

植物对非生物胁迫应答的转录因子及调控机制

植物对非生物胁迫的应答反应涉及到许多基因和生化分子机制,胁迫相关基因、蛋白质及代谢物构成了一个复杂的调控网络,其中转录控制具有举足轻重的作用。本文主要对近年来发现的几种在转录控制中起关键作用的转录因子CBF/DREB、bZIP、MYB/MYC和HSF及其调控机制进行介绍。这几种转录因子可以分别和胁迫应答顺式作用元件CRT/DRE、ABRE、MYB/MYC识别位点及HSE结合,在非生物胁迫条件下调控下游靶基因的表达,进而使一些胁迫保护物质如脯氨酸、可溶性糖类、自由基的清除剂、热休克蛋白和分子伴侣等的表达水平升高,最终增强植物对非生物胁迫的耐受能力。     

多年生黑麦草温度胁迫差异表达转录因子的比较转录组分析

多年生黑麦草是禾本科冷季型草种,温度胁迫严重影响其分布和产量。转录因子调控基因表达在植物响应逆境胁迫中发挥重要作用。该研究以多年生黑麦草品种雅晴为材料,采用高通量RNA-seq技术,对热(40℃)、冷冻(-10℃)和对照(22℃)处理的样本进行转录因子应答分析,以探索多年生黑麦草转录因子对温度胁迫的响应规律,并筛选抗逆转录因子候选基因。结果显示:(1)共鉴定了694个转录因子unigenes,分属于AP2/ERF、GTF、HSF、MYB、NAC、WRKY、bHLH和bZIP等32个家族。(2)在热和冷冻胁迫下,ERF(AP2/ERF)、MYB、NAC和bZIP家族基因均以上调为主,而WRKY家族则多数下调。HSF、GTF和DREB(AP2/ERF)家族成员大多数受热诱导上调,而多数bHLH家族成员受冷冻胁迫上调。(3)功能富集结果表明,多年生黑麦草差异表达的转录因子基因主要参与植物激素信号转导、昼夜节律和病原体互作等通路。研究表明,多年生黑麦草中与胁迫适应相关的转录因子基因普遍上调表达,而与生长和抗病相关的基因多数下调。该研究筛选到大量抗逆转录因子候选基因,为分子育种提供抗逆基因资源。     

花生ASR基因家族特性及其对干旱和盐胁迫的响应

【目的】探究花生ASR基因家族特性及在干旱和盐胁迫响应中的作用,为花生抗旱抗盐新品种的培育提供潜在的基因位点。【方法】通过生物信息学方法对花生ASR家族进行全基因组水平鉴定以及基本特性分析,并借助转录组数据分析其在200 mmol/L NaCl及模拟干旱PEG处理下的表达变化。【结果】（1）通过分析花生栽培种狮头企参考基因组,鉴定到7个花生ASR基因,pI为5.34~6.98,蛋白脂肪系数为23.77~56.84,GRAVY值均为负值,表明这7个蛋白均是亲水性蛋白;（2）AhASR3与AhASR7基因表达模式相似,转录水平较高,基因结构及蛋白结构域和保守基序的位置和数量较相似,motif 5、6、9仅存在于AhASR3与AhASR7蛋白中;（3）AhASR1、AhASR5及AhASR2的启动子区域有干旱诱导MYB转录因子的结合位点,AhASR1、AhASR2及AhASR4的启动子区发现有ABA响应元件;（4）花生盐胁迫处理转录组分析结果显示AhASR2、AhASR3及AhASR7在200 mmol/L NaCl处理后根部出现较明显转录上调;（5）模拟干旱PEG处理转录组数据分析结果显示AhASR1、AhASR3、AhASR4及AhASR7在PEG处理4 h和8 h后,转录水平出现2倍以上上调。【结论】明确花生ASR家族基因和蛋白的基本特性,并鉴定可能参与盐胁迫和干旱胁迫响应的ASR基因,为进一步培育耐盐耐旱花生品种提供重要的目标基因。     

杨树MYB转录因子家族基因应答盐胁迫表达特性分析

MYB转录因子家族是植物中数量最多的转录因子家族之一,在植物次生代谢调节、信号转导和抗逆等生物过程起重要作用。根据MYB转录因子结构域组成差异可分4个亚家族：即1R-MYB（MYB-relaed）、R2R3-MYB、3R-MYB和4R-MYB。其中,R2R3-MYB亚家族数量最多,可进一步分为22个亚组;利用生物信息学分析杨树MYB转录因子蛋白序列的保守结构域、系统发生、基因组定位、氨基酸组成和理化性质等;参照拟南芥MYB转录因子功能,预测杨树MYB转录因子功能;基于84K杨转录组测序和RT-qPCR分析,从301个杨树MYB转录因子基因中筛选出69个应答盐胁迫基因（P≤0.05）。其中,上调表达基因32个,下调表达基因37个。该研究可为进一步研究杨树MYB家族基因功能提供参考依据。     

拟南芥转录因子bHLH17负调控茉莉素介导的抗性反应

植物激素茉莉素作为抗性信号调控植物对腐生性病原菌和昆虫的抗性, 作为发育信号调控植物根的生长、雄蕊发育、表皮毛形成和叶片衰老。茉莉素受体COI1识别茉莉素分子, 进而与JAZ蛋白互作并诱导其降解, 继而调控多种茉莉素反应。拟南芥(Arabidopsis thaliana) IIId亚组bHLH转录因子(bHLH3、bHLH13、bHLH14和bHLH17)是JAZ的一类靶蛋白。与野生型相比, IIId亚组bHLH转录因子的单突变体对灰霉菌和甜菜夜蛾的抗性无明显差异, 而四突变体对灰霉菌和甜菜夜蛾的抗性增强。该文通过高表达bHLH17并研究其对灰霉菌和甜菜夜蛾的抗性反应, 结果显示, 被灰霉菌侵染的bHLH17高表达植株较野生型表现出更严重的病症。取食bHLH17高表达植株叶片的甜菜夜蛾幼虫体重大于取食野生型叶片的幼虫体重。bHLH17高表达抑制了茉莉素诱导的抗性相关基因(Thi2.1)和伤害响应基因(VSP2、AOS、JAZ1、JAZ9和JAZ10)的表达。原生质体转化实验显示bHLH17通过其N端行使转录抑制功能。研究结果表明, IIId亚组bHLH转录抑制因子bHLH17高表达会负调控茉莉素介导的对灰霉菌和甜菜夜蛾的抗性。     

葡萄COR27基因的克隆与抗寒功能研究

冬季低温是制约我国葡萄和葡萄酒产业发展的主要因素之一,揭示葡萄在冷胁迫下的信号转导通路、挖掘抗寒相关基因并解析其功能,对高耐寒品种的培育具有重要的理论和应用价值。本研究在欧亚种‘玫瑰香’葡萄(Vitis vinifera L.‘Muscat Hamburg’)冷胁迫相关转录组分析的基础上,鉴定了一个抗寒候选基因,通过同源性分析将其命名为VvCOR27。VvCOR27基因的cDNA序列(1082 bp)中,其开放阅读框(ORF)为909 bp,编码302个氨基酸。同源性分析显示,13个物种的COR27蛋白均具有3个特有的保守结构域。定量RT-PCR分析表明,VvCOR27在4℃低温处理24 h后大量表达。基于基因组序列的启动子基序分析表明,VvCOR27启动子区均只含有1个EE、EEL、G-box、ABREL元件,其数量少于AtCOR27,这可能是VvCOR27响应冷胁迫较AtCOR27滞后的原因。对3个超表达VvCOR27转基因拟南芥株系的抗寒性鉴定表明,VvCOR27参与了植株对冷胁迫的应答并作为正调控因子增强了植株对冷胁迫的耐受能力。