甘蓝型油菜ZF-HD基因家族的鉴定与系统进化分析

ZF-HD是一类植物特有的转录因子, 在植物生长发育及胁迫响应过程中发挥重要作用。利用生物信息学方法, 在甘蓝型油菜(Brassica napus)基因组中鉴定到62个ZF-HD基因, 其中83.9%的基因缺乏内含子, 93.5%的BnZF-HD等电点大于7, 预测定位于细胞核的蛋白大多由100个以上氨基酸组成。根据进化关系可将其分为6个亚群, 在每个亚群中, 甘蓝(B. oleracea)和白菜(B. rapa)的ZF-HD基因数量相等或近似相等, 而甘蓝型油菜的ZF-HD基因数量接近或等同于甘蓝和白菜的ZF-HD基因数量之和。同一亚群的motif数量和类型高度相似。共线性分析结果显示, 全基因组三倍体化使ZF-HD基因在二倍体祖先得到扩张, 而异源多倍体化又进一步使甘蓝型油菜ZF-HD基因家族扩张。K_a/K_s值说明大多数ZF-HD基因在进化过程中受到了纯化选择。所有BnZF-HD基因都具有光响应元件, 2/3的基因具有MeJA、ABA和厌氧诱导顺式作用元件, 推测这些基因可能参与相关生物学过程。研究结果为进一步挖掘该家族基因的生物学功能奠定基础, 同时为揭示多基因家族在异源多倍体中的进化式样提供借鉴。     

甘蓝型油菜ZF-HD基因家族的鉴定与系统进化分析

ZF-HD是一类植物特有的转录因子, 在植物生长发育及胁迫响应过程中发挥重要作用。利用生物信息学方法, 在甘蓝型油菜(Brassica napus)基因组中鉴定到62个ZF-HD基因, 其中83.9%的基因缺乏内含子, 93.5%的BnZF-HD等电点大于7, 预测定位于细胞核的蛋白大多由100个以上氨基酸组成。根据进化关系可将其分为6个亚群, 在每个亚群中, 甘蓝(B. oleracea)和白菜(B. rapa)的ZF-HD基因数量相等或近似相等, 而甘蓝型油菜的ZF-HD基因数量接近或等同于甘蓝和白菜的ZF-HD基因数量之和。同一亚群的motif数量和类型高度相似。共线性分析结果显示, 全基因组三倍体化使ZF-HD基因在二倍体祖先得到扩张, 而异源多倍体化又进一步使甘蓝型油菜ZF-HD基因家族扩张。K_a/K_s值说明大多数ZF-HD基因在进化过程中受到了纯化选择。所有BnZF-HD基因都具有光响应元件, 2/3的基因具有MeJA、ABA和厌氧诱导顺式作用元件, 推测这些基因可能参与相关生物学过程。研究结果为进一步挖掘该家族基因的生物学功能奠定基础, 同时为揭示多基因家族在异源多倍体中的进化式样提供借鉴。     

小鼠耳芥PEBP基因家族全基因组鉴定及表达分析

PEBP (phosphatidylethanolamine-binding protein)家族包含保守的磷脂酰乙醇胺结合蛋白结构域,其中FT和TFL1蛋白构成植物成花素–反成花素系统调控植物的开花时间和株型结构被广泛关注。小鼠耳芥(Arabidopsis pumila)是早春短命植物,生长在古尔班通古特沙漠南缘荒漠地带,对环境具有较好的适应性。本研究对小鼠耳芥PEBP基因家族进行全基因组鉴定,发现其基因组包含11个PEBP基因(1个MFT、2个FT、2个TSF、2个TFL1、2个CEN和2个BFT),均由4个外显子与3个内含子组成。共线性分析表明,小鼠耳芥与拟南芥(A. thaliana)、琴叶拟南芥(A. lyrata) PEBP基因间存在11对共线性关系,PEBP家族在小鼠耳芥基因组中发生了明显的扩张,并且ApPEBP基因复制类型为全基因组复制/片段复制。组织表达分析发现ApMFT在种子中高表达,ApFT和ApBFT主要在花和果荚中表达,ApTFL1在茎尖中高表达,但ApCEN在根中高表达。进一步分析了6个ApPEBP基因在4种非生物胁迫下的表达特征,发现在10%PEG6000...     

甘蓝型油菜MADS-box基因家族的鉴定与系统进化分析

MADS-box基因家族参与调控开花时间、花器官分化、根系生长、分生组织分化、子房和配子发育、果实膨大及衰老等植物生长发育的重要过程。基于甘蓝型油菜(Brassica napus)基因组测序数据,利用生物信息学方法对甘蓝型油菜MADS-box基因家族进行鉴定和注释及基因结构与系统进化分析。结果显示,在甘蓝型油菜中鉴定出307个MADS-box基因家族成员,根据进化关系可将其分为两大类型,I型(M-type)包含α、β、γ三个亚家族,II型(MIKC-type)包括MIKCC和MIKC*两个亚家族,MIKCC可进一步分为13个小类;甘蓝型油菜A基因组染色体上分布的MADS-box基因多于C基因组。在基因结构上,MIKC-type亚家族基因序列普遍比M-type长且含有较多的外显子;M-type亚家族蛋白序列中的motif数量为2–5个,MIKC-type亚家族蛋白序列中平均含有7个motif。拟南芥(Arabidopsis thaliana)与甘蓝型油菜MADS-box基因共线性分析结果显示,全基因组复制事件对MADS-box基因家族尤其是MIKC亚家族的扩张起重要作用;MIKC亚家族基因在进化过程中受到的选择压力约为M-type的2倍,这表明MIKC-type亚家族在进化过程中被选择性保留。     

4种模式植物LRR VIII-2亚家族基因的鉴定和进化历史分析

全基因组重复与串联重复是发生基因重复的重要机制, 也是基因组和遗传系统多样化的重要动力。LRR-RLK编码富含亮氨酸重复的类受体蛋白激酶, 是被子植物进化史上发生大规模扩张而形成的多基因家族。拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtLRR-RLK包含15个亚家族, AtLRR VIII-2是其中发生串联重复比例最高的亚家族。通过分析拟南芥、杨树(Populus trichocarpa)、葡萄(Vitis vinifera)和番木瓜(Carica papaya) 4种模式植物中LRR VIII-2亚家族基因的扩张及差异保留情况, 结果显示, LRR VIII-2在杨树中的扩张程度最高, 在拟南芥和葡萄中的扩张程度居中, 但在番木瓜中发生丢失。拟南芥、杨树和葡萄LRR VIII-2亚家族具有旁系同源基因对, 但在番木瓜中未发现旁系同源基因。除杨树中的1对旁系同源基因外, 4种模式植物中LRR VIII-2亚家族的旁系和直系同源基因都受到较强的纯化选择作用。对LRR VIII-2亚家族进化历史的深入分析有助于理解基因重复在植物进化中的作用和意义, 可为预测同源基因功能及解析其它基因家族进化历史提供参考。     

小鼠耳芥MAPKKK基因家族全基因组鉴定及进化与表达

丝裂原活化蛋白激酶激酶激酶(Mitogen-activated protein kinase kinase kinases, MAPKKKs)是MAPK级联的重要组成部分,在发育过程和胁迫反应中发挥重要功能。小鼠耳芥(Arabidopsis pumila)是生活在新疆荒漠中的十字花科短命植物,具有很好的耐盐能力。为了探索小鼠耳芥MAPKKK基因家族的进化和功能,本研究通过全基因组分析从小鼠耳芥基因组中鉴定了143个ApMAPKKK基因,分属3个亚族：ZIK (20个)、MEKK (36个)和RAF (87个)。共线性分析表明小鼠耳芥与拟南芥和琴叶拟南芥分别存在74和72个共线性基因,说明该家族在小鼠耳芥基因组中发生了明显的扩张;进化分析表明存在64对复制基因对,Ka/Ks均小于1,以纯化选择为主。利用RNA-seq数据分析ApMAPKKK在盐胁迫和不同组织中的表达特征,结果表明在250 mmol/L NaCl胁迫下,大多数ApMAPKKK基因上调表达,其中ApMAPKKK18-1/2和ApMAPKKK17-1/2显著上调表达;而在8个组织中,ApMAPKKK主要呈现6种表达模式;部分复...     

甘蓝型油菜BnMYB80基因的生物信息学分析

在高等植物花药发育和花粉形成中, MYB转录因子起着非常重要的作用, 其中MYB80是参与绒毡层发育及引起雄性不育的重要转录因子。该研究以拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtMYB80为参考序列, 通过BLAST比对分析, 在白菜(Brassica rapa)、甘蓝(B. oleracea)和甘蓝型油菜(B. napus)中分别获得MYB80基因的2、2和6个同源序列, 运用生物信息学方法对其核苷酸序列及编码的氨基酸序列进行组成成分、亚细胞定位、磷酸化位点、疏水性/亲水性、蛋白质二级、三级结构和功能域分析。结果表明, MYB80转录因子亚细胞定位于细胞核, 具有多个不同的磷酸化位点, 肽链表现为亲水性; 二级、三级结构预测显示, MYB80蛋白以α-螺旋和无规则卷曲为主要结构元件; 保守结构域分析表明, 其N端具有2个串联的SANT功能域, 属于R2R3型MYB转录因子。多重序列比对和进化树分析结果表明, 甘蓝型油菜与白菜、甘蓝的序列相似性大于92%, 且MYB80转录因子的功能结构域具有较高的同源性和较强的序列保守性。该研究结果对深入解析甘蓝型油菜MYB80的生物学功能及育性调控的分子机理具有重要意义, 为甘蓝型油菜杂种优势利用提供了依据。     

拟南芥和水稻金属蛋白酶ftsH基因家族的基因组比较分析

FtsH(Filamentation temperature-sensitive H)是一种广泛存在于原核生物和真核生物中的ATP依赖型金属蛋白酶。同源性分析表明,在拟南芥和水稻基因组中分别有12个和9个ftsH基因。ftsH基因在染色体上的分布有明显的偏爱性,如拟南芥的1、2、5号染色体和水稻的1、5号染色体。亚细胞定位分析表明,所有FtsH蛋白均定位于叶绿体或线粒体中。系统进化分析表明,21个FtsH蛋白成员可分为8个类群,其中AtFtsH12在水稻中没有发现种间同源物。每个类群成员的蛋白序列高度保守,种内同源物显示出大于80%的相似性,而种间同源物的相似性也大于70%。类群内的同源基因并非平行进化产生的,拟南芥基因组中进化出AtftsH1/5、AtftsH2/8、AtftsH3/10和AtftsH7/9共4个同源基因对,而水稻基因组中只有OsftsH3/8和OsftsH4/5两个同源基因对。每一类群中的成员在基因外显子-内含子边界分布上表现出高度保守性,在蛋白功能结构域的可变残基上具有偏爱性,而内含子在碱基组成和序列长度上表现出广泛的变异。拟南芥和水稻ftsH基因家族的比较分析为其他物种ftsH基因的特...     

大豆PEBP基因家族的分析

磷脂酰乙醇胺结合蛋白(PEBP,phosphatidyl ethanolamine-binding protein)基因家族在动物、植物和微生物中广泛存在,在控制植物开花和种子休眠中起重要作用。本研究对大豆PEBP基因家族进行了分析,发现了27个大豆PEBP基因的候选序列,其中16个具有完整PEBP结构域的全长序列被认为是大豆Gm PEBP家族基因。Gm PEBP基因分布在9条染色体上,基因结构高度保守。通过系统发生分析,可将大豆Gm PEBP基因家族成员分为FT-like、TFL1-like和MFT-like 3个亚族,并且发现Gm PEBP家族成员数目按照大豆物种特异性的方式进行了扩张。对重复基因的Ks分析表明,绝大多数重复基因主要由5900万年前和1300万年前的大豆基因组复制所致。     

芸薹属(Brassica napus,B.rapa,B.oleracea) CAMTA3基因家族的鉴定及生物信息学分析

芸薹属(Brassica)植物(甘蓝型油菜,白菜,甘蓝)是重要的经济作物,它们之间的关系可用禹氏三角表示.CAMTA是在进化过程中高度保守的一类转录因子家族,该家族成员在芸薹属植物抗逆境胁迫过程中具有重要作用.为了探讨芸薹属CAMTA3基因家族的功能,本研究利用生物信息学手段,鉴定了芸薹属(白菜,甘蓝和甘蓝型油菜)CAMTA3基因家族的8个基因,并从蛋白质的理化性质、家族进化与基因结构和上游启动子等方面进行了分析研究.分析表明,芸薹属CAMTA3基因家族8个成员在进化过程中具有较高的保守性,其亲缘关系与禹氏三角理论相符,且各成员在植物响应抗胁迫过程中占重要地位.研究结果为芸薹属CAMTA3基因家族的功能研究提供了一定的信息基础.     

An in planta haploid induction system in Brassica napus

Doubled haploid technology is widely used to accelerate plant breeding, but its use in the important oilseed crop Brassica napus L. is limited because B. napus haploids could only be obtained through in vitro anther or microspore cultures. Recently, maize (Zea mays) lines containing mutations in Domain of unknown function 679 membrane protein (DMP) were used as haploid inducer lines. This new haploid induction mechanism has been extended to several other plants, including the dicots Arabidopsis thaliana, tomato (Solanum lycopersicum), and tobacco (Nicotiana tabacum). Here, we knocked out four BnaDMP genes in the B. napus cultivar Westar using a clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/CRISPR-associated protein 9 vector with an enhanced green fluorescent protein expression cassette. Plants with DMP mutations in B. napus in the T₀, T₁, and T₂ generations exhibited a haploid induction rate up to 2.53%. These results suggest that targeting BnaDMP could be useful for haploid induction in B. napus.     

白桦APETALA2基因启动子的克隆及其表达分析

APETALA2（AP2）转录因子亚家族普遍存在于植物中,参与植株的生长发育、胁迫应答和多种生理生化反应的信号传导。本研究从白桦（Betula platyphylla Suk.）基因组中克隆了AP2基因2 308 bp的启动子序列,生物信息学分析发现,该序列除具有TATA-box和CAAT box等高等植物普遍具有的保守元件外,还具有大量光响应元件和激素响应元件,如响应赤霉素、脱落酸、茉莉酸甲酯等的元件。将白桦AP2基因启动子克隆至pBI121-35S：：GUS植物表达载体中,命名为pBI121-proAP2：：GUS,用农杆菌介导法侵染白桦和拟南芥,并进行GUS染色分析,结果表明AP2基因启动子驱动下的GUS报告基因在整个拟南芥中都表达,在白桦的营养器官和雌花种翅及花柄中也有表达,说明其具有启动活性,可能参与该器官的发育。     

白桦BpSPL2基因启动子的克隆及表达分析

SPL(SQUAMOSA promoter-binding protein-like)是植物特有的转录因子,研究表明其在参与发育阶段转变、花和果实发育等方面起着重要作用。利用PCR技术从白桦基因组DNA中扩增获得BpSPL2基因上游1 960 bp启动子序列,使用PLACE和Plant CARE在线软件分析序列,发现BpSPL2基因启动子序列中含有与开花、非生物胁迫及激素响应等相关的顺式作用元件,暗示其在植物的生长发育和胁迫应答中起重要作用。进而构建了BpSPL2基因启动子驱动GUS报告基因的植物表达载体,并利用农杆菌介导将其瞬时转化至白桦和拟南芥,通过GUS组织化学染色检测BpSPL2基因启动子的组织表达特性,结果表明BpSPL2基因启动子具有启动子活性,能够驱动GUS基因在白桦和拟南芥中表达;而其表达活性在白桦的叶片、芽及根部中较强,在拟南芥的花药、雌蕊和叶片较强,为进一步研究白桦BpSPL2基因的表达调控及其功能分析提供参考。     

Responses of four Brassica species to sodium chloride

Responses in sand culture of four Brassica species, B. campestris, B. carinata, B. juncea and B. napus to NaCl were assessed for growth and yield. B. napus produced significantly greater fresh and dry biomass than the other three species in NaCl treatments and also a higher seed yield in both absolute and relative terms when grown at 125 mol/m³ NaCl. In contrast, B. campestris had the lowest biomass production, seed yield and oil content. B. campestris did not differ significantly from B. juncea and B. carinata in biomass production for growth, but B. carinata had a significantly higher seed yield (1.60 g/plant) than that of B. juncea and B. campestris (0.69 and 0.61 g/plant, respectively). The higher seed yielding species, B. napus (1.74 g/plant) and B. carinata (1.60 g/plant) accumulated lower amounts of Na⁺ and Cl⁻ in their tissues and had significantly higher K selectivity (S_K,Na) in their shoots than did those of B. campestris and B. juncea, B. napus and B. carinata also had higher leaf succulence than that of B. campestris. In view of the results presented here it can be concluded that B. napus and B. carinata are relatively tolerant to NaCl whereas B. campestris and B. juncea are relatively sensitive to NaCl.     

羽衣甘蓝BoMAPK4原核表达、抗体制备及蛋白表达分析

以羽衣甘蓝（Brassica oleracea var. acephala）自交不亲和系（S_13-bS_13-b ）为材料,提取柱头RNA,利用RT-PCR分离羽衣甘蓝柱头丝裂原活化蛋白激酶4（MAPK4）基因。结果表明：获得的BoMAPK4 cDNA含有一个 1 122 bp开放阅读框,编码373个氨基酸,具有丝氨酸/苏氨酸结构域,无信号肽和跨膜结构。羽衣甘蓝BoMAPK4与油菜（B. napus）BnMAPK4、芜菁（B. rapa）BrMAPK4、拟南芥（Arabidopsis thaliana）AtMAPK4的氨基酸序列一致性分别为99.7%、99.5%、95.4%。将BoMAPK4编码区的序列构建到原核表达载体pET-14b上,并转化到BL21（DE3）大肠杆菌（Escherichia coli）中进行原核表达。SDS-PAGE结果显示,在分子量大小约45 kDa处有BoMAPK4重组蛋白特异性表达。利用亲和层析的方法获得高纯度的重组BoMAPK4蛋白。利用获得的重组BoMAPK4蛋白免疫小鼠,制备BoMAPK4的多克隆抗体。提取羽衣甘蓝萼片、花瓣、花药、柱头、花柱和子房的总蛋白,利用免疫印迹的方法进行蛋白表达检测,结果发现BoMAPK4在花瓣、花药和子房中表达的较少,在萼片和花柱中表达的较多,在柱头中的表达量最高。这些研究为探讨BoMAPK4的生物学功能奠定了基础。     

典型黑土区主要树种根系构型特征及其对固土能力的影响

为量化典型黑土区主要树种根系构型特征,探究其对固土能力的影响,以该区分布较广的榆叶梅、小叶锦鸡儿、白桦、糖槭、红皮云杉、樟子松单株个体为研究对象,采用全根挖掘和WinRHIZO Pro LA2004分析系统相结合对其根系空间分布、几何形态、分形等特征进行测定,同时采用原位整株根系拉拔的方法量化根系垂直拉拔力。结果表明: 榆叶梅以倾斜根为主,小叶锦鸡儿、白桦、糖槭和红皮云杉以水平根为主,樟子松根系在水平和垂直分布上较为均衡;除白桦总根表面积和红皮云杉总根长外,灌木树种总根长、总根表面积显著大于乔木,落叶阔叶乔木总根长、总根表面积显著大于针叶常绿乔木,白桦总根体积显著大于小叶锦鸡儿、糖槭、红皮云杉和樟子松;榆叶梅、小叶锦鸡儿和白桦根系分形维数和分形丰度显著大于红皮云杉和樟子松;榆叶梅、小叶锦鸡儿和糖槭整株根系平均最大垂直拉拔力显著大于白桦、樟子松和红皮云杉。主要受根系总根长、总根表面积和倾斜根数量的影响,榆叶梅、小叶锦鸡儿和糖槭根系表现出较强的固土能力,可作为典型黑土区水土保持植被构建中优先选择的树种。     

铁-碳内电解质下4种水生植物的净水效果

为比较湿地生态系统中常见水生植物的净水效果,在铁-碳内电解质下以凤眼莲、睡莲、菖蒲、芦苇4种水生植物为研究对象,比较分析植物及其组合在不同试验时间(1～5 d)对污水中铵氮、化学需氧量(COD)、总磷(TP)的净化效果.结果表明:与无植物的对照相比,铁-碳内电解质下单种水生植物对污水中的铵氮、COD、TP去除效果更好,但物种间存在明显差异.在污水处理2 d时,凤眼莲对铵氮的去除率达到100%;3 d时,铵氮在菖蒲水体中的浓度接近0;各类型植物组合对铵氮的去除效果均较好.在污水处理2 d时,凤眼莲的水体COD浓度接近0,菖蒲次之,凤眼莲-菖蒲组合水体的COD浓度降为最低(4.33 mg·L^-1),去除率为85.1%.在处理4 d时,凤眼莲的TP浓度最低,芦苇次之;处理2 d时,凤眼莲-菖蒲水体的TP浓度最低.内电解质与植物的组合效果比单纯内电解质对污水的净化效果好,植物的配置应依据污染物水平进行优化.