甘蓝型油菜中一类AP2/ERF转录因子的克隆和生物信息学分析

AP2/ERF转录因子家族是植物中广泛存在的一类转录因子,AP2/ERF这类转录因子主要参与植物的细胞周期、生长发育以及生物和非生物胁迫相关基因的表达调控。由于拟南芥和油菜同属于芸薹属,具有相似的基因信息,利用油菜UniGene数据库,以拟南芥ERF转录因子保守序列为探针,通过电子克隆从一个UniGene Cluster中分离得到三个同类的AP2/ERF转录因子,从cDNA序列、氨基酸序列的相似性、组成成分、理化性质、疏水性/亲水性分析、序列比对、进化树、功能域、二级结构、三级结构、无序化特性进行了预测和较为全面的分析。结果显示油菜来源的BnaERF1、BnaERF2和BnaERF3属于AP2/ERF转录因子的B-2亚族,是亲水性蛋白,在蛋白质的三级结构上与AtERF1相似。蛋白质无序化分析发现,油菜BnaERF1、BnaERF2和BnaERF3无序化程度小于拟南芥AtERF1。设计引物通过PCR和RT-PCR方法分别从甘蓝型双低油菜沪油15幼苗的DNA和cDNA中扩增了上述基因,初步分析BnaERF2没有内含子,BnaERF1和BnaERF3有内含子。另外,通过EST丰度分析显示,该类转录因子的表达最高峰在种子中,其次为花,在芽、茎和分生组织中没有检测出表达的存在。     

怎样将花变成花椰菜

为什么花椰菜的形状如此独特?庭院花椰菜是最早的一种被公认的花的变形,但其分子基础未知。加利福尼亚大学生物系和分子遗传中心的Martin F.Yanofsky、Sherry A.Kempin和Beth Savidge已经在拟南芥属植物中对花椰菜基因(cal)进行了研究,该基因与apetelal(apl)一起作为双隐性突变,产生类似于花椰菜头的表型。双突变产生的细胞由正常的花分生组织细胞变成了花序分生组织细胞。Ca1基因的定序表明该基因与Ap1有亲缘关系,这种基因可以稳定表达于幼嫩花原基中(Science(Washington)267,523～526)。由Ca1编码的序列包括一个MADS区,该序列通常与转录因子联合在一起。     

落叶松APETALA2-Like转录因子基因的分离及功能分析

以落叶松转录组测序数据为基础,利用RT-PCR从落叶松中分离出一个1590 bp的APETALA2-Like转录因子基因全长编码序列,命名为La AP2L1。蛋白质特性分析显示La AP2L1编码529个氨基酸,为亲水性蛋白,相对分子质量为58.327 k D,等电点为6.45。二级结构主要由α-螺旋(alpha helix)、β-折叠(strand)和环肽链(loop)组成。多重序列比对和系统进化分析表明La AP2L1所编码的氨基酸与黑松、云杉等亲缘关系最近。同时,通过构建植物表达载体,利用浸花法转化模式植物拟南芥的功能研究发现,与转空载体对照拟南芥相比,过量表达La AP2L1的转基因拟南芥的叶片、茎、花和株高都显著增大、增高,表明落叶松La AP2L1转录因子可能参与了植物器官发育的调节。     

梨DREB基因家族全基因组鉴定及分析

本研究为鉴定梨DREB基因,分析其生理特性和结构,并研究DREB蛋白的相互作用以及在不同逆境中的表达差异,通过生物信息学方法,对梨DREB转录因子进行了鉴定与分析。如利用本地BLAST、Pfam等搜索、鉴定DREB蛋白;采用Protparam、Signal P、SPOMA、MEME数据库、DNAMAN、MEGA6.0等对蛋白进行结构特性和进化关系分析;基于String数据库对DREB蛋白进行功能互作分析;并运用拟南芥Illumia RNA-Seq数据进行同源表达分析。从梨全基因组中鉴定了60个DREB基因,通过与拟南芥DREB基因聚类分析,共分为6个亚组(A1~A6)。编码的氨基酸残基数在99~496个之间,平均含有250个氨基酸残基,整体呈弱酸性。系统分析了Pbr DREBs蛋白的保守基序和基因结构,发现这些Pbr DREBs蛋白都含有一个典型的AP2/ERF结构域,这个结构域含有55个左右的氨基酸残基,大部分以YRG保守元件开始,到RAYD保守元件终止。对Pbr DREBs蛋白之间的功能联系网络进行了系统的研究,发现DREB转录因子在梨的生长发育过程及其多种逆境反应的信号转导中发挥着重要作用,且在逆境调控中各亚组成员之间也可能存在交叉作用,其中,A1亚组即CBF转录因子在蛋白质相互调控中起重要作用。并利用同源拟南芥RNASeq数据对Pbr DREBs蛋白进行了低温、干旱等非生物胁迫下的同源分析,表明DREB蛋白在多种胁迫中都起到了重要作用。初步鉴定出的梨60个DREB基因在功能、结构、特性等方面与拟南芥及其它已报道的物种DREB基因相似,并在低温、干旱等逆境中起到重要作用。     

APETALA1突变影响WRKY基因的基础表达

拟南芥APETALA1（AP1）既是一个花分生组织特征基因又是一个花器官特征基因,在花器官发育中控制花萼和花瓣的发育。通过GUS染色进一步证实AP1主要在茎尖、花萼、花瓣和花托的位置表达。启动子分析发现,AP1启动子区包含了包括W-box在内的大量顺式作用元件,暗示相关转录调控因子参与了对AP1的调控。21个WRKY基因单突变后并不改变AP1在花中的表达,但是AP1突变则增强了检测的10个WRKY基因中7个WRKY基因的表达,暗示AP1参与了对WRKY基因的基础表达的调控。这个结果也暗示AP1可能通过控制花萼和花瓣的发育从而参与了对花的基础抗性。     

油橄榄AP2/ERF转录因子鉴定及水胁迫表达分析

为探究油橄榄AP2/ERF基因家族对水胁迫的响应机制,该研究对受干旱及水淹胁迫的‘佛奥’和‘TYZ-1号’2个品种的根和叶进行转录组测序,并对油橄榄中AP2/ERF转录因子的蛋白理化性质、基因结构及系统进化进行分析,同时分析与水胁迫相关的AP2/ERF转录因子在2个油橄榄品种中的基因表达差异且进行RT-qPCR验证。结果表明：(1)在油橄榄中鉴定得到110个AP2/ERF基因家族成员,该110个蛋白质所含氨基酸大小为173～717 bp,均不存在信号肽,为非分泌蛋白。将油橄榄AP2/ERF与模式植物拟南芥AP2/ERF蛋白构建进化树发现,油橄榄AP2/ERF蛋白分为AP2、RAV、ERF和Solosist 4大类,其中ERF分为ERF和DREB 2个亚类,ERF包含ERF B1～ERF B6 6个子亚类,DREB包含DREB A1～DREB A6 6个子亚类,这与模式植物拟南芥AP2/ERF的分类一致,每个亚家族同时包含了油橄榄和拟南芥AP2/ERF蛋白,说明拟南芥和油橄榄的AP2/ERF家族在进化水平上有一定的相似性。(2)油橄榄AP2/ERF同一亚家族蛋白具有相同的基因结构及保守元...     

基于MADS-box诱饵与蛋白质相互作用的拟南芥花瓣发育分子网络拓展

阐明花器官发育调控机理具重要的进化、发育和生态学意义。该文以拟南芥(Arabidopsis thaliana)花瓣发育为例, 整合蛋白质互作、亚细胞定位、基因芯片和基因功能注释等数据库, 通过组建蛋白质互作可信预测模型, 获得拟南芥花瓣蛋白质互作网络, 以含有MADS-box结构域蛋白为诱饵在网络中进行一级拓展, 得到含38个蛋白质和67对互作的拓展网络。基于拓展网络, DAVID基因功能注释表明, 多数蛋白质涉及的生物学过程与花发育调控相关; 提取到19个候选四元互作, 涉及ABCDE模型基因之外的8个基因, 其中含MADS-box结构域的AGL16可能是B类基因新成员或其冗余; SEU、LUH、CHR4、CHR11、CHR17和AT3G04960为拟南芥花瓣AP1-AP3-PI-SEP四聚体的候选靶标基因。研究结果为深入解析拟南芥花瓣发育分子调控网络奠定了基础。     

bHLH转录因子的磷酸化调控植物生理功能的研究进展

bHLH转录因子是植物体内第二大类转录因子,在植物生长发育和胁迫反应的转录调控网络中扮演着非常重要的角色。磷酸化作为蛋白质翻译后重要的调控方式,影响转录因子的转录活性、定位、蛋白间互作、稳定性。为深入了解磷酸化对bHLH转录因子的影响,本文对近年来bHLH家族成员的磷酸化研究进展进行综述,包括bHLH转录因子的结构、分类、功能以及磷酸化位点上的突变对其生理及生化功能的改变,为从磷酸化调控角度提升农作物的营养利用效率、品质和抗逆性等农艺性状提供理论依据。     

Col生态型拟南芥AP3基因启动子克隆及植物表达载体构建

隶属于MADS-Box基因家族的拟南芥花器官B类特征基因APETALA3 (AP3)在花瓣和雄蕊中特异性地表达;AP3基因编码转录因子,与A类和C类特征基因协同作用控制双子叶植物花瓣和雄蕊的发育.研究表明AP3基因启动子为花特异表达启动子.因此,AP3基因启动子的克隆及功能鉴定对于园林植物与花相关的商业性状的定向改良具有重要作用.本文根据GenBank数据库报道的Ler生态型拟南芥(Arabido-psis thaliana) AP3基因启动子序列(U30729)设计了一对特异性扩增引物,基于PCR技术,用高保真的KOD-plus DNA聚合酶扩增了长度为1 767 bp的Col生态型拟南芥AP3基因启动子,并命名为pAtAP3,其GenBank登录号为FJ619533.Bl2seq在线分析表明pAtAP3与U30729序列的相似性达98%,与Col生态型拟南芥BAC克隆T12E18 (AL132971) 9 264～11 030之间的碱基序列相似性达100%,且该段序列的下游基因编码AP3蛋白(CAB81799),说明克隆序列为Col生态型拟南芥AP3基因的启动子.PLACE在线分析表明pAtAP3具有基本的启动子元件TATA-box和CAAT-box,还包含大量与花特异表达相关的顺式元件CArG1、CArG2、CArG3和anther-box等.本试验进一步构建了植物表达载体pAtAP3::GUS,为该启动子的功能鉴定奠定了基础.     

拟南芥中WRKY31转录因子的转录活性与互作蛋白分析

为深化对AtWRKY基因家族中功能尚未被报道成员的认识,探究拟南芥中WRKY转录因子基因在非生物逆境响应中的作用与可能的机制,通过对AtWRKY31进行亚细胞定位以及转录活性分析,并利用qRT-PCR检测AtWRKY31在不同逆境处理1、3和12 h后的表达变化,通过酵母双杂交(Y2H)和双分子荧光互补(BiFC)对其互作蛋白进行了筛选与验证。发现AtWRKY31定位于细胞核,具有转录抑制作用,且表达受热害、低钾、低氮等处理显著的抑制。此外,发现WRKY31可以与WRKY31、WRKY6和WRKY42在体内发生互作。拟南芥WRKY31作为一个转录抑制子,可能通过与WRKY6和WRKY42转录因子互作来参与调控对一些非生物逆境的应答。     

APETALA1 and SEPALLATA3 interact to promote flower development

In Arabidopsis, the closely related APETALA1 (AP1) and CAULIFLOWER (CAL) MADS-box genes share overlapping roles in promoting flower meristem identity. Later in flower development, the AP1 gene is required for normal development of sepals and petals. Studies of MADS-domain proteins in diverse species have shown that they often function as heterodimers or in larger ternary complexes, suggesting that additional proteins may interact with AP1 and CAL during flower development. To identify proteins that may interact with AP1 and CAL, we used the yeast two-hybrid assay. Among the five MADS-box genes identified in this screen, the SEPALLATA3 (SEP3) gene was chosen for further study. Mutations in the SEP3 gene, as well as SEP3 antisense plants that have a reduction in SEP3 RNA, display phenotypes that closely resemble intermediate alleles of AP1. Furthermore, the early flowering phenotype of plants constitutively expressing AP1 is significantly enhanced by constitutive SEP3 expression. Taken together, these studies suggest that SEP3 interacts with AP1 to promote normal flower development.     

Patterns of molecular evolution among paralogous floral homeotic genes.

The plant MADS-box regulatory gene family includes several loci that control different aspects of inflorescence and floral development. Orthologs to the Arabidopsis thaliana MADS-box floral meristem genes APETALA1 and CAULIFLOWER and the floral organ identity genes APETALA3 and PISTILLATA were isolated from the congeneric species Arabidopsis lyrata. Analysis of these loci between these two Arabidopsis species, as well as three other more distantly related taxa, reveal contrasting dynamics of molecular evolution between these paralogous floral regulatory genes. Among the four loci, the CAL locus evolves at a significantly faster rate, which may be associated with the evolution of genetic redundancy between CAL and AP1. Moreover, there are significant differences in the distribution of replacement and synonymous substitutions between the functional gene domains of different floral homeotic loci. These results indicate that divergence in developmental function among paralogous members of regulatory gene families is accompanied by changes in rate and pattern of sequence evolution among loci.     

Redundant regulation of meristem identity and plant architecture by FRUITFULL, APETALA1 and CAULIFLOWER

The transition from vegetative to reproductive phases during Arabidopsis development is the result of a complex interaction of environmental and endogenous factors. One of the key regulators of this transition is LEAFY (LFY), whose threshold levels of activity are proposed to mediate the initiation of flowers. The closely related APETALA1 (AP1) and CAULIFLOWER (CAL) meristem identity genes are also important for flower initiation, in part because of their roles in upregulating LFY expression. We have found that mutations in the FRUITFULL (FUL) MADS-box gene, when combined with mutations in AP1 and CAL, lead to a dramatic non-flowering phenotype in which plants continuously elaborate leafy shoots in place of flowers. We demonstrate that this phenotype is caused both by the lack of LFY upregulation and by the ectopic expression of the TERMINAL FLOWER1 (TFL1) gene. Our results suggest that the FUL, AP1 and CAL genes act redundantly to control inflorescence architecture by affecting the domains of LFY and TFL1 expression as well as the relative levels of their activities.     

Variation and selection at the CAULIFLOWER floral homeotic gene accompanying the evolution of domesticated Brassica oleracea

The evolution of plant morphologies during domestication events provides clues to the origin of crop species and the evolutionary genetics of structural diversification. The CAULIFLOWER gene, a floral regulatory locus, has been implicated in the cauliflower phenotype in both Arabidopsis thaliana and Brassica oleracea. Molecular population genetic analysis indicates that alleles carrying a nonsense mutation in exon 5 of the B. oleracea CAULIFLOWER (BoCAL) gene are segregating in both wild and domesticated B. oleracea subspecies. Alleles carrying this nonsense mutation are nearly fixed in B. oleracea ssp. botrytis (domestic cauliflower) and B. oleracea ssp. italica (broccoli), both of which show evolutionary modifications of inflorescence structures. Tests for selection indicate that the pattern of variation at this locus is consistent with positive selection at BoCAL in these two subspecies. This nonsense polymorphism, however, is also present in both B. oleracea ssp. acephala (kale) and B. oleracea ssp. oleracea (wild cabbage). These results indicate that specific alleles of BoCAL were selected by early farmers during the domestication of modified inflorescence structures in B. oleracea.     

外源BoCAL基因对花椰菜花球形态发生的调节及其遗传

花椰菜和结球甘蓝是芸薹属甘蓝种的两个变种,前者的BoCAL基因发生提前终止突变而失去了原有的功能,而后者的BoCAL基因具有完整的编码区。在农杆菌的介导下,我们获得了BoCAL转基因花椰菜。T2代的遗传研究表明,外源BoCAL基因转入后花椰菜转基因植株都没有形成花球,而是只形成松散的由花蕾组成的绿色花序。这一结果说明,花椰菜BobCAL被甘蓝BoCAL互补了,转基因花椰菜因此失去了形成花球的能力。这些转基因植株自交到T3代时花序的形态特征与T2代一致,为松散的绿色花序,但是花序出现的时间与T1代相比提早了15天。将转基因花椰菜与野生型花椰菜杂交,结果发现杂交后代的植株形成夹杂有花蕾的花球,且花序出现的时间大大推迟,在播种后135天后才形成花球。     

外源BoCAL基因对花椰菜花球形态发生的调节及其遗传

花椰菜和结球甘蓝是芸薹属甘蓝种的两个变种,前者的BobCAL基因发生提前终止突变而失去了原有的功能,而后者的BoCAL基因具有完整的编码区。在农杆菌的介导下,我们获得了BoCAL转基因花椰菜。T_2代的遗传研究表明,外源BoCAL基因转入后花椰菜转基因植株都没有形成花球,而是只形成松散的由花蕾组成的绿色花序。这一结果说明,花椰菜BobCAL被甘蓝BoCAL互补了,转基因花椰菜因此失去了形成花球的能力。这些转基因植株自交到T_3代时花序的形态特征与T_2代一致,为松散的绿色花序,但是花序出现的时间与T_1代相比提早了15天。将转基因花椰菜与野生型花椰菜杂交,结果发现杂交后代的植株形成夹杂有花蕾的花球,且花序出现的时间大大推迟,在播种后135天后才形成花球。