植物角质层基因研究进展

角质层是形成于陆生植物表皮细胞壁外表面的脂质保水层。角质层的基本功能是保水,同时也在响应逆境胁迫、自我清洁及器官发育等方面发挥作用。角质层通常由角质和蜡质组成。角质是角质层的主要结构成分,其主要组分是聚酯。蜡质成分主要为极长链饱和脂肪酸及其衍生物。这些组分在内质网上合成后被转运到细胞表面,进一步形成完整的角质层结构。近年来通过对角质层相关突变体及相应基因的研究,人们对角质层在合成、转运、形成及调控等各个阶段都有了较为深入的认识。蜡质和角质的合成途径已在角质层相关基因功能的解释下逐渐浮出水面。有关角质层前体转运方面的研究,主要的突破在于ABCG全转运蛋白的发现和功能解析。在角质层形成的机理方面,角质层基因中的酯酶和脂酶类基因的研究有助于进一步认识这个复杂的过程。在基因调控方面,新的转录因子基因和角质层与环境之间的相互关系研究,也为已知的调控网络增加了新内容。该文综述了目前关于角质层相关基因的最新研究进展。     

基于RNA-seq技术分析雄性不育宁夏枸杞花药不同发育时期基因表达特征

本研究利用半薄切片法对比分析了宁夏枸杞(Lycium barbarum)雄性不育系‘宁杞5号’和可育系‘宁杞1号’花药不同发育时期的细胞学特征,并进一步采用RNA-seq技术分别对‘宁杞5号’和‘宁杞1号’小孢子母细胞时期、四分体时期和单核时期的花药进行转录组比较分析。结果显示,不育系‘宁杞5号’的绒毡层在四分体时期开始出现异常,同时四分体外胼胝质壁并不发生降解,最终导致不能产生可育花粉粒。花药发育三个时期的转录组分析共筛选到2 619个差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs),其中1 609个上调,1 010个下调,另有70个DEGs在三个不同发育时期均有出现。GO及KEGG分析均表明,2 619个DEGs主要参与胼胝质合成与降解、脂质代谢、类黄酮生物合成等过程。RT-qPCR验证结果与转录组测序结果基本一致。通过对转录组DEGs的分析,筛选到9个可能与花粉败育相关的胼胝质合成与降解的DEGs,以及19个与花药发育相关的差异表达转录因子。该研究为深入解析宁夏枸杞花药雄性不育的分子机制提供新的基因资源,奠定了一定的基础。     

银杏(Ginkgo biloba)叶表皮特征及其气孔的发育

通过光学显微镜和扫描电子显微镜,对离析和未离析的、成熟的和刚开始发育的银杏叶表皮进行了研究.表皮基本特征:两面生气孔型,但气孔主要分布在下表皮,上表皮气孔的数目和分布因个体而异;气孔器为单唇单环式,围绕每个气孔的副卫细胞数目多为5～6个;副卫细胞的平周壁明显加厚,具乳突状突起,拱盖着下陷的保卫细胞;偶有双气孔发生;上表皮厚于下表皮;表皮细胞可明显分为叶脉区和脉间区.角质外蜡质层:在高倍扫描电子显微镜下,管状的蜡质晶体交错覆盖在叶片的外表面,还观察到有些管状的蜡质晶体呈分叉状态.气孔的发育:通过我们的观察,认为银杏气孔的发生属于典型的周源型, 即副卫细胞与保卫细胞各自发生于不同的母细胞,而不是前人报道的中--周型起源.     

刺猎蝽属种间转录组比较分析

【目的】建立刺猎蝽属Sclomina 3种的转录组数据库,分析近缘种间转录组表达差异,探讨在转录组水平的种间趋异情况。【方法】采用Illumina HiSeq^TM4000高通量测序平台进行刺猎蝽属齿缘刺猎蝽S.erinacea、兴仁刺猎蝽S.xingrensis和广西刺猎蝽S.guangxiensis 3种转录组测序;利用Nr, Swiss-Prot, COG/KOG和KEGG数据库进行基因功能注释;对种间差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs)进行GO功能注释和KEGG通路富集分析。【结果】齿缘刺猎蝽、兴仁刺猎蝽和广西刺猎蝽转录组测序组装获得42 215个unigenes。21 117个基因在上述4个数据库中得到注释(各数据库注释基因数为：Nr, 20 522; Swiss-Prot, 15 550; COG/KOG, 13 969; KEGG,10 850)。兴仁刺猎蝽vs齿缘刺猎蝽转录组有3 390个DEGs (803个上调,2 587个下调),兴仁刺猎蝽vs广西刺猎蝽转录组有12 543个DEGs (6 63...     

安徽景天属（Sedum）植物叶表皮研究

利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察安徽省１２种景天属（Ｓｅｄｕｍ）植物的叶表皮,统计并测量报气孔类型,气孔大小,气孔密度及气孔指数等,描述了表皮角质膜,蜡质纹饰及气孔外拱盖的有关特征。结果表明：景天属植物叶表皮气孔器为不等细胞型。气孔器类型,表皮细胞形状及垂周壁式样,角质膜,蜡质纹饰等,种间无差异或极小,而气孔大小,气孔器分布特征,气孔密度,表皮毛等种间差异较大,建议在种间区分上将差异大的特征作为     

植物表皮蜡质参与干旱胁迫的反应机制

植物表皮是植物与外部环境直接接触的部位,包括具有立体网状结构的角质和填充其间并覆盖其上的蜡质。植物在适应外界环境的过程中,表皮蜡质形成了特殊的结构和复杂的化学组成。植物表皮蜡质最重要的功能是参与阻止植物非气孔性失水,提高植物对水分的利用效率,以实现对干旱环境的适应。干旱环境会导致植物表皮蜡质代谢的变化,这种变化最终通过调控基因表达来实现。目前已经发现了多个蜡质代谢相关基因参与了植物对干旱环境的适应,部分基因已经成功克隆并且用于改良农作物的抗旱性。但这些基因参与干旱响应的分子机制及其与ABA的关系并不很清楚。就植物适应水分胁迫而发生的包括蜡质组成和含量在内的代谢变化,以及该过程中所涉及的主要基因及其分子生物学研究进行综述。探讨表皮蜡质在植物适应干旱中的重要作用及其分子机制,可为农作物的抗旱育种提供新型的分子标记和重要靶基因,最终服务于农业生产实践。     

玉米转录因子基因ZmMYB308的克隆及表达分析

MYB类转录因子广泛地参与了植物生长发育的许多重要过程,在调控木质素合成途径中也起着重要作用。为探索MYB转录因子在玉米发育中的功能,该研究利用玉米茎秆转录组测序数据,对玉米茎秆发育过程中差异表达的MYB转录因子进行筛选和分析,在此基础上,通过RT-PCR方法克隆获得了ZmMYB308基因。结果表明:(1)共检测到14个差异表达的MYB转录因子,其中10个下调表达,4个上调表达。(2)ZmMYB308基因包含一个747 bp的开放阅读框,可编码248个氨基酸,相对分子质量27.01 kD,等电点为9.17;系统进化树比对表明,玉米ZmMYB308蛋白和谷子SiMYB308蛋白的亲缘关系较近,相似性高达94%。(3)实时荧光定量PCR结果显示,ZmMYB308在玉米不同发育时期和不同组织中的表达差异显著,且ZmMYB308基因的表达随着玉米茎秆发育的推进呈先升高后降低的趋势,在吐丝期表达量达到最高,随后在灌浆期显著下降;不同组织定量分析显示,ZmMYB308基因在木质素含量高的茎秆和根中高表达。研究推测,ZmMYB308基因可能在玉米茎秆发育过程中起着重要作用,该研究结果为进一步探索玉米木质素合成的分子机制奠定了基础。     

三峡库区消落带野生狗牙根对水淹适生性的转录组分析

为探究狗牙根对水淹环境的适生性机制,取长势一致的狗牙根分为未水淹对照组(A1)和30 cm沉水处理组(A2),A2水淹15 d后两组同时采样,提取样本总RNA作转录组测序。A1和A2测序数据经de novo组装分别获得128031和83363条高质量Unigene;A1和A2对比发现28844条差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs),其中11858条DEGs上调表达,16986条DEGs下调表达;功能注释显示,这些DEGs主要集中在转录、翻译、碳水化合物代谢和环境适应等途径;信号通路富集显示,包括植物对病原体的防御、物质代谢、光合作用、形态发育和抗氧化等过程的103个信号通路与狗牙根对水淹生境的适生性有关;随机挑选4个DEGs作qRT-PCR分析,荧光定量结果与测序数据基本一致,说明基于转录组分析DEGs的表达情况较为可靠。该工作或可为进一步挖掘与狗牙根水淹适生性相关的调控基因和功能基因提供基础。     

东亚帚菊木族及其相关类群的叶表皮形态比较

在光学显微镜和扫描电镜下,对东亚地区帚菊木族及其南美相关类群共12属31个种的叶表皮进行了观察.研究发现气孔器普遍存在于叶的下表皮,少数种的上表皮也有分布,气孔器主要为星型和无规则型两种类型.叶表皮细胞为多边形和不规则形,垂周壁平直弓形、浅波状或波浪状.气孔器表面观为椭圆形和近圆形,气孔外拱盖内缘近平滑至浅波状,其中 Macroclinidium 较为特殊,具有双层气孔外拱盖.叶表面通常光滑无蜡质或角质,部分种叶表面具薄片状或层状蜡质.研究表明,叶表皮特征在种间一致性较高,但在属间,特别是属群和亚族间存在一定差异.     

植物表皮蜡质与抗旱及其分子生物学

植物表皮蜡质是覆盖在植物最外层的一类有机混合物总称,它是植物自我防护的最后一道屏障,在植物生长发育过程中起重要作用。文章就植物表皮蜡质的成分、转运、晶体的形成和发育、形态结构以及环境变化对表皮蜡质的影响,特别是在蜡质与角质蒸腾、叶片水分利用效率和产量的关系以及蜡质的生理作用和合成过程的分子生物学研究进展方面做了系统综述,并对植物蜡质研究中存在的问题做了探讨。     

基于转录组的不同火龙果品种抗性差异分析

不同的品种抗性不同,为进一步探究不同火龙果品种之间的抗性差异,为后续火龙果抗性育种提供参考,该研究利用Illumina HiSeq 2000测序平台对'普通白肉'(BR)和'厄瓜多尔黄龙'(EY)两个品种进行转录组测序分析,并参考GO Ontology、KEGG等公共数据库对差异表达基因进行功能分类与富集分析.结果表明...     

转录组学对转基因杨树表型变化的代谢调控机制解析北大核心CSCD

D型细胞周期蛋白(D-type cyclin)调控着细胞周期G1/S的转变,在植物生长发育过程中发挥重要作用。转基因杨树PtoCYCD2;1(OE-PtoCYCD2;1)植株出现明显的表型变化,株高降低,茎粗变细且叶片发生卷曲。该研究以转基因杨树OE-PtoCYCD2;1为研究材料,通过转录组学测序和生理指标变化并结合植株表型特征分析PtoCYCD2;1在植物生长发育中的功能,为研究木本植物D型细胞周期蛋白功能提供理论基础。结果表明:(1)在OE-PtoCYCD2;1中共鉴定得到1269个差异表达基因,其中有700个上调表达,569个下调表达。分析发现,有26个属于AP2/ERF转录因子的基因上调表达;有8个下调的差异表达基因富集在木质部合成通路中;在碳代谢通路中共富集27个下调差异表达基因,其中有8个基因富集到卡尔文循环通路中。(2)qRT-PCR实验结果显示,9个差异表达基因的qRT-PCR结果与RNA-seq测定的表达水平变化趋势一致,表明所用RNA-seq结果可靠。(3)生理指标分析发现,与野生型(WT)相比,转基因杨树OE-PtoCYCD2;1的幼叶和成熟叶的总叶绿素含量分别增加57.36%和78.22%;成熟叶的可溶性糖含量下降了12.72%;幼叶和成熟叶中的木质素含量分别下降了4.48%和8.03%;幼茎和成熟茎中的木质素含量分别下降了20.03%和31.63%。研究认为,转基因杨树OE-PtoCYCD2;1通过影响杨树碳代谢和木质素合成过程中相关基因的表达,从而造成转基因植株相应代谢物含量减少,最终导致植株表型改变,总体生物量降低。     

杜仲雄花芽2个发育时期转录组分析

杜仲（Eucommia ulmoides）雄花富含多种活性成分和营养成分,具有重要的药用和营养价值。为了揭示杜仲雄蕊原基发育相关基因的表达情况,为杜仲雄花芽发育分子调控机制研究提供理论参考。本文以杜仲良种"华仲11号"（ "Huazhong No.11" ）为材料,采用lllumina高通量测序技术,分别对苞叶原基分化期和雄蕊原基分化期的花芽进行转录组测序,通过生物信息学对2个发育时期的转录组进行比较分析,筛选出与雄花芽形态发育相关的差异基因。结果显示,转录组测序共获得40.48 Gb过滤数据,各样品的clean reads与杜仲基因组进行序列比对,比对效率为90.56%~93.01%。在2个发育时期筛选出583个差异表达基因,其中在雄蕊原基发育期上调基因315个,下调基因267个。差异基因GO和KEGG功能分析显示,差异基因富集在与生长发育、光周期途径、激素合成和信号传导、碳代谢等相关的生物过程和代谢通路。结果显示光周期途径是杜仲成花诱导的重要途径,同时雄花芽在形态分化过程中受碳水化合物、植物激素和其他代谢物质调控。此外,MADS-box家族成员FLC、SOC1、AGL3和AGL8参与杜仲雄蕊器官发育。本研究为杜仲花发育基因调控提供了基础数据,也为雄花用杜仲的分子育种提供了参考。     

自毒胁迫对甜瓜种子萌发与幼苗保护酶活性和转录组的影响

甜瓜自毒作用是导致其栽培实践中连作障碍严重的关键原因之一。该实验以甜瓜植株水浸提液处理模拟甜瓜自毒胁迫,通过测定自毒条件下甜瓜种子萌发、幼苗根系保护酶活性和MDA含量的变化及转录组分析,以探讨甜瓜自毒作用机理。结果显示:(1)甜瓜自毒胁迫总体上抑制了甜瓜种子萌发和后续生长,胁迫处理的阈值为0.03 g/mL。(2)甜瓜植株水浸提液处理后其幼苗根系保护酶活性和MDA含量变化非常剧烈,SOD活性表现为降-升-降趋势,POD活性先降后升,CAT活性先升后降,MDA含量持续增加。(3)转录组分析结果共鉴定出2 599个差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs),胁迫2 d后共产生2 251个DEGs,显著多于胁迫4 d后的329个DEGs;且2 d与0 d对比有923个DEGs上调,1 328个DEGs下调,表明甜瓜幼苗在基因水平对自毒胁迫产生了积极响应。(4)相关生物信息学分析表明,自毒胁迫导致的DEGs主要与苯丙烷代谢、活性氧代谢、光合作用和植物激素信号转导有关,同时也涉及到渗透调节、膜和蛋白保护等过程;且这些DEGs主要富集于2 d与0 d,说明自毒胁迫条件下幼苗光合作用发生了改变,且这种变化主要发生在胁迫早期。(5)对6个甜瓜自毒胁迫密切相关DEGs(AP2-2、bZIP1、bZIP2、AP2-1、bHLH和HIS)的qRT-PCR分析显示,AP2-1、bHLH和HIS等3个基因在自毒胁迫2 d时表达量出现峰值,对照组AP2-2基因在2 d时表达量达到峰值,结果与转录组测序分析结果一致。研究表明,甜瓜自毒胁迫引起了其植物细胞的异常,进而会对生长和器官结构产生不良影响并诱发了大量与刺激或胁迫相关的基因差异表达,且甜瓜自毒胁迫下短期响应的基因或转录因子数量明显多于长期响应的数量,暗示甜瓜幼苗可以对自毒胁迫做出快速响应。     

乙烯利对苦瓜幼苗内源激素代谢及相关调控基因表达的影响

以苦瓜常规品种“绿爵士”为试材,在日光温室内于幼苗3～4叶期叶面喷施乙烯利溶液,通过高效液相色谱串联质谱(HPLC-MS/MS)仪测定了相关内源激素的含量,并结合高通量测序技术对相关调控基因表达进行分析,探究外源乙烯利对苦瓜幼苗激素代谢的影响,获得苦瓜应对外源乙烯诱导的内源激素代谢靶点,初步明确相关调控基因的作用特点,为深入开展苦瓜类作物外源乙烯调控机制的研究奠定基础。结果表明：(1)在外源乙烯利作用下,苦瓜幼苗植株内源乙烯合成直接前体物质1-氨基环丙基-1-羧酸(ACC)含量和主要限速酶ACC合成酶(ACS)活性均表现为显著升高的趋势;内源生长素(IAA)和细胞分裂素(tZR)的含量同样显著升高,而其赤霉素(GA₃)的含量则显著降低。(2)经过Hi-seq测序,共获得1 234个差异表达基因(DEGs),功能富集分析显示有570个DEGs富集于118条代谢通路中。(3)对所有DEGs进行功能注释,鉴定了多个参与内源激素合成及信号转导的基因,包括乙烯代谢相关的ACS、ACO、HMT3、EIN3、ERFs基因,IAA代谢相关的ALDH、TAA1、UGT74B1、AU...     

Systematic analysis on multiple Gene Expression Omnibus data sets reveals fierce immune response in hepatitis B virus‐related acute liver failure

Acute liver failure (ALF) caused by hepatitis B virus (HBV) is common type of liver failure in the world, with high morbidity and mortality rates. However, the prevalence, genetic background and factors determining the development of HBV‐related ALF are rarely studied. In this study, we examined three Gene Expression Omnibus (GEO) data sets by bioinformatics analysis to identify differentially expressed genes (DEGs), key biological processes and pathways. Immune infiltration analysis showed high immune cells infiltration in HBV‐related ALF tissue. We then confirmed natural killer cells and macrophages infiltration in clinical samples by immunohistochemistry assay, implying these cells play a significant role in HBV‐ALF. We found 1277 genes were co‐up‐regulated and that 1082 genes were co‐down‐regulated in the 3 data sets. Inflammation‐related pathways were enriched in the co‐up‐regulated genes and synthetic metabolic pathways were enriched in the co‐down‐regulated genes. WGCNA also revealed a key module enriching in immune inflammation response and identified 10 hub genes, differentially expressed in an independent data set. In conclusion, we identified fierce immune inflammatory response to elucidate the immune‐driven mechanism of HBV‐ALF and 10 hub genes based on gene expression profiles.     

基于高通量转录组测序技术的无精子症患者睾丸组织比较转录组分析

本研究探讨不同程度无精子症患者睾丸组织的转录组差异,了解差异表达基因(DEG)在功能、分类和代谢通路的不同,揭示无精子症患者精子发生分子机制,为促进男性不育研究的发展提供理论基础.选取1份非梗阻性无精子症和4份梗阻性无精子症患者睾丸组织样品(从无精子到有精子),进行RNA提取和文库构建,利用Illumina HiSeqTM2500高通量测序,构建无精子症患者睾丸组织转录组文库,并用生物信息学方法进行分析.结果发现,样品比对基因组数据库的平均比对率为94.38%,共检测2 242个属于预测新的蛋白质编码基因的转录本.得到差异表达基因统计结果为:NOA vs. OA1基因上调8 045,下调1 150;OA1 vs. OA2基因上调1 538,下调420;OA2 vs. OA3基因上调1 275,下调1 690;OA3 vs. OA4基因上调1 834,下调1 853.比较5例无精子症睾丸组织的差异基因KEGG,主要富集在RNA降解通路、基底细胞瘤通路、癌通路、黑色素生成通路和调节干细胞多能性等信号通路. PRM1、PRM2、TNP1、UBXN6、CXCL16、NUPR2、CCDC136和CRISP2等基因的表达呈递增趋势,并具有时序特异性.此外,5例无精子症睾丸组织的表达基因有不同程度的基因融合.综上,基因融合可能和无精子症相关,并且不同程度无精子症患者睾丸组织的差异表达基因数量、功能、分类和代谢通路不同.本研究筛选出精子发生、精子运动等差异表达基因,丰富了无精子症患者睾丸组织转录组信息,为开展无精子症患者睾丸组织相关基因及分子调控机制的研究奠定基础.