‘凤丹’牡丹PoFD基因克隆及表达分析

Flowering Locus D(FD)基因属于bZIP转录因子家族,与FT基因相互作用,在促进植物开花等方面发挥重要作用。本研究以‘凤丹’牡丹为材料,基于‘凤丹’三代全长转录组测序结果,采用RT-qPCR技术克隆PoFD基因,并进行生物信息学和表达模式分析。结果表明,克隆到的PoFD基因含有一个2 712 bp完整的ORF框,编码903个氨基酸。PoFD蛋白分子式为C₈₂₆₁H₁₃₇₂₂N₂₇₁₂O₃₄₆₈S₅₅₂,理论等电点(pI)为4.88,为亲水蛋白,无跨膜结构,二级结构中无规则卷曲和α-螺旋所占比例较高,β-转角仅占少部分。荧光定量分析发现,PoFD基因在叶片中表达量最高,推测PoFD基因可能主要作用于叶片调控牡丹花期。牡丹不同花发育时期,PoFD基因在半开期的表达量较高,推测PoFD基因在‘凤丹’开花的中期发挥功能。不同浓度油菜素内酯(brassinosteroids,BR)激素喷施处理下,‘凤丹’牡丹花期具有不同程度的延迟,并且PoFD基因的表达均有所下降,表明...     

牡丹开花相关SWEET家族基因生物信息学与表达模式分析

为了揭示SWEET家族基因在牡丹开花过程中的作用,该研究以‘洛阳红’牡丹花瓣转录组数据库为基础,利用生物信息学方法对SWEET家族基因进行鉴定和分析。结果表明:(1)实验共得到10个具有完整开放阅读框的牡丹SWEET基因。(2)牡丹SWEET家族成员蛋白等电点、消光系数等差别不大,其中5个牡丹SWEET基因编码的蛋白为不稳定蛋白;亚细胞定位预测这10个牡丹SWEET基因编码的蛋白均定位在细胞膜;进化树分析显示,牡丹SWEET基因与拟南芥亲缘关系更近;结构分析表明,牡丹SWEET蛋白结构在进化过程中非常保守,这10个牡丹SWEET蛋白同时具有5个相同的Motif且均含2个MtN3 saliva结构域。(3)可溶性糖含量分析显示,从小风铃期到盛花期,牡丹花瓣中蔗糖含量不断降低,果糖和葡萄糖含量不断升高,均在盛花期达到峰值。(4)qRT-PCR分析显示,PsSWEET4盛花期表达量是小风铃期的34倍,PsSWEET8盛花期表达量是小风铃期的60倍。结合这2个基因表达与进化关系及可溶性糖变化值,初步推测PsSWEET4和PsSWEET8在开花过程中可能通过调控果糖、葡萄糖的转运而间接调控开花过程;该结果为进一步研究PsSWEET基因在牡丹生长发育过程中的功能奠定了基础。     

‘凤丹’牡丹PoKAS基因的克隆及表达分析

为探究‘凤丹’牡丹(Paeonia ostii‘Feng Dan’)PoKAS基因在脂肪酸合成中的功能,从转录组数据中获得3个PoKAS基因,克隆基因全长并进行生物信息学分析,通过qRT-PCR检测它们在牡丹落花后第23、45、75、100和125天时的表达。结果显示：(1)克隆得到的3个基因序列全长分别为1 401、1 692和1 215 bp,分别编码466、563和404 aa;保守结构域分析发现,它们都含有KAS保守结构域,属于cond-enzymes超蛋白家族。(2)系统进化树将三者分为三大类,表明其在进化上相对独立,分别命名为PoKASⅠ、PoKASⅡ和PoKASⅢ(GenBank登录号分别为OP056413、OP056412和OP056414)。(3)qRT-PCR分析发现,在牡丹落花后种子发育的5个时期中,PoKASⅠ和PoKASⅡ基因在落花后75 d和45 d时的表达量分别显著高于其他发育时期;PoKASⅢ基因在落花后45～125 d时的表达量均显著高于落花后23 d,说明PoKASⅢ基因在牡丹种子脂肪酸合成的整个过程中发挥着重要作用,而PoKASⅡ基因主要在种子油脂...     

牡丹CTR1基因家族基因片段及其cDNA 3′-末端的克隆与序列分析

以牡丹品种‘洛阳红’(Paeonia suffruticosa‘Luo Yang Hong’)花瓣为材料,用CTAB法提取总RNA,根据已报道的CTR1(Constitutive Triple Response 1)蛋白的保守氨基酸序列设计简并引物,通过RT-PCR扩增得到3条牡丹CTR1基因同源片段。利用其已知中间序列,通过3′快速扩增cDNA末端技术(3′RACE)及序列拼接,最终得到了这3个基因片段除5′末端外的全部cDNA序列,分别命名为PsCTR1、PsCTR2和PsCTR3。分析结果表明,由PsCTR1、PsCTR2和PsCTR3基因翻译的氨基酸片段与拟南芥和番茄的CTR1蛋白氨基酸序列的同源性均较高,分别为88%和85%;61%和61%以及70%和69%。     

3个芹菜品种Agnp-G3PDH基因的克隆及其序列和表达特性分析

从芹菜(Apium graveolens Linn.)品种‘六合黄心芹’(‘Liuhe Huangxinqin’)、‘津南实芹’(‘Jinnan Shiqin’)和‘文图拉’(‘Ventura’)中分别克隆获得非磷酸化甘油醛-3-磷酸脱氢酶基因Agnp-G3PDH。3个品种的AgnpG3PDH基因序列均包含1个全长1 491 bp的开放阅读框(ORF),编码496个氨基酸;存在84个碱基位点差异,导致14个氨基酸位点改变。由该基因编码的‘六合黄心芹’、‘津南实芹’和‘文图拉’的Agnp-G3PDH蛋白的理论相对分子质量分别为53 201.6、53 051.4和52 960.3,理论等电点分别为pI 7.49、pI 7.86和pI 8.12,氨基酸组成中碱性氨基酸数量大于酸性氨基酸数量;该蛋白质具有亲水性与疏水性双重特性,均为疏水性蛋白。多重比对结果表明:3个品种Agnp-G3PDH基因编码的氨基酸序列同源性达到99.09%,具有高度保守性;且与其他11种植物npG3PDH的氨基酸序列的相似度也较高。在基于np-G3PDH基因编码的氨基酸序列进化树上,3个芹菜品种聚在同一分支中,并与杨柳科(Salicaceae)种类毛果杨(Populus trichocarpa Torr.&Gray)聚在一起,表明它们的np-G3PDH进化关系较近。实时定量PCR分析结果表明:在3个芹菜品种的不同组织中Agnp-G3PDH基因的相对表达水平均有明显差异,其中,在‘津南实芹’的叶、‘文图拉’的花和‘六合黄心芹’的根中该基因的相对表达水平最高;经高温(38℃)、低温(4℃)和干旱(20%PEG)胁迫处理后3个品种Agnp-G3PDH基因的相对表达水平均极显著高于或低于对照,但经盐(0.2 mol·L-1NaCl)胁迫处理后仅品种‘津南实芹’Agnp-G3PDH基因的相对表达水平显著高于对照,品种‘六合黄心芹’和‘文图拉’Agnp-G3PDH基因的相对表达水平与对照无显著差异。表明该基因的表达具有组织特异性且与品种间的抗逆性差异有关。     

紫玉兰‘红元宝'花芽分化阶段基因定量分析的内参基因筛选

为筛选紫玉兰‘红元宝’(Magnolia liliflora‘Hongyuanbao’)二次花芽分化阶段稳定表达的内参基因,该研究以‘红元宝’不同花芽分化时期的花芽和叶为材料,基于转录组数据,筛选出8个候选内参基因,即泛素酶基因(UBC)、肌动蛋白(ACT)、微管蛋白β链(β-TUB)、微管蛋白β-5链(β-TUB5)、微管蛋白α-3链(α-TUB3)、磷酸烯醇丙酮酸羧化酶(PEPC)、酰基载体蛋白2(ACP2)、酰基载体蛋白3(ACP3)。运用Primer Premier 5设计引物,简单克隆和熔解曲线验证引物特异性;利用qRT-PCR技术检测各个候选内参基因的表达情况,结合GeNorm、NormFinder、BestKeeper软件和RefFinder在线工具综合评估其表达稳定性,并通过目的基因TFL1的表达分析验证其可靠性。结果表明:(1)8个候选内参基因条带位置正确,熔解曲线呈单一峰,说明引物特异性良好。(2)β-TUB、β-TUB5和α-TUB3是‘红元宝’不同花芽分化时期较为稳定的内参基因,而UBC和ACT为稳定性最低的内参基因。(3)β-TUB5、α-TUB3、β-TUB及其组合的相对表达量趋于一致,而ACT和UBC并未对目的基因的表达量进行有效的标准化。因此,β-TUB、β-TUB5和α-TUB3可作为‘红元宝’二次花芽分化研究中稳定表达的内参基因。该研究结果将为木兰属植物二次成花分子调控机制研究提供依据。     

葡萄半不育花粉粒形态和细胞学观察及相关基因表达分析

以葡萄品种‘魏可’(可育)及其自交后代单株‘魏可实生-3’和‘魏可实生-12’以及品种‘钟山红’(雄性不育)为材料,对花器官特征、花粉萌发率、花粉粒形态以及小孢子发育过程的细胞学特征进行观察,并对绒毡层发育相关基因(DYT1、TDF1和MYB4)的表达进行分析,以初步鉴定葡萄半不育单株的不育特征,揭示花粉败育与基因调控的关系。结果显示:(1)‘魏可实生-3’和‘魏可实生-12’的花粉萌发率均在10%左右,属于半不育花粉;其雄蕊主要特征为花丝卷曲,花丝短于花柱,花药内花粉量少,花药中既有正常长球形花粉粒也有异常近球形花粉粒。(2)‘魏可实生-3’、‘魏可实生-12’没有明显的药室壁结构,小孢子母细胞稀少、疏松;‘魏可实生-3’双核期绒毡层未完全降解,绒毡层细胞中的营养物质滞留没有及时供应小孢子的发育,致后期部分小孢子败育;‘魏可实生-12’绒毡层细胞在单核早期就大部分降解而导致营养供应异常,使部分小孢子败育。(3)在减数分裂期,‘魏可’的绒毡层发育相关基因DYT1和TDF1的表达均最高,MYB4最低,‘钟山红’的3个基因的表达与‘魏可’相反,‘魏可实生-3’和‘魏可实生-12’的表达水平均在‘魏可’与‘钟山红’之间;单核早期以后,3个基因在‘魏可’的表达一直均较低,钟山红’的DYT1基因表达一直最高,其余2个基因均在最低水平,而‘魏可实生-3’的TDF1、MYB4基因在单核早期表达量最高,‘魏可实生-12’的TDF1在双核期表达量最高。研究表明,‘魏可实生-3’的花粉败育发生在单核晚期至双核期,‘魏可实生-12’的花粉败育发生在单核早期;部分药室绒毡层的异常降解,小孢子发育营养供应不均衡可能是导致其花粉半不育发生的原因;‘魏可实生-3’的绒毡层延迟降解与减数分裂期DYT1基因的表达量不足、单核期TDF1基因的过量表达以及MYB4基因在单核期的异常表达有关,而‘魏可实生-12’的绒毡层提前降解与减数分裂期DYT1基因的表达量不足而MYB4基因过量表达,以及双核期TDF1基因过量表达有关。     

‘沙糖橘’S蛋白同源基因CrSPH的克隆与表达分析

柑橘自交不亲和由S位点基因控制,前期SSH文库中筛选出1个自交不亲和相关的S蛋白同源基因(S-protein homologous gene,SPH),但其功能尚不明确。研究以‘无籽沙糖橘’和‘沙糖橘’为材料,利用反转录PCR技术克隆CrSPH基因,通过qPCR技术分析该基因表达特性,并进行原核表达和花粉萌发实验。结果表明,(1)CrSPH的CDS长度为417 bp,编码138个氨基酸,两材料间的CDS区存在3个碱基替换,引起2个氨基酸突变。(2)Southern杂交实验表明,CrSPH基因在两材料基因组中均以单拷贝形式存在。(3)qPCR实验表明,CrSPH基因在‘沙糖橘’花器官不同部位表达差异显著,子房中表达量最大,花瓣、花丝等组织中表达量均较低;在高表达的子房中,‘沙糖橘’表达量是‘无籽沙糖橘’的16倍,表明CrSPH基因在‘沙糖橘’中具有高度的组织表达特异性。(4)CrSPH基因在异交授粉第6,7天表达量最高,与其他时段差异均达到显著水平,第6天表达量是第1天表达量的12.4倍。(5)原核表达实验成功诱导出CrSPH蛋白,离体花粉萌发实验表明,随着异源‘无籽沙糖橘’CrSPH蛋...     

东方百合‘索邦’几丁质酶基因的克隆与表达分析

为探究百合几丁质酶在灰霉病抗性中的功能,该研究以高抗品种东方百合‘索邦’(Lilium oriental hybrid ‘Sorbonne’)接种灰霉菌12 h后的叶片为材料,采用反转录PCR的方法克隆到1个几丁质酶基因成员,并命名为LoChi2(NCBI登录号为MW310626),通过生物信息学手段预测分析了目标基因推导的编码蛋白的结构和功能,并采用qRT-PCR分析灰霉菌侵染以及SA/JA处理条件下LoChi2基因在百合中的表达特征。结果显示:(1)LoChi2基因完整的开放阅读框序列长度为915 bp,编码304个氨基酸,预测的蛋白分子质量为32.52 kD,理论等电点为4.16。(2)蛋白结构和系统进化分析显示,LoChi2属于糖苷水解酶18家族Ⅲ类成员,含有保守的GH18 narbonin催化结构域、跨膜结构域以及信号肽、糖基化和磷酸化位点,预测为疏水的分泌蛋白,且定位于细胞外;多序列比对结果表明,LoChi2基因序列与麝香百合、菠萝和梅花中的Chi2基因具有较高的相似性。(3)qRT-PCR分析发现,LoChi2基因的表达水平与品种间的抗病性呈正相关,其中在高抗品种‘索邦’中的表达水平显著高于中感品种‘雷山三号’(L.×formolongi‘Raizan 3’)和高感品种‘穿梭’(L. asiatic hybrid ‘Tresor’);外源水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)可诱导LoChi2基因的表达。研究表明,LoChi2基因是参与灰霉菌防御反应的关键抗病基因,且该基因可能在JA和SA抗病信号通路中扮演重要角色;推测LoChi2基因在百合抗灰霉病育种方面具有广阔的应用前景,将成为百合抗灰霉病转基因育种中新的候选基因。     

牡丹PsCS基因的克隆及序列分析

以牡丹品种‘赵粉’(Paeonia suffruticosa L.cv.‘Zhao Fen’)为试材,采用RT-PCR和RACE方法从雄蕊中获得了一个牡丹柠檬酸合成醇(citrate synthase,CS)基因cDNA全长,命名为PsCS,GenBank登录号为HQ449568.其cDNA全长1 564 bp,包含75 bp的5’非编码区、73 bp的3 '非编码区和一个长度为1 416 bp编码471个氨基酸的开放阅读框.序列比对和系统进化分析表明,PsCS与葡萄的亲缘关系最近,相似性达89.4％以上.