小麦中两个肉桂酰辅酶A还原酶基因的分离和表达分析

肉桂酰辅酶A还原酶（CCR）负责催化木质素单体生物合成中最重要的代谢反应,它将类苯丙酸类代谢物转移到木质素的合成途径中,为了更好地了解木质素在小麦生长发育中的作用,从小麦（Triticum aestivum L.ev,H4564)中克隆了两个肉桂酰辅酶A还原酶的cDNA,相似性和进化关系的分析表明这两个cDNA片段分别属于不同的肉桂酰辅酶A还原酶,这两个cDNA片段分别命名为W－cr6和W-cr19,RT-PCR和Northen杂交结果证明,W－cr6基因主要在小麦的茎和叶中表达,W－cr19基因主要在根和茎中表达,上述结果表明在小麦的基因组中至少存在两类肉桂酰辅酶A还原酶基因。     

毛竹CCR基因家族成员生物信息学和表达模式分析

肉桂酰辅酶A还原酶(CCR)是木质素生物合成的关键酶之一,对木质素生物合成途径的碳流具有重要的调控作用。研究毛竹(Phyllostachys edulis) CCR基因的分子特征和表达模式对于揭示影响竹子材性的木质素调控机制具有重要意义。采用同源序列比对的方法在毛竹基因组中获取13个CCR基因同源序列,其中9个具有完整的保守结构域,依次命名为PeCCR1～PeCCR9。PeCCRs基因的内含子数量、长度和位置均存在较大差异,如PeCCR2有5个内含子,而PeCCR5没有内含子;内含子最长的为4 090 bp,最短的仅为89 bp。PeCCRs编码的氨基酸序列长度范围为136～391 aa,推测分子量在14.97～43.05 kD之间,理论等电点介于5.60～8.31之间。PeCCRs的氨基酸序列在N-端和C-端均存在明显的差异,二级、三级结构进一步显示了其差异,但中部序列具有很高的一致性,都含有肉桂酰辅酶A还原酶家族蛋白特有的保守结构域和催化位点,表明其进化上是比较保守的。基于转录组数据的基因组织表达特异性分析表明,PeCCRs在各组织中的表达量差异明显,如PeCCR6在盛花期花序、鞭和笋中均未检测到基因表达,PeCCR9在盛花期花序中的表达是所有PeCCRs最高的,而PeCCR5在50 cm笋中则是所有检测到PeCCRs中最低的。本研究为进一步研究毛竹CCR基因家族成员的功能提供了参考,为利用基因工程调控竹子木质素提供了依据。     

中间锦鸡儿CibHLH027基因的克隆和功能研究

叶片衰老是植物生长发育的最后阶段,黑暗、干旱和极端温度等会加速叶片衰老过程,严重影响植物的生长发育和作物产量。bHLH(basic helix-loop-helix)属于转录调控因子中的一个大家族,因具有保守性较高的bHLH结构域而得名,广泛存在于真核生物界。在中间锦鸡儿(Caragana intermedia)转录组数据库中得到一条候选bHLH基因全长序列,将其命名为Cib HLH027。正常和黑暗诱导的情况下,CibHLH027-OE株系较WT相比叶片衰老明显,并且黑暗处理后叶绿素含量下降、离子渗透率增大、细胞膜受损严重,说明CibHLH027参与了叶片衰老调控过程。     

中间锦鸡儿CiABR17基因的克隆及表达分析

该研究采用blastn比对方法,从中间锦鸡儿干旱胁迫抑制消减杂交文库筛选出ABA响应蛋白17基因(ABR17)的EST序列。RACE扩增得到cDNA序列594bp,其中ORF为471bp,编码157个氨基酸,预测蛋白质分子量为16.44kD,等电点为4.93,平均疏水指数为-0.126,是一种亲水蛋白。实时荧光定量PCR检测发现,中间锦鸡儿CiABR17基因在脱水、NaCl和热胁迫下均有不同程度表达,说明CiABR17基因与中间锦鸡儿响应逆境胁迫有关;过表达CiABR17拟南芥株系的鲜重、干重和莲座直径均极显著高于野生型株系。     

中间锦鸡儿CiCHIL克隆及其黄酮代谢功能研究

植物的次生代谢产物能够为植物的果实和花着色、有助于种子的形成、花粉的传播、适应外界逆境及防御害虫的攻击。苯丙烷代谢途径是植物中一个重要的次生代谢途径,苯丙烷代谢通路上有几条主要的分支,分支下游产生了上千种化合物。查耳酮异构酶（chalcone isomerase,CHI）是苯丙烷通路上的一个关键酶,催化查耳酮到黄烷酮的反应,主要作用是帮助底物进行正确的分子内环化反应,生成的黄烷酮类化合物成为苯丙烷代谢途径下游产物的底物。从中间锦鸡儿干旱胁迫抑制性削减杂交文库中克隆得到一个CHI基因家族成员,序列分析和系统进化分析表明,该基因属于CHIL基因亚家族成员,命名为CiCHIL。实时荧光定量PCR检测发现,该基因受UV-B诱导且过表达CiCHIL具有较强的抵御紫外胁迫的能力。对过表达株系进行RNA和蛋白质水平的检测,对挑选出来的过表达株系进行总黄酮含量检测,发现过表达株系总黄酮含量显著高于野生型。     

内蒙古高原小叶锦鸡儿与中间锦鸡儿遗传多样性的研究

利用ISSR分子标记,选取内蒙古高原自东向西共15个锦鸡儿种群(7个小叶锦鸡儿种群,8个中间锦鸡儿种群)进行遗传多样性分析。结果表明:(1)7个小叶锦鸡儿种群总的多态位点百分数为98.19%,Nei’s基因多样性指数与Shannon信息指数分别为0.289 7、0.444 0;居群间遗传分化系数Gst为0.119 0,表明小叶锦鸡儿种群存在中等程度的遗传分化;居群间基因交流频繁,基因流(Nm)为3.701 0。(2)8个中间锦鸡儿种群多态位点百分数为99.7%,Nei’s基因多样性指数为0.312 8,Shannon信息指数为0.478 4;居群间遗传分化系数(Gst)为0.188 1,表明中间锦鸡儿种群存在较大的遗传分化,基因流(Nm)为2.157 8。(3)中间锦鸡儿遗传多样性及遗传分化均高于小叶锦鸡儿,这是中间锦鸡儿替代小叶锦鸡儿适应不良环境扩展分布的遗传基础。(4)邻接聚类分析结果显示,15个锦鸡儿种群表现为从东到西逐渐聚类,体现了这2个种在分布上的地理渐变性及地理替代性;遗传多样性各指数与气象因子及土壤因子之间的相关性分析表明,平均气温对锦鸡儿种群的遗传分化起着重要的作用。     

小叶锦鸡儿、中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿地理渐变性Ⅰ.生态学和RAPD证据

植物种群调查结果证实,小叶锦鸡儿(Caragana microphylla Lam.)、中间锦鸡儿(C.davazamcii Sancz.)和柠条锦鸡儿(C. korshinskii Kom.)在内蒙古高原形成地理替代分布.种群分布、分类、形态、生长发育和遗传结构研究结果表明,小叶锦鸡儿、中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿地理替代分布是连续的、渐变的,三个种在内蒙古高原自东向西形成一个地理连续渐变群.分析内蒙古高原的气候变迁和小叶锦鸡儿、中间锦鸡儿及柠条锦鸡儿的地理替代分布状况认为,小叶锦鸡儿、中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿地理替代分布是适应环境演化的结果.     

菊芋HtCCR1基因的克隆与表达分析

肉桂酰辅酶A还原酶(cinnamoyl-CoA reductase,CCR)是木质素合成代谢的关键酶。该研究以菊芋(Helianthus tuberosus L.)‘廊芋8号’为材料,克隆到1个菊芋的CCR基因,命名为HtCCR1(GenBank登录号为MN205540),其开放阅读框(ORF)长975bp,编码324个氨基酸,其中含有FR_SDR_e保守结构域。系统进化分析表明,HtCCR1与向日葵CCR蛋白(XP_021989763.1)共聚于一支,二者亲缘关系最近。实时定量PCR分析表明,HtCCR1基因在菊芋茎和叶中的表达量显著高于在根和块茎中;盐(150mmol·L-1 NaCl)胁迫处理6、12和24h后,处理组HtCCR1基因的表达量均显著高于对照组;干旱(20%PEG6000)胁迫6和12h后,处理组HtCCR1基因的表达较对照组均显著上调。成功构建pET-28a-HtCCR1原核表达载体,转化大肠杆菌BL21(DE3)并诱导出了符合预期大小的蛋白,表明HtCCR1重组蛋白已成功表达。该研究结果为进一步研究HtCCR1基因的功能及利用基因工程手段调节菊芋中木质素的生物合成奠定了基础。     

中间锦鸡儿转录因子基因 CiNAC1的克隆及功能分析

NAC转录因子家族是植物特有的、最大的转录因子家族之一,在植物应答非生物胁迫和生长发育过程中有重要的功能。该研究通过PCR技术,克隆得到了中间锦鸡儿 CiNAC1基因1 066 bp的cDNA全长序列。生物信息学分析显示, CiNAC1基因的开放阅读框(ORF)为921 bp,编码306个氨基酸,推导的蛋白分子量为34.57 kD,等电点为8.35,是一种亲水性蛋白,N端具有保守的NAM结构域,具有26个磷酸化位点和7个糖基化位点。实时荧光定量PCR检测显示,中间锦鸡儿 CiNAC1基因表达受干旱、高盐、脱水、高pH诱导;亚细胞定位发现CiNAC1定位到细胞核中,这与它作为转录因子的功能是一致的;转CiNAC1基因拟南芥株系侧根数目显著多于野生型,根长也明显比野生型长。研究认为, CiNAC1基因可能与中间锦鸡儿响应逆境胁迫机制有关。     

柠条锦鸡儿肌动蛋白基因的克隆和表达稳定性分析

以几种豆科植物中肌动蛋白的氨基酸保守序列设计简并引物,采用RT—PCR结合RACE扩增技术,从柠条锦鸡儿叶片中克隆到一个编码肌动蛋白的基因,命名为CkACT。该基因cDNA全长为1655bp,开放阅读框1134bp,编码377个氨基酸。氨基酸比对分析表明,该基因编码的氨基酸与其他植物肌动蛋白基因具有较高的同源性。不同组织中的表达基本上一致,不同发育时期的基因表达相似,低温、NaCl、干旱和ABA处理后的表达强度没有明显差异,说明CkACT基因表达稳定。     

中间锦鸡儿CiPUB22基因克隆与功能分析

中间锦鸡儿(Caragana intermedia)耐旱、耐寒、耐盐碱,是西北干旱地区的重要固沙灌木,筛选其优良抗逆境基因,可以作为林草基因工程的基因源。该研究在中间锦鸡儿干旱胁迫转录组文库中找到1条CiPUB22 (plant U box 22)基因的cDNA全长序列,CiPUB22基因包括1 260 bp开放阅读框,编码419个氨基酸。实时荧光定量PCR结果表明,在脱水、盐和ABA处理1 h后CiPUB22基因表达量上升并达到最高水平,分别为对照表达量的12倍、35倍和7倍,干旱处理后12 d达到最高值,为对照的2.5倍,表明CiPUB22的转录水平受非生物胁迫诱导。构建CiPUB22基因的过表达载体并转化野生型拟南芥,对转基因纯合体株系抗逆性分析发现,在150 mmol/L NaCl、1 μmol/L ABA和400 mmol/L甘露醇处理下,过表达株系的萌发率均低于野生型,说明过表达CiPUB22基因降低了拟南芥在种子萌发过程中对盐和渗透胁迫的耐受性。     

中间锦鸡儿CiMYB68基因克隆及表达分析

该研究以中间锦鸡儿(Caragana intermedia)为材料,利用RACE技术克隆了CiMYB68基因的全长序列。对CiMYB68的基因组DNA和cDNA全长分析显示,CiMYB68基因无内含子,开放阅读框为852bp,编码284个氨基酸。预测CiMYB68基因编码的蛋白质等电点为8.95,分子量约为31 459.4Da。序列比对和系统进化分析表明,该蛋白和大豆的GmMYB68一致性最高,达到67%。构建了CiMYB68基因与GFP融合表达质粒,激光共聚焦显微镜观察发现,融合蛋白定位于细胞核。用实时荧光定量PCR技术对在不同胁迫条件下CiMYB68基因的表达检测结果表明,在干旱和低温处理下CiMYB68均受到不同程度的诱导,暗示CiMYB68基因可能与中间锦鸡儿响应逆境胁迫有关。     

荒漠草原中间锦鸡儿冠层截留特征

以荒漠草原人工中间锦鸡儿（Caragana intermedia）为研究对象,利用2016-2017年监测获取的26次降雨事件,对比分析了两组灌丛（自然组和人工组）的冠层截留特征。结果表明：（1）试验期间共观测到有效降雨33次,总降雨量为251 mm,次平均降雨量和降雨强度分别为7.6 mm和1.14 mm/h,以雨量<2 mm,雨强<1 mm/h和降雨历时2-5 h的降雨出现次数最多;（2）自然组和人工组中间锦鸡儿平均截留量分别为1.11 mm和0.72 mm,平均截留率分别为24.81%和15.95%,两组灌丛截留存在极显著差异（P < 0.01）;（3）在雨量级>15 mm时,自然组（4.57%,CV=73.38%）和人工组（5.25%,CV=51.96%）平均截留率变异性相差最大;（4）自然组和人工组截留量与降雨量,降雨历时和降雨强度之间的关系可以用幂函数描述,截留率与三者的关系均用指数函数描述较好。在降雨特征相同的情况下,灌丛形态特征是影响中间锦鸡儿冠层截留的关键因素。     

中间锦鸡儿CiMYB15基因正调控拟南芥黄酮代谢

目的:R2R3-MYB类转录因子参与调控植物初生和次生代谢。方法:从中间锦鸡儿(Caragana intermedia)干旱转录组数据库中搜索并克隆了一个R2R3-MYB基因,命名为CiMYB15(GenBank登录号MH678649);将CiMYB15基因编码区转入野生型拟南芥中,利用分光光度法测定了野生型和转基因拟南芥中总黄酮含量,并用qRT-PCR检测了转基因植物中At CHS基因的表达情况。同时采用染色体步移法克隆了CiMYB15基因的启动子序列。结果表明:(1) CiMYB15基因g DNA长度为1 960 bp,包含三个外显子(134、131和521 bp)和两个内含子(281和893 bp);开放阅读框长度为786 bp,编码262个氨基酸。(2)克隆得到1 580 bp的启动子序列,序列中主要包含损伤诱导元件G-box和P-box、盐诱导作用元件GT1-motif、参与干旱诱导的反应元件MBS,以及真菌侵害应答元件BOX-W1、植物-病原菌互作元件EIER;此外,还包含调节黄酮合成基因的MYB转录因子的结合位点。(3) CiMYB15基因的表达受到紫外胁迫的诱导。(4) CiMYB15基因过表达株系的总黄酮含量高于野生型。(5)过表达植物中At CHS基因的表达量亦高于野生型。以上结果说明,CiMYB15基因正调控拟南芥黄酮代谢。     

柠条锦鸡儿CkLEA4基因克隆及表达分析

LEA蛋白是一种与植物抗逆相关的胚胎发育晚期丰富蛋白。该研究从已构建的柠条锦鸡儿干旱胁迫抑制削减杂交文库中筛选到1条LEA蛋白编码基因的部分序列,用RACE技术扩增得到该基因cDNA全长并对其进行了克隆。测序表明该基因cDNA长870bp,其中开放阅读框长510bp,编码169个氨基酸,推测蛋白分子量为17.03kD,等电点为9.3,是一种亲水蛋白。序列比对和系统进化分析表明,该基因属于LEA4基因家族成员,命名为CkLEA4。实时荧光定量PCR检测发现,CkLEA4基因在干旱、ABA和NaCl处理下均受到不同程度的诱导,说明CkLEA4基因可能与柠条锦鸡儿响应逆境胁迫有关。     

平茬柠条的土壤水分动态及生理特征

平茬作为荒漠草原区柠条林优化管理的重要手段之一,深入探究平茬复壮阶段的土壤水分的恢复状况及其对生理特征的影响具有十分重要的意义。通过设置对比试验,研究了不同平茬年限柠条的土壤水分的时空分布及其周期性变化规律,并分析了其对净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率等光合作用生理特征的影响,结果表明:(1)生长季年内变化,PC1a—PC5a柠条在对土壤水分的保持能力均高于WPC柠条;对比不同平茬年限柠条土壤水分,PC3a增长迅速,PC4a水分条件最优,PC5a土壤水分消退逐渐向WPC柠条的土壤水分接近;土壤垂直剖面上,PC1a—PC4a柠条根系活跃区的土壤水分随着平茬年份的增加,深层的土壤水分得到有效改善,到PC5a时开始回落。(2)不同平茬年限土壤含水量变化剧烈程度分别为PC4aPC5aWPCPC2aPC3aPC1a,且平茬措施对非根系活跃区的深层土壤水分影响不大,平茬后,对0—180cm土层深度的影响显著,且以平茬PC4a和PC5a的土壤水分周期性变化最长,振动强度变化最明显。(3)平茬早期(PC1a—PC2a)的土壤水分并未迅速提高,此阶段柠条的光合作用受自身性状的影响大于对土壤水分的影响;平茬中期(PC3a—PC4a)的土壤水分对光合作用的影响大于柠条的补偿生长作用;平茬后期(PC5a),平茬柠条光合作用减弱及性状几乎不发生变化,土壤水分状况也开始接近WPC柠条。因此,对于荒漠草原平茬复壮阶段的柠条林的科学有效管理,PC5a柠条可作为饲草资源进行利用的最佳时段。