东乡野生稻苗期响应低温胁迫的转录组分析

为了解东乡野生稻（Oryza rufipogon）对低温胁迫的响应机制,对苗期的RNA-seq转录表达谱进行了研究。结果表明,与对照相比,共检测到10 200个差异表达基因（DEGs）,其中5 201个上调表达,4 999个下调表达,其中有426个DEGs位于已报道的水稻耐冷QTL区间,且37个为耐冷调控相关的家族基因。GO功能分类和KEGG代谢路径分析表明,核酸结合转录因子活性、氨基酸生物合成以及光合作用代谢等均参与响应低温胁迫过程。实时荧光定量分析表明,ABA响应蛋白基因、MYB转录因子和40S核糖体蛋白SA基因等12个可能与低温胁迫响应相关的DEGs表达模式与RNA-seq的一致。可见,植物激素传导途径和转录因子相关调控基因在东乡野生稻苗期响应低温胁迫过程中起重要作用。     

甘薯响应冷胁迫的转录组分析

甘薯是世界第七大粮食作物,虽然甘薯对盐、旱等胁迫的抗逆性较强,但因其起源热带而对低温耐受性差,目前低温已经成为影响甘薯产量及限制甘薯种植面积的重要非生物胁迫。本研究以耐冷品种辽薯36为试验材料,在低温处理0 h、6 h、24 h和48 h后,利用转录组测序技术筛选与冷胁迫紧密相关的代谢通路和差异表达基因。结果共获得甘薯转录组数据75.01 Gb,与参考基因组比对效率达76.33%。差异表达基因分析结果表明,甘薯响应冷胁迫的过程中有6282个基因上调表达,3881个基因下调表达,其中283个共有基因在低温处理6 h、24 h和48 h上调表达,26个基因在3个处理中均下调表达。GO功能富集分析发现,差异表达基因被大量富集到蛋白激酶活性、过氧化物酶活性、氧化还原酶活性、蛋白质磷酸化、氨基酸跨膜转运、蛋白质生色团连锁及果胶分解代谢分子功能和生物学过程等分类条目中。KEGG代谢通路富集分析表明,苯丙烷生物合成、淀粉和蔗糖代谢、植物激素信号转导、植物-病原相互作用、谷胱甘肽代谢这5个代谢通路富集了大量的差异表达基因。本研究为甘薯耐冷基因克隆及耐冷机制解析提供了理论依据。     

萱草叶片响应低温胁迫的转录组分析

低温胁迫是萱草（Hemerocallis fulva）生长过程中经常会遭遇的一种非生物胁迫。比较了萱草叶片在低温处理（10、5、0 ℃）下转录组与对照（15 ℃）数据的差异,共筛选出差异表达基因2 457个,其中上调基因1 253个,下调基因1 204个。差异表达基因主要富集在细胞过程、代谢过程和催化活性等49个GO过程,代谢途径、次生代谢产物的生物合成、植物激素信号转导等42条KEGG代谢途径中。其中参与植物激素信号转导通路的差异表达基因发生了不同程度的变化,GH3.10基因上调至对照组的13.624倍,IAA1基因下调0.120倍;参与可溶性糖合成通路的差异基因发生了0.076~28.114倍不同程度的变化。随后对3个低温处理组共有的29个差异表达基因进行热图和网络调控分析,基于基因在网络调控中的位置,对ABCF5、OFPs和SWEETs等基因在冷应答的作用进行了分析。本研究结果为进一步挖掘萱草低温响应的关键基因及耐寒萱草种质开发、分子育种提供了一定的理论支撑。     

基于转录组测序的花烟草低温胁迫响应转录因子挖掘

为了鉴定参与花烟草低温胁迫的转录因子,对花烟草幼苗进行了4℃低温处理,并在处理后12 h采集其幼苗样本,提取总RNA后,采用高通量测序技术,进行了转录组测序。在对差异表达基因进行GO及KEGG分析的基础上,对参与其中的转录因子进行了挖掘,并采用qRT-PCR的方法,对转录组测序的结果进行了验证。结果表明,低温处理后,花烟草基因表达量变化在2倍以上的基因有8388个(P<0.01),其中,上调表达4229个,下调表达4159个。这些差异表达基因的功能归类于生物过程、细胞组分及分子功能3大类69个GO条目,并显著富集在40条KEGG代谢通路中。同时,在低温胁迫下,花烟草有118个转录因子的表达发生了显著改变,其中,上调表达82个,下调表达36个。这些转录因子属于28个家族,其中,数量最多的为NAC家族19个,其次为ERF家族16个、MYB家族15个、WRKY家族15个。本研究的结果为花烟草低温响应分子机制的研究提供了借鉴。     

新疆准噶尔小胸鳖甲抗冻蛋白在毕赤酵母中的分泌表达

目的：利用酵母Pichia pastoris蛋白表达系统,表达准噶尔小胸鳖甲抗冻蛋白。方法：根据新疆准噶尔小胸鳖甲抗冻蛋白(MPAFP5)基因序列设计引物,并分别在5’引物和3’引物中引入了EcoRI和SalI酶切位点,经PCR扩增MPAFP5基因成熟肽序列后与pGEX4T-1载体相连,再将MPAFP5从pGEX4T-1载体上切下亚克隆至穿梭质粒pGAPZαA上,获得的重组穿梭质粒pGAPZαA-MPAFP5,经线性化后采用电转化法将重组穿梭质粒转入酵母细胞SMD1168内,Zeocin^ 筛选鉴定重组子,小瓶发酵后取上清作SDS-PAGE检测,并用Western-blot检测表达蛋白的正确性。结果：MPAFP5成功地在酵母表达系统获得表达,Western-blot检测表明表达产物为准噶尔小胸鳖甲抗冻蛋白。结论：酵母表达系统能够高效表达准噶尔小胸鳖甲抗冻蛋白,为高密度发酵大量生产抗冻蛋白奠定了基础。     

荒漠昆虫小胸鳖甲抗菌肽Attacin基因的克隆及低温表达模式分析

昆虫在低温冷驯化过程中会发生很多基因表达的改变, 从转录组层面上开展广泛的研究有助于全面认识昆虫对冷响应的分子机制。为了对荒漠昆虫小胸鳖甲Microdera punctipennis的 4℃低温转录组数据中一个上调表达的Attacin基因（MpAttacin1）进行深入了解并分析其对低温诱导的响应情况, 本研究通过生物信息学分析对该基因进行了鉴定, 并利用实时荧光定量PCR对其在低温下的mRNA水平进行了检测。结果表明： 获得的MpAttacin1 cDNA长度为523 bp, 包含一个456 bp的开放阅读框和67 bp的5′端非翻译区。MpAttacin1编码含有151个氨基酸残基的多肽, N端含有17个氨基酸的信号肽序列。同源性分析表明, 其氨基酸序列与其他鳞翅目、 双翅目和鞘翅目昆虫的抗菌肽Attacin具有30%~40%的一致性。以邻接法（neighbor-joining, NJ）构建的系统进化树表明, 小胸鳖甲Attacin1与其他鞘翅目昆虫的Attacin起源于共同的祖先, 属于Attacin_C超家族。实时荧光定量PCR分析结果显示, 在4℃与-4℃低温胁迫时, MpAttacin1基因的转录都呈现先升高后降低的应激反应趋势, 但在对低温的响应时间和强度上有所不同。在4℃处理5 h和9 h后, MpAttacin1的表达量分别为对照组的2.3和3.8倍, 而在-4℃处理7 h和9 h后, 分别为对照组的2.4和1.5倍。这些研究表明, 除已知的抗菌功能外, Attacin在昆虫的低温适应过程中可能也发挥着重要的作用。     

准噶尔小胸鳖甲抗冻蛋白MpAFP698在真核细胞中的表达与鉴定

目的:构建真核表达质粒pEGFP-N1-mpafp698,转染人胚肾293T细胞,并表达准噶尔小胸鳖甲抗冻蛋白MpAFP698.方法:PCR扩增出mpafp698序列,将其克隆入本室保存的真核表达载体pEGFP-N1中,转染293T细胞;利用RT-PCR、流式细胞仪、免疫荧光、Western 印迹检测蛋白表达.结果:构...     

肺形侧耳低温胁迫时期的转录组分析

本文以肺形侧耳栽培菌株X57为研究对象,利用高通量RNA测序技术对4℃低温处理0h、6h和12h后的肺形侧耳进行基因表达分析来探讨肺形侧耳低温应答机制。分析结果筛选出低温处理6h差异表达基因742个,其中上调表达基因374个,下调表达基因368个;低温处理12h差异表达基因1 489个,其中上调表达基因占53%,下调表达基因占47%。Gene Ontology（GO）功能聚类分析表明,差异表达基因主要富集在结合、催化分子功能组和代谢过程、细胞过程生物学过程中。KEGG功能富集分析结果显示,差异基因主要富集在氨基酸、核糖体和类固醇生物合成,及氮类物质代谢的通路上,富集到与低温胁迫相关通路MAPK signaling pathway-yeast上的基因表达随低温处理时间的增加呈上调趋势。已报道HOG-MAPK通路是MAPK途径研究较为明确、信号传递单一的真菌低温胁迫中重要的通路,本文运用生物信息学软件构建肺形侧耳的HOG-MAPK通路,并利用荧光定量PCR对相关基因表达进行验证,结果显示以低温处理0h为参照,随着低温胁迫时间增加通路上大部分基因的表达量持续上升,且差异显著,与RNA‐Seq分析结果一致。本文通过全面分析肺形侧耳低温胁迫时期基因表达情况,为进一步研究肺形侧耳低温胁迫相关重要基因的功能鉴定与信号通路调控机理提供基础。     

荒漠昆虫小胸鳖甲Ras GTP酶激活蛋白基因 MpRasGAP 的克隆及低温表达分析

【目的】丝裂原活化蛋白激酶 (mitogen activated protein kinase, MAPK)级联是细胞的重要信息传递系统之一,Ras GTP酶激活蛋白（Ras GTPase-activating protein, RasGAP）基因 RasGAP 和c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase, JNK）基因 JNK 分别是MAPK信号转导途径的上、下游基因。本研究旨在确定荒漠昆虫小胸鳖甲 Microdera punctipennis RasGAP 及 JNK 基因对低温的响应情况。【方法】从荒漠甲虫小胸鳖甲中克隆获得 RasGAP 基因的cDNA序列,利用生物信息学分析软件分析其氨基酸序列并构建进化树,利用实时荧光定量PCR检测低温胁迫条件下 RasGAP 和 JNK 基因的表达情况。【结果】小胸鳖甲RasGAP cDNA的开放阅读框2 523 bp,命名为 MpRasGAP （GenBank登录号：KM677930）,编码840个氨基酸,分子量96.594 kDa,编码蛋白MpRasGAP属于RasGAP超家族。MpRasGAP与赤拟谷盗 Tribolium castaneum RasGAP的氨基酸序列一致性达89%。小胸鳖甲在4℃和-4℃低温胁迫1 h后,MpRasGAP 的mRNA水平都显著高于室温对照（25℃）。小胸鳖甲在4℃处理3 h或-4℃处理1 h后, MpJNK 的mRNA水平也显著升高。【结论】本研究结果表明小胸鳖甲MpRasGAP 和 MpJNK 的mRNA水平受低温诱导。研究结果有助于深入研究荒漠昆虫在低温下MAPK信号转导途径的作用机制。     

准噶尔小胸鳖甲融合抗冻蛋白活性的比较研究

为了比较准噶尔小胸鳖甲Microdera punctipennis dzhungarica原核表达的不同融合抗冻蛋白活性是否存在差异,分别利用重组表达质粒pGEX-4T-1-Mpafp5和pMAL-p2x-Mpafp5在大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)中诱导表达融合抗冻蛋白GST-MpAFP5和MBP-MpAFP5,并利用亲和层析纯化蛋白。SDS-PAGE分析结果证明获得了两种高效表达纯化的GST-MpAFP5和MBP-MpAFP5融合蛋白。在浓度为0.5 mg/mL时,两种蛋白的热滞值分别为0.51℃和1.336℃,其溶液冰晶形态均为棱型。抗冻保护实验结果显示： 准噶尔小胸鳖甲两种融合抗冻蛋白均能够显著提高细菌在低温下的存活率,并且MBP-MpAFP5对细菌的保护效果显著高于GST-MpAFP5。研究结果对于准噶尔小胸鳖甲抗冻蛋白的应用具有重要的理论意义。     

荒漠甲虫小胸鳖甲胞外信号调节激酶ERK基因的克隆与低温表达谱分析

昆虫属变温生物,冷胁迫是其最常见的环境刺激。丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路与细胞应对外界刺激密切相关,为了解MAPK信号通路在荒漠甲虫小胸鳖甲耐寒机制中的作用,从小胸鳖甲4℃转录组数据中筛选出胞外信号调节激酶(ERK)基因的全长c DNA,命名为Mp ERK。生物信息学分析表明,Mp ERK全长1125 bp,编码374个氨基酸。Mp ERK的理论分子量是43 k Da,含有ERK激酶所共有的磷酸化位点,属于MAPK超家族,与其它物种ERK的一致性达80%以上。实时定量PCR检测Mp ERK基因在低温下的表达谱发现,4℃处理1 h后,Mp ERK基因的表达上调为对照的7.5倍,5 h时达到高峰,为对照的15倍。-4℃处理1 h后,Mp ERK基因的表达上调为对照的8.4倍,5 h时达到高峰,为对照的13.75倍。研究结果表明Mp ERK基因是冷响应的,可能在小胸鳖甲应对低温时发挥信号转导作用。     

小胸鳖甲热激蛋白基因(Mphsp70)的克隆、序列分析及温度对其表达的影响

采用RACE-PCR技术,从荒漠甲虫小胸鳖甲Microdera punctipennis Kaszab克隆hsp70基因全长cDNA序列,命名为Mphsp70。测序结果表明,序列全长2207bp,该序列覆盖了完整编码区,编码647个氨基酸,分子量大小为70.69ku,理论等电点为5.57(GenBank登录号JF421286.1)。此序列包含142bp的5'端非翻译区和124bp的含有多聚腺苷酸信号序列AATAAA和poly A尾的3'端非翻译区以及1941bp的开放阅读框。该基因无内含子,符合诱导型Hsp70的特征。经BLAST检索分析,由Mphsp70的核苷酸序列推定的氨基酸序列与已知的光滑鳖甲Hsp70高度同源,同源性高达97.22%。通过荧光定量RT-PCR技术研究昆虫受到高温胁迫时该基因的表达,结果表明:经37℃和42℃处理昆虫1h后诱导昆虫体内hsp70的表达,其表达量分别为对照组(25℃)的21.57倍和389.3倍,随着处理时间的延长,表达量降低。该研究结果为深入研究小胸鳖甲的抗逆机理提供了新的思路。     

荒漠昆虫小胸鳖甲水通道蛋白基因MpAQP1克隆及低温对其表达的影响

水通道蛋白(aquaporin,AQP)参与细胞的水分平衡与运输,与生物的抗逆性相关,但AQP在昆虫耐寒性中的作用仅有少量报道。为了检测昆虫AQP基因的序列特征及其表达是否与低温相关,本研究从荒漠甲虫小胸鳖甲Microdera punctipennis中克隆获得AQP的开放阅读框(ORF)序列,命名为MpAQP1(Gen Bank登录号:KX129951)。生物信息学分析表明,MpAQP1的ORF长度为813 bp,编码270个氨基酸,分子量为28.59 kDa,理论等电点为7.73。MpAQP1属于萤火虫内嵌蛋白(PRIP)家族,具有6个跨膜结构域和5个螺旋环,含有高度保守的天冬酰胺-脯氨酸-丙氨酸基序(NPA基序)。实时荧光定量PCR检测MpAQP1在低温下的表达谱发现,4℃低温处理1 h,MpAQP1开始上调表达,5 h达到最高峰,为对照组的34.39倍。研究表明MpAQP1为冷响应基因,水通道蛋白可能参与小胸鳖甲低温下的渗透调节而发挥耐寒性功能。     

西方蜜蜂工蜂蛹响应低温胁迫的差异表达基因分析

【目的】本研究旨在从转录组水平筛选和分析西方蜜蜂Apis mellifera工蜂不同时期蛹对低温胁迫反应的差异表达基因(DEGs)。【方法】将西方蜜蜂工蜂封盖后3 d预蛹以及封盖后6和9 d蛹分别置于低温环境(20℃)和最适发育温度(35℃)中4 h,分别作为处理组和对照组,通过转录组学技术筛选低温处理组与对应的对照组之间的DEGs,并进行GO功能分类和KEGG通路分析。利用RT qPCR分别对封盖后3 d预蛹以及封盖后6和9 d蛹的8, 6和5个DEGs的表达谱进行验证。【结果】与对照组相比,封盖后3 d预蛹以及封盖后6和9 d蛹受低温胁迫后的DEGs分别有220, 50和26个;GO功能分类发现,DEGs富集数最多的条目为代谢进程、细胞进程、催化活性和结合,封盖后3 d预蛹的DEGs在生物学进程调控、细胞部分和细胞器等有较多富集。KEGG通路分析显示,处理组和对照组间西方蜜蜂各日龄DEGs在整体概述图、氨基酸代谢、信号转导、运输和分解代谢有富集。封盖后3 d预蛹以及封盖后6和9 d蛹受低温胁迫后共有的DEG 3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1基因PDK1上调表达,同时富集在自噬-动物、mTOR和FoxO信号通路。低温胁迫后,封盖后3 d预蛹的胰岛素受体底物1-B基因IRS1-B和Kruppel同源物1基因Kr-h1上调表达,而核激素受体FTZ-F1基因Ftz-F1与蜕皮启动激素基因Eth显著下调表达,说明封盖后3 d预蛹响应低温细胞自噬和蜕皮受到抑制程度更大。在低温胁迫后封盖后6 d蛹中与昆虫角质层着色与免疫相关的酪氨酸羟化酶基因TyHyd下调表达;与对照组相比,在低温胁迫后封盖后9 d蛹中DEGs最少,说明在3个蛹期中,其受低温的影响较小。【结论】本研究测定了西方蜜蜂3个不同发育阶段蛹响应低温的DEGs,结果显示大部分DEGs为阶段特有,说明西方蜜蜂不同发育阶段响应低温的机制不同。一些共有DEGs以及阶段特有DEGs的功能研究和其作用机制是进一步研究蜜蜂对低温响应机制的重点内容,为探究蜜蜂蛹期响应低温胁迫的分子机制提供了基础数据。     

荒漠昆虫光滑鳖甲的耐寒性季节变化及其生理机制

光滑鳖甲Anatolica polita borealis生活于温差大的新疆荒漠环境, 为探讨其耐寒性及耐寒机制, 本研究测定了其3-9月份成虫在－10℃的耐寒性、过冷却点（SCP）、含水量、甘油含量和血淋巴热滞活性(thermal hysteresis activity, THA)以及冷驯化对增强光滑鳖甲成虫耐寒性的效果, 还测定了光滑鳖甲不同发育阶段幼虫的SCP。结果表明: 光滑鳖甲成虫的耐寒性和SCP具有明显的季节性变化, 3月初SCP为－12.5℃, 7月为－6℃, 9月底为－13.6℃。4℃冷驯化能够提高光滑鳖甲成虫在－10℃的存活率, 未驯化组在40 min的存活率为50%, 而驯化2 h的为70%, 驯化24 h的为90%。虫体含水量在夏季有显著降低, 3月、7月和9月结合水与自由水的比值分别为10.8∶1,2.6∶1和5.4∶1。成虫甘油含量与SCP的回归方程为y=－0.6204x－5.681, R²=0.7714。成虫血淋巴THA与过冷却点的回归方程为y=－5.26x－1.713, R²=0.9049。血淋巴THA比甘油浓度更能影响过冷却点降低的程度。随着幼虫的发育, 其SCP逐渐降低。结果提示, 光滑鳖甲通过提高结合水与自由水的比值、增加抗冻蛋白和甘油的含量使虫体保持较低的SCP, 因而具有较高的耐寒性。