甜瓜HD-Zip家族基因的鉴定及在表皮毛发育中的表达分析

【目的】研究HD-Zip家族基因在甜瓜表皮毛发育过程中的表达模式和功能。【方法】利用生物信息学方法对甜瓜HD-Zip家族基因进行全基因组鉴定、染色体定位、系统进化分析、基因结构分析、理化性质分析、保守序列分析、顺式作用元件预测、共线性分析、蛋白互作网络预测和调控该家族基因的MicroRNA预测,并结合甜瓜不同组织部位和不同表皮毛材料的转录组分析及qRT-PCR验证,筛选与甜瓜表皮毛发育相关的基因。【结果】甜瓜基因组编码37个HD-Zip家族成员,不均等地分布在9条染色体上。该家族成员分为4个亚家族,各亚家族成员具有相似的基因结构和保守基序。共线性分析显示,甜瓜HD-Zip家族基因的形成存在着连锁遗传且伴随串联复制、片段复制等染色体复制事件的发生,其基因组进化过程与黄瓜高度相似。顺式元件分析显示,该家族成员含有与表皮毛发育相关的赤霉素、茉莉酸、脱落酸和水杨酸响应元件。调控HD-Zip家族基因的MicroRNA主要有miRNA166、miRNA17和miRNA395家族。不同表皮毛甜瓜材料的转录组分析显示,该家族中CmHDZ1、CmHDZ3、CmHDZ14、CmHDZ17和CmHDZ36基因在无表皮毛材料中表达显著下调,CmHDZ21、CmHDZ23和CmHDZ28基因表达显著上调。进一步在不同表皮毛材料的子房和叶片中的表达模式分析显示,与有表皮毛材料相比,CmHDZ5、CmHDZ14、CmHDZ17基因在无表皮毛材料中表达显著下调,CmHDZ22基因表达显著上调。【结论】甜瓜中编码37个HD-Zip家族基因,基于其在甜瓜不同组织部位和不同表皮毛材料中的表达模式分析,筛选到9个与甜瓜表皮毛发育密切相关的CmHDZs基因,其中CmHDZ1、CmHDZ14、CmHDZ17基因在无表皮毛甜瓜中的表达显著下调,可能参与赤霉素和茉莉酸途径介导的甜瓜表皮毛发育的正调控,CmHDZ22基因在无表皮毛甜瓜中表达显著上调,可能负调控表皮毛的发育。

不同启动子驱动下GL6基因表达对水稻叶表皮毛发育的影响

【目的】研究水稻茸毛发育机制及相关基因的功能与调控模式,为深入研究相关基因功能及其在生产上的应用提供理论支撑。【方法】从不同水稻品种中克隆叶片表皮毛发育相关基因GL6的启动子序列,并将具有显著表皮毛特征的突变体品种75-1-127的GL6基因启动子与叶表无显著表皮毛特征的野生型品种相应基因的启动子序列进行比对,同时克隆突变体品种75-1-127中GL6基因的CDS序列,并分别构建以玉米泛素蛋白Ubiquitin和花椰菜花叶病毒CaMV35S为启动子驱动的过表达载体,以农杆菌介导的方法转化野生型粳稻品种Kitaake。【结果】不同品种中克隆的启动子序列区存在显著的序列差异,以玉米泛素蛋白Ubiquitin启动子驱动的过表达载体获得的转基因水稻出现了显著的表皮毛特征,以花椰菜花叶病毒CaMV35S为启动子驱动的过表达载体的转基因水稻则未出现典型的表皮毛特征。【结论】目标基因GL6的表达调控受启动子的影响,突变体品种75-1-127的叶表皮毛发育特征是因启动子区序列差异所致。

拟南芥表皮毛突变体abt2基因克隆及功能研究

植物表皮毛广泛地分布在陆生植物地上部分,是植物表皮组织的一种特化结构,具有多种重要的生物学功能。通过甲基磺酸乙酯(ethylmethanesulphonate,EMS)诱变获得了1个莲座叶表皮毛分支明显增加的突变体,将其命名为aberrant trichome 2(abt2)。遗传分析结果表明,abt2突变体是由细胞核单基因控制的隐性突变。图位克隆和遗传互作结果显示,abt2的表型是由KAKTUS(KAK)基因第+6 881处核苷酸发生突变所导致的,这为进一步研究植物表皮毛的发育调控机制提供新的遗传材料。

黄瓜bZIP基因家族鉴定及功能分析

为研究bZIP家族基因在黄瓜表皮毛发育过程中的功能,利用生物信息学方法对黄瓜bZIP家族基因进行全基因组鉴定、染色体定位、系统进化分析、基序分析和结构域预测,并结合转录组分析和拟南芥异源转化,筛选与黄瓜表皮毛发育相关的基因。结果表明,黄瓜全基因组编码75个bZIP家族成员,不均等地分布在黄瓜的7条染色体上。该家族成员分为10个亚家族,各亚族成员具有相似的基因结构和保守基序。其中,对4个差异表达的bZIP基因CsaV3_7G003290、CsaV3_4G004890、CsaV3_2G031960和CsaV3_3G046530的拟南芥同源基因突变体表型观察发现,Atbzip47和Atbzip56拟南芥突变体茎秆处表皮毛数量显著减少。将CsaV3_2G031960和CsaV3_3G046530基因在Atbzip56突变体中进行异源转化,回补了Atbzip56突变体的表型。此结果为进一步解析CsbZIPs基因成员在黄瓜表皮毛发育中的功能和调控路径提供了参考。

蓝莓GEF家族基因鉴定与功能分析

鸟苷酸交换因子(guanylate exchange factors,GEFs)是广泛存在于动植物中的一类信号传导因子,通过三磷酸鸟苷(GTP)替换分子开关上的二磷酸鸟苷(GDP),调节分子开关的活性和功能。为研究蓝莓GEF蛋白在调控根毛和表皮毛发育过程中的功能,本研究利用生物信息学技术从蓝莓基因组中鉴定出32个GEF基因,系统进化分析将其划分为3个亚组。氨基酸序列比对和保守结构域分析表明蓝莓GEF均含有PRONE(plant-specific ROP nucleotide exchanger)结构域,属于PRONE超家族。进一步以蓝莓‘Emerald’为实验材料,克隆了VcGEF3序列,该基因开放阅读框长度1401 bp,编码467个氨基酸,分子质量为52.86kDa,理论等电点为5.40,预测VcGEF3蛋白为不稳定的亲水性蛋白。RT-PCR分析表明,VcGEF3在茎和花中表达,不在根、叶、果实中表达。在拟南芥中超量表达VcGEF3后,根毛长度被显著抑制,表皮毛呈不同程度弯曲生长,说明蓝莓VcGEF3参与根毛和表皮毛发育调控。