小黑杨种子中mRNA的鉴定及生物信息学分析

为揭示小黑杨种子的萌发机制,采用转录组测序(RNA-Seq)技术对小黑杨种子的高丰度mRNA、特异mRNA及优势mRNA进行鉴定及生物信息学分析。结果表明:在小黑杨种子中共有高丰度mRNA 30个和特异及优势mRNA 1 840个(特异mRNA438个和优势mRNA 1 402个)。其主要参与RNA转运、蛋白质合成与加工、ATP合成、己糖合成、高尔基体转运以及转录调控等相关过程,且在种子萌发早期发挥关键调控作用。

杨树种子萌发中内肽酶变化及其相关途径基因的表达模式

为研究杨树种子萌发过程中储藏蛋白分解的分子机制,以杨树萌发0h、0.75h、24h、48h、72h和144h的种子或幼苗为材料,对内肽酶酶活及其相关途径基因的表达模式进行研究,结果表明:随着杨树种子萌发的进行,游离氨基酸含量逐渐升高,其中在48h时变化显著,此时内肽酶活性最高;天冬氨酸内肽酶基因(Potri.006G087600)与苏氨酸内肽酶基因(Potri.002G166800)在48h时相对表达量最高,其中苏氨酸内肽酶基因(Potri.002G166800)表达模式与氨基酸含量变化呈显著正相关,其编码的酶对杨树种子萌发过程中蛋白分解起重要作用。

毛果杨NLP基因家族生物信息学分析与鉴定

NLP基因家族是一类特殊的转录因子,豆科植物根瘤的形成依赖于该基因家族的存在,在非豆科植物中具有调节植物硝酸盐吸收以及同化的功能。通过对毛果杨(Populus trichocarpa)基因组的生物信息学分析,共鉴定出14个毛果杨NLP基因家族成员,这些成员具有低亲水性的特点,基因结构保守,都含有RWP-RK以及PB1两个保守结构域。通过细胞定位预测,所有成员都定位在细胞核中。直系同源与旁系同源进化分析显示,NLP基因家族成员在漫长的进化过程中经历了严格的选择。染色体定位分析表明,毛果杨NLP基因家族成员坐落在毛果杨9条染色体之上,成员数量的扩增来自于杨柳科染色体自身的扩增事件。芯片数据分析结果显示,NLP基因家族成员在嫩叶,根和雄花中表达,部分基因在木质部以及种子萌发过程之中表达,但所有成员均不在成熟叶片中表达。

西伯利亚蓼铜伴侣蛋白基因在盐胁迫条件下的表达分析

铜伴侣蛋白是细胞质中负责传递铜离子的一种小分子转运蛋白,在逆境胁迫过程中铜伴侣蛋白的ATX1家族具有消除活性氧的作用.本研究应用RACE技术从西伯利亚蓼中克隆了具有完整编码区的铜伴侣蛋白全长cDNA序列,命名为PsATX-1.PsATX-1基因全长516 bp,其中开放读码框为228 bp,编码75个氨基酸,5′非编码区为83 bp,3′非编码区为204 bp.GenBank中登录号为EU620702.经比对发现,该基因所编码蛋白拥有重金属结合位点MXCXXC,缺少多数高等植物铜伴侣蛋白(CCH)所特有的C末端结构域(CTD).实时荧光定量PCR分析显示,PsATX-1基因在西伯利亚蓼的地下茎、茎、叶中皆有表达,其中叶中表达量最高;PsATX-1基因受3%NaHCO3胁迫诱导,在不同部位表达模式有差异.

西伯利亚蓼半胱氨酸合成酶基因的克隆与表达

半胱氨酸合成酶是植物半胱氨酸合成反应的关键限速酶。文中应用RACE技术从西伯利亚蓼中成功克隆了半胱氨酸合成酶基因(GenBank登录号:EU597481),命名为PcCSase1,该基因全长cDNA为1260bp,编码382个氨基酸。经生物信息学分析,初步确定PcCSase1的N端前16个氨基酸为信号肽,并引导PcCSase1蛋白定位于胞质,为胞质型半胱氨酸合成酶。同源序列分析表明,此蛋白与其他植物半胱氨酸合成酶成熟蛋白序列高度保守,氨基酸相似性达到90%左右。荧光定量RT-PCR分析表明,PcCSase1在西伯利亚蓼的叶、茎和地下茎中均有表达,叶中表达最高,茎和地下茎次之,在3%NaHCO3胁迫过程中,该基因在叶、茎和地下茎中均在第2d表达量最高。将PcCSase1转入酿酒酵母INVSc1,结果显示培养基中半胱氨酸和菌体中谷胱甘肽含量均有显著增加,在10%NaHCO3和5mol/LNaCl胁迫下,转基因INVSc1-pYES2-PcCSase1菌株的存活率明显高于对照INVSc1-pYES2,证明PcCSase1基因具有耐高盐的作用。

西伯利亚蓼非特异性脂质转移蛋白编码序列的克隆及其盐胁迫下的表达

根据西伯利亚蓼地下茎抑制消减文库(SSH)中获得的非特异性脂质转移蛋白(non-specific lipid transfer protein,nsLTP)EST序列,应用RACE技术克隆了具有PolyA的全长cDNA序列.该序列全长604bp,其5′非翻译区65bp,3′非翻译区227bp,开放阅读框编码103个氨基酸残基;序列分析表明,该基因具有N端信号肽,具有nsLTP家族共有的典型保守区域,属nsLTP家族基因,命名为PsnsLTPs;荧光定量PCR分析表明,PsnsLTPs在西伯利亚蓼叶、茎、地下茎中均有表达.在3%NaHCO3诱导表达下,该基因在地下茎中表达明显受盐胁迫的诱导,推测该基因在抵御盐胁迫时具有重要作用.

小黑杨FLC基因的克隆及功能解析

MADS-box家族蛋白是一类重要的调控开花的转录因子，FLC是其家族成员的编码基因之一。FLC在调节开花过程，其功能的发挥受多个途径的调控。本研究利用RT-PCR方法在小黑杨雄花芽中克隆出FLC基因的全长cDNA序列PnFLC。该基因的开放读码框为726bp，编码241个氨基酸残基组成的分子量为27．559kD的蛋白质，蛋白质的等电点为9．37。实时定量荧光PCR结果显示，春化能够使PnFLC在小黑杨根、茎、叶各组织中表达量下调57．9％～84％；启动子GUS染色结果表明，PnFLC启动子在分裂活跃的组织中活性较高。拟南芥的遗传转化结果显示，PnFLC可以调控AtAP1、AtSOC1和AtFT基因的表达，同时延迟拟南芥的开花时间。

西伯利亚蓼铜伴侣蛋白与铜锌超氧化物歧化酶基因共转化烟草的耐盐性分析

为验证西伯利亚蓼铜伴侣蛋白基因(Ps ATX)和铜锌超氧化物歧化酶基因(Ps SOD)共转化的烟草是否具有耐盐功能,分别构建了植物单价表达载体pROKⅡ-Ps ATX、pROKⅡ-Ps SOD和双价表达载体pROKⅡ-Ps ATX-PsSOD,通过农杆菌介导遗传转化烟草,PCR验证转基因植株后测定了盐胁迫条件下转基因烟草的丙二醛(MDA)、活性氧、脯氨酸含量及超氧化物歧化酶(SOD)活性,以此鉴定转基因植株的耐盐性。结果表明:(1)Ps ATX和Ps SOD基因已成功整合到烟草基因组中;(2)在100 mmol·L-1Na Cl处理条件下,转双价基因植株的MDA、活性氧、脯氨酸含量均比野生型和转单价基因植株低,而SOD活性则高于这两类植株。证明Ps ATX和Ps SOD基因共转化的烟草植株比转单价基因植株具有更强的耐Na Cl能力。本研究将为研究Ps ATX和Ps SOD基因的抗逆机制奠定分子基础。

西伯利亚蓼多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白基因的克隆及盐胁迫下的表达

根据西伯利亚蓼茎抑制消减文库(SSH)中获得的多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(polygalacturonase inhibiting proteins,PGIP)的EST序列,采用RACE技术在西伯利亚蓼消减库(SSH)成功克隆了PGIP蛋白基因的cDNA序列.该基因开放读码框为1020bp,编码339个氨基酸,具有1段24个残基的保守亮氨酸结构域.序列分析表明,该基因具有N端信号肽,具有PGIPs家族共有的典型保守区域,属PGIPs家族基因,命名为PsPGIP,GenBank登录号为ACD01043.荧光定量PCR分析表明,PsPGIP在西伯利亚蓼叶、茎、地下茎等器官中均有分布.在3%NaHCO3诱导表达中,该基因在叶中表达明显受盐胁迫的诱导.推测该基因在抵御盐胁迫伤害中起到了重要的作用.

西伯利亚蓼PsPIP1基因的克隆及其在NaHCO_3胁迫下的表达

应用cDNA末端快速扩增(RACE)技术从西伯利亚蓼叶cDNA文库中克隆了质膜内在蛋白基因(PsPIP1)的完整编码区cDNA序列(GenBank accession No.EU626398),长度为1004bp,编码285个氨基酸。基于和其他植物水通道蛋白的氨基酸序列、推测的三维结构的比较以及系统进化分析结果,初步确定此基因为水通道蛋白基因家族中的PIP1亚族成员。RT-PCR结果显示,PsPIP1在西伯利亚蓼的地下茎、茎、叶中均有表达,叶中表达量最高,地下茎次之,茎中最低。在NaHCO3胁迫与去胁迫的过程中,此基因在地下茎、茎、叶中的表达模式也有较明显的差异。

重点实验室开放共享平台的管理和运行

仪器设备是高校实验平台进行科研和教学的物质保障。为了高效管理重点实验室开放共享平台并最大程度地发挥平台仪器设备的资源效益,从平台仪器设备的配置、管理、运行、开放共享以及维护维修等主要方面进行论述,采取一系列措施和制度,科学管理平台、实现仪器设备的规范化使用、健全维护维修体系、培养高水平的实验技术人员,以保证平台的正常运行和资源共享。为其他实验平台或者实验中心提供切实可行的参考。

根际土壤氮素含量对杨树根系生长的影响

为绿化部门春季种植杨树及追肥提供参考,对哈尔滨市14个公园(绿地)的杨树根际土壤总氮素含量及有效氮含量进行检测,并通过实验室模拟有效氮素含量对杨树幼苗进行处理,研究土壤氮素对东北常见绿化树种杨树根系发育的影响。结果表明:不同绿地间土壤氮素含量变化有显著差异,氮素浓度为85mg/kg的杨树幼苗根部干重为0.082g/株,较氮素浓度为30mg/kg的杨树幼苗根部的干重增加约1倍;杨树幼苗根部主根长度为19.26cm,较氮素浓度为30mg/kg的杨树幼苗增加1/3。当氮素浓度为60mg/kg时,硝酸还原酶、谷氨酸合酶的酶活性显著提高,在氮素浓度为40~60mg/kg,扩展蛋白expb3、expb2、expa17和expa11的mRNA表达量显著升高。当外界氮素浓度达40~75mg/kg时对杨树幼苗根系具有促进作用。

谷氨酸合成酶基因及其在植物氮代谢中的调节作用综述

谷氨酸合成酶(GOGAT)是植物体内氮素同化与循环的关键酶。深入研究该酶的控制基因及其表达特性,对了解植物氮代谢调控机制并应用于农业生产具有重要意义。根据在高等植物Fd-GOGAT和NADH-GOGAT的生物化学和遗传学方面的研究进展,对其历史进程进行回顾和总结;从在植物中的定位、功能、表达特异性、转录水平调控以及对氮代谢的调控等方面介绍谷氨酸合成酶(GOGAT)分子生物学研究进展,并展望GOGAT基因在植物氮代谢中的调节作用,提高氮素利用率(NUE)等方面的应用前景。

西伯利亚蓼谷氨酰胺合成酶基因的克隆及碱性盐胁迫下的表达

根据西伯利亚蓼(Polygonum sibiricum Laxm.)地下茎抑制消减文库(SSH)中获得的谷氨酰胺合成酶基因(Glutamin synthetase,GS)EST序列,应用RACE技术克隆了具有Poly A的全长cDNA序列,以下简称为PsGS基因。该序列全长1 273 bp,其5'非翻译区178 bp,3'非翻译区24 bp,开放阅读框编码356个氨基酸残基;根据与其他植物谷氨酰胺合成酶的氨基酸序列的比对以及系统进化分析的结果,确定此基因为谷氨酰胺合成酶基因家族成员;经过SignalP3.0预测该蛋白没有信号肽,无切割位点,为非分泌蛋白。经过ProtParam计算该蛋白的理论等电点为5.55,分子量为39.2 kD,不稳定系数为43.82%,为非稳定蛋白。实时定量PCR分析表明,PsGS在西伯利亚蓼叶、茎、地下茎中均有表达。在3%NaHCO3诱导下,该基因在叶和茎中表达升高,在地下茎中表达受到抑制,推测该基因在抵御碱性盐迫时具有重要作用。

植物铜稳态相关miRNAs的研究进展

铜(Cu)是植物生长发育所必需的微量元素,参与光合作用、呼吸作用及木质素合成等多个生物学过程。铜离子具有氧化还原特性,低铜或者过量铜都会对植物造成伤害,因此植物在长期进化过程中产生了一套完整的铜稳态调控体系,其中miRNA在此体系中扮演着重要的角色。介绍了mi R397、mi R398、mi R408、mi R857、mi R1444等5种Cu-miRNAs,它们的靶基因编码了植物细胞中非常重要的4大类含铜蛋白——漆酶、超氧化物歧化酶、质体蓝素和多酚氧化酶。在铜胁迫条件下,miRNA通过调控靶基因的表达优化铜离子的分配,既保证了铜的正常供应,又避免了铜毒害。

杨树天冬氨酸转氨酶基因家族鉴定及表达分析

【目的】鉴定杨树天冬氨酸转氨酶(ASPAT)基因家族成员,并检测其组织表达特异性,为研究ASPAT在杨树初级氮素同化中的生物学功能提供参考依据。【方法】从杨树基因组数据库中筛选鉴定ASPAT基因家族成员,利用生物信息学软件分析各基因家族成员序列和基因结构及编码蛋白的理化性质、亚细胞定位和保守基序等,并利用实时荧光定量PCR检测正常施氮处理(1 mmol/L NH4NO3)下其在杨树根、茎和叶中的组织表达特异性。【结果】从杨树基因组中共鉴定出9个ASPAT基因家族成员,包括7个真核型ASPAT(AAT)基因(PtASPAT1～PtASPAT7)和2个原核型ASPAT(PAT)基因(PtASPAT8～PtASPAT9),编码区(CDS)序列长度1215～1791 bp,编码的氨基酸数目304～480个,外显子数7～14个,编码蛋白的等电点5.66～8.99,相对分子质量33.11～53.31 kD,脂融指数76.36～93.54,分别定位于叶绿体、线粒体和胞质中,除PtASPAT6和PtASPAT7为不稳定蛋白,其他均为稳定蛋白。拟南芥和杨树的ASPAT蛋白可聚为两大类,Ⅰ类为AAT蛋白,包括PtASPAT1～PtASPAT7和AtASPAT1～AtASPAT5;Ⅱ类为PAT蛋白,包括PtASPAT8、PtASPAT9和拟南芥PAT(AtPAT)。PtASPAT1～PtASPAT6均含有5个保守基序,PtASPAT7缺少2个保守基序,PtASPAT8和PtASPAT9均仅含有1个与AtPAT相同的保守基序。9个杨树ASPAT蛋白均含有磷酸吡哆醛结合位点(SGTHNYSSK)、同源二聚体多肽结合位点(GAVAER)和催化残留活性位点(K)。正常氮素处理下,PtASPAT1基因在杨树根、茎和叶中表达量无明显差异;PtASPAT2～PtASPAT9基因在根部的表达量较在茎和叶中的高,尤其是PtASPAT4和PtASPAT8基因表达量较高。【结论】杨树ASPAT基因家族成员主要在根部表达,尤其是PtASPAT4和PtASPAT8基因在杨树根部的初级氮素同化中发挥重要作用。

西伯利亚蓼非特异性脂质转移蛋白基因PsnsLTP的功能分析

通过在农杆菌介导下,利用西伯利亚蓼非特异性脂质转移蛋白基因(植物表达载体:pROKII-PsnsLTP)对烟草进行遗传转化,经卡那霉素抗性分化筛选及PCR鉴定,获得6个转基因烟草株系。接种烟草炭疽病病菌和猝倒病病菌后观察转基因植株和野生型的表型差异,在Na Cl、Cd Cl2、7.5%PEG6000的胁迫下进行表型观察和生理指标的测定。结果显示:与野生型烟草相比,T1代转基因植株已具有较强的耐烟草炭疽病和猝倒病的能力;其超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性显著增强,丙二醛(MAD)含量显著降低,且幼苗具有较好的生长性状。由此证明,西伯利亚蓼非特异性脂质转移蛋白PsnsLTP增加了转基因烟草抵御生物胁迫和非生物胁迫的能力,这些工作为深入研究PsnsLTP基因的抗逆机制提供了参考。

84k杨叶片离体快繁体系的优化

以84k杨成熟叶片为外植体,诱导愈伤组织及不定芽的分化,经过壮苗、生根过程获得再生植株,建立了84k杨组织培养和快速繁殖技术新体系。结果表明:最佳叶片不定芽诱导培养基MS+6-BA 0.8mg/L+NAA0.1mg/L,诱导率100%,平均丛生芽数为15.06;最佳壮苗培养基为MS+IBA 0.6mg/L+6-BA 0.1mg/L;最佳生根适宜培养基为MS+IBA 0.6mg/L+NAA 0.4mg/L,生根率100%;将生长良好的组培苗移栽并扣瓶培养1周,成活率达97%。

植物氮代谢中天冬酰胺合成酶B的研究进展

天冬酰胺合成酶B(Asparagine synthetase B,AS-B,EC 6.3.5.4)是植物氮代谢中的关键酶,在植物氮素同化与分配上发挥着重要作用,其产物天冬酰胺(Asn)是植物体内有机氮运输和储存的主要形式之一。近年来,对AS-B的研究取得很大进展,本文就AS-B的结构、分类、反应机制、表达模式以及生物学功能进行全面的阐述,为利用分子育种方法提高作物或林木的氮素利用率奠定理论基础。

转基因PnDof30拟南芥非生物胁迫下的抗性分析

Dof(DNA-binding with one finger)转录因子是植物中特有的一类转录因子,是锌指蛋白家族中的一个具有众多成员的家族,氨基酸长度一般在200~400,含有非常保守的N端和较为多变的C端。已有研究表明,Dof转录因子家族在参与植物发育的多种生理途径和调节碳氮代谢、增加氮素的吸收与利用,提高植株抗逆能力中起着重要作用。为了探究小黑杨(Populus simonii×P.nigra)中Dof30基因的抗逆能力,本研究以转基因PnDof30拟南芥为研究对象,对干旱、盐和渗透胁迫后过表达PnDof30拟南芥株系L2和野生型拟南芥WT的生理指标进行比较。发现胁迫后拟南芥株系L2的种子萌发率、根长和鲜重等指标均高于WT;同时SOD、POD、脯氨酸含量高于WT,叶绿素和MDA含量下降;胁迫后L2中的PnDof30基因表达量显著提高。这些结果表明了PnDof30基因具有抗旱、耐盐和渗透胁迫的能力,对全面了解Dof转录因子的抗逆胁迫功能具有重要的意义。