谷子NBS-LRR类基因家族全基因组鉴定及表达分析

对谷子NBS-LRR类家族成员进行鉴定,并对其染色体分布、基因结构、保守基序、系统进化及表达水平进行分析,为NBS-LRR类家族基因在谷子抗病分子育种中的应用奠定基础。结果表明,共获得NBS-LRR类家族基因411个,其中含CN(CC-NBS)结构的基因376个,含CNL(CC-NBS-LRR)结构的基因33个,含TIR(Toll interleukin-1 receptor)结构的基因1个,仅含NBS结构的基因1个。多数NBS-LRR类家族基因定位在8号染色体。在谷子中NBS结构域存在4段保守序列,且该家族在系统进化中被分为3类,基因结构多样,保守基序Motif1结构最保守。有23个谷子NBS-LRR类基因与狗尾草存在共线性,21个与水稻存在共线性,仅1个与拟南芥存在共线性,其中Seita.8G088500和Seita.8G088400被鉴定为水稻抗稻瘟病的高度同源基因。谷子与水稻、拟南芥的共线性基因的Ka/Ks值均小于1;与狗尾草的共线性基因中,Seita.6G014500、Seita.6G023500的Ka/Ks值均大于1。表达谱分析表明,在谷子根和穗中高表达的NBS-LRR类基因数目较多,叶次之,幼芽中最少,表明该家族基因可能在根及穗抗病过程中发挥重要作用。

飞蝗几丁质酶5-1抗体制备及表达特性分析

【目的】通过制备飞蝗(Locusta migratoria)几丁质酶5-1(LmCht5-1)的多克隆抗体,建立飞蝗体内LmCht5-1蛋白水平检测方法,分析LmCht5-1在4龄飞蝗的表达特性及组织定位。【方法】采用MEGA软件对LmCht5-1和LmCht5-2氨基酸序列进行比对,利用Expression网站对LmCht5-1氨基酸序列进行抗原表位预测分析,获得LmCht5-1抗原结构区域;以飞蝗c DNA为模板,通过PCR扩增LmCht5-1的抗原片段;同时通过酶切连接构建含有鸡血清白蛋白OVA的载体p ET32a-OVA;然后通过酶切连接将LmCht5-1插入到p ET32a-OVA载体构建p ET32a-OVA-LmCht5-1;将p ET32a-OVA-LmCht5-1转入表达菌株BL21(DE3)中,IPTG诱导表达重组蛋白OVA-LmCht5-1;利用Ni-NTA纯化后免疫新西兰白兔,制备多克隆抗体。通过ELISA方法检测抗体效价;利用Western blot检测抗体特异性。提取4龄飞蝗不同日龄表皮,采用Western blot分析LmCht5-1蛋白表达模式。对4龄飞蝗注射ds LmCht5-1,检测蛋白水平LmCht5-1表达量,并通过免疫组化方法对LmCht5-1进行定位及功能分析。【结果】通过LmCht5-1和LmCht5-2序列比对和抗原表位预测分析,获得LmCht5-1的471—533AA可作为抗原区域;通过酶切连接分别获得p ET32a-OVA和p ET32a-OVA-LmCht5-1。经诱导表达和纯化后获得重组蛋白OVA-LmCht5-1,分子量为71.34 k D;免疫后制备多克隆抗体OVA-LmCht5-1,ELISA检测效价为1﹕102 400。多克隆抗体OVA-LmCht5-1用于Western blot检测时可特异性识别LmCht5-1,与LmCht5-2蛋白无交叉反应。利用Western blot方法检测4龄若虫各日龄表皮中LmCht5-1蛋白的表达,发现LmCht5-1蛋白随发育日龄其表达量逐渐增加,在蜕皮当天达到峰值,蜕皮后快速降至最低点。对飞蝗若虫N4D2注射ds LmCht5-1,检测到在N4D5时,LmCht5-1的转录水平和蛋白水平均被显著抑制,抑制率分别为70.0%和73.6%。选取注射ds LmCht5-1和ds GFP的4龄飞蝗表皮,进行免疫组化实验显示LmCht5-1定位于表皮细胞和旧表皮中,其功能失活引起旧表皮中几丁质不降解。【结论】获得飞蝗LmCht5-1多克隆抗体可特异性识别LmCht5-1,可用于Western blot和免疫组化检测。明确LmCht5-1在飞蝗4龄若虫蜕皮当天表达最高,定位于表皮细胞和旧表皮中。ds LmCht5-1可减少表皮细胞和旧表皮中LmCht5-1的表达,阻碍旧表皮中几丁质的降解。

利用WGCNA鉴定谷子内源脱落酸响应禾生指梗霉胁迫的共表达基因

【目的】脱落酸(ABA)作为一类逆境激素,在植物生长发育、生物胁迫和非生物胁迫中发挥着重要作用。脱落酸受体蛋白PYR/PYL/PCAR及SNF1相关的蛋白激酶(SnRK2)是介导脱落酸信号转导的重要调控因子。本研究通过预测脱落酸及其信号转导途径中关键基因在谷子白发病致病菌禾生指梗霉(Sclerospora graminicola)中的调控作用,为谷子内源脱落酸响应禾生指梗霉侵染的互作研究提供参考。【方法】通过对禾生指梗霉侵染的晋谷21号谷子进行转录组测序和脱落酸含量测定,基于谷子全基因组对脱落酸信号转导通路上的PYL和SnRK2家族基因进行鉴定、分析,利用测定的转录组构建加权基因共表达网络(WGCNA),并与禾生指梗霉侵染引起的寄主内源脱落酸含量进行关联,预测脱落酸及其下游信号转导基因PYL和SnRK2在谷子与禾生指梗霉互作调控中的关键核心基因;利用qRT-PCR技术对候选基因进行验证。【结果】谷子中存在禾本科中较为保守的PYL和SnRK2家族基因各11个,且在PYL和SnRK2家族基因的启动子上均预测到脱落酸响应元件。在禾生指梗霉侵染后,寄主内源脱落酸在第一、第二时期大量积累,含量显著高于对照组,分别为22.50和18.08 ng·mL^-1,而在第三、第四和第五时期脱落酸含量下降,低于对照组。在基因共表达网络分析中,利用18535个基因共构建了34个基因共表达模块。通过对脱落酸含量和PYL、SnRK2家族基因的关联分析,预测到MEpaleturquoise和MEbrown模块为核心候选模块。利用GO功能富集和模块关键基因的挖掘共预测到1个PYL家族基因Seita.1G030500和2个SnRK2家族基因Seita.2G394500、Seita.3G03200,以及3个核心基因Seita.4G105600、Seita.6G218100和Seita.9G138400,共6个基因可能在脱落酸及其信号转导调控过程中参与谷子与禾生指梗霉的互作。对预测到的3个核心基因在水稻和拟南芥数据中进行比对,鉴定到Seita.4G105600为转导蛋白/WD40重复超家族蛋白、Seita.6G218100为WRKY57转录因子、Seita.9G138400为TIFY转录因子。qRT-PCR分析表明Seita.2G394500、Seita.4G105600和Seita.6G218100基因在谷子白发病早期表达均上调。【结论】谷子在受到禾生指梗霉侵染后脱落酸会在体内大量积累,预测到1个PYL家族基因、2个SnRK2家族基因、2个转录因子基因和1个WD40家族蛋白基因参与谷子内源脱落酸响应禾生指梗霉侵染过程。qRT-PCR结果表明1个SnRK2家族基因、1个WD40家族蛋白基因和1个WRKY57转录因子基因共3个基因可能在谷子脱落酸响应禾生指梗霉侵染过程中发挥重要作用。

利用WGCNA鉴定非生物胁迫相关基因共表达网络

加权共表达网络分析(Weighted Gene Co-expression Network Analysis,WGCNA)是用来描述不同样品之间基因关联模式的系统生物学方法,可以用来鉴定高度协同变化的基因集。本研究利用正常水稻组织共47份转录组数据,通过冷胁迫、干旱胁迫、盐胁迫不同的处理方式,使用WGCNA方法,根据已克隆基因的报道与以上3种胁迫相关的关键基因,探究不同逆境下基因之间的调控关系。通过对低表达量基因的过滤,最终利用筛选的30,339个表达的基因来构建共表达矩阵,得到15个模块。分析发现已知的水稻3种相关基因在各个模块均有存在,于是对预测到的靶基因进行GO 富集分析。对3种胁迫下处理的转录组数据进行差异表达基因分析,结合已报道与胁迫相关的基因,选取各胁迫相关的2个模块进行了基因调控网络的构建。鉴于3种胁迫相关基因在green模块中大量分布,通过对green模块下各自特有的基因和共有的基因的GO功能富集分析,并对共有的基因构建调控网络,挖掘到2599个与3种胁迫都相关的基因,并预测出25个抗逆相关的关键基因,为水稻的抗逆及综合抗逆能力等研究提供了新思路。

基于改良石蜡切片技术的飞蝗胚胎浆膜表皮发育模式及形态变化观察

【目的】通过优化飞蝗Locusta migratoria胚胎石蜡切片制备技术,研究飞蝗胚胎发育时期浆膜表皮变化规律。【方法】通过优化飞蝗胚胎固定前处理、洗涤、脱水和透明等步骤,改良胚胎期石蜡切片制备技术;制备飞蝗胚胎发育第3-10天的石蜡切片,通过HE染色观察浆膜表皮发育规律;通过制备飞蝗发育第6-8天从卵孔端至卵尾端的纵切切片,观察飞蝗胚胎转旋时期的形态变化。【结果】飞蝗胚胎期石蜡切片技术优化后的操作步骤为:固定前Na Cl O预处理和打孔、洗涤30min、脱水30 min和透明30 min。通过此方法可获得表皮结构完整且清晰的胚胎期组织切片。在30℃条件下,飞蝗胚胎浆膜表皮及几丁质沉积形成于胚胎发育的第5天,在第8天时开始降解。飞蝗胚胎的转旋发生在第6-7天,伴随着浆膜和浆膜表皮的形态变化。【结论】本研究优化了飞蝗胚胎石蜡切片制备步骤,揭示了飞蝗胚胎浆膜表皮及胚胎转旋的发育模式,为昆虫胚胎发育的研究提供了基础资料。