尖镰孢5-氧脯氨酸酶基因的鉴定及功能分析

【目的】5-氧脯氨酸酶(5-oxoprolinase,OXP)是γ-谷氨酰循环中6种核心酶之一。鉴定尖镰孢(Fusariumoxysporum)5-氧脯氨酸酶基因,明确其与尖镰孢致病力的关系,为解析尖镰孢致病分子机制以及棉花枯萎病防治提供理论依据。【方法】利用生物信息学方法从尖镰孢基因组中鉴定FoOXP,分析其基因结构、编码蛋白的结构域、染色体定位及进化关系。通过基因敲除突变株和回补菌株分析FoOXP2突变后尖镰孢的表型,并检测突变株和野生型菌株对棉花幼苗的致病力差异。利用寄主诱导的基因沉默(host-inducedgenesilencing,HIGS)技术调查转化棉花的病级率及病情指数。利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术检测棉花中真菌生物量和转化FoOXP2干扰片段的棉花茎中FoOXP2的表达量。【结果】在尖镰孢基因组中共鉴定出两个FoOXP(FoOXP1和FoOXP2),其编码序列长度分别为4080和3921 bp,分别编码1359和1306个氨基酸,蛋白质分子量分别为14.90和14.07kDa,理论等电点分别为5.73和5.30。FoOXP1蛋白定位于线粒体,FoOXP2蛋白定位于细胞骨架。FoOXP1位于染色体JH657921,FoOXP2位于染色体JH657938,未形成基因簇,其序列相似性为52.00%。系统发育分析发现,FoOXP1和FoOXP2分属于两个亚群。与野生型菌株相比,FoOXP2敲除突变株产孢量和孢子萌发率显著降低,穿透能力丧失,对刚果红和山梨醇的耐受力有所增强,但对细胞壁胁迫(SDS和CFW)、氧化胁迫(H_(2)O_(2))和渗透胁迫(NaCl和KCl)更敏感。同时,对棉花的致病力显著下降。HIGS结果表明,接菌14和21 d后,FoOXP2基因沉默后的棉花植株发病明显减轻,其病情指数(17.3和40.2)显著低于对照(28.2和77.1),FoOXP2表达量和真菌生物量显著低于对照。【结论】FoOXP2正向调控尖镰孢的致病力,推测其在宿主-病原体互作过程中发挥重要作用。

海岛棉与枯萎病菌的互作转录组分析

棉花枯萎病是棉花生产中常见的一种病害,目前在海岛棉中发病严重,直接影响海岛棉产量和品质,对海岛棉产业发展造成巨大威胁。为解析棉花与枯萎病菌尖孢镰刀菌互作的分子机制,以尖孢镰刀菌侵染48 h的抗感棉花根部组织及致病菌体为材料,利用RNA-seq测序技术分析尖孢镰刀菌与棉花互作的基因表达特性。结果表明,在抗感棉花品种中分别检测到15 218和9 358个差异基因,在侵染抗感棉花品种的尖孢镰刀菌中分别检测到3 708和3 656个差异基因。GO功能富集分析发现,互作后棉花中主要为氧化应激反应、生长素-激活信号通路、对刺激的反应、对受伤的反应和转录因子活性等基因功能;KEGG显著富集到内吞作用、植物激素信号转导、氨基酸生物合成、碳代谢、植物-病原菌互作、苯丙烷类生物合成等代谢途径,抗病品种在调控对刺激的反应和对受伤的反应中上调显著。GO功能富集分析发现,互作后尖孢镰刀菌中的差异表达基因多参与膜的组成部分、催化活性调节、ATP结合等类别;KEGG显著富集到过氧化物酶体,丝裂原活化蛋白激酶信号通路,缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解,甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢,碳代谢,氨基酸生物合成,淀粉和蔗糖代谢等通路。本研究为棉花响应枯萎病胁迫以及尖孢镰刀菌致病性研究提供了丰富的基因资源,为深入解析尖孢镰刀菌与棉花互作的机制研究奠定基础。

棉花抗枯萎病相关ERF-B3亚组转录因子的克隆与表达

以拟南芥ERF-B3亚组转录因子的AP2/ERF结构域为探针,利用NCBI中的棉花(Gossypium hirsutum)EST数据库,通过电子克隆结合RT-PCR方法,从枯萎病菌诱导后的高抗枯萎病品种‘中棉所12’克隆到1个与抗枯萎病相关的ERF-B3亚组转录因子基因GhB301。序列分析结果显示,GhB301基因cDNA全长593bp,开放阅读框384bp,编码127个氨基酸,含有一个保守的AP2/ERF结构域。实时荧光定量PCR检测该基因的表达显示,枯萎病菌诱导后,GhB301基因在棉花根中、抗病品种中优势表达;在乙烯、水杨酸、干旱、低温及高盐的诱导下表达量均发生变化。研究结果表明,GhB301基因可能参与了棉花对病原菌、激素及非生物胁迫的应答反应。

棉花抗枯萎病相关转录因子基因GhERFB101的克隆与表达分析

为了探究ERF转录因子家族与棉花枯萎病抗性之间的关系,也为海岛抗枯萎病品种的选育工作提供新的基因资源,从Solexa高通量测序技术建立的棉花基因表达谱中筛选探针序列,通过电子克隆结合RT-PCR技术从高抗枯萎病的棉花品种中棉所12中克隆到一个新的ERF-B1亚组转录因子基因,命名为Gh ERFB101(Gen Bank:KF850521)。序列分析表明,该基因开放阅读框738 bp,编码245个氨基酸,含有一个保守的AP2/ERF结构域,在进化上与拟南芥At ERF11的亲缘关系最近。实时荧光定量PCR分析显示,枯萎病菌诱导后,Gh ERFB101基因在抗病品种根中的表达量呈现下降趋势;而在感病品种中,该基因呈上调表达,随着病菌处理后时间延长,其表达量呈现先增加后降低的变化趋势,在病菌处理后12 h表达量达到最大,在48 h下降到最低。乙烯和茉莉酸诱导后,该基因表达量均呈现明显的先增加后降低的变化趋势,在乙烯处理后2 h基因的表达量达到最大;茉莉酸则在处理后1 h基因的表达量达到最大;而水杨酸诱导后基因的变化幅度不大;推测该基因可能通过茉莉酸、乙烯信号传导途径参与对枯萎病菌的防御反应。

应用Solexa测序技术分析棉花不同抗病品种的数字表达谱

棉花枯萎病是一种危害严重的世界性病害,构建棉花枯萎病不同抗病品种的基因表达谱将为进一步研究棉花抗枯萎病的分子调控机制及筛选抗枯萎病相关基因奠定基础。本研究选用高抗枯萎病的陆地棉品种中棉所12和高感枯萎病的陆地棉品种新陆早7号为材料,利用Solexa高通量测序技术分析棉花幼苗根部组织中的基因表达情况。Solexa高通量测序后构建了多达350万个reads的标签文库,根据已知序列信息,显著差异表达基因1 080个,其中上调基因302个,下调基因778个。基因功能分析表明,已注释的显著差异表达基因可划分为分子功能、生物过程和细胞组件3个功能注释本体,并进一步细分为37个功能类别。鉴定出112条代谢通路,注释了1 238个显著差异表达基因,共涉及氨基酸代谢、多糖的生物合成和代谢、脂类代谢、能量代谢及信号转导等方面。在植物激素信号转导通路分析中,涉及到26个已知功能基因,4个基因编码AP2/ERF转录因子,4个基因与LRR类受体丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶或蛋白激酶有关,5个基因与蛋白磷酸酶2C有关,而这些基因都参与植物的抗病反应。随机抽取5个基因进行实时荧光定量PCR验证,其结果与测序结果一致。本研究初步揭示了棉花枯萎病抗感品种在转录组水平上的表达差异,获得了大量差异表达基因。

枯萎病菌诱导感、抗陆地棉品种的基因表达谱分析

选用陆地棉抗枯萎病品种中棉所12和感枯萎病品种新陆早7号,利用Solexa高通量测序技术分析棉花幼苗受到枯萎病菌侵染后3 h和6 h根部组织的基因表达谱。中棉所12受病菌侵染后3 h与0 h相比,6 h与0 h相比以及6 h与3 h相比,分别鉴定出4447、5481和2559个差异表达基因;新陆早7号分别鉴定出8615、6727和2078个差异表达基因;2个品种比较,在3 h和6 h分别鉴定出1879个和500个差异表达基因。基因功能分析表明,差异表达基因划分为生物学过程、细胞组分和分子功能注释本体,并进一步细分为48个功能类别。代谢通路分析显示,中棉所12和新陆早7号在枯萎病菌侵染后的6 h与0 h相比鉴定出的代谢通路(Pathway)最多,均有126条;在枯萎病菌侵染后6 h,2个品种相比鉴定出的代谢通路最少,仅有89条。各个比对组的代谢通路涉及的基因可被划分为次生代谢产物的生物合成、多糖的生物合成和代谢、环境适应和免疫系统等13类。在环境适应和免疫系统分类中存在着植物与病原菌相互作用代谢通路,涉及到996个已知功能的差异表达基因,有444个基因上调表达,552个基因下调表达。其中,差异表达基因最多的是WRKY转录因子家族基因,其次为丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因,而DNA损伤修复/耐受性蛋白,JAZ1、RAR1和RPM1互作蛋白,S位点的特异性糖蛋白S6前体以及钙牵引蛋白等6类基因参与该代谢通路的数目最少。最后随机抽取6个基因进行实时荧光定量PCR验证,其结果与测序结果一致。

枯萎病菌诱导感、抗陆地棉品种的转录因子表达变化

以陆地棉抗病品种中棉所12和感病品种新陆早7号为材料,利用Solexa高通量测序技术调查枯萎病菌诱导后不同时间感、抗陆地棉品种转录因子家族及转录因子的表达情况。结果表明,枯萎病菌诱导后,抗病品种中棉所12有39个转录因子家族的433个转录因子在至少一个比对组中表达活性发生变化;感病品种新陆早7号则有52个转录因子家族的588个转录因子在至少一个比对组中表达活性发生变化。新陆早7号对枯萎病菌响应的转录因子及转录因子家族的数目明显多于中棉所12,且2个品种的下调基因数目均多于上调基因。随着枯萎病菌诱导后时间延长,两品种对枯萎病菌诱导响应的转录因子家族及转录因子数量均呈现先增加后降低的变化趋势,中棉所12在枯萎病菌诱导后6 h达最多,而新陆早7号在诱导后3 h达最多。在6个比对组中,表达活性均发生变化的重叠转录因子,中棉所12中有9个,隶属于6个转录因子家族;新陆早7号中有31个,隶属于17个转录因子家族。不同抗病性品种对枯萎病的响应有较强的品种特异性,除37个共有的转录因子家族外,2个转录因子家族是中棉所12所特有,15个转录因子家族是新陆早7号所特有。

棉花抗枯萎病相关GhB301基因对烟草的遗传转化及功能分析

【目的】ERF是乙烯信号传导途径中的重要转录因子,在植物与病原菌互作中发挥着重要的调控作用。棉花抗枯萎病相关Gh B301基因是从棉花中获得的ERF-B3亚组基因,探索该基因在烟草异位表达后的功能,为进一步研究其在棉花抗枯萎病中的功能奠定基础。【方法】以p PZP35S表达载体为基础,构建Gh B301的过表达载体;采用农杆菌介导法转化烟草并获得转基因植株。【结果】经卡那霉素筛选、PCR和RT-PCR检测,获得3株转基因阳性植株;q PCR分析显示,转基因阳性植株中部分病程相关蛋白基因的表达量较野生型明显升高。【结论】棉花抗枯萎病相关基因Gh B301在烟草中异位表达后可能会通过增强部分病程相关蛋白基因的表达来提高植株抗病性。

GhWRKY44基因在烟草中遗传转化及功能分析

为了进一步验证GhWRKY44(登录号:KJ801807)基因在烟草异位表达后的功能,构建了Ca MV35S启动子调控、Nos为终止子的棉花抗枯萎病相关基因(GhWRKY44)的过表达载体;电击法将其导入农杆菌GV3101,菌液PCR筛选鉴定阳性菌株,采用农杆菌介导法转化烟草;T0转化植株经卡那霉素筛选、PCR检测后,随机从转基因T0中选取5株进行RT-PCR检测,均为阳性株,说明GhWRKY44基因不仅整合到烟草基因组中而且还能正常转录。对过表达GhWRKY44基因的转基因烟草T1株系进行实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析。结果表明,在正常生长情况下,PR5和NPR1的表达量在转GhWRKY44株系中明显增加,枯萎病菌侵染后,在转GhWRKY44株系中,PR1a、PR2和NPR1的表达量迅速增加,明显高于野生型株系,而PR5的表达量则低于野生型株系,说明该目的基因能在烟草中异位表达并能激活病程相关蛋白基因的表达,但其功能仍需进一步研究。

棉花GhWRKY44基因的克隆与表达分析

该研究以枯萎病菌诱导棉花根部基因表达谱中筛选得到的WRKY基因片段为探针,通过电子克隆结合RT-PCR技术,从高抗枯萎病品种‘中棉所12’中克隆到1个与抗枯萎病相关的WRKY转录因子基因GhWRKY44(GenBank登录号KJ801807)。序列分析表明,GhWRKY44基因开放阅读框1 197bp,编码398个氨基酸,含有2个WRKY结构域及C2H2型锌指结构,属于棉花WRKY转录因子家族第Ⅰ类;系统进化分析显示,GhWRKY44基因与拟南芥AtWRKY44亲缘关系最近。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测该基因表达特性,结果发现枯萎病菌诱导后,GhWRKY44基因在抗病品种中优势表达,随处理后时间的推移,其表达量呈先增加后降低再增加的变化趋势,处理后3h时GhWRKY44基因表达量达到最大;而在感病品种中,GhWRKY44基因表达水平明显低于抗病品种,对病原菌响应时间也晚于抗病品种,处理后6h时GhWRKY44基因表达量才达到最大。水杨酸和茉莉酸均能诱导GhWRKY44基因的表达,水杨酸诱导后,GhWRKY44基因表达量迅速增加,且其表达量一直维持在一个较高水平;而茉莉酸诱导后,GhWRKY44基因表达量呈先增加后降低的变化趋势,且其表达水平明显低于水杨酸诱导。研究表明,GhWRKY44基因可能参与了棉花对病原菌和激素胁迫的应答反应。

转GhB301基因棉花响应枯萎病菌侵染的转录组分析

乙烯响应因子(ethylene responsive factor,ERF)可以激活或者抑制下游病程相关蛋白基因的表达,在植物抗病信号转导途径中发挥着重要作用。为探究ERF-B3亚组基因GhB301在棉花抗枯萎病中的分子调控机制,本研究利用已获得的转GhB301基因棉花株系,通过孢子悬浮液蘸根的方法对转GhB301基因棉花株系(N)和野生型对照(WT)进行接菌处理,抗病性鉴定结果表明,过表达GhB301的N株系增强了对枯萎病的抗病性,其病情指数为14.77,显著低于WT(病情指数为37.50);枯萎病菌侵染0、6、12、24、48 h后,利用RNA-seq技术对N和WT的根部组织进行测序分析,共得到273111170个clean reads,其Q30均大于87.64%,将clean reads与陆地棉参考基因组TM-1比对,获得了14021个差异表达基因(DEGs)。与WT相比,转基因株系能够在病原菌侵染后更快速地做出响应。GO及KEGG富集分析发现共有135个DEGs参与氧化还原过程,67个DEGs参与防御反应,31个DEGs参与苯丙烷类生物合成,推测这些DEGs可能与转基因棉花的枯萎病抗性增强存在密切关系。本研究结果为阐明GhB301基因响应棉花枯萎病菌侵染规律奠定了基础。

小学语文教学中传统文化的渗透探究

我国的传统文化历史悠久,因此,教师应该在课堂教学中给学生讲述我国优秀的历史文化,让学生对我国的文化有一定的认知,进而有效提高学生的个人修养。本文从信息技术、课外阅读以及生活化教学这三方面,阐述了小学语文教学中传统文化的渗透探究。

海岛棉抗枯萎病相关GbNPR1基因的克隆及其表达分析

目的:克隆海岛棉GbNPR1基因并研究该基因在抗病及抗病信号传导中的功能。方法:根据已报道的棉花NPR1基因序列设计1对特异引物,利用RT-PCR从新海21号克隆GbNPR1基因并对其序列进行生物信息学分析;通过实时定量PCR技术检测海岛棉经枯萎病菌侵染、水杨酸和乙烯诱导后该基因的表达特性。结果:GbNPR1基因编码587个氨基酸,与可可树中NPR1基因编码的氨基酸同源性最高(89.61%),其蛋白含有保守的BTB/POZ、ANK和NPR1_like_C结构域;枯萎病菌侵染,水杨酸和乙烯诱导均可使GbNPR1明显上调表达,枯萎病菌侵染3h,水杨酸和乙烯诱导2h表达量最高。结论:GbNPR1基因在棉花抵御枯萎病菌侵染及植物抗病信号转导过程中起一定作用。

棉花GhWRKY106-1的克隆与表达分析

为了研究WRKY转录因子对棉花抗枯萎病的作用机理,发掘抗枯萎病基因资源,本实验以枯萎病菌诱导棉花根部基因表达谱中筛选出的WRKY基因片段为探针,利用电子克隆结合RT-PCR技术,从陆地棉"中棉所12"根部c DNA克隆得到一个WRKY基因,命名为Gh WRKY106-1(登录号:KP202869)。序列分析表明,该基因开放阅读框全长918 bp,编码306个氨基酸,含有1个WRKY结构域和一个典型的C2HC锌指结构,属于典型的第Ⅲ类WRKY家族转录因子。q RT-PCR检测该基因在"中棉所12号"中的表达特性结果分析表明:枯萎病菌诱导后,该基因的表达量表现出先升高后降低的趋势,并且在处理后3 h基因的表达量达到最大。激素处理:茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)和乙烯(ET)胁迫后Gh WRKY106-1基因表达量均发生变化,其中茉莉酸在处理后4 h基因的表达量达到最大,而水杨酸和乙烯诱导响应最强烈的时间均在3 h;并且水杨酸诱导Gh WRKY106-1基因的表达较茉莉酸强烈,而乙烯的表达量在处理前期又明显高于水杨酸和茉莉酸,因此推测该基因在棉花对枯萎菌的抗性反应中起着一定作用,可为今后棉花抗枯萎病研究提供依据。