兰州百合鳞茎花青素合成相关MYB与bHLH转录因子的筛选分析

百合鳞茎在采后贮藏过程中,由于花青素的积累导致鳞茎变紫红色,进而影响其价值。该文基于兰州百合鳞茎转录组数据,利用生物信息学技术分析花青素相关转录因子,共分析了50个MYB转录因子与73个bHLH转录因子,包括序列的比对、理化性质分析、亚细胞定位、系统进化关系以及保守结构域预测。MYB分类结果显示,50个MYB转录因子中有2个属于1R-MYB类,44个属于R2R3-MYB类,3个属于3R-MYB类,1个属于4R-MYB类。50个MYB不稳定蛋白均为亲水性蛋白,亚细胞定位表明48个MYB定位于细胞核。73个bHLH均为不稳定蛋白,且72个都为亲水性,亚细胞定位显示58个bHLH定位于细胞核。通过与模式植物拟南芥MYB和bHLH转录因子构建进化树分析、保守结构域预测、基因表达量分析以及转录因子与结构基因的相关性分析,初步筛选出3个MYB基因和1个bHLH基因可促进兰州百合鳞茎花青素合成,为进一步深入研究兰州百合鳞茎花青素调控基因提供了理论支持。

木薯SDH蛋白的序列分析及其与MeH1.2关系的研究

【目的】山梨糖醇脱氢酶(SDH)在调控蔷薇科植物果糖和山梨醇转化中起重要作用,也参与植物对逆境的应答过程,木薯SDH功能的研究可以为培育优质木薯种质提供理论基础。【方法】以‘SC124’的cDNA为模板克隆木薯SDH基因,并利用实时荧光定量PCR分析木薯SDH基因的组织特异性及其对干旱、低温、PEG和ABA的响应模式。通过筛选木薯干旱和低温混合的酵母cDNA文库,并利用Y2H点对点及其双分子荧光互补(BiFC)实验确认与目标蛋白的关系。【结果】木薯SDH基因CDS全长1092 bp,编码364个氨基酸,与数据库中的序列无差异。MeSDH蛋白含有催化锌结合位点,NADP结合位点,结构锌结合位点,属于MDR超家族。烟草叶片表皮细胞瞬时表达显示MeSDH蛋白定位于细胞核。MeSDH基因的表达量在功能叶、幼嫩叶、须根和茎中依次降低。MeSDH基因受干旱、低温和PEG胁迫诱导在木薯叶片上调表达,在ABA处理后的木薯叶片和根系中都显著上调表达。文库筛选、Y2H点对点和BiFC实验证实MeH1.2与MeSDH互作。【结论】MeSDH基因可以响应多种胁迫上调表达,并可能在蛋白水平和MeH1.2共同作用。

bHLH96的克隆及其在薄荷萜烯生物合成调控中的功能

【目的】薄荷精油是日化、医药和食品工业中的重要原料,bHLH转录因子在调控植物挥发性次生代谢产物合成中具有重要作用。探究bHLH蛋白在薄荷挥发性物质合成调控中的作用,为通过代谢或基因工程改良薄荷种质提供重要基因资源,拓展有关植物挥发性次生代谢产物合成途径与调控机制的认识。【方法】利用转录组测序和RT-qPCR技术分析bHLH96在薄荷根、茎、叶中的表达,并通过RT-PCR法克隆其全长序列,再利用DNA重组技术构建植物表达载体pBI121-bHLH96,利用农杆菌介导法在薄荷叶片中过表达,检测过表达bHLH96对薄荷叶片萜烯化合物含量和合成相关基因表达的影响。【结果】薄荷bHLH96的编码区全长861 bp,编码286个氨基酸残基。薄荷bHLH96是一个细胞核定位蛋白,植物bHLH96蛋白间的序列相似性为45.45%-73.68%,薄荷bHLH96与薰衣草LaMYC4和丹参SmbHLH94等唇形科植物bHLH蛋白的亲缘关系较近。在薄荷叶片中瞬时过表达bHLH96,显著影响15种萜烯化合物的相对含量。过表达bHLH96显著上调萜烯合成相关基因OC2、SM1、KS1、ND和EAO1的表达,显著下调NLS1、LS1和iPR的表达。【结论】薄荷bHLH96可能通过调控萜烯合成相关基因的表达,影响相关萜合成酶的活性,从而调控薄荷萜烯物质的合成。

重瓣榆叶梅全叶绿体基因组遗传特征分析

【目的】对重瓣榆叶梅Prunus triloba‘Multiplex’全叶绿体基因组序列进行测序,探究其系统发育位置并分析其叶绿体基因组成特点。【方法】以重瓣榆叶梅叶片为材料,采用2×CTAB法提取叶绿体DNA,利用Illumina NovaSeq平台进行叶绿体基因组的测序,组装、注释并分析其叶绿体基因组遗传特征。联合美国国家生物技术信息中心(NCBI)数据库数据,基于全叶绿体基因组序列构建了重瓣榆叶梅系统进化关系。【结果】重瓣榆叶梅叶绿体基因组全长为157827 bp,NCBI登录号MT937181,其结构为经典的四分体结构,由1个大单拷贝区域(LSC),1个小单拷贝区域(SSC)及反向重复区域(IRa/IRb)构成,其序列长度分别为86032、19023、26386 bp。GC和AT的总占比分别为36.80%和63.20%。重瓣榆叶梅的完整叶绿体基因组序列注释到132个基因,包括tRNA基因、编码蛋白基因、rRNA基因,分别为37、87、8个。重瓣榆叶梅叶绿体基因组共编码26678个密码子和236个符合条件的SSR位点。SSR位点中A/T碱基占优势,碱基偏好性十分明显。【结论】系统进化树分析表明,重瓣榆叶梅和榆叶梅P.triloba聚合成一分支结构,与同属植物长柄扁桃P.pedunculata亲缘关系较近。

马铃薯野生种烯酰水合酶超家族基因ScDHNS的克隆与功能分析

【目的】1,4-二氢氧-2-石脑-CoA合成酶(1,4-dihydroxy-2-naphthoyl-CoA synthase,DHNS)基因是茄科植物糖苷生物碱合成代谢的潜在重要基因,开展马铃薯DHNS基因功能研究与验证,为低糖苷生物碱马铃薯品种(系)的选育提供基因和材料来源。【方法】利用RACE方法克隆得到马铃薯野生种恰柯薯(Solanum chacoense)ScDHNS基因,对其进行生物信息学分析和亚细胞定位,通过构建过表达载体pBWA(V)HS-DHNS转化马铃薯栽培种进行功能验证。【结果】ScDHNS cDNA序列开放阅读框1023 bp,编码340个氨基酸,分子量为37.34 kD,等电点pI为8.592,具有典型的ECH保守结构域,属于烯酰水合酶超家族成员,在二穗短柄草(Brachypodium distachyon)、蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)等植物基因组中都有其同源基因,且存在基因扩张和收缩事件。过表达ScDHNS基因后发现转化株ScDHNS和SGT1基因表达量显著上调,且表达量显著高于马铃薯WT植株。且对应转化植株的总糖苷生物碱含量显著高于马铃薯WT植株,最高可达到364.3 mg/kg,是对照的2.4倍。亚细胞定位结果显示ScDHNS定位于过氧化物酶体。【结论】马铃薯ScDHNS基因可能参与调控糖苷生物碱合成关键基因SGT1的表达,通过β-氧化途径和甲羟戊酸通路协同影响糖苷生物碱的合成,该基因与糖苷生物碱在亚细胞水平上的区室化有重要关系,对于培育低糖苷生物碱的马铃薯品种(系)具有重要的应用价值。

荔枝GRF基因家族的全基因组鉴定及表达分析

为揭示荔枝(Litchi chinensis)GFR基因的功能,对荔枝生长调控因子(LcGRF)基因家族进行了全基因组鉴定和分析,并研究其在荔枝中的表达模式。基于荔枝基因组数据库,使用生物信息学软件对LcGRFs家族成员进行全基因组鉴定,分析基本理化性质、染色体定位、基因结构、进化关系、蛋白保守基序、顺式作用元件和时空表达情况进行系统分析。共获得12个GRF基因,不均匀地分布在10条染色体上,内含子2~5个。蛋白保守基序分析发现,荔枝GRF蛋白均含有保守的motif1(WRC)和motif2(QLQ),进化分析LcGRF划分为5个亚家族,LcGRFs启动子上存在大量的光、植物激素、非生物胁迫响应以及生长发育相关的顺式作用元件。不同转录组表达模式结果显示,各个组织中呈现出多样化的表达特征,表明不同成员可能在荔枝不同生长发育过程中发挥调控作用,参与调节荔枝的生长发育。研究显示,荔枝GRF家族成员有12个,划分为5个亚家族。

辣椒基因组学研究进展

辣椒是我国重要蔬菜作物和调味品之一。开展辣椒基因组学研究对于认识辣椒遗传与进化、挖掘辣椒重要功能基因以及利用生物技术开展品种遗传改良等具有重要意义。2014年辣椒基因组草图发布标志辣椒步入基因组学研究时代。近10年来,辣椒基因组学研究取得显著进展,包括深入揭示辣椒基因组的基本特征,并初步构建辣椒泛基因组等。同时,辣椒基因组学还在探究辣椒种间分化和基因渗入、解析辣椒重要性状进化机制、阐明辣椒遗传多样性特征、揭示辣椒人工驯化特征、追溯辣椒全球扩张传播历史和挖掘辣椒重要性状控制基因等方面得到广泛应用。该文主要回顾和总结过去近10年辣椒基因组研究领域取得的进展,并对构建更高质量辣椒参考基因组和泛基因组以及完善辣椒功能基因组学研究平台进行展望,旨在为辣椒基因组学及其相关应用研究提供参考。

种子休眠与萌发的关键调控因子DOG1的研究进展

DOG1(Delay of germination 1)蛋白是种子休眠的一种主要调控因子,可与ABA协同作用来延迟种子萌发。核心脱落酸(ABA)信号转导途径和DOG1途径在蛋白磷酸酶2C(PP2C)中汇聚。DOG1调控种子休眠需要PP2C,并通过与ABA过敏感萌发(AHG1/AHG3)结合来增强ABA的信号转导。DOG1抑制AHG1的作用来增加ABA的敏感性和诱导种子休眠。近年来,DOG1对种子休眠与萌发的调控研究取得了显著进展。本文对该领域的研究成果进行了综述,主要包括:DOG1对种子成熟、休眠与萌发的作用,DOG1表达的转录调控机制以及DOG1对种子休眠与萌发的调控及作用机制,最后提出了在本领域需要进一步研究的科学问题。

细胞全能性转录因子调控植物组培再生的分子机制研究进展

植物细胞在适宜的培养条件下展现出发育成完整新个体的潜能,这种潜能被称为植物细胞全能性。基于细胞全能性的组织培养技术,在植物无性繁殖和遗传改良领域得到了广泛应用。非生物胁迫、植物激素与转录因子协同调控植物离体再生过程。其中,在植物再生过程中起主导作用的转录因子,被称为细胞全能性转录因子。近年来,关于细胞全能性转录因子调控植物离体再生的分子机制研究已取得显著进展。众多转录因子被鉴定出来,并在提高植物遗传转化效率的研究中得到了初步应用。本文按照植物细胞全能性转录因子在植物再生中的功能进行分类梳理,综述近几年植物离体再生过程中信号转导机制,总结植物细胞全能性转录因子在提高植物遗传转化效率方面的作用,并对其应用前景进行展望,为建立有效的无性繁殖体系提供科学依据。

大白菜BrCYP83B1基因的克隆及表达分析

【目的】细胞色素P450家族是十字花科植物硫苷合成重要的酶系,其中CYP83亚家族主要参与核心结构的合成,旨在探究大白菜(Brassica rapa ssp.pekinensis)CYP83B1基因的功能。【方法】利用RT-PCR技术克隆BrCYP83B1基因,通过生物信息学软件分析其编码蛋白理化性质、同源性及启动子顺式作用元件,利用RT-qPCR技术分析BrCYP83B1的表达模式,并构建其植物超表达载体。【结果】BrCYP83B1 cDNA序列全长为1500 bp,编码499个氨基酸,编码蛋白属于细胞色素P450超家族,主要定位于细胞质,二级结构主要由α-螺旋和无规则卷曲构成,与甘蓝型油菜、青花菜的CYP83B1蛋白具有较高的同源性。启动子分析表明,该基因启动子区域包含水杨酸、脱落酸及茉莉酸甲酯等激素响应的顺式作用元件,说明BrCYP83B1基因表达可能受激素调控。RT-qPCR分析结果表明,BrCYP83B1基因在大白菜的根、茎、叶、花和果中均有表达,且以叶中的表达量最高;茉莉酸甲酯够显著促进该基因的表达,而水杨酸处理对其表达具有一定的抑制作用,脱落酸处理下基因先上调后又下调。【结论】BrCYP83B1可能参与大白菜对激素的响应调控。

XRN4/EIN5调控拟南芥对盐胁迫和ABA的耐受性

XRN4/EIN5是植物的5′-3′核酸外切酶,主要参与细胞质中RNA的降解,同时也是乙烯信号通路的核心基因,在植物的生长发育和乙烯信号转导中起着重要作用。为探究该基因在植物抗逆性方面的作用,以XRN4/EIN5 T-DNA插入突变体ein5-6为材料,设计不同浓度NaCl(0、50、100、150、200 mmol/L)和ABA(0、0.10、0.25、0.50、1.00、1.50μmol/L)处理,基于拟南芥种子发芽率、子叶绿化率、叶片数、叶片面积进行统计分析,结果发现,当盐浓度低于50 mmol/L时,ein5-6的种子发芽率、子叶绿化率、叶片数和叶片面积比野生型Col-0高;当盐浓度达到100 mmol/L时,ein5-6的种子发芽率和子叶绿化率在发育前期比Col-0高,60 h和96 h之后比Col-0低,而二者的叶片数和叶片面积没有差异;当盐浓度达到150 mmol/L及以上时,ein5-6的种子发芽率、子叶绿化率、叶片数和叶片面积比Col-0低。另外,ein5-6对ABA与盐胁迫响应的趋势一致,ABA浓度较低时ein5-6的子叶绿化率高于Col-0,但随着处理时间的延长和ABA浓度的增加,其子叶绿化率越来越低,最终明显低于Col-0。表明与野生型相比,ein5-6对盐胁迫和ABA处理更敏感,推测XRN4/EIN5参与了盐胁迫和ABA响应的调节。

黄花苜蓿MfNAC34基因克隆及特性分析

NAC转录因子具有调节植物生长发育和应答非生物胁迫的功能。本研究从内蒙古锡林郭勒草原野生黄花苜蓿材料中克隆获得1个NAC家族蛋白基因MfNAC34(GenBank登录号为MH481768),分析MfNAC34基因编码蛋白的理化性质、亚细胞定位和转录激活特性。结果显示:MfNAC34基因开放阅读框序列为621 bp,编码亲水性蛋白质,分子量为23.52 kD,理论等电点为4.09。MfNAC34为定位在细胞核内的胁迫诱导的转录因子,且转录激活域位于其C端。

金钗石斛AP2/ERF基因家族的鉴定和表达分析

对金钗石斛AP2/ERF转录因子基因家族在全基因组上进行鉴定及生物信息学分析,为进一步阐明金钗石斛AP2/ERF转录因子的功能研究奠定理论基础。利用BLASTP比对金钗石斛蛋白,并通过在线网站NCBI CDD、InterPro和SMART进一步鉴定,共获得97个金钗石斛AP2/ERF基因,然后通过ProtParam分析金钗石斛AP2/ERF家族蛋白的理化性质、亲疏水性,使用MEGA11.0软件构建进化树,利用Map Gene Chrome、GSDS、MEME、PlantCARE在线工具分析AP2/ERF转录因子的基因定位、基因结构和保守基序,并预测基因上游的顺式作用元件,利用TBTools分析并可视化AP2/ERF基因在各部位的表达情况。结果表明,金钗石斛AP2/ERF转录因子家族的成员,大部分定位在细胞核中,相对分子质量介于2726.88~71682.81 u之间,氨基酸数量介于94~659个之间,等电点介于4.45~10.44之间。进化树分析显示,AP2/ERF家族成员分为AP2、RAV、ERF及DREB 4个亚家族。97条基因不均匀地分布在19条染色体上,各个亚族都有独特基序,AP2/ERF基因启动子上游区域光响应作用元件种类最多,数量也最多。大多数DnAP2s基因在根中的表达量最大,不同的居群DnAP2s基因表达有较大不同。鉴定得到97个金钗石斛AP2/ERF蛋白,DnAP2s基因在根茎叶花中表达具有差异性,地理分布导致不同居群的遗传多样性水平不同。

丹参转录因子SmWRKY1基因克隆及遗传转化拟南芥

以丹参为试材,提取总RNA和合成cDNA,采用PCR扩增获得丹参转录因子SmWRKY1基因序列,通过生物信息软件及在线工具检测基因编码蛋白质的理化性质及氨基酸多序列比对,构建过表达载体并使用花序侵染法转入拟南芥,研究了转SmWRKY1基因对拟南芥生长性状和生理指标的影响,以期初步探究丹参SmWRKY1转录调控因子的生物学功能。结果表明:SmWRKY1基因全长1041 bp,编码346个氨基酸,NCBI数据库保守区BLAST分析显示具有典型的“WRKY”DNA结合保守结构域和C2H2型锌指结构。编码蛋白分子量为37310.4 Da,等电点pI为9.77,GRAVY为-0.571,ProtParam分析SmWRKY1属于亲水性蛋白。构建过表达载体pCAMBIA-SmWRKY1,并使用花序侵染法转入拟南芥,经鉴定获得11株转SmWRKY1基因的阳性苗,转基因植株可以使叶片和莲座直径显著变大,叶绿素和可溶性糖含量增加,MDA和脯氨酸含量减少,因此推测丹参SmWRKY1可能是一个与植物基础防御有关的负调控因子,参与植物非生物胁迫反应。

热激转录因子HSF调控植物非生物胁迫响应的作用机制

热激转录因子(Heat shock transcription factors,HSF)是植物抵抗热胁迫最重要的转录因子家族之一,广泛存在于真核生物。HSF拥有高度保守的DNA结合域,可参与复杂的胁迫信号转导和响应网络。HSF作为信号转导链的末端组分,介导非生物逆境胁迫下靶标基因的表达。在逆境胁迫响应中,HSF受上游蛋白激酶介导磷酸化和泛素化或通过ABA信号通路结合热激元件,调控热激蛋白等下游基因的表达,从而提高植物的抗逆性。本文综述HSF的发现、结构、分类、调控机制及其在植物响应非生物逆境胁迫(极端温度、干旱、高盐碱和重金属等)中的作用机制,并对未来研究方向加以展望,以期为农作物和牧草抗逆性遗传改良提供理论依据和基因资源。

转录因子bZIP60调控植物抗病抗逆的研究进展

未折叠蛋白反应(UPR)在植物的逆境胁迫、病原物侵染、生长发育中发挥重要作用,转录因子bZIP60是UPR信号之一。在明确了拟南芥、水稻、玉米、小麦等内质网应激时需肌醇酶(IRE1)介导bZIP60 mRNA剪接激活的基础上,归纳了bZIP60对逆境和病原物的响应机制,总结了IRE1/bZIP60信号在植物抗病抗逆中的研究进展。正常生长条件下,以前体蛋白bZIP60U的形式跨内质网膜。发生应激时,IRE1识别并剪切bZIP60 mRNA的双茎环结构,产生含转录激活域和核定位信号的活性蛋白bZIP60S,并在细胞核内形成二聚体,结合到应激反应相关基因的启动子,通过上调胁迫应答相关基因提高植株抗性。

酸模叶蓼叶绿体基因组特征及系统发育分析

为探究酸模叶蓼(Persicaria lapathifolia)的叶绿体基因组特征及其系统位置,本研究采用Illumina平台对酸模叶蓼的叶绿体全基因组进行测序。结果表明,酸模叶蓼叶绿体基因组由4部分组成,总长度为159 052 bp,其中,大单拷贝区(LSC)长度为83 621 bp,小单拷贝区(SSC)长度为13 149 bp, 2个反向重复区长度均为31 141 bp。基因组序列总的鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)含量为38%,共注释得到128个独特基因,包含83个蛋白质编码基因、8个rRNA基因和37个tRNA基因。酸模叶蓼叶绿体基因组相对同义密码子使用度大于1.00的密码子共有32个,其中,有29个以A/U结尾,有3个以G结尾。在酸模叶蓼叶绿体基因组中共检测209个符合条件的SSR位点,以单核苷酸重复占绝对优势,主要是A/T碱基。系统发育分析表明,酸模叶蓼与香蓼(Persicaria viscosa)的亲缘关系最近。本研究可为蓼科(Polygonaceae)叶绿体基因组及系统发育分析提供基础参考资料。

葡萄主要香气物质遗传调控研究进展

【目的】葡萄是重要的经济作物之一,香气是构成葡萄果实品质的重要组分之一。葡萄香气复杂,由包括萜烯类化合物、挥发性脂肪族化合物、芳香族化合物、吡嗪类化合物以及含硫化合物等多种化合物构成,同时受多因素影响。遗传是影响其香气分布的主要因素,选育不同香气类型的葡萄品种是目前重要的育种目标之一,因此分析葡萄香气物质遗传模式是实现育种目标的基础。【评论】文章在综述葡萄香气测定方法的基础上,对葡萄果实香气性状遗传规律、香气性状的QTL定位研究进行归纳与分析。【展望】以期为解析葡萄香气遗传规律奠定理论支撑,为葡萄香气性状定向育种提供参考。

CRISPR/Cas9编辑MeHNL基因创制低生氰糖苷木薯

【目的】木薯(Manihot esculenta Crantz)中含有潜在毒性的生氰糖苷,其食用安全性受到影响且导致加工成本增加。因此,利用生物技术开展低生氰糖苷木薯的培育具有重要意义。【方法】利用CRISPR/Cas9技术对木薯醇氰酶基因MeHNL进行了编辑。该基因编码催化生氰糖苷分解的α-羟基腈裂解酶,编辑靶点位于第1个外显子上,通过农杆菌介导的稳定转化获得了27株阳性植株。【结果】测序分析显示,其中26个株系被编辑,编辑效率高达96.3%。编辑类型主要包括碱基的插入和缺失,少数为碱基替换和大片段缺失。氰化物检测试剂盒染色和HPLC测定分析表明,编辑株系中的氢氰酸和生氰糖苷含量均显著降低。与非编辑植株相比,编辑植株的叶片细长,暗示了MeHNL可能对木薯的生长发育产生影响。【结论】利用CRISPR/Cas9技术获得了低氰化物的木薯种质,为开展生氰糖苷代谢影响木薯生长发育的研究提供了材料。

大豆GmHMGS基因的鉴定及表达模式分析

【目的】3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A合酶(HMGS)是甲羟戊酸途径中的一个关键酶,在植物生长发育和萜类化合物的合成中起着重要作用。对GmHMGS基因进行生物信息学和表达模式分析,为探究GmHMGS基因的功能奠定基础。【方法】运用生物信息学方法对该基因进行鉴定和分析,采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)对该基因表达模式进行分析。【结果】GmHMGS基因具有6个家族成员,命名为GmHMGS1-GmHMG6。理化性质和基因结构分析表明,GmHMGS3、GmHMG4、GmHMGS5、GmHMGS6为稳定的亲水性蛋白,GmHMGS都具有HMG-CoA合酶的保守结构域。启动子序列分析发现GmHMGS具有激素及逆境胁迫相关作用元件。组织表达模式分析发现,GmHMGS在根、茎、叶、花、籽粒、荚皮,根瘤中均有表达,GmHMGS1、GmHMG2、GmHMG3、GmHMG5、GmHMG6在叶片中的相对表达量较高,GmHMGS4在根中的相对表达量最高。非生物胁迫和不同外源激素诱导条件下表达分析表明,GmHMGS基因对PEG6000、NaCl、H_(2)O_(2)胁迫以及MeJA、ABA外源激素均有响应,且GmHMGS1和GmHMGS6在多种逆境胁迫下的相对表达量较高。【结论】GmHMGS基因家族可能参与大豆抗旱、耐盐和抗氧化胁迫的应答。