结球甘蓝CBF家族特征分析及低温诱导基因BoCBF1、BoCBF2a和BoCBF3表达分析

转录因子CBF在植物对低温胁迫的响应和增强植物的抗寒性方面发挥着重要作用。为分析结球甘蓝CBF家族成员的氨基酸序列特征,探究其是否受低温诱导表达,本研究利用结球甘蓝923全基因组数据库对其进行蛋白质理化特征、系统发育关系、编码基因结构以及2℃低温胁迫下编码基因表达水平分析。结果表明,共鉴定到7个BoCBF基因,系统发育分析后分成2个亚组(Ⅰ和Ⅱ)。BoCBF蛋白的氨基酸长度为203~283 aa,全部是亲水性蛋白质。在结球甘蓝02-12中,BoCBF1、BoCBF2a和BoCBF3基因在叶、花、芽和角果中基本不表达,在愈伤组织、根和茎中表达量较低。转录组测序和实时荧光定量PCR分析发现,在耐寒结球甘蓝923和不耐寒结球甘蓝D9中,BoCBF2b、BoCBF2c基因不受低温诱导表达,BoCBF2a基因低温诱导表达最为迅速,其次是BoCBF1和BoCBF3基因。BoCBF1、BoCBF2a和BoCBF3基因的相对表达量在低温胁迫3~6 h达到最大值,相对表达量达到最大值后急剧下降,在24 h降至最低。本研究结果为后续开展BoCBF1、BoCBF2a和BoCBF3基因调控结球甘蓝响应低温胁迫机理研究奠定了基础。

野生稻CBF/DREB1转录因子的鉴定与生物信息学分析

低温冷害是限制栽培稻地域分布和产量的重要因素之一,严重影响我国的粮食安全。以CBF/DREB1为核心的C-重复结合因子-冷调节基因(CBF-COR)途径是水稻适应低温的重要信号传导途径。基于稻属9种植物的全基因测序结果和隐马尔可夫模型(HMM)搜索,共鉴定出71个CBF/DREB1基因序列。所有基因均无内含子,由单个外显子组成。大部分DREB1s呈弱酸性,所有DREB1s亲水性平均值<0。进化树分析进一步将其分为3个组:DREB1A/1B/1H、DREB1C/1E/1F/1G和DREB1D/1I/1J,各组成员除AP2保守结构域和侧翼序列外,其他保守基序组成差别较大。适应性进化分析粳亚种和其他水稻的直系同源基因对,发现OsDREB1A/ObDREB1A、OsDREB1D/OnDREB1D、OsDREB1I/OsIDREB1I和OsDREB1J/OsIDREB1J四对基因非同义替换/同义替换(Ka/Ks)值均>1,受到正选择压力。旁系同源基因之间启动子顺式元件种类和数量差异较大,直系同源基因的启动子顺式元件种类和数量很相似。对日本晴、93-11和东乡野生稻7 d幼苗4℃冷处理2 h的实时荧光定量PCR分析发现早期冷响应基因可分为激活型(DREB1A/1B/1C/1E/1F/1G/1H)和抑制型(DREB1D/1I/1J)。在日本晴、93-11和东乡野生稻冷激活型基因中,DREB1B/1G/1H均是冷处理后响应最快的一级冷响应因子,且启动子均含有至少一个拷贝的CAMTA转录因子结合元件CM2(CCGCGT)。OrDREB1B/1C/1E/1F/1G/1H在东乡野生稻4℃冷处理4 h后的表达量均高于栽培稻同源基因的表达量。9种稻属植物的CBF/DREB1基因亚家族的分子进化分析结果为低温抗性基因的挖掘和利用提供了前期基础。

腰果CBF基因家族的鉴定及响应冷胁迫的表达模式

腰果(Anacardium occidentalie Linn)属于典型的热带果树,主要在我国的云南省、海南省等地种植。腰果具有重要的经济价值、社会价值、生态价值,为农民增产创收,实现共同富裕和乡村振兴战略具有重要价值。腰果对于低温十分敏感,在8℃时就会受到严重伤害,生长停止。所以低温胁迫是制约腰果生长的重要非生物胁迫。CBF转录因子是植物在应对低温、干旱、盐等非生物胁迫下中发挥重要作用的转录因子。然而CBF基因家族在腰果中的作用尚未阐明,该家族在低温胁迫下的表达模式尚不清楚。本研究对腰果AoCBF基因家族的基本特性进行探究,通过生物信息学方法,在腰果转录组中鉴定并获得6个AoCBF基因家族成员,分别对其系统发育、理化性质、蛋白结构、低温诱导下表达模式和启动子作用元件进行分析。理化性质分析结果表明:6个AoCBF蛋白长度为189~334 aa,蛋白分子量为21.31~37.89 kDa,等电点均小于7,表明该蛋白呈酸性,且均包含AP2/ERF结构域。基序分析表明:AoCBF基因存在5个基序,不同AoCBF基因Motif的缺失暗示着相关功能的缺失性。系统发育树分析表明:6个AoCBFs可分为A、B两个亚组,其中A组包含1个基因,B组仅包含5个基因。启动子顺势作用元件分析得出,AoCBF可能参与激素响应及非生物胁迫响应过程。荧光定量表达分析显示,AoCBFs对低温冷胁迫均有不同程度的响应,表明AoCBF在响应低温胁迫生物学过程中发挥着一定的作用。本研究分析了AoCBF基因家族的基本特性,为后续AoCBF的深入研究和应用积累基础数据。

马铃薯CBFs基因家族的鉴定及其节律性表达分析

马铃薯对光照和温度等信号的敏感性是制约品种区域化种植的重要因素,CBF转录因子在维持植物生长发育和非生物胁迫响应之间的平衡过程中发挥重要作用,但马铃薯CBF基因家族缺少系统性分析.研究通过对马铃薯栽培种CBF基因家族的分析,发现8个StCBF蛋白的结构域较为保守,但基因启动子区存在较大差异.基因节律性表达分析结果显示,生物钟能调控StCBF1a、StCBF3a和StCBF4b的近日节律性表达,且在昼夜交替条件下,StCBF1a、StCBF3a和StCBF4b转录本积累的峰值在傍晚时段.为解析StCBF在环境适应性调控中的生物学功能和探索其在马铃薯遗传改良中的应用提供基础理论支持.

植物抗寒基因及ICE-CBF-COR信号转导研究进展

包括冷胁迫和冻胁迫在内的低温逆境胁迫是造成农作物减产的主要因素之一。研究转录因子CBF调节的植物低温应答途径对于揭示植物面对低温胁迫时的分子反应有重要意义。针对植物抗寒基因及ICE-CBF-COR信号通路的研究,从植物抗寒基因、信号通路和激素与组蛋白调控等多个方面对当下植物抗寒基因的研究进展进行了综述,表明ICE-CBFCOR是不同转录因子、调控因子、蛋白质、生理因子和其他操纵因子相互作用以增强冷胁迫的中心途径;同时也发现ICE-CBF-COR信号通路在针对植物生长发育、花期调节、保鲜贮藏和遗传育种等相关研究中同样起着至关重要的作用,并对未来研究与发展的前景进行了展望,以期为植物抗寒基因的研究提供参考与理论支持,同时也为植物的生长发育、花期调节、保鲜贮藏和遗传育种提供理论指导。

豌豆CBF基因家族的生物信息学及低温胁迫下的表达分析

【目的】为了更加全面地探究CBF基因家族在豌豆中的进化及生物学特征。【方法】通过生物信息学方法从基因家族鉴定、结构分析、蛋白基本理化性质、亚细胞定位、染色体定位、顺式作用元件、蛋白质相互作用与表达分析等方面,对豌豆PsCBF基因家族进行系统鉴定和分子特征分析。【结果】在豌豆中共鉴定出21个PsCBF基因,染色体定位显示18个PsCBF基因分布在1、2、4、6与7号染色体上,其余3个未组装到染色体上(PsCBF19~PsCBF21)。21个PsCBF基因编码蛋白的氨基酸数在123(PsCBF09)~349(PsCBF11),且均属于疏水性蛋白。亚细胞定位预测显示18个PsCBF基因(85.71%)定位在细胞核上,二级结构主要以无规则延伸为主。蛋白基序显示同一类群的基因都具相似的保守基序特征且该家族成员包含1~7个保守基序;同一类群的基因也具有相似的基因结构,且该家族基因含1~2个外显子。PsCBF基因启动子区分析表明其含有多种顺势作用元件,在激素反应,组织特异表达以及逆境响应中起作用。蛋白聚类网络图显示其蛋白可能在豌豆应对非生物胁迫中起调节作用。此外,本研究发现低温胁迫后K2SiO3处理下大部分PsCBF基因的表达发生显著变化。【结论】本研究结果将为进一步分析豌豆PsCBF转录因子调控碗豆生物学过程及功能、碗豆抗寒的分子鉴定以及抗寒资源创新利用研究提供参考依据。

西伯利亚杏全基因组CBF基因家族鉴定及低温胁迫下的表达模式

【目的】利用西伯利亚杏全基因组数据库鉴定CBF家族成员,并分析CBF转录因子保守域特点与功能及其在低温胁迫下的表达情况。【方法】根据西伯利亚杏全基因组数据库,利用BLASTP和HMM Search搜索西伯利亚杏CBF基因,通过CDD和MEME验证其保守结构域。使用Prot-Param、WOLF PSORT、MAGA X、Phyre2、PlantCARE等生物信息学工具分别分析蛋白理化性质、亚细胞定位、系统发育、蛋白三级结构、染色体定位及顺式调控元件。利用实时荧光定量PCR分析西伯利亚杏CBF基因在低温胁迫后的表达模式。【结果】本研究共鉴定出4个西伯利亚杏CBF基因,它们均具有AP2基因家族保守结构域PKKPAGR和DSAWR序列。西伯利亚杏CBF蛋白包含206~246个氨基酸,蛋白理论分子量平均值为25.80 KDa,平均等电点为5.92。PsCBF3和PsCBF4在基因结构上较为相似,亲缘关系更近。4个PsCBFs亚细胞定位均位于细胞核内。启动子顺式作用元件分析结果显示CBF家族成员可参与植物激素和非生物胁迫响应。西伯利亚杏CBF成员均属于酸性和亲水性蛋白。低温胁迫后,CBF基因主要在早期(15 min)表达量较高。【结论】本研究提供了较为完整的西伯利亚杏CBF基因家族信息,为了解PsCBF在西伯利亚杏低温胁迫多个时期的复杂机制和途径提供了新的依据,为进一步研究CBF家族成员的生物学功能奠定了重要的理论基础。

小麦、野生二粒小麦、大麦CBF基因家族比较分析

CBF(C⁃repeat⁃binding factor)是植物响应低温胁迫的主要转录因子。对小麦、野生二粒小麦、大麦CBF基因家族进行了全基因组鉴定和比较分析,并采用生物信息学技术对CBF基因的结构、系统发育、染色体定位、顺式作用元件以及共线性进行了分析,然后利用转录数据分析了该基因在不同胁迫条件下以及不同组织中的表达模式。经鉴定,小麦、野生二粒小麦、大麦CBF基因分别有75、31、19个。CBF基因具有很强的保守性,编码蛋白为亲水蛋白,绝大多数具有单一外显子结构,在第5染色体上集中分布;CBF基因家族存在片段串联重复和染色体倍加现象;不同CBF基因具有不同顺式作用元件。在不同胁迫条件下CBF基因表达水平不同,不同组织中的CBF基因表达水平也不同。由此推测CBF基因结构和功能出现分化可能是植物对不同环境的自适应结果,片段串联重复和染色体倍加是CBF基因家族扩张的驱动力。

基于一致性理论和S-MPC的四旋翼编队协同避障

针对四旋翼无人机队形保持、编队避障问题,在双向、时不变通信拓扑结构下,基于领航跟随策略,利用安全攸关模型预测控制(safety-critical model predictive control,S-MPC)和一致性理论,设计编队控制器并实现了具有避障能力的队形保持。采用分散式S-MPC算法,每架无人机在满足避碰条件无人机的可行区域内,仅规划自身运动来跟踪编队控制算法指定的轨迹。研究了各解耦后的无人机如何与其他无人机并行求解带有耦合约束的优化问题,从而保证了各无人机独立决策的一致性。同时,所提算法将控制障碍函数(control barrier function,CBF)引入到MPC控制器的约束中,从而保证无人机飞行在远离障碍物的安全集合内,规划出的轨迹更为平滑,减小了系统能耗。最后,通过仿真实验验证了所提方法的有效性。

小果甜柿遗传转化体系建立及其抗冻性遗传改良的初步研究

【目的】建立小果甜柿(Diospyros kaki Thunb.‘Xiaoguo Tianshi’)叶片再生和优化其遗传转化体系,以期通过分子育种技术获得抗冻性强的砧木新种质。【方法】以小果甜柿叶盘为外植体,首先通过不同生长素(IAA)质量浓度和细胞分裂素(ZT,TDZ)配比探讨对其愈伤诱导和不定芽再生的影响;进而探讨其叶片对不同抗生素质量浓度组合的敏感性;此外,利用根癌农杆菌介导的叶盘稳定遗传转化体系,进一步探讨超表达君迁子(D.lotus L.)抗寒基因DlCBF1对小果甜柿叶盘再生植株抗冻性的影响。【结果】叶圆片在MS(1/2N)+ZT 2.0 mg·L^(-1)+TDZ 2.0 mg·L^(-1)培养基中愈伤形成率最高(64.71%);将愈伤组织接种到MS(1/2N)+ZT 2.0 mg·L^(-1)+IAA 0.1mg·L^(-1)生芽培养基中,不定芽再生率和不定芽数分别为31.11%和2.37个。头孢霉素质量浓度为400 mg·L^(-1)时可抑制农杆菌生长,且叶片愈伤形成率低(9.84%);卡那霉素对叶片再生影响大,在质量浓度为20 mg·L^(-1)时其愈伤诱导率为11.57%。小果甜柿叶片稳定超表达君迁子DlCBF1基因,获得再生植株73株,其中阳性植株5株,荧光定量结果分析,阳性植株#1和#47中DlCBF1基因表达量分别为野生型的13倍和11倍。经过-4℃低温处理8 h后,超表达株系与野生型株系相比,叶片受伤害程度更小,光合作用效率变化不明显,电导率低,H_(2)O_(2)和O_(2)^(-)在组织中的积累少,阳性株系表现出比野生型株系更强的抗冻性。【结论】在优化小果甜柿叶片外植体再生和稳定遗传转化体系的基础上,通过在小果甜柿叶片中超表达君迁子DlCBF1基因,获得6.85%转基因阳性再生植株,稳定超表达DlCBF1基因可显著增强小果甜柿再生植株的抗冻性。研究结果为培育抗冻性强的柿砧木新种质提供了科学依据。

棉花CBF基因的克隆及其转基因烟草的抗寒性分析

从中棉12(Gh12)、中棉36(Gh36)和海岛棉7124(Gb7124)品种中克隆并鉴定了棉花的CBF基因,该基因编码一个由184个氨基酸组成的蛋白CBF,该蛋白具有CBF转录因子典型的序列标签"PKRRAGRKKFQETRHP"和"FADSAW"。Southern杂交表明,CBF基因在3个棉花品种中均以基因家族的形式存在。围绕海岛棉7124的CBF基因(GbCBF1)开展的逆境表达谱分析表明,GbCBF1基因受低温、干旱、盐和ABA等多种逆境条件的诱导表达。将GbCBF1基因构建到由强启动子35S和弱启动子NOS这2种启动子控制的植物表达载体pCambia2301上并转化烟草NC89,经过筛选及PCR鉴定,共获得26株转基因烟草。对部分T1代植株进行的PCR和RT-PCR检测表明,GbCBF1基因可以在烟草中正常转录并遗传。在低温下,转基因烟草的电解质渗漏率普遍低于野生型烟草,而游离脯氨酸含量和可溶性糖含量均高于野生型烟草,说明转GbCBF1基因提高了烟草的耐寒性。

基于MR ASL探讨针刺心包经、心经穴对脑梗死恢复期患者ROI-CBF的影响

目的:观察针刺手厥阴心包经穴、手少阴心经穴对脑梗死恢复期患者各感兴趣区脑血流量(Cerebral Blood Flow,CBF)的影响,为两经治疗缺血性脑血管疾病提供了部分影像学依据。方法:选取2015年10月至2017年8月湖南中医药大学第一附属医院收治的满足纳入标准的脑梗死恢复期患者27例作为研究对象,按照随机数字表方法随机分为心包经组(n=14)和心经组(n=13),选取脑梗死恢复期患者梗死灶、梗死灶旁及对侧镜像区为感兴趣区(Region of Interest,ROI),以ROI-CBF为观察指标,分别对受试者针刺前、针刺即刻及出针后3个时间段进行ASL扫描,运用磁共振成像自带的软件对图像进行后续处理,测量出ROI-CBF,从而分析2组受试者不同时间段下各ROI-CBF的差异。结果:1)心包经组能够提高各组ROI-CBF,差异有统计学意义(P <0. 05),以针刺即刻与针刺后续效应明显;在针刺即刻和出针后时间段,心包经组对各ROI-CBF效应存在差异,CBF效应依次为:镜像区效应>梗死灶旁区效应>梗死灶区效应,差异有统计学意义(P <0. 05)。2)心经组能够提高各组ROI-CBF,差异有统计学意义(P <0. 05),以针刺后续效应为主;在针刺即刻和出针后时间段,心经组对镜像区与梗死灶旁区CBF效应无明显区别,但两者均与梗死灶区CBF效应存在差异,CBF效应依次为:镜像区效应≈梗死灶旁区效应>梗死灶区效应,差异有统计学意义(P <0. 05)。3) 2组对各组ROI-CBF效应增高不一致,心包经组改善CBF效应优于心经组,差异有统计学意义(P <0. 05)。结论:1)针刺心包经/心经穴均能有效提高梗死灶区、梗死灶旁区、镜像区CBF; 2)在同一时间段,针刺两经对梗死灶区、梗死灶旁区、镜像区CBF存在差异,心包经穴效应优于心经穴,提示临床上可以择优选取心包经穴治疗缺血性脑卒中。

沙冬青CBF/DREB1转录因子cDNA的克隆及序列分析

CBF/DREB1(C-repeat binding factor/dehydration resistance element binding protein 1)是一类抗逆相关的转录因子,它们的表达可以激活下游一系列抗逆应答基因的表达,从而提高植株的抗逆性。沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)主要生长在中国西北荒漠和半荒漠地带,是典型的旱生资源植物,具有突出的抗寒、抗旱、耐盐碱特性。本文以沙冬青为实验材料,利用RT-PCR和RACE技术克隆了沙冬青CBF/DREB1基因cDNA序列,并对其进行了序列分析。结果表明:沙冬青CBF/DREB1转录因子基因序列全长为991bp,包括624bp的开放阅读框(ORF),起始密码子ATG,终止密码子TAA,114bp的5'UTR和253bp的3'UTR,以及加尾信号AATAAA及poly(A)11。生物信息学预测其演绎的氨基酸序列具有AP2结构域,且AP2结构域的两端拥有CBF家族特有的PKK/RPAGRxKFxETRHP和DSAWR两段短多肽序列,属于CBF家族。沙冬青CBF/DREB1转录因子的克隆为进一步研究植物抗逆和获得抗性基因提供了新的候选基因,也为进一步从分子水平上验证其功能,深入理解植物适应干旱、低温和高盐机制奠定基础。

茶树冷胁迫诱导抗寒基因CBF的克隆与表达分析

利用cDNA-AFLP技术进行了茶树低温胁迫处理的基因表达差异分析,获得低温诱导后特异表达的差异片段TDF11(transcript derived fragment,TDF)。经BLAST比对发现该片段与白菜、拟南芥、烟草的抗寒基因CBF(C-repeat binding factor)分别有94%、84%、81%的同源性。通过3’/5’RACE的方法获得该片段cDNA全长序列(GenBank,登录号EU857638)。所得序列全长981bp,其开放阅读框编码275个氨基酸。该基因与白菜、烟草、拟南芥中的CBF基因编码的氨基酸序列分别有74%、57%、57%的同源性。用RT-PCR的方法对其在低温处理过程中的表达进行分析,结果表明,茶树CBF基因在低温诱导4h开始表达,在8h左右表达量最高,然后开始下降,但仍维持在一个较高的水平。结果提示CBF基因可能在茶树抗寒分子机制的形成过程中发挥重要的作用。

高羊茅CBF转录激活因子基因片段的克隆

根据拟南芥CBF基因序列的保守区设计 1对特异引物 ,采用PCR方法从高羊茅基因组中扩增出 1个DNA片段并克隆到pUCm T载体中。经序列测定和分析 ,该片段长 60 8bp ,与 3个拟南芥CBF基因的核苷酸及其推导氨基酸序列分别具有 81～ 84%和 75～ 79%的同源性 ,而且推导氨基酸序列中包含有同源性更高的AP2DNA结合域以及CBF蛋白的两段特征序列PKK RPAGRxKFxETRHP和DSAWR。这些结果表明 。

香樟CcCBFs基因的克隆及表达模式

CBF转录因子又称为DREB1,在增强植物抵御非生物胁迫(低温、干旱和盐胁迫)方面具有重要的作用。利用同源克隆的方法结合RACE PCR技术,从香樟中获得2个CBF类似基因的c DNA全长序列,命名为Cc CBFa和Cc CBFb,其c DNA序列全长分别为909和941 bp,分别包含一个714和729 bp的开放阅读框,编码237和242个氨基酸;g NDA序列分析结果显示,Cc CBFa和Cc CBFb基因均不含有内含子。一系列生物信息学分析表明,Cc CBFa和Cc CBFb基因属于DREB家族的CBF/DREB1亚家族,将所获得香樟CBF基因c DNA全长序列提交到NCBI(登录号:KJ958932和KJ958933)。此外,实时定量PCR结果表明,Cc CBFa和Cc CBFb基因在香樟不同器官中的表达量存在一定差异,并且均能被低温、干旱、盐以及ABA强烈诱导。这些结果表明,Cc CBFa和Cc CBFb可能在香樟应对低温、干旱和盐等非生物胁迫时发挥重要作用,并且可能与ABA信号通路有关。

小盐芥(Thellungiella salsuginea)CBF1基因的克隆

CBFs(CRT/DREbinding factor)是结合DNA顺式元件CCGAC的转录因子.拟南芥中CBFs由一个小的基因家族编码,包括3个成员:CBF1、CBF2和CBF3,它们在植物抗逆性调控中起重要作用.为了获得高度耐盐耐旱的转基因植物,我们以盐生植物小盐芥为材料,依据拟南芥中CBF1的序列信息设计引物,扩增出小盐芥中CBF1的部分序列,然后使用SMARTTMRACE等方法,从小盐芥中克隆到全长的CBF1cDNA序列,进而重组到植物表达载体中,为植物抗逆基因工程提供了有用基因.

CBF转录因子及其在植物抗冷反应中的作用

CBFs转录因子是转录因子家族之一,CRT/DRE是一种顺式作用因子,在COR基因的启动子区域。在低温条件下,CBF基因通过结合在CRT/DRE上激活COR基因的表达,从而提高植物抗冷能力。本文论述了CBF转录因子的结构特性以及在植物抗寒调控中所起的作用。

应用CBF实现云动态数据存储的完整性校验

云数据存储服务为用户提供了一种新型的数据服务模式.但数据所有者因失去对数据的直接控制,面临对不可信的云服务提供者的数据存储担忧.目前普遍采用基于同态技术的数据完整性校验算法.但这种算法在面对大数据存储中的动态数据时,出现计算开销大和校验效率受数据分块大小影响较大等问题.提出一种基于Counting Bloom Filter(CBF)的数据完整性校验算法,采用CBF作为校验元存储结构和相关的哈希运算实现动态数据的完整性校验.理论分析和模拟测试结果表明,算法在满足动态性数据校验要求的前提下,降低校验时的校验数据传输开销,减少了校验的计算时间,降低了数据分块大小的影响,极大的提高了校验能力.

CBF基因调控植物抗冷径途的研究进展

CBF(C-repeat binding transcription factor/dehydrate responsive element binding factor,DREB)基因是植物CBF抗冷途径的枢纽,主要调控下游大量抗冷基因的表达,对增强植物的抗冷能力极为重要。CBF的表达也受干旱、机械伤、高渗透压等的诱导,且该基因转录因子的积累对植物的生长具有抑制作用。该文对国内外近年来有关CBF基因的功能、诱导表达特点及其在CBF抗冷途径中与上下游基因的联系,以及CBF表达调节因子等方面的研究进展进行综述,为进一步深入研究CBF基因调控的植物抗冷途径及其机理、并通过调控CBF表达增强植物抗冷能力提供参考。