PEG-6000模拟干旱胁迫对甘薯近缘野生种Ipomoea trifida (Kunth) G.Don幼苗生理生化指标的影响

Ipomoea trifida(Kunth)G.Don(2n=2x=30)是甘薯祖先种之一,具有较强的抗旱性,其抗旱生理机制尚无报道。本文采用营养液水培法,以30%浓度的PEG6000模拟干旱,研究干旱胁迫对甘薯近缘野生种幼苗叶片生理生化指标的影响。结果表明:随着PEG6000干旱胁迫时间的延长,叶片中丙二醛(MDA)、游离脯氨酸(Pro)含量逐渐增加。过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)及谷胱甘肽还原酶(GR)活性在PEG处理后活性均增强,揭示了甘薯近缘野生种MDA和Pro含量和氧化酶类的活性在短时间急性胁迫情况下的不同变化规律,可为抗旱品种的筛选和下一步抗旱相关基因的挖掘提供一定的参考。

甘薯近缘野生种Ipomoea trifida(4x) GISH分析

以甘薯近缘野生种I.trifida(2x)为探针,与I.trifida(4x)2个株系"695104"和"697288"的体细胞染色体进行基因组荧光原位杂交,结果显示,2株系都与I.trifida(2x)有很近的亲缘关系,但2株系的信号存在差异。"695104"几乎所有染色体整条都有均匀明亮的信号,应为I.trifida(2x)基因组直接加倍而来;而"697288"与"695104"不同,虽然各条染色体也均有杂交信号,但信号的区域与亮度有差异,较为复杂,可分为三种情况。第1种是整条染色体有均匀明亮的信号,亮度与分布区域同"695104",有41条;第2种是几乎整条染色体有信号,但亮度较第一种暗,有14条;第3种为染色体部分区域有信号,亮度较前二者更暗,有5条。推测"697288"是在加倍同时或之后又发生了基因组重组与部分变异。

Ipomoea trifida(2X)抗坏血酸过氧化物酶基因的克隆、序列分析和表达分析

为了从甘薯野生资源中获取抗逆基因,提取Ipomoea trifida组培苗总RNA,经反转录获得第一链c DNA,使用特异引物进行PCR扩增,获得了I.trifida抗坏血酸过氧化物酶编码区序列,并进行生物信息学分析以及组织特异性表达研究。经测序表明,所获得的序列长约769 bp,包含753 bp完整的开放阅读框;生物信息学分析结果表明,此序列编码250个氨基酸,蛋白大小约为27.6 k Da,等电点为5.42,有大范围亲水区,推测在细胞质中起到抗氧化作用;进化发育系统分析表明,It APX和Ib APX最为接近;组织特异性表达分析表明,It APX在各组织中均有表达。I.trifida抗坏血酸过氧化物酶基因的克隆为甘薯抗逆育种提供了新的基因资源。

模拟干旱对甘薯近缘野生种[Ipomoea trifida(Kunth) G. Don]生理特性和基因表达谱的影响

本文研究分析30%浓度的PEG-6000模拟干旱胁迫对甘薯二倍体近缘野生种（Ipomoea trifida）幼苗生理指标的影响,并在此基础上利用高通量测序技术,进行转录组测序和基因表达谱分析。结果表明：随着干旱胁迫时间的延长,叶片超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性增强、丙二醛（MDA）含量增加。其中,SOD、POD活性和MDA含量在胁迫6 h变化显著;转录组测序共得到40 385 764条净数据和7 600 078 117 bp数据量,de novo组装产生了65 174条转录本,N50为1 638 bp。通过干旱处理（干旱胁迫6 h）和对照组（对照0和6 h）之间基因差异表达分析,共有1 763个基因差异表达,其中557个基因上调表达,1 206个基因下调表达,下调表达基因的数量明显高于上调基因。

野薯(Ipomoea trifida)根尖细胞超微结构观察

野薯根尖细胞中，分生区细胞内细胞核的变化与核仁结构特征有一定相关性．分化的外皮层细胞胞质趋于极性分布；皮层细胞波．泡中可见直径约0．28－0．75μm聚成环状的蛋白质颗粒及散布的高电子密度细颗粒结构，质体内具1－2个直径约0．3－1．19μm的球状糊粉粒和数个直径约0．18－0．39μm的淀粉颗粒．皮层细胞与粮冠细胞内质体中的淀粉及蛋白质构成有明显差异。

甘薯近缘野生种三浅裂野牵牛EST资源的SSR信息分析

利用生物信息学方法对NCBI公共数据库的1 458条三浅裂野牵牛ESTs序列进行EST-SSRs信息特征分析。结果显示,剔除低质量的和冗余的序列后,得到总长度为334.368 kb无冗余序列868条。这些无冗余序列中有35个微卫星简单重复序列(Simple sequence repeat,SSR),分布于35条EST中,出现频率为4.03%,平均分布距离为9.55 kb。在2～6核苷酸的重复类型中,二、三核苷酸SSR之和占总EST-SSR的68.57%,其中三核苷酸SSR占总SSR数量的45.71%。在所有重复单元中,所占比例最高的是AT/AT(14.29%),其次是TCT/AGA为11.43%,TAA/TTA为8.57%列第3位。在所有的SSR中,EST-SSRs重复次数5次的有13个,占全部SSR的37.14%,其次是重复次数为4次和7次,各有5个,占全部SSR的14.29%。结果说明,甘薯近缘野生种三浅裂野牵牛的EST-SSR出现频率较高、类型丰富、具有一定的研究利用价值。

三浅裂野牵牛NBS类抗病基因同源序列的克隆与分析(英文)

NBS类植物抗病基因保守结构域的克隆为利用简并引物扩增抗病基因同源序列提供了可能。根据抗病基因Grol-4、Gpa2、N等的P-loop和GLPL保守结构域设计简并引物，分离甘薯近缘野生种三浅裂野牵牛NBS类型抗病基因同源序列，共获得6条相关序列，核苷酸序列的相似性为48％～97％，推测氨基酸序列的相似性在25．2％～95．1％之间。系统进化分析表明，6条三浅裂野牵牛RGA序列可分为2个不同的类群：TIR-NBS和non-TIR-NBS。三浅裂野牵牛RGA序列与源自甘薯的RGA序列有很高的相似性，这在一定程度上反映了三浅裂野牵牛与甘薯之间的亲缘关系。分离的6条RGA序列分别命名为ItRGA1～ItRGA6，GenBank登录号分别为DQ849027-DQ849032。

甘薯祖先种三浅裂野牵牛自交不亲和研究进展

二倍体三浅裂野牵牛(Ipomoea trifida)是六倍体栽培种甘薯的祖先种之一。这种植物具有孢子体自交不亲和性(Sporophytic Self-incompatibility,SSI),由单位点复等位基因决定,即S位点。综述了三浅裂野牵牛自交不亲和性的研究进展,从SSI表现形式、已排除候选基因、S位点的分离与结构、候选S基因分析几个方面进行了论述,并在此基础上对三浅裂野牵牛自交不亲和的独特性进行了归纳。

三浅裂野牵牛ItSGT1基因克隆及分析(英文)

SGT1(suppressor of the G2allele of skp1)是多种植物抗病基因介导的抗病信号途径中的重要元件。该研究利用RT-PCR和RACE方法克隆出甘薯近缘野生种三浅裂野牵牛的SGT1基因,命名为ItSGT1。该基因含有一个长度为1 087bp的开放阅读框,编码361个氨基酸,分子量约为40.1kD,等电点为5.05。Blast及多序列比对分析表明,该基因与其他植物中的SGT1具有较高的相似性,且具有SGTl蛋白典型的功能域结构,即TPR区、VR1区、CS区、VR2区和SGS区。Southern杂交结果显示,SGT1基因在三浅裂野牵牛基因组中是多拷贝基因。组织特异性表达分析表明,ItSGT1基因在三浅裂野牵牛的根、茎和叶中均有表达。

甘薯近缘种三浅裂野牵牛核基因组密码子分析

三浅裂野牵牛(Ipomoea trifida)是甘薯的亲缘关系较近野生种之一.分析了三浅裂野牵牛的32 264个具有完整编码框的核基因组基因,长度为165~15 273个核苷酸.根据基因在根、茎、叶中的表达量,选择1 382个低表达基因和1 644个高表达基因.利用CodonW软件分析发现,总基因的密码子有效数(ENC)为53.04,低表达基因的为52.80,高表达基因的为52.01.在总基因、低表达基因和高表达基因中分别发现了3个、9个和5个高频密码子.对低、高表达基因密码子的偏好性分析发现,高表达基因的进化速度低于低表达基因的.研究丰富了植物基因密码子理论,为转基因研究中密码子的优化提供了依据.

甘薯近缘二倍体野生种TPS家族全基因组鉴定及表达分析

为了解析六倍体甘薯的海藻糖-6-磷酸合成酶(Trehalose-6-phosphate synthase,TPS)基因家族的结构和功能,为甘薯的分子遗传改良提供候选基因,利用生物信息学方法对甘薯的2个近缘二倍体野生种三浅裂野牵牛(Ipomoea trifida)和三裂叶薯(Ipomoea triloba)进行TPS家族成员鉴定并构建系统进化树,后对其理化性质、结构域、染色体定位、组织表达模式及不同胁迫下的表达模式进行分析。结果显示,全基因组鉴定得到了10个ItfTPS和10个ItbTPS,二者高度同源,聚类结果一致,其中TPSⅠ包含2个基因,TPSⅡ包含8个基因,除Itf/ItbTPS3与水稻亲缘关系更近外,其余基因与拟南芥的亲缘关系更近;Itf/ItbTPS基因编码842~940个氨基酸,均为酸性蛋白,多位于细胞核和细胞质中。结构分析发现,TPSI中Itf/ItbTPS1、Itf/ItbTPS2的motif数分别为7个和8个,外显子数分别为17个和18个;TPSII类均含有10个motif,且外显子数量多为3个;此外,所有Itf/ItbTPS家族成员均含有PF00982和PF02358保守结构域,且染色体定位一致,说明TPS在进化过程中具有保守性。表达模式分析显示,Itf/ItbTPS8无差异表达而Itf/ItbTPS7、ItbTPS1均不表达,Itf/ItbTPS3在根中特异高表达且低温胁迫后表达量升高;低温胁迫后ItfTPS5和高温胁迫后ItbTPS5的表达量降低,可能通过调控海藻糖合成来抵御温度胁迫。

三浅裂野牵牛MADS-box基因家族全基因组鉴定与组织特异性表达分析

在甘薯近缘种三浅裂野牵牛(Ipomoea trifida)全基因组水平上对MADS-box基因家族进行鉴定和分析,结果表明,在三浅裂野牵牛基因组中,共鉴定到38个MADS-box(ItfMADS)成员。根据理化性质分析,各成员的氨基酸数目差异很大,有26个成员显碱性。亚细胞定位表明,在这些成员中有32个定位于细胞核。系统进化分析发现,ItfMADS家族可分为Ⅰ型和Ⅱ型2类,Ⅰ型包含9个成员,Ⅱ型包含29个成员。染色体定位分析发现,该38个ItfMADS成员不均匀地分布在三浅裂野牵牛基因组的12条染色体上,其中染色体11(Chr11)上的成员数最多(9个),而Chr12和Chr00仅有1个成员。结构域保守基序分析表明:各成员均含有MADS-box结构域,Ⅱ型的各成员还含有K结构域;motif 1和motif 3是ItfMADS蛋白的重要保守基序。基因结构分析表明,各成员中的内含子和外显子数量差异较大。启动子顺式作用元件分析发现,响应光的顺式作用元件最多。表达模式分析发现,ItfMADS基因在不同的组织中表达存在差异,且在不同胁迫下的表达量也不同,说明ItfMADS基因可能参与了胁迫响应。本研究为甘薯MADS-box基因的功能鉴定提供了参考,也为甘薯的分子育种奠定了基础。

三浅裂野牵牛SnRK2基因家族的鉴定和表达分析

蔗糖非酵解型蛋白激酶SnRK可分为SnRK1、SnRK2和SnRK3共3个亚族,其中,SnRK2是一类仅存在于植物中的蛋白激酶,已在多种植物中得到了鉴定,其在植物生长发育、胁迫响应和信号转导中发挥了重要作用。为探究三浅裂野牵牛中SnRK2基因家族的成员并推测其功能,利用拟南芥SnRK2蛋白序列,通过生物信息学方法筛选并鉴定ItfSnRK2基因家族成员,对各成员的特征进行分析,采用转录组数据分析ItfSnRK2各成员在不同组织和非生物胁迫下的表达谱。结果发现,三浅裂野牵牛中共有7个ItfSnRK2基因,分别位于6条不同的染色体上,依据染色体排列顺序依次命名为ItfSnRK2.1~ItfSnRK2.7,它们均含有保守的激酶结构域和调节结构域。进化树分析结果显示,ItfSnRK2分为3个亚家族。基因结构分析显示,同一亚家族的成员具有相似的基因结构和保守基序组成。表达谱分析则揭示了ItfSnRK2基因具有组织表达的特异性,ItfSnRK2.2、ItfSnRK2.3、ItfSnRK2.4和ItfSnRK2.5的表达受非生物胁迫诱导,可能与抗性调节有关,以上结果为进一步了解SnRK2基因在甘薯逆境胁迫响应和信号转导中的具体功能提供了重要线索,也为甘薯的抗逆性改良提供了潜在的基因资源。

甘薯近缘野生种三浅裂野牵牛WRKY基因家族的生物信息学分析

WRKY基因家族是一类含有WRKY保守结构域的转录因子大家族,是植物中最大的转录调控因子家族之一。目前已有多种植物WRKY家族的分析鉴定报告,但关于甘薯(Ipomoea batatas(L.)Lam.)中WRKY家族的报告却很少。本研究利用生物信息学方法对甘薯近缘野生种三浅裂野牵牛Ipomoea trifida(Kunth)G.Don的基因组数据进行了详细的分析,结果显示:在三浅裂野牵牛基因组中共鉴定得到82个WRKY转录因子,其中81个不均匀分布在基因组的15条染色体上,第5号染色体上分布最多(10个基因),第8和15号染色体上分布最少(2个基因);蛋白分子大小在116~710个氨基酸之间,等电点为4.85~10.33不等;按照保守结构域分类可以分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三组,Ⅱ组包含Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd和Ⅱe五个亚组,其中Ⅰ组有15个ItWRKY基因、Ⅱa组4个、Ⅱb组11个、Ⅱc组23个、Ⅱd组7个Ⅱe组10个、Ⅲ组12个;82个ItWRKY基因中有8个基因的核心结构域WRKYGQK发生了单个氨基酸变化(WRKYGKK)。ItWRKY基因以组织特异性的方式表达且在不同胁迫下基因的表达量存在差异,表明ItWRKY基因参与了三浅裂野牵牛对胁迫的响应。本研究为甘薯WRKY基因的功能鉴定提供了参考作用,进一步为甘薯的分子育种提供了帮助。

三浅裂野牵牛NBS-LRR类抗病基因的鉴定和分析

植物抗病R基因在植物抵抗细菌、病毒、真菌等病原体过程中发挥重要作用,NBS-LRR类基因是R基因中最大的一类。三浅裂野牵牛作为甘薯的近缘野生种,是甘薯育种重要的抗病基因资源。本研究对三浅裂野牵牛基因组序列使用Snap软件预测全基因组蛋白质序列,应用生物信息学方法在蛋白质序列中鉴定和分析NBS-LRR家族基因,得到三浅裂野牵牛NBS-LRR家族基因的数量、染色体上的分布图、结构域特点和进化树。从三浅裂野牵牛的110626个基因中,筛选到361个编码NBS-LRR类蛋白的基因,其中N型50个,NL型128个,TNL型46个,CNL型136个,RNL型1个。三浅裂野牵牛的15条染色体上均分布有NBS-LRR家族基因,基因最多的染色体有51个,最少的有2个,共有58个基因簇,包含了53.7%的NBS-LRR家族基因。CNL亚家族在NB-ARC结构域有7个保守结构域,TNL亚家族有10个保守结构域。本研究对三浅裂野牵牛的NBS-LRR家族基因的鉴定与分析,为后续研究抗病基因功能与甘薯抗病的分子育种提供重要参考。