荞麦根的转录组学分析及黄酮合成基因的鉴定

荞麦基因资源相对匮乏。以甜荞根和金荞根为材料,利用Illumina Hi SeqTM2000对其进行转录组测序,经过de novo从头组装得到64 618条Unigene,其中37 546条基因得到了有效注释。对甜荞根和金荞根中的差异基因进行筛选,共获得了4 709个差异基因,其中2 460个上调表达,2 249个下调表达。这些差异基因的GO注释集中在10个细胞组分(cellular component)、12个分子功能(molecular function)和22个生物学过程(biological process)中。对差异基因参与的代谢途径进行富集,上调基因中共有40个代谢途径显著富集,下调基因中共有18个代谢途径显著富集,这些显著富集的代谢途径参与甜荞根和金荞根的生物学调控。最后对转录组中注释到黄酮合成途径中的关键基因进行了分析,共有21个基因注释到黄酮合成途径中的关键酶。不仅丰富了荞麦的基因资源,为荞麦分子生物学研究提供数据基础,也为筛选甜荞根和金荞根中相关基因的表达趋势提供参考依据。

不同生育时期大豆异黄酮合成相关酶基因表达的分析

通过Real-time PCR分析了不同生育时期7个大豆异黄酮合成相关酶基因(PAL,C4H,4CL,CHS,CHI,IFS和F3H)的相对表达情况。并利用高效液相色谱法测定了籽粒发育过程中豆荚(含籽粒)中异黄酮及其组分的含量,同时利用SAS 8.2分析了F5∶11重组自交系群体(RILs)豆荚中异黄酮含量与部分基因相对表达量间的相关性。结果表明:从营养生长进入生殖生长阶段,部分基因(PAL,CHI,IFS和F3H)的相对表达量普遍有显著提高;PAL,C4H,CHS和IFS基因在叶片中的相对表达量高峰出现在R1期,大部分基因在2个品种豆荚中相对表达量差异显著的时期为R6期。在R6期,豆荚中PAL基因的相对表达量与染料木素(GT)和总异黄酮含量(TI)呈显著正相关。CHS基因的相对表达量与大豆黄素(DZ)、染料木素(GT)和总异黄酮含量(TI)呈显著正相关,但是与黄豆黄素(GC)呈显著负相关,IFS基因的相对表达量与大豆黄素(DZ)含量呈显著正相关;F3H基因的相对表达量与所有异黄酮成分均呈显著负相关。研究明确了相应基因的表达情况,对于理解异黄酮含量变异的遗传机制具有重要意义。

大豆子粒发育过程中异黄酮合成相关酶基因的表达模式与异黄酮积累的相关分析

利用高效液相色谱法和实时定量PCR方法,分别测定了2个异黄酮含量显著差异的大豆品种鲁黑豆2号(LHD2)和南汇早黑豆(NHZ)在子粒发育过程中的异黄酮含量变化以及异黄酮合成相关酶基因的表达模式变化,试图分析异黄酮积累与各基因表达量变化的相关关系。结果表明在大豆子粒发育过程中,异黄酮含量逐渐升高,而不同异黄酮合成相关酶基因的表达趋势不同,CHS7、CHS8、CHR、CHI1A和IFS2的表达趋势与异黄酮积累模式基本一致,而IFS1和CHI1B1的表达趋势与异黄酮积累模式相反。IFR的表达模式在2个大豆品种中存在相反的趋势,在LHD2中与异黄酮组分积累趋势相反,而在NHZ中与异黄酮组分积累趋势相同。结果还表明,同一基因家族中不同基因在子粒发育过程中的表达量也存在差异。查尔酮合酶基因家族中CHS7和CHS8以及查尔酮异构酶基因家族的CHI1A的表达水平相对其他成员较高,异黄酮合酶基因家族中IFS2的表达量显著高于IFS1的表达量,预示这些基因家族在大豆子粒异黄酮积累过程中存在功能分化。此外,各基因表达模式与异黄酮积累的相关分析结果表明,不同基因表达模式与异黄酮积累的相关性在2个品种中也不尽相同。LHD2中CHS7、CHS8和IFS2在子粒发育过程中的表达量变化与不同异黄酮组分呈显著正相关,CHI1B1基因的表达量变化与不同异黄酮组分呈显著负相关。而在NHZ中,IFR在子粒发育过程中的表达量变化与多个异黄酮组分呈显著正相关。这预示了不同大豆品种异黄酮含量差异的潜在遗传基础。各异黄酮合成相关酶基因表达量变化的相关分析表明,在2个品种中,苯丙氨酸水解酶PAL1与4CL,4CL与CHS2以及CHS1与IFS2基因的表达量均呈现显著正相关。表明这些基因可能通过协同作用共同调控异黄酮的合成与积累。这些结果为今后利用基因工程提高大豆异黄酮含量奠定了基础。

异黄酮合成酶基因高表达的大豆转基因愈伤组织的研究

目的获得异黄酮合成酶基因高表达的转基因大豆愈伤组织。方法利用根瘤菌介导的大豆转基因方法,将异黄酮合称酶基因质粒pCAMB IA1301-C IP的T-DNA部分转入大豆基因组中并诱导转基因愈伤。结果利用GUS染色法,确认外源质粒片段基本表达良好;利用PCR及反转录PCR(RT-PCR)确定外源基因片段的插入及IFS基因的表达情况良好。结论利用根瘤菌介导的转基因体系,可将外源异黄酮合成酶基因转入大豆基因组中并实现其表达,可为开发利用大豆异黄酮,以及为大豆异黄酮生物合成与调控研究提供依据。

忍冬属黄酮合成酶基因FNSⅡ密码子偏好性及进化分析

目的探讨忍冬属木犀草苷关键合成酶基因FNSⅡ在进化过程中形成的密码子使用模式及其与不同植物的亲缘关系,为实现木犀草苷异源高表达提供依据。方法利用Codon W、Clustal X、MEGA4.0及SPSS18.0软件,对23个不同物种的FNSⅡ基因及29条忍冬属FNSⅡ序列进行密码子偏好性和进化分析。结果植物FNSⅡ的平均有效密码子数(ENC)为52.29,表明该基因密码子偏好性较弱;ENC-Plot分析发现FNSⅡ基因密码子偏好性形成主要受突变压力的影响,但忍冬属FNSⅡ更多受到自然选择压力的影响。忍冬属FNSⅡ序列GC含量均值<50%,GC3s均值在50%左右,ENC均值为52.66,整体密码子偏好性较弱。基于FNSⅡ序列的系统进化聚类分析较相对同义密码子使用度(RSCU)聚类分析更符合传统的物种分类结果。酵母是忍冬FNSⅡ最佳外源表达系统,模式植物拟南芥、烟草均可作为忍冬FNSⅡ的遗传转化受体。结论忍冬属FNSⅡ序列表现出相似的密码子偏好性,可为忍冬属植物FNSⅡ基因的分类、演化与表达及植物育种研究提供依据。

忍冬属黄酮合成酶基因FNSII的SNP分析

为挖掘鉴别金银花与山银花的黄酮合成酶基因(flavone synthase II gene,FNSII)SNP位点,以基源确定的5个忍冬属(忍冬、灰毡毛忍冬、红腺忍冬、黄褐毛忍冬、华南忍冬)共计12个样本为研究对象,采用同源克隆法从各忍冬属植物中克隆FNSII基因,分析不同忍冬属植物中的SNP位点。结果显示:克隆分离到的各忍冬属FNSII基因的同源性和相似性高达95%以上;成功克隆获得红腺忍冬、黄褐毛忍冬和华南忍冬的FNSII序列;系统进化分析表明,获得的忍冬属序列与基源鉴定结果一致;通过序列比对,从12个样本中克隆得到的20条FNSII序列中鉴定到38个SNP位点,其中19个SNP位点可用于区分各种属,依据各种属间SNP的差异进行分型,获得5种基因型。

不同波长LEDs光源对苦荞芽菜生长、生物活性物积累及抗氧化活性的影响

为探究不同波长LEDs光源对苦荞芽菜生长的影响,本研究以黑暗(D)作对照,采用单色红(R)、蓝(B)、绿(G)光源培养苦荞芽菜,收获后分别测定其形态指标、生物活性物积累量、类黄酮合成关键基因表达量及抗氧化活性指标,结果表明:B处理的苦荞芽菜下胚轴呈深红色,伸长生长受到强烈抑制,花青素、总黄酮及总酚积累量均最高,分别是D的7.18、2.96和2.49倍;R处理的下胚轴呈浅粉色,上述3种生物活性物积累量分别是对照的2.56、1.68和1.40倍;G处理的下胚轴伸长与R相似,外观呈透明白色,生物活性物积累量与对照无显著差异。B和R均强烈诱导类黄酮生物合成通路上关键结构基因表达,显著增加苦荞芽菜下胚轴抗氧化活性。此外,各单色光处理均未显著影响苦荞芽菜可食用部位的鲜重。由此可见,红、蓝LEDs光源可显著影响苦荞芽菜形态生长,并增加其生物活性物积累及抗氧化能力,以蓝光最佳。

依据理化性质分析牡丹花色形成的影响因素

对5个不同花色的牡丹品种花瓣解剖结构、色素分布、理化性状及类黄酮合成相关基因的表达进行了观测与分析,结果表明:不同花色牡丹品种的表皮细胞形态存在差异,类黄酮和金属元素(Al和Fe)质量分数与牡丹花色值显著相关。类黄酮为主要影响因素,天竺葵素、矢车菊素和芍药素作为主要色素,槲皮素和木樨草素作为辅助色素,共同参与了红色系的形成;查尔酮、芹菜素、槲皮素和金圣草黄素影响了黄色花的形成。结合8个类黄酮生物合成相关结构基因的表达模式分析显示,CHI、DFR、ANS基因控制花青苷的合成,CHI、F3H、F3’H和FLS基因控制黄酮、黄酮醇以及查尔酮的合成,分别在红色及黄色品种中高表达。因此,牡丹不同花色的形成主要受相关基因表达以及类黄酮质量分数的调控,而金属元素(Al、Fe)和花瓣表皮细胞形态也能在一定程度上影响花色的呈现。