德阳柿SPL基因家族鉴定及在成花调控中的功能分析

SPL是植物中重要的转录因子,调控植物从幼年期向成年期转变,为探究DdSPL基因在德阳柿成花调控中的作用,为德阳柿实生苗的早花现象提供依据。本研究采用生物信息学方法对德阳柿SPL基因家族成员进行鉴定,并对其基本理化性质、系统进化关系、保守结构域、基因结构、共线性进行分析;通过融合蛋白瞬时表达鉴定亚细胞定位情况;利用qRT-PCR技术检测其在不同成花时期不同部位[茎、叶、顶芽(花)]的表达情况。结果表明,德阳柿中共鉴定得到38条DdSPL基因序列,通过聚类分析可分为8个亚族,同一聚类的蛋白具有相似的氨基酸结构(2个锌指结构ZN-1、ZN-2和1个核定位信号)和基因结构;保守基序分析发现,所有的DdSPL蛋白均含有SBP结构域。共线性分析结果显示,德阳柿38个SPL基因家族成员中存在49对直系同源基因对。亚细胞定位显示,DdSPL8、DdSPL13、DdSPL18均定位在细胞核中;DdSPL7、DdSPL13、DdSPL18这3个基因的表达模式相似,在幼苗期和现蕾期的茎、叶、顶芽(花)中表达量相对较少,在开花期的叶片中表达量明显提高,可能参与德阳柿成花调控。综上,本研究首次从德阳柿基因组中鉴定出38个SPL家族成员,序列高度保守,且均含有SBP结构域,DdSPL7、DdSPL13、DdSPL18在开花期叶片中高表达,可能参与德阳柿成花调控。

核桃SPL基因家族的系统进化和表达分析

【目的】SQUAMOSA promoter binding protein-like(SPL)转录因子在植物开花诱导中起重要的调控作用。从核桃基因组中鉴定SPL(JrSPL)基因家族成员并分析其表达特性,为探究SPL在核桃开花诱导中的功能研究提供参考。【方法】采用生物信息学方法鉴定JrSPL基因家族成员,并预测其基本理化性质、保守结构域、进化关系、启动子顺式作用元件等;利用转录组测序和RT-qPCR技术分析JrSPL家族成员在核桃不同组织及嫁接诱导开花后的表达水平。【结果】JrSPL家族有28个成员,其基因结构和蛋白结构均高度保守,分布在核桃14条不同的染色体,与拟南芥和毛果杨分别存在17处和24处共线性关系,根据系统发育关系可分为8组。JrSPL启动子存在大量的光响应元件、激素应答元件、胁迫响应元件等。转录组测序分析显示,JrSPL基因在核桃不同组织表达量有差异,在雄花、雌花、顶芽及叶中均有表达,多数基因在雌花中的表达量都比较高,有6个基因最为显著,它们可能在开花诱导中起关键作用。在嫁接诱导核桃开花材料中,检测的12个JrSPLs中除了JrSPL8外,在开花材料中的表达量均高于对照,JrSPL2和JrSPL25在混合花序的雄花中表达显著,JrSPL8在顶芽中高表达。【结论】JrSPL基因在核桃成花中具有重要作用,其高表达是花期提前的主要因素。

PdbSPL28基因过量表达提高山新杨对叶斑病的抗性

【目的】SPL(SQUAMOSA promoter-binding protein-like)是植物特有的一类转录因子,对植物生长发育以及天然免疫反应至关重要。本研究通过在山新杨中过表达PdbSPL28基因,分析比较野生型和转基因山新杨在抗病方面的表型差异,探究PdbSPL28基因的生物学功能及其对杨树抗病性的影响,为深入解析该基因调控杨树抗病性的分子机制提供基础。【方法】利用同源克隆获得山新杨PdbSPL28基因完整ORF序列,并利用DNA人工合成技术对该基因ORF中的miR156作用位点进行序列改造,采用酶切、连接反应分别将改造前和改造后的PdbSPL28基因序列构建过表达载体;采用Gateway技术构建亚细胞定位载体,利用烟草叶片瞬时转化系统分析PdbSPL28蛋白亚细胞定位;利用农杆菌介导的叶盘转化法获得PdbSPL28基因过量表达的转基因山新杨,基于刺伤接种法和石蜡切片技术,观察野生型和转基因山新杨对2种间座壳属病原菌(Diaporthe nobilis和D.cercidis)的抗性差异及叶片解剖结构变化并测定病情指数;制备病原菌D.nobilis孢子悬浮液,接种野生型和2个过表达株系的离体叶片,在接种后不同时间点采集样品,通过液质联用方法检测茉莉酸含量变化。【结果】山新杨PdbSPL28基因ORF全长1341 bp,序列中含有1个miR156作用位点;PdbSPL28蛋白含有保守的SBP结构域,定位于细胞核。对PdbSPL28基因ORF中miR156作用位点改造后,成功获得6个该基因过量表达的转基因株系。与野生型相比,PdbSPL28过表达山新杨对2种间座壳属病原菌的抗性明显增强。茉莉酸测定结果显示:在接种前,PdbSPL28过表达株系叶片中茉莉酸含量高于WT;但在接种96 h时,过表达株系茉莉酸含量极显著低于WT。【结论】对miR156作用位点进行序列改造,可以提高获得PdbSPL28基因过量表达转基因山新杨的概率;PdbSPL28基因过表达可以提高山新杨对间座壳属真菌引起的叶斑病抗性,茉莉酸信号途径可能在过表达株系响应D.nobilis侵染过程中发挥重要作用。

二穗短柄草SPL家族基因的鉴定、系统发育和表达分析

植物特异性SPL家族基因编码SBP(squamosa promoter-binding protein-like)保守结构,参与调节植物的生长和发育。为了解二穗短柄草中SPL家族基因的分布、结构及功能,对二穗短柄草全基因组中SPL家族成员进行了系统分析。结果表明,在二穗短柄草全基因组中鉴定出17个BdSPL基因,在5条染色体上呈不均匀分布,bd03号染色体上分布最多;根据系统发育树,17个BdSPL被分为6个组,同组成员有保守的结构和基序;其中6对BdSPL基因发生基因复制事件;在BdSPL基因启动子区域发现了各种顺式元件,如ABRE、CGTAC-motif和LTR。转录组数据和qRT-PCR分析显示,BdSPL基因在二穗短柄草花中表达量较高,而在根系中表达量较低,在不同植物激素处理下表达量有差异。

小麦SPL家族基因在非生物胁迫下的表达分析

SQUAMOSA promoter binding protein like(SPL)是一类在植物中广泛存在的转录因子家族,在调控植物生长发育、响应逆境胁迫等方面发挥着重要作用。为解析小麦中SPL家族基因响应非生物胁迫的机理,本研究采用生物信息学的方法在全基因组范围内对小麦SPL基因家族成员进行鉴定,并对鉴定到的SPL基因进行表达模式分析。结果表明,在全基因组范围内共鉴定到56个小麦SPL基因,其中27个是miR156的靶基因;系统进化分析发现,56个小麦SPL基因聚类为7个亚家族。基于转录组数据对表达模式进行分析,发现36个小麦SPL基因与非生物胁迫响应相关,响应缺氮、缺磷、高盐、低温、干旱、高温胁迫以及热旱共胁迫的基因分别有12、16、22、6、13、14和21个,其中TraesCS3D02G425800同时响应7种非生物胁迫。qRT-PCR验证结果与转录组数据基本一致。

百香果SPL转录因子家族成员鉴定及其对低温胁迫的响应

SPL(SQUAMOSA启动子结合类蛋白质)是一类特异存在于植物中的转录因子,参与植物生长发育的多个过程。为明确百香果SPL转录因子家族成员特征及其对低温胁迫的响应,本研究利用生物信息学方法和百香果基因组数据,对百香果SPL家族基因的结构、染色体分布、共线性关系及其编码蛋白质理化性质、进化关系进行分析,并通过低温和常温处理明确了百香果幼苗叶片SPL家族基因的相对表达量差异。结果表明,从百香果基因组中鉴定出19个SPL家族成员,分布于7条染色体上,其中包含3对共线性基因对。系统进化分析结果显示该家族分为9个亚族。百香果PeSPL基因启动子区域存在大量激素响应元件和逆境胁迫响应元件。低温胁迫下,百香果PeSPL2、PeSPL3、PeSPL6、PeSPL7、PeSPL8和PeSPL96个基因的相对表达量极显著上升,PeSPL13和PeSPL182个基因的相对表达量显著下降。本研究结果可为进一步揭示百香果SPL基因对低温胁迫的响应机制提供依据。

miR156介导SPLs参与调控拟南芥种子成熟过程

【目的】MicroRNA156s(miR156s)是一类非常保守的小RNA家族,探究其能否参与植物种子成熟的复杂基因表达调控网络,对提高种子质量和产量等性状具有重要意义。【方法】基于前人建立的报告基因筛选体系,分别对突变体MIM156-gus及SPLs-ox进行GUS活性分析,利用qRT-PCR技术鉴定miR156家族不同成员的组织表达特异性及突变体材料中种子成熟关键调控因子的表达情况。【结果】GUS染色后,以gus23为背景材料的MIM156及靶标基因SPL2、SPL10和SPL11的过表达突变体均在播种后14 d的幼苗中展现出了GUS表型。miR156家族中,miR156a、d、e和j在果荚中的表达量最高,至少是14 d幼苗的20倍,且MIM156下调表达突变体中LEC1、ABI3和FUS3的表达水平均有不同程度升高。【结论】miR156的下调表达和SPLs的过表达诱导SSPs基因的异位表达,且MIM156促进LEC1、ABI3和FUS3基因的表达,说明miR156/SPLs作为调控因子参与植物种子成熟过程。

SBP-box/SPL基因在植物表皮毛发育中的作用

植物表皮毛作为表皮细胞的特有组织在分类、减少热量和水分散失、抵御昆虫和微生物侵害方面发挥作用,同时也是生长发育时相转换的一个重要指标.而且表皮毛在提高产量等农艺性状方面也发挥重要作用,如棉花纤维组织的产量和品质.SBP-box/SPL基因是植物特有的一个较小的基因家族,在生长发育多个方面扮演重要角色,涉及花期、育性、果实成熟、蓝光信号传导、器官大小等性状.其中,在调控植物"年龄"相关的时相转换中作用明显.本文对表皮毛发育调控中SPL基因功能、涉及的microRNA,及它们与其他表皮毛发育调控途径的关系进行综述,以期为植物表皮毛发育的深入研究及应用奠定基础.

光皮桦BlSPL1转录因子基因的克隆、表达及单核苷酸多态性分析

Squamosa promoter binding protein like genes(SPLs)对植物开花具有重要的调控作用。基于转录组序列并利用RACE技术从光皮桦中分离获得BlSPL1基因,其cDNA序列全长1 825 bp,包含开放阅读框长1 170 bp,编码389个氨基酸,与桃PpSPL1(EMJ10405)的同源性最高(67%),属于陆地植物SPLs基因家族的group VII分支。表达分析显示BlSPL1在光皮桦芽、雌花、雄花、幼苗中均有表达,在雄花和幼苗中表达量较低,但在芽发育成雌花过程中明显上调,推测其可能对早期的雌花形成起调控作用。同时,从57个不同的光皮桦无性系中克隆BlSPL1的基因组序列,进行单核苷酸多态性(SNP)分析,共检测到98个SNP位点,SNP频率为1/26 bp,多样性指数π为0.007 12。在外显子区域,共检测到28个SNP位点,其中11个为同义突变,17个为错义突变。进一步的连锁不平衡分析显示,随着序列长度的增加,不同光皮桦群体BlSPL1内的SNPs连锁不平衡在基因内部迅速衰退。

白桦SPL8转录因子基因的分离及转录表达分析

利用RACE和RT-PCR技术对白桦SPL转录因子SPL8进行克隆,获得cDNA全长为1 230 bp,其完整的开放读码框为930 bp,编码309个氨基酸,包含1个高度保守的SBP域,预测编码蛋白的分子质量为34.32 ku,理论等电点为9.08。将该基因命名为BplSPL8,并将它的cDNA序列提交到Genbank,登录号为JQ354964。同源序列比对分析表明,白桦BplSPL8与拟南芥AtSPL8、大豆GmSPL8、马铃薯ScSPL8、葡萄VvSPL8的氨基酸序列相似性分别为55.4%、73.1%、63.9%、70.8%。qRT-PCR结果显示,BplSPL8基因在不同组织均有表达,但在雄花序中最高,在种子和成熟花粉中最低;BplSPL8在雄花序不同发育阶段的表达量不同,另外,在雄花序发育突变体各组织中的表达水平均低于野生型。推测BplSPL8在白桦雄花序发育中的特定阶段起重要作用,其异常表达可能与雄性不育有关。

萝卜全基因组中SPL基因家族成员的鉴定与分析

SQUAMOSA启动子结合类蛋白(SPL)基因家族,作为一类在植物中广泛存在的转录因子,在植物生长发育、信号转导及生理生化过程等方面具有重要作用。本研究通过生物信息学方法,从萝卜基因组中鉴定出分布于8条染色体上的26个SPL基因,并将其按照所处染色体位置命名为Rs SPL1-Rs SPL26。其氨基酸数目在139-1021 aa,蛋白分子量在16167.7-112219.48 Da,等电点分布在5.77-9.67,外显子数量从2到11个不等。micro RNA结合位点预测发现12个Rs SPL含有mi R156的结合位点,11个RsSPL含有miR157的结合位点。对它们在不同组织和发育时期的表达模式研究发现,该基因家族成员具有一定的时空表达差异性,且同一个亚家族的成员具有相似的表达模式。本研究为萝卜SPL基因家族的功能研究奠定了基础。

椰子SPL基因家族的生物信息学及其表达分析

Squamosa promoter binding protein like(SPL)基因是植物特有的转录因子,在植物生长发育过程中发挥重要的调节作用。本研究根据已释放的椰子转录组序列信息和水稻SPL基因家族的蛋白序列信息,从椰子转录组中鉴定出24个CnSPL基因,分别命名为CnSPL1~CnSPL24。Pfam分析表明,椰子24个CnSPL基因同样具有拟南芥和水稻中的SBP-box保守结构域。通过聚类分析将24个基因分成6个亚族(G1~G6)。RPKM分析表明,G5亚族的CnSPL1、CnSPL2、CnSPL3和CnSPL4基因在椰子不同组织中均处于高表达水平,而G3亚族中CnSPL5、CnSPL7、CnSPL11和CnSPL13基因在椰子不同组织中则均处于低表达水平。另外,CnSPL家族基因在胚愈伤组织中均有较高表达,说明CnSPL家族很可能参与椰子胚胎愈伤的形成与分化。

三裂叶薯SPL基因家族鉴定、表达及miR156的调控分析

SQUAMOSA promoter binding protein-like(SPL)是一类广泛存在于植物中的转录因子,均含有一个高度保守的SBP结构域(SQUAMOSA-PROMOTER BINDING PROTEIN)。本研究通过SBP结构域的隐马尔可夫模型、Blastp、CDD和SMART等程序从栽培甘薯的二倍体近缘野生种三裂叶薯(Ipomoea triloba L.)全基因组中鉴定出26个SPL基因家族成员。它们不均匀分布于三裂叶薯的12条染色体上。利用系统进化分析将新鉴定的26个三裂叶薯ItbSPL基因和来源于苔藓植物、单子叶植物、双子叶植物的116个SPL基因构建进化树,并根据拟南芥AtSPL基因家族的分类标准将26个ItbSPL基因家族分为7组。GSDS 2.0基因结构和MEME 4.12.0保守基序分析表明,不同进化分支中的ItbSPL基因的外显子/内含子数目及其蛋白基序组成差异明显。利用拟南芥中已知功能的SPL对ItbSPL基因的功能进行预测,发现三裂叶薯ItbSPL家族基因成员可能与植物开花、逆境胁迫、次生代谢产物等生物学过程相关。通过预测microRNA156(miR156)的作用位点发现,在26个ItbSPL基因中14个含有miR156的作用位点,其中13个ItbSPL基因具有PCR扩增产物。利用qRT-PCR检测13个候选靶基因及miR156在三裂叶薯叶、茎、根中的表达量,发现13个ItbSPL均在茎中的表达量最低,显著低于叶与根中的表达,而miR156则在茎中的表达量最高,在根中的表达量最低,初步推测这13个ItbSPL是miR156的靶基因。以上研究结果为六倍体栽培甘薯SPL基因家族成员的鉴定、进化分析及功能研究提供了方法和基础。

甜橙SPL基因家族的鉴定及其在成花诱导中的表达分析

SQUAMOSA promoter binding protein-like(SPL)基因家族在植物成花转变与花器发育中起重要调控作用。该研究基于甜橙(Citrus sinensis)基因组数据,对甜橙SPL家族成员及其启动子区进行生物信息学分析,并采用qRT-PCR检测其在甜橙不同花期、不同品种花芽和叶片的表达特异性,为深入探讨CsSPLs基因在甜橙成花诱导中的功能奠定基础。结果表明:(1)共鉴定出15个含有SBP保守结构域的甜橙SPL基因,分别命名为CsSPL1~CsSPL15,且分布在6条染色体上。(2)CsSPL1~CsSPL15基因编码的氨基酸长度为130~1075 aa,分子量为14.73~118.75 kD;系统发育分析将15个CsSPLs分成8个亚族,除CsSPL4外,其他CsSPLs均与拟南芥SPL家族成员聚类。(3)顺式作用元件分析表明,CsSPLs启动子中含有大量光响应元件,推测CsSPLs可能在甜橙响应光调控过程中发挥重要作用。(4)转录组数据分析显示,CsSPLs在甜橙愈伤组织、花、叶片和果实中均有表达,其中CsSPL3、CsSPL4、CsSPL7、CsSPL8、CsSPL12、CsSPL13、CsSPL14和CsSPL15在花和叶片中较高表达。(5)qRT-PCR检测显示,CsSPLs在甜橙不同花期、不同品种花芽和叶片组织中的表达均有显著上调趋势,且采样各时期下早花品种‘赣南早’花芽和叶片中CsSPLs的表达量均高于对照品种‘纽荷尔’。研究认为,甜橙成花组织内CsSPLs基因的高表达是其花期提前的主要因素。

参与调控桂花花朵开放的SPL基因鉴定及表达分析

SPL(SQUAMOSA-promoter binding protein-like)是植物特有的基因家族,在花发育过程中具有重要调控作用。该研究以桂花全基因组数据为基础,对SPL基因家族成员的蛋白理化性质、系统进化、基因结构和不同组织的表达模式进行生物信息学分析,筛选出花组织中较高表达的基因进行实时荧光定量、亚细胞定位及酵母自激活验证,为解析SPL基因参与调控桂花花朵开放过程中的作用机制和功能提供基因资源。结果显示:(1)共鉴定出29个桂花SPL基因家族成员,它们均具有SBP结构域,且不均匀分布在15条染色体上。(2)与拟南芥构建系统进化树,聚类可分为8大亚群,同亚群的OfSPL基因具有高度相似的基因结构。(3)RNA-seq数据分析表明,OfSPL9/10/17/19/21/27/28整体FPKM值较高,在花组织中具有一定的特异性;qRT-PCR分析表明,OfSPL10/21在花朵开放过程中的相对表达量呈先升后降的趋势。(4)亚细胞定位和转录自激活活性分析显示,OfSPL10/21编码蛋白主要定位于细胞核上,不具有转录自激活活性。研究推测,OfSPL10/21可能参与调控桂花花色与花香物质的生物合成。

红花SPL基因家族全基因组鉴定及表达分析

SPL基因家族是植物特有的转录因子,广泛参与调控植物生长发育,包括花和果实的发育、胁迫响应和次生代谢物的合成等。为探究红花SPL基因家族的进化和功能,本研究基于红花基因组数据库筛选得到21个SPL基因,利用生物信息学方法对其进行分析。结果表明,红花SPL基因家族鉴定得到的21个成员聚类为6个亚家族,同一个亚家族成员具有相似的基因结构和基序,大多数CtSPL蛋白具有1个完整保守的SBP结构域;CtSPL基因启动子区域存在光反应元件,激素应答元件、胁迫响应元件以及和植物生长发育有关的调控元件;miRNA靶位点预测表明有15个CtSPL基因受miR156家族的调控;表达模式分析表明,CtSPL基因呈现组织特异性表达。经茉莉酸甲酯(MeJA)和表油菜素内酯(EBR)处理后,多数CtSPL基因表达量发生变化,推测这些基因参与了红花不同激素的响应。

家蚕BmE(spl)-like基因的克隆与表达谱分析

从本实验室构建的家蚕蛹cDNA文库中筛选到一条新的cDNA序列,生物信息学分析发现其编码的蛋白质序列与果蝇Enhancer of split基因[E(spl)]编码的DNA结合转录调控因子bHLH(helix-loop-helix)有较高的同源性,将该基因命名为BmE(spl)-like(Bombyx mori Enhancer of split like)。该基因的ORF长606 bp,编码201个氨基酸残基,预测蛋白质分子质量22.3 kD,等电点9.7。构建重组表达质粒pET-28a-BmE(spl)-like并在E.coli BL21(DE3)菌株中表达BmE(spl)-like蛋白,经亲和层析和FPLC反向柱纯化融合蛋白His-BmE(spl)-like并制备了抗体效价1∶25 600以上的多克隆抗体。用qRT-PCR方法检测BmE(spl)-like在家蚕成虫发育期的转录水平最高,结合果蝇同源基因的功能,推测该基因与蚕蛾的翅发育相关;该基因在家蚕5龄幼虫各组织中的转录水平以表皮最高,马氏管中最低。Western blotting检测BmE(spl)-like在家蚕5龄幼虫性腺中的表达水平最高,其次是丝腺、表皮、脂肪体、肠组织,在头部、马氏管和气管中的表达水平极低,与qRT-PCR检测的BmE(spl)-like在各组织中的转录水平有些差异。

月季基因组SPL转录因子鉴定及表达特征分析

研究对月季(Rosa chinensis)基因组内RcSPL家族成员进行检索,并对其进行系统发育与进化分析、基因结构分析及转录组水平的表达模式分析。结果表明,月季共含有17个SPL基因,分别命名为RcSPL1至RcSPL17。通过系统发育分析将这17个基因分为Ⅰ~Ⅷ亚组。顺势作用元件预测发现RcSPL基因上游2000 bp含有2~13个MYB与MYC的作用位点。转录组表达分析发现,RcSPL1可能参与调控月季花粉形成,RcSPL3可能影响月季开花时间。月季RcSPL家族基因Ⅱ亚组具有最多保守基序和外显子,可能在月季花开过程行使重要的功能;它们可能与MYB和MYC相互作用共同调控花的生长发育。

桑树SPL转录因子家族全基因组鉴定及特征分析

SQUAMOSA启动子结合类蛋白质(SQUAMOSA promoter binding protein-like,SPL)是一类植物生长发育和应对胁迫相关的重要转录因子。利用生物信息学方法,从川桑(Morus notabilis)基因组中鉴定到15个SPL基因,进化分析将其归为8个聚类组,其具有保守的基因结构和氨基酸基序,在拟南芥和水稻中存在多个直系同源基因,预测到7个MnSPLs基因的表达受miR156/157调控,MnSPLs在桑树多个组织中检测到表达,其中6个基因在5类组织中均有较高表达量,部分基因主要在冬芽和雄花中有较高表达量,MnSPL基因存在组织表达特异性,在桑树生长发育过程中发挥重要作用。

山羊草SPL转录因子基因家族分析

基于生物信息学方法,从山羊草全基因组中鉴定出18个AetSPL基因,定位于7条染色体。系统发育分析显示,山羊草AetSPLs基因可分为5个组,与小麦的进化关系最为接近。基因结构和基因的保守序列分析发现,山羊草SPL基因家族具有相对保守的基因结构和功能结构域,基因的启动子顺式作用元件主要与光响应、生长素反应和胁迫应答有关。miR156靶位点预测显示,AetSPL3、AetSPL5、AetSPL7、AetSPL8、AetSPL10、AetSPL12、AetSPL14和AetSPL16中具有miR156的识别位点,可能是miR156的靶基因。