辣椒CaPI的克隆与功能分析

【目的】PISTILLATA(PI)基因属于典型的Type II型MADS-box基因家族成员,是ABC(D)E模型中的B类基因,在植物发育过程中起着重要作用,但辣椒PI同源基因功能研究未见报道。探索辣椒PI基因功能,为深入研究植物PI同源基因的功能机制奠定基础。【方法】利用RT-PCR的方法从一年生辣椒(Capsicum annuum L.)花器官的cDNA中克隆PI同源基因CaPI,并通过生物信息学方法分析其理化性质、亚细胞定位、蛋白结构和系统进化关系;利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术分析基因在辣椒不同组织中的表达特征;构建植物过表达载体35S:CaPI,通过floral-dipping法转化拟南芥。【结果】该基因开放阅读框648 bp,编码215个氨基酸,相对分子质量为25.13 kD。氨基酸多重序列比对表明,CaPI蛋白N端含有“MGRGKIEIKRIEN”保守基序。系统进化树分析证实,CaPI与马铃薯、番茄和矮牵牛的PI同源基因亲缘关系较近。RT-qPCR证实CaPI主要在花中表达,在花萼中表达量最高,其次是花瓣,在雄蕊中低表达,而在雌蕊中几乎不表达。在拟南芥中过表达CaPI,与野生型拟南芥(Col-0)相比,35S:CaPI转基因植株表现出莲座叶和分枝数量增多等表型,但不影响花器官的发育。【结论】辣椒CaPI具有促进植物分枝发育的功能。

小鼠耳芥K^(+)/H^(+)逆向转运蛋白KEA基因家族的鉴定、特征及缺钾胁迫表达分析

K^(+)/H^(+)逆向转运蛋白(K^(+) efflux antiporter,KEA)蛋白通过调节细胞的离子和pH稳态在植物生长及抗逆过程中发挥重要作用,关于KEA的研究主要集中在模式植物拟南芥中,在其他植物中的研究少有报道。在本研究中,通过全基因组分析从短命植物小鼠耳芥(Arabidopsis pumila)中鉴定出12个KEA基因,并开展了基因结构、蛋白motif、系统进化和共线性分析。染色体定位分析发现它们不均匀的分布在8条染色体上。系统进化分析表明12个KEA基因分为两个亚家族。共线性分析表明小鼠耳芥中有9对共线性KEA基因。在ApKEA启动子区域鉴定到与胁迫响应、营养和发育、激素响应、光响应等相关的调控元件。qRT-PCR分析表明,6个ApKEA基因在缺钾胁迫下表达上调,暗示它们在缺钾胁迫中发挥重要作用。研究结果为深入分析ApKEA基因的功能及解析小鼠尔芥适应荒漠环境生长发育机制提供了基础。

水稻穗发育特征及遗传调控进展

穗型直接影响水稻(Oryza sativa)产量,穗型改良可有效提高产量,故穗型改良一直是水稻遗传改良的重要目标之一。本文首先总结水稻穗的结构与特征、穗发育的一般过程,以及综述控制水稻穗型相关基因;接下来,阐述直立穗基因DEP1协同提高产量和氮肥利用效率的分子机制;最后,系统梳理目前穗型基因研究存在的问题,并对未来水稻穗型研究领域的关键科学问题和核心技术进行展望。

小鼠耳芥MAPKKK基因家族全基因组鉴定及进化与表达

丝裂原活化蛋白激酶激酶激酶(Mitogen-activated protein kinase kinase kinases,MAPKKKs)是MAPK级联的重要组成部分,在发育过程和胁迫反应中发挥重要功能。小鼠耳芥(Arabidopsis pumila)是生活在新疆荒漠中的十字花科短命植物,具有很好的耐盐能力。为了探索小鼠耳芥MAPKKK基因家族的进化和功能,本研究通过全基因组分析从小鼠耳芥基因组中鉴定了143个ApMAPKKK基因,分属3个亚族:ZIK(20个)、MEKK(36个)和RAF(87个)。共线性分析表明小鼠耳芥与拟南芥和琴叶拟南芥分别存在74和72个共线性基因,说明该家族在小鼠耳芥基因组中发生了明显的扩张;进化分析表明存在64对复制基因对,Ka/Ks均小于1,以纯化选择为主。利用RNA-seq数据分析ApMAPKKK在盐胁迫和不同组织中的表达特征,结果表明在250 mmol/L NaCl胁迫下,大多数ApMAPKKK基因上调表达,其中ApMAPKKK18-1/2和ApMAPKKK17-1/2显著上调表达;而在8个组织中,ApMAPKKK主要呈现6种表达模式;部分复制基因在盐胁迫和组织中的表达模式存在差异。本研究结果为进一步解析小鼠耳芥MAPKKK基因家族成员响应非生物胁迫信号转导通路的复杂机制奠定了基础。

5种十字花科植物KEA基因家族的全基因组鉴定和比较进化分析

K^(+)/H^(+)逆向转运蛋白通过调节细胞内K^(+)和pH稳态,在植物的营养、生长、发育和信号转导中发挥重要作用。在本研究中,利用全基因组分析5种十字花科植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)、琴叶拟南芥(Arabidopsis lyrata)、小鼠耳芥(Arabidopsis pumila)、亚麻荠(Camelina sativa)和盐芥(Eutrema salsugineum)分别鉴定出6、6、12、18和6个KEA基因。系统进化、基因结构和motif分析表明以上48个KEA基因隶属于CladeⅠ和CladeⅡ两个亚家族。共线性分析发现,在小鼠耳芥和亚麻荠进化中,KEA家族成员既经历了全基因组复制同时又经历了片段重复事件,而拟南芥、琴叶拟南芥和盐芥中大部分KEA成员以经历分散型复制事件为主。比较进化分析表明5种植物KEA家族的旁系同源基因在进化中的主要动力为纯化选择。物种间KEA基因的共线性分析表明十字花科物种之间存在复杂的进化关系。小鼠耳芥KEA基因的表达明显响应高盐胁迫,其中ApKEA2.1/2.2、ApKEA6.1/6.2的表达模式存在明显差异,暗示复制基因对功能发生分歧。本研究是对植物中K^(+)/H^(+)逆向转运蛋白的新认识,研究结果为进一步研究K^(+)/H^(+)平衡与钾素动态营养机制提供了基因资源和理论基础。

四种十字花科植物CONSTANS-like基因家族的鉴定和进化分析

CONSTANS(CO)和CONSTANS-like(COL)基因介于生物节律钟与下游开花控制基因之间,编码的蛋白质是参与调控植物生长发育及响应逆境胁迫的光周期转录因子。本研究通过全基因组分析从拟南芥(Arabidopsis thaliana)、琴叶拟南芥(Arabidopsis lyrata)、小鼠耳芥(Arabidopsis pumila)和亚麻荠(Camelina sativa)中分别鉴定出17、17、34和51个COL基因。系统进化分为3个亚组,每组COL蛋白质均具有典型的B-box和CCT结构域;COL基因家族的扩张以片段重复或全基因组复制事件为主,且存在串联重复。比较进化分析表明4种植物的COL同源基因受到较强的纯化选择。利用小鼠耳芥RNA-Seq数据和qRT-PCR分析表明ApCOL基因家族成员的表达响应盐胁迫,暗示COL基因参与盐胁迫抗性。节律表达分析显示Ap-COL1.1/1.2、ApCOL2.1/2.2和ApCOL5.1/5.2在短日照条件下表现出明显的昼夜节律表达模式。本研究揭示了十字花科植物COL基因的进化规律,并为深入研究该家族基因在植物胁迫和开花调控中的作用提供线索。