短命植物小拟南芥光周期调控基因CONSTANS的克隆与表达特征分析

目的光周期是影响植物生长发育的重要因素之一,CONSTANS(CO)是植物光周期开花途径中关键的基因。方法本研究基于短命植物小拟南芥(Arabidopsis pumila)转录组数据库,获得1条与拟南芥CO基因AtCOL1基因序列高度相似的unigene,通过RT-PCR方法从小拟南芥中克隆了该CO同源基因,命名为ApCOL1;进行了基因的生物信息学分析及节律表达、组织表达和响应非生物胁迫的表达特征分析。结果研究结果表明ApCOL1具有两个B-box和一个CCT结构域,氨基酸序列上与AtCOL1相似性高达86.8%。系统进化分析表明ApCOL1与AtCOL1和琴叶拟南芥(Arabidopsis lyrata)的AlCOL1亲缘关系较近,且属于第I亚组成员。qRT-PCR实验表明在长日照和短日照条件下ApCOL1具有相似的昼夜节律表达特征;ApCOL1在小拟南芥各组织中均有表达,但在果荚中表达量最高。250mmol/LNaCl胁迫和20%PEG-6000模拟干旱胁迫12h明显抑制ApCOL1基因的表达,并且随着胁迫时间的延长ApCOL1表达水平没有显著差异。在高温(40℃)胁迫下,ApCOL1基因的表达在24h内先下降后上升并达到最高,48h又下降到对照水平。低温(4℃)胁迫24h之前,ApCOL1基因的表达没有明显变化,但处理48h表达水平显著下降。结论本研究表明ApCOL1基因能够响应盐、干旱、高温和低温等非生物胁迫,暗示该基因在小拟南芥抵抗逆境胁迫中起着重要作用。

棉花BFT基因的全基因组分析

BROTHER OF FT AND TFL1(BFT)被称为FLOWERING LOCUS T(FT)和TERMINAL FLOWER 1(TFL1)的兄弟,在植物开花通路中发挥着重要的调控作用。在盐胁迫下,拟南芥BFT蛋白在顶端分生组织中同bZIP转录因子FD互作,形成复合体调控开花转变。为了探索棉花BFT同源基因的功能,本研究基于棉花最近更新的基因组数据库,通过全基因组分析共鉴定了12个BFT基因,其中四倍体陆地棉和海岛棉中均发现4个BFT基因,二倍体亚洲棉和雷蒙德氏棉中各有2个BFT基因;核苷酸和氨基酸序列比对分析发现,棉花BFT基因结构和编码蛋白保守基序与其它植物的BFT高度一致,表明在进化过程中相当保守;组织表达结果显示GhBFT 1和GhBFT 2在陆地棉叶和花中表达量较高;胁迫诱导表达分析表明GhBFT 1和GhBFT2不同程度地响应盐、干旱、ABA、高温及低温胁迫,并具有相似的表达特征。酵母双杂交和双分子荧光互补实验证明,GhBFT1和GhBFT2均能与4个GhFD同源蛋白互作。该研究结果为深入探索GhBFT基因的功能奠定了一定基础。

陆地棉编码成花素同源基因GhFT1-A和GhFT1-D启动子的克隆及活性分析

在陆地棉全基因组中序列比对GhFT1基因在At和Dt基因组上的差异,设计特异性引物克隆其上游约1.8 kb的非编码序列作为目的启动子,通过测序结果区分At、Dt类型。本研究克隆出1701 kb GhFT1-A启动子和1771 kb GhFT1-D启动子(简称1.8 kb)。序列比对分析发现了At和Dt基因组上不同GhFT1启动子间存在许多核苷酸序列差异。GhFT1-A和GhFT1-D启动子上存在大量的、作用广泛的顺式作用元件,并发现了一个顺式作用元件富集的重复片段区域。启动子活性检测证明了GhFT1基因上游1.8 kb的At和Dt启动子均具有活性,但At亚基因组启动子的活性弱于Dt型。陆地棉编码成花素同源基因GhFT1的启动子对于调控GhFT1-A和GhFT1-D的表达具有重要作用,并且它们之间的活性存在差异,暗示At和Dt基因组对开花调控作用不同。

棉花硫氧还蛋白基因GhWCRKC2-5参与开花调控的功能研究

目的FLOWERING LOCUST(FT)位于开花调控网络的中心,编码成花激素,不仅调控植物开花转变,还参与调控植物多方面的生长发育。硫氧还蛋白(thioredoxin,Trx)在植物的逆境胁迫中发挥着重要的生物学功能。方法我们前期克隆了一个棉花FT同源基因GhFT1,利用酵母双杂技术筛选到一个与GhFT1蛋白互作的硫氧还蛋白GhWCRKC2-5。本研究采用RT-PCR技术从陆地棉中扩增了GhWCRKC2-5基因的开放阅读框cDNA。该基因编码一个203个氨基酸的短肽,含有WCRKC保守氨基酸基序,为非典型的Trx。全基因组分析表明棉花中含有46个非典型的Trxs,系统进化分析显示GhWCRKC2-5与Theobroma cacao的TcWCRKC亲缘关系最近。qRT-PCR分析表明GhWCRKC2-5基因在棉花根和花中表达较高,在茎、叶和顶端分生组织中表达较低;在纤维不同发育时期,GhWCRKC2-5基因表达呈现出降低-升高-降低的趋势,在棉花开花后25d时的纤维表达最高。结果在拟南芥中过量表达GhWCRKC2-5基因,转基因拟南芥明显比野生型早花,并且转基因拟南芥的FT及开花通路中关键基因SUPPESSOR OF OVER EXPRESSION OF CONSTANS1(SOC1)明显上调表达。利用病毒介导的基因沉默技术干扰GhWCRKC2-5基因的表达,GhWCRKC2-5沉默的植株比对照植株开花时间晚。结论GhWCRKC2-5基因在棉花的开花转变中起着重要作用,本研究为深入分析棉花开花调控机理奠定基础。

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。

小鼠耳芥CONSTANS-like基因家族的鉴定及响应干旱胁迫表达分析

CONSTANS-like家族蛋白是植物光周期途径的转录因子,在植物的生长发育和胁迫应答等过程中起着重要的作用。本研究利用HMMER3.0在小鼠耳芥(Arabidopsis pumila)全基因组范围内进行ApCOL基因家族成员分析,共得到34个ApCOL家族成员。系统进化分为3个亚组,每组ApCOL蛋白质均具有典型的B-box和CCT结构域。亚细胞定位预测结果显示ApCOL成员均定位在细胞核中。基因结构分析表明,ApCOL的外显子、内含子结构和长度在各亚组内具有同一性。26个ApCOL基因与拟南芥(Arabidopsis thaliana)存在共线性关系。ApCOL基因上游启动子序列存在多种光响应、环境胁迫、生长发育以及激素应答等相关顺式作用元件;通过qRT-PCR分析,发现12个ApCOL表达量在PEG6000胁迫下显著上调,暗示这些ApCOL基因参与干旱胁迫响应。本研究丰富了ApCOL家族转录因子的信息,为更好的研究小鼠耳芥生长发育和胁迫响应机制提供一定的参考。