L-甲硫氨酸和L-半胱氨酸混合液对抗二氯喹啉酸孔雀稗生长、生理和乙烯信号途径相关基因表达的影响

除草剂二氯喹啉酸长期使用已导致部分稗草出现高水平抗药性,氨基酸在植物代谢中发挥着重要作用。本研究以抗二氯喹啉酸的孔雀稗Echinochloa crus-pavonis为试材,研究了在500μmol/L二氯喹啉酸胁迫下,外源添加200、400、600和800μmol/L系列浓度的L-甲硫氨酸和L-半胱氨酸的等摩尔浓度混合液处理,对抗性型孔雀稗生长、抗氧化酶和解毒酶活性以及乙烯生物合成及氰化物解毒相关基因表达的影响。结果表明:在没有除草剂胁迫时,上述氨基酸混合液处理对抗性孔雀稗生长无显著影响,对其超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性也没有影响,仅600和800μmol/L氨基酸混合液处理可显著抑制多酚氧化酶(PPO)活性;而在500μmol/L的二氯喹啉酸胁迫下,氨基酸混合液预处理对抗性稗草的生长存在低浓度促进高浓度抑制现象,同时,随着氨基酸混合液浓度升高,稗草抗氧化酶(SOD、CAT、PPO)及解毒酶谷胱甘肽S-转移酶(GSTs)活性整体表现为逐渐降低趋势,而过氧化物酶(POD)活性则逐渐升高。此外,外源添加L-甲硫氨酸和L-半胱氨酸混合液处理显著激活了乙烯信号途径,乙烯信号途径1-氨基环丙烷基-1-羧酸(ACC)合成酶基因、ACC氧化酶基因以及与氰化物解毒相关的β-氰丙氨酸合成酶基因EC_CAS均随着氨基酸混合液浓度的升高而上调表达,其中600和800μmol/L混合液预处理强烈诱导了所有5个测试基因的表达水平。本研究发现,外源施加L-甲硫氨酸和L-半胱氨酸混合液可通过影响植物乙烯信号途径而调控稗草对除草剂二氯喹啉酸的抗性,对降低稻田中除草剂的施用量以及减缓稗草对二氯喹啉酸抗性的产生和发展均有重要意义。

甘薯羽状斑驳病毒和甘薯褪绿矮化病毒检测方法的建立

为了建立甘薯羽状斑驳病毒(Sweet potato feathery mottle virus,SPFMV)和甘薯矮化褪绿病毒(Sweet potato chlorotic stunt virus,SPCSV)的逆转录环介导等温扩增(RT-LAMP)检测方法,提高检测灵敏度,实现结果的可视化。根据SPFMV外壳蛋白基因(CP)的核苷酸序列和SPCSV的热休克蛋白基因(Hsp 70)的核苷酸序列设计4条RT-LAMP特异性引物,采取单因素优化试验,对RT-LAMP反应体系中的多个因素包括时间、温度、BST聚合酶、Mg^(2+)、RNase抑制剂、dNTPs和Betaine浓度优化,恒温扩增60 min。经琼脂糖凝胶电泳分析,SYBR Green I可视化显色,结果表明:SPFMV的优化反应体系为:FIP/BIP 2μL、F3/B30.5μL、BST聚合酶1.0μL、dNTPs 0.6μL、MgSO 41.5μL、RNase抑制剂1.0μL、Betaine 7μL,62℃60 min。SPCSV的优化反应体系为:FIP/BIP 2μL、F3/B30.5μL、BST聚合酶1.0μL、dNTPs 0.6μL、MgSO 41.5μL、RNase抑制剂1.2μL、Betaine 7μL,64℃60 min。进一步利用SPFMV全基因组的4个片段(SPFMV-1、SPFMV-2、SPFMV-3、SPFMV-4)、SPCSV-Hsp 70和RGNNV进行特异性检验,分别建立了SPFMV和SPCSV的特异性RT-LAMP检测方法,扩增出了具有RT-LAMP的典型瀑布状条带,与凝胶电泳和SYBR Green I显色结果一致,SPFMV和SPCSV的灵敏度检测下限分别为:1×10^(-6)、1×10^(-3)ng·μL^(-1),该方法检测灵敏度高,实现了结果的可视化。对田间甘薯苗和离体组织培养甘薯苗进行检测验证,SPFMV-RT-LAMP检测方法成功率为100%,SPCSV-RT-LAMP检测方法的成功率为95%,表明研发的SPFMV和SPCSV的RT-LAMP检测方法适用于SPFMV和SPCSV的快速检测。

薯圆加工专用型甘薯种质资源筛选及工艺优化

随着人们生活水平提高,消费观念转变,以甘薯为主要原料的薯圆,越来越受到年轻人的喜欢。以筛选适合薯圆加工专用型甘薯种质资源和研究薯圆加工专用型甘薯的最佳工艺配方为目的,采用福建农林大学洋中科教基地种植的145份甘薯种质为原料进行薯圆加工,根据感官综合评分,筛选出适合薯圆加工的专用型甘薯种质,并对筛选到的种质开展工艺优化正交试验。结果表明:从145份甘薯种质资源中筛选出薯圆加工感官评价分数大于80分的甘薯种质5份,分别为SP1、SP4、SP35、SP70、SP87,以得分较高的SP1开展薯圆最佳工艺研究,其最佳工艺配方为木薯粉20 g、水6 mL、甜叶菊0.10 g。

甘薯薯圆的营养成分及保健功效

为推动甘薯薯圆的开发和利用,本文分析了薯圆的营养成分,并探究了其保健功能,研究表明薯圆中含有丰富的营养成分,具有抗氧化、调节血糖和血脂等功能,为薯圆的开发和利用提供借鉴。

甘薯基因组NBS-LRR类抗病家族基因挖掘与分析

NBS-LRR类基因家族是植物抗病R基因(Resistance gene)数量最多的一类,具有NBS(Nucleotide-binding site)和LRR(Leucine-leucine-repeat)结构域。甘薯(Ipomoea batatas)栽培种基因组已完成测序,但尚未注释,本研究对甘薯基因组序列进行外显子预测,得到甘薯染色体组全基因组蛋白序列,在此基础上进一步对NBS-LRR家族基因鉴定和分析表明,甘薯基因组中含有379个NBS-LRR家族基因,占全基因组基因总数的0.212%,其中N型亚家族120个,NL型103个,CNL型133个,TNL型22个,PN型1个。所有染色体上均有NBS-LRR家族基因分布,但数量明显不同,其中有60.9%的NBS-LRR基因序列呈簇状分布。NBS-LRR基因序列有15个保守结构域,在N端较为保守。研究结果为甘薯进一步开展NBS-LRR家族基因的功能研究和抗性育种提供了参考。

甘薯NAC转录因子家族的全基因组鉴定与分析

利用生物信息学方法对甘薯(Ipomoea batatas)基因组中NAC转录因子进行鉴定、保守结构域分析、motif查找、染色体定位、系统进化树分析以及逆境胁迫下基因表达分析。结果表明:甘薯全基因组序列中含有91个NAC转录因子基因,非均匀分布于甘薯15条染色体上;系统进化树及motif分析结果显示,91个甘薯NAC家族成员可分为16个亚组,共包含20个motif,其中大部分家族成员中均含有motif 2、motif 4、motif 1、motif 8和motif 3,这5个motif分别对应NAC结构域中的5个子域A、B、C、D和E。在与拟南芥(Arabidopsis thaliana)NAC转录因子共同构建的进化树中,有64个甘薯NAC家族成员被归入拟南芥NAC基因家族的14个亚组,其中,NAC2亚组包含的成员数最多,有9个,TIP和AtNAC3亚组均仅有1个。转录组数据分析结果显示,在蔓割病菌(Fusarium oxysporum f.sp.batatas,Fob)胁迫下甘薯NAC基因家族中有10个基因的表达量发生变化;而在低温环境下有25个NAC基因差异表达。本研究结合利用基因组与转录组数据分析,该结果为进一步研究甘薯NAC基因家族的功能提供参考。

甘薯β-淀粉酶家族基因的全基因组鉴定和表达分析

【目的】挖掘甘薯Ipomoea batatas基因组中β-淀粉酶(Beta-amylase)基因家族序列信息,分析结构与功能信息。【方法】基于甘薯栽培种‘泰中6号’全基因组测序数据,利用生物信息学分析方法对鉴定到的12个甘薯β-淀粉酶家族成员进行结构域保守性分析、染色体定位、潜在重复基因筛查、保守基序分析和系统进化树构建,利用转录组数据进行低温胁迫下相关基因的表达分析。【结果】12个β-淀粉酶基因分布于甘薯第2、4、5、6、11、12、13和14号染色体上,含有8个具有潜在重复关系的基因对。多重比对和功能结构域搜索结果显示,甘薯β-淀粉酶家族的氨基酸序列中含有3个保守性较高的区域和10个保守基序。甘薯与其他物种β-淀粉酶蛋白的系统进化分析结果显示,62个β-淀粉酶家族成员被分为S1~S7等7个亚组,甘薯β-淀粉酶家族成员主要分布在S2、S4、S5、S6以及S7亚组中,且大多与拟南芥、马铃薯以及番茄的β-淀粉酶为同一分支。转录组测序数据分析结果显示,在低温贮藏的过程中有6个甘薯β-淀粉酶基因表达量出现变化,其中‘徐薯15-1’有2个基因上调表达、4个基因下调表达,‘徐薯15-4’仅有2个基因下调表达。【结论】β-淀粉酶是一类关键的淀粉水解酶,在甘薯生长发育和薯块贮藏阶段淀粉降解为还原糖的过程中发挥着重要作用,本研究鉴定得到的12个甘薯β-淀粉酶基因序列信息为进一步探讨甘薯β-淀粉酶基因家族的生物学功能提供数据参考。

甘薯基因组TCP转录因子鉴定与逆境胁迫表达分析

基于甘薯(Ipomoea batatas(L.)Lam.)全基因组序列,利用生物信息学方法鉴定筛选了全基因组中的TCP(teosinte branched1/cincinnata/proliferating cell factor)转录因子,并分析了甘薯苗期在蔓割病菌胁迫及块根储藏期低温胁迫下TCP基因的表达差异。结果显示,甘薯基因组中共有27个TCP转录因子,其中ClassⅠ13个、ClassⅡ(CIN)8个、ClassⅡ(CYC/TB1)6个。甘薯TCP以单个基因或基因簇的形式不均匀分布在15条染色体上,其中6对基因存在潜在复制关系。甘薯ClassⅡ(CYC/TB1)转录因子含有R结构域,其氨基酸序列较为保守。在TCP家族中共发现10个保守基序(motif),基序的氨基酸序列长度为15~60个,其中motif 1含有TCP结构域,motif 3含有R结构域,TCP转录因子的保守基序种类在组间存在一定差异。逆境胁迫下甘薯的转录组数据分析结果表明,TCP转录因子在苗期受蔓割病侵染后有2个差异表达基因;在块根储藏期受低温胁迫下有11个差异表达基因。

甘薯全基因组WRKY转录因子的基因鉴定与逆境胁迫表达分析

【目的】对甘薯(Ipomoea batatas)全基因组WRKY转录因子进行基因鉴定与逆境胁迫表达分析,为甘薯WRKY基因的应用提供参考。【方法】在甘薯全基因组序列的基础上,应用生物信息学方法对WRKY基因进行挖掘,分析基因潜在复制关系、保守结构域、亚家族系统进化树、保守基序和抗逆表达模式,并对甘薯SPF1基因与IbWRKY基因进行了比较和分析。【结果】甘薯全基因组上共有82个WRKY基因,可分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ3个类型,其中类型Ⅰ和类型Ⅲ的成员数量分别为18和5,类型Ⅱ可进一步分为Ⅱ-a、Ⅱ-b、Ⅱ-c、Ⅱ-d和Ⅱ-e 5个亚类,其成员数量分别为4,14,20,8和13。甘薯WRKY基因不均匀分布于15条染色体上,其中25对基因存在潜在复制关系。保守结构域分析发现,大部分WRKY的结构域高度保守,但个别基因存在保守结构域缺失现象。拟南芥与甘薯的WRKY转录因子在系统进化树上呈现按物种少量聚集的现象。在甘薯WRKY转录因子家族中共发现10个保守基序,包括含有WRKY七肽结构域的基序1和基序7、含有锌指结构域的基序2和基序3,其中基序3为Ⅰ类型WRKY转录因子N端WRKY结构域所特有。对逆境胁迫下的甘薯转录组数据进行分析发现,甘薯苗期在蔓割病菌(Fusarium oxysporum f.sp.batatas)侵染后共有19个WRKY基因差异表达,甘薯块根贮藏期在低温胁迫下有34个WRKY基因差异表达。蛋白序列比较和分析结果表明,甘薯SPF1的氨基酸序列与IbWRKY32的氨基酸序列一致度最高,为85.4%。【结论】甘薯全基因组中鉴定得到82个WRKY基因,其结构域较为保守,在蔓割病胁迫与低温胁迫条件下均存在差异表达。

甘薯基因组bHLH转录因子鉴定与逆境胁迫表达分析

利用生物信息学方法从未经注释的甘薯(Ipomoea batatas)基因组中鉴定得到143个bHLH转录因子,对其保守结构域、motif组成、染色体分布情况、系统进化以及尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum f.sp.batatas,Fob)胁迫下和低温胁迫下的差异表达基因进行分析.结果表明,甘薯bHLH结构域约由54个氨基酸组成,其中21个氨基酸位点保守性在50%以上;74.8%(107个)的家族成员具有E-盒结合活性,56.6%(81个)的家族成员具G-盒结合活性.bHLH基因在15条染色体上的分布不均匀,在1、2、5、6以及14号染色体上分布较多,9和12号染色体上分布较少.MEME分析得到甘薯bHLH转录因子含有5个保守基序,motif 1和motif 2共同组成了bHLH结构域,存在于90%以上的家族成员中;系统进化分析将甘薯bHLH基因家族分为22个亚组.甘薯bHLH转录因子中有6个家族成员响应尖孢镰刀菌胁迫,其中4个基因表达下调,2个基因表达上调;在低温胁迫下甘薯bHLH家族成员中有44个基因表达量发生变化,其中13个基因在4个处理组中表达量均有变化,8个基因表达下调,5个基因表达上调.

橘小实蝇雌虫对其肠道共生菌发酵液的嗅觉行为反应

肠道微生物潜在的生防价值为研究橘小实蝇治理提供了一个新的思路。本研究利用Y型嗅觉仪测试了橘小实蝇肠道菌发酵原液及其高压灭活上清液对寄主雌虫在10、20以及30 min嗅觉行为的影响,结果表明阴沟肠杆菌(F8)、肠杆菌属(F13)、产气克雷伯氏菌(F26)、霍氏肠杆菌(F67)发酵原液以及阴沟肠杆菌(F8)、肺炎克雷伯氏菌(F10)、Pseudocitrobacter anthropi(F16)、粪肠球菌(F18)、赫尔曼亚特兰大杆菌(F31)、蜡样芽胞杆菌(F45)、铜绿假单胞菌(F50)、阴沟肠杆菌(F59)高压灭活上清液对橘小实蝇雌虫具有显著的引诱效果,P. anthropi(F16)发酵原液对雌虫具有显著的忌避作用;此外,橘小实蝇对不同的肠道菌的反应时间不同。本研究明确了橘小实蝇雌虫对其肠道菌发酵原液、高压灭活上清液的嗅觉反应,为开发雌虫引诱或忌避剂提供了依据。

三裂叶薯NBS-LRR类抗病基因的筛选鉴定与结构分析

为发掘甘薯近缘野生种三裂叶薯(Ipomoea triloba)的NBS-LRR类抗病基因,从基因数据库中对三裂叶薯基因组序列进行了筛选、鉴定和分析。结果表明,从三裂叶薯的98025个基因中,筛选到282个编码NBS-LRR类蛋白的基因,其中N型80个,NL型83个,CN型28个,CNL型57个,TN型10个,TNL型23个,RN型1个。三裂叶薯的16条染色体上均含有NBS-LRR家族基因,数量最多的染色体含有65个,最少的只有1个。三裂叶薯基因组共有55个基因簇,包含了63.5%的NBS-LRR家族基因。在NBS-LRR抗病基因家族中,CNL和TNL亚家族分别对应到7和11个保守结构域。这为三裂叶薯抗性资源的利用提供了科学参考。

甘薯基因组BBX转录因子基因鉴定与逆境胁迫表达分析

【目的】甘薯BBX基因的鉴定和逆境胁迫表达分析可为探究其功能和甘薯的抗性育种提供参考。【方法】利用甘薯栽培种"泰中6号"全基因组序列和甘薯逆境胁迫下的转录组数据,进行BBX转录因子的鉴定和分析,包括进化树、染色体定位、基因相似度分析、保守结构域、保守基序和抗逆表达模式。【结果】甘薯基因组中共鉴定到24个BBX转录因子基因,其中5对基因相似度高。BBX基因编码的蛋白具有1个或2个B-Box结构域,其中8个蛋白还包含CCT结构域,这些结构域在甘薯BBX蛋白中均较为保守,保守基序motif 2代表甘薯BBX蛋白的CCT结构域。转录组学数据结果表明,甘薯在蔓割病菌侵染后,有3个BBX基因发生差异性表达。甘薯块根在长达2周或6周的冷胁迫下,13个BBX基因表达量发生变化,其中多数为表达下调。【结论】甘薯全基因组中鉴定得到24个BBX转录因子基因,在低温胁迫和蔓割病胁迫条件下分别有13和3个基因存在差异表达。

甘薯α-淀粉酶基因的全基因组鉴定和分析

本研究应用隐马尔可夫方法,利用甘薯栽培种‘泰中6号’全基因测序数据,鉴定到6个甘薯α-淀粉酶基因家族序列,定位于甘薯第4、10和15号染色体上。功能结构域分析表明,甘薯α-淀粉酶基因家族6个成员均含有完整的催化结构域,5个成员含有完整的Alpha-amyl_C2结构域。meme检索结果和序列多重比对结果显示,甘薯α-淀粉酶蛋白序列中含有10个保守基序,甘薯α-淀粉酶的一级结构中含有α-淀粉酶家族的4个催化保守区域。将甘薯与其他物种α-淀粉酶家族蛋白序列共同构建系统进化树,31个α-淀粉酶蛋白序列被分为Ⅰ~Ⅳ4个亚组,甘薯α-淀粉酶家族成员集中在Ⅲ和Ⅳ亚组,在进化分支上主要与马铃薯和拟南芥α-淀粉酶家族蛋白序列位置靠近。转录组测序数据分析结果显示,甘薯α-淀粉酶家族基因中有3个成员在低温储藏期表达量出现变化,其中2个基因上调表达,1个基因下调表达。这些结果可为甘薯α-淀粉酶基因结构与功能研究提供参考。

甘薯基因组R2R3-MYB转录因子鉴定与分析

MYB是植物中数量众多且功能重要的转录因子家族。本研究通过生物信息学方法从未经注释的甘薯全基因组序列中筛选鉴定出MYB家族基因,分析了R2R3-MYB类基因的结构与功能。结果发现,甘薯基因组中含有R2R3-MYB转录因子基因88个,均含有完整的R2、R3保守结构域,且R2、R3保守结构域中分别含有8个和9个高度保守的碱性氨基酸。MEME分析结果表明,甘薯R2R3-MYB蛋白序列中含有10个保守基序,其中80%以上的R2R3-MYB序列中含有motif 1、motif 2、motif 3、motif 4、motif 5以及motif 7;利用circos软件定位R2R3-MYB序列在染色体上的分布情况,发现甘薯88个R2R3-MYB基因不均匀分布在15条染色体上,其中5号染色体上数量最多,达15个,4号和13号数量最少,仅2个,经序列比对分析,发现它们在染色体内和染色体间均存在复制关系,其中存在于染色体间潜在复制关系的基因有6对,染色体内有20对,且这20个基因对中有19对在染色体上成簇状分布。经序列功能预测与归类,有44个R2R3-MYB转录因子基因可归入拟南芥R2R3-MYB基因分类的13个亚组中,分别参与响应生物与非生物胁迫、花青素合成、花药发育等途径。进一步分析发现,甘薯中有36个R2R3-MYB转录因子基因可能在响应生物和非生物胁迫上发挥重要功能,其中9个基因在尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum f.sp.batatas,Fob)胁迫下表达量出现明显上调/下调变化,27个在低温胁迫下表达量出现明显上调/下调变化。甘薯R2R3-MYB转录因子结构域高度保守,R2和R3结构域中均含有较高的保守基序;进化树及转录组测序分析显示部分基因可能参与植物生长发育、代谢调控以及生物与非生物胁迫等途径,可为甘薯抗性育种提供参考。

甘薯基因组JAZ基因家族的鉴定与分析

JAZ(jasmonate ZIM-domain,JAZ)蛋白作为茉莉酸途径的抑制因子,可通过与其他信号通路的调控因子互作来调节植物生长发育过程。为了探究甘薯[Ipomoea batatas(L.)LAM]JAZ家族基因的特征和潜在功能,本研究利用生物信息学的分析方法从甘薯全基因序列中鉴定到11个JAZ基因序列,对其进行多重序列比对、染色体定位、保守基序、系统进化树以及逆境胁迫下基因表达量变化等多方面的研究。结果表明,11个甘薯JAZ基因分布在甘薯1号、3号、6号、7号和9号染色体上,其数目分别为2个、1个、2个、1个和5个;利用MEME检索工具从甘薯JAZ家族蛋白序列中检索得到9个保守基序(motif 1~motif 9),其中motif 1和motif 7氨基酸序列组成与多重比对结果中的TIFY结构域一致,motif 2序列特征与Jas结构域一致;甘薯、拟南芥和水稻的JAZ家族系统进化树可分为5个亚组(Group1~Group 5);转录组数据分析结果表明,甘薯JAZ基因家族中有2个成员在受到尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum f.sp.batatas)侵染时表达量上调;有5个成员在低温胁迫下差异表达,其中3个表达上调、2个表达下调。以上结果可为研究甘薯JAZ家族基因的结构和功能提供参考。

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。