黍子SRS基因家族的全基因组鉴定与表达分析

植物特异性SHI-related sequence(SRS)转录因子在调控植物生长发育、激素生物合成和胁迫反应中起着至关重要的作用。本文研究了黍子(Panicum miliaceum)SRS基因家族(PmSRS),利用生物信息学方法分析了PmSRS的结构和功能,并通过转录组数据分析SRS基因在黍子不同组织和不同成熟阶段的基因表达水平。共鉴定出13个PmSRS,根据系统发育关系分为6个亚家族,且同一亚家族中的PmSRS成员包含相似的基因结构和基序组成。发现在PmSRS基因的启动子区存在39种与植物生长发育、植物激素、胁迫及光响应相关的顺式作用元件。此外,PmSRS5、PmSRS6可能在黍子生长时期发挥主要作用。本研究提供了黍子SRS基因家族的综合信息,有助于研究SRS基因的功能,并为黍子的分子改良提供了理论依据。

甘蓝型油菜转录因子SRS基因家族的全基因组鉴定及表达分析

SRS(shi-related sequence)是植物特异的转录因子家族,在植物生长发育、激素信号转导和应对胁迫响应过程中发挥着重要的作用。为了研究SRS基因家族在甘蓝型油菜(Brassica napus L.)中潜在的生物学功能以及该基因家族在甘蓝型油菜形成过程中的进化,利用比较基因组学的方法,在甘蓝型油菜及二倍体祖先种白菜(B.rapa L.)和甘蓝(B.oleracea L.)中分别鉴定到38、16和20个SRS基因,并对其理化性质、系统发育关系、基因结构、基因共线性、顺式作用元件和表达模式进行分析。结果表明,所有鉴定的SRS蛋白被分为9个分支,且甘蓝型油菜SRS基因家族的进化过程中发生了内含子/外显子的丢失事件。Ka/Ks分析发现,SRS基因在重复事件后经历了纯化选择。在多数的SRS基因启动子中发现了分别与光响应、厌氧诱导和脱落酸响应相关的顺式作用元件,且甘蓝型油菜SRS基因启动子比二倍体祖先启动子含有更多的胚乳基因表达和光响应顺式作用元件。转录组分析发现,甘蓝型油菜SRS基因在不同处理下以不同的表达模式响应并表现出根部的优势表达。综上,本研究为了解甘蓝型油菜SRS基因家族功能和作用提供初步的理论依据,为甘蓝型油菜及其二倍体祖先之间基因进化的分子机制提供参考。

谷子RNA干扰相关酶类基因家族的鉴定与分析

Dicers酶类、Argonautes蛋白以及RNA依赖的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerases,RDRs)是RNA干扰(RNA interference,RNAi)机制中重要的核心蛋白,但在谷子(Setaria italica)中尚无系统报道。为了研究谷子中与RNA干扰相关酶类基因的特征,本研究对谷子的RNA干扰相关酶类基因家族进行了蛋白质理化性质、亚细胞定位预测、蛋白质保守基序、基因保守结构域、基因家族成员间系统发育关系以及组织特异性表达谱分析。研究共发现24个与谷子RNA干扰相关酶类基因,包括7个DCL(Dicers),13个AGO(Argonautes),4个RDRs。系统进化树分析表明,这些家族被分为3个进化支。同一家族基因成员具有共同的保守结构域。虽然大多数基因可同时在不同发育时期的叶、茎和穗中表达,但其在各时期的穗和茎中的表达量最高。本研究为详细探讨这些基因在谷子生殖和生长发育中的表观遗传修饰作用提供了理论依据。

谷子(Setaria italica)DNA甲基化修饰相关酶类基因的进化及表达分析

为系统研究谷子(Setaria italica)参与DNA甲基化修饰相关酶类的编码基因,本研究以测序品种‘豫谷1’为材料,水稻(Oryza sativa L.) DNA甲基化修饰相关酶类基因作为参考,运用序列比对和系统进化树构建的方法,得到13个参与谷子DNA甲基化修饰相关的酶类基因,这些基因与水稻的相应基因相似度为64%~80%。谷子与水稻中DNA甲基化修饰相关酶类基因在系统进化树上主要分成了三个进化枝,并且同功的DNA甲基化修饰相关酶类基因在分枝上彼此相邻。同时,实时荧光定量PCR筛选出13对在谷子中能成功扩增的引物,并对实时荧光定量PCR的程序进行确立和优化。本研究为深入开展谷子的表观遗传学研究提供了科学依据。

MITE类转座子mPing在水稻不同亚种间的差异分析

mPing是水稻中第一个被鉴定出的有活性的MITE类转座子,为了探索mPing在水稻粳稻品种日本晴和籼稻品种93-11基因组中的分布差异,本研究首先运用Southern杂交的方法初步检测m Ping在两个亚种中拷贝数的差异,然后通过同源性探寻方法发现,m Ping在水稻亚种日本晴和93-11基因组中拷贝数分别为52和14,并且日本晴基因组中的m Ping均为m Ping-1,93-11中m Ping-1的拷贝数为3,m Ping-2的拷贝数为11。通过分析m Ping上下游5 kb侧翼序列发现m Ping在日本晴和93-11中分别与23和3个已知基因相关联。本研究为阐明以m Ping的分布多样性为主要原因的粳稻和籼稻之间的遗传差异提供初步理论基础。

优化的黍子(Panicum miliaceum L.)AFLP分子标记体系及其在真伪杂交种鉴定中的应用

为完成黍子最佳AFLP(amplified fragment length polymorphism)体系的构建,以黍子为研究材料,通过优化AFLP过程的4个限制因素,确定AFLP的最佳反应体系为:选取300 ng DNA进行酶切,将酶切产物稀释0倍作为模板进行预扩增,得到的产物稀释20倍作为模板进行选择性扩增,选用方法二对PCR产物进行银染。应用该最佳反应体系进行黍子真伪杂交种的验证,取得了同样理想的效果,扩增出清晰可辨的条带,鉴定出黍子的真正杂交种。本研究为黍子的分子研究提供了技术基础。

运用MSAP技术测定谷子基因组DNA胞嘧啶甲基化水平

DNA甲基化是真核生物一种重要的表观修饰形式。为了探讨谷子基因组DNA胞嘧啶甲基化的水平和模式,以谷子Setaria italica的两个品种朝谷58号和豫谷1号为实验材料,利用Eco RⅠ和HpaⅡ/MspⅠ双酶切建立适合于谷子基因组的甲基化敏感扩增多态性(MSAP)分析体系。结果表明,从100对MSAP选扩引物中,筛选出32对MSAP引物组合,在朝谷58号和豫谷1号中分别扩增产生1 615、1 482条清晰可辨且可重复的DNA条带,其中包括3种类型的甲基化条带,朝谷58号和豫谷1号的基因组中CCGG序列胞嘧啶甲基化水平分别为6.93%和8.77%。这种谷子不同品种间甲基化水平和分布位点的差异为从表观遗传学的角度培育新品种提供了初步的理论依据和参考。

谷子(Setaria italica L.)组蛋白修饰酶类基因的挖掘

组蛋白修饰是表观遗传学领域中一种重要的修饰方式,可经多种组蛋白修饰酶类催化产生。为了研究谷子(Setaria italica L.)基因组中组蛋白修饰酶类基因的特征,本研究利用比较基因组学的方法,以水稻(Oryza sativa)基因组注释信息为参考,对谷子的组蛋白修饰酶类基因进行挖掘,共发现80个谷子组蛋白修饰酶类相关基因,并根据组蛋白乙酰化酶/去乙酰化酶、甲基化酶/去甲基化酶绘制系统进化树,每部分都能根据其行使的功能聚类。组蛋白修饰酶类基因的鉴定是阐明不同生物表观遗传调控机制的重要步骤。本研究为详细探讨这些基因在谷子表观遗传修饰中的功能和作用提供初步的理论依据和参考。