苹果DREB转录因子家族全基因组鉴定与分析

DREB转录因子属于AP2/ERF转录因子家族,能够与DRE/CRT顺式作用元件特异性结合,调控与逆境应答基因的表达,因而在植物应对低温、干旱、高盐等逆境胁迫中发挥重要作用。该研究利用苹果全基因组数据,通过生物信息学手段鉴定苹果DREB转录因子家族成员,并分析DREB转录因子家族保守域特点与功能及表达情况。结果表明:从苹果全基因组中共鉴定出60个DREB转录因子家族成员,与拟南芥和水稻相比基本一致,通过引入拟南芥DREB基因进行系统发生分析,进一步可以将其细分为6个亚组;结构域和保守元件分析表明,DREB基因家族含有一个AP2保守结构域;染色体定位表明,苹果DREB基因分布于11条染色体上,部分基因存在串联复制现象;基因结构分析显示,该亚家族基因不含内含子。利用同源拟南芥RNA-Seq数据分析结果表明,DREB转录因子家族对低温、ABA调节等非生物胁迫具有调控作用,同时在DREB亚家族中每个亚组响应不同的非生物胁迫;通过分析DREB基因在不同组织中的表达情况,结果显示DREB基因在植物根部中的表达量最强,其次是叶。     

马铃薯StCML基因家族鉴定及表达分析

类钙调蛋白(calmodulin-like protein, CML)是植物中一种重要的Ca~(2+)结合蛋白,在植物生长发育和胁迫响应过程中起着重要的作用。该研究通过生物信息学方法在马铃薯基因组中鉴定了StCML基因家族成员,并对它们的表达模式及胁迫响应进行了分析,为深入解析马铃薯StCML基因家族成员在生长发育和胁迫响应中的作用机制奠定理论基础。结果显示:(1)在马铃薯基因组中共鉴定到80个StCML基因,它们均具有EF-hand结构;根据系统进化树拓扑结构可分为5个亚家族,在1～5亚家族中分别含有18、12、14、12、和24个基因,大部分基因具有较为保守的基因结构和基序。(2)RNA-Seq数据分析发现,StCML基因主要在马铃薯的花、叶柄、芽、雄蕊、匍匐茎和块茎中有特异表达,并且主要对盐、热、干旱和赤霉素处理有响应。(3)qRT-PCR分析发现,在低温胁迫下StCML13、StCML21和StCML53表达上调;在高温胁迫下StCML11、StCML21和StCML39表达上调;盐胁迫下StCML21和StCML60表达上调;青枯菌处理下StCML53表达上调,StCML8、StCML 13、StCML 21和StCML 60表达下调。研究表明,StCML基因对多种胁迫均有响应。     

拟南芥转录因子GRAS 家族基因群响应渗透和干旱胁迫的初步探索

GRAS家族是一类植物特有的转录调控因子, 已有报道表明该家族基因在植物生长发育和光信号转导过程中具有重要作用。目前在拟南芥(Arabidopsis thaliana)基因组中已鉴定了33个GRAS家族基因。利用功能基因组学和生物信息学手段,通过基因芯片数据挖掘和基因功能预测, 对拟南芥GRAS家族基因在渗透和干旱胁迫过程中的应答模式进行了初步探索, 提出了一类响应渗透胁迫和干旱胁迫的拟南芥GRAS家族基因。以SCL13为例, 利用基因芯片相关性和GO分析, 对其在渗透胁迫信号转导过程中可能的调控机制进行了预测和分析。这一研究将为阐明GRAS家族基因参与水分胁迫的分子机制提供新的思路, 同时也为植物抗逆分子育种提供候选基因。     

谷子MYB类转录因子SiMYB42提高转基因拟南芥低氮胁迫耐性

Myeloblastosis (MYB)类转录因子是高等植物中最大的转录因子家族之一,在植物发育及防御反应过程中发挥重要作用,还参与植物对干旱等非生物胁迫的响应。谷子(Setaria italica L.)起源于中国,具有抗旱、耐瘠薄的特性,是研究单子叶作物非生物胁迫抗性的理想材料。本研究对耐低氮胁迫谷子品种郑204经低氮处理后进行转录组分析,鉴定出一个在低氮胁迫条件下明显上调的MYB类转录因子SiMYB42。系统发育树结果表明,SiMYB42属于R2R3-MYB亚族,具有2个MYB保守域;表达模式分析显示,SiMYB42在低氮、高盐、干旱和ABA胁迫条件下表达量显著上调;亚细胞定位、quantitative real-time PCR及转录激活活性分析结果表明,SiMYB42蛋白定位于植物的细胞核和细胞膜中,主要在谷子的叶部或根部表达,具有转录激活活性;基因功能分析结果表明,在正常条件下,转SiMYB42基因拟南芥与野生型Columbia-0拟南芥(WT)无明显差异,但在低氮条件下,转SiMYB42基因拟南芥的主根长、根系表面积及鲜重均显著高于WT,结果证明SiMYB42基因可以提高转基因植物对低氮胁迫的耐性;下游基因表达分析结果显示,在转SiMYB42基因拟南芥中,参与植物氮素转运的硝酸盐转运基因NRT2.1、NRT2.4和NRT2.5的表达水平均高于WT,启动子分析结果显示NRT2.1、NRT2.4和NRT2.5基因启动子序列中均具有MYB结合位点。以上结果证明,SiMYB42可以通过调控下游硝酸盐转运体基因的表达提高植物在低氮条件下的耐性。本研究揭示了SiMYB42基因在低氮胁迫反应途径中的作用,为进一步了解谷子低氮胁迫响应的调控网络奠定了基础。     

拟南芥转录因子GRAS家族基因群响应渗透和干旱胁迫的初步探索

GRAS家族是一类植物特有的转录调控因子,已有报道表明该家族基因在植物生长发育和光信号转导过程中具有重要作用.目前在拟南芥(Arabidopsis thaliana)基因组中已鉴定了33个GRAS家族基因.利用功能基因组学和生物信息学手段,通过基因芯片数据挖掘和基因功能预测,对拟南芥GRAS家族基因在渗透和干旱胁迫过程中的应答模式进行了初步探索,提出了一类响应渗透胁迫和干旱胁迫的拟南芥GRAS家族基因.以SCL13为例,利用基因芯片相关性和GO分析,对其在渗透胁迫信号转导过程中可能的调控机制进行了预测和分析.这一研究将为阐明GRAS家族基因参与水分胁迫的分子机制提供新的思路,同时也为植物抗逆分子育种提供候选基因.     

茄子自噬相关基因ATG8家族鉴定及表达分析

自噬相关基因ATG8在调节植物生长发育和胁迫响应中发挥着关键作用。本研究通过生物信息学技术分析ATG8在茄子基因组中的分布、结构及进化等,并研究了其在茄子不同组织、外源激素和冷处理下的表达情况。结果表明,从茄子基因组中共鉴定到7个ATG8基因,分布在6条染色体上。理化性质分析显示茄子ATG8基因编码的蛋白包含118~166个氨基酸残基,等电点在6.29~9.16之间;基因结构和保守基序分析表明,ATG8基因家族成员具有保守的基因结构和蛋白基序;启动子区域含有多种激素响应和逆境响应的顺式作用元件;茄子中有3对ATG8基因存在共线关系;茄子与拟南芥和番茄ATG8基因家族成员间分别存在10和11对共线关系。组织表达分析表明茄子ATG8主要在不同的花器官中表达,表明其可能与茄子花发育有关;此外,表达模式分析结果显示7个茄子ATG8基因对冷胁迫和ABA、MeJA、SA等外源激素均有不同程度的响应,表明ATG8基因家族在茄子生长发育、胁迫和激素响应中具有重要的功能。     

西瓜CMO基因序列分析及受乙烯诱导后表达特性分析

CMO基因作为植物体内甜菜碱合成过程中的关键性基因,对植物抗逆有重要作用。为研究西瓜中逆境信号对CMO基因的调控机理,本研究从西瓜基因组数据库选取CMO同源的基因序列,利用生物信息学分析工具对该基因序列进行分析。结果表明:ClCMO基因的转录起始位点位于起始密码子上游236 bp处,启动子区域包含多个激素响应元件和逆境胁迫响应元件等;该基因编码的蛋白含有417个氨基酸,分子量为47 190.4 Da,理论等电点为6.01,而蛋白功能预测显示具有氧化还原酶活性;系统进化树显示西瓜在同源关系上与同科的黄瓜和甜瓜更近。此外,以二倍体西瓜悬浮细胞为材料,结合qRT-PCR技术,对乙烯诱导下ClCMO基因的表达特性进行研究,发现乙烯模拟逆境信号诱导后整体呈现出先上升再下降的趋势,诱导后2 h ClCMO基因的表达量达到最高。以上结果表明ClCMO基因可被乙烯信号调控并能迅速响应逆境胁迫,并推测其可受多种不同激素信号综合调控甜菜碱生物合成来抵御逆境。本研究不仅为利用乙烯提高西瓜抗逆性提供了理论支持,而且为以后植物中CMO基因的深入研究奠定了基础。     

植物WRKY转录因子家族基因抗病相关功能的研究进展

植物基因组中,数目众多的转录因子参与植物的生长发育、物质代谢、响应生物和/或非生物胁迫等多种生物进程.WRKY基因家族是植物重要的转录因子家族,在抗病信号转导途径中起重要调控作用,因而成为分子植物病理研究领域中的热点.本文综述了WRKY转录因子基因在植物抗病反应中的作用和调节机制的最新研究进展,以期为深入研究WRKY基因家族在植物抗病反应中的作用,阐明植物抗病信号转导途径提供帮助.     

植物中逆境反应相关的WRKY转录因子研究进展

WRKY转录因子是植物体内一类比较大的转录因子家族,它在植物的生长发育以及抗逆境反应中起着非常重要的作用。本文综述了WRKY转录因子在植物应对冻害、干旱、盐害等非生物胁迫与病原菌、虫害等生物胁迫反应中的重要调控功能,并概括了WRKY转录因子在调控这些逆境反应中的机制。     

Plant lectins as defense proteins against phytophagous insects

One of the most important direct defense responses in plants against the attack by phytophagous insects is the production of insecticidal peptides or proteins. One particular class of entomotoxic proteins present in many plant species is the group of carbohydrate-binding proteins or lectins. During the last decade a lot of progress was made in the study of a few lectins that are expressed in response to herbivory by phytophagous insects and the insecticidal properties of plant lectins in general. This review gives an overview of lectins with high potential for the use in pest control strategies based on their activity towards pest insects. In addition, potential target sites for lectins inside the insect and the mode of action are discussed. In addition, the effect of plant lectins on non-target organisms such as beneficial insects as well as on human/animal consumers is discussed. It can be concluded that some insecticidal lectins are useful tools that can contribute to the development of integrated pest management strategies with minimal effect(s) on non-target organisms.     

Plant lectins: the ties that bind in root symbiosis and plant defense

Lectins are a diverse group of carbohydrate-binding proteins that are found within and associated with organisms from all kingdoms of life. Several different classes of plant lectins serve a diverse array of functions. The most prominent of these include participation in plant defense against predators and pathogens and involvement in symbiotic interactions between host plants and symbiotic microbes, including mycorrhizal fungi and nitrogen-fixing rhizobia. Extensive biological, biochemical, and molecular studies have shed light on the functions of plant lectins, and a plethora of uncharacterized lectin genes are being revealed at the genomic scale, suggesting unexplored and novel diversity in plant lectin structure and function. Integration of the results from these different types of research is beginning to yield a more detailed understanding of the function of lectins in symbiosis, defense, and plant biology in general.     

Structural and functional characteristics of plant proteinase inhibitor-II (PI-II) family

Plant proteinase inhibitor-II (PI-II) proteins are one of the promising defensive proteins that helped the plants to resist against different kinds of unfavorable conditions. Different roles for PI-II have been suggested such as regulation of endogenous proteases, modulation of plant growth and developmental processes and mediating stress responses. The basic knowledge on genetic and molecular diversity of these proteins has provided significant insight into their gene structure and evolutionary relationships in various members of this family. Phylogenetic comparisons of these family genes in different plants suggested that the high rate of retention of gene duplication and inhibitory domain multiplication may have resulted in the expansion and functional diversification of these proteins. Currently, a large number of transgenic plants expressing PI-II genes are being developed for enhancing the defensive capabilities against insects, bacteria and pathogenic fungi. Much emphasis is yet to be given to exploit this ever expanding repertoire of genes for improving abiotic stress resistance in transgenic crops. This review presents an overview about the current knowledge on PI-II family genes, their multifunctional role in plant defense and physiology with their potential applications in biotechnology.     

植物凝集素的分子生物学研究

植物凝集素是一类具有高度特异性糖结合活性的蛋白,含有一个或多个可与单糖或寡聚糖特异可逆结合的非催化结构域。它的糖结合特异性主要针对外源寡糖,主要生理功能是介异植物的防御反应。到目前为止已克隆了２２２个植物凝集素基因。作者就植物凝集素的分类、性质、功能、凝集素基因的克隆和凝集素的翻译后加工过程作一综述。     

植物凝集素及其在抗虫植物基因工程中的应用

植物凝集素是一类具有特异糖结合活性的蛋白,具有一个或多个可以与糖或寡聚糖特异可逆结合的非催化结构域。其糖结合活性是针对外源寡糖,参与植物的防御反应。本文综述了有关植物凝集素分子生物学的研究进展,介绍了植物凝集素的分类、糖结合特性、近年来有关植物凝集素蛋白晶体结构的研究,及其与糖结合能力相关的生物学功能。并对植物凝集素在抗虫植物基因工程中的应用现状及发展前景做了阐述。 Abstract:Plant lectins are proteins possessing at least one non-catalytic domain that binds reversibly to specific mono-or oligosaccharides.They distinguish themselves from other plant proteins by the ability of carbohydrate binding.Most plant lectins are directed to bind foreign polysacchride.Plant lectin is believed to take part in the defense responses against invader.In this paper we presented a review on the classification,characters,functions,crystal structure and,functions related to the carbohydrate binding activity.The status and prospect of plant lectins utilization were also discussed.     

The genomics parade of defense responses: to infinity and beyond

Genomic-scale methods, such as cDNA microarrays, cDNA-AFLP analyses and proteomics are revolutionizing the study of plant-pathogen interactions, and are revealing a complex web of signaling cascades involved in plant defense responses. Recent studies have shown that responses to pathogens and environmental stresses are linked, suggesting that genes previously identified as stress-responsive may also play an active role in plant defense. As a result of proteomic analysis, proteins involved in early defense signaling are coming to light.     

植物凝集素的超级家族

凝集素是一类专一、可逆地和糖类结合的蛋白质,迄今已经分离纯化并测定了氨基酸序列的凝集素已有不少,一些凝集素以及它们与配体糖相互结合的复合物的高级结构也已经给出,许多工作已深入到基因水平．就目前已有的知识,说明植物凝集素是一个庞大的蛋白质家族．