蒺藜苜蓿LEA基因家族全基因组分析

胚胎发育晚期丰富蛋白(LEA)是一类在种子胚胎发育后期特异表达并受发育阶段及脱水信号调节的脱水保护蛋白,在响应植物干旱、低温、高盐等逆境胁迫中具有重要功能。本研究利用生物信息学手段,在全基因组水平对蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)LEA基因家族进行分析,并对其进化、基因结构、进化压力、染色体定位及基因表达模式进行了系统分析。本研究共筛选出23个蒺藜苜蓿LEA家族基因,可分为8个亚家族。基因定位结果表明,23个蒺藜苜蓿LEA基因分布于除6号染色体外的其他7条染色体上,但分布不均匀;家族成员外显子数目都不超过两个,结构简单。不同组织表达谱分析结果显示,LEA家族基因具有不同的组织表达模式,并受干旱逆境胁迫调控。本研究结果可为蒺藜苜蓿LEA基因家族的功能分析奠定基础。     

蒺藜苜蓿全基因组中U-box基因家族的筛选与特征分析

植物基因组中广泛存在U-box基因,其编码蛋白大部分作为泛素系统中决定底物特异性识别的E₃泛素连接酶,广泛地调控植物生长生殖发育以及响应逆境胁迫等过程。本文利用蒺藜苜蓿基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定蒺藜苜蓿U-box家族基因;采用MEGA6软件进行系统进化树分析;通过GSDS在线工具和Mapinspect软件进行基因结构及染色体定位分析;利用已有的蒺藜苜蓿芯片数据进行组织表达和胁迫响应表达分析。结果表明,蒺藜苜蓿基因组中含有41个U-box基因,不均匀地分布于蒺藜苜蓿的8条染色体上。根据结构域组成和系统进化分析将这些U-box蛋白分成6类。基因表达模式分析发现,该家族成员的表达具有一定的组织特异性,并能响应盐、干旱和氮素胁迫。这些研究结果为蒺藜苜蓿U-box基因家族的功能分析奠定了基础。     

蒺藜苜蓿GPAT基因家族的全基因组鉴定、序列变异和表达分析

甘油-3-磷酸酰基转移酶(glycerol-3-phosphate acyltransferase, GPAT)是三酰甘油(triacylglycerol, TAG)生物合成的限速酶,催化TAG生物合成的起始步骤,为多种脂质合成提供了底物,会直接参与到植物的生长发育和抗逆过程。蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)作为豆科模式植物具有基因组小、生长周期短、遗传转化效率高等特点。为了解GPAT基因在苜蓿抗逆尤其是在耐盐中的作用,本研究选择蒺藜苜蓿基因组为研究对象,采用Blastp和Hmm结构域搜索方法,共鉴定出24个mtGPAT基因。根据系统进化、基因结构和结构域差异将其分成3个亚家族。同时染色体定位分析发现,24个mtGPAT基因不均匀分布在7条苜蓿染色体上,每条染色体上分布有2～5个基因。基因表达谱分析表明:蒺藜苜蓿GPAT基因具有器官特异性,并且会参与盐胁迫反应。这些结果可为进一步深入研究蒺藜苜蓿GPAT家族基因的功能提供理论基础。     

蒺藜苜蓿GPAT基因家族的全基因组鉴定、序列变异和表达分析

甘油-3-磷酸酰基转移酶(glycerol-3-phosphate?acyltransferase,?GPAT)是三酰甘油(triacylglycerol,?TAG)生物合成的限速酶,催化TAG生物合成的起始步骤,为多种脂质合成提供了底物,会直接参与到植物的生长发育和抗逆过程.蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)作为豆科模式植物具有基因组小、生长周期短、遗传转化效率高等特点.为了解GPAT基因在苜蓿抗逆尤其是在耐盐中的作用,本研究选择蒺藜苜蓿基因组为研究对象,采用Blastp和Hmm结构域搜索方法,共鉴定出24个mtGPAT基因.根据系统进化、基因结构和结构域差异将其分成3个亚家族.同时染色体定位分析发现,24个mtGPAT基因不均匀分布在7条苜蓿染色体上,每条染色体上分布有2～5个基因.基因表达谱分析表明:蒺藜苜蓿GPAT基因具有器官特异性,并且会参与盐胁迫反应.这些结果可为进一步深入研究蒺藜苜蓿GPAT家族基因的功能提供理论基础.     

蒺藜苜蓿MtDWF1基因克隆、亚细胞定位及表达特征分析

Delta24-甾醇还原酶(Delta24-sterol reductase, DWF1)是油菜素内酯(Brassinosteroide, BR)合成途径中的关键酶，在植物生长发育中起着关键性的作用。为了研究DWF1基因在蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)中的功能，本试验从蒺藜苜蓿R108中克隆MtDWF1基因全长序列，该基因开放阅读框(ORF)1 704 bp,编码567个氨基酸，分子量65.911 kD,理论等电点为8.53。亚细胞定位显示，该蛋白定位于细胞质内。进化分析表明，蒺藜苜蓿MtDWF1蛋白与鹰嘴豆(Cicer arietinum)、红三叶(Trifolium pratense)及豌豆(Pisum sativum)亲缘关系较为接近。MtDWF1基因在蒺藜苜蓿根、茎、叶中均有表达，在茎和叶中的表达水平较高。外源激素脱落酸(Abscisic acid, ABA)能够明显提高MtDWF1表达，水杨酸(Salicylic acid, SA)能够显著降低MtDWF1表达水平。同时，经油菜素内酯诱导后，MtDWF1表达水平整体呈现增加趋势。本研究为进一步探索MtDWF...     

内源脱落酸生理作用机制及其与苜蓿耐旱性关系研究进展

随着全球气候的恶化,水资源短缺等生态问题日益严重。在这样的背景下,作物的耐旱性研究成为人们研究的热点之一。脱落酸(ABA)作为胁迫激素,在植物干旱胁迫响应中发挥着重要而广泛的作用。植物细胞中,ABA通过2-甲基-D-赤藓糖-4-磷酸(2-C-methyl-D-erythritol-4-phosphate, MEP)途径合成,并最终与相应的受体结合并通过一系列的信号转导控制气孔关闭,或者通过其他通路调节胁迫相关的基因表达。紫花苜蓿是栽培广泛且品质优良的豆科牧草,干旱胁迫下苜蓿中脱落酸(ABA)会发生积累;同时,ABA水平的升高与苜蓿主根贮藏蛋白动态、基因表达以及一些渗透调节物质的积累密切相关。ABA与苜蓿耐旱性关系的研究正在逐渐深入,这些研究将深化人们对苜蓿耐旱机理的认识,并对苜蓿的育种具有深远影响。     

柑橘TIFY基因的结构特征及响应低温的表达分析

TIFY基因家族是一类包含TIFY结构域的植物特有转录因子,与植物的生长发育密切相关,且在非生物逆境响应中起着重要作用。本研究基于柑橘基因组测序结果,分析了3个TIFY基因家族成员的基因结构特征,并利用qPCR分析了低温胁迫下这些基因的表达水平。结果表明：(1)3个TIFY基因含有TIFY结构域和Jas motif,属于JAZ蛋白亚家族基因;(2)3个TIFY基因的启动子含有LTR、DRE core、STRE、TC-rich repeats等逆境相关顺式作用元件以及MeJA响应元件、ABA响应元件等激素响应相关元件,推测3个TIFY基因可以响应多种非生物胁迫;(3)Cs1g17220和Cs4g07130在果实中高表达,推测其可能与果实发育相关;(4)3个TIFY基因受低温诱导在早期上调表达,且受低温胁迫的程度越大,其受诱导上调表达的倍数越高。本研究将为进一步解析TIFY基因家族在柑橘中的作用和功能提供重要线索。     

紫花苜蓿CAMTA基因家族鉴定及其在非生物胁迫下的表达模式分析

钙调蛋白结合转录激活因子(CAMTA)是一类重要的钙调素结合蛋白,在激素信号转导、发育调控和环境胁迫耐受中发挥着重要作用。本研究采用生物信息学技术,基于紫花苜蓿“新疆大叶”参考基因组,对紫花苜蓿中CAMTA家族成员进行鉴定,并对这些基因的理化性质、系统发育树、保守结构域、染色体上位置、顺式作用元件、转录表达谱进行分析和验证。结果表明,共鉴定出17个MsCAMTA基因,MsCAMTA家族成员可划分为3个亚家族,亚家族成员在基因结构、保守基序位置上较为相似。染色体定位结果显示,MsCAMTA家族成员不均匀地分布在7条染色体上。启动子区具有大量响应低温、盐胁迫及植物激素信号相关的顺式作用元件。此外,采用RT—qPCR对盐(300 mmol·L^-1 NaCl)、模拟干旱(400 mmol·L^-1甘露醇)、低温(10℃)和脱落酸(100μmol·L^-1)处理下紫花苜蓿叶片中MsCAMTA1、MsCAMTA3、MsCAMTA11和MsCAMTA12的表达模式进行了初步研究。结果表明,4个MsCAMTA候选基因在各胁迫处理下均有一定程...     

MADS-box基因家族在蒺藜苜蓿的全基因组分析

MADS-box基因家族是植物体内的重要转录因子,它们广泛地调控着植物生长、发育和生殖等过程。本研究以蒺藜苜蓿基因组数据为材料,采用结构域搜索方法,鉴定了138个MADS-box基因。通过序列比对系统进化分析,将它们分成两大类:Ⅰ型(92个)和Ⅱ型(46个)。同时,通过染色体定位分析发现,134个MADS-box基因定位在染色体上,还有4个MADS-box基因定位在尚未完成最终拼接的超长片段上。蒺藜苜蓿的MADS-box基因家族成员之间存在大量的基因重复,特别是Ⅰ型MADS-box基因,通过基因复制,MADS-box基因家族在染色体上形成多个密集的MADS-box基因簇。对蒺藜苜蓿的RNA-seq表达谱数据分析,发现MADS-box基因在心皮组织、花器官等组织中表达量较高,这表明蒺藜苜蓿的MADS-box基因家族广泛地参与苜蓿组织分化、发育以及生殖等过程的调控,这将为进一步揭示MADS-box类转录因子在蒺藜苜蓿中作用机制提供了重要的参考。     

紫花苜蓿GPAT基因家族鉴定及在盐碱胁迫下的表达模式分析

甘油-3-磷酸酰基转移酶(Glycerol-3-phosphate acyltransferase, GPAT)是甘油生物合成的限速酶，参与多种脂类的生物合成途径，在植物生长发育和抗逆过程中具有重要作用。为了解GPAT基因在紫花苜蓿(Medicago sativa)应对非生物胁迫过程中的作用，本研究利用生物信息学方法共鉴定出73个紫花苜蓿MsGPATs基因。研究表明，MsGPAT基因在染色体上不均匀分布，大多数基因存在大片段复制现象。系统进化树分析将其分为3个亚组。基因结构和蛋白质保守基序分析表明MsGPAT基因家族成员多数含有2～3个外显子或11～12个外显子，至少含有1个保守基序。顺式作用元件分析表明不同MsGPATs基因含有不同的光、生长素和胁迫应答元件。基因表达谱分析显示，分别有10,5,18个MsGPATs基因积极响应高盐、高碱和混合盐碱胁迫，可作为紫花苜蓿耐盐碱研究的候选基因。     

蒺藜苜蓿cation/H+ exchanger基因家族鉴定及表达特征分析

CPA（cation proton antiporter）超家族通过转运质子和一价金属离子调节细胞内离子和pH稳定。阳离子质子转运体（cation/H⁺ exchanger,CHX）基因家族属于CPA2（cation proton antiporter 2）超家族,其N端有一个Na⁺/H⁺ exchanger结构域,对植物维持细胞离子平衡、花器官发育起着至关重要的作用。通过生物信息学手段,系统地分析了蒺藜苜蓿CHX家族基因,通过全基因组筛选共鉴定出47个MtCHXs;染色体定位分析表明蒺藜苜蓿CHX基因分布在8条不同的染色体上;同源性分析显示蒺藜苜蓿和拟南芥亲缘关系近,而与水稻亲缘关系远;进一步进化关系分析将47个MtCHXs基因分为5组,并且各组内成员在基因结构和基序上比较保守;顺式作用元件分析发现MtCHXs基因启动子包含大量光响应元件、激素响应元件以及干旱、低温、创伤响应元件;表达特性分析发现MtCHXs在生殖器官中高表达,并且响应干旱、低温等非生物胁迫。     

美洲狼尾草HXK基因家族鉴定及表达

己糖激酶(Hexokinase, HXK)是糖酵解途径中的关键酶，在细胞信号传导和糖感知过程起重要作用。探究美洲狼尾草HXK家族基因的详细特征及功能，解析其在该物种生长发育各个环节中的调控作用，本研究基于美洲狼尾草全基因组数据对美洲狼尾草的己糖激酶基因家族展开分析，共鉴定出12个美洲狼尾草PMhxk基因，同时通过系统进化分析将其分为4个亚组。蛋白质基序分析表明PMhxk家族具有两个较为保守的motif片段，顺式作用元件分析表明PMhxk成员的启动子、增强子等调控区域有大量的胁迫响应与植物激素响应元件。PMhxk基因家族的表达分析表明，美洲狼尾草的HXK基因集中表达于抽穗期的穗组织中，部分PMhxk成员在干旱胁迫和盐胁迫中出现表达上调，且干旱胁迫更为明显。综上，本研究鉴定了美洲狼尾草HXK基因家族成员，并通过全面的转录组数据发现该家族成员具有显著的组织特异性和逆境表达差异性，为深入探讨HXK家族基因的功能提供了有价值的信息。     

蒺藜苜蓿E3泛素连接酶U-box基因克隆及表达分析

泛素化在植物生长和发育过程中起重要作用,E3泛素连接酶负责对靶蛋白特异性识别,其中U-box结构的E3泛素连接酶具有调控植物生长发育和免疫反应等功能,并在抗逆性方面发挥作用。目前,关于蒺藜苜蓿U-box家族基因的研究尚未见报道。本研究从蒺藜苜蓿中克隆得到U-box(MtPUB4)基因,该基因cDNA全长2448bp,编码815个氨基酸,包括1个U-box结构(C-X2-H-X7-C-X7-C-X2-C-H-X2-H)和5个ARM结构域,属于U-box/ARM类型E3泛素连接酶。构建原核表达载体pET-MtPUB4,通过聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)表明在大肠杆菌中表达了MtPUB4蛋白。荧光定量PCR分析表明MtPUB4基因在蒺藜苜蓿花中的表达量最高,在根中表达量最低。MtPUB4基因受到NaCl、聚乙二醇、脱落酸诱导,随着诱导时间增加,表达量呈现出增长趋势。这些结果表明,MtPUB4基因在蒺藜苜蓿生长发育和抗逆性中可能起到重要调节作用,但在低温胁迫中表达量稍微下降,变化不明显。本研究成功构建了pBI121-MtPUB4植物表达载体,为进一步转化拟南芥突变体Atpub4奠定了基础。     

柳枝稷TIFY基因家族的鉴定与分析

为探究TIFY基因家族在柳枝稷（Panicum virgatum）中的生物学功能,本研究运用生物信息学手段对柳枝稷基因组中的TIFY家族成员进行了鉴定,并对其染色体定位、进化与结构特点、启动子区顺式作用元件、时空表达模式等进行了分析,且通过定量实验验证了JAZ亚家族部分成员的激素应答与胁迫响应特性。结果表明：48个柳枝稷TIFY基因分属于ZML（7个）、TIFY（1个）与JAZ（40个）3个亚家族,分布在除染色体3以外的染色体上,且在染色体9成簇排列;柳枝稷TIFY基因按照进化关系及结构特点可分为5组,每组内的成员具有相似的基因结构与保守基序组成;柳枝稷TIFY基因启动子区存在多种胁迫响应元件与激素信号调控元件,经定量实验证实PviTIFY10各成员在茉莉酸（jasmonic acid,JA）处理及盐与干旱胁迫下反应强烈;JAZ亚家族部分成员尤其是PviTIFY10b在花序与根的发育过程中有较高表达。根据以上结果推测TIFY基因家族可能在柳枝稷激素信号调控与胁迫防御反应及生长发育等多方面发挥功能。     

蒺藜苜蓿CB L基因家族全基因组鉴定及表达分析

采用生物信息学方法在蒺藜苜蓿全基因组中共筛选得到16条CBL同源序列,基因家族成员在基因组中不均匀分布.蒺藜苜蓿CBL基因均包含内含子和外显子,外显子介于7～10个之间;编码蛋白序列介于202～308个氨基酸之间,含有变异程度不同的3～4个EF-hand结构域;家族成员中共鉴定到5个保守模体,且在N端大多含1～3个豆蔻...     

全基因组水平蒺藜苜蓿CPP基因家族的鉴定及表达模式分析

CPP （cysteine-rich polycomb-like protein）基因家族是一类小转录因子，广泛存在于除酵母与原核生物外的各种生物体中，在植物生长发育及响应胁迫过程中具有重要作用。截至目前，CPP基因家族已在多个物种中被鉴定和研究，但在豆科模式植物蒺藜苜蓿中还未见报道。本研究采用生物信息学的方法，在蒺藜苜蓿中共鉴定出9个CPP基因。通过与3个物种CPP基因的蛋白序列构建系统发育树，将CPP基因分为3类，MtCPP成员与大豆的亲缘关系更接近。保守结构域分析表明MtCPP转录因子都具有1~2个CXC保守结构域。染色体定位分析得出，9个CPP基因分布在6条染色体上，并鉴定出2对旁系同源基因，均来源于片段重复事件。通过基因芯片技术检测MtCPP基因的表达模式结果显示，MtCPP基因的表达具有一定的时空特异性。MtCPP基因启动子中含有大量与激素以及胁迫相关的顺式作用元件，并且MtCPP2、MtCPP5、MtCPP6和MtCPP7基因具有响应干旱的表达特征，MtCPP2和MtCPP8基因具有响应盐胁迫的功能。该研究可为后期深入解析MtCPP基因家族功能和筛选参与苜蓿抗逆的MtCPP基因奠定基础。     

胡杨AHL基因家族生物信息学分析及逆境胁迫下的表达特征

AT-hook核定位(AT-hook motif nuclear localized, AHL)蛋白作为一种小型DNA结合蛋白，广泛存在于植物中，在植物生长发育、逆境胁迫和激素信号应答等方面发挥着重要的作用。为全面了解胡杨(Populus euphratica)AHL基因家族的结构及功能，利用生物信息学方法及qRT-PCR对胡杨AHL家族成员的理化性质、基因结构、亚细胞定位以及逆境胁迫下的表达特征进行分析。理化性质分析表明，胡杨AHL家族共有19个成员，除PeAHL16外，其余PeAHL蛋白均为碱性的不稳定亲水蛋白。基因结构分析表明，PeAHL成员全部为内含子缺失型基因。系统进化结果显示，胡杨AHL家族成员可根据基因类型分为8个亚群。保守基序分析显示，聚类在同一分支中的PeAHL基因其motif组成及排列顺序基本相同。在顺式作用元件分析中，响应干旱胁迫的元件其种类和数量最多。实时荧光定量分析表明，PeAHLs的表达受低温、高温、NaCl以及PEG的显著诱导，与对照相比，PeAHLs在PEG处理下表达量最高。本研究结果为胡杨AHL基因家族的深入研究提供理论依据，为进一步解析胡杨AHL基因...     

紫花苜蓿尿黑酸植基转移酶的克隆、表达分析以及遗传转化研究

维生素E是一种人体必需,却不能自主合成的脂溶性维生素。尿黑酸植基转移酶(HPT)是维生素E生物合成途径的关键限速酶,直接影响植物体内维生素E的总量。本实验利用同源克隆的方法,根据截形苜蓿的序列从紫花苜蓿中克隆得到HPT基因的完整开放阅读框(ORF)。NCBI Blast分析结果表明,该基因编码412个氨基酸,属于异戊烯转移酶UbiA超家族。多序列比对结果表明,该序列与其他物种的HPT蛋白序列相似度高达80%,将其命名为MsHPT。进化树分析结果表明,MsHPT与截型苜蓿MtHPT亲缘关系最近,蛋白序列相似度为96.84%。通过染色体步移技术得到该基因的启动子序列,分析结果显示,该基因的启动子区域含有胁迫响应元件、激素响应元件(脱落酸、赤霉素和乙烯)以及大量的光响应元件。实时荧光定量PCR检测结果表明,MsHPT基因在紫花苜蓿各组织中均有表达,叶片中的表达量最高,根次之。经低温、NaCl、PEG、GA₃和ABA诱导后该基因表达均上调,表明其可能参与了植物的抗逆性调控。扩增MsHPT基因的开放阅读框,对其进行双酶切后转入双元表达载体pBI121中,通过农杆菌介导的方式将该基因转入拟南芥。通过PCR鉴定,得到7株阳性苗。本研究为进一步探索MsHPT在紫花苜蓿维生素E的合成以及紫花苜蓿抗逆调控中的作用奠定了基础。     

蒺藜苜蓿MtCYP450基因的克隆及功能分析

分析了豆科模式植物蒺藜苜蓿中MtCYP450的表达特性和对胁迫处理的反应。该基因编码508个氨基酸,蛋白分子量为58.31kDa,等电点为6.85。序列比对发现MtCYP450与狭叶羽扇豆和大豆中的2个CYP450家族94亚家族蛋白同源性较高,因此,MtCYP450属于细胞色素P450的CYP94亚家族。荧光定量PCR结果显示MtCYP450在叶中表达最高,茎中次之,根中最少。在胁迫处理(200mM NaCl、5%PEG、100μM ABA和100μM MeJA)8~12h后,叶片中MtCYP450基因表达量显著上升,表明该基因受逆境和生长调节剂诱导表达。T2代超表达MtCYP450基因拟南芥在PEG和MeJA处理后MtCYP450表达量均上升;对异源超表达拟南芥的生长情况分析显示转基因拟南芥在NaCl(125mM)处理后根长是野生型的1.63倍,表明MtCYP450基因增强了拟南芥根系的抗盐性。因此,MtCYP450基因可能对植物抵抗非生物胁迫具有重要作用。     

苜蓿全基因组WRKY转录因子基因的分析

蒺藜苜蓿的基因组较小,遗传转化相对容易,是国际上广泛用于研究豆科植物的模式植物,其全基因组测序已经完成。WRKY转录因子是近年来在植物中发现的N-端含有WRKYGQK高度保守氨基酸序列的新型转录调控因子, 调节启动子中含W-box元件的调节基因和(/或)功能基因的表达, 从而参与植物的各种防卫反应。本研究以苜蓿基因组序列(Mt2.0)为材料,利用生物信息学方法分析苜蓿全基因组WRKY转录因子基因的数目、种类、系统发生学、保守基序,结果表明,苜蓿中共有28个WRKY基因,其中5个基因含有2个WRKY结构域,共含有33个WRKY结构域,根据其结构域特点可以分为3个大类,同时与水稻WRKY基因进行了比较研究,发现基因数目远少于拟南芥和水稻,同时研究证实苜蓿与水稻WRKY基因的起源和进化关系存在较大差异,显示出苜蓿WRKY进化有其独特的特点,此外分析苜蓿WRKY基因的保守motif共有46个,筛选得到WRKY结构域的5个保守motif。该研究对苜蓿WRKY基因功能的研究及进化具有重要的意义。