花生白藜芦醇合成酶基因家族序列克隆及分析

本研究以花生H2007为材料,从花生基因组中扩增出约500bp的白藜芦醇合成酶基因（Resveratrol synthase,RS）的保守序列,该序列与已发表的来源于花生的RS推导的蛋白序列相似性为91%。根据获得序列设计巢式基因特异性引物,以紫外辐射后花生叶片总RNA反转录成的cDNA作为模板,通过3’-RACE （Rapid Amplification of cDNA Ends）,获得15个不同RS基因的片段,序列分析结果表明, 扩增得到的15个白藜芦醇合成酶基因片段与已报道的基因的序列相似性为86%-98%。RS的部分编码区聚类分析的结果表明这15个序列遗传距离在0.05之内(图5)。15个RS基因的3’-UTR碱基长度不等,最短的有69bp,最长的有244bp,两两比较相似性为23%～100%。四组RS基因的部分编码区聚类分析结果与3’-UTR 区相同。     

花生AhARF 基因家族鉴定与表达分析

生长素响应因子（Auxin response factor,ARF）是生长素信号转导途径中的一类重要转录因子,在种子萌发、器官形成、果实成熟、胚胎发生等多个生长发育过程发挥作用。为了揭示花生基因组中AhARF 基因家族的特征,本研究利用生物信息学方法从花生基因组中鉴定了62个花生AhARF 家族基因,它们不均匀分布于除1号和11号之外的其他18条染色体上,在A和B亚基因组对应关系的染色体上数目大体相同。依据系统发生关系,62个花生AhARFs 与拟南芥AtARFs 家族基因共同聚在除ClassIII（仅包含拟南芥AtARFs）外的其余4个分支。共线性分析共检测到33对片段重复基因,其Ka/Ks比值均小于1,受到环境压力的纯化选择。本研究还分析了它们的理化性质、蛋白保守结构域等特征。此外,基于22个组织转录组数据,绘制了62个花生AhARF 家族基因的表达模式热图。进一步应用qRT-PCR方法,分析了可能与萌发相关的4个AhARF 基因（AhARF10、AhARF20、AhARF23 和AhARF46）的时空表达模式。本研究可为种子萌发相关AhARF 基因的挖掘与功能鉴定提供基础。     

巴西橡胶树CCaMK基因家族成员的鉴定和表达分析

钙/钙调素依赖型蛋白激酶(CCaMK,calcium- and calmodulin-dependent protein kinase)是一种钙离子结合蛋白,在钙信号传导过程中起重要作用。本研究以已发表的CCaMK序列作为检索序列,对橡胶树和其他5种植物(木薯、水稻、杨树、蓖麻和拟南芥)的基因组和转录组数据进行全面搜索,鉴定得到6个CCaMK基因,其中包括一个橡胶树CCaMK基因,命名为HbCCaMK1。序列分析发现：5种植物的CCaMK氨基酸序列同源性较高,为73%～94%。基因结构分析发现,HbCCaMK1和所分析的其他植物CCaMK一样均,含有6个内含子、1个蛋白激酶结构域和3个EF-hand结构域;从结构和进化上看,HbCCaMK1和蓖麻、木薯2种植物的CCaMK具有较近的亲缘关系;在表达方面,HbCCaMK1在橡胶树根中表达丰度最高,其次为树叶和花;另外,HbCCaMK1的表达还与叶片发育、真菌侵染和低温胁迫有关。     

巴西橡胶树PPCK基因家族成员的鉴定和表达分析

以已发表的PPCK序列为探针,对橡胶树和其他5种植物(木薯、水稻、杨树、蓖麻和拟南芥)的转录组和基因组进行全面搜索,鉴定得到17个PPCK基因,其中包括3个橡胶树PPCK基因,命名为Hb PPCK1-3。序列分析发现,Hb PPCK1-3和其他植物一样在结构上非常保守,只有一个内含子和一个蛋白激酶结构域,并且相对位置也比较一致。在进化上,橡胶树、木薯和蓖麻3种大戟科植物的PPCK蛋白具有较近的亲缘关系。Hb PPCK3在树皮中表达丰度最高,其次是种子和雄花;Hb PPCK2在胶乳和根中表达丰度相对较高,而Hb PPCK1在各组织中的表达都比较低。另外,大部分家族成员的表达都受到真菌侵染、低温和干旱胁迫处理的诱导,而乙烯利处理却能抑制Hb PPCK2的表达。     

巴西橡胶树PEPRK基因家族成员的鉴定和表达分析

PEP羧化酶激酶相关激酶(PEP carboxylase kinase-related kinases,PEPRKs)是CDPK-Sn RK超家族的一员,目前对其生理功能尚不清楚。本研究以拟南芥和杨树的PEPRK序列作为探针,对橡胶树和其他5种植物(木薯、水稻、杨树、蓖麻和拟南芥)的基因组和转录组数据进行全面搜索,共鉴定得到25个PEPRK基因家族成员,其中包括5个橡胶树PEPRK基因,命名为Hb PEPRK1-5。序列分析发现橡胶树PEPRK和其他植物类似,在序列中部含有一个相对比较保守的激酶结构域,而两端的同源性相对较低。在基因结构和进化方面,PEPRK主要分为2个大的分支,相同分支的成员在结构域和内含子分布上更为相似,其中橡胶树和木薯PEPRK在进化上具有较近的亲缘关系。在基因的表达方面,Hb PEPRK1主要在稳定期的叶片中表达,Hb PEPRK2和Hb PEPRK5在树叶、树皮和胶乳中均有表达,Hb PEPRK4主要在种子中表达;另外,研究发现橡胶树PEPRK家族成员的表达还与叶片发育、乙烯利刺激、真菌侵染和低温胁迫具有一定的相关性。     

巴西橡胶树膜联蛋白基因家族成员的鉴定和表达分析

膜联蛋白是一个多基因家族,在植物逆境胁迫应答和生长发育等方面起重要作用。本研究以已发表的膜联蛋白氨基酸序列为探针,对橡胶树和其他5种植物的转录组和基因组进行搜索,鉴定得到14个橡胶树膜联蛋白基因家族成员,命名为Ann Hb1-Ann Hb14。基因结构分析发现,14个家族成员的内含子数目为3~6个,结构域的数目为2~4个。在进化上,橡胶树、木薯和蓖麻共3种大戟科植物的膜联蛋白具有较近的亲缘关系。表达方面,Ann Hb1在各组织中普遍表达,而Ann Hb6和Ann Hb7主要在胶乳中表达,Ann Hb10、Ann Hb8和Ann Hb13分别在树叶、树皮和雄花中特异表达,其他成员在各组织中低丰度表达或不表达;部分家族成员的表达还与叶片发育、乙烯利刺激、真菌侵染和低温胁迫等具有一定相关性。     

紫参薯查尔酮合成酶及异构酶基因的克隆与表达分析

查尔酮合成酶及其异构酶是黄酮类化合物合成途径中的2个关键酶,为研究其在紫参薯花青素合成途径中的功能,利用RT-PCR技术从紫参薯Da56块茎中克隆到查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS)和查尔酮异构酶(chalcone isomerase,CHI)基因,分别命名为DaCHS和DaCHI。结果表明:DaCHS基因包含825 bp的完整开放阅读框(ORF),预测编码274个氨基酸;DaCHI基因包含663 bp的完整开放阅读框,预测编码221个氨基酸。生物信息学分析结果表明,紫参薯DaCHS与油棕Eg CHS亲缘关系最近,氨基酸相似性达到90%;紫参薯DaCHI与野茶树CaCHI亲缘关系最近,氨基酸相似性达到67%。实时荧光定量PCR检测结果表明,DaCHS和DaCHI基因均具有组织表达特异性,其中DaCHS在花中相对表达量最高,而DaCHI在块茎中相对表达量最高;在紫参薯块茎发育不同时期的表达分析表明,DaCHS、DaCHI均在薯块膨大期相对表达量最高。本研究通过对DaCHS和DaCHI基因全长cDNA序列的克隆与分析,为紫参薯花青素合成途径的遗传调控及花青素形成机理的研究奠定基础。     

白藜芦醇合酶基因在花生根中的特异表达

利用花生白藜芦醇合酶基因特异片段,体外合成带地高辛标记的正、反义RNA探针;并与花生根的组织切片进行RNA原位杂交。结果表明,该基因的转录表达在根的韧皮部,其他组织中未见表达;酵母浸提液处理可使该基因的转录表达明显增强。     

二穗短柄草SPL家族基因的鉴定、系统发育和表达分析

植物特异性SPL家族基因编码SBP（squamosa promoter-binding protein-like）保守结构,参与调节植物的生长和发育。为了解二穗短柄草中SPL家族基因的分布、结构及功能,对二穗短柄草全基因组中SPL家族成员进行了系统分析。结果表明,在二穗短柄草全基因组中鉴定出17个BdSPL基因,在5条染色体上呈不均匀分布,bd03号染色体上分布最多;根据系统发育树,17个BdSPL被分为6个组,同组成员有保守的结构和基序;其中6对 BdSPL基因发生基因复制事件;在BdSPL基因启动子区域发现了各种顺式元件,如ABRE、CGTAC-motif和LTR。转录组数据和qRT-PCR分析显示,BdSPL基因在二穗短柄草花中表达量较高,而在根系中表达量较低,在不同植物激素处理下表达量有差异。     

不同花生品种白藜芦醇含量鉴定评价

本研究选取59份花生品种,连续2年在武汉、石家庄、濮阳和周口4个地点共8个环境种植,成熟收获后检测花生籽仁白藜芦醇含量。结果表明,供试花生品种白藜芦醇含量在品种间、环境间均存在极显著差异。武汉环境下所有材料两年白藜芦醇含量均值相对较高。综合分析2年4点种植的检测结果,筛选出多个环境下白藜芦醇含量表现较高且稳定的材料2份（冀花2号和冀花13号）。结合前期对这些品种的含油量和脂肪酸检测结果的相关性分析表明,花生籽仁白藜芦醇含量与含油量和8种主要脂肪酸含量均不存在显著相关性。本结果为培育高白藜芦醇兼具高油和优良脂肪酸组成的花生品种提供了理论基础。     

花生高亲和硝酸盐转运蛋白基因家族生物信息学分析

氮素利用效率(nitrogen utilization efficiency,NUE)是影响花生产量的重要因素之一.基于前期产量相关性状全基因组关联分析锚定到的一个候选基因,属于花生高亲和硝酸盐转运蛋白(nitrate transporter 2,NRT2)基因家族.本研究利用栽培种花生全基因组和不同组织的转录组信息,...     

花生CONSTANS-Like（COL）家族基因的克隆与表达分析

开花是植物从营养生长到生殖生长的重要过程,CONSTANS-Like（COL）基因是植物光周期诱导开花途径中的关键转录因子,但是在花生中的具体功能尚不清楚。本研究通过生物信息学的方法对花生COL 基因家族成员序列特征、系统进化关系、基因结构、保守结构域及表达模式进行分析,最终克隆了17个AhCOL 基因（AhCOL1-Ah⁃COL17）。花生17个AhCOL 基因氨基酸长度范围为327aa~617aa,等电点（pI）均小于7,在蛋白质序列的氮端与碳端 均含有保守的BBX和CCT结构域。此外,不同组织中的基因表达模式分析,表明多数AhCOL 基因在叶片中的表达量显著高于其他组织。不同时期的表达量分析表明多数AhCOL 基因的表达量从苗期到开花期呈现递增。本研究为研究花生AhCOL 基因的潜在功能奠定了重要基础。     

花生紫色酸性磷酸酶基因家族的鉴定及表达分析

紫色酸性磷酸酶（purple acid phosphatase, PAP）是一类金属磷酸酯酶,参与植物的磷素利用、碳代谢、细胞壁合成等多种生理功能,尤其是对磷缺乏的适应。本研究利用生物信息学手段在花生（Arachis hypogaea L.）全基因组水平上对PAP基因家族进行了鉴定,并对其系统进化关系、保守结构域、基因结构以及它们在22个组织中的表达模式进行了分析。结果表明：花生基因组中有39个AhPAP基因,氨基酸序列长度为205~905,等电点大多数都小于7,蛋白质C端均含有金属磷酸酶结构域。以花生、拟南芥、水稻、苜蓿共74个PAP蛋白构建的系统发育树可分为四组,每组中都含有来自不同物种的PAP,并没有因为物种差异而各自聚为一类。AhPAP基因家族中部分成员的表达具有组织特异性,arahy.P03NME、arahy.DAPS6C在根瘤中表达量最高,而它们在其他组织中表达量较低或未检测到表达。本研究为揭示AhPAP基因家族在花生中的生物学功能奠定了基础。     

不同O/L值花生品种油酸脱氢酶基因的时空表达特征

本研究以不同油酸/亚油酸比值（O/L比）花生品种为材料,利用实时荧光定量PCR技术,对四个不同O/L花生品种不同组织中油酸脱氢酶基因（FAD2）的表达进行相对定量分析。结果表明：FAD2基因在不同O/L基因型中组成型表达,其在根、茎、叶中表达量低,在花中表达量最高,显著高于荚果等其它组织中的表达量,且品种间差异达显著水平;花U606和花U12在花、幼荚、成熟荚果中的表达量呈依次下降趋势;花育17和狮油红4号在花、幼荚、成熟荚果中的表达量则呈现高-低-次高的表达趋势,差异达显著水平。       

花生DREB类转录因子基因AhDREB3的序列及非生物胁迫下表达分析

DREB类蛋白属于AP2/ERF转录因子家族的一个亚家族,在植物非生物胁迫抗性调控中具有重要功能。为了挖掘花生逆境胁迫相关功能基因AhDREB3,从已公布的花生基因中找到干旱应答元件结合蛋白3（AhDREB3）的编码基因全序列,做编码蛋白的进化分析。根据已知序列设计引物,通过荧光定量PCR检测了该基因在低温、高盐和干旱胁迫下及对外源ABA响应和表达。荧光定量PCR结果显示,AhDREB3基因在花生的叶片和根中对低温没有响应,对高盐（叶片和根）和干旱（根）胁迫有较大响应,说明它可能参与了花生对高盐和干旱胁迫的适应性调控。此外,AhDREB3基因的表达在花生叶片和根中对外源ABA响应变化小,暗示了该基因在花生中可能通过不依赖于ABA的方式起作用。     

花生Argonaute 基因家族全基因组鉴定与表达模式分析

AGO蛋白（Argonaute protein）是RNA诱导沉默复合体的关键组分,在植物生长发育中发挥重要作用。花 生基因组测序的完成为全基因组水平上分析AGO抗病基因提供了条件。利用AGO蛋白的保守域在花生基因组数 据库与NCBI中进行同源比对,鉴定得到花生AGO 基因家族所有成员。我们基于生物信息学对AGO蛋白家族的进 化关系、理化性质、染色体定位、基因结构、结构域、不同组织中和胁迫下的表达模式等进行分析。结果表明：试验 共鉴定得到51个花生AGO 基因,包括12个A.duranensis 基因,12个A.ipaensis 基因以及27个栽培种花生AGO 基因。 染色体定位分析结果显示这些基因不均匀地分布在花生染色体上,且A.duranensis 与A.ipaensis 基因组上有10对成 员存在较为明显的同源关系。表达模式分析表明AdAGO2、AiAGO4、AdAGO3、AiAGO7、AdAGO8、AiAGO8 基因在花生 22个组织中整体表达量偏高;而花生茎尖（Shoot Tip）与雄蕊（Stamens）中AGO 基因家族呈现较高表达量。本研究结 果为揭示AGO蛋白功能和发掘花生的抗逆育种靶向基因资源提供了一定的理论依据。     

花生类受体蛋白激酶AhAlSRK的原核表达与体外活性分析

基于对已有转录组数据的分析,发现花生AhAlSRK（LOC107458489）基因在耐铝花生品种99-1507和铝敏感型花生品种中花2号（ZH 2号）受铝毒害后基因表达量出现明显差异,暗示其可能参与花生铝胁迫下信号传递铝胁迫响应机制。花生AhAlSRK 基因与拟南芥富含亮氨酸类受体蛋白激酶（leucine-rich repeat receptor-like kinases,LRR-RLKs）VIII_2亚家族中的AT1G56140 基因具有相似的结构,为同源基因。为验证花生AhAlSRK蛋白激酶活性,克隆了AhAlSRK 的全长编码序列,并基于对AhAlSRK蛋白结构预测的基础上,克隆了AhAlSRK的胞内域,构建其原核表达载体pGEX-6p-1-AhAlSRK-CD,转入大肠杆菌菌株Rosetta 2 (DE3) plysS。在1 mmol/L IPTG 条件下,16 ℃低温诱导过夜,成功诱导可溶性GST-AhAlSRK-CD蛋白。重组蛋白GST-AhAlSRK-CD表达效率较高,经过自磷酸化检测验证其具有丝/苏氨酸和酪氨酸激酶活性。实验结果为后续在蛋白质水平上探究AhAlSRK 基因响应铝胁迫机理打下基础。     

芝麻赤霉素合成相关基因鉴定与表达分析

赤霉素的生物合成是多种酶促反应的过程,与植物植株发育、逆境响应密切相关。为分析芝麻基因组中赤霉素合成相关基因的分布、结构和活性特征,本研究以芝麻基因组序列和不同组织转录组为对象,通过生物信息学方法,从中共鉴定出32个赤霉素合成相关基因,分属7个不同的基因家族,分布在除5号染色体外芝麻所有的染色体上。不同基因家族蛋白质肽链长度存在较大差异,其中CPS家族的蛋白质序列最长,平均包含776个氨基酸残基;KAO家族蛋白序列长度的变异最大,在401-834个氨基酸之间。所有芝麻赤霉素合成相关基因编码的蛋白质预测为亲水性蛋白。与拟南芥、水稻、大豆、葡萄、高粱、番茄等物种相比,芝麻中赤霉素合成相关基因数目处于中等水平,但CPS家族中芝麻的基因数目明显多于其他物种,进化分析表明,在分析的7个物种中,芝麻与番茄具有较近的进化关系。在不同组织中,7个相关基因家族表达模式不同。KS家族基因在种子、茎尖和叶片中表达相对较高;CPS家族基因在心皮和种子中活性较强,但在茎尖和叶片中几乎没有表达;KAO和KO家族基因在不同组织中整体上具有相对较高的活性,而KS、GA3ox家族的基因在不同组织中整体表达量较低。就不同组织而言,种子中的GA合成相关基因活性整体较高;而在根尖、茎尖、叶片等与芝麻植株形态建成密切相关的3个组织中,这些基因表达以根尖较突出、其次为茎尖,在叶片中的活性整体较低。本研究为解析芝麻赤霉素合成相关基因的结构特征及其在不同组织中的作用特点提供了基因信息和理论参考。