龙眼BRI1基因家族的全基因组鉴定及光照响应表达

为了解龙眼BRI1基因家族的生物学功能及响应光照机制,对其BRI1基因成员鉴定、基因结构、蛋白保守结构域、启动子顺式作用元件、互作miRNA预测、不同体胚发生阶段和不同组织器官的FPKM值及其响应光照表达模式等进行分析.结果表明:DlBRI1基因家族包含4个成员,分别命名为DlBRI1-1、DlBRI1-2a、DlBRI1-2b和DlBRI1-3.DlBRI1是一种无内含子基因,无内含子基因在转录的过程中不需要经历内含子的剪切步骤,是响应外界因素的一种快速应答基因.龙眼BRI1蛋白家族为植物富亮氨酸重复类受体蛋白激酶的一种,其在植物激素信号转导和非生物胁迫中具有重要调控作用.龙眼BRI1四个家族成员启动子均含有大量的光响应元件、激素应答元件、非生物胁迫响应元件,表明龙眼BRI1家族基因可能是连接光信号转导与激素信号转导的重要纽带. DlBRI1-3为miR390e的靶基因. FPKM值分析表明,DlBRI1-1和DlBRI1-3在体胚发生过程和不同组织部位中均呈现高表达,推测DlBRI1-1和DlBRI1-3可能在龙眼整个生长发育过程中起到更为关键的作用.荧光定量PCR结果推测,蓝光信号使得miR390的表达量显著减少,导致靶基因BRI1-3的表达量增加,从而影响油菜素内脂从属基因BZR1、转录因子PIF4,进而影响龙眼功能性代谢产物积累.本研究表明DlBRI1具有功能多样性,可能在龙眼响应光信号、激素信号、非生物胁迫及代谢调控中发挥作用.(图8表3参46)     

龙眼漆酶家族成员全基因组结构与功能分析

为了解龙眼漆酶(DlLAC)家族的生物学功能,采用生物信息学分析方法进行龙眼基因组LAC基因成员鉴定,蛋白结构域及特性、启动子顺式作用元件、分子进化树分析、体胚发生过程和组织器官特异表达的FPKM分析以及可能互作的mi RNA预测.结果显示:DlLAC家族基因包含42个基因成员,分为7大类;基因家族成员内含子数量1-8个不等,以5个为主,其中DlLAC15-1中存在600 bp短串联重复序列;DlLAC蛋白结构域共存在5种类型,均属于铜蓝蛋白,以3个铜蓝氧化酶结构域为主;DlLAC蛋白均为分泌型蛋白,亚细胞定位预测在胞外,包含2个以上糖基化位点,具有多个保守的motif;5端调控序列预测分析,DlLAC可能具有多个转录起始位点;DlLACp启动子序列均包含大量非生物胁迫应激响应元件、胚乳特异表达元件及MYB结合位点,推测MYB可能通过DlLAC进而调控龙眼胚胎发育.DlLAC9-1p、DlLAC12p、DlLAC17-2p含黄酮类化合物合成调控的MYB结合位点,可能参与龙眼生长发育过程中种子成熟和果皮成色的色素合成途径;DlLAC家族成员可能参与不同体胚发育过程和不同组织器官形态建成.42个龙眼漆酶成员共有28个受miRNA调控,13个成员受miR397调控,可能与木质素合成相关,8个成员受miR1535调控.非miR397调控的成员可能发挥其他重要的生物学功能.本研究表明,DlLAC家族成员在龙眼生长发育过程中除了参与木质素合成以外,还可能参与胚胎发育、胚乳发育、色素合成、组织器官特异表达等重要生物学功能,表现其功能上的多样性.     

龙眼Aquaporin家族的全基因组鉴定及其在体细胞胚发生早期的表达

水孔蛋白(AQP)是生物调控水跨膜运输的重要通道.为了解龙眼AQP基因家族的生物学功能,利用本实验室的龙眼基因组数据库,结合生物信息学的分析方法进行龙眼全基因组范围内AQP家族成员的鉴定,并对其蛋白质理化性质、系统进化关系、共线性、选择压力、基因结构、保守基序、蛋白质保守结构域、顺式作用元件、蛋白质互作和体细胞胚早期不同阶段的基因表达情况进行分析.结果显示,龙眼AQP基因家族共有35个成员,蛋白分子量在17.77×10~3-44.30×10~3 kD之间,分布在14条染色体上;经系统发育树分析,可将其分为5个不同亚家族:PIPs、TIPs、NIPs、SIPs和XIPs;不同亚家族间等电点、磷酸化位点、内含子数量和motif分布差异较大;AQP家族成员间共有6对共线性基因,与拟南芥基因组间有28对共线性基因,且在进化过程中都受纯化选择作用;龙眼AQP家族蛋白质都含有MIP保守结构域;其家族成员可与SYP、PP2A和BOR发生互作,PIP亚家族内的蛋白互作关系最强;基因组的FPKM值分析发现,大部分AQP成员可在龙眼胚胎早期不同阶段进行表达,其中DlTIP4的表达量在所有阶段远高于其他成员,可能在整个过程中发挥着重要作用.本研究表明龙眼35个AQP家族成员基因可能在体细胞胚胎发育阶段发挥重要作用,并且可能响应干旱、低温等非生物胁迫和脱落酸、生长素等植物激素的调控,在功能上具有明显的多样性.(图9表3参55)     

龙眼GRF家族全基因组鉴定及表达模式

生长调节因子(growth regulating factor,GRF)是植物体内特有的一种转录因子,在植物生长发育、渗透胁迫中发挥重要的作用.基于龙眼基因组和转录组数据,采用生物信息学分析的方法对龙眼GRF(DlGRF)家族成员进行鉴定命名;分析其基本理化性质、基因结构、蛋白结构域、启动子序列顺式作用元件;构建系统进化树、预测可能直接调控DlGRF的miRNAs;分析DlGRF家族在龙眼非胚性及胚性培养物、组织器官、光质与激素处理下的表达水平;采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测DlGRF的表达模式.结果显示,龙眼DlGRF家族包含9个成员,均含有QLQ和WRC保守结构域;包含2-5个外显子,以3个为主;分布于四大分支上,与甜橙、拟南芥GRF亲缘关系较近;DlGRF蛋白包含7个motif;启动子序列中包含众多光响应、激素应答、厌氧感应、胁迫响应及其他与生长发育相关的作用元件.转录组结果显示,DlGRF家族8个成员在球形胚阶段表达量高于其他阶段;各成员均在种子中有较高表达量,对蓝、白光及激素响应明显. qRT-PCR结果显示,DlGRF1-2、DlGRF2-1、DlGRF2-2、DlGRF4、DlGRF5-1及DlGRF7在球形胚阶段表达量最高;DlGRF1-1、DlGRF1-2、DlGRF2-2及DlGRF5-2在脱落酸(ABA)、茉莉酸甲酯(MeJA)和赤霉素(GA3)等激素处理中表达上调.此外,DlGRF可能受miR396a调控,调控方式为裂解靶标.本研究表明DlGRF在进化过程中保守性较高,且可能受到蓝光和激素的诱导,参与龙眼非胚性及胚性培养物尤其是球形胚及种子发育形成的过程.(图6表3参42)     

龙眼miR156家族及其调控靶标SPL的生物信息学和表达模式

为了解miR156基因家族的进化特性及其在龙眼早期体胚发生过程中的调控作用,对植物miR156家族成员的成熟体和前体序列进行多重比对和进化特性分析,并对龙眼miR156基因家族成员进行了前体(pre-miRNA)二级结构预测、靶基因预测及裂解位点验证,利用qPCR技术探究龙眼体胚发生早期miR156a与靶基因SPL6/9/16调控模式.结果表明,龙眼miR156家族含有13条成熟体序列和6条前体序列.Mfold预测显示,pre-miR156家族6个成员的序列均能形成典型稳定的茎环二级结构,它们的最小折叠自由能(ΔG)在-43.30--62.60 kal/mol;成熟序列的碱基保守性高.系统发育进化树分析显示,龙眼miR156家族与水稻、拟南芥的miR156亲缘关系更为接近.靶基因预测显示,龙眼miR156a的靶基因是SPL2、SPL6、SPL9、SPL16、SPL18;利用改良的RLM-RACE在龙眼愈伤组织中检测到SPL6/9/16的断裂片段,miR156a在与靶基因mRNA互补的第10个核苷酸处切割靶标mRNA.实时荧光定量PCR显示,在龙眼体胚发生早期miR156a在0-9 d表达平稳,仅在球形胚(globular embryos,GE)阶段显著下调,SPL6/9/16表达量持续上调,在GE阶段表达量最高,提示SPL6/9/16的大量积累对龙眼球形胚形态建成具有重要作用.本研究表明植物miR156基因家族成熟体序列高度保守,且miR156a的下调表达与靶基因SPL6/9/16的大量积累可能对龙眼球形胚的建成具有重要意义.(图7表2参22)     

茶树CSD1基因及其启动子克隆与低温胁迫下的表达

低温寒害严重影响茶树的生长发育状况及成品茶品质,Copper/zinc-superoxide dismutase(CSD)基因在植物抗胁迫响应中起着关键作用.为了解茶树CSD基因(CsCSD)响应低温胁迫的作用机制,以铁观音茶树叶片为供试材料,采用同源克隆结合RACE方法及染色体步移法,获得茶树CSD1基因的cDNA序列(GenBank登录号:KR078346)、gDNA序列及其启动子序列,并对其进行生物信息学分析,同时对低温胁迫处理下CsCSD1基因的表达模式也进行分析.结果显示,茶树CsCSD1基因cDNA全长860 bp,完整的开放阅读框(ORF)长度为459 bp,共编码152个氨基酸;gDNA基因结构分析发现CsCSD1基因由6个外显子和5个内含子构成;CpG岛预测发现启动子区域内存在1个CpG岛,CpG长度为219bp,GC含量为50.3%;CsCSD1启动子上还存在大量的顺式作用元件,包括光响应元件、激素响应元件、胁迫响应元件和其他响应元件;在低温胁迫下CsCSD1基因的表达模式显示,在低温胁迫前期,CsCSD1基因表达上调;随后CsCSD1基因的表达量不断下降.本研究表明,CsCSD1基因能够响应低温胁迫并在胁迫的不同时期发挥不同的作用,推测与低温胁迫密切相关.     

西番莲查尔酮合成酶(CHS)基因家族全基因组鉴定及表达模式北大核心CSCD

为了解西番莲(Passiflora edulis Sims f.)查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS)基因家族的分子进化特性及其在果皮着色与非生物胁迫中的功能,从Pfam数据库下载CHS蛋白HMM模型,并使用HUMMER 3.0、Blast工具和CDD-search鉴定出西番莲基因组中的CHS基因.采用TBtools、EXPASy、MEGA 7.0、MEME、PRAB、SWISSMODEL和PlantCARE等软件对其氨基酸与碱基序列进行生物信息学分析,采用qRT-PCR的方法检测西番莲CHS(PeCHS)基因家族成员进行表达模式分析.研究结果显示西番莲基因组中共有11个PeCHS基因家族成员,分布在6条染色体上,可分为4个亚族,基因结构分析显示2个PeCHS(PeCHS5和PeCHS9)基因具有3个外显子,其他PeCHS基因只具有2个外显子.西番莲物种内共线性分析结果显示两个PeCHS基因对具有片段重复特征:PeCHS3-PeCHS6和PeCHS7-PeCHS9.多物种共线性分析结果显示,只有PeCHS10基因与其他物种具有进化关系.启动子顺式作用元件分析表明该基因家族成员启动子上含有大量逆境胁迫和激素、响应元件.qRT-PCR结果显示PeCHS基因在紫色果皮中的表达量明显高于黄色果皮,且大部分PeCHS基因的表达量在紫色西番莲果皮转色后显著增加.此外,分别有5个(PeCHS3、PeCHS4、PeCHS6、PeCHS8、PeCHS10)和6个(PeCHS1、PeCHS3、PeCHS4、PeCHS7、PeCHS8、Pe CHS11)基因的表达量在高温与低温胁迫下显著提高.本研究表明西番莲的CHS家族成员序列相对保守,并且部分成员可能在果皮花青素积累与温度胁迫中发挥重要作用.(图10表4参53)     

Identification and expression of the COI1 gene family in Camellia sinensis and its expression in oolong tea processing北大核心CSCD

茉莉酸受体蛋白COI1(coronatine insensitive 1)是茉莉酸信号转导途径的重要组成部分,为鉴定分析茶树茉莉酸受体COI1基因家族,预测其潜在的分子功能,了解茉莉酸受体COI1基因在乌龙茶加工中应答胁迫的分子机制,利用生物信息学方法对茶树茉莉酸受体COI1进行家族成员鉴定,氨基酸序列、结构域、基因结构、进化分析以及启动子顺式元件分析,结合实时荧光定量分析CsCOI1基因在乌龙茶加工中的表达.结果显示,茶树茉莉酸受体CsCOI1家族有两个成员,均含有F-box和富亮氨酸重复序列(LRRs)两个结构域;单子叶、双子叶的COI1蛋白各聚一支,且与蜜柑进化关系较近;茶树COI1基因家族两个成员均含有3个内含子,启动子顺势元件主要有胁迫响应元件、激素响应元件以及光响应元件;转录组数据说明茶树CsCOI1基因具有较强的组织表达差异性.实时荧光定量分析表明,CsCOI1a基因在室内萎凋后表达显著上调,且15 min、30 min日光萎凋后CsCOI1b基因的表达水平显著上调,同时茉莉酸含量发生显著变化.本研究推测CsCOI1基因可能通过茉莉酸信号转导途径参与乌龙茶加工中萎凋的胁迫响应过程,该结果可为乌龙茶加工品质调控奠定基础.(图8表2参30)     

Identification and expression analysis of the HvENOD93 gene family in barley北大核心CSCD

早期结瘤素93(ENOD93)蛋白在植物根瘤形成初期扮演着重要的角色.基于大麦基因组信息鉴定大麦ENOD93基因家族成员,分析其理化特性、进化关系、基因结构、蛋白质结构和启动子顺式作用元件;并分析ENOD93家族在不同组织和不同基因型(籽粒大小)的表达情况.结果显示,大麦ENOD93基因家族有16个成员,均含有ENOD93基因家族特有的保守结构域;编码区长度在207-627 bp之间,外显子数量有1-4个,平均2.75个,且大部分位于细胞膜上;进化树结果表明与水稻、小麦和玉米等禾本科植物ENOD93基因的亲缘关系较近;启动子顺式元件主要有植物生长发育响应元件、胁迫响应元件以及激素响应元件;大部分HvENOD93基因在灌浆期籽粒和大粒材料中表达量较高.推测大麦HvENOD93基因在籽粒大小形成中起关键性作用;另外,结合其他物种相关基因研究结果,共筛选出3个同源基因.(图4表2参45)     

福州宦溪野生蕉CBF7的cDNA与启动子克隆及在不同温度下的表达特性

CBF(CRT/DRE-binding factor)在植物低温响应及抗寒性的形成中起着重要的作用.香蕉基因组中只包含有1个CBF7基因,以香蕉基因组序列为参考,采用同源克隆的方法,从福建宦溪野生蕉(Musa itinerans)叶片中克隆CBF7-1基因的c DNA全长序列及其启动子序列.生物信息学分析显示宦溪野生蕉的CBF7-1具有植物CBF家族的典型AP2结构域,物种间序列特异性强;启动子富含多种类型的顺式作用元件,并且具有Cp G岛.q PCR分析表明CBF7-1在28℃时表达量最高,随着温度降低表达量逐渐下降,但在0℃时反而又升高.这表明宦溪野生蕉的CBF7-1可能与低温胁迫、耐热性均相关.     

香蕉MaPFK基因家族鉴定、MaPFK3克隆和表达

为研究香蕉中MaPFK基因的功能和生物学特性,采用生物信息学分析法对香蕉A基因组的MaPFK基因家族成员进行鉴定、蛋白特性分析、分子进化树分析、FPKM值分析,同时以‘天宝蕉’为材料,通过RT-PCR技术克隆MaPFK3基因,进行生物信息学分析;采用qRT-PCR技术进行低温胁迫下的表达分析.结果表明,MaPFK家族包含12个成员,分子进化树分析可分为3类,FPKM值分析表明MaPFK成员在13、4、0℃不同低温胁迫下有不同程度的上调或下调表达.采用RT-PCR技术克隆了MaPFK3,其基因编码区长1 617 bp,预测编码538个氨基酸,MaPFK3编码蛋白属于PFK超家族,是不稳定的酸性亲水蛋白,无信号肽,亚细胞预测定位于细胞质;MaPFK3启动子顺式作用元件预测分析结果显示,MaPFK3启动子含有光响应、激素响应以及与逆境胁迫相关的作用元件.qRT-PCR分析结果显示,香蕉MaPFK3基因的表达具有组织差异性,且表达量为叶片>假茎>根;低温胁迫引起‘天宝蕉’中MaPFK3基因下调表达,在13、4、0℃不同低温胁迫下,MaPFK3的表达量为13℃<4℃<0℃.本研究表明MaPFK基因家族成员能在香蕉应对低温胁迫的过程中发挥着重要作用.(图11表2参32)     

龙眼胚性愈伤组织Cu/Zn-SOD分子伴侣基因CCS的克隆及其在体胚发生过程中的表达分析

为了解Cu/Zn超氧化物歧化酶分子伴侣基因(CCS)在龙眼体胚发生过程中的表达调控机制,以龙眼松散型胚性愈伤组织为材料,采用RT-PCR法,克隆了长960 bp含有完整开放阅读框的龙眼DlCCS核酸序列,其编码一个含有319个氨基酸的蛋白质(GenBank登录号:FJ973472).生物信息学分析显示:该蛋白为亲水的、稳定的、含有跨膜结构域的酸性蛋白质,定位于叶绿体;与毛果杨、葡萄、拟南芥、水稻和锦鸡儿具有较高同源性,含有植物CCS蛋白所特有的3个保守结构域;预测其通过不同的磷酸化方式,改变酶活性及蛋白构象,参与龙眼体胚中超氧化物代谢以及金属离子转运等生物学过程,在氧化还原过程中发挥作用.利用实时荧光定量PCR(qPCR)技术研究该基因在龙眼体胚发生发育过程中的表达情况,结果显示,从松散型胚性愈伤组织(Stage 1)到胚性紧实球形结构阶段(Stage 4),DlCCSmRNA的转录水平较低且波动小;当胚性紧实球形结构进一步发育到子叶形胚阶段(Stage 8),其表达量迅速增加,在成熟胚阶段(Stage 9)达到最高峰,提示DlCCS可能在龙眼体胚的中晚期起主要作用     

茶树GH1基因家族鉴定及其在茶鲜叶萎凋过程的表达

糖苷水解酶第1家族基因(GH1)在茶叶香气形成中发挥着重要作用.为了解茶树GH1家族成员的进化特性及其在茶鲜叶萎凋过程的表达规律,基于茶树基因组数据库,对GH1基因家族进行全基因组鉴定,并对其编码蛋白的理化性质、亚细胞定位、保守基序及其在不同组织和茶鲜叶萎凋过程的表达模式进行分析.结果显示,茶树GH1基因家族共31个成员,分为5个亚家族,同一亚家族的GH1具有类似的保守基序,保守性较高.GH1基因编码142-871个氨基酸,GH1在细胞中分布很广,包括分泌通路、细胞核、胞浆等.GH1基因表达量从高到低依次为幼嫩茎段、幼根、幼果、成熟叶、嫩叶、顶芽、老叶和花.在茶鲜叶萎凋过程中,大部分GH1基因在鲜叶和萎凋减重10%阶段优势表达,而CsGH1BG6、CsGH1BG7和CsGH1BG26在茶鲜叶萎凋减重20%至60%之间上调表达,这是GH1基因参与白茶加工品质调控的关键时期.本研究表明上调表达的GH1基因对茶鲜叶的失水胁迫调控和萎凋过程香气的形成起到积极的作用,可作为进一步开展茶鲜叶萎凋过程品质形成研究的候选基因;结果可为茶叶加工品质调控奠定基础.(图5表2参30)     

eTM、microRNA319及其调控靶标在龙眼体胚发生早期的表达模式

MicroRNA319作为最保守的miRNA家族之一,在植物器官形态建成、激素信号转导、抵抗外界胁迫等途径中均有重要作用.为了解miR319在植物体胚中的调控途径,利用龙眼转录组数据库筛选miR319成熟体(miR319)和前体序列(pre-miR319),并通过DNAMAN 6.0和Mfold分析miR319的定位和pre-miR319的二级结构;进而采用TAPIR和psRNAtarget预测选定的miR319成员的内源诱捕靶标(endogenous target mimics,eTM)及候选靶标,并通过RLM-RACE验证靶标裂解位点,最后分析eTM、miR319及其靶标在龙眼体胚发生早期的表达模式.结果显示,龙眼4个miR319成员有1个定位于miR319a scafflod517,有3个定位于miR319a scaffold225.因此,以miR319a scaffold225为研究对象,将其命名为pre-miR319a,其上的成熟体分别命名为miR319a-3p.1、miR319a-5p.1和miR319a-5p.2.裂解位点显示龙眼miR319a 3个成员中,miR319a-3p.1的靶基因为TCP2和TCP4(Dlo_022819.1,Dlo_026743.1),miR319a-5p.1的靶基因为吲哚-3-甘油磷酸合成酶(IGS)和ABI3-5抑制因子,miR319a-5p.2未验证到靶基因.qPCR显示,在龙眼早期体胚发生过程中,miR319a 3个成员的表达模式基本一致,呈显著上调趋势.另外,除eTM8637外,其余eTM的表达模式与其相应的miR319a成员基本呈现为负相关趋势,均为下调趋势. miR319a-3p.1与其靶基因基本呈现为负调控趋势,miR319a-5p.1与ABI3-5抑制因子在龙眼早期体胚发生后期呈现负调控,与IGS没有明显负相关.本研究初步验证了"eTM-miR319a-靶基因"信号途径可能参与到龙眼早期体胚发生的形态建成.(图4表3参46)     

香蕉MaMPK1基因的克隆与表达模式

为研究香蕉MAPK1的序列特征及其在不同激素处理、逆境胁迫下的表达趋势,以‘天宝蕉’为材料,采用RTPCR技术克隆MaMPK1并对其进行生物信息学分析和不同处理下的表达模式分析.结果显示该基因编码区长为1182bp,可编码393个氨基酸.其编码蛋白具有STKc_TEY_MAPK结构域,属于MAPK基因家族TEY亚型A亚家族,是不稳定的脂溶性亲水酸性蛋白,无信号肽和跨膜结构,有多个磷酸化位点.亚细胞定位预测结果显示MaMPK1主要定位于细胞核.蛋白互作预测结果显示该蛋白与HSFA4A存在互作,暗示其可能在香蕉抗热反应过程中发挥作用.启动子顺式作用元件预测结果显示MaMPK1启动子包含多种激素和逆境胁迫相关作用元件.定量分析结果显示MaMPK1的表达受SA、45℃、低温和盐胁迫抑制,受茉莉酸甲酯(MeJA)和枯萎病菌侵染诱导上调,在脱落酸(ABA)处理后期极显著上调表达.本研究表明MaMPK1广泛参与香蕉逆境胁迫应答.(图9表1参35)     

龙眼生长素受体基因TIR1的克隆及其与miR393互作关系

为了解龙眼生长素受体基因TIR1的功能,以龙眼胚性愈伤组织为材料,在转录水平上对TIR1(命名为Dl TIR1-3)及其启动子进行克隆和分析,并在转录后水平上研究TIR1与mi R393的相互调控关系.结果表明,Dl TIR1-3 c DNA全长2196 bp,包含ORF 1 716 bp,编码571个氨基酸(Gen Bank登录号:KR558761);生物信息学分析发现,Dl TIR1-3属于不稳定蛋白,不含有信号肽,含有跨膜螺旋结构,具有F-box保守结构域和富含异亮氨酸重复结构,且Dl TIR1-3与碧桃TIR1保持较高的同源性.染色体步移法克隆获得Dl TIR1-3启动子序列2909 bp(Gen Bank登录号:KR558763),该启动子不存在Cp G岛但含有大量光反应、激素应答、组织特异性调控、胁迫响应以及其他生长发育相关的作用元件.ps RNAtarget结合改良RLM-RACE验证表明mi R393能够裂解Dl TIR1-3从而抑制其m RNA转录;q PCR结果显示,Dl TIR1-3与mi R393相互平衡能够调节龙眼体胚形态建成及响应激素调控.由此可见,Dl TIR1-3通过转录水平的调控作用在龙眼生长发育、激素应答、组织分化及胁迫响应等过程中发挥重要功能,而在转录后水平上mi R393通过裂解Dl TIR1-3参与相关调控过程.     

龙眼miR403及其候选靶标对外源激素的响应模式以及在龙眼体胚中的表达模式

MicroRNA403(miR403)为双子叶植物特有的miRNA家族,其在双子叶植物抗病、逆境胁迫和生长发育中具有重要作用.为了解miR403及其候选靶标对外源激素的响应模式以及在龙眼体胚发生过程中的表达模式,利用psRNAtarget对miR403潜在靶标进行预测,采用改良RLM-RACE技术验证其裂解位点,通过qPCR技术检测miR403及其候选靶标对外源激素的应答及在龙眼体胚中的表达模式.结果显示,共获得41个龙眼miR403的潜在靶标,包含4个PPR(Pentatricopeptide repeat protein)和3个PCNT115(Auxin-induced protein PCNT115),却未发现AGO2(Argonaute2).4个PPR中Dlo_014588.1和Dlo_014589.1序列一致,而3个PCNT115基因序列在所预测的miR403结合位点上下游序列基本一致.裂解位点显示,miR403不具备裂解AGO2 mRNA的能力,但介导PPR(Dlo_014588.1)和PCNT115 mRNA的裂解,裂解位点位于miR403 5′端的第2和第3个碱基之间. qPCR显示,miR403响应脱落酸(ABA)信号并显著上调,PPR和PCNT115对不同浓度的ABA呈现不同的表达模式,PPR和PCNT115在5μg/L ABA时显著上调,随后,PPR先显著下调(50μg/L ABA),而后显著上调(5 000μg/L ABA),而PCNT115呈显著下调趋势;miR403不响应赤霉素(GA3)信号,而PPR和PCNT115随着GA3浓度升高而上调;miR403可以响应不同浓度的水杨酸(SA)和2,4-D信号显著下调,而其靶基因显著上调.不同胚性培养物中qPCR显示,miR403仅在龙眼胚性愈伤组织(EC)高度表达且在龙眼体胚发生过程中显著下调,PPR在EC和子叶胚(CE)高度表达,PCNT115在CE和成熟胚(ME)高水平表达,三者之间并未呈现明显的负调控趋势.本研究表明在龙眼体胚中miR403并不靶向调控AGO2,而是调控PPR和PCNT115;另外,miR403可能响应ABA、SA和2,4-D调控PPR和PCNT15参与到龙眼体胚发生过程中.(图5表2参48)     

香蕉含VQ基序蛋白基因MaVQ1的克隆与表达

克隆香蕉含VQ基序蛋白基因MaVQ1,研究其序列特征及其在不同激素处理和逆境胁迫下的表达模式.采用RTPCR技术从‘天宝蕉’中克隆了该基因,对其进行生物信息学分析,并利用实时定量PCR技术(qRT-PCR)研究它在不同组织部位和不同激素、不同逆境胁迫处理下的表达情况.结果显示:MaVQ1编码序列(CDS)长为459 bp,可编码一个分子式为C_(732)H_(1164)N_(210)O_(207)S_3、分子量为16 314.76、等电点为10.19的不稳定亲水性蛋白.MaVQ1含有保守的VQ结构域,不含跨膜结构和信号肽,与小果野蕉VQ亲缘关系最近.亚细胞定位预测结果显示MaVQ1主要定位在细胞核.蛋白互作预测结果显示MaVQ1与其他香蕉VQ蛋白以及WRKY互作系数最高.启动子顺式作用元件预测结果显示MaVQ1启动子包含多种光响应元件、激素响应元件和逆境胁迫相关作用元件.转录因子结合位点分析结果显示其启动子上存在大量的ERF结合位点.qRT-PCR结果显示:MaVQ1在不同组织部位中的表达无显著差异,其表达受茉莉酸、脱落酸和低温显著诱导,受高温和干旱抑制.本研究表明,与其他植物VQ类似,MaVQ1的表达受多种激素和逆境影响,暗示其可能在香蕉抗逆防御反应过程中发挥着重要调节作用.(图6表2参33)     

龙眼miR167家族分子特性及其潜在靶标在体胚发生早期的表达模式

为了解miR167家族成员的分子特性及其可能互作的靶标在龙眼体胚发生早期的调控机制,采用生物信息学分析方法进行龙眼miR167基因家族序列分析、二级结构预测、分子进化树分析、靶基因预测及其靶标特异表达的FPKM值分析,并采用实时荧光定量PCR技术(quantitave real-time PCR,qPCR)检测miR167家族在体胚发生早期的转录水平.结果显示,龙眼miR167前体序列存在一个长为20 nt的重叠区域,miR167b的中间序列区域和3’端与此区域存在多个碱基差异;龙眼miR167前体成员均能形成茎环结构,且最小折叠自由能介于-79.95--46.90 Kal/mol之间;分子进化树显示龙眼miR167前体成员分别与番木瓜(Carica papaya)、番茄(Solanum lycopersicum)、高粱(Sorghum bicolor)和大豆(Glycine max)亲缘关系最近,miR167a、c、d、f在成熟体进化树中聚于同一支,靶标预测结果显示它们可能调控6个相同的靶基因,即E3泛素连接酶BIG BROTHER(BB)、AIRP2,MYB转录因子和生长素应答因子(ARF6、ARF8、ARF6-3),miR167b则单独分布于另一支中,并可能调控2个特异靶标,即赖氨酸特异性组蛋白去甲基化酶1(LSD1)和细胞周期素(cyclin-C1-2-like);qPCR结果显示dlo-miR167a、c、d的表达均呈上调趋势,dlo-miR167d、f在3个阶段的表达水平较低;FPKM值显示ARF6/8、BB在体胚发生早期的表达模式与dlo-miR167a、c、d趋于一致,与AIRP2呈负相关.本研究表明在体胚发生早期ARF6/8和BB可能不受龙眼miR167的靶向调控,miR167可能通过靶向AIRP2参与早期体胚发生的形态建成,提示龙眼miR167基因功能的协同性和独立性并存.(图9表3参54)     

Genome-wide identification and hormone expression patterns of the MaPIF family of banana genes北大核心CSCD

植物光敏色素作用因子(phytochrome interacting factor,PIF)是广泛分布于植物体内的一种转录因子,在植物的生长发育方面有着重要的作用.基于香蕉基因组数据,对香蕉MaPIF基因家族进行基因组鉴定,采用生物信息学分析方法对其进行命名,分析理化性质、蛋白质结构、基因结构、启动子顺势作用元件以及构建系统进化树;分析PIF家族在不同激素处理下的表达情况.结果显示,香蕉MaPIF家族有7个成员,均含有高度保守的bHLH结构域;编码区长度在1 116-2001bp之间,至少包含5个内含子,且大部分位于细胞外;进化树结果可以发现与拟南芥、水稻以及玉米PIF的亲缘关系较近;顺式作用元件预测结果显示,MaPIF上存在多种与激素和光相关的响应元件.qRT-PCR结果显示,MaPIF3-1、MaPIF4、MaPIF4-1在生长素(IAA)、赤霉素(GA)、生长素抑制剂(NPA)处理中均有显著表达,除此之外,所有成员在脱落酸(ABA)处理下均有明显表达.本研究表明MaPIF在香蕉生长发育中激素调控有重要作用.(图7表3参45)