中华猕猴桃EIN3/EIL转录因子家族的成员鉴定、系统进化和基因表达模式

EIN3/EIL家族是一类非常重要的转录因子,调控植物包括果实成熟在内的众多生长发育过程.对中华猕猴桃EIN3/EIL家族进行系统的生物信息学和比较基因组学研究,在中华猕猴桃基因组中鉴定得到8个EIN3/EIL转录因子;其蛋白序列包括1个酸性氨基酸富集区、1个脯氨酸富集区以及5-7个碱性氨基酸富集区.包括中华猕猴桃在内的20种植物的EIN3/EIL成员的系统进化树表明,EIN3/EIL基因在众多植物基因组中同时存在趋同和趋异的进化趋势.中华猕猴桃EIN3/EIL基因家族成员的增加主要源于其进化过程中发生的全基因组三倍化倍增事件.在果实成熟过程中,中华猕猴桃EIN3/EIL基因呈现组成型的高或低表达两种截然相反的基因表达趋势.本研究鉴定得到了中华猕猴桃EIN3/EIL家族的成员,系统揭示了其成员蛋白序列中的保守区域、在不同植物物种中的进化趋势,植物基因组倍增所导致的家族成员增加,以及果实发育过程中表现出的显著的基因表达水平差异,可为中华猕猴桃EIN3/EIL基因的功能研究提供候选基因以及数据基础.     

洞庭湖湿地典型植物群落生活型构成及其环境影响因子

通过分析植物生活型可以了解植物群落结构及其环境的关系.采用样带法对洞庭湖湿地南荻、苔草、辣蓼和虉草4种植物群落物种多样性、植物生活型结构及环境因子开展调查研究.结果表明:洞庭湖湖湿地不同高程下典型植物群落物种多样性指数呈明显的规律性变化,表现为沿高程变化呈"V"型特征,即高、低程区高,中程区低,物种多样性指数的变化可能与地下水埋深及物种特性相关;植物群落生活型以一年生植物为主,其次为地下芽和地面芽植物,地上芽和高位芽植物分布较少;群落物种生活型类型及相同生活型植物在群落中的比例随高程的递增而增加;CCA分析表明,土壤物理性质的变化对植物群落生活型的构成影响极为重要,其中地下水位和高程的变化对植物生活型分布起着决定性作用.因此,地下水位和高程影响群落物种多样性指数,同时地下水位和高程的变化决定植物生活型的分布.     

34株假单胞菌的泛基因组分析

假单胞菌属在各种环境广泛分布且具有重要的生态应用价值,然而当前研究对其环境适应性遗传基础的解析尚不充分.选择33株有效发表且具有全基因组序列以及一株新分离的假单胞菌的全基因组进行泛基因组学分析.结果表明,选择的假单胞菌属菌株泛基因组含有173 271条蛋白序列,共有30 847个同源基因家族,包括1 505个核心基因,基因组呈开放型.通过分析不同基因组的基因组演化特征,发现通过基因水平转移获得的基因占整个基因组的比例为32%-48%,其平均基因岛数量为53个.发现假单胞菌属泛基因组的开发性与其频繁的基因水平转移事件和快速的基因进化有关.进一步分析表明,不同基因组中的功能基因家族按照菌株的环境分布进行聚类,表明对特殊环境的适应决定了假单胞菌的遗传特征.本研究初步揭示了假单胞菌属细菌遗传特征的共性与特性,结果可为解析假单胞菌属环境适应性的遗传基础与功能多样性的演化发生机制提供研究线索.(图8表1参37)     

基因组编辑技术的原理及应用

阐明基因功能和改良生物现状是生物学重点研究内容之一.近年来利用的基因打靶和转基因技术存在效率低、耗时长、易引起人们的安全性疑虑等问题.新近发现的以多种新型高效的DNA靶向内切酶为基础而建立的基因组编辑技术,主要包括ZFN、TALEN和CRISPR/Cas三种.本文首先综述这3种技术的原理,即均基于"DNA断裂/DNA损伤修复"来实现编辑功能,可以在不同物种中对目标基因进行定点敲除、单核苷酸或多核苷酸片段的置换、添加等基因组靶向修饰,具有简单、快速、高效、准确等优点.然后比较3种技术在构成、靶点识别模式、编辑特点、技术难度以及脱靶效应等方面的异同;归纳该技术在作物遗传育种、家畜改良以及基因治疗等方面的应用现状和前景,并指出该技术尚存在的脱靶、构建等问题以及解决的途径,重点突出ZFN、TALEN和CRISPR/Cas在模式植物以及粮食作物中的应用.最后提出建立基于病毒载体的基因组无痕编辑技术平台,将使基因组编辑用于植物遗传改良更为简约和安全.     

太行山森林群落物种多样性空间格局及其影响因素

探索物种多样性的地理分布格局一直是生物地理学和宏观生态学的核心议题之一.以太行山为研究区域,基于309个植物群落的野外调查数据,分析不同生活型植物物种多样性随海拔和纬度的变化规律及其影响因素.结果显示：（1）太行山森林群落以草本植物物种多样性占绝对优势,而乔木植物的均匀度指数最高;（2）随海拔的升高,物种丰富度指数和多样性指数呈显著上升趋势,其中草本植物和乔木植物与总物种变化趋势一致,灌木植物无显著变化,而均匀度指数则无明显的海拔格局;（3）在纬度格局方面,随纬度的升高群落总物种和草本植物的丰富度指数呈先减后增的变化趋势,草本植物的物种多样性指数和均匀度指数均呈增加的趋势,而灌木植物和乔木植物无明显的纬度格局;（4）地形因素中的海拔因子和气候因素中的年平均温度因子是影响群落物种丰富度的关键因子,且不同生活型植物的主要影响因子有一定差异,而干扰因子对各生活型物种丰富度的影响均不显著.方差分解结果显示地形、气候和干扰因子整体上对群落物种丰富度具有较高的解释率,对草本、灌木、乔木和所有物种的总解释率分别是61.6%、32.9%、40.6%和50.5%,其中气候因子和地形因子是影响不同生活型物...     

籽粒苋苹果酸酶(NAD-ME)基因密码子偏好性分析

遗传密码子是生命信息的基本遗传单位,每种氨基酸对应1～6个同义密码子.特定物种在长期进化中形成了适应自身基因组环境的密码子使用偏性.运用CHIPS、CUSP和CodonW程序分析自主克隆的籽粒苋NAD-ME基因的密码子偏好性,并与马铃薯等7种植物的ME基因密码子偏好性进行比较,以期为该基因在作物遗传改良中选择合适的受体植物提供依据.结果表明,籽粒苋NAD-ME基因偏好于以A或T结尾的密码子,其它几种被比较作物的ME基因也有同样的趋势,但双子叶植物的偏好性更强.基于NAD-ME基因的密码子使用偏性的系统聚类分析表明,籽粒苋与马铃薯、拟南芥、葡萄、蓖麻、毛果杨等双子叶植物聚为1类,玉米和高粱这2个单子叶植物聚为1类,预示籽粒苋NAD-ME基因更适合导入马铃薯等双子叶植物.对籽粒苋NAD-ME基因的密码子偏好性与大肠杆菌和酵母的基因组密码子偏好性进行比较,发现均存在差异,与大肠杆菌的差异高于酵母,表明酵母表达系统要优于大肠杆菌表达系统.若要进一步提高籽粒苋NAD-ME基因在大肠杆菌或酵母中的表达水平,尚需对其密码子进行优化.     

藜属植物叶绿体基因组结构与系统进化

高等植物的叶绿体基因组主要遗传自母本,具有基因组小、结构简单、序列高度保守等特点.利用系统的生物信息学方法,对4种藜属植物的叶绿体基因组进行编码基因组成、基因组结构、重复序列、变异位点在内的比较基因组学研究,以及基于叶绿体基因组序列的藜亚科植物的系统进化研究.结果表明,4种藜属植物叶绿体基因组平均大小为151936bp,平均GC含量为37.16%,具体基因的拷贝数和总的基因数目差异很小,非常保守.除灰绿藜以外,其余3种藜属植物叶绿体基因组的LSC、SSC和IR区域的边界几乎完全一致,没有表现出明显的扩张与收缩.基因组的重复序列中,相较于SSR,长重复序列片段的比例更高.相比较IR区域,4种藜属植物的LSC和SSC区域之间存在更大的核苷酸位点差异;52-59 kb的基因组区域为4种藜属植物间核苷酸位点变异最大的区段.基于全基因组和LSC+SSC序列,分别构建了包括4种藜属植物在内的藜亚科植物的系统进化树,进化关系完全一致.本研究结果揭示了藜属植物叶绿体基因组的进化特征,可为藜属植物系统进化研究提供优良的候选分子标记.（图4表4参28）     

植物中3-磷酸甘油脱氢酶基因家族的物种特异性进化分析

3-磷酸甘油脱氢酶(GPDH)是一种在磷酸甘油酯的代谢过程中起重要调节作用的关键酶,研究植物中3-磷酸甘油脱氢酶基因家族的进化历史及其多样性对进一步探索其作用机制具有重要意义.以20个已报道的GPDH基因作为查询序列,与19种代表性的植物物种的基因组分别进行BLASTP和t BLASTN比对以及隐马尔科夫模型搜索,获得基因家族新成员,构建系统发育树,并对其进行基因结构、蛋白模体、功能差异性以及适应性进化分析.预测得到了75个新的GPDH基因家族成员,系统发育分析表明,植物中的GPDH基因属于3个单系类群(命名为族群I、族群II和族群III),并且在进化过程中主要分为两个进化枝,说明GPDH基因家族源自两个GPDH祖先基因;功能差异性分析表明,氨基酸特异性位点的选择性约束作用于不同族群的GPDH基因上,并且导致了不同族群多样化之后的特异性进化,同时,在族群I/III和族群II/III中也发现了Type-II功能差异性,表明氨基酸的理化性质也发生了本质的改变;适应性进化分析以及ka/ks比值分析表明,GPDH基因家族在物种特异性复制之后的进化过程中受到了纯化选择作用.因此,GPDH基因家族在其进化过程中受到不同的选择压力而出现了不同的进化方向,形成了多样化的族群.此外,对该基因家族进行的系统的分子进化探索为植物中GPDH基因家族的进一步生物化学和遗传方面的研究以及基因组分析提供了数据基础,在GPDH基因家族分析中的结果与发现也为研究其他基因家族提供了有力的帮助.     

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.     

高效固氮大豆根瘤菌SMH12的全基因组测序及比较基因组分析

费氏中华根瘤菌SMH12(Sinorhizobium fredii SMH12),生长代时较短,属于快生型大豆根瘤菌. SMH12具有高效固氮、宿主范围广、匹配性强、遗传物质稳定等特点,为充分开发该菌应用潜力和研究价值,有必要解析SMH12的基因组序列.采用Illumina Hiseq与Pacbio测序技术相结合对SMH12菌株进行全基因组测序.进一步使用相关软件对测序数据进行基因组的组装、基因预测与功能注释、COG/GO聚类分析以及比较基因组分析.测序结果显示,SMH12基因组包含1条染色体和2个质粒,染色体大小为4 022 924 bp,质粒pSfSMH12a大小为2 394 395 bp,质粒pSfSMH12b大小为556 376bp,序列已提交至GenBank数据库,登录号为CP035038-CP035040.基因预测与rRNA、tRNA查找显示,SMH12基因组含有6 836个基因,有9个rRNA和55个tRNA.比较基因组分析的直系同源基因比对与共线性分析显示,SMH12与S. fredii HH103大部分基因相同,亲缘关系最密切;只有约17%的基因不同.COG分类比较分析显示,SMH12中转座因子和碳水化合物的转运与代谢这两类相关基因的占比明显高于Bradyrhizobium diazoefficiens USAD110.本研究首次报道SMH12基因组序列并分析了其基因组基本特征,与其他代表性大豆根瘤菌进行了比较基因组分析.结果丰富了根瘤菌基因组数据库,也为构建高效固氮的大豆根瘤菌工程菌提供了一定依据和基因资源.(图6表2参35)     

植物非编码RNA与雄性不育

利用雄性不育系做母本生产杂交一代种子,为改善作物的生产提供了十分有利的条件.细胞质雄性不育(CMS)和由光周期(PGMS)/温度诱导(TGMS)的不育性极大地促进了作物杂交育种的发展.越来越多的研究表明非编码ncRNA分子与植物雄性不育有关,如水稻的PGMS和TGMS与ncRNA密切相关.在CMS中,线粒体ORF影响小孢子发育而导致CMS发生的机制仍然不明确.高通量测序使得在全基因组范围内发现和验证这些调控分子及其靶基因,并阐述它们与CMS的相关性成为可能.植物线粒体DNA中的ncRNA以及其可能诱导的CMS的机理是当前研究的热点,但目前尚没有证据表明ncRNA与CMS有关,还需要转基因等遗传方法来进行验证.在本文中,我们总结了最近关于ncRNA与植物CMS关系的相关研究,希望能够提高对控制植物CMS的ncRNA介导的调控途径的理解.深入了解植物CMS可为促进CMS在农作物育种的利用提供技术支撑.     

元江干热河谷植物群落特征及土壤肥力研究

对云南省元江县境内元江河谷山坡上的5种主要植被类型的群落特征、植物多样性现状、植物区系组成以及不同群落土壤理化性质进行了比较研究.结果表明:干热河谷区内,植物群落生活型组成主要以小乔木、灌木和草本植物为主,基本没有高大的乔木树种和大型藤本植物.草本植物生长旺盛,物种多样性和丰富度均较乔灌层高,但均匀度较其低.5种群落之间的相似性程度较低,且各群落均处于相对稳定的状态.各群落中共记录有61个科,144个属,194个物种,其植物区系的泛热带特征比较明显,其中泛热带分布科有31个,占除去广布科以外所有科的77.5%,泛热带分布属有50个,占除去广布属以外所有属的38.2%.蝶形花科Papilionaceae、禾本科Gramineae、大戟科Euphorbiaceae、菊科Compositae、锦葵科Malvaceae等科在元江干热河谷植被中占有极为重要的地位.群落土壤理化性质的研究表明,元江干热河谷各类植被的土壤元素中,除了磷元素极其缺乏以外,大多数处于中等以上水平.土壤肥力状况与植被的生长状况之间关系紧密,其中,土壤肥力最好的是群落结构比较复杂、残存的稀树旱生林.     

古田山国家自然保护区针阔叶混交林植物物种多样性特征

利用样方法进行野外群落调查.共调查了6个样地,每个样地大小为20m×20 m,研究古田山自然保护区针阔叶混交林植物物种多样性特征.结果表明:古田山针阔混交林的科、属、种组成多样性较高,植物种类丰富.组成复杂.群落的属种多样性>科属多样性>科种多样性.从灌木层、乔木层至草本层物种多样性依次递减,乔木层和灌木层的物种多样性指数明显大于草本层物种多样性指数.     

一株具有氢自养能力的固氮粘质沙雷氏菌的分离鉴定、代谢特征与功能基因检测

氢氧化细菌（HOB）是能利用氧气氧化氢气供能以固定二氧化碳进行自养生长的一类细菌,但是目前对能够固氮的HOB研究甚少.在自然界中部分HOB常作为植物根际促生细菌（PGPR）存在,而固氮是可能的促生机制,有望从功能菌群中得到更多的固氮HOB,是否存在氢自养且可固氮的沙雷氏菌未知.从固氮氢氧化混合菌群中分离出一株产色素的固氮菌NF-HOB1,经16S rRNA基因测序鉴定为粘质沙雷氏菌（Serratia marcescens）(GenBank:OQ625884),通过碳源或氮源限制培养实验验证其具有异养固氮生长、氢自养固碳生长能力,氢气氧化速率为0.187 5 mmol/d.聚合酶链式反应（PCR）扩增发现其质粒DNA编码固氮酶铁蛋白结构基因nifH,基因组编码种特异性的核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶（Rubisco）和氢化酶3的结构基因.基因组框架图测序进一步揭示了菌株的基因组特征,基因组长4 919 531 bp,蛋白编码基因4 778个.注释到氢化酶2、碳酸酐酶、GlnK型PII蛋白等,提示存在二氧化碳浓缩机制和以NtrB-GlnK-amtB/nifA为特征的全局氮调控机制.基因本体论...     

巢湖东湖区入湖河流的水生植被群落结构和区系特征及其与环境因子的关系

采用野外调查方法结合典范对应分析(CCA),研究了巢湖东部湖区的入湖河道水生植被的群落结构特征和区系特征及其与环境因子的相关性.结果表明:共发现常见水生植物物种63种,隶属于28科54属,其中沉水植物4种,漂浮植物3种,浮叶植物2种,挺水植物10种,湿生植物44种.区系分析发现该区域的水生植被呈现隐域性和热带向北温带过渡的亚热带特征,植物种属主要以世界分布属和北温带分布属为主,其次是泛热带分布属,分别占总数的35.19%、31.48%和12.96%;这54属水生植物的地理分布区类型共有中国种子植物所占的15个分布区类型中的10个,而缺少5个地理分布区类型.入侵种空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)分布广泛,河道呈现一定程度的堵塞状态;沉水植物物种则趋于单一化和分布面积狭小,尤其在水体污染严重的区域(如:双桥河流域和小柘皋河下游)几近衰退.CCA分析表明巢湖东部湖区入湖河道水生植物的空间分布主要受水体理化指标影响,而非水深的影响.总之,巢湖东部湖区入湖河道水质污染加重,水生植物群落结构极不合理、地理成分复杂程度偏低且具有明显的隐域性,沿河村镇的污水处理以及保护与恢复水生植物尤其沉水植物类群迫在眉睫.     

贝莱斯芽孢杆菌ES2-4的生防潜力及全基因组分析

葡萄座腔菌（Botryosphaeria dothidea）引起的苹果轮纹病易对苹果贮藏造成严重经济损失.从果园土壤中分离到一株细菌ES2-4,平板对峙试验显示其对葡萄座腔菌的抑制率为79.5%（扫描电镜观察到菌丝畸形）,其无菌发酵滤液处理苹果果实亦可显著抑制苹果轮纹病的发病程度.为探究其拮抗机制,采用Illumina和Pacbio第三代测序技术对菌株进行全基因组测序分析,基于管家基因gyrA测序鉴定,结合平均核苷酸一致性（ANI）和数字DNA杂交（dDDH）的比较基因组分析,将ES2-4鉴定为贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）. ES2-4基因组长3 929 792 bp,平均GC含量46.5%,共编码基因4016个,不含质粒.antiSMASH共预测到次级代谢产物基因簇14个,其中9个与surfactin、iturin、fengycin、macrolactin、difficidin、bacillaene、bacilysin、bacillibactin、amylocyclicin化合物合成相关基因簇完全一致或高度相似.此外,其基因组存在能够降解真菌细胞壁的糖苷水...     

苏云金芽胞杆菌YBT-1520中SigL及其增强子结合蛋白的结构与功能分析

为揭示SigL及其增强子结合蛋白(EBPs)在苏云金芽胞杆菌(Bt)中的调控功能,在全基因组测序的基础上,采用生物信息学方法,对YBT-1520菌株的SigL及其EBPs的结构和功能进行深入分析.结果表明,YBT-1520基因组中存在1个SigL和6个EBPs,而且EBPs在结构上具有丰富的多样性,包含了EBPs的所有可能的结构域组织类型.SigL所调控的基因涉及11个假定的COG代谢途径,其中包括能量代谢、氨基酸代谢、翻译与细胞周期等.根据EBPs在基因组的位置推测,YBT-1520的EBPs参与γ-氨基丁酸代谢途径、精氨酸代谢途径、支链脂肪酸降解途径、多糖分解代谢等代谢途径的调控.本研究将为揭示Bt杀虫晶体蛋白大量表达的调控机制提供新的思路.     

基于叶绿体基因组的浮萍亚科系统进化

由于浮萍形态高度退化,其系统进化研究较为困难,基于叶绿体基因组研究浮萍亚科系统进化对解决该问题具有重要意义.通过过滤全DNA数据(即包含细胞内的核DNA、叶绿体DNA和线粒体DNA的测序数据)和直接提取叶绿体DNA测序两种方法组装叶绿体基因组,然后分别基于rbc L基因和叶绿体全基因组序列构建浮萍亚科系统发育树,并比较浮萍叶绿体基因组大小.经比对发现,通过两种方法得到的Landoltia punctata ZH0051叶绿体基因组完全一致,全长均为171 013 bp,序列相似度100%.基于叶绿体全基因组序列构建浮萍亚科系统发育树的节点置信值都达到了1,确认了浮萍亚科的进化次序为多根紫萍属、少根紫萍属、绿萍属、扁平无根萍属、芜萍属.浮萍亚科中叶绿体基因组最大的为少根紫萍属(171 kb),最小的为绿萍属(166 kb).本研究表明过滤全DNA数据组装出的浮萍叶绿体基因组是可靠的;浮萍叶绿体基因组大小虽有所差异,但随进化没有明确的扩张或收缩的趋势.     

物种分布宽度对种子植物物种丰富度垂直分布格局及"中间膨胀效应"的影响

物种丰富度的垂直分布格局是生态学研究的重要课题之一.文章以云南楚雄地区为例探讨物种分布宽度对种子植物物种丰富度垂直分布格局及"中间膨胀效应"的影响.利用大尺度的物种分布数据建立物种分布数据库,同时结合地形信息,分析了研究区域内物种丰富度的海拔分布格局以及"中间膨胀效应"对该格局的影响.在此基础上,探讨了物种分布宽度对楚雄地区种子植物物种丰富度垂直分布格局及"中间膨胀效应"的影响.结果表明,随着海拔的升高,物种丰富度先增加,后下降,呈单峰分布格局.物种分布宽度的相互重叠,即"中间膨胀效应"对物种多样性的垂直分布格局具有显著影响.随着物种分布宽度的增加,"中间膨胀效应"以及各物种组对物种丰富度垂直分布格局的影响均呈显著增加趋势,这说明"中间膨胀效应"和物种丰富度的垂直分布格局更多地取决于分布宽度较大的物种.     

高寒小嵩草草甸种子库和种子雨动态分析

对小嵩草草甸种子库的大小和物种组成及与种子雨、地上植被的关系进行了初步研究 .结果表明 ,返青期和枯黄期小嵩草草甸种子库单位体积 (1.0m× 1.0m× 0 .1m)分别有种子nf=10 5 5 0粒和nk=13 815粒 ,分别由 2 2种和 2 4种植物组成 ,分属 9个科 .其中 ,莎草科、豆科和龙胆科占优势 ,禾本科所占比例较小 .每平方米种子雨nr=8436 .4粒 ,由2 5种植物组成 ,分属 10个科 ,莎草科和禾本科所占比例较大 .种子库和种子雨在物种组成上有一定的相似性 (r =0 .76 0 0 ,P <0 .0 1) ,二者共有 19个种 ,分别占种子库和种子雨物种总数的 82 .6 1%和 90 .48% .地上植被与种子库的相似性较小 ,地上植被中有 43.2 4%和 5 1.35 %的植物分别在返青期和枯黄期种子库中出现 ,6 0 %的植物出现于种子雨中 .在物种分布和优势度上 ,地上植被与种子雨间一致性较高 ,但它们与种子库间有一定的分歧 .从地上植被到返青期时的种子库 ,物种多样性降低了 1.6 1% ,从而说明种子库不仅是地上植被补充更新的源泉之一 ,而且是维持植物物种多样性的一种机制 .图 3参 13