科研产出
干旱胁迫对芋球茎淀粉和蔗糖代谢通路相关基因表达的影响
《西南农业学报 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：【目的】探究芋球茎响应干旱胁迫的分子机制，特别是干旱胁迫对淀粉和蔗糖代谢通路相关基因表达的影响，为耐旱品种选育提供依据。【方法】以荔浦芋1号为试验材料，对干旱胁迫下的芋球茎进行转录组测序，对获得的差异表达基因进行GO和KEGG富集分析，进一步筛选与淀粉和蔗糖代谢通路相关的酶基因，并分析这些酶基因在干旱胁迫下的表达模式。【结果】芋球茎在干旱胁迫下筛选到差异表达基因1983个，其中上调表达基因373个，下调表达基因1610个。GO富集分析显示，差异表达基因在生物过程富集最多的是细胞过程和代谢过程，在细胞组分富集最多的是细胞解剖实体，在分子功能富集最多的催化活性和结合。KEGG富集分析显示，富集最多的通路分别是代谢通路、氮素代谢通路、抗坏血酸和醛酸代谢通路。对淀粉和蔗糖代谢通路的差异表达基因进行统计，共筛选到26个差异表达基因，涉及11种酶，其中上调表达基因5个，下调表达基因21个。在干旱胁迫下，淀粉合成酶、己糖激酶、果糖激酶、UTP-葡萄糖-1-磷酸盐尿苷酸转移酶、α-淀粉酶、内切葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶和β-呋喃果糖苷酶的基因下调表达；UDP-葡萄糖磷酸水解酶和海藻-6-磷酸合成/磷酸酶的基因上调表达；蔗糖合成酶和β-呋喃果糖苷酶的基因既有上调表达，也有下调表达。【结论】淀粉和蔗糖代谢通路相关基因的表达受到干旱胁迫的影响。调控淀粉代谢和海藻糖生物合成相关基因下调表达，而调控蔗糖代谢相关基因既有上调表达，也有下调表达。
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芋淀粉合成酶基因家族的鉴定、生物信息学及表达分析
《西南农业学报 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：[目的]鉴定芋淀粉合成酶(CeSS)基因家族,并对其生物信息学及表达模式进行分析,为芋产量、品质和营养性状的遗传改良提供参考.[方法]使用HMMER3.12b软件以SS基因家族典型保守结构域Glyco_transf_5为模型,鉴定芋基因组中SS基因家族信息,利用生物信息学软件分析其分子结构特征、系统发育关系及顺式作用元件,采用转录组和实时荧光定量PCR技术检测其在正常生长发育条件和干旱胁迫下的转录表达.[结果]在芋基因组中鉴定了 6个SS基因(CeSS1、CeSS2、CeSS3-1、CeSS3-2、CeSS4和CeGBSS1).6个预测的芋SS基因长度为4980~61 347 bp,对应的CDS长度为1275~2895 bp,编码蛋白的氨基酸残基数量为424~964个,分子质量为48 067.43~109 391.75 Da,理论等电点为5.18~6.11.系统进化分析显示6个芋SS蛋白分布在5个亚家族.基因结构分析显示,6个CeSS基因外显子数量为7~15个.在6个CeSS蛋白中鉴定出10个保守motif,其中7个获得注释.在保守结构域上,CeSS1、CeSS2、CeSS4和CeGBSS1蛋白均含有淀粉合成酶催化结构域(motif 2和motif 5)和糖基转移酶群组1(motif 1和motif 3),而CeSS3-1蛋白含有motif 1、motif 3和motif 5,CeSS3-2蛋白只含有motif 2.基因启动子区域顺式作用元件分析表明,共预测到73个顺式作用元件,其中36个具有功能注释,除了具有核心元件TATA-box和CAAT-box外,还涉及大量与光响应、激素响应、胁迫响应及生长发育等相关元件.在正常生长发育条件下,6个CeSS基因在叶片和球茎的整体表达量均高于叶柄和根,其中CeGBSS1基因的表达量远高于其他基因,且在叶片和球茎的相对表达量极显著高于叶柄和根(P<0.01,下同);在球茎不同发育阶段,CeGBSS1基因在所有的发育阶段均有较高表达量,且在30~90 d发育过程中呈上升趋势,其余基因的表达量较低.在干旱胁迫下,6个CeSS基因在叶片的相对表达量较对照组显著(P<0.05)或极显著下降.[结论]在芋基因组中鉴定了 6个SS基因,并明确其分子结构特征和表达模式,其中CeGBSS1基因可能是芋淀粉生物合成的关键基因.
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芒果乙烯信号转导关键基因MiCTR1的克隆与序列分析
《热带作物学报 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：芒果属于典型的呼吸跃变型果实,采后代谢旺盛且对乙烯非常敏感,CTR1 是乙烯信号转导途径的负调控因子,在乙烯信号通路中发挥着核心作用.为了研究芒果 CTR1 在芒果采后贮藏过程中的表达模式及可能的作用,本研究从台农 1 号芒果转录组数据库中筛选 1 个CTR基因(MiCTR1),利用生物学方法对其编码的蛋白质进行测序分析,并对MiCTR1 基因在芒果后熟过程中经乙烯抑制剂 1-MCP 处理后的表达模式进行分析.结果表明:MiCTR1 的开放阅读框(ORF)长度为 1551 bp,编码 516 个氨基酸,预测蛋白的分子式为 C2503H3932N712O797S26,总原子数为 7970,分子量为57.58 kDa,理论等电点(pI)为 5.72,负电荷和正电荷的氨基酸残基总数分别为 64 和 50 个,脂肪系数为 70.78,亲水性总平均值为-0.596,有 111 个磷酸化位点,且以丝氨酸(Ser)的磷酸化修饰为主,苏氨酸(Thr)为辅,无跨膜结构,无信号肽,亚细胞预测分析显示其定位于细胞核.蛋白质结构域预测发现,MiCTR1 蛋白含有 1 个保守的PB1 结构域,位于氨基酸序列 189~285 处.系统进化分析表明,MiCTR1 与扁桃(Prunus dulcis)、桃(Prunus persica)、甜樱桃(Prunus avium)、杏(Prunus armeniaca)、梅(Prunus mume)的亲缘关系较近.荧光定量PCR结果显示,MiCTR1 的相对表达量在芒果后熟过程中升高,且经 1-MCP处理后其表达量下调.本研究结果为芒果后熟的分子机制提供基础.
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乙烯利处理菠萝不同成熟期果实中AcMYB103基因表达规律研究
《热带作物学报 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：菠萝属于凤梨科（Bromeliaceae）凤梨属（AnanasMerr.）的一种重要热带水果，其花果发育理论与转录调控技术研究是菠萝产业的热点之一。乙烯是调控菠萝催花和果实发育的重要激素之一。菠萝基因组测序鉴定出94个菠萝R2R3-MYB转录因子，分为26亚族，其中S19亚族的MYB103与拟南芥等植物花药和叶片发育调控相关。为证明菠萝MYB103转录因子调控菠萝果实发育的潜在功能，从菠萝台农17号果实中克隆了1个MYB转录因子AcMYB103，全长1204 bp，编码区1038 bp，编码345个氨基酸。该基因编码蛋白含有2个典型的SANT结构域，定位在细胞核，无跨膜结构域和信号肽，是植物R2R3型MYB转录因子家族的一员。将菠萝和拟南芥MYB家族成员进行聚类分析发现，AcMYB103与拟南芥AtMYB103序列相似度最高，并与AtMYB80和AtMYB35聚类于S19亚族，据此命名为AcMYB103。进一步采用体积分数为0%、0.5%、1.0%和1.5%共4个乙烯利浓度处理台农17号、小目手撕和大目手撕3个品种小果期、膨大期和成熟期果实，并分析AcMYB103的表达量。结果表明，在小果期，随着乙烯利浓度的增加，台农17号AcMYB103表达规律呈下调模式，在小目手撕和大目手撕中呈上调模式。在膨大期，在台农17号和小目手撕品种中均呈现下调模式，在大目手撕果实中呈现上调模式。在成熟期果实中AcMYB103不表达，说明AcMYB103基因表达在乙烯利处理的品种和果实发育时期具有特异性，在果实发育早期起到差异化调控作用。本研究为深入研究AcMYB103基因在菠萝果实生长发育的调控机制奠定基础。
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荔枝转录因子LcZAT12的克隆与表达分析
《中国南方果树 》 2024 北大核心
摘要：为探究LcZAT12在荔枝果实发育成熟中的作用，以禾荔及禾荔晚熟芽变突变株MS1、MS2作为试材，克隆出LcZAT12全长序列，并对其进行生物信息学分析，并采用实时荧光定量技术分析LcZAT12在荔枝不同组织及在果实不同发育时期中果皮和种子中的表达模式。结果表明，LcZAT12全长429 bp,编码氨基酸142个；利用在线网站对LcZAT12的蛋白性质进行预测显示，该蛋白位于细胞核，磷酸化以丝氨酸为主，无信号肽与跨膜结构域，蛋白质二级结构以α螺旋和不规则卷曲为主。氨基酸同源序列比对结果显示，LcZAT蛋白含有两个高度保守的结构域；系统进化树分析发现，LcZAT12蛋白与糖槭和漾濞槭的同源蛋白亲缘关系最近；时空表达模式表明，LcZAT12蛋白可能在荔枝果实发育期起关键作用。
关键词： 荔枝 LcZAT12转录因子 生物信息学 表达量 果实发育
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干旱胁迫下外源ABA对甘蔗幼苗生理特性和基因表达的影响
《热带作物学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：甘蔗是世界上重要的糖料作物，但我国甘蔗主产区多数为丘陵旱坡地，季节性干旱频繁，已严重影响我国甘蔗糖业的可持续发展。植物激素脱落酸（ABA）不仅调节植物生长发育，在植物应对逆境胁迫的生理生化响应中更不可或缺。本研究选用甘蔗品种‘桂糖42号’为材料，桶栽土培方式，设置对照（CK）、CK+ABA、干旱、干旱+ABA等4个处理，探讨干旱胁迫下叶面喷施ABA对苗期甘蔗生理生化特性和相关基因表达的影响，为应用ABA提高甘蔗抗旱性提供理论基础。结果表明，正常淋水条件下甘蔗叶面喷施ABA处理（CK+ABA）的主要生理生化参数与基因表达量变化与CK差异不显著；甘蔗叶片相对含水量随着干旱胁迫程度加剧而逐渐下降，丙二醛（MDA）、过氧化氢（H2O2）含量显著上升，而干旱+ABA处理能提高甘蔗的保水能力，并减少MDA的积累，使其含量处于较低水平；干旱胁迫显著降低甘蔗叶绿素含量，而干旱+ABA处理能防止叶绿素降解并对干旱胁迫引起的光系统Ⅱ实际光化学效率（ΦPSⅡ）下降有明显的缓解作用；干旱胁迫下，甘蔗内源ABA合成限速酶9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶（NCED）编码基因、脯氨酸（Pro）合成关键酶Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS）编码基因及过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、过氧化物酶（POD）编码基因的表达量显著增加，内源ABA含量、Pro含量和CAT、SOD、APX、POD活性显著提高，而干旱+ABA处理能更进一步增强上述基因的表达，使ABA含量、Pro含量及相关抗氧化酶活性的增幅更显著，从而提高干旱胁迫下甘蔗清除过量活性氧的能力，降低H2O2含量，提高甘蔗抗旱性。
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荔枝多胺氧化酶(PAO)基因家族的全基因组鉴定与表达分析
《分子植物育种 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：为了探究PAO基因在荔枝（Litchi chinensis Sonn.）生长发育过程中的生物学功能，本研究基于荔枝全基因组数据，利用生物信息学方法筛选与鉴定荔枝PAO基因（LcPAO）成员，并对其理化性质、系统发育、结构、染色体定位、顺式作用元件、蛋白结构、miRNA靶位点和表达模式进行了分析。结果表明，一共鉴定得到10个LcPAO基因，全部为亲水蛋白。系统发育分析发现LcPAO落在4个亚族中的Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ亚族。LcPAO1～LcPAO3和LcPAO9～LcPAO10属于典型的PAO蛋白，LcPAO4～LcPAO8还含有一个特异的SWIRM结构域，属于非典型PAO蛋白。顺式作用元件分析表明其主要含光响应元件、逆境胁迫相关元件以及激素响应相关元件。miRNA靶位点分析发现LcPAO基因受到22个miRNAs的靶向调控。转录组表达模式分析发现，除了LcPAO1和LcPAO4，余下的LcPAO基因可能与荔枝果皮着色相关。所有的LcPAO基因均可能与荔枝的化学控花相关。除了LcPAO1所有的LcPAO基因均可能与荔枝果实脱落相关。本研究为深入研究LcPAO基因的功能和调控机制提供参考。
关键词： 荔枝 多胺氧化酶（PAO） 生物信息学 表达分析
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阳桃木质素合成相关基因AcaCAD2克隆与表达分析
《植物生理学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：肉桂醇脱氢酶(Cinnamyl alcohol dehydrogenase, CAD, EC1.1.1.195)是植物木质素合成途径的关键酶,参与多种生物和非生物胁迫的过程,与植物的生长发育密切相关。为探究AcaCAD2基因在阳桃木质素合成过程中的作用及表达规律,本研究通过克隆得到阳桃AcaCAD2基因,并对其进行生物信息学和表达模式分析。结果表明, AcaCAD2含有1 074 bp的开放阅读框,编码368个氨基酸,属于稳定亲水性蛋白,不含跨膜结构和信号肽。结构域分析发现该蛋白具有典型的CAD结构域,包含2个Zn~(2+)结合位点和1个NADP~+辅酶结合位点。系统发育分析表明AcaCAD2与拟南芥At CAD5和At CAD4亲缘关系较近,亚细胞定位分析发现AcaCAD2蛋白定位在细胞膜中。q RT-PCR结果显示该基因在阳桃小枝发育的过程中呈现先增加后降低的趋势,在阳桃叶、花、果、叶芽中表达相对较弱,呈现出明显的组织特异性。本研究结果为进一步探究AcaCAD2对阳桃木质素合成的影响提供了理论参考。
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芒果赤霉素氧化酶基因GA3ox的克隆、表达及亚细胞定位分析
《分子植物育种 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：赤霉素3-氧化酶(gibberellin 3-oxidases,GA3ox)是赤霉素(gibberellic acid,GA)生物合成途径中的关键限速酶之一.芒果中GA3ox基因的功能及其表达模式未见报道.本研究利用RACE技术克隆了一个芒果GA3-氧化酶基因(GA3ox),该基因全长cDNA序列为1 680 bp,编码氨基酸381个,开放阅读框(open reading frame,ORF)为1 146bp,蛋白分子量为42.6 kD,等电点为5.13,不含信号肽,不含跨膜结构域.系统发育树分析发现,该基因编码的蛋白主要与开心果亲缘关系较近,其次为克莱门柚、甜橙、麻疯树等植物.通过拟南芥原生质体亚细胞定位分析发现,该基因主要定位在细胞质中.通过对乔化、矮化芒果品种不同发育时期的叶片的实时荧光定量PCR分析发现,该基因主要在矮化品种中表达量较高,在乔化品种各个时期表达量较低,且差异不大.矮化品种中主要在开花期表达量最高,坐果期7-8周含量最低,但都高于乔化品种的任何取样时期.该基因的克隆和表达分析为下一步功能的研究及其在芒果株形调控分子机制提供理论依据.
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甘蔗HSP20基因克隆、原核表达及逆境胁迫响应
《植物生理学报 》 2022 北大核心 CSCD
摘要：热激蛋白(HSP)以分子伴侣形式参与蛋白质组装、折叠、跨膜传导等生物过程,可以提高植物对多种逆境胁迫的耐受性。我们前期通过转录组测序技术(RNA-seq)研究发现甘蔗(Saccharum officinarum)HSP20基因在宿根矮化病菌(Leifsonia xyli subsp. xyli, Lxx)诱导下差异表达。为了探讨HSP20基因与甘蔗抗逆性的关系,本研究从甘蔗品种‘Badila’中克隆了HSP20基因,分析了甘蔗HSP20蛋白原核表达诱导条件以及HSP20基因在不同非生物胁迫[4°C (低温)、聚乙二醇(PEG;干旱)、NaCl (高盐)]及脱落酸(ABA)处理下的诱导表达情况。结果表明,甘蔗HSP20基因(GenBank登记号:MZ220548)全长735 bp,编码244个氨基酸,与高粱(Sorghum bicolor)亲缘关系最近;该基因编码蛋白分子质量为26.79 kDa,有较好的脂溶性,为不稳定亲水蛋白,且亚细胞定位预测HSP20蛋白位于叶绿体。HSP20蛋白在大肠杆菌(Escherichia coli)感受态Transetta (DE3)中诱导表达效果好于大肠杆菌感受态BL21 (DE3),使用0.05 mmol·L-1异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)在28°C下诱导4 h,即可获得较好的诱导表达效果。实时荧光定量PCR (RT-qPCR)分析表明,低温、干旱、高盐胁迫和脱落酸处理均能诱导甘蔗茎、叶中HSP20基因表达,茎、叶中HSP20基因通过不同表达模式响应这些非生物胁迫以及ABA处理,说明甘蔗HSP20基因在响应逆境胁迫中有重要作用。研究结果为甘蔗HSP20基因生物学功能研究以及甘蔗多重抗逆性研究提供参考。
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