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西北农林科技大学学报（自然科学版） 2022年第6期50卷 82-92页

作者：孙彦琳于超罗乐潘会堂张启翔花卉种质创新与分子育种北京市重点实验室北京100083 国家花卉工程技术研究中心北京100083 城乡生态环境北京实验室北京100083 园林环境教育部工程研究中心北京100083 林木花卉遗传育种教育部重点实验室北京100083 北京林业大学园林学院北京100083

【目的】筛选单叶蔷薇bzip转录因子家族的成员,并研究其结构特点、共线性以及在不同器官中的表达模式,为进一步揭示该家族在单叶蔷薇生长发育及抗逆响应中的作用奠定基础。【方法】以采自新疆的单叶蔷薇叶片为试验材料,采用生物信息学方... 详细信息

【目的】筛选单叶蔷薇bzip转录因子家族的成员,并研究其结构特点、共线性以及在不同器官中的表达模式,为进一步揭示该家族在单叶蔷薇生长发育及抗逆响应中的作用奠定基础。【方法】以采自新疆的单叶蔷薇叶片为试验材料,采用生物信息学方法,对单叶蔷薇全基因组和转录组信息进行分析,包括理化性质、系统发育、基因结构、保守结构域、染色体位置、共线性和启动子分析,以及在根、茎、叶、花、果实中的表达模式。【结果】从单叶蔷薇全基因组中共鉴定出50个单叶蔷薇bzip转录因子家族成员,其蛋白质长度为149~700个氨基酸,分子质量为17.14~75.47 ku,等电点4.42~10.72,其中49个成员位于细胞核上。根据拟南芥bzip转录因子家族的分类,将单叶蔷薇bzip转录因子家族分为12亚族(A-K和S亚族),其中包括1对串联重复和7对片段重复;单叶蔷薇bzip多含有1~15个与非生物胁迫有关的顺式作用元件。单叶蔷薇bzip转录因子家族基因在不同器官中均有表达,各成员的表达量存在差异,其中Rbe013649在花中特异性表达,Rbe006639、Rbe028637在根中特异性表达,Rbe004215、Rbe028400、Rbe002636、Rbe002635在果实中特异性表达,Rbe011331在叶片中特异性表达。【结论】单叶蔷薇bzip转录因子家族基因可能广泛参与各器官生长发育,其中Rbe013649可能调控花青素的合成,Rbe006639可能在抗旱过程中起重要作用。

关键词：单叶蔷薇 bzip转录因子家族基因表达生物信息学

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玉米淀粉合成调控基因的挖掘及功能分析

玉米淀粉合成调控基因的挖掘及功能分析

引用

作者：董庆安徽农业大学

学位级别：博士

玉米是全世界种植最广泛的作物,同时也是近十年来年产量高的谷类作物,高于水稻和小麦,在人类的各类生产生活中扮演着越来越重要的角色,它不仅是主要的粮饲作物,更是各类生产中主要的淀粉来源,淀粉根据结构不同分为直链淀粉和支链淀粉,... 详细信息

玉米是全世界种植最广泛的作物,同时也是近十年来年产量高的谷类作物,高于水稻和小麦,在人类的各类生产生活中扮演着越来越重要的角色,它不仅是主要的粮饲作物,更是各类生产中主要的淀粉来源,淀粉根据结构不同分为直链淀粉和支链淀粉,高直低支或高支低直的淀粉在各领域中分别发挥着重要的作用。普通玉米中直链淀粉的含量一般约为25%,支链淀粉约为75%,如何调节和改善直链和支链淀粉含量的平衡度,需要深入开展对淀粉生物代谢途径的研究,不仅对完善淀粉代谢途径有重要的理论意义,而且对有效的控制淀粉合成途径改善淀粉含量和品质具有重要的实践意义。本实验通过基因组关联分析的方法筛选出与淀粉合成相关的基因,对这些基因的进行了表达模式分析。对ZM-LEGF基因启动子进行功能分析,并通过过量表达技术对玉米Zmbzip91基因在淀粉合成代谢途径中的功能以及作用机制进行了研究,共获得以下主要成果:（1）通过直链淀粉和总淀粉的极端性状与87份重测序材料的SNP数据关联分析和直链淀粉和总淀粉形状与转录组测序筛选得到的36个转录因子候选基因关联分析,共筛选得到了7个相关基因,并对其中6个基因做了表达模式分析其中4个基因在胚乳中特异性表达。（2）对通过GUS组织化学染色和GUS荧光定量对玉米ZM-LEGF基因启动子以及筛选片段的功能进行分析发现,随着启动子的序列变短,驱动GUS基因表达的位置和活性都发现变化;位于-140+41区域对启动子驱动基因表达的一段关键性序列;该功能最强的启动子活性元件位于-273-140区域中,即pZM-LEG6。我们又进一步对pZM-LEG6 T2代转基因水稻的不同发育阶段的组织进行GUS染色分析,发现该启动子只在营养器官中表达,不在种子中表达。（3）亚细胞定位实验发现,Zmb ZIP91基因与GFP融合表达蛋白定位在P小体中,且通过在线网站分析发现,该基因无核定位序列也无信号肽,说明该基因无法入核表达,不能正常的参与对功能基因的表达调控;酵母单杂实验结果显示,玉米Zmbzip91基因能与已知玉米淀粉合成相关基因ZmAGPL1、ZmBEIIa、pZmISA2、ZmSSIV、ZmGBSSIIb和ZmSSI相互作用,表明该基因可能参与淀粉合成过程。（4）过量表达玉米Zmbzip91基因后的转基因水稻株,除籽粒有变化外,其他表现没有明显差异。对水稻17个淀粉合成相关基因分析发现,转基因种子的表达量总体低于野生型;对籽粒外部表型进行研究发现,转基因植株的籽粒的长度几乎不变,而宽度明显小于野生型和空载体,较野生型降低了12.28%,千粒重随之也小于野生型和空载体,较野生型降低了16.16%;对籽粒淀粉含量分析发现,转基因种子的总淀粉含量明显低于野生型和空载体,较野生型最大均差值达6.96%;直链淀粉含量较野生型和空载体低,较野生型最大均差值为21.83%;对籽粒淀粉结构分析显示,石蜡切片下观察,野生型与转Zmbzip91基因种子在可见光下没有发现有明显的差异转基因种子,而在紫外光下,转基因种子的淀粉发出黄色的亮光,野生型几乎没有。扫描电镜下观察,转Zmbzip91基因种子在中部、腹部、和背部这三个部位的淀粉颗粒都明显小于野生型和空载体。表明Zmbzip91基因可能在水稻淀粉合成过程中起着负调控作用。（5）对转Zmbzip91基因株的突变型株（m-91）的性状分析结果显示:m-91突变型株的穗长、花药、子房、颖壳、颖毛以及籽粒明显大于野生型,且稃尖增长尤为明显,较野生型平均增加了45.07%;对长和宽比较分析发现,转基因的籽粒的长显著高于野生型,宽度稍大于野生型,分别增加了22.01%和8.12%;对千粒重分析发现,转基因种子的较野生型高,平均增加了22.99%;对去壳的种子外形以及种子淀粉结构进行扫描电镜分析发现,转基因种子表皮出现褶皱,与胚乳分离,中心部位出现垩白现象,淀粉粒呈多面体,大部分淀粉粒和蛋白体松散的排列,少量淀粉粒形成复合体呈球形镶嵌在松散的淀粉粒和蛋白体中;对种子的总淀粉和直链淀粉结构进行测定结果显示,转基因直链淀粉含量较野生型相比降低了24.25%,而总淀粉含量变化微弱,仅为2.95%。结果表明Zmbzip91基因可能影响到与这些性状相关酶的活性以及基因的表达。

关键词：玉米水稻 bzip转录因子家族 Zmbzip91 淀粉合成关联分析

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西洋参bzip基因家族鉴定及其调控人参皂苷合成作用的研究

西洋参bZIP基因家族鉴定及其调控人参皂苷合成作用的研究

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作者：郭纯吉林农业大学

学位级别：硕士

西洋参是一种在全球范围内使用较多的极具药用价值的草药,人参皂苷作为一种关键的活性成分,一直以来被受研究人员广泛关注,而调控人参皂苷生物合成的分子机理一直是热点研究领域之一。碱性亮氨酸拉链转录因子(the basic leucine zipper,... 详细信息

西洋参是一种在全球范围内使用较多的极具药用价值的草药,人参皂苷作为一种关键的活性成分,一直以来被受研究人员广泛关注,而调控人参皂苷生物合成的分子机理一直是热点研究领域之一。碱性亮氨酸拉链转录因子(the basic leucine zipper,bzip)是植物转录因子超家族之一,主要参与调控包括细胞拉伸、组织分化、代谢活动、非生物和生物胁迫的反应以及参与次生代谢产物合成在内的多个生物学进程。bzip转录因子家族备受研究者们的关注,迄今为止,在多个植物基因组中均有bzip家族的鉴定及研究。但目前关于西洋参bzip转录因子家族的全基因组分析尚未见报道。解析西洋参中bzip转录因子参与调控人参皂苷合成的研究具有重要意义。本研究主要结果如下: 1.通过对使用植物激素ABA和Me JA处理的西洋参叶片进行代谢组研究,共检测到39种人参皂苷差异代谢产物。结合Pqbzips基因在西洋参不同组织中的表达模式,初步探究其与人参皂苷合成关键酶基因的关联性。发现Pqbzips基因与人参皂苷生物合成相关。加权共表达网络分析(WGCNA)结果显示西洋参基因被分为24个模块。结合上述结果,对Pqbzip基因家族进行分析并选取潜在的功能基因进行进一步功能验证。 2.在西洋参基因组中共鉴定出121个Pqbzips基因,可被分为12个亚组;同一亚组的蛋白具有相似的保守基序和结构域,保守基序1是西洋参Pqbzip蛋白中分布最广且保守性最强的基序;顺式作用元件分析表明,Pqbzip上游启动子区域存在激素响应元件、防御和应激反应元件,其中ABA激素响应元件占比最大;染色体定位分析显示Pqbzips不均匀的分布在24条染色体上,而进化选择压力分析表明纯化选择是西洋参Pqbzip基因家族进化过程中的重要方式。 3.对西洋参的组织特异性表达分析结果发现在花和根中Pqbzips家族基因的表达量相对较高;转录组数据及荧光定量PCR结果结果提示Pqbzips在ABA处理后存在差异表达模式,表明Pqbzip家族受外源ABA调控。 4.克隆得到3个Pqbzips编码区序列,Pqbzip66(g41722)、Pqbzip94(g53695)和Pqbzip112(g65784)。成功构建p HB-Pqbzip66-YFP、p HB-Pqbzip94-YFP和p HB-Pqbzip112-YFP重组植物表达载体,转入烟草中的亚细胞定位结果显示Pqbzip66和Pqbzip112均可以细胞核定位Marker叠加,表明上述蛋白被定位在细胞核中。 5.酵母单杂交实验结果显示,Pqbzip66和Pqbzip112均具有结合ABRE元件的能力。相关性分析表明Pqbzip66和Pqbzip112与人参皂苷合成关键基因Pq HMGR之间存在较高的相关性。对其编码区上游2000 bp的顺式作用元件分析表明,5个ABRE元件被预测在Pq HMGR启动子上。双荧光素酶分析结果显示,Pqbzip66可与Pq HMGR的启动子区域结合,正调控其启动子活性。

关键词：西洋参 bzip转录因子家族启动子分析转录调控人参皂苷

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