【背景】花青素是紫色不结球白菜中重要的营养成分之一，谷胱甘肽转移酶（glutathione S-transferase,GST）在花青素转运中发挥着重要功能。【目的】鉴定不结球白菜中编码GST的基因，并通过转录组和分子生物学手段揭示BcGSTF6在不结球白菜花青素转运中的作用，解析不结球白菜花青素积累的分子机制。【方法】通过生物信息学方法，鉴定GST基因家族成员并分析其在染色体上的位置和基序；在紫色和绿色的不结球白菜中进行转录组分析，筛选不结球白菜中参与花青素转运的基因，并通过表达模式分析、亚细胞定位、拟南芥突变体tt19的异源回补试验进一步验证BcGSTF6和BcTT19的功能；通过将BcGSTF6和BcTT19与其他物种中参与花青素转运基因的氨基酸序列进行比较，分析BcGSTF6存在的差异；并通过BcGSTF6蛋白与矢车菊素（Cya）的体外结合和基因沉默试验验证BcGSTF6是否为参与不结球白菜花青素转运和积累的重要基因。【结果】从不结球白菜中鉴定得到83个GST基因家族成员，分为8个亚家族，分布在10条染色体上。转录组分析结果表明BcGSTF6和BcTT19可能是参与不结球白菜花青素转运的基因，进一步利用qRT-PCR发现BcGSTF6与BcTT19都在不结球白菜花青素积累阶段高度表达；亚细胞定位结果表明BcGSTF6和BcTT19都定位于内质网和液泡膜中。氨基酸序列多重比较发现BcTT19与其他物种中参与花青素转运的蛋白存在高度同源性，而BcGSTF6则在保守结构域中存在较大差异。在拟南芥突变体tt19中对BcGSTF6和BcTT19进行过表达均可恢复拟南芥幼苗tt19积累花青素的表型，但不能恢复其种皮棕色的表型，表明BcGSTF6和BcTT19都参与了花青素的转运但不能转运原花青素（PAs）。体外结合试验发现BcGSTF6蛋白在室温下可增加Cya的可溶性；对BcGSTF6在不结球白菜中进行基因沉默发现叶片中花青素含量显著下降，同时也导致参与花青素合成与调控相关基因表达量降低。证明BcGSTF6参与了花青素的转运和积累，在不结球白菜叶片着色过程中发挥重要功能。【结论】本研究鉴定了不结球白菜GST基因家族，并进一步解析了BcTT19和BcGSTF6在不结球白菜花青素转运和积累中的功能，阐明了BcGSTs在不结球白菜中花青素转运调控的部分机制。

【目的】通过对大白菜ACA(Ca~(2+)-ATPase)基因家族鉴定与表达分析,研究其家族基因间的共性与特性,为进一步揭示ACA家族进化关系提供数据支撑,为深入解析BraACAs在低温胁迫、盐胁迫以及自交不亲和方面的功能研究奠定基础。【方法】根据已报道的拟南芥ACA基因家族,同源比对出大白菜ACA基因家族,利用在线软件Expasy预测其分子量、理论等电点等理化性质;采用MEGA 5.0软件构建系统进化树;运用在线软件GSDS 2.0绘制基因结构图谱;TBtools对其染色体定位;McscanX软件进行拟南芥与大白菜ACA家族基因共线性分析;利用在线软件PlantCARE预测大白菜ACA基因家族启动子元件;通过在线工具Pfam和MEME进行蛋白保守结构域分析;利用qRT-PCR技术检测BraACAs在不同组织、非生物胁迫和自交异交授粉后的表达量。【结果】大白菜ACA基因家族有18个基因成员,分布在大白菜10条染色体上;根据进化树关系分成4组,分别包含3、4、4和7个成员;蛋白结构域分析显示,有13个成员包含N端自抑结构域。qRT-PCR结果表明,BraACAs主要在花与果荚中高表达;低温胁迫下,Bra002762与Bra035649表达量总体上调;盐胁迫下,Bra031701表达量显著上调;自交和异交授粉中,Bra003276和Bra024117差异性表达。对Bra002762、Bra035649、Bra031701、Bra003276和Bra024117亚细胞定位分析,发现这些基因均定位在细胞质膜上。【结论】大白菜ACA家族基因蛋白结构均含有4个ACA基因特有的高度保守结构域。该家族在大白菜不同组织中表达模式不同,5个ACA家族基因成员编码蛋白定位于细胞膜上,其中Bra002762、Bra035649、Bra031701与低温和盐胁迫响应有关;Bra003276和Bra024117与自交不亲和性相关。

脱落酸(ABA)是一种内源性激素,在调节植物的生长发育、非生物胁迫和生物胁迫反应方面发挥着重要作用。Pyrabactin resistance 1-like(PYR/PYL)蛋白在ABA信号传导途径中起核心调控作用。然而,在蒺藜苜蓿(Medicagotruncatula)中并没有关于这个家族的细节。本研究根据拟南芥(Arabidopsis thaliana)中的14个PYL基因,利用BLAST方法鉴定蒺藜苜蓿基因组中的PYL家族成员。结果表明,鉴定得到14个蒺藜苜蓿PYL基因家族成员,且所有成员均含有PYR-PYL-RCAR-like功能域。预测启动子中的顺式元件发现所有蒺藜苜蓿PYL基因家族成员均含有与胁迫以及激素相关的元件。基因本体论(GO)富集分析与KEGG通路分析显示其主要参与到脱落酸信号通路及对外界刺激的反应。基因表达模式分析显示,其在逆境胁迫下表现出特定的表达模式。本研究为进一步研究蒺藜苜蓿PYL基因奠定了基础。

[目的]本文旨在鉴定白菜NAC（NAM-ATAF1/2-CUC2）基因家族，并对其应答春化反应的表达进行分析。[方法]利用生物信息学软件及公共数据库，全基因组鉴定白菜NAC基因家族成员，并对其染色体位置、基因结构特征、进化及复制模式等进行分析；利用转录组数据和RT-qPCR技术分析白菜NAC基因的表达模式以及其应答春化反应的表达水平。[结果]白菜NAC基因家族成员共有188个，基因结构及保守基序差异较小，大部分成员含有2～6个内含子。系统进化树分析表明，白菜与拟南芥NAC基因家族成员分可为7个亚簇。基因表达模式分析发现，大部分BrNAC基因表达具有组织特异性，仅少数成员在各组织中具有较高的表达丰度。春化反应转录组及RT-qPCR分析发现，白菜NAC基因家族中有5个成员（Bra004385、Bra004736、Bra031950、Bra036327、Bra033296）在白菜应答春化过程中维持较高的表达丰度。[结论]白菜NAC基因家族的扩张主要来源于基因复制事件，与拟南芥NAC基因家族关系密切，部分基因可能来自同一祖先。白菜NAC基因家族在各器官中的表达具有组织特异性，其中5个BrNAC基因在应答春化反应中具有重要作用。

为了进一步了解MADS-box家族基因的功能,利用生物信息学的手段,首次对甜菜MADS-box基因进行了全基因组的鉴定,并对其染色体定位、系统发生关系、基因结构、保守元件、表达模式以及蛋白功能联系进行预测和分析。结果表明,甜菜MADS-box基因共34个成员,其中,typeⅠ成员7个和typeⅡ成员27个,typeⅠ进一步分为Mα(3)、Mβ(1)、Mγ(3)3个组;typeⅡ进一步分为MIKCC(22)和MIKC*(5)2个组,MIKCC组可进一步分为AG(2)、AGL12(2)、AP3-PI(4)、B

[目的]CC-NBS-LRR(卷曲螺旋-核苷酸结合位点-富含亮氨酸重复,CNL)是高度保守的植物抗病蛋白家族。本文旨在克隆和研究CNL基因在不结球白菜抗霜霉病中的作用。[方法]以‘苏州青’c DNA为模板克隆获得BcCNL基因全长,并进行生物信息学分析、实时荧光定量PCR(RT-qPCR)检测、亚细胞定位及病毒诱导基因沉默(VIGS)验证。[结果]BcCNL基因含有2 790 bp开放阅读框,编码929个氨基酸,蛋白质相对分子质量为226.7,等电点为2.7。系统进化树结果显示,不结球白菜BcCNL蛋白与野甘蓝的进化关系最近,含有RX-CC、NB-ARC和LRR-3结构域;亚细胞定位显示其定位于细胞膜上。霜霉菌侵染后,BcCNL基因在抗病品种‘苏州青’中的表达量高于感病品种‘矮脚黄’; BcCNL基因的沉默降低了‘苏州青’对霜霉病的抗性。[结论]BcCNL蛋白在进化过程中保守性较高,定位于细胞膜上,BcCNL基因的沉默降低了‘苏州青’对霜霉病的抗性。

[目的]本文旨在分析不结球白菜BcICE1基因的表达模式并探索其在冷胁迫中的功能。[方法]以不结球白菜品种‘NHCC001’为材料,采用同源克隆的方法获得BcICE1基因的全长序列,并进行生物信息学分析;对‘NHCC001’进行4℃低温和PEG-6000模拟干旱处理,检测BcICE1基因对胁迫的响应;构建过表达载体pEarly Gate-BcICE1,利用注射法将载体农杆菌菌液导入烟草细胞进行BcICE1基因的瞬时表达并检测;构建酵母诱饵载体p GBKT7-BcICE1,转化AH109验证其转录激活活性;将pEarly Gate-BcICE1农杆菌菌液利用蘸花法进行BcICE1基因的遗传转化,并用RT-qPCR和Western blot对阳性苗进行鉴定。通过RT-qPCR对BcICE1过表达拟南芥中冷胁迫相关基因的表达水平进行分析。[结果]克隆获得不结球白菜BcICE1基因,其含有1 338 bp的开放阅读框,编码466个氨基酸,相对分子质量为47.40×103,等电点为5.42;氨基酸的多序列比对和系统进化树结果表明,BcICE1蛋白与欧洲油菜、荠菜和拟南芥ICE1蛋白同源关系较近。亚细胞定位表明BcICE1蛋白定位在细胞核中,具有转录激活性且对冷胁迫与干旱胁迫有响应。BcICE1过表达株系能增强植株的抗寒性,同时在低温处理后BcICE1过表达植株中冷胁迫相关基因At CBF3和COR15A的表达量显著高于野生型植株。[结论]克隆并获得BcICE1过表达拟南芥植株,功能分析表明BcICE1基因能增强植株抗寒性。

[目的]12-氧-植物二烯酸还原酶(12-oxo-phytodienoic acid reductase,OPR)是茉莉酸生物合成途径的关键酶,催化12-氧-植物二烯(OPDA)还原反应生成茉莉酸化合物,广泛参与植物生长过程中的防御系统。本文旨在克隆和研究不结球白菜Bc OPR3基因,研究其对信号分子和非生物胁迫应答的影响。[方法]对不结球白菜OPR3基因进行克隆、生物信息分析、亚细胞定位,并对其在霜霉病菌、脱落酸(ABA)、茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)、机械伤害、低温和热激胁迫下的表达水平进行了分析。

为获得与甜瓜果实成熟相关的基因,选择与乙烯生物合成及信号转导相关的4个基因家族HB(Homeobox)、RIN(Ripening inhibitor)、ETR(Ethylene receptor)、CTR(Constitutive triple reaction),对甜瓜全基因组鉴定,分别获得CmHB家族成员17个、CmRIN家族成员21个、CmETR家族成员3个和CmCTR家族成员20个,通过序列比对和基序分析验证了家族成员鉴定的可靠性。利用转录组测序方法,分析4个基因家族各成员在甜瓜品种河套蜜瓜原种和转反义CmACO1基因的河套蜜瓜品系M9生长期和成熟期果实中的表达量,发现河套蜜瓜原种中13个基因在2个发育时期果实中的表达量存在显著性差异,其中CmHB3、CmHB11生长期的表达量是成熟期的42,9倍,而CmHB4成熟期的表达量是生长期的27倍,其表达量均呈极显著差异。在M9品系中,12个基因在2个发育时期果实中的表达量存在显著差异,其中CmHB3、CmHB11生长期的表达量是成熟期的6,3倍,而CmHB4成熟期的表达量是生长期的41倍,其表达量均呈极显著差异。在生长期,CmHB3、CmHB11的表达量在2个材料中存在极显著差异,CmRIN14、CmRIN15存在显著差异。而在成熟期,CmHB3的表达量在2个材料中存在极显著差异,CmRIN14、CmRIN15存在显著差异。此外,还发现CmRIN14、CmRIN15在2个材料间的表达模式相反,表明其表达模式受CmACO1表达水平的影响。

【目的】全基因组水平鉴定并解析玉米Dof(DNA binding with one finger)基因家族。【方法】基于玉米V3基因组数据鉴定玉米Dof基因家族,并从基因的结构、系统发育关系、染色体的位置分布、玉米不同组织和不同生理发育阶段基因的表达谱以及在充足氮(sufficient nitrogen,SN)和低氮(limiting nitrogen,LN)条件下V3期叶组织基因的差异表达5个方面分析玉米Dof基因家族。【结果】玉米参考基因组中存在46个Dof结构域基因,命名为Zm V3Dof1—Zm V3Dof46。通过系统发育关系和序列相似性将该基因家族分为8个亚类(Subgroup)S...

为明确芥蓝TCP家族相关基因在叶片发育中的功能，基于甘蓝基因组数据，分析鉴定出芥蓝TCP基因家族有40个成员，参考拟南芥同源TCP基因注释及拟南芥数据库基因的相对表达量，初步选取BoTCP21和BoTCP25基因，采用qRT-PCR分析。结果表明：BoTCP21和BoTCP25均在叶片中大量表达，但二者在真叶不同部位的表达模式存在差异。为了进一明确TCP基因家族中参与叶片发育的基因，采用生物信息学方法并结合qRT-PCR对BoTCP家族进行了全面分析。结果显示：40个BoTCP都属于非分泌亲水性蛋白，分别定位在8条染色体上；系统进化树构建和亲缘关系分析将芥蓝中的BoTCP成员归为3类，其中PCF亚家族有19个成员，CYC亚家族8个成员，CIN亚家族13个成员。qRT-PCR结果表明：BoTCP21和BoTCP25在真叶和薹叶中具有较高的表达量，BoTCP14在开花结荚的植株根部表达量较高，而BoTCP16则在抽薹植株的根部表达量最高，说明BoTCP家族成员在组织部位表达存在时空特异性且广泛参与了植株的形态建成和器官发育。

[目的]本文旨在探究BcCPR1基因对灰霉菌的抗性及对霜霉菌和非生物胁迫的响应。[方法]采用同源克隆方法从不结球白菜中克隆BcCPR1基因CDS序列;利用MEGA 7软件对其进行同源性分析;利用农杆菌介导法在烟草中进行亚细胞定位研究及转基因拟南芥植株的获取;利用RT-qPCR技术,对BcCPR1基因在生物及非生物胁迫处理下的表达水平进行分析。[结果]BcCPR1基因含有1个1 221 bp的开放阅读框(ORF),编码406个氨基酸,与同属的甘蓝和芜菁进化关系最相近,分别为97.54%和92.66%。亚细胞定位结果显示,BcCPR1蛋白定位在细胞膜上。霜霉菌、脱落酸(ABA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、水杨酸(SA)和盐处理BcCPR1基因均有响应,并存在时间表达差异。过表达BcCPR1基因的转基因拟南芥对灰霉菌抗性增强,同时茉莉酸(JA)途径标记基因PDF1.2表达量显著上升。[结论]BcCPR1蛋白定位于细胞膜,主要通过茉莉酸(JA)途径调节过表达拟南芥对灰霉菌的抗性,对霜霉菌及非生物胁迫均有响应。

[目的]本文旨在研究不结球白菜基因BcNAC036的亚细胞定位及高温胁迫下的表达分析，并探索其功能及调控机制。[方法]以不结球白菜‘苏州青’为试验材料，提取叶片总RNA并且反转录成cDNA，同源克隆BcNAC036的全长基因序列，运用在线软件工具对其进行生物信息学分析。采用同源重组的方法构建过表达载体pCAMBIA1302-BcNAC036-GFP，农杆菌介导法将构建的过表达载体注射入本氏烟草叶片背面，通过激光共聚焦显微镜观察其亚细胞表达部位。采用RT-qPCR技术检测高温处理下不结球白菜耐高温品种‘苏州青’和热敏感品种‘矮脚黄’以及转基因拟南芥体内BcNAC036基因的表达量。对转基因拟南芥进行高温处理并统计其成活率。[结果]同源克隆的方法获得BcNAC036基因，其开放阅读框（ORF）为840 bp，编码279个氨基酸，相对分子质量为32 154.83，等电点是8.96。氨基酸序列比对以及同源进化树分析结果显示，BcNAC036蛋白与芜菁、甘蓝型油菜NAC036蛋白同源关系较近。亚细胞定位结果显示，BcNAC036的亚细胞定位表达在细胞核。RT-qPCR表明，BcNAC036在耐高温和热敏感品种中表达差异较大且表达量均呈明显下降趋势。转基因拟南芥较野生型相比，其成活率显著较低。[结论]BcNAC036蛋白在细胞核表达，BcNAC036基因与不结球白菜耐高温性呈负相关。

[目的 ]本研究通过系统检测沙棘UGT基因家族成员,探讨其结构特征及潜在功能,为解析沙棘类黄酮糖苷生物合成机制及其积累模式奠定基础。[方法 ]利用BLASTP和hmmsearch搜索沙棘基因组,并通过Pfam、CDD和SMART数据库验证保守结构域。使用Prot-Param、MUSCLE、MAGA7.0、MEME、MCScanX等工具分析蛋白理化性质、系统发育、蛋白基序和基因结构及基因复制事件。利用转录组数据和实时荧光定量PCR分析沙棘UGT基因在果实发育过程中的表达模式。[结果 ]本研究从沙棘基因组中鉴定出89个沙棘UGT基因,全部包含UGT基因家族保守结构域PSPG box。通过分析发现:沙棘UGT蛋白长度为266～533氨基酸,平均分子量50.00 KDa,平均等电点5.89。根据系统发育关系,可将89个沙棘UGT分为16个组,其中,A组包含最多的沙棘UGT基因家族成员。除7号染色体外,UGT基因共分布在11条沙棘染色体上。研究发现,串联重复是导致沙棘UGT基因家族扩张的主要复制事件。转录组分析和实时荧光定量PCR表明,大部分基因具有广泛的果实发育阶段特异性表达。[结论 ]本研究提供了沙棘UGT基因家族的完整信息,为进一步研究沙棘基因家族成员的生物学功能提供了数据参考和理论依据。

为了探究大麻二酚酸合成酶基因(CBDAS)家族在大麻中的功能,利用生物信息学方法对大麻二酚酸合成酶基因(CBDAS)进行了全基因组鉴定,并系统分析其理化特性、进化发育、基因结构、启动子顺式结合元件及表达模式。结果表明,大麻CBDAS基因家族包含5个成员,仅分布在2,7号染色体上;理化性质分析显示,大麻CBDAS基因家族编码的氨基酸数目为541～545 aa,分子质量为介于61.49～62.41 ku,等电点为6.90～9.00;系统进化分析显示,来自植物、动物和微生物的33个CBDAS基因可分为3个家族,多数CsCBDAS基因家族成员属于同一亚家族;启动子区顺式作用元件预测表明,CsCBDAS基因家族成员均富含光响应元件;组织特异表达分析显示,CsCBDAS1和CsCBDAS2在雌蕊中表达最高,CsCBDAS4、CsCBDAS5在根中表达量最高;大麻CBDAS基因在高大麻二酚(CBD)和低CBD含量品种的表达模式不同,CsCBDAS1表达量在高大麻二酚(CBD)品种中高于低CBD含量品种;外源重金属Cd处理CsCBDAS4和CsCBDAS5基因表达量显著上调表达;CsCBDAS1、CsCBDAS2及CsCBDAS5表达量在黑暗和光照处理间表现出显著差异,光照处理下,CBDAS1基因表达量显著低于黑暗处理,而CsCBDAS2及CsCBDAS5的表达量高于黑暗处理。这些基因可能参与大麻的生长发育与大麻素的合成,该研究为后续大麻CBDAS基因家族的功能研究奠定了基础。