【目的】杨树是我国人工林的重要组成部分,也是公认的模式木本植物。植物BAG蛋白作为保守的分子伴侣,在生长发育和抗逆性中起到关键作用。研究杨树BAG蛋白家族的进化与表达模式,鉴定BAG基因的生物学功能对于林木遗传改良具有重要的指导意义。【方法】以拟南芥7个BAG蛋白为诱饵,搜索毛果杨、水稻和小立碗藓在线数据库(https://phytozome.jgi.doe.gov)获得这3个物种同源的BAG蛋白。利用生物信息学构建毛果杨、拟南芥、水稻和小立碗藓BAG蛋白的系统进化树,分析这些蛋白的生化特性及进化关系。结合杨树芯片(http://bar.utoronto.ca)数据,利用qRT-PCR检测杨树BAG基因的组织和逆境(旱和热胁迫)表达模式。【结果】毛果杨包含14个BAG基因,按照国际命名法(以染色体位置进行排序),将其命名为PtrBAG1—PtrBAG14。系统进化树表明杨树、拟南芥、水稻和小立碗藓BAG蛋白相对保守,大体可以分为2个亚家族。第1个亚家族中,大部分BAG蛋白N端含有UBL结构域,可能作为分子桥梁参与降解某些蛋白;第2个亚家族的大部分BAG蛋白含有IQ结构域,意味着这些蛋白可能与Ca~(2+)信号相关。杨树BAG基因在不同逆境处理(热胁迫和干旱胁迫)条件下有不同的表达模式。热处理诱导所有BAGs基因表达发生变化,其中BAG1、BAG4、BAG6、BAG7和BAG8表达被激活,而另9个BAG基因的表达被抑制;特别是,热诱导BAG4和BAG6表达上调超过90倍。干旱胁迫条件下,大部分BAG表达变化幅度很小。组织表达模式分析表明,大部分杨树BAG基因在根、叶、芽、小苗、雌花序、雄花序和木质部中表达量很低,只有BAG2和BAG12在木质部中大量表达。【结论】杨树BAG家族共有14个成员,大体分为2个亚家族,在进化上与本文选用的陆生植物拟南芥和水稻BAG蛋白有更高的相似性。杨树14个BAG基因可能都参与了热胁迫调控,但不同成员在抗热过程中起不同作用。相比而言,大部分杨树BAG基因可能并不参与抗旱。值得指出的是,杨树BAG4和BAG6可能在热胁迫中作用最明显,而BAG2和BAG12可能参与木材形成。

【目的】TIR1/AFB F-box作为生长素受体参与从生长素结合到Aux/IAA蛋白降解这一信号转导过程。通过克隆杨树AFB基因家族成员,并检测其在病原菌、激素和干旱胁迫下的表达模式,以期了解AFB基因在杨树生长发育及激素信号转导中的作用机制。【方法】以美洲黑杨杂种NL-895杨为材料,通过PCR与RACE技术,克隆NL-895杨AFB基因家族成员全长c DNA,进而利用在线分析软件和数据库对各成员编码蛋白质的理化参数、保守结构域、蛋白质三级结构进行分析和预测;根据氨基酸序列多重比对结果进行系统进化分析;采用实时定量PCR技术研究4个NL-895杨AFB基因家族成员在病原菌、激素和干旱胁迫下...

[目的]探究bHLH亚家族成员MYC基因在杨树生长发育及对环境响应中的表达模式,为解析茉莉酸信号通路关键基因MYC调控杨树生长发育及抗逆响应提供参考。[方法]利用生物信息学方法鉴定杨树基因组中的MYC基因家族成员并对各成员的基因结构、保守基序进行了系统分析;在此基础上,采用实时荧光定量PCR技术检测了MYC成员在不同组织、不同植物激素响应及逆境胁迫下的表达模式。[结果]毛果杨基因组中含有10个MYC成员,这些成员在进化上相对保守,均具有典型的bHLH结构域,根据进化关系将其分为3个分支。组织表达分析发现,大部分MYC家族成员在根中均具有较高表达量,分枝Ⅱ两对基因在茎中呈相反表达模式。不同激素处理及非生物胁迫条件下MYC基因存在显著表达差异,但基因对之间多存在类似的表达模式。[结论]杨树MYC基因家族成员可能参与不同的生物学过程,研究结果为深入解析杨树MYC基因的功能奠定了基础。

[目的]纤维素的合成在木材形成过程中具有重要的作用,纤维素合酶(Cellulose Synthase,CESA)是参与纤维素合成的关键酶。由于3种CESA形成一个有功能的纤维素合酶复合体,而杨树中包含CESA4、CESA7A、CESA7B、CESA8A和CESA8B5种次生壁CESA,本文从这5种CESA的表达模式与互作分析入手,探讨了其在次生壁纤维素合成中的工作模式。[方法]利用RNA-seq与基因芯片数据进行基因表达分析,揭示5种次生壁CESA在根、茎、叶组织的表达模式与次生维管再生过程中的表达变化。

[目的 ]鉴定白桦AMT基因家族成员，分析AMT基因的表达模式。[方法 ]本研究利用生物信息学方法鉴定了该家族成员并通过实时荧光定量技术分析其基因表达模式。[结果 ]从白桦基因组中鉴定了9个AMT家族成员，并将其分为AMT1和AMT2两个亚家族，分别命名为BpAMT1.1～1.4和BpAMT2.1～2.5;BpAMTs氨基酸残基数为384～522个，等电点为4.61～8.16，均定位于质膜与细胞器膜上；BpAMT基因不均匀的分布在5条染色体上，且成员间存在串联重复现象。BpAMT基因的表达具有组织部位特异性，呈现叶>根>茎趋势；同时发现，硝酸钾、氯化铵、茉莉酸甲酯、赤霉素、脱落酸、氯化镉、干旱、4℃和日变化等均可以影响BpAMT基因表达，且不同处理下家族成员的响应程度存在差异。[结论 ]从白桦中鉴定9个BpAMT基因，聚类为两个亚家族，在调节氮素吸收转运、响应激素信号及非生物胁迫中发挥不同的作用，该研究结果为深入解析BpAMT基因在白桦生长发育和抵抗逆境中的功能奠定基础。

【目的】探究桑树NAC基因家族的生物信息学特征，并研究1 000 mg·L^-1生根粉（ABT）处理对该基因产生的影响，为深入研究桑树NAC转录因子的功能提供依据。【方法】利用生物信息学方法对川桑NAC基因家族进行基因鉴定，并分析其理化性质、保守基序、顺式作用元件、系统进化树、蛋白三级结构及互作关系，并选用‘果桑大十’作为试验材料，经ABT处理后，分析其4个时期（10、20、30、40 d）NAC基因家族的表达模式。【结果】桑树NAC基因家族共有92个成员，分为22个亚家族，亚家族成员广泛分布于细胞核，且具有相似的保守结构。顺式作用元件分析表明，桑树NAC基因家族对激素具有较强的响应能力。蛋白三级结构显示同一亚家族的蛋白空间结构相似，且功能相同，这可能与其进化同源性有关。ABT处理后，NAC基因家族的表达水平整体呈上升趋势，而MnNAC91、MnNAC67、MnNAC28在对照组（CK）中呈现较高的表达水平。【结论】NAC基因家族功能相对稳定，在整个进化过程中无明显变化；ABT可促进NAC基因家族表达，尤其是MnNAC75、MnNAC104、MnNAC7、MnNAC30、MnNAC101、MnNAC83、MnNAC102具有较高的同源性，并与拟南芥的结构功能相似，推测对抗干旱胁迫有一定作用。

14-3-3蛋白在植物细胞信号传导中发挥重要的作用,探索木本植物14-3-3蛋白家族的进化模式对深入理解该基因家族的功能有重要的指导意义。本文采用生物信息学的方法,在基因组水平上搜索和鉴定了12个杨树14-3-3蛋白基因,其中ε类有7个,非ε类有5个。通过对杨树14-3-3基因家族的系统进化、序列相似性、基因结构和染色体位置分析,发现杨树14-3-3基因的扩张主要是通过最近的一次全基因组加倍事件产生的。在全基因组加倍事件中共产生5对重复基因对,Ka/Ks分析显示这5对重复基因对处于较强的净化选择压力。RT-PCR分析显示在杨树12个14-3-3基因中有8个在不同组织中均表达,另外4个基因的表达...

应用生物信息学方法从杨树基因组数据库中筛选出19个杨树肉桂醇脱氢酶基因,它们聚为3类。序列分析表明,杨树CAD基因家族主要通过全基因组加倍和串联复制的方式进行扩张。杨树和拟南芥CAD家族共6对旁系同源基因,在较强的净化选择压力下进化。19个基因在杨树不同组织中均有表达,表达量较高的是PoptrCAD17、PoptrCAD4、PoptrCAD10和PoptrCAD7,其他基因表达相对较少,相同亚类的CAD基因表达变化趋势接近。从毛白杨中克隆得到PoptrCAD4,体外表达的CAD4酶催化活性很强,具有明显的松柏醇底物偏好。

【目的】克隆川杨几丁质酶基因cDNA全长序列,分析其在病原菌侵染过程中不同时段的表达特征。【方法】以受落叶松-杨栅锈菌(Melampsora larici-populina)单孢子堆菌系Sb052侵染后的川杨叶片为试材,采用RACE法克隆川杨几丁质酶基因cDNA序列,对其进行生物信息学和实时荧光定量表达分析。【结果】克隆到1条川杨几丁质酶基因序列,将其命名为PsChiⅠ(GenBank登录号:KC416180)。该序列全长1 145bp,包含1段960bp的开放阅读框(ORF),38bp的5′非编码区和147bp的3′非编码区。其编码蛋白含有319个氨基酸,具有2条糖苷水解酶19家族特征序列,...

为探究CDPK基因在木材形成过程中的作用,本研究在基因组水平上对杨树CDPKs基因家族的成员进行分析,找到32个CDPKs及10个CRKs成员。对CDPK基因家族成员在杨树中表达特性进行了分析,发现其家族成员在不同组织、不同发育阶段以及毛白杨次生维管发育不同时期的表达特性不同。分析杨树CDPK基因家族中3个基因Pt CPK1、Pt CPK6、Pt CPK15,其蛋白质一级结构均存在1个跨膜区,其蛋白定位在细胞膜上。

[目的]为探究ROP基因在林木中的功能。[方法]本研究以杨树为模式,在全基因组水平上对ROP基因的家族成员、基因结构、保守结构域、氨基酸序列相似性及表达模式进行了分析。[结果]显示,杨树PtROP基因家族包含13个成员,不同成员间在进化上相对保守,均存在与GTP结合与水解相关的结构域。这些基因在不同组织、不同胁迫条件下的表达具有明显差异,说明它们参与不同的生物学过程。通过构建功能基因网络(functional gene network for poplar)发现PtROP基因主要参与了信号转导过程。[结论

【目的】鉴定杨树受低氮胁迫后miRNA的靶基因,分析靶基因在氮胁迫后的差异表达并探讨其功能,为揭示杨树低氮胁迫下miRNA的调控功能提供参考,并为树木低氮营养高效利用育种提供重要的候选基因。【方法】根据miRNA的保守性及与靶基因的严谨互补配对关系,以杨树miRNA为探针利用靶基因预测软件psRNATarget,通过与毛白杨转录组的基因序列进行比对鉴定靶基因,进一步开展毛白杨受低氮胁迫后靶基因的差异表达分析及功能注释。【结果】获得了131个miRNA家族的242个miRNA成员对应的3 024个靶基因,分别参与了植物激素信号转导、次生代谢产物的生物合成、氨基酸合成代谢、碳代谢和RNA运输等通路。57个靶基因在低氮胁迫处理后发生显著变化,其中受到诱导(29个)和抑制(28个)的基因数目相当。14个低氮胁迫响应的miRNA,其对应的11个靶基因也发生了显著的差异表达变化,其中miRNA和靶基因表达量发生相反变化的有8个miRNA。本研究发现参与植物激素信号转导的靶基因(2个)及参与代谢途径的靶基因(6个)发生了差异表达。miR162的靶基因编码ABC转运蛋白,miR393运用于靶基因KAT2调节Na+和K+动态平衡,miR399的靶基因PIF3编码光敏色素互作因子PIFs蛋白,这些miRNA及靶基因可能在杨树响应低氮胁迫中发挥重要作用。【结论】本文鉴定到了毛白杨中一批低氮胁迫响应miRNA的靶基因,可调控杨树对氮逆境胁迫信号的反应。这些miRNA及靶基因为进一步揭示miRNA及靶基因在低氮胁迫下的调控功能提供了研究线索,为树木氮营养的高效利用改良提供了重要候选基因。

【背景】二化螟（Chilo suppressalis）是我国水稻上的重要害虫之一，味觉受体（gustatory receptor,GR）基因在昆虫取食、产卵等过程中发挥重要作用。【目的】基于组学数据鉴定并克隆二化螟GR基因序列，明确其在不同发育阶段和成虫不同组织中的表达特性，为后续深入研究二化螟GR基因的功能打下基础。【方法】结合二化螟转录组数据和其他昆虫的GR基因序列，通过多重序列比对，鉴定二化螟GR基因。利用RT-PCR方法克隆获得二化螟GR基因的完整开放阅读框（open reading frame,ORF）序列，运用生物信息学分析工具对二化螟GR基因编码的氨基酸序列进行分子生物学特征、结构域等分析；基于最大似然法构建二化螟GR基因蛋白序列与其他昆虫GR基因的系统进化树；利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR）方法分析GR基因在二化螟不同发育阶段（1—6龄幼虫和雌、雄成虫）和成虫不同组织（雌、雄成虫的触角、头、翅、腹、足）中的表达模式。【结果】鉴定并克隆得到5个二化螟GR基因，分别命名为CsupGR1—5,ORF长度为1 122—1 428 bp，编码氨基酸序列长度为373—475 aa，其中CsupGR2、CsupGR4、CsupGR5具有7个跨膜结构域，CsupGR1、CsupGR3具有8个跨膜结构域。系统进化分析显示，CsupGR1、CsupGR2与黑腹果蝇DmelGR63a及小菜蛾PxylGR7、PxylGR8亲缘关系较近，属于CO_2受体家族；CsupGR3与黑腹果蝇DmelGR43a及家蚕BmorGR9、BmorGR10亲缘关系较近，属于果糖/肌醇受体家族；CsupGR4、CsupGR5与黑腹果蝇DmelGR64及家蚕BmorGR5—8亲缘关系较近，属于糖受体家族。发育期表达谱分析表明，二化螟5个GR基因在不同发育时期均有表达，其中CsupGR1、CsupGR4均在雄成虫中高表达，CsupGR2在1龄幼虫和雄成虫中表达量最高，CsupGR3在成虫中高表达，CsupGR5在4龄幼虫中表达量最高；组织表达谱分析表明，5个GR基因在雌、雄成虫的各组织均有表达，其中CsupGR1、CsupGR5在成虫头部表达量高，CsupGR2—4在成虫触角部位高表达。【结论】鉴定克隆的5个二化螟GR基因均具有昆虫味觉受体基因的典型特征，且在成虫触角或头部高表达，推测这5个基因可能与二化螟识别和适应寄主植物有关。

【目的】深入挖掘巨桉脱水素基因EgrDHN家族成员并探讨其应对逆境胁迫的表达模式，从中筛选具有抗逆功能的EgrDHN基因对于培育桉树抗逆新品种具有重要意义。【方法】以巨桉全基因组数据为参考，利用生物信息学筛选鉴定得到巨桉EgrDHN基因家族成员，对其进行生物信息学分析，具体包括进化树分析、蛋白序列比对、启动子顺式作用元件预测等，并基于生信分析结果，对EgrDHN基因家族成员进行低温、高盐和ABA胁迫处理，采用RT-qPCR测定其表达模式，同时对其组织表达特异性进行了测定。【结果】从巨桉基因组中共鉴定出EgrDHN家族9个成员，将其命名为EgrDHN1～EgrDHN9，分布于5条染色体上，根据蛋白质保守序列的特点可分为K_nS、SK_n和Y_nSK_n 3种类型。系统进化树显示植物DHN家族成员可分为4个进化枝，其中第Ⅳ进化枝包含巨桉EgrDHN7、EgrDHN8、EgrDHN9，但不包含任何毛果杨Populus trichocarpa DHN同源基因（PtrDHNs），两者存在明显差异。启动子元件预测分析发现巨桉EgrDHN启动子中含有低温响应（low-temperature response,LTR）等胁迫响应类元件，MYB、MYC等与抗逆性相关以及植物激素响应类顺式作用元件。组织特异性表达分析发现EgrDHN家族成员在根、成熟叶片、子叶中表达量较高，其中EgrDHN2在成熟叶片中表达量最高。非生物逆境胁迫下经RT-qPCR检测发现EgrDHN家族成员中，EgrDHN1在高盐胁迫下表达量下调，在低温和ABA胁迫时上调，而其他成员在低温、高盐、ABA胁迫下均存在上调，其中低温条件下以EgrDHN2、EgrDHN3、EgrDHN4响应最为明显。【结论】大部分EgrDHNs基因参与逆境胁迫响应，且除EgrDHN1在盐胁迫下的表达量下降外其它成员在逆境胁迫下的表达量均上升。

生物钟节律基因CCA1在植物的光周期反应中起着重要的调控作用。利用RT-PCR方法克隆获得了一条包含1 902 bp开放阅读框的杨树CCA1基因cDNA序列,其编码633个氨基酸残基,蛋白的分子量约为68.90 kDa,等电点为6.33。分析显示含有1个Myb-like DNA结合域及2个蛋白跨膜结合域。实时荧光定量PCR分析发现,PtCCA1基因主要在杨树叶组织中表达;随着光照时间的变化,该基因在杨树中的表达量呈现白昼不断降低而夜晚逐渐升高的昼夜变化趋势。研究结果为进一步探索PtCCA1基因在调控杨树光周期响应途径中的功能以及杨树光周期敏感机制提供了科学基础。