【目的】鉴定桑树中MaCWIN （Cell wall invertase， CWIN）和MaCIF （Cell wall invertase inhibitor， CIF）家族基因，为揭示桑树MaCWIN与MaCIF家族基因的功能及筛选优质种质资源奠定基础。【方法】以拟南芥（Arabidopsis thaliana L.）和杨树（Populus trichocarpa L.）的CWIN和CIF家族基因为参考，在MorusDB数据库中筛选桑树的MaCWIN和MaCIF家族基因，用PCR基因克隆技术对其进行克隆，并进行motif分析、多序列比对分析、系统发生分析、蛋白特征分析、亚细胞定位预测，通过RT-qPCR技术分析MaCWIN和MaCIF家族基因在不同组织和果实不同发育时期的表达谱，分析MaCWIN和MaCIF之间的相关性，通过病毒诱导的基因沉默技术在桑树体内敲低MaCWIN和MaCIF家族基因的表达量并观察表型。【结果】筛选出MaCWIN和MaCIF家族基因各5个，成功克隆出4个MaCWIN基因和3个MaCIF基因，MaCWIN家族基因CDS区域长度为1722～1989 bp；MaCIF家族基因CDS区域长度为537～582 bp；MaCWIN1、MaCWIN2、MaCWIN4、MaCWIN5为酸性转化酶，MaCIF1、MaCIF3和MaCIF4为酸性转化酶抑制子；MaCWIN1、MaCWIN2和MaCWIN4属于细胞壁转化酶，MaCWIN5是液泡转化酶。MaCWIN1在幼叶表达量最高，MaCWIN2表达量随果实成熟逐渐积累，其他基因均表现出组织特异性；病毒诱导的基因沉默试验结果显示，MaCWIN1和MaCIF1基因的敲低导致相应植株发育延迟。【结论】MaCWIN和MaCIF基因家族是桑树体内重要的功能基因，首次克隆了MaCWIN和MaCIF基因编码区，确定其分类，其中MaCWIN1和MaCIF1是影响桑树生长发育的关键基因。为了解MaCWIN和MaCIF家族基因在桑树中的功能及培育桑树新品种提供理论基础。

[目的]研究桑树中HD-Zip Ⅰ亚家族成员的进化及结构等特点，明确该家族基因的器官特异性表达模式，阐明ABA及淹水、盐和脱水处理对桑树HD-Zip Ⅰ基因表达水平的影响。[方法]通过桑树基因组数据库鉴定桑树HD-Zip Ⅰ基因，并进行生物信息学分析；利用桑树与拟南芥HD-Zip Ⅰ蛋白的序列比对结果，构建系统进化树；利用桑树RNA-seq数据分析桑树HD-Zip Ⅰ基因的组织/器官特异性表达谱；利用qRT-PCR分析桑树HD-Zip Ⅰ基因在激素及非生物胁迫处理下的表达模式。[结果]共鉴定出14个桑树HD-Zip Ⅰ基因，根据进化关系可进一步将其分为6个分枝，各分枝内的成员具有相似的基因结构及保守基序。RNA-seq数据分析发现，MnHD-Zip 2和MnHD-Zip 6在根、枝条、冬芽、雄花和叶片中均呈现高水平表达。激素处理后的基因表达分析发现，MnHD-Zip 8、MnHD-Zip 9、Mn HD-Zip 11、MnHD-Zip 12和MnHD-Zip 13受到ABA不同程度的上调诱导，桑树其余HD-Zip Ⅰ基因的表达水平均受到ABA不同程度的抑制。非生物胁迫处理表达分析发现，桑树HD-Zip Ⅰ亚家族基因均受到3种非生物胁迫不同程度的诱导表达。[结论]桑树β分枝成员受到盐和脱水胁迫的显著诱导表达，且在各种器官中也有较广泛的高表达，因此，推测这些基因在桑树生长发育及逆境胁迫中均发挥着重要的调控作用。此外，MnHD-Zip 8和MnHD-Zip 12受到了盐、淹水及脱水胁迫的显著诱导，由此推测它们在桑树逆境胁迫响应中具有潜在重要功能。

【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。

【目的】桑树乳胶蛋白基因在抗虫防御过程中起着重要的作用。从桑树基因组数据库中鉴定桑树MLX56基因家族,并进行基因进化、基因结构及基因的表达分析,为桑树MLX56基因的功能研究及利用奠定基础。【方法】利用桑树基因组数据库,采用生物信息学方法,分析桑树MLX56基因家族结构及进化关系,并对MLX56基因家族成员进行鉴定;利用MEGA4.1软件进行系统进化树分析;通过半定量RT-PCR技术研究MLX56基因在桑树不同种及不同组织之间的表达水平,构建原核表达载体p ET-28a-MLX56-6,并将其转入大肠杆菌BL21(DE3)中,IPTG诱导融合蛋白表达,分别收集不同诱导时间段的菌液,SDS-P...

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。

为了探究圆齿野鸦椿Hsp20基因在强光、高温胁迫中的作用，利用生物信息学的方法对圆齿野鸦椿Hsp20基因家族进行全基因组鉴定，并从理化性质、系统进化、保守基序及基因结构、染色体定位及物种间共线性、顺式作用元件预测、蛋白网络互作和表达模式等方面进行分析.结果表明：圆齿野鸦椿含有32个Hsp20基因，分布在9条染色体中，分为5个大家族和12个亚家族，多数基因有1个内含子.EkHsp20家族的主要扩增方式为片段复制.圆齿野鸦椿含有多个非生物胁迫响应元件和激素类响应元件，如光响应元件、脱落酸响应元件等.表达量分析结果表明，圆齿野鸦椿Hsp20基因与Hsp101基因有蛋白网络互作关系.ER家族是一类提高植株的抗冷性的基因，圆齿野鸦椿基因组中缺失ER基因家族，这可能与其不耐寒相关.根据高温、持续强光导致叶片蜷缩的现象，结合EkHsp20-04、EkHsp20-20、EkHsp20-25在系统发育树中与拟南芥Hsp17.6b聚合在一起、与拟南芥Hsp101呈现蛋白互作关系，且均为CⅠ家族成员，推测EkHsp20-20、EkHsp20-04、EkHsp20-25可能是促使圆齿野鸦椿在高温条件下产生自我防御行为的主要基因.

[目的]本文旨在对前酪氨酸脱水酶(ADT)基因家族进行鉴定,分析其进化过程、基因结构、保守功能域、共线性关系和表达特性,并对梨ADT在石细胞形成过程中的功能进行初步验证。[方法]基于已公布的20个物种全基因组数据,采用BLASTp和Hmmer结合的方法进行成员鉴定,通过多种生物信息学手段分析序列。利用转录组数据和RT-qPCR检测梨ADT成员在果实发育中各个阶段的表达模式。利用农杆菌介导的瞬时转化法在梨幼果中过量表达PbADT1基因,通过间苯三酚染色观察幼果石细胞团分布,并测定木质素含量及其通路基因的表达量。[结果]在20个物种中共鉴定了113个ADT家族成员。通过系统进化树将家族成员分为4个亚组,6个水生藻类中都仅有1个ADT基因被鉴定,随后进化出的陆生植物中ADT基因家族均得到了不同程度的扩张。梨果实发育的转录组数据表明,多个ADT基因的高水平表达集中在花后35 d, RT-qPCR的结果证实了这一点。PbADT1的瞬时过量表达使梨幼果石细胞和木质素含量增加,并提高了木质素关键合成酶的表达水平。[结论]ADT基因在植物从水生向陆生进化的过程中得到了大量扩张,其蛋白水解酶生成的苯丙氨酸是合成木质素和形成维管束的底物基础。梨石细胞在幼果发育期大量形成,ADT在梨中的表达模式表明该基因家族可能调控果实石细胞的形成,PbADT1在梨果实中的瞬时过量表达使木质素含量升高、石细胞扩散加剧,表明ADT基因的过表达可能通过提高关键合成酶的表达水平对梨石细胞的形成产生影响。

【目的】分析番杏[Tetragonia tetragonoides (Pall.) Kuntze]中TtLIM基因家族的序列组成、RNA-seq基因表达和异源表达生物学功能，探究其可能参与调控番杏植株发育和胁迫应答反应的分子机理，为发掘番杏抗逆功能基因及其在作物育种中的应用提供理论基础。【方法】通过前期对番杏(Tetragonia tetragonoides (Pall.) Kuntze)cDNA文库的筛选，获得一个编码番杏LIM基因的全长cDNA，命名为TtWLIM1b。对TtWLIM1b在酵母中进行了功能分析。结合番杏全基因组测序信息，从番杏基因组中鉴定出16个TtLIM基因，对这些家族成员的染色体定位、所编码蛋白的理化性质、系统进化以及蛋白的保守模式进行综合的生物信息学分析；构建了番杏与拟南芥、水稻和紫花苜蓿的LIM蛋白家族成员的进化树。最后，通过RNA-seq分析TtLIM基因家族成员在番杏不同组织以及在不同胁迫处理后的相对表达量。【结果】异源表达TtWLIM1b能够提高转基因酵母的重金属耐受性及耐热的能力；番杏TtLIM家族蛋白成员均含有LIM结构域，而该结构域富含半胱氨酸。因此，TtLIMs也是富含半胱氨酸蛋白(Cysteine rich protein， CRP)的一种。序列分析表明，番杏LIM蛋白成员具有高度的保守性，且其成员的复制扩增较为明显；TtLIM基因家族成员在不同的番杏器官中广泛而有差异地表达。【结论】番杏TtLIMs可能参与调控番杏植株发育和胁迫应答反应。

目的克隆桑树(Morus alba L.)二氢黄酮醇4-还原酶(dihydroflavonol-4-reductase,DFR)基因,并通过烟草过表达研究其对烟草黄酮生物合成的影响,为该基因功能分析及应用提供理论参考。方法采用RT-PCR的方法从桑树中克隆出Ma DFR,采用农杆菌介导的遗传转化技术,将Ma DFR导入模式植物烟草中,获得具有卡那抗性的转基因烟草植株,通过基因组PCR鉴定转基因阳性植株,采用反向PCR的方法分析T-DNA在烟草中的插入位点。通过定量PCR的方法分析Ma DFR在烟草中的表达水平,Al Cl3分光光度法测定转基因烟草中总黄酮含量,通过DPPH(1,1-二苯基-2-...

【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]本文旨在鉴定分析CLE(CLAVATA3/Embryo surrounding region)多肽家族的特点及进化特征,深入了解蔷薇科果树CLE多肽的功能。[方法]基于全基因组测序结果,采用生物信息学方法,参考拟南芥中CLE多肽序列鉴定梨、苹果、桃、梅、草莓和黑树莓6个蔷薇科果树物种CLE多肽家族序列信息,重点分析梨CLE多肽家族的基因结构和理化特性等;通过转录组数据分析PbrCLE成员在不同组织以及在花柱和花粉不同发育阶段的表达模式;并通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术分析5个PbrCLE成员在花粉和花柱中的表达模式。通过外源CLE多肽处理梨花粉,研究其调控花粉管生长的功能。[结果]本研究在蔷薇科果树中共筛选到91个CLE候选基因。各物种CLE基因不均匀分布在5～12条染色体上。聚类分析将所有CLE基因分为4组。K_a/K_s分析表明大部分PbrCLE基因都经历了纯化选择。转录组结果表明大部分CLE基因在梨不同组织中的表达量均较低,这与多肽信号分子在植物体内含量较低相一致。外源合成的PbrCLE31多肽可以抑制体外培养的梨花粉管生长。[结论]蔷薇科果树中存在保守的CLE基因,并且PbrCLE31多肽可以抑制梨花粉管的生长。

[目的]本文旨在对梨单糖转运蛋白(sugar transporter protein, STP)基因家族成员进行鉴定，分析其序列特性、基因结构、氨基酸序列保守功能域、染色体定位以及组织表达特性，为其功能研究奠定基础。[方法]基于梨的全基因组数据，采用生物信息学方法进行序列鉴定和分析。通过不同糖种类和浓度培养梨花粉来分析糖对花粉管生长的影响。利用转录组数据分析PbrSTP成员在花粉不同发育阶段的表达模式。通过亚细胞定位技术分析PbrSTP11在细胞中的分布情况，并利用反义寡聚脱氧核苷酸(as-ODN)技术和缺陷型酵母突变体验证PbrSTP11的功能。[结果]梨STP基因家族有35个成员，分为5个亚家族，各亚家族具有保守的基因结构和蛋白质基序。与无糖、葡萄糖和果糖培养基相比，含蔗糖的培养基对梨花粉的萌发和生长均具有显著的促进作用，而低浓度的单糖培养基也会促进梨花粉的萌发和生长，但其作用没有蔗糖显著。RT-qPCR结果表明，PbrSTP11基因在梨花粉中特异性表达。随着单糖浓度的升高，PbrSTP11基因的表达水平显著提高。亚细胞定位显示PbrSTP11蛋白定位在细胞膜上。酵母功能互补试验结果显示，PbrSTP11对葡萄糖、果糖具有转运能力，并且对葡萄糖的转运能力高于果糖，但PbrSTP11没有转运蔗糖和山梨醇的活性。利用as-ODN技术敲低PbrSTP11基因表达抑制了梨花粉管生长。[结论]PbrSTP基因家族成员高度保守；PbrSTP11定位于质膜，具有转运葡萄糖和果糖的能力，从而促进梨花粉管生长。

【目的】CAP(Cysteine-rich secretory protein,Antigen 5 and Pathogenesis related protein 1)超家族蛋白广泛存在于真菌、细菌、动植物等物种,并且参与病原菌的致病过程。本研究旨在鉴定苹果树腐烂病致病菌——苹果黑腐皮壳菌(Valsa mali)的CAP超家族基因并明确CAP超家族基因在病菌致病方面的作用。【方法】通过BLASTP在苹果黑腐皮壳菌全基因组中检索具有CAP保守结构域的基因;利用特异性引物对鉴定到的CAP基因进行PCR扩增和凝胶电泳检测;使用生物信息学软件和在线数据库进行蛋白序列特征和系统发育分析;利用RT-qPCR分析基因在病菌侵染过程中的表达模式;使用特异性引物扩增CAP基因上、下游片段并从PDL2质粒上扩增筛选标记基因;利用Double-joint PCR构建基因敲除盒并通过PEG介导的原生质转化技术进行基因敲除和基因回补;以遗传霉素(G418)抗性为筛选标记并利用4对引物PCR检测获得基因敲除突变体;以潮霉素(HPH)抗性为筛选标记获得基因回补菌株;通过对菌株进行培养皿内生长试验明确基因对病菌营养生长的影响;通过离体苹果枝条接种试验分析该病菌CAP超家族基因的毒性功能。【结果】在苹果黑腐皮壳菌中鉴定到3个具有CAP保守结构域的基因,分别命名为VmPR1a、VmPR1b和VmPR1c。序列特征分析发现,3个CAP蛋白均包含4个保守区:N端信号肽、N端延伸区(NTE)、CAP保守功能域和C端延伸区(CTE)。系统发育分析显示,3个CAP蛋白聚于不同的进化支,VmPR1a聚于clade2进化支并与粗糙链孢霉(Neurospora crassa)CAP蛋白进化关系较近;VmPR1b聚于clade3且与镰孢菌属(Fusarium spp.)CAP蛋白的进化关系更近;VmPR1c聚于clade1,并且也与粗糙链孢霉的CAP蛋白进化关系较近。RT-qPCR分析结果显示,VmPR1a、VmPR1b和VmPR1c在病菌侵染早期(6 h和12 h)均显著上调表达。利用PEG遗传转化技术获得VmPR1a、VmPR1b和VmPR1c敲除突变体(ΔVmPR1a-7/23、ΔVmPR1b-20/31和ΔVmPR1c-26/40);营养生长观察发现,所有敲除突变体生长表型与野生型菌株03-8均无明显差异;致病力检测发现,ΔVmPR1b-20/31致病力较野生型无明显变化,而ΔVmPR1a-7/23和ΔVmPR1c-26/40致病力较野生型显著下降。将VmPR1a和VmPR1c分别回补至ΔVmPR1a和ΔVmPR1c,回补菌株(VmPR1a/C和VmPR1c/C)致病力恢复至野生型水平。【结论】苹果黑腐皮壳菌中存在3个CAP超家族基因(VmPR1a、VmPR1b和VmPR1c),其中VmPR1a和VmPR1c是苹果黑腐皮壳菌重要的毒性因子。

【目的】9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)、醛氧化酶(AAO)和玉米黄质环氧化酶(ZEP)在脱落酸(abscisic acid,ABA)间接途径合成中发挥主要调节作用,它们是ABA合成相关基因。以桑树栽培品种嘉陵40号(Morus atropurpurea Roxb.)果实为材料,测定其发育过程中ABA的含量,分析桑椹成熟过程中ABA合成相关基因的转录表达、ABA及其合成抑制剂对果实发育的影响,为研究ABA在桑椹成熟和衰老过程中的作用机制提供基础数据。【方法】根据从单倍体川桑(Morus notabilis Schneid.)基因组数据库(http://morus.swu.edu.cn...

为研究植物miR399家族成员构成、分子特征及其靶基因功能,利用生物信息学方法对植物miR399家族成员数量、系统进化、二级结构、启动子特征及靶基因功能进行分析。共获得244个成熟miR399成员,仅分布在被子植物中,不同物种中pre-miR399和miR399的数量分布差异较大;大多数pre-miR399仅剪切为单个成熟miR399,数量最多的pre-miR399长度为64 nt,93.85%的成熟miR399序列长度为21 nt;pre-miR399序列分析显示,3′端保守性高于5′端,且大部分成熟miR399序列来源于3′端,保守序列为UGCCAAAGGAGA*UUGCCC*G;进化分析显示,miR399序列一致性较高,但不同种属间聚类关系较复杂;植物pre-miR399主要分为3种类型:①产生1条成熟miR399,且位于pre-miR399的3′端;②产生2条成熟miR399,分别位于pre-miR399的3′端和5′端;③产生1条成熟miR399,且位于pre-miR399的5′端;pre-miR399启动子区含有大量激素和胁迫响应元件;水稻miR399家族靶基因本体分析显示,细胞组分分类中的细胞和细胞部分类别占比均为59.1%,分子功能分类中的催化活性和结合类型占比分别为40.9%和45.5%,miR399调控了多个磷响应和磷转运靶基因,这些基因主要参与了植物磷代谢、应激响应、基因表达调控等多项进程。研究表明,miR399在植物进化过程中高度保守,能够响应多种不同信号,其参与了植物的多种生命过程,尤其在植物磷饥饿胁迫和磷转运中发挥重要作用。