目的发掘陆地棉Dirigent-like蛋白基因家族,明确不同黄萎病抗性品种间该基因家族成员的多态性及表达差异。方法利用Illumina Hiseq 2000测序平台,通过RNA-Seq测序技术,获得黄萎病菌侵染陆地棉抗病品种和感病品种的Dirigent-like蛋白基因家族成员Unigene序列;采用生物信息学软件对其进行核苷酸序列及编码蛋白的多重比对和系统进化分析;针对该家族成员设计特异的quantitative real-time PCR引物,在Applied Biosystems 7500 Real Time PCR System上使用SYBR green PCR试剂盒标记反应产物,棉...

Dirigent-like基因(DIR)编码蛋白质参与木质素的形成,与植物体的病菌防御有关。本研究以抑制差减杂交(SSH)技术获得DIR的EST为信息探针,对棉花EST数据库进行同源搜索和序列拼接,获得了全长为768 bp的DIR基因cDNA全长,将该基因命名为GhDIR。该基因序列的开放阅读框(ORF)位于70～594 bp,推测编码175个氨基酸残基的蛋白。用陆地棉基因组DNA和cDNA分别进行了PCR扩增验证,克隆测序结果表明,所得GhDIR序列与电子克隆序列完全一致,没有内含子。序列比对和系统进化分析表明,该基因与海岛棉的同源序列表现了最高的相似性,与其他双子叶植物同源序列的相似性次之...

为了探索植物响应黄萎病病原菌侵染的作用机制，以黄萎病高感野茄材料大理野茄(M239)为研究对象，通过人工接种黄萎病病原菌大丽轮枝菌的方法，首先测定M239在接种大丽轮枝菌后0,6,12,24,48 h的根部4个关键生理指标，即过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性和可溶性蛋白(SP)含量的变化。结果确定接种大丽轮枝菌后12,24 h为蛋白组分析取样的关键时间点；在此基础上，利用iTRAQ技术分析M239在接种大丽轮枝菌后根部蛋白的变化。结果发现，与清水接种(CK)相比，M239接种大丽轮枝菌后12 h有463个差异表达蛋白(DEPs),其中305个下调，158个上调；接种后24 h,有456个DEPs被病原菌诱导表达，包括296个下调，160个上调。这些蛋白主要富集在碳代谢、乙醛酸和二羧酸代谢、次生代谢物的生物合成、丙酮酸代谢、新陈代谢等途径。通过与已报道的黄萎病抗性材料的研究结果进行对比分析发现，M239在响应大丽轮枝菌的侵染过程中，参与防御响应的蛋白数量和代谢通路较少，未能形成有效的防御网络，最终表现为感病。

为探究棉花ROP基因在非生物逆境胁迫及外源激素处理下的表达模式，利用同源克隆的方法获得2个陆地棉(Gossypium hirsutum L.)ROP基因GhROP1和GhROP8,通过生物信息学方法分析其理化性质、结构及进化关系，并利用荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对其组织表达的特异性及不同逆境胁迫和外源激素处理下的表达模式进行分析。结果表明：1)GhROP1和GhROP8基因的开放阅读框(ORF)分别为591和630 bp,各编码197和210个氨基酸，均含有1个保守的RHO结构域。2)多序列比对显示2个GhROPs蛋白均符合ROP蛋白结构特征且与其他物种ROP蛋白具有高度的相似性，聚类分析表明，GhROP1蛋白属于Ⅰ类ROP蛋白，GhROP8蛋白属于Ⅱ类。3)2个GhROPs基因在不同组织中均有表达且存在组织特异性：GhROP1基因在真叶中表达量最高，在根部和茎部表达量较低；GhROP8基因在根部表达量最高，其他组织中均为低表达量。2个GhROPs基因对于干旱、高盐、低温及高温等非生物逆境胁迫和外源脱落酸(ABA)、生长素(IAA)的处理均有响应：2个GhROPs基因表达均受干旱胁迫诱导；GhROP1基因表达受高盐胁迫抑制，而GhROP8基因受高盐胁迫诱导；低温处理下2个GhROPs基因表达均呈先下调后上调趋势；高温处理下GhROP1基因表达均呈先下调后上调趋势，GhROP8基因表达呈先上调后下调再上调趋势；2个GhROPs基因表达均受外源ABA抑制；外源IAA处理下GhROP1基因呈先上调后下调再上调趋势，GhROP8基因表达受外源IAA诱导。综上，GhROP1和GhROP8是参与棉花响应多种逆境胁迫的重要基因。

应用SSH-PCR技术,在筛选到抗旱相关基因的EST序列基础上,采用RACE技术,分离克隆到全长为801bp,含编码序列(CDS)为522 bp的棉花抗旱相关基因GhCYP1。氨基酸序列比对发现,该基因与拟南芥、水稻、人等的亲环蛋白基因高度同源,都具有由11个连续氨基酸所组成的单结构域亲环蛋白典型结构,且在保守区都具有PPIase活性所必需的3个氨基酸(R、F、H)以及与环孢素A(CsA)结合位点密切相关的色氨酸(W)。利用半定量RT-PCR对该基因的表达模式进行分析,发现其在棉花的叶、茎、根中均有表达,且在根中的表达量最高,暗示了该基因可能与植物根系吸水及矿物运输有关,从而在棉花适应干旱胁迫...

【目的】扩展蛋白(Expansin)是细胞壁的重要组成部分,在植物的生长发育及逆境胁迫应答等方面均发挥着重要作用。基于全基因组水平系统鉴定陆地棉Expansin基因家族,并通过生物信息学及表达模式分析,为揭示扩展蛋白基因在棉花生长发育中的功能及后续利用奠定基础。【方法】利用BLAST和HMMER在陆地棉基因组中搜索并鉴定扩展蛋白基因家族成员;利用ClustalW、MEGA、MCScanX、Prot Param、MEME、SignalP、Euk-mPLoc、FancyGene和DnaSP等软件对其基因序列和蛋白序列进行生物信息学分析。通过RNA-seq数据分析扩展蛋白基因的表达模式和部分同源基因间表达差异,利用qRT-PCR验证部分扩展蛋白基因的表达谱。【结果】陆地棉基因组中含有46个EXPA基因、8个EXPB基因、6个EXLA基因和12个EXLB基因,合计72个Expansin基因;四倍体陆地棉中扩展蛋白成员的数量几乎是二倍体棉种(亚洲棉与雷蒙德氏棉)的2倍。除GhA02和GhD06 2个染色体外,其余各染色体上均分布有数目不等的扩展蛋白基因(2—4个),具有部分同源关系的染色体GhA08和GhD08分别有5个和8个扩展蛋白基因。系统发育树显示,各亚家族成员聚集成群,并且大部分的末端分支均由来源于3个物种的4个(亚)基因组的4个基因组成,如EXPA亚家族的Cotton_A_28454/Gh_A03G0885/Gh_D02G1269/Gorai.005G142200等等,4个基因之间具有同线性关系。亚细胞定位发现陆地棉所有的扩展蛋白均位于细胞外。基因结构分析显示,扩展蛋白基因由3—5个外显子组成,外显子-内含子结构在进化上高度保守且与氨基酸序列的多样性一致,且在外显子上存在密码子偏好性。RNA-seq数据显示,不同基因在不同时空条件下存在特异性表达,如GhEXPA19A和GhEXPA19D相比其他基因在纤维10 DPA和20 DPA中的表达量很高;在不同的组织(如子叶、新叶、老叶、苞叶)中,GhEXPA24D具有较高的表达量。部分同源基因之间具有不同的表达模式,显示它们之间功能的异化与互补。qRT-PCR结果与RNA-seq数据基本吻合,如GhEXLA3A和GhEXLA3D在纤维发育的伸长阶段高量表达。GhEXPA19D和GhEXLA2D在3DPA的胚珠中表达活跃。【结论】陆地棉基因组中含72个扩展蛋白基因,其在DNA水平和氨基酸水平具有一致的结构多样性和进化保守性,在转录水平具有各异的表达模式,显示出家族内成员间功能上的异化与互补。

利用电子克隆的方法设计特异引物,克隆陆地棉的1个二硫键异构酶(Protein disulphide isomerase like)基因的全长序列。序列分析表明:该基因没有内含子,开放阅读框的长度为1 293bp,编码的多肽序列含有430个氨基酸。该基因与红麻HcPDIL5-2a基因具有97%的相似性,将该基因命名为棉花GhPDIL5-2a。取单核期花药进行半定量RT-PCR分析发现:GhPDIL5-2a在陆地棉洞A不育株和可育株花药中表达无差异,在供试的其他不同品种中的表达也无差异。

【目的】富含半胱氨酸类受体激酶(CRK)是植物中最大的类受体激酶家族之一,在植物生长发育、激素信号传导和抗逆境胁迫中发挥重要作用。从全基因组水平鉴定陆地棉CRK基因家族并进行生物信息学和表达模式分析,为研究和利用陆地棉CRK基因家族奠定基础。【方法】从Pfam数据库下载stress-antifung结构域氨基酸序列,应用BLASTp程序搜索棉花基因组数据库,鉴定棉花CRK基因家族;利用Compute p I/Mw tool、Signal P、TMHMM Server V2.0、Wo LF POSRT等在线工具预测陆地棉CRK家族蛋白的分子量、信号肽、跨膜结构域和亚细胞定位等;用Clustal X1.8软件对棉花和拟南芥CRK蛋白质进行氨基酸序列比对,MEGA5.0分析棉花和拟南芥CRK蛋白的系统进化关系;使用TBtools制作陆地棉CRK基因家族的染色体定位、基因结构和蛋白质结构域示意图;应用植物顺式调控元件数据库Plant CARE分析棉花启动子序列;通过植物磷酸化位点数据库Plant Phos预测陆地棉CRK家族蛋白的磷酸化位点;从NCBI数据库下载RNA-Seq数据,利用转录组定量工具Kallisto计算TPM值,通过在线工具Morpheus绘制陆地棉CRK家族基因表达热图。【结果】陆地棉基因组中有70个CRK基因,分布于14条染色体,其中52个基因(74.3%)集中串联成簇分布于A6/D6、A9/D9、A10/D10染色体,且在A/D染色体组之间呈现高度共线性关系。编码302—901个氨基酸,58个蛋白质(82.9%)具有跨膜结构域,主要定位于叶绿体、质膜和胞外。磷酸化位点预测结果表明,陆地棉和拟南芥CRK有5个相同的磷酸化位点基序,包括3种丝氨酸磷酸化位点基序和2种苏氨酸磷酸化位点基序。65个陆地棉CRK基因的启动子区(92.9%)至少含有一种逆境激素响应元件,69个基因启动子区(98.6%)至少含有一种生物或非生物胁迫响应元件。根据RNA-Seq数据分析结果,陆地棉CRK基因可分为3种不同的组织表达特征类型;盐、干旱、冷、热胁迫以及接种大丽轮枝菌均可以导致部分陆地棉CRK基因表达水平的改变。Gh CRK25在根、茎、叶和胚珠中优势表达,在纤维中几乎不表达,ABA、GA3、SA、PEG-6000、氯化钠和大丽轮枝菌Vd991处理均能刺激Gh CRK25迅速上调表达。应用病毒诱导的基因沉默技术(VIGS)沉默Gh CRK25可导致棉花对大丽轮枝菌Vd991更为敏感。【结论】陆地棉CRK基因家族有70个成员,具有保守的基因结构和功能结构域,多样化的组织表达特征,大多数基因受激素和逆境调控。

为了深入研究棉花JAZ基因在低温响应中的作用机理,利用RT-PCR方法从陆地棉中棉所36中克隆出一个低温应答基因GhJAZ1(GenBank登录号KJ562212)。全长CDS序列为810 bp,编码270个氨基酸,预测编码蛋白质的分子量为29.808 ku,理论等电点为8.33,为非跨膜蛋白。该基因编码蛋白具有一个N端NT结构域、一个TIFY结构域和一个C端Jas结构域。系统进化树分析发现,该蛋白与可可树和黄麻的亲缘关系最近。荧光实时定量PCR分析发现,GhJAZ1基因在下胚轴和根中显著高表达。此外,该

【目的】克隆陆地棉开花促进因子家族的一个基因Flowering Promoting Factor1-like Protein 5(Gh FLP5),并对其时空表达模式进行研究,解析其在开花调控过程中的作用,为创制早熟陆地棉材料奠定基础。【方法】根据NCBI数据库中的序列,用Oligo7软件设计引物,以中棉所50(CCRI50)的c DNA为模板,克隆获得Gh FLP5。在Ex PASy网站上预测其蛋白的理化性质,同时在NCBI中检索其他物种中的FPF蛋白,使用Clustal X2进行多重序列比对,并用ME

通过关联分析挖掘与陆地棉黄萎病抗性关联的分子标记,为陆地棉抗黄萎病性状的分子检测及标记辅助选择育种提供有益参考。选用在棉花基因组上均匀分布多态性较好的237个SSR标记对214份陆地棉材料的基因组变异进行了扫描,并使用Power Marker v3. 25分析群体的遗传多样性,Structure 2. 2分析群体结构,在此基础上结合3年黄萎病抗性鉴定数据,采用Tassel 2. 1中的GLM(Q)方法挖掘与黄萎病抗性相关的QTLs。结果表明,不同陆地棉材料黄萎病发病情况差异显著; 237个标记共检测到280个多态性位点,共计695个等位变异,变异范围2～6个,平均等位变异数2. 479 0;按照基因型数据可将该群体划分为2个亚群;通过关联分析,在不同年份中发掘与黄萎病抗性显著关联(P

【目的】基于前期陆地棉‘新陆早19’Gossypium hirsutum‘Xinluzao 19’根部低磷胁迫基因表达谱芯片差异表达序列数据分析，挖掘相关基因，并对其克隆与表达分析。【方法】克隆陆地棉‘新陆早19’GhGDPD1基因并进行基因组DNA与cDNA测序分析，借助生物信息学方法分析GhGDPD1的基因结构和进化关系；采用半定量RT-PCR技术与实时荧光定量PCR (RT-qPCR)的方法检测该基因于根、茎、叶、花等4个组织的基因表达量的变化以及低磷胁迫下的表达模式。【结果】成功克隆GhGDPD1基因，开放阅读框序列长度为1 149 bp，共编码382个氨基酸，属于GDPD家族，其中存在一个保守结构域，名为GDPD＿GDE5＿like＿1＿plant。半定量RT-PCR和RT-qPCR试验结果均显示：GhGDPD1基因主要表达于根，中量表达于花和茎，微量表达于叶。该基因在受到低磷胁迫的刺激后，立即会对低磷胁迫做出应答，胁迫4 h相对表达量达到最高值。【结论】首次成功克隆到陆地棉‘新陆早19’GhGDPD1基因，获得了GhGDPD1基因的组织表达以及低磷胁迫下的表达模式，为深入解析棉花GhGDPD1基因的生物学功能以及培育棉花磷高效利用新种质提供科学参考。图7表1参18

BES1基因是植物激素油菜素内酯信号转导过程中的重要转录因子,为了解陆地棉油菜素内酯信号基因Gh BESI家族,通过对陆地棉异源四倍体标准系TM-1基因组数据库的全面分析和鉴定,获得21个GhBES1基因,这些基因分布在不同的亚基因组,有9对基因在A亚组和D亚组上存在对应关系,AD亚组对应基因序列一致性高于95%。根据进化分析,21个GhBES1基因分为4个亚家族,除了亚家族Ⅲ,其他3个亚家族在拟南芥中均有对应基因;除了亚家族Ⅳ基因和亚家族Ⅱ中GhBES1-1基因外,其他GhBES1基因均有2个外显子。亚

【目的】对陆地棉trihelix转录因子基因在多种胁迫下的应答表达模式进行研究分析,为棉花抗逆相关基因克隆及阐明棉花抗逆分子机制奠定基础。【方法】根据已知24个trihelix转录因子EST序列设计引物,通过RT-PCR和qRT-PCR的方法分析棉花(Gossypium hirsutum L.)GhGT在高盐(200 mmol.L-1NaCl)、干旱、低温(4℃)等非生物胁迫和外源激素ABA(100μmol.L-1)处理下的表达模式。【结果】12个基因响应高盐和干旱胁迫应答,7个基因响应冷胁迫应答,应答ABA处理的基因9个。此外,有3个基因(GhGT2、GhGT18和GhGT23)在4种处理下...

为研究Δ9-硬脂酰-ACP脱氢酶基因的功能及其与植物抗寒性的相关性,以陆地棉GhSAD2基因(KX197920)为目的基因,构建植物表达载体pBI121-GhSAD2,将该表达载体通过电击法导入根癌农杆菌GV3101中,采用根癌农杆菌介导的叶盘法转化烟草。通过PCR和GUS活性染色鉴定外源GhSAD2基因是否导入并整合到烟草基因组上转录表达。将转pBI121-GhSAD2型和野生型烟草置于4℃下处理48 h后,检测其电解质渗漏率并观察其表型。研究结果证明目的基因GhSAD2已整合到烟草及棉花的基因组中,共