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中国辣椒热胁迫转录因子的全基因组鉴定及热胁迫响应的初步分析

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植物科学学报 2020年第2期38卷 249-259页

作者：高崇伦黄家权成善汉汪志伟尹黎燕海南大学生命科学与药学院热带生物资源教育部重点实验室海口570228 海南大学热带作物学院海南省热带生物资源可持续利用重点实验室海口570228 海南大学园艺学院海南省热带园艺作物品质调控重点实验室海口570228

采用生物信息学方法,从中国辣椒(Capsicum chinense Jacq.)全基因组序列中鉴定得到28个热胁迫转录因子(HSF)候选基因,并对这些候选基因的染色体分布、基因结构及编码蛋白的3D结构特征进行了分析。结果显示:28个候选基因的编码蛋白长度为... 详细信息

采用生物信息学方法,从中国辣椒(Capsicum chinense Jacq.)全基因组序列中鉴定得到28个热胁迫转录因子(HSF)候选基因,并对这些候选基因的染色体分布、基因结构及编码蛋白的3D结构特征进行了分析。结果显示:28个候选基因的编码蛋白长度为128~526 aa;系统发育分析结果表明,HSF可分为A、B、C 3个亚家族。进一步对热胁迫处理后的中国辣椒种质进行转录组分析,共检测到27个HSF转录本,与对照组相比,实验组中有25个基因对热胁迫有不同程度的响应。

关键词：中国辣椒热胁迫转录因子基因家族

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中国辣椒AAT基因家族的鉴定及表达分析

广东农业科学 2023年第11期50卷 40-49页

作者：衡周叶楚方健敏杨静徐小万徐晓美李涛王恒明广东省农业科学院蔬菜研究所/广东省蔬菜新技术研究重点实验室广东广州510640 广东药科大学广东广州510006

【目的】中国辣椒(Capsicum chinense)是辣椒主要栽培种之一,种内多数品种的果实呈现由支链酯类物质形成的浓郁果香。醇酰基转移酶(Alcohol acyl-CoA transferase,AAT)催化支链酯类合成的最后一步反应,对支链酯类含量有重要影响。鉴定... 详细信息

【目的】中国辣椒(Capsicum chinense)是辣椒主要栽培种之一,种内多数品种的果实呈现由支链酯类物质形成的浓郁果香。醇酰基转移酶(Alcohol acyl-CoA transferase,AAT)催化支链酯类合成的最后一步反应,对支链酯类含量有重要影响。鉴定中国辣椒中AAT基因家族成员并分析其组织表达模式,可为其功能研究提供参考。【方法】通过生物信息学分析和实时荧光定量PCR对中国辣椒的AAT基因家族进行鉴定及表达特征分析。【结果】从中国辣椒基因组中鉴定到10个AAT基因,分布于6条染色体上,分别命名为CcAAT1-10。理化性质预测结果显示,AAT基因家族编码的氨基酸序列长度在256~683 aa之间,分子质量范围为29~77 kDa,等电点范围为5.34~8.79,平均亲水系数均为负值,不稳定指数在23.76~51.02之间。蛋白质结构预测显示,CcAAT的二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主,三级结构差异较大。亚细胞定位预测发现CcAAT均定位于细胞质中,其基因启动子上存在16种顺式调控元件。时空表达分析显示,CcAAT5、CcAAT6在辣椒各器官中均未检测到表达,CcAAT8在花和果实中特异表达,CcAAT1、CcAAT3、CcAAT7在叶片中高表达,CcAAT4在根系中高表达。【结论】明确了中国辣椒中AAT基因家族成员和表达模式,推测CcAAT8可能是影响果实支链酯类物质含量的关键基因。

关键词：中国辣椒醇酰基转移酶生物信息学实时荧光定量PCR 基因鉴定表达分析

中国辣椒BCAT基因家族鉴定、表达分析及克隆

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广东农业科学 2022年第12期49卷 34-43页

作者：谢炳春黄俊霖温松森李涛李颖徐小万徐晓美吴智明衡周仲恺农业工程学院园艺园林学院广东广州510225 广东省农业科学院蔬菜研究所/广东省蔬菜新技术研究重点实验室广东广州510640

【目的】了解中国辣椒(Capsicum chinense Jacq.)BCAT基因家族成员的分布、性质及表达模式。中国辣椒是辣椒的5个主要栽培种之一,果实通常具有由支链酯类形成的浓郁果香。支链氨基酸转氨酶(BCAT,Branched-chain Aminotransferase)负责... 详细信息

【目的】了解中国辣椒(Capsicum chinense Jacq.)BCAT基因家族成员的分布、性质及表达模式。中国辣椒是辣椒的5个主要栽培种之一,果实通常具有由支链酯类形成的浓郁果香。支链氨基酸转氨酶(BCAT,Branched-chain Aminotransferase)负责催化支链氨基酸合成相应2-氧代酸,是催化合成支链酯类的第一步反应酶。【方法】使用生物信息学分析和实时荧光定量PCR等方法对中国辣椒的BCAT基因家族成员进行鉴定、表达分析和克隆。【结果】获得5个BCAT基因家族成员,分别命名为CcBCAT1、CcBCAT2、CcBCAT3、CcBCAT4和CcBCAT5,随后对其进行生物信息学分析并克隆CcBCAT1~CcBCAT4。生物信息学分析显示,这些基因分布于辣椒的4条染色体上,蛋白均为亲水性蛋白,氨基酸长度在184~557 aa,分子量为20.29~89.60 ku,等电点为5.57~8.34。亚细胞定位预测结果显示,CcBCAT1定位于叶绿体和线粒体,其他基因家族成员均位于叶绿体。CcBCATs基因时空表达分析显示,CcBCAT1-4基因具有组织表达特异性,CcBCAT2~CcBCAT4相对表达量随着辣椒的成熟呈现逐步上升的趋势,其中CcBCAT4最为明显、CcBCAT1则相反、CcBCAT5未检测到表达。【结论】明确中国辣椒BCAT基因家族的表达模式,推测CcBCAT4参与辣椒果实相关次生代谢物合成。

关键词：中国辣椒支链氨基酸生物信息学表达特征基因克隆

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中国辣椒(Capsicum chinense)对象耳豆根结线虫的抗性鉴定及机理研究

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热带作物学报 2022年第1期43卷 165-172页

作者：田潇潇姜秉政曹振木刘子记凌鹏谢尚潜朱婕海南大学园艺学院海南海口570228 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所海南海口571101 海南大学/热带特色林木花卉遗传与种质创新教育部重点实验室海南海口570228

根结线虫(Meloidogyne spp.)是一类高度专化性的杂食性植物病原线虫。目前,世界上已报道的根结线虫种类有98种,我国危害农作物最为严重的根结线虫有6种,包括南方根结线虫(M. incognita)、北方根结线虫(M. hapla)、爪哇根结线虫(M. javan... 详细信息

根结线虫(Meloidogyne spp.)是一类高度专化性的杂食性植物病原线虫。目前,世界上已报道的根结线虫种类有98种,我国危害农作物最为严重的根结线虫有6种,包括南方根结线虫(M. incognita)、北方根结线虫(M. hapla)、爪哇根结线虫(M. javanica)、花生根结线虫(M. arenaria)、拟禾谷根结线虫(M. graminicola)和象耳豆根结线虫(***)。象耳豆根结线虫寄主范围广、致病力强,选育抗病品种是防治该线虫最为经济有效的手段。由于象耳豆根结线虫在辣椒生产中造成的危害越来越大,急需筛选高抗象耳豆根结线虫的辣椒种质,为抗病育种工作提供物质前提。本研究采用苗期接种鉴定法,对27份中国辣椒(Capsicum chinense)接种象耳豆根结线虫,60 d后开展抗病性鉴定工作。从根结指数和卵粒指数可以看出,不同种质材料在抗病性上存在显著差异。L529-10-1-2-1的根结指数和卵粒指数均最大,L550-1-3的根结指数最小,L518×L535的卵粒指数最小,可推测L529-10-1-2-1对象耳豆根结线虫的抗病性最弱,L550-1-3和L518×L535抗病性最强。结合隶属函数值和聚类分析,将27份供试辣椒种质分为抗病、低抗、感病和高感4类。其中抗病种质16份,隶属函数值在1.60以上;低抗种质4份,隶属函数值在1.26~1.51之间;感病种质5份,隶属函数值在0.64~0.93之间;高感种质2份,隶属函数值在0.42以下。选取高抗的L501M-1M和高感的L529-10-1-2-1接种象耳豆根结线虫,并在接种后0、3、6、9、12、15、20、25、30 d观察线虫侵染量和根系木质素含量。发现L501M-1M根系中的根结线虫数量远远少于L529-10-1-2-1,且L501M-1M中根结线虫的发育受到了阻滞。L501M-1M和L529-10-1-2-1在接种前木质素含量均较低,而接种后抗感种质木质素含量均有所上升,且L501M-1M的木质素含量明显高于L529-10-1-2-1,从而推测木质素与中国辣椒的象耳豆根结线虫抗性存在一定关联。该结果将为深入开展辣椒的根结线虫抗性机理研究奠定基础。

关键词：象耳豆根结线虫中国辣椒抗病性鉴定线虫侵染量木质素

中国辣椒(Capsicum chinense)果色转变的比较代谢组分析

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分子植物育种 2023年第5期21卷 1701-1708页

作者：张晓宁李彩朝金威恒叶正张雨李林舒黄英郝园园汪志伟海南大学园艺学院海南省热带园艺作物品质调控重点实验室海口570228 海南大学三亚南繁研究院海南省崖州湾种子实验室三亚572025

为探究辣椒果实转色前后的代谢产物差异,本研究以中国辣椒两份种质(HNUCC16和HNUCC22)为实验材料,采用LC-MS法检测中国辣椒的非靶向代谢物质,比较分析了辣椒转色前后的代谢产物。结果表明,在两份中国辣椒种质果实中,转色后果实中的苯丙... 详细信息

为探究辣椒果实转色前后的代谢产物差异,本研究以中国辣椒两份种质(HNUCC16和HNUCC22)为实验材料,采用LC-MS法检测中国辣椒的非靶向代谢物质,比较分析了辣椒转色前后的代谢产物。结果表明,在两份中国辣椒种质果实中,转色后果实中的苯丙氨酸、L-天冬酰胺、天冬氨酸等代谢物的含量显著高于转色前的果实,并与ABC转运蛋白代谢通路(ABC transporters)、丙氨酸,天冬氨酸和谷氨酸代谢通路(Alanine,aspartate and glutamate metabolism)、氨酰t RNA生物合成(Aminoacyl-tRNA biosynthesis)等密切相关。通过比较两份中国辣椒种质转色后果实中的差异代谢物,发现HNUCC22中棕榈酸、次黄嘌呤、葡萄糖、天冬氨酸等物质含量显著高于HNUCC16,且与氨酰tRNA生物合成通路、半胱氨酸和蛋氨酸代谢等通路相关。本研究为中国辣椒果色等相关性状的分子遗传改良提供一定的参考。

关键词：代谢组中国辣椒果色 LC-MS

中国辣椒和柔毛辣椒对温度胁迫响应的初步分析

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中国辣椒和柔毛辣椒对温度胁迫响应的初步分析

作者：高崇伦海南大学

学位级别：硕士

辣椒（Capsicum L.）是一种重要的蔬菜作物,热害、寒害等逆境危害其生长发育,导致产量和品质降低。在辣椒的五个栽培种中,温度胁迫对一年生辣椒（Capsicum annuum L.）影响的研究较多,但对中国辣椒（Capsicum chinense Jacq.）和柔毛辣... 详细信息

辣椒（Capsicum L.）是一种重要的蔬菜作物,热害、寒害等逆境危害其生长发育,导致产量和品质降低。在辣椒的五个栽培种中,温度胁迫对一年生辣椒（Capsicum annuum L.）影响的研究较多,但对中国辣椒（Capsicum chinense Jacq.）和柔毛辣椒（Capsicum pubescens Ruiz.＆Pav.）研究较少。在本研究中,通过生理生化、超微结构、转录组、代谢组的检测与分析,探究这两个辣椒栽培种对温度胁迫的响应。主要研究结果如下:1.对辣椒叶片形态、生理指标和透射电镜观察分析发现:温度胁迫下,中国辣椒（HNUCC0001）耐受性较强,柔毛辣椒（HNUCP0001）的植株形态变化更明显,抗氧化系统的响应也更强烈。2.比较转录组分析表明:高温胁迫下,中国辣椒（HNUCC0001）的差异表达基因的数量与胁迫时长无明显关系;而柔毛辣椒（HNUCP0001）高温胁迫时间越长,差异表达基因的数量越多。低温胁迫下,中国辣椒（HNUCC0001）和柔毛辣椒（HNUCP0001）中差异表达基因的数目均随着胁迫时间的延长而不断增加,且柔毛辣椒（HNUCP0001）中的显著性差异表达基因更多。3.对转录因子的研究发现,AP2、bZIP、MYB、WRKY对高温或低温胁迫都有一定的响应但调节方式略有不同,相关基因的表达量与胁迫方式无明显关系。HSF作为高温胁迫转录因子,相关基因对高温胁迫有不同程度的响应;CBF作为与低温胁迫相关的转录因子,存在差异表达。推测中国辣椒（HNUCC0001）和柔毛辣椒（HNUCP0001）对温度胁迫的不同响应与这些胁迫相关转录因子的不同表达模式有关。4.差异表达基因的KEGG富集分析表明:高温胁迫下,玉米素生物合成、苯丙素生物合成、脂肪酸延长作用、植物激素信号转导等通路被显著富集;低温胁迫下,植物-病原互作、MAPK植物信号通路、植物激素信号转导、二萜生物合成等通路被显著富集。5.比较代谢组分析表明:温度胁迫下,植物激素信号传导途径中鉴定到了 3种差异积累的代谢物,分别是生长素、脱落酸和茉莉酸。高温胁迫下,柔毛辣椒（HNUCP0001）中的茉莉酸上调表达;低温胁迫下,中国辣椒（HNUCC0001）中的脱落酸下调表达,柔毛辣椒（HNUCP0001）中的茉莉酸上调表达。6.对中国辣椒中的HSF家族进行了全基因组分析,鉴定出28个基因。比较转录组分析表明,有24个基因对高温胁迫（43℃）作出响应。

关键词：中国辣椒柔毛辣椒转录组代谢组

中国辣椒WRKY基因家族分析及CcWRKY4、CcWRKY25功能研究

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中国辣椒WRKY基因家族分析及CcWRKY4、CcWRKY25功能研究

作者：张丽平海南大学

学位级别：硕士

WRKY转录因子是植物中十大转录因子家族之一,由WRKYGQK的保守基序和锌指结构组成,在种子萌发、休眠、植物生长、衰老和新陈代谢等生理过程起着至关重要的作用。辣椒(Capsicum annuum)是一年生或多年生茄科辣椒属植物,因其独特的辣味而... 详细信息

WRKY转录因子是植物中十大转录因子家族之一,由WRKYGQK的保守基序和锌指结构组成,在种子萌发、休眠、植物生长、衰老和新陈代谢等生理过程起着至关重要的作用。辣椒(Capsicum annuum)是一年生或多年生茄科辣椒属植物,因其独特的辣味而被广泛种植,成为重要的蔬菜和调味品原材料。辣味主要来源于辣椒果实中的一种生物碱—辣椒素。随着辣椒素在不同行业的应用日益广泛,其需求也在不断地增加。因此,挖掘与辣椒素合成相关的转录因子,对通过基因工程方法提高辣椒素的含量具有重要意义。本文拟对中国辣椒中WRKY基因进行全基因组范围内的分析,并结合前期转录组数据克隆可能与辣味相关的WRKY基因,进行功能研究。结果表明:1.从中国辣椒(***)全基因组数据库中共筛选到73个WRKY转录因子,根据保守基序数量和锌指结构类型,可分为3个亚族,同一亚族的外显子数目、保守基序的类型、数量和分布基本一致。根据前期中国辣椒‘黄魔王’转录组数据,筛选出6个可能与辣味相关的候选WRKY基因,进一步验证发现CA04g11710、CA06g13580的表达趋势与辣椒素的合成趋势相似,可能参与调控辣椒素生物合成。2.从黄灯笼椒中克隆获得CA04g11710、CA06g13580的全长序列,根据同源性搜索重命名为CcWRKY4、CcWRKY25,其开放阅读框长分别为1461 bp、1647 bp,编码487 aa、548 aa,属亲水性蛋白。亚细胞定位结果显示,CcWRKY4、CcWRKY25基因均定位于细胞核。利用q RT-PCR技术探索CcWRKY4、CcWRKY25的转色期胎座组织表达情况,表达分析显示,在不辣的美国厚肉圆椒(***)、中辣的琼海小米椒(***)、高辣的海南黄灯笼(***)的果实转色期胎座组织中,CcWRKY4基因随着辣度的升高,表达量逐渐降低,而CcWRKY25基因的表达模式刚好相反;外源ABA处理辣椒,CcWRKY4、CcWRKY25基因表达无显著性差异,而在SA处理下,CcWRKY4、CcWRKY25均显著上调。***4转基因拟南芥植株矮小,茎秆纤细,易倒伏,植株木质素含量减少21%,木质素合成路径基因除C3H和CCo AOMT上调外,HCT、F5H、COMT、CCR和CAD均存在一定程度的下调。VIGS技术表明,与未感染试验组相比,CcWRKY4沉默植株花后45d胎座组织CcWRKY4以及木质素合成基因CAD、CCR、COMT表达量显著增加,胎座组织中木质素合成量显著上升,表明CcWRKY4可能参与调控木质素的合成。***25过表达拟南芥植株中,苯丙烷代谢路径相关基因PAL、C4H、4CL1、4CL2、4CL3基因及与类黄酮合成路径基因表达量均表现出显著上调;木质素合成路径基因CCR和CCo AOMT基因表达量显著升高,木质素含量增加40%,类黄酮含量增加4%,使得植株更健壮。利用VIGS技术沉默CcWRKY25基因后辣椒果实胎座组织中,辣椒素合成相关基因PAL、C4H、4CL、p AMT、AT3、COMT、KAS的表达量显著降低,辣椒素含量也明显减少,但木质素含量差异不显著,推测CcWRKY25可能参与调控辣椒素的合成。以上研究初步鉴定了CcWRKY4、CcWRKY25与木质素和辣椒素的关系,为选高辣椒素品种提供基因资源和理论基础。

关键词：基因家族中国辣椒辣椒素木质素 CcWRKY4 CcWRKY25 VIGS 异源表达

中国辣椒ChiVMV抗性遗传及HSP70基因家族分析

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中国辣椒ChiVMV抗性遗传及HSP70基因家族分析

作者：丁亚东海南大学

学位级别：硕士

辣椒脉斑驳病毒(chilli veinal mottle virus,ChiVMV)是马铃薯Y病毒的一种,在世界范围蔓延,近年来在我国多个辣椒主产区也发现大面积传播。本研究以中国辣椒杂交获得的200株F群体后代为材料,利用辣椒脉斑驳病毒试剂盒(ELISA)对其感病情... 详细信息

辣椒脉斑驳病毒(chilli veinal mottle virus,ChiVMV)是马铃薯Y病毒的一种,在世界范围蔓延,近年来在我国多个辣椒主产区也发现大面积传播。本研究以中国辣椒杂交获得的200株F群体后代为材料,利用辣椒脉斑驳病毒试剂盒(ELISA)对其感病情况进行测定,利用主基因-多基因遗传方法对F群体抗ChiVMV遗传进行研究。结果表明,中国辣椒对ChiVMV抗性遗传由2对主基因控制,表现出加性-显性效应。主基因遗传率为74.66%,环境变异为25.34%。主基因遗传率较高,一定程度上受环境因素的影响。在抗ChiVMV品种选育上,选取抗性强的品种,注重对显性效应的利用,有利于加快育种进程。通过对中国辣椒ChiVMV感病情况与农艺性状进行相关性分析,发现ChiVMV可能在一定程度上影响了中国辣椒的生长和果实的营养品质。热激蛋白70(heat shock protein 70,HSP70)是植物为应对逆境胁迫时产生的一类特定的应激蛋白。本文以中国辣椒基因组数据为基础,利用生物信息学方法对中国辣椒HSP70基因家族进行了全基因组鉴定分析。鉴定得到20个HSP70基因,编码蛋白序列长度为516 aa～854 aa,分子量大小为56.21 k Da～94.26 k Da。明确了这些基因的染色体分布、基因结构及编码蛋白的3D特征。系统进化分析显示,中国辣椒HSP70基因分为A、B、C 3个亚家族。比较转录组分析表明,16个HSP70基因对热胁迫有不同程度的响应。

关键词：中国辣椒脉斑驳病毒主基因+多基因遗传模型分析 HSP70基因家族生物信息学

中国辣椒（Capsicum chinense）抗根结线虫基因的定位及分析

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中国辣椒（Capsicum chinense）抗根结线虫基因的定位及分析

作者：田潇潇海南大学

学位级别：硕士

根结线虫（Meloidogyne spp.）是辣椒生产的重要土传病害。象耳豆根结线虫（***）能克服多个已知的抗性基因,已成为海南地区辣椒生产上的优势根结线虫种群,严重危害了辣椒的产量和品质。生产上急需培育新的抗病品种来抵御象耳豆根结线... 详细信息

根结线虫（Meloidogyne spp.）是辣椒生产的重要土传病害。象耳豆根结线虫（***）能克服多个已知的抗性基因,已成为海南地区辣椒生产上的优势根结线虫种群,严重危害了辣椒的产量和品质。生产上急需培育新的抗病品种来抵御象耳豆根结线虫的侵害。本研究通过对45份中国辣椒（Capsicum chinense）种质资源进行象耳豆根结线虫抗性鉴定,筛选出了抗性品种。并通过石蜡切片的方法初步探索了抗病品种的抗性组织学机理。以F2代抗感分离群体为对象建立抗、感池,对抗、感亲本和抗、感池进行基因组重测序,利用分离群体分组分析法（Bulked Segregant Analysis）定位抗性基因区段。为认识辣椒抗根结线虫的遗传本质奠定基础,以及为之后的辣椒育种及抗性机理研究工作提供依据。主要研究结果如下:1、依据病情指数,从45份中国辣椒种质资源中筛选出7份高抗象耳豆根结线虫的种质,为根结线虫抗性研究及抗性品种的培育提供了材料来源。2、通过对抗病种质L501M-1M和感病种质L556进行石蜡切片研究,发现抗、感种质中巨型细胞数量和体积均会随着接种时间的增加而增加。不同的是,抗病品种巨型细胞的数量总体较少,体积也相对较小,且接种后期雌虫开始出现崩溃死亡的现象,而感病品种的雌虫能完成正常的生命周期,并形成新的虫卵。3、分别对两个F2代抗感分离群体进行BSA测序分析。L501M-1M×L556-1 F2群体利用SNP-index、G-statistic、ED值三种算法在辣椒的12条染色体上共鉴定出52个共同QTL区间,包含1089个基因。通过功能注释筛选得到31个与抗病相关的基因。其中13个抗病基因富集到20条GO term,差异显著的生物学过程包括金属离子运输过程、胞间信号传导、细胞大分子代谢过程等。然而,仅有4个基因富集到两条KEGG pathway,分别是植物-病原菌互作和MAPK信号通路。L502-6-1×L538 F2群体利用以上三种算法进行定位,获得10个共同QTL区间,包含390个基因。通过功能注释筛选到4个抗病相关基因,其中仅1个基因富集到4条GO term,在分子功能上具氧化还原酶的活性。在生物过程上包括含磷酸盐化合物代谢过程、单生物代谢过程、细胞调节过程等。

关键词：中国辣椒象耳豆根结线虫抗病性鉴定组织学分析 BSA 抗性基因