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生物技术通报 2024年第7期40卷 163-171页

作者：臧文蕊马明砗根哈斯阿古拉内蒙古大学生命科学学院牧草与特色作物生物学教育部重点实验室呼和浩特010020

【目的】油菜素唑抗性因子(brassinazole-resistant,bzr)是植物特有的转录因子,对植物的生长发育起着至关重要的作用。从甜瓜全基因组范围内鉴定Cmbzr基因家族成员,分析其相关基因的表达模式,为进一步探究甜瓜bzr基因家族的生物学功能... 详细信息

【目的】油菜素唑抗性因子(brassinazole-resistant,bzr)是植物特有的转录因子,对植物的生长发育起着至关重要的作用。从甜瓜全基因组范围内鉴定Cmbzr基因家族成员,分析其相关基因的表达模式,为进一步探究甜瓜bzr基因家族的生物学功能提供基础。【方法】基于甜瓜全基因组数据,通过BLAST对甜瓜bzr家族基因进行鉴定,利用生物信息学的方法分析了该家族蛋白的理化性质、基因染色体分布、基因结构、蛋白质结构域、系统进化以及启动子顺式作用元件,并利用荧光定量PCR验证bzr家族基因在甜瓜不同组织及不同生长发育时期果实中的表达情况。【结果】甜瓜中共鉴定到6个bzr基因,系统进化分析可将其分为5个亚家族,Cmbzr基因分布于第3、7、8、11和12染色体上。所有的bzr蛋白质都具有保守的结构域。Cmbzr基因启动子区域显著富集与生长发育、激素信号转导和非生物逆境胁迫相关的顺式作用元件。CmBEH1-4在茎、两性花以及子房中高表达,在生长期、成熟期、呼吸跃变期和呼吸跃变后期果实中也均有表达。【结论】在全基因组范围内从甜瓜中系统鉴定出6个甜瓜Cmbzr基因家族成员,不同基因在甜瓜的各个组织和不同的生长发育时期均有表达,且表达模式存在差异。

关键词：甜瓜 bzr 转录因子全基因组鉴定表达分析生物信息学

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番茄bzr基因家族鉴定及非生物胁迫下表达模式分析

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东北农业大学学报 2021年第11期52卷 9-17页

作者：陈旭沈春洋莫福磊吕瑞李鑫茂豆志滔王傲雪东北农业大学园艺园林学院哈尔滨150030 东北农业大学生命科学学院哈尔滨150030

番茄是一种世界性蔬菜,bzr基因在植物生长发育中发挥重要作用,但目前有关番茄bzr基因响应非生物胁迫研究较少。为更好研究bzr基因在番茄中分布与功能,研究共鉴定9个Slbzr基因家族成员,并利用生物信息学技术分析其基本信息、保守基序、... 详细信息

番茄是一种世界性蔬菜,bzr基因在植物生长发育中发挥重要作用,但目前有关番茄bzr基因响应非生物胁迫研究较少。为更好研究bzr基因在番茄中分布与功能,研究共鉴定9个Slbzr基因家族成员,并利用生物信息学技术分析其基本信息、保守基序、染色体定位、系统进化、顺式作用元件及非生物胁迫下表达模式。结果表明,9个Slbzr基因成员分布在番茄8条染色体上。qRT-PCR分析表明,Slbzr基因在植物逆境或激素响应方面具有重要作用。Slbzr3和Slbzr8在非生物胁迫中明显上调表达,说明其可能在番茄响应非生物胁迫中发挥重要作用。研究为进一步探索番茄bzr基因功能提供理论依据。

关键词：番茄 bzr 基因家族生物信息学表达分析

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杨树bzr1在茎维管次生发育过程中的功能和机制研究

杨树BZR1在茎维管次生发育过程中的功能和机制研究

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作者：姚姝西南大学

学位级别：硕士

次生维管系统的发育对木本植物的生长至关重要,该过程所产生的细胞和组织不仅能够维持树木正常的生长发育过程,还具有巨大的经济价值和生态效益。因此,探究树木维管组织的次生发育过程不仅具有重要的科学意义,还在生产方面具有良好的产... 详细信息

次生维管系统的发育对木本植物的生长至关重要,该过程所产生的细胞和组织不仅能够维持树木正常的生长发育过程,还具有巨大的经济价值和生态效益。因此,探究树木维管组织的次生发育过程不仅具有重要的科学意义,还在生产方面具有良好的产业前景。前人的研究表明,植物激素油菜素甾醇可以影响植物次生维管的发育过程,促进了次生木质部的增厚。但是其对于茎维管组织次生发育的影响,包括形成层活性的变化、次生木质部变化的原因及其分子机制并没有进行深入地研究。而bzr(BRASSINAZOLE-RESISTANT)蛋白是油菜素甾醇信号传导途径中的关键因子,其蛋白活性受到上游激酶磷酸化作用的影响,调控着众多的下游基因。因此解析bzr蛋白的功能和机制有利于完善油菜素甾醇对树木茎中次生维管组织发育的调控网络。随着杨树全基因组测序的完成和遗传转化体系的完善,杨树成为林木分子遗传研究的模式物种之一。本研究首先通过生物信息学和分子生物学等手段筛选到了在杨树油菜素甾醇信号传导途径中的关键因子bzr1,再进一步通过遗传、生化等实验探究了bzr1在杨树茎维管组织次生发育中的功能和相关分子机制。本论文主要研究结果如下:(1)杨树bzr1和bzr2响应油菜素甾醇信号。通过对多个物种中bzr转录因子的进化分析,发现杨树中的bzr1和bzr2拟南芥At bzr1和At bzr2的亲缘关系最近。而拟南芥At bzr1和At bzr2是油菜素甾醇信号传导途径已解析的关键因子,这暗示了杨树bzr1和bzr2的重要性。实验结果表明油菜素甾醇信号的增强和减弱会影响2个bzr蛋白在细胞质与细胞核之间的定位变化,从而影响其对下游基因的调控作用。这表明bzr1和bzr2具有响应油菜素甾醇信号的作用,暗示其具有重要的生物学功能。(2)bzr1和bzr2在杨树茎中特异表达。为了更好地探究bzr1和bzr2的功能,对两者的组织表达特异性进行了分析。结果表明,bzr1和bzr2在杨树茎中特异表达,且bzr1和bzr2在韧皮部的表达量高于在木质部的表达量。但是,bzr1在各组织的表达量均高于bzr2,表明bzr1在茎的维管发育中可能具有主导作用。因此,选择bzr1作为后续遗传研究的对象。克隆bzr1的启动子并构建bzr1pro:GUS报告载体来转化毛白杨。转基因杨树的GUS染色结果同样证明,bzr1在茎中的表达量最高,尤其是在形成层和韧皮部的位置。(3)杨树bzr1促进维管形成层的分裂和次生木质部的分化。为了探究bzr1的生物学功能,将35S:bzr1超表达载体转入毛白杨中。与野生型相比,超量表达bzr1的转基因杨树植株高度增加,茎杆直径增粗,暗示其次生发育过程增快。茎的切片表型结果表明,bzr1的超量表达导致维管形成层的分裂活性增加,维管形成层的细胞层数增加;向次生木质部的分化增强,造成次生木质部的细胞层数和宽度增加。同时细胞周期蛋白基因CYCD3;3以及维管细胞分裂分化相关基因WOX4a、WOX14、ANT、ARK2和HB7在bzr1超表达植株中的表达水平均显著升高,与表型相符合。以上结果表明杨树bzr1促进了茎中维管形成层的分裂和次生木质部的分化。(4)筛选到一个位于油菜素甾醇信号传导途径下游的因子——PSK-α。为了筛选bzr1的下游靶基因,使用激活bzr蛋白的Bikinin试剂对杨树进行处理,将处理后的茎进行转录组测序。通过GO(Gene ontology)分析差异表达基因的功能,筛选出一组与细胞增殖(Cell proliferation)相关的差异表达基因,与bzr1导致维管形成层的分裂活性增加、形成层细胞层数增多等表型是相关联的。进一步分析发现这些差异基因大多是Phytosulfokine-α(PSK-α)小肽的编码基因,且这些基因在茎的次生维管组织中均有表达。这些结果表明,PSK-α可能在bzr1调控次生维管组织发育中扮演了重要的角色。因此选择了在茎中表达丰度最高的PSK2作为代表进行下一步的探究。(5)bzr1通过直接结合PSK2的启动子来激活PSK2的表达。通过激素处理和定量检测,发现PSK2基因的表达受到油菜素甾醇的诱导。超量表达bzr1同样导致PSK2的表达量显著上升,证明PSK是油菜素甾醇信号途径和bzr1蛋白的下游响应因子。在烟草细胞中的effector-reporter实验发现,bzr1具有激活PSK2启动子转录活性的作用。序列分析表明PSK2启动子区域具有多个bzr蛋白结合的E盒元件,暗示bzr1可能与PSK2的启动子直接结合。Ch IP-q PCR实验证明,bzr1可以直接结合到PSK2的启动子上。综上所述,bzr1可直接结合到PSK2的启动子来激活PSK2的转录表达。(6)PSK-α小肽促进杨树茎中维管形成层的分裂活性。为了探究PSK-α小肽在杨树茎中维管组织发育过程中的具体

关键词：油菜素甾醇 bzr PSK-α小肽维管次生发育杨树

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油菜素内酯对巨桉次生生长影响及转导途径中相关基因功能初步分析

油菜素内酯对巨桉次生生长影响及转导途径中相关基因功能初步分析

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作者：闫慧芳中国林业科学研究院

学位级别：硕士

油菜素内酯(Brassinosteroid,BR)是一种甾醇类植物内源激素,广泛存在于各器官,具有促进生长、提高作物的产量、抗病等生理功能。本研究在桉树生根培养基上添加油菜素内酯发现:低于0.05 mg.L-1的BR可以促进巨桉(Eucalyptus grandis)的组... 详细信息

油菜素内酯(Brassinosteroid,BR)是一种甾醇类植物内源激素,广泛存在于各器官,具有促进生长、提高作物的产量、抗病等生理功能。本研究在桉树生根培养基上添加油菜素内酯发现:低于0.05 mg.L-1的BR可以促进巨桉(Eucalyptus grandis)的组培苗生根,而添加高浓度BR时抑制巨桉的生根,同时导致生根植株生长缓慢,组织化学分析表明0.10mg.L-1的BR抑制生根主要是由于高浓度的BR抑制巨桉基部的形成层细胞增多,且木质化程度增加。通过对6个月生桉树进行不同浓度的外施实验发现,BR浓度达到***-1时引起木质化细胞的数量显著增加,木纤维在新生木质部组织中的累积减少,同时纤维长度增加。为了进一步研究油菜素内酯对桉树次生维管发育的作用,本研究选择了巨桉中油菜素内酯受体蛋白BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 1(BRI1)家族和BRASSINAZOLERESI STANT(bzr)转录因子家族进行进一步的研究。利用RT-PCR从巨桉中分别克隆了4个巨桉BRI1基因和4个巨桉bzr基因。通过对巨桉BRI1和巨桉bzr家族成员进行生物信息学分析预测发现巨桉BRI1家族蛋白性质稳定,空间结构复杂且有较大程度变异,存在信号肽,该家族蛋白存在3个motif,同时BRI1的胞外域包含了24个富亮氨酸重复序列(L RR)和一个位于第20和21个LRR之间的“岛区域”(ID),该ID应是在细胞膜上感受外界信号刺激。巨桉bzr家族空间结构单一,不稳定,易与DNA结合,均存在结构域(DUF822)。通过组织表达分析发现Egrbzr3在木质部中特异性表达。本研究还构建了巨桉BRI1和巨桉bzr基因家族的表达载体,并且成功完成了烟草转基因试验,为深入研究巨桉BRI1和巨桉bzr基因的功能及其参与调控木材形成的分子调控机制奠定基础。

关键词：油菜素内酯巨桉次生生长 bzr BRI1

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