目的:探索膀胱平滑肌细胞在外力牵拉作用下功能改变过程中关键基因和通路的作用。方法:运用生物信息学的方法，包括不同表达分析(DEA)、基因本体(GO)/京都基因与基因组百科全书(KEGG)、激酶和转录因子富集分析、基因富集分析(GSEA)、蛋白互作网络(PPI)等，对编号为GSE1595的基因芯片进行分析筛选出相应的关键基因，随后通过构建小鼠膀胱出口梗阻(BOO)及膀胱出口梗阻解除模型和膀胱平滑肌细胞牵拉实验，通过抽签法将小鼠分为对照组，牵拉组和牵拉+释放组，每组8只C57小鼠，提取相应RNA后进行反转录，随后进一步进行运用独立样本 t检验及曼-惠特尼 U检验进行分析验证。 结果:通过DEA分析共筛选出321个目的基因，其中有180个上调基因和141个下调基因，GO分析显示上调基因主要富集在蛋白去甲基化，调控其他基因表达和代谢过程，而下调基因主要富集在多细胞生物发育、细胞分化和Notch信号通路等。并最终筛选出乳腺癌易感基因1(BRCA1)，周期蛋白依赖激酶抑制因子1B(CDKN1B)，拟南芥驱动蛋白2B基因(KAT2B)，前列腺素内过氧化物酶2(PTGS2)，S期激酶相关蛋白1(SKP1)这五个关键基因。并且发现在细胞实验中发现与对照组比较，牵拉膀胱细胞组BRCA1，KAT2B，PTGS2以及SKP1表达高于对照组(BRCA1为1.336比1.000， t＝4.221， P<0.05；PTGS2为1.338比1.000, t＝4.222， P<0.05)；KAT2B为1.581比1.000， t＝2.863， P<0.05；SKP1为1.466比1.000， t＝4.300， P<0.05)，差异均有统计学意义。在小鼠动物模型中，通过进行外科手术操作，成功造模膀胱梗阻模型，使小鼠膀胱持续充盈牵拉，并随后解除梗阻。进一步检验发现，牵拉组BRCA1，KAT2B以及PTGS2表达高于对照组(BRCA1为1.332比1.000， t＝9.421， P<0.05；KAT2B为1.363比1.000， t＝2.478， P<0.05；PTGS2为2.211比1.000， t＝3.403， P<0.05)，差异均有统计学意义，牵拉组CDKN1B和SKP1表达低于对照组(CDKN1B为0.856比1.000， t＝2.451， P<0.05；SKP1为0.669比1.000， t＝6.814， P<0.05)，差异均有统计学意义。而解除梗阻后，解除梗阻组BRCA1，CDKN1，BKAT2B以及PTGS2表达低于牵拉组(BRCA1为0.625比1.332, t＝11.710， P<0.05；CDKN1B为0.598比0.856, t＝3.397， P<0.05；KAT2B为0.928比1.363, t＝2.943， P<0.05；PTGS2为0.511比2.211， t＝4.735， P<0.05)，差异均有统计学意义。 结论:外力牵拉会导致膀胱平滑肌细胞出现相应的基因改变，另发现一系列可能参与BOO过程的目的基因。

AP3/DEF(APETALA3/DEFICIENS)基因为MADS-box基因家族的B类基因,在花发育过程中主要参与调控花瓣和雄蕊发育.对盐肤木(Rhus chinensis)AP3/DEF同源基因进行克隆及功能分析,有助于探究其在盐肤木雄蕊发育过程中的作用.采用RT-PCR技术获得盐肤木AP3/DEF同源基因CDS;利用NCBI CD Search对其序列和结构域进行比较分析;利用酵母双杂交系统,对AP3/DEF同源蛋白与盐肤木中其它MADS-box转录因子进行蛋白互作验证;通过实时荧光定量PCR分析盐肤木AP3/DEF同源基因的时空表达模式;用过表达拟南芥(Arabidopsis thaliana)验证盐肤木AP3/DEF同源基因在花器官发育中的功能.结果表明,克隆得到2个盐肤木AP3/DEF同源基因分别命名为RcAP3(GenBank:OR962160)和RcTM6(GenBank:OR962159),根据其氨基酸保守结构域比对及系统进化分析,发现这2个蛋白序列与漆树科的芒果(Mangifera indica)和阿月浑子(Pistacia vera)AP3/DEF同源蛋白亲缘关系最近.酵母双杂交结果表明,RcAP3和RcTM6与盐肤木B类蛋白RcPI、C类蛋白RcAG和Rcag存在互作关系,但与A类和E类蛋白不存在互作关系.实时荧光定量PCR分析结果显示,RcAP3和RcTM6基因在不同性别盐肤木花芽快速发育期高表达,在花芽发育早期和开花后表达水平较低;RcAP3在雌花、雄花和两性花的花芽分化过程中均维持较高的表达水平,而RcTM6在两性花中显著表达,在雄花和雌花中表达量很低.两性花快速生长期,RcAP3在花瓣和雄蕊中高表达且差异很小,而RcTM6在雄蕊中的表达量显著高于其它花器官.RcAP3基因能恢复拟南芥ap3-3突变体花瓣和雄蕊的缺陷表型,RcTM6过表达则导致拟南芥花瓣、雄蕊和子房缩短,花药败育,表明盐肤木中同属AP3/DEF亚家族的同源基因RcAP3和RcTM6存在功能分化.RcAP3促进花瓣和雄蕊发育,而RcTM6抑制雄蕊发育.研究结果为进一步研究盐肤木性别分化的分子机制奠定了基础.

[目的]异戊烯基转移酶(isopentenyl transferases,IPT)参与反式玉米素(trans-zeatin,tZ)的生物合成.tZ是调节植物生长发育和抵抗逆境胁迫的一种细胞分裂素类型,在促进芽生长和调控植物侧枝发育方面具有重要作用.探索IPT的功能,为后续新麦草产量性状改良提供了理论依据.[方法]通过对新麦草IPT进行系统发育和多序列比对,探究其编码氨基酸序列的特征和同源性.通过花粉管通道法获得过表达PjIPT拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株,并运用逆转录PCR(RT-PCR)和蛋白质印迹(Western blot,WB)对转基因植株进行验证,利用实时荧光定量逆转录PCR(RT-qPCR)对其组织表达模式进行分析,使用液质联用系统测定反式玉米素.[结果]IPT在新麦草(Psathyrostachys juncea)和二粒小麦(Triticum dicoccoides)等麦类作物中具有高度同源性,且AtIPT9 是PjIPT的同源蛋白.通过花粉管通道法获得过表达PjIPT拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株,证明PjIPT上调植株分枝数.RT-PCR和蛋白质印迹分析显示,PjIPT在转录水平和蛋白水平均能够正常表达.利用不同部位组织RT-qPCR分析PjIPT的空间特异性表达,结果显示,PjIPT在拟南芥的分蘖节和叶中特异性表达.此外,反式玉米素的定量分析表明PjIPT通过参与tZ的生物合成去调控拟南芥植株分枝数.[结论]PjIPT是上调植株分枝数的关键基因.

[目的]细胞色素P450 单氧化酶 98(Cytochrome P450 monooxygenase 98,CYP98)是苯丙烷途径中的关键限速酶,拟探究其在角苔植物中是否参与苯丙烷途径中生物合成及抗病功能,为今后研究早期陆生植物的进化和适应逆境胁迫的生理机制提供参考.[方法]利用RACE技术从褐角苔中克隆 FfCYP98 cDNA全长序列,对其进行生物信息学和亚细胞定位分析,并通过构建过表达载体转化拟南芥突变体 FfCYP98-OE1 进行功能验证.[结果]FfCYP98 cDNA序列开放阅读框 1 305 bp,与苔藓植物芽孢角苔和小立碗藓CYP98 在进化关系上最近,亚细胞定位结果显示FfCYP98 定位于细胞核和细胞质.过表达FfCYP98 基因后发现FfCYP98-OE1 植株总酚、总黄酮和苯丙烷合成途径中C4H、4CL和C3H的表达量均显著高于拟南芥WT植株.另外,用灰霉菌侵染褐角苔和拟南芥FfCYP98-OE1 植株后发现FfCYP98 表达量显著上调,FfCYP98-OE1 植株枯死的速度明显比WT植株慢,且拟南芥FfCYP98-OE1 植株中总酚、总黄酮和苯丙烷合成途径中C4H、HCT、C3H和CAD四个基因的表达量均显著高于WT植株.[结论]褐角苔FfCYP98 可能通过调控苯丙烷途径合成相关基因的表达,参与了苯丙烷途径中酚类和黄酮类化合物的生物合成,并与植物的抗病性有关.

高等植物通常从种子萌发开始,经过营养生长和生殖发育后重新形成种子,由此完成世代更迭.种子中积累的碳水化合物、脂质、蛋白质及mRNA等大分子物质对于维持其发芽潜力至关重要,其中部分mRNA可长期保存而不被降解,被称为长寿命mRNA(即long-lived mRNA).在水稻(Oryza sativa)中,与萌发相关的long-lived mRNA在花后10-20天开始转录积累,花后20天至种子完全成熟期间,一些与休眠和胁迫响应相关的long-lived mRNA转录并保存在细胞中.Long-lived mRNA种类繁多,主要包括蛋白质合成类mRNA、能量代谢类mRNA、细胞骨架类mRNA及逆境响应相关的mRNA,如小热激蛋白和LEA家族蛋白.Long-lived mRNA的转录组分析表明,很多基因的启动子区域都包含脱落酸(ABA)或赤霉素(GA)相关的顺式作用元件,拟南芥(Arabidopsis thaliana)atabi5突变体种子中约有500个不同于野生型的差异表达long-lived mRNA,暗示ABA和GA是影响long-lived mRNA种类的关键激素.Long-lived mRNA通常与单核糖体和RBP蛋白交联在一起,以PBs(P-bodies)形式存在于细胞中,保护mRNA不被降解.与种子休眠相关的long-lived mRNA在种子后熟过程中逐渐被降解,而且一些特定long-lived mRNA的氧化修饰是种子打破休眠的一种生物现象.在种子长期贮藏过程中,long-lived mRNA的随机降解直接关系到种子的寿命和活力,保留下来的mRNA在种子吸胀初期被翻译成蛋白质,促进种子在吸胀早期快速萌发.该文综述了种子重要储存物质long-lived mRNA的特征和功能,并提出了本领域需要进一步研究的科学问题,以期为深入理解种子休眠、萌发与寿命的分子机制提供参考.

[目的]REVEILLE家族基因具有重要生物学功能,而在甘蓝型油菜(Brassica napus L.)中该家族基因研究较少,深入认识甘蓝型油菜中RVE家族基因功能及其与非生物胁迫的关系.[方法]利用生物信息学方法,在甘蓝型油菜、白菜(Brassica rapa)和甘蓝(B.oleracea)中分别鉴定到 33、16 和 16 个RVE基因,并对其系统进化、染色体定位、基因结构和理化性质以及启动子顺式元件进行分析.[结果]所有的RVE蛋白被分为两个亚家族.33 个BnaRVE分别定位在 18 条A亚基因组的染色体和 15条C亚基因组的染色体上.大部分成员属于较稳定的疏水蛋白;多数Ka/Ks值小于 1,说明该家族受到强烈的纯化选择作用.基因结构变异较大,内含子数目在 4-11 之间.共线性分析结果表明,甘蓝型油菜和拟南芥、白菜、甘蓝存在大量的同源基因.大部分甘蓝型油菜RVE家族成员在子叶和叶都有表达且表达量最多.BnaRVE启动子上含有大量与激素和生物逆境相关的元件,通过定量PCR分析,4 个BnaRVE在ABA与MeJA诱导和低温胁迫下的表达量显著上调.[结论]在甘蓝型油菜基因组中鉴定出 33 个BnaRVE家族成员.不同基因在不同发育时期和不同组织中表现出不同的表达模式.不同基因对各种胁迫存在响应,且表达模式不一.RVE家族成员对ABA、MeJA和冷胁迫具有正向响应功能.

为了解国内外集群分离分析法(bulked segregant analysis,BSA)在作物育种领域的研究现状与前沿动态,客观反映各国家、机构及研究人员在该领域的影响力,本文基于文献计量学分析方法使用文献计量分析软件CiteSpace 对 WOS(Web of Science)数据库 2000～2023 年 2111 项和 CNKI(China National Knowledge Infrastructure)数据库2003～2023年446项研究成果进行关键词共现分析、突显词分析、关键词聚类分析、聚类时间线分析及作者共被引分析.结果表明:BSA在作物育种领域应用的研究成果在国内外的发文趋势相同,国内外期刊发文量均逐年上升;在发文量国家排序中,中国排名第一、美国第二、印度第三.在CNKI数据库中华中农业大学的发文量最多,而在WOS数据库中中国农业科学院的发文量最多.国外BSA在作物育种领域应用的文章主要集中在植物科学、农学、园艺学和遗传学等学科,而国内主要集中在作物学、植物保护学、园艺学、生物学等学科;Michlmore RW、Kosambi DD和Li H这3位作者在该领域的影响力最高,而Michlmore RW、Lander ES、Li H这3位作者与其他作者有更密切的联系.国内研究的热点作物和性状分别是水稻(Oryza sativa)、大豆(Glycine max)、玉米(Zea mays L.)和抗病性、株高;国外研究的热点作物和性状分别是水稻、拟南芥(Arabidopsis thaliana)、小麦(Triticum aestivum L.)和抗病性.目前,BSA在国内集中应用于作物目标性状候选基因及作物突变体突变基因的定位和功能验证,而国外则集中应用于作物目标性状基因的精细定位和功能验证及遗传机制的解析.此外,BSA在作物育种领域应用的研究前沿分析表明,未来在该领域热点研究的对象为水稻、花生(Arachis hypogaea L.)、陆地棉(Gossypium hirsutum L.)、作物突变体和作物代谢产物.

[目的]NRAMP(natural resistance-associated macrophage protein)基因家族是一类广泛存在于植物中的天然抗性相关巨噬蛋白,对植物中二价金属离子的细胞转运具有关键作用.为挖掘沙棘NRAMP基因家族响应重金属铅胁迫的关键基因,阐明沙棘响应重金属铅胁迫的分子机制.[方法]利用生物信息学技术鉴定沙棘NRAMP家族成员,对编码该家族蛋白的理化性质、系统进化、基因结构、保守基序、顺式作用元件、不同浓度铅胁迫下的NRAMP基因表达谱、种内种间共线性、蛋白互作网络进行综合分析.[结果]NRAMP基因家族的 11 个成员不均匀分布于 7 个染色体上,被分为Group1-Group3 三大类群.NRAMP基因家族成员的启动子具有丰富的激素应答、分生组织表达和环境应激响应元件.转录组分析表明,沙棘NRAMP基因家族的 11 个成员在不同浓度的铅离子胁迫下呈现差异表达,其中 8 个基因在 1 000 mg/kg的铅胁迫下显著下调,7 个基因在高浓度铅胁迫(5 000 mg/kg)下表达上调,并对选定的 6 个沙棘NRAMP基因进行了RT-qPCR验证.沙棘与单子叶植物小麦NRAMP基因家族的种间共线性比率高于双子叶植物拟南芥.蛋白质互作网络分析表明,沙棘NRAMP基因家族成员HrLNRAMP8 可能主要通过乙烯途径调控重金属的吸收转运.[结论]在全基因组范围内从沙棘中系统鉴定得到 11 个HrLNRAMP家族成员.Group2 亚族成员基因结构最复杂且一致性较低;所有的沙棘NRAMP成员都含有NRAMP家族特有的转运基序motif1.不同基因家族成员在铅胁迫条件下的表达具有偏好性,该基因家族通过响应重金属铅离子胁迫来调控基因表达水平,从而降低重金属胁迫带来的伤害.

[目的]生长素上调的小RNA(SAURs)是一类生长素原初响应基因,在细胞伸长的过程中具有重要作用.克隆纤维发育相关的SAUR基因,研究其表达模式和生物学功能对探究纤维发育的机理具有重要意义.[方法]从陆地棉中克隆到1个编码SAUR蛋白的基因,命名为GhSAURX,通过表达模式分析、亚细胞定位、转基因拟南芥表型分析及生长素相关基因表达分析初步研究其功能.[结果]进化树分析表明:GhSAURX与拟南芥SAUR76、SAUR77和SAUR78关系较近,属于SAUR76亚家族.qPCR结果发现,GhSAURX基因在快速伸长的纤维中表达量较高,即开花后15,18,21 d.同时,GhSAURX在长纤维品种中的表达水平明显高于短纤维.亚细胞定位分析显示,GhSAURX定位在细胞膜和细胞核中.异源表达GhSAURX可以提高YUCCA6、ARF7及PIN4的表达,增加拟南芥的主根长度和黑暗条件下胚轴的长度.[结论]GhSAURX可能在生长素调控细胞伸长的过程中具有重要作用.

[目的]三七素(β-N-草酰-L-α,β-二氨基丙酸,β-ODAP)是山黧豆、三七等物种中的神经活性物质,其生物合成与草酰辅酶A密切相关.研究基于全基因组鉴定山黧豆草酰辅酶A合成酶的编码基因,为β-ODAP生物合成的调控研究奠定基础.[方法]用AMP结合结构域隐马尔科夫模型在山黧豆基因组中鉴定酰基激活酶超家族(acyl-activating enzyme superfamily,AAE)基因,在此基础上,克隆山黧豆草酰辅酶A合成酶基因LsAAE3,用多序列比对、原核表达及酶活检测等方法分析LsAAE3基因功能.[结果]山黧豆中至少存在22 条 AAE家族基因;系统发育分析表明:LsAAE3与拟南芥AtAAE3等聚为一支,隶属于酰基辅酶A合成酶家族.基因克隆及序列分析表明:LsAAE3基因cDNA全长为1 566 bp;LsAAE3和AtAAE3的保守结构域类似,均含有AMP结合位点、CoA结合位点及AAE保守结构域.SDS-PAGE检测表明所获融合蛋白条带单一,大小在56 kD左右;用His标签抗体进行Western blot分析发现,诱导后和纯化的融合蛋白均能检测到特征条带,说明所获融合蛋白为LsAAE3.体外酶活检测表明:LsAAE3具有草酰辅酶A合成酶活性,其活性发挥依赖于ATP、Mg2+.[结论]研究在全基因组水平鉴定山黧豆AAE超家族基因,并验证了 LsAAE3具有草酰辅酶A合成酶活性,为进一步分析山黧豆LsAAE3在β-ODAP生物合成过程中的功能奠定基础.