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农业生物技术学报  2024年 32卷 1期  刊出日期:2024-01-01
 
研究论文与报告
ZmMYC7转录因子调控玉米抗病相关功能的初步研究
Preliminary Study on ZmMYC7 Transcription Factor Regulating of Disease Resistance Related Functions in Maize (Zea mays)
王永桂, 李薇, 崔婷茹, 张福源, 杨文皓, 许荡非, 邢继红, 曹宏哲, 董金皋
2024, 32(1): 1-10  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.01.001 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (4497 KB)  ( 79 )
摘要
玉米(Zea mays)是全球最重要的粮食作物之一,病原菌引起的玉米病害直接影响玉米生产,导致巨大的经济损失。转录因子MYC2在植物抗病领域发挥重要作用。本实验室前期获得拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtMYC2在玉米中的同源基因ZmMYC7 (Zm00001d030028)。为了探究转录因子ZmMYC7在调控玉米抗病过程中的功能,本研究检测ZmMYC7突变体对4种玉米真菌病害的敏感性,利用qRT-PCR技术检测ZmMYC7突变对病程相关蛋白(pathogenesis-related protein, PR)基因表达的影响。结果显示,ZmMYC7与高粱(Sorghum bicolor) SbMYC2的同源性最高(90%);ZmMYC7在玉米的叶和花药中表达水平较高,紫外照射和禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)侵染会上调ZmMYC7基因表达;ZmMYC7突变后,玉米对叶和茎部病害的敏感性显著增加,病程相关蛋白基因ZmPRs的表达显著下调(P<0.01)。上述结果提示ZmMYC7可能在玉米抗病过程中发挥作用。本研究为深入解析ZmMYC7调控玉米抗病的分子机制提供基础资料。
小麦品质性状QTL元分析及候选基因挖掘
Meta-analysis of QTL and Mining of Candidate Genes for Quality Traits in Wheat (Triticum aestivum)
李娜, 王鹏, 孔斌雪, 马靖福, 窦佳欣, 陈涛, 张沛沛, 刘媛, 杨德龙
2024, 32(1): 11-25  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.01.002 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (6208 KB)  ( 71 )
摘要
小麦(Triticum aestivum)品质性状是多基因控制的复杂数量性状,深入挖掘重要基因组区域和候选基因对小麦品质分子遗传改良具有重要意义。本研究从31个独立数量性状位点(quantitative traits locus, QTL)定位研究中,对293个控制小麦品质性状的初始QTL进行了图谱整合和QTL元分析,获得40个一致性QTL (meta quantitative trait loci, MQTL)位点,其中35个MQTL与籽粒硬度(grain hardness, GH)相关,23个MQTL与沉降值(sedimentation value, SV)相关,16个MQTL与淀粉含量(starch content, SC)相关。这些MQTL平均置信区间(confidence interval, CI)为3.87 cM,比初始QTL(14.80 cM)缩小3.82倍,特别是5个核心MQTL平均CI缩小至0.80 cM。通过同源比对和植物基因组数据库序列信息,在40个MQTL区间内共获得839个候选基因。借助转录组数据,筛选出113个在籽粒胚乳和糊粉层中高表达候选基因。本研究所获得的小麦品质性状重要基因组区域和候选基因将为小麦品质性状的分子遗传改良提供理论依据 。
大豆GmBAS1基因的鉴定以及对大豆株型结构的影响
Identification of Soybean (Glycine max) GmBAS1 Gene and Its Effect on Soybean Plant Architecture Structure
陈晓睿, 王影, 邱丽娟, 陈庆山
2024, 32(1): 26-38  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.01.003 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (8390 KB)  ( 28 )
摘要
在改善株高、叶柄夹角、节间长度等大豆(Glycine max)株型结构的前提下,密植是提高大豆产量的主要途径。油菜素内酯(brassinolide, BR)作为第六大植物激素,对于控制水稻(Oryza sativa)的叶柄夹角和拟南芥(Arabidopsis thaliana)的株型结构具有重要作用,在大豆中,油菜素内酯基因研究多与花期有关,而对株型的研究未见报道。细胞色素P450 734A1 (CYP734A1/BAS1)基因属于油菜素内酯代谢基因,能够控制水稻叶柄夹角的大小,改善水稻株型。为了探究CYP734A1/BAS1基因对大豆株型的影响,本研究在大豆中同源克隆了CYP734A1/BAS1的2个同源基因GmBAS1a (GenBank No. NC_038253.2)和GmBAS1b (GenBank No. NC_038241.2),进化树分析显示,GmBAS1aGmBAS1b与拟南芥中同源序列亲缘关系最近,在单子叶植物和双子叶植物中进化方向不同。单倍型分析表明,GmBAS1基因外显子区域自然突变少,该基因在大豆中行使重要功能;启动子预测表明,GmBAS1基因启动子区具有参与光反应和逆境胁迫等多种顺式作用元件,能够参与大豆多个生长发育过程。进一步通过农杆菌(Agrobacterium)介导大豆子叶节转化过表达载体获得BR突变体。过表达GmBAS1a大豆株高降低70%,不同部位叶柄夹角减小10%~50%,节间长度减小55%~82%,而过表达GmBAS1b大豆植株表现出更严重的矮化表型,这2个表型与通常的BR缺陷体表型一致。以上结果表明,过表达GmBAS1aGmBAS1b能够降低大豆株高和减小叶柄夹角,促使大豆株型紧凑,且GmBAS1b相较于GmBAS1a在BR代谢中发挥更主要的作用,对于株型的影响更大。本结果为BR调控大豆株型作用的研究提供了参考。
苦荞转录因子基因FtNAC16的克隆、亚细胞定位及表达分析
Cloning, Subcellular Localization and Expression Analysis of the Transcription Factor Gene FtNAC16 in Fagopyrum tataricum
柯瑾, 陈庆富, 李洪有
2024, 32(1): 39-49  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.01.004 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (9944 KB)  ( 47 )
摘要
NAC (petunia NAM and Arabidopsis thaliana ATAF1, ATAF2, and CUC2)转录因子在植物次生壁加厚过程中具有重要调控作用。为探究苦荞(Fagopyrum tataricum)中NAC转录因子在果壳次生壁形成中的功能和分子机制,本研究采用逆转录PCR (reverse transcription, RT-PCR)技术从苦荞中克隆到1个参与调控苦荞果壳细胞次生壁合成的NAC转录因子基因,命名为FtNAC16。对FtNAC16进行生物信息学、亚细胞定位及基因表达等分析,结果表明,FtNAC16 (GenBank No. OR723785)全长CDS序列为1 086 bp,编码361个氨基酸。对FtNAC16进行蛋白多序列比对和系统进化树分析,结果表明,FtNAC16是NAC转录因子家族成员,且与拟南芥(A. thaliana)中调控次生壁加厚的AtNST2 (NAC secondary wall thickening)亲缘关系最近。亚细胞定位显示,FtNAC16定位于细胞核。基因表达分析表明,FtNAC16主要在根、茎、花和早期发育的籽粒中高表达。此外,在厚壳苦荞和薄壳苦荞不同发育时期籽粒中的表达分析表明,FtNAC16在厚壳苦荞和薄壳苦荞中具有相似的表达模式,即其表达呈先增后减趋势,且在授粉后7 d籽粒中表达量最高,在籽粒发育早期,FtNAC16在厚壳苦荞中的表达量显著高于薄壳苦荞。进一步表达分析显示,次生壁形成的下游调控基因FtMYB103与纤维素合成酶4 (cellulose synthase 4, FtCESA4)和FtCESA8在厚壳苦荞和薄壳苦荞不同发育时期籽粒中的表达与FtNAC16高度正相关。推测FtNAC16可能通过正向调控苦荞次生壁生物合成相关的基因表达,进一步调控苦荞发育过程中不同组织部位尤其是苦荞果壳细胞次生壁的生物合成。本研究为培育高产、优质、适应性强的薄壳苦荞新品种提供优异的基因资源和理论依据。
马铃薯休眠解除相关基因StNF-YA8的表达分析
Expression Analysis of the StNF-YA8 Gene Associated with Dormancy Release in Potato (Solanum tuberosum)
王霄, 魏涵, 李世贵, 王凯彤, 赵亮, 张宁, 司怀军
2024, 32(1): 50-59  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.01.005 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (9792 KB)  ( 27 )
摘要
核因子Y (nuclear factor Y, NF-Y)是真核生物中分布较为广泛的一类转录因子,由NF-YA、NF-YB和NF-YC三种亚基构成,NF-YA参与调控植物的生长发育及胁迫响应。本研究用qRT-PCR方法分析了10个马铃薯(Solanum tuberosum) StNF-YA基因在块茎休眠解除过程中的表达模式。结果表明,StNF-YA8基因在块茎休眠解除过程中持续上调表达。进一步克隆了StNF-YA8基因(GenBank No. XM_015309982.1),其ORF为591 bp,编码196个氨基酸。构建了StNF-YA8蛋白的亚细胞定位载体,结果显示,StNF-YA8蛋白定位在细胞核和细胞膜上。组织特异性分析发现,StNF-YA8基因在不同组织间存在表达差异。生物信息学分析表明,马铃薯StNF-YA8蛋白含有CBFB保守结构域,在进化程度上与野生马铃薯(S. commersonii)亲缘性最高;StNF-YA8蛋白与StNF-YB3/5/10/14/17和StNF-YC1/4/5/8/9蛋白互作;该基因启动子序列中存在参与光响应、昼夜节律控制和激素响应相关的顺式作用元件。本研究为深入解析马铃薯StNF-YA8基因参与调节块茎休眠解除的分子机制提供了基础资料。
甘蓝型油菜BnaNAC14.1基因的克隆与表达模式分析
Cloning and Expression Pattern Analysis of BnaNAC14.1 Gene in Brassica napus
章冰馨, 祝金博, 刘翠, 李青洋, 崔鹏, 刘宏波
2024, 32(1): 60-69  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.01.006 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (9320 KB)  ( 38 )
摘要
NAC转录因子广泛参与植物生长发育及非生物逆境胁迫反应。本研究采用RT-PCR方法,从甘蓝型油菜(Brassica napus) '中双11' cDNA中克隆BnaNAC14.1基因(GenBank No. XM_022712555.2)。生物信息学分析表明,BnaNAC14.1基因编码区全长1 908 bp,编码635个氨基酸,包含NAM保守结构域;构建pCAMBIA1305.1-35S-sGFP-BnaNAC14.1融合表达载体,利用根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导法转化烟草(Nicotiana tabacum)叶片细胞,亚细胞定位结果显示,该转录因子定位于细胞核;以酵母(Saccharomyces cerevisiae)表达载体pGBKT7-BD-BnaNAC14.1转化酵母菌株Y2HGold,在SD/-Trp+X-α-gal培养基中显示蓝色,表明该转录因子具有转录激活活性。表达模式分析表明,BnaNAC14.1基因在甘蓝型油菜花和种子中表达量显著高于根、茎和叶;qRT-PCR结果显示,BnaNAC14.1基因受盐、干旱及外源激素脱落酸(abscisic acid, ABA)的诱导,在吲哚乙酸(indoleacetic acid, IAA)和茉莉酸甲酯(methyl jasmonate, MeJA)处理下表达受到抑制。上述结果初步明确BnaNAC14.1基因参与逆境胁迫和激素应答,可能在种子发育中发挥重要作用。本研究为后续深入探讨BnaNAC14.1生物学功能和优质抗逆油菜育种提供基础资料。
过表达F-box基因BoFBX117对甘蓝低温耐受性的影响
Effect of Overexpression of F-box Gene BoFBX117 on Low-temperature Tolerance of Cabbage (Brassica oleracea var. capitata)
罗玉霞, 许涛, 戴倩, 陈瑶, 宋江华
2024, 32(1): 70-79  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.01.007 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (8396 KB)  ( 19 )
摘要
F-box基因在植物非生物胁迫响应过程中发挥重要作用。为了研究F-box基因BoFBX117(GenBank No. XM_013731217.1)在甘蓝(Brassica oleracea var. capitata)响应低温胁迫中的功能,本研究构建了BoFBX117过表达载体,通过农杆菌介导法获得过表达BoFBX117甘蓝(OE-BoFBX117)植株。在4、0、-2和-4 ℃低温胁迫24 h后,通过观察表型发现过表达BoFBX117甘蓝叶片黄化萎蔫程度均小于非转基因甘蓝(WT);经过7 d恢复期,发现过表达BoFBX117甘蓝恢复正常生长能力更强。qPCR结果表明,低温胁迫下转基因植株中BoFBX117的表达量显著升高(P<0.01),是WT植株的1.87~4.80倍。0 ℃低温胁迫时,转基因植株的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、过氧化物酶(peroxidase, POD)和过氧化氢酶(Catalase, CAT)活性最高,分别比WT植株提高80%、16%和99%。低温胁迫下,丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量不断积累,-4 ℃时转基因植株的丙二醛含量为0.62 μmol/g FW,比WT降低53.38%。在正常条件和低温胁迫下,转基因植株的脯氨酸(proline)和可溶性糖(soluble sugar)含量均显著高于WT植株(P<0.05)。结果表明,BoFBX117在低温胁迫应答过程中发挥正调控作用,过表达BoFBX117提高了转基因甘蓝的低温耐受性,本研究为甘蓝耐低温品种选育提供支持。
芜菁种质资源根肿病抗性鉴定及组织显微观察
Identification of Resistance to Clubroot and Histological Microscopic Observation of Turnip (Brassica rapa ssp. rapifera) Germplasm
雷霆, 刘晓乐, 周晓青, 杨昕蕾, 惠麦侠
2024, 32(1): 80-90  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.01.008 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (18176 KB)  ( 6 )
摘要
根肿病(clubroot disease)是十字花科作物主要病害之一,筛选芜菁(Brassica rapa ssp. rapifera)抗根肿(clubroot resistance, CR)材料,明确其抗根肿病基因分布和观察抗病组织的显微机理,对抗病品种选育具有重要的意义。本研究以25份芜菁资源为材料,采用人工苗期接种的方法对根肿病的抗性进行鉴定,利用分子标记检测抗病基因位点分布,通过荧光桃红染色和石蜡切片技术观察根肿菌(Plasraodiophora brassicae)侵染进程和根部病理变化。鉴定结果显示,4份材料表现抗病(免疫和高抗),其中WJ-9、WJ-21和WJ-22表现为免疫,WJ-14表现高抗;另外WJ-10、WJ-13和WJ-18共3份表现耐病;18份材料表现感病(感病和高感)。抗病基因在供试材料中分布由多到少依次为:Crr3 (分布13个材料中)>CRb>Crr1a=CrrA5>CRc>Crr1>CRa (分布2个材料中),WJ-22检测到抗病基因最多,含6个。根肿菌在抗、感芜菁中的侵染进程和根部病理变化存在差异,抗病材料比感病材料发生根毛侵染时间晚、侵染率低,无皮层侵染;感病材料根部细胞膨大,结构紊乱并挤压破坏根部导管,而抗病材料细胞结构完整。对根肿病表现抗性的芜菁材料,聚合了较多抗病基因和致密的细胞结构。本研究鉴定到4份免疫和高抗根肿病芜菁资源,明确了其携带的抗病基因,探究了抗和感病材料的根肿菌侵染进程和组织结构差异,为利用其培育根肿病持久抗性品种提供了科学依据。
森林草莓SAUR基因家族的鉴定与表达分析
Identification and Expression Analysis of SAUR Gene Family in Fragaria vesca
刘芳, 梁国平, 王晗, 任家玄, 陈佰鸿, 毛娟
2024, 32(1): 91-106  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.01.009 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (10991 KB)  ( 27 )
摘要
早期应答生长素基因SAUR (small auxin up RNA)是一个能够在早期迅速响应生长素(indole-3-acetic acid, IAA)处理的基因家族,然而在草莓(Fragaria×ananassa)中该基因家族如何应答生长素处理还未见报道。因此,本研究利用生物信息学工具,分析了森林草莓(F. vesca) SAUR基因家族成员的进化关系、蛋白质理化性质、基因结构和启动子元件以及响应IAA的表达模式变化。结果表明,在森林草莓基因组中共鉴定到了67个SAUR家族成员,这些成员的氨基酸数量变化范围为83~286 aa,除FvSAUR9FvSAUR15FvSAUR22FvSAUR44FvSAUR45具有疏水性外,其余成员都具有亲水性。亚细胞定位预测分析表明,该基因家族成员的表达主要位于细胞核、线粒体、叶绿体和细胞质中。系统进化树结果显示,拟南芥(Arabidopsis thaliana)、森林草莓和草莓的SAUR基因成员被分为10个亚组,其中第5亚组中森林草莓的成员最多,为20个,第4和第8亚组均为0个。森林草莓SAUR基因成员的启动子序列共鉴定出了11类不同的元件,其中与环境胁迫相关的有5类,与激素相关的有6类,光响应元件的数量最多。通过qRT-PCR分析了森林草莓SAUR家族成员响应IAA的表达模式,结果表明,大部分成员在IAA处理2 h后表达水平显著下调(P<0.05),而12 h后有12个成员表达上调,而24 h处理后,所有的SAUR基因家族成员表达均上调。此外,共线性分析结果显示森林草莓SAUR基因家族成员中有6个基因对存在共线性。以上这些结果为草莓SAUR基因家族成员在生长发育和激素应答,特别是响应IAA处理方面的研究提供参考。
转录因子NAC62在工业大麻中的克隆、生信分析及其干旱胁迫响应分析
Cloning, Bioinformatics Analysis of Transcription Factor NAC62 in Industrial Hemp (Cannabis sativa) and Its Response Analysis to Drought Stress
杨宇蕾, 张涵雪, 王珊珊, 汤开磊, 杜光辉
2024, 32(1): 107-114  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.01.010 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (3988 KB)  ( 52 )
摘要
工业大麻(Cannabis sativa)是一种重要经济作物,其种子萌发阶段易遭受干旱胁迫,最终对生长和产量造成不利影响。NAC基因是植物中特有的一类转录因子,在植物应对非生物胁迫方面起着重要作用。本研究基于前期的转录组数据,利用RT-PCR方法,从工业大麻品种'云麻1号'中分离克隆出了1个NAC类基因,命名为CsNAC62 (GenBank No. XM_030652694)。序列分析发现,CsNAC62基因CDS大小为1 260 bp,编码419个氨基酸,蛋白质分子量48.32 kD,等电点为8.24。CsNAC62蛋白的N端含有150~160个氨基酸组成的NAC结构域,该结构域由5个亚结构域组成,是NAM/NAC类基因家族典型的保守结构域。蛋白二级结构预测表明,CsNAC62由25.19%的α-螺旋、17.29%的延伸链和57.52%的不规则卷曲组成。系统进化分析表明,工业大麻CsNAC62与桃树(Prunus persica) NAC3的关系最近。'云麻1号'萌发种子中的CsNAC62基因随着干旱胁迫处理(PEG-6000模拟)时间的延长,其表达量也逐步增加,萌发7 d时表达量达到最大。而在正常萌发的种子(对照)中,CsNAC62的表达量则上升缓慢,表明CsNAC62基因受干旱诱导表达。本研究初步揭示了CsNAC62基因在PEG模拟干旱胁迫下的表达模式,为进一步探究其参与工业大麻干旱胁迫响应的分子机制提供参考。
巨桉SNAC基因家族的鉴定及其在非生物逆境下的表达分析
Identification of the SNAC Gene Family in Eucalyptus grandis and Its Expression Analysis Under Abiotic Stresses
洪家都, 倪晓祥, 俞键烽, 吴梦洁, 赵爽, 程龙军
2024, 32(1): 115-131  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.01.011 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (9261 KB)  ( 28 )
摘要
巨桉(Eucalyptus grandis)是我国南方重要用材树种,但其抗逆性较差,限制了其栽培范围的扩大和栽培效益的提高。NAC类转录因子是植物特有的转录因子家族,广泛参与植物生长、发育、代谢和逆境响应,其中非生物逆境响应相关的NAC被称为SNAC (stress-related NAC)。本研究在巨桉全基因组范围鉴定的166个NAC和文献报道的74个SNAC的基础上,通过进化分析,筛选EgrSNAC家族成员,并分析其基因、蛋白序列结构、染色体定位、共线性关系、基因重复情况和启动子的顺式作用元件,以及不同组织中的表达模式,并对巨桉幼苗进行低温、干旱、高盐、脱落酸(abscisic acid, ABA)和茉莉酸甲酯(methyl jasmonate, MeJA)处理,利用qPCR分析EgrSNAC基因在这些逆境处理下的表达。结果表明,巨桉中共有22个EgrSNAC基因,分别属于ATAF、NAP和AtNAC3亚家族。除EgrSNAC20外,这些基因编码的蛋白均包含典型的NAM结构域的5个子域,对应Motif1~Motif5。22个基因分布在9条染色体上,有4个共线性基因对以及由11个EgrSNAC基因组成的2个串联重复基因区段。启动子顺式作用元件分析显示,EgrSNAC启动子上分布有多种逆境响应元件。EgrSNAC中串联重复基因的组织特异性表达模式类似。4 ℃低温处理不同时间的qPCR分析表明,除EgrSNAC1EgrSNAC3EgrSNAC22外,其他19个EgrSNAC表达均受低温诱导;对干旱有响应的有19个EgrSNAC,除EgrSNAC2EgrSNAC5EgrSNAC14EgrSNAC21表达被抑制外,其他均被干旱诱导;高盐处理下,有19个EgrSNAC表达发生变化,且仅EgrSNAC21被高盐抑制。另外响应ABA (100 μmol/L)处理的14个基因均被诱导;而MeJA (100 μmol/L)处理下表达有变化的基因有13个为诱导型,4个为抑制型。本研究结果揭示了不同EgrSNAC基因与低温、干旱、高盐和ABA、MeJA等非生物逆境因子之间的关系,为进一步研究巨桉EgrSNAC基因资源提供了参考。
基于转录组信息的杜梨盐胁迫相关MYB转录因子鉴定与分析
Identification and Analysis of MYB Transcription Factors Related to Salt Stress in Pyrus betulaefolia based on Transcriptome Information
李慧, 张雨峰, 李晓刚, 王中华, 常有宏, 蔺经
2024, 32(1): 132-146  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.01.012 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (15646 KB)  ( 16 )
摘要
MYB (myeloblastosis)蛋白是植物中最大的转录因子家族之一,广泛参与植物逆境胁迫应答。到目前为止,对于同一物种不同耐盐能力生态型之间MYB家族的表达模式还没有系统的比较分析。本研究基于杜梨(Pyrus betulaefolia)耐盐单株和普通单株转录组测序(RNA-sequencing, RNA-Seq)数据,筛选鉴定杜梨盐胁迫前后差异表达MYB基因,进行保守结构域归类、染色体分布分析、亚细胞定位预测和系统进化树构建,检测盐胁迫后PbMYBs基因在杜梨不同耐盐性株系各器官中的表达情况。借助转录组分析工具,注释获得129个盐胁迫后差异表达的杜梨PbMYBs基因,根据其结构特性可分为3大类:1R-MYB、R2R3-MYB和3R-MYB。杜梨15号染色体上分布的PbMYBs基因数目最多。构建系统进化树发现,杜梨MYB家族包括3个大类、23个亚类。亚细胞定位预测结果显示,42个PbMYBs转录因子定位于胞外,87个定位于细胞核中。基于转录组数据的基因表达模式分析表明,杜梨PbMYBs基因参与了不同器官应对盐胁迫的转录调控;荧光定量PCR证实,不同PbMYBs转录因子基因分别在杜梨根、茎或叶中受盐胁迫信号诱导表达水平上调或下调。上述结果为进一步研究杜梨MYB家族的基因结构和生物学功能提供相关资料。
CRISPR/Cas13a和MicroRNA介导的牛MSTN基因RNA干扰效率的比较
RNA Interference Efficiency Comparison of Bovine (Bos taurus) MSTN Gene Mediated by CRISPR-Cas13a and MicroRNA
雷佳茹, 王淞, 狄安琪, 安常所, 孙雪松, 刘明成, 袁宏敏, 杨磊, 李光鹏
2024, 32(1): 147-157  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.01.013 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (3614 KB)  ( 42 )
摘要
RNA干扰(RNA interference, RNAi)主要由小干扰RNA (small interfering RNA, siRNA)、短发夹RNA (short hairpin RNA, shRNA)、微小RNA (microRNA, miRNA)和CRISPR/Cas13a介导。miRNA通过与靶标mRNA碱基互补配对介导RNAi。CRISPR/Cas13a通过crRNA (CRISPR-derived RNA)和Cas13a蛋白的共同作用介导RNAi。关于CRISPR/Cas13a和miRNA介导的RNAi效率比较目前尚无报道。本研究根据肌肉生长抑制素基因(myostatin, MSTN)在西门塔尔牛(Bos taurus)和小鼠(Mus musculous)的mRNA同源序列,设计牛和小鼠通用的MSTN-crRNA-1/2/3和MSTN-miRNA-1/2/3。为了排除由Cas13a蛋白表达不稳定引起的CRISPR/Cas13a干扰效率波动,首先制备稳定表达Cas13a蛋白的牛肌肉卫星细胞(satellite cells, SCs)和小鼠成肌细胞系C2C12,将MSTN-crRNA-1/2/3和MSTN-miRNA-1/2/3分别转染牛SCs和小鼠C2C12。转染48 h后,采用qRT-PCR检测CRISPR/Cas13a和miRNA介导的MSTN干扰效率;此外,采用MTT法和细胞增殖检测试剂盒CCK-8 (Cell Counting Kit-8)检测CRISPR/Cas13a和miRNA介导的MSTN基因敲低对牛SCs和小鼠C2C12活力和增殖的影响。结果显示,MSTN-crRNA-1/2/3在牛Cas13a-SCs和小鼠Cas13a-C2C12中的平均干扰效率和最高干扰效率分别为45%和54%,MSTN-miRNA-1/2/3在牛SCs和小鼠C2C12中的平均干扰效率和最高干扰效率分别为30%和33%,说明CRISPR/Cas13a干扰效率高于miRNA;MSTN-miRNA-1/2/3使牛SCs和小鼠C2C12细胞活力和增殖能力分别下降了12% 和12.5% (P<0.05),而MSTN-crRNA-1/2/3对细胞活力和增殖能力没有影响。上述结果说明,基于CRISPR/Cas13a构建的MSTN干扰载体优于miRNA。本研究为模式动物和大家畜的基因编辑研究与应用提供基础资料。
转录组分析揭示不同性别绵羊骨骼肌基因表达差异
Transcriptome Analysis Reveals Differences in Skeletal Muscle Gene Expression in Sheep (Ovis aries) of Different Genders
楼梦雨, 卢嘉妮, 段琴, 杨往鑫, 郑琪, 朱翠云, 张思欢, 李爽, 凌英会
2024, 32(1): 158-167  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.01.014 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (2183 KB)  ( 59 )
摘要
性别是影响绵羊(Ovis aries)骨骼肌发育和产肉性能的主要因素之一。本研究以不同性别8月龄绵羊为研究对象,利用转录组测序技术探究不同性别绵羊背最长肌中基因表达差异,旨在揭示性别对绵羊骨骼肌发育影响的分子机理。经转录组测序和分析,共鉴定到14 587个基因,其中显著差异表达基因共29个,公羊组比母羊组显著上调表达23个,下调表达6个,差异基因包括xin肌动蛋白结合重复内含物1 (xin actin binding repeat containing 1, XIRP1)、谷胱甘肽过氧化物酶2 (glutathione peroxidase 2, GPX2)、酰基辅酶A合成酶中链家族成员1 (acyl-CoA synthetase medium chain family member 1, ACSM1)、脂肪酸结合蛋白4 (fatty acid binding protein 4, FABP4)、睾丸特异性丝氨酸激酶6 (testis specific serine kinase 6, TSSK6)等。对各组间差异表达基因进行GO和KEGG分析,GO富集分析显示,差异表达基因主要富集在核糖核苷、肌动蛋白结合和细胞骨架结合等类别中。KEGG通路分析发现,差异表达基因显著富集到3个信号通路中,分别为PPAR信号通路、花生四烯酸代谢和谷胱甘肽代谢信号通路。因此,不同性别间绵羊骨骼肌发育的差异可能通过以上通路产生。随机选取8个差异表达基因,利用qRT-PCR对其表达量进行验证,结果与转录组测序结果基本一致,证明测序结果可靠。综上,本研究揭示了不同性别绵羊骨骼肌基因表达的差异及相关的信号通路,为进一步了解绵羊性别影响肌肉发育的机制提供了参考。
SELW基因对骨骼肌卫星细胞分化的影响
Effect of Pig (Sus scrofa) SELW Gene on the Differentiation of Skeletal Muscle Satellite Cells
胡荣斌, 吴兴凤, 潘志洪, 李莉, 何逸懿, 徐娥
2024, 32(1): 168-179  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.01.015 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (11278 KB)  ( 10 )
摘要
硒蛋白W (selenoprotein W, SELW)是骨骼肌中重要的硒蛋白之一,对细胞分化等多种生物学功能具有重要作用,为探究SELW基因对猪(Sus scrofa)骨骼肌卫星细胞分化的影响。选取3头7日龄健康的大白猪,采集心、肝、脾、肺、肾、背肌、腿肌7个组织样提取RNA,qPCR检测SELW基因在不同组织中的相对表达量。运用在线软件对猪SELW蛋白质进行生物信息学分析。克隆猪SELW基因(GenBank No. NM_213977) CDS全长序列,构建过表达SELW基因重组慢病毒载体并感染骨骼肌卫星细胞,嘌呤霉素筛选获得SELW稳定表达细胞系,通过亚细胞定位确定SELW蛋白的表达部位,qPCR和Western blot检测SELW基因及蛋白的表达水平。收集诱导分化0和48 h的细胞样,qPCR检测配对盒子3基因(paired box 3, PAX3)、PAX7、肌源性因子5基因(myogenic factor 5, MYF5)、生肌决定因子基因(myogenic determinant, MYOD)、肌细胞生成素基因(myocyte generating factor, MYOG)的表达量。结果表明,SELW基因在猪7个不同组织中均有表达,在心脏和背肌中表达量极显著高于其他组织(P<0.01)。SELW蛋白分子式为C421H677N109O119S3Se1,相对分子质量为9 344.81 D,理论等电点为9.15,属于稳定蛋白质。遗传进化分析可知猪SELW基因与人(Homo sapiens)、恒河猴(Macaca mulatta)、苏门答腊猩猩(Pongo abelii)相似性最高。亚细胞定位结果表明,SELW蛋白定位于细胞核和细胞质。qPCR和Western blot检测SELW过表达效率,SELW-OE组表达量极显著高于SELW-NC组(P<0.01),表明SELW基因稳定表达细胞系构建成功。qPCR结果表明,诱导分化0 h时SELW-OE组的PAX7MYF5基因的表达量极显著上调,而MYOD基因表达量显著下调(P<0.05),MYOG基因的表达量极显著下调(P<0.01);诱导分化48 h后PAX3基因的表达量显著上调(P<0.05),PAX7MYF5MYODMYOG基因的表达极显著上调(P<0.01),表明SELW基因过表达后可促进与骨骼肌细胞分化相关基因的表达。本研究为进一步探讨SELW基因对猪肌肉生长发育的分子调控机制提供基础资料。
太行鸡plekhm2基因结构与差异表达分析
Analysis of plekhm2 Gene Structure and Differential Expression in Taihang Chickens (Gallus domesticus)
丁虹, 张寅梁, 周荣艳, 李媛媛, 刘华格
2024, 32(1): 180-188  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.01.016 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (4837 KB)  ( 37 )
摘要
鸡沙门氏菌病是由沙门氏菌(Salmonella)感染鸡(Gallus domesticus)所引起的一种传染性极高的细菌性疾病,含pleckstrin同源性和RUN结构域M2 (pleckstrin homology and RUN domain containing M2, plekhm2)基因作为沙门氏菌效应蛋白SifA的靶点,通过下调驱动蛋白的募集在沙门氏菌侵染中发挥作用。本研究旨在分析鸡plekhm2基因的序列特征,并研究其在太行鸡中的组织表达谱以及在感染和未感染沙门氏菌太行鸡肝脏和脾脏中的表达水平。基于沙门氏菌感染和未感染鸡的脾脏转录组筛选差异表达基因,利用在线工具和软件对plekhm2基因进行生物信息学分析,利用qPCR技术检测plekhm2基因在太行鸡不同组织的表达水平,并构建太行鸡沙门氏菌感染模型研究plekhm2在肝脏和脾脏中的表达变化。结果表明,通过脾脏转录组分析发现,感染沙门氏菌引起plekhm2基因表达水平升高,plekhm2编码1 016个氨基酸,存在2个基序(RUN和PH),与鸭(Cairina moschata)序列相似性最高,序列比对发现,plekhm2基因cDNA序列第1 013位为错义突变位点c.1013G>A,(p.Gly338Glu),太行鸡为A或G,Kashmir faverolla鸡为A;组织表达谱显示,plekhm2基因在太行鸡心脏、肝脏、脾脏和肺脏等11个组织均有表达;与未感染组相比,感染沙门氏菌后太行鸡肝脏中的plekhm2基因相对表达水平极显著升高(P<0.01),脾脏中的表达水平显著升高(P<0.05)。plekhm2基因在太行鸡多个组织中均有表达,沙门氏菌感染引起plekhm2基因表达水平升高,本研究为揭示plekhm2基因在沙门氏菌感染中的功能提供了参考。
PEX10基因缺失对兔须癣毛癣菌生长及致病性的抑制作用
Inhibitory Effect of PEX10 Gene Deletion on the Growth and Pathogenicity of Trichophyton mentagrophytes in Oryctolagus cuniculus
潘瑶, 肖琛闻, 刘燕, 张蓬军, 应淑敏, 黄叶娥, 季权安, 韦强, 王静, 王教瑜, 鲍国连
2024, 32(1): 189-199  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.01.017 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (9610 KB)  ( 11 )
摘要
须癣毛癣菌(Trichophyton mentagrophytes)又称石膏样毛癣菌,对家兔(Oryctolagus cuniculus)具有严重危害性。过氧化物酶体生物合成因子10 (peroxisomal biogenesis factor 10, PEX10)与植物病原真菌的药物敏感性具有密切关系,但是其影响动物病原真菌如须癣毛癣菌生长及致病性的机制尚不明晰。本研究首先构建PEX10基因敲除载体,通过根癌农杆菌介导的遗传转化(Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation, AtMT)和转化子筛选,获得须癣毛癣菌PEX10基因敲除株;生长特性等表型分析显示,PEX10基因敲除株的生长速率显著减慢(P<0.01),对盐酸小檗碱的敏感性显著提高(P<0.001),侵染兔皮肤组织的能力减弱,致病性降低。本研究结果为真菌PEX10基因功能的研究和兔须癣毛癣菌病的防治提供参考。
研究评述与展望
鸡卵泡选择和闭锁调控机制研究进展
Research Progress on Follicle Selection and Atresia Regulatory Mechanism in Chicken (Gallus gallus)
张文慧, 聂瑞雪, 凌遥, 李俊英, 张博, 张浩
2024, 32(1): 200-208  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.01.018 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (3501 KB)  ( 57 )
摘要
鸡(Gallus gallus)卵巢中的各阶段发育卵泡和闭锁卵泡数量及其比例与产蛋性能相关,组织良好的卵泡发育次序对于提高产蛋数和维持产蛋持续性非常重要。本文综合分析卵泡选择和闭锁过程中的生理表型变化,总结了影响鸡卵泡选择和闭锁的主要调控机制,重点讨论了颗粒细胞自噬、凋亡及炎症反应在卵泡闭锁中的作用,提出了今后的研究方向和建议,对解析鸡产蛋性状遗传机制具有重要的参考价值。
纳米抗体结构特征与制备研究进展
Research Progress on Structural Characteristics and Preparation of Nanobodies
孔静, 郑楠, 王加启, 赵圣国
2024, 32(1): 209-219  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.01.019 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (2704 KB)  ( 198 )
摘要
纳米抗体是仅由重链组成的具有特异性识别抗原的小分子物质,具有广泛的应用前景。本文介绍了骆驼(Camelus)体内3种不同的抗体亚型,揭示了传统抗体与纳米抗体在二硫键种类与位置、骨架区及互补决定区组成中的异同,论述了纳米抗体生产简便、特异性强、稳定性高、溶解度高等特性,阐述了纳米抗体的筛选表达方法,即可以运用噬菌体展示、酵母双杂交等技术,筛选得到特异性的纳米抗体,因其结构简单,故可以在大肠杆菌(Escherichia coli)及酵母菌(Saccharomyces)等生物中进行表达,从而可以更好地研究其功能。本文为今后纳米抗体的开发和应用提供理论依据。
研究资源与技术改进
全球农业动物基因编辑基础研究发展动态分析
Analysis of the Development Trends in Global Agricultural Animal Gene Editing Fundamental Research
张萌萌, 蒋颖, 李宁
2024, 32(1): 220-233  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.01.020 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (16149 KB)  ( 31 )
摘要
基因编辑技术是一项可以对生物机体DNA序列进行精准修饰的技术。为了解全球该领域特别是针对农业动物基因编辑的发展趋势,本研究运用文献计量法,统计2015~2022年基因编辑技术领域论文数据,系统分析了该领域主要研发机构、研发团队、研究前沿热点以及农业动物基因编辑技术研究现状。结果表明,我国基因编辑技术在论文层面处于国际领先地位,2015~2022年统计基因编辑技术相关论文量居全球第2,全球排名前20机构中,中国机构含8个,占40%。但与发达国家(美国)相比,我们还存在差距,主要体现在底盘核心技术创新不足,基因 编辑系统开发、优化及Cas蛋白发现等均在国外;国际顶级学术期刊发表论文虽居全球第2,但远不及美国,中国在《自然-生物技术》(Nature Biotechnology)期刊中发文量最多(31篇),仅占美国发文量的五分之一;基因编辑技术在农业动物中的研究报道整体数量较少,但呈逐年增多趋势,其在农业动物育种领域的应用存在巨大的潜力;最后结合自身国情,展望基因编辑技术前景以及在农业动物育种领域的发展趋势,以期为利用基因编辑技术解决农业动物育种特别是抗病育种中重大难题提供参考。
复方黄龙软膏促急性软组织损伤及烫伤修复的药效研究
Pharmacodynamics Study of Compound Huang-Long Cream in Promoting the Repair of Acute Soft Tissue Injury and Scald Injury
谢曈, 张培华, 林珈好
2024, 32(1): 234-246  | doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2024.01.021 |  Full text (HTML) (1 KB)  |   PDF  (28442 KB)  ( 6 )
摘要
急性软组织损伤和烫伤是兽医临床上常见的外伤疾病,均以局部急性无菌性炎症反应和组织损伤修复为主要的病理变化特点。目前,在兽医领域,对促进组织损伤修复的药物研究较少,复方黄龙软膏是依据中兽医经验方研制而成的促组织损伤修复的中药软膏,具有较好的临床疗效。本研究对复方黄龙软膏的药效进行初步探索,建立了重物击打SD大鼠(Rattus norvegicus)急性软组织损伤模型和热金属高温烫伤C57BL/6J小鼠(Mus musculus)模型,通过症候表现变化和苏木精-伊红(haematoxylin and eosin, HE)染色病理组织切片观察,评估复方黄龙软膏促急性软组织损伤及烫伤修复的药效。结果表明,促急性软组织损伤修复试验中,用药72 h时,复方黄龙软膏组与模型组相比,急性软组织损伤大鼠症候评分极显著下降(P<0.01),后肢肿胀率极显著降低(P<0.01);复方黄龙软膏组与阳性药物(双氯芬酸二乙胺乳胶)组相比,肿胀率显著降低(P<0.05)。促烫伤修复试验中,用药7 d时,复方黄龙软膏组小鼠烫伤病灶愈合率为(47.82±5.53)%,是模型组愈合率的1.4倍,差异显著(P<0.05)。病理切片结果表明,与模型组相比,复方黄龙软膏组中大鼠软组织和小鼠皮肤中的出血和炎症征象均减轻,胶原纤维增多。本研究证明,复方黄龙软膏能显著改善急性软组织损伤模型大鼠的瘀斑、水肿等症状,抑制炎症反应,促进损伤组织修复,且与双氯芬酸二乙胺乳膏相比,在消除水肿方面更具优势。在促烫伤修复方面,能加快烫伤模型小鼠烫伤创面愈合,促进其创面修复,并抑制炎症反应。本研究为复方黄龙软膏的临床应用提供初步理论依据。
 
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