科研产出
小麦PIN基因家族的鉴定及表达分析
《中国农业科学 》 2020 北大核心 CSCD
摘要：[目的]PIN(puroindoline)是植物所特有的一类蛋白家族,对控制小麦籽粒硬度有重要功能.分析小麦PIN家族成员在全基因组的分布、结构及进化,研究其在不同组织的表达特异性以及在不同硬度种子的表达模式,为阐明小麦PIN基因家族的生物学功能奠定基础.[方法]根据已报道的小麦PIN基因和大麦HIN基因,利用BLASTP和HMM方法,在最新发布的小麦中国春参考序列中鉴定小麦PIN基因家族成员.利用UniProt、URGI、PFAM、CDD、expVIP等数据库,采用Clustal X、MEGA 7.0、ExPASy、MEME、GSDS、TB tools、GraphPad Prism5等软件进行生物信息学分析.采用qRT-PCR方法检测TaPIN基因家族在不同籽粒硬度小麦样品中的表达情况.[结果]共鉴定出19个小麦PIN基因,集中成簇分布于第1、5和7染色体同源群,编码148—327个氨基酸,编码蛋白相对分子量为16.39—37.19 kD,等电点为6.35—9.34.通过结构域和系统发育分析,可将19个TaPIN基因分为A和B两大类.大部分TaPINs基因仅有1个外显子,没有内含子,顺式作用元件分析发现其上游序列包含大量抗逆和种子发育相关的调控元件.转录组分析表明该基因家族在小麦籽粒中相对表达量很高,而在根茎叶等其他组织几乎不表达.实时荧光定量PCR表明,各基因间相对表达量差异显著,TaPIN9和TaPIN10表达量较高.随着小麦籽粒硬度降低,TaPIN9和TaPIN10表达上调,且表达比例增加,而TaPIN16和TaPIN6则呈现相反的趋势.[结论]小麦籽粒硬度的调节以Pina和Pinb为主,该基因家族其他成员也具有相同结构域,推测也具有相似功能,但受表达量低的限制,对籽粒硬度影响较小.从该基因的进化关系看,粗山羊草与小麦亲缘关系最近,其次是燕麦、黑麦和大麦.
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两个不同籽粒硬度小麦的比较蛋白组学分析
《作物学报 》 2020 北大核心 CSCD
摘要：小麦是全球种植面积最大粮食作物,为全球45亿人提供日常蛋白和能量摄入的20%。弄清小麦籽粒硬度遗传基础,对于改良小麦品质具有重大意义。为探讨不同硬度小麦种子的分子基础,本实验选用西南麦区2个硬度差异极显著的小麦品种川麦66和蜀麦969,从蛋白水平上分析其种子蛋白差异表达情况,利用TMT定量蛋白质组学技术(tandem mass tags)结合生物信息学分析,分析差异表达的蛋白及其功能和通路等富集情况。结果表明,鉴定并定量了有效蛋白6020个,其中显著差异表达蛋白113个,在软质麦川麦66中上调表达的69个,下调表达的44个。差异蛋白GO富集分析共富集到65个GO条目,达到极显著富集水平的包括生物过程的1个条目、细胞组成的1个条目和分子功能的6个条目。推测营养库活性类蛋白、酶抑制剂活性类蛋白和谷胱甘肽代谢途径类蛋白可能参与小麦籽粒硬度形成。籽粒硬度相关蛋白可能主要分布于细胞胞外区,具有防御作用。从系统发育分析推测, puroindolines蛋白及其同源蛋白,可能既作为小麦籽粒贮藏蛋白,同时还能作为酶抑制剂调控籽粒发育。本研究为进一步探索小麦籽粒硬度遗传机制提供了参考。
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四川小麦品种籽粒硬度和穗发芽抗性相关基因的分子标记鉴定
《西南农业学报 》 2018 北大核心 CSCD
摘要：【目的】鉴定四川小麦品种籽粒硬度和穗发芽抗性相关基因的组成,可为四川小麦的品质改良提供理论依据。【方法】利用2个籽粒硬度和1个穗发芽抗性等位基因分子标记,对105份2000年后育成的四川小麦品种进行上述基因的检测。【结果】本研究表明:(1)针对籽粒硬度,含有Pinb-D1b基因(Pinb突变)的品种有11份,频率为10.5%,非Pinb-D1b等位基因类型则占到89.5%。(2)针对穗发芽抗性,含Vp-1Bc(抗穗发芽)的品种有88份,频率为83.8%;含Vp-1Ba(感穗发芽)的品种有17份,频率为16.2%;未能扩增出含Vp-1Bb(抗穗发芽)的品种。(3)聚合2项优质基因(Pinb-D1b和Vp-1Bc),品质优良的品种有11份,频率为10.5%。【结论】利用这些含有优异基因资源的品种,在四川小麦品质育种中逐步导入上述优质基因,是综合提高四川小麦品质的有效途径。
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东亚和北美裸大麦(青稞)籽粒硬度基因HINA的分子进化分析
《大麦与谷类科学 》 2018
摘要：随着现代经济社会的发展,裸大麦(青稞)的多元化加工也成为裸大麦(青稞)口粮外的另一类发展趋势,籽粒硬度是决定裸大麦加工用途的一个重要品质性状,HINA基因编码的HINA蛋白是影响籽粒硬度性状的一个重要蛋白。本研究通过对108份来自北美和东亚(中国青藏高原)6个地区裸大麦(青稞)HINA基因进行重测序,结果在群体序列中发现58个多态性位点(包括30个SNP和28个Indel),可以将群体序列分成13种单倍型。其中单倍型1(Hap1)和单倍型4(Hap4)是分布范围最为广泛的2种单倍型。各地区的单倍型多样性指数范围为0.000~0.833,总群体单倍型多样性指数为0.575,各地区核苷酸多样性系数范围为0.000~0.010,总群体的核苷酸多样性系数为0.007,6个地区群体的基因序列配对分化系数(Fst)范围为-0.08~0.16,分子方差分析显示东亚和北美群体的基因遗传变异主要是由群体内的变异为主(总群体中91.16%的基因变异来源于群体内,8.84%的变异来源于群体间)。群体结构分析将所有材料的HINA基因序列分成2个亚群群体。材料的地理来源与亚群分类相关性较低。利用中性检测及错配分析对选择压力与群体HINA基因遗传分化的关系进行考察,发现中性检验值在东亚(中国青藏高原)、北美和总群体中均为负值,同时群体错配曲线为多峰曲线,说明群体在HINA基因位点上是稳定群体,这些结果为了解HINA基因在裸大麦(青稞)遗传特征上的作用提供了理论依据。
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