脱镁叶绿酸a加氧酶（PaO）基因编码叶绿素降解过程中的关键酶。为了解小麦（Triticum aestivum L.）TaPaOs基因家族特征及其在衰老过程中发挥的作用，本试验利用已发布的小麦及其他物种的全基因组信息对TaPaOs家族成员的基因特性进行分析，并利用实时荧光定量PCR（qRT-RCR）技术初步分析其功能。结果表明：在小麦中共发现18个TaPaOs家族成员，分布在15条染色体上，其编码蛋白均具有亲水性，且大多数为不稳定蛋白，亚细胞定位预测均位于叶绿体中；18个TaPaOs家族成员启动子区包含大量响应元件，其中光响应元件（G-Box）和ABA响应元件（ABRE）最多。分析TaPaOs在不同组织中的表达模式发现，其家族成员表达模式为叶>茎>根，大多数家族成员在ABA诱导衰老、黑暗诱导衰老以及自然衰老时上调表达，尤其是TaPaO2、TaPaO5及TaPaO6，可作为小麦衰老研究的重点关注基因。这些研究结果为进一步研究TaPaOs基因家族的功能奠定基础。

同龄的黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco)呈现明显的两性生长差异，即雄性个体的体长、体重皆大于雌性个体。而mTOR信号通路在细胞生长、发育以及蛋白合成过程中起重要作用。为了了解黄颡鱼两性差异的营养生长机制与mTOR信号通路之间的关联性，本试验首先在生理生化特性方面对雌、雄黄颡鱼的肌肉营养成分进行了比较分析。结果表明，在雌、雄黄颡鱼的比较分析中，除了两者的水分、粗蛋白、粗脂肪含量差别不大以外，在矿物元素、氨基酸组成、蛋白的氨基酸组成和脂肪酸组成等方面，雌性黄颡鱼肌肉的营养品质相对雄性更优。针对mTOR信号通路主要基因开展实时荧光定量PCR分析，结果显示，除性腺组织外，AKT1、AKT2、AKT3、mTOR、S6KA、S6KB、4E-BP1基因在雄性黄颡鱼的肌肉、肝、肾和心脏组织中的表达均显著高于雌性，这可能与雌雄黄颡鱼生长差异有关。本研究为进一步探索黄颡鱼两性生长差异的分子机制奠定了试验基础。

紫苏［Perilla frutescens(L.)Britt.］是一种新型油料经济作物。转录因子WRI1(WRINKLED1)参与调控植物油脂合成积累。为探究紫苏PfWRI1在油脂合成积累及胁迫响应过程中的分子调控机制, 通过分子克隆技术分离得到PfWRI1的完整编码区, 利用生物信息学分析工具和半定量PCR(sqRT-PCR)及实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对序列特征及表达水平等进行分析。结果显示: PfWRI1转录因子属于AP2(APETALA2)超家族, 包含2个AP2保守结构域; 亚细胞定位预测分析显示, PfWRI1转录因子定位于细胞核; 无规则卷曲和α-螺旋是PfWRI1蛋白二级结构中的主要结构元件; 系统进化分析表明, PfWRI1与芝麻和油梨WRI1的亲缘关系最近; 互作蛋白预测表明, PfWRI1蛋白可能与LEC1(LEAFYCOTYLEDON1)、FATA(fatty acyl-acyl carrier protien thioesterase)、FATB和PDAT(phospholipids:diacylglycerol acyltransferase)等存在互作关系; PfWRI1在紫苏的不同组织中均有表达, 随种子成熟其表达量呈现先升高后降低的模式, 且在发育中后期(开花后30 d)种子的表达量最高, 表明PfWRI1可能在紫苏种子油脂合成中具有调控作用; 紫苏幼苗经过低温胁迫后, PfWRI1的表达量在胁迫12 h后显著上调, 说明PfWRI1可能参与紫苏幼苗冷胁迫响应。这些结果为进一步研究PfWRI1在紫苏油脂合成积累和胁迫响应中的分子机制及功能奠定了基础, 为紫苏和其他油料作物的遗传改良和新品种选育提供了理论依据。

油体钙蛋白(caleosin)是参与油体合成的一类蛋白质。本研究从紫苏转录组数据库中筛选获得caleosin的PfClo1和PfClo2两个基因片段, 通过表达特性分析发现, PfClo2基因在紫苏不同组织中几乎不表达, 故选定PfClo1基因进行克隆及实时荧光定量聚合酶链式反应(qRT-PCR)分析, 探究基因PfClo1在紫苏不同品种中的表达特性及对干旱胁迫的响应。紫苏caleosin的PfClo1基因序列分析结果表明, PfClo1基因的开放阅读框(ORF)序列为609 bp, 共编码202个氨基酸, 理论等电点为5.19, 亲水性系数为0.678, PSORT软件预测PfClo1蛋白定位于细胞质; BLAST同源序列比对表明, PfClo1与丹参和芝麻的caleosin序列相似性较高, 属于典型的caleosin家族成员; qRT-PCR分析结果表明, PfClo1基因在‘晋紫苏1号’的花和种子中均有表达, 且在开花后30 d的种子中表达量最高; 通过分析不同紫苏品种的差异表达发现, PfClo1基因的表达与紫苏油脂合成存在一定的正相关关系; 用20%聚乙二醇(PEG)对‘晋紫苏1号’幼苗进行干旱胁迫处理后发现, PfClo1基因在胁迫处理12 h时表达量达到最高, 为对照的6.78倍, 推测该基因可能在紫苏干旱胁迫诱导中发挥调控作用。该研究结果为深入探究PfClo1基因在紫苏种子发育及干旱胁迫应答中的功能提供了理论依据。

硒在植物体中有非常重要的生理生化功能及作用, 硫转运蛋白是主动转运硒酸盐的载体蛋白。从谷子基因组数据库中鉴定出SiSULTR2.1基因序列, 并进行生物信息学分析及叶面喷施Na2SeO4、Na2SO4表达响应分析, 旨在研究谷子中SiSULTR2.1基因的理化性质及Na2SeO4、Na2SO4处理表达响应, 为谷子SiSULTR2.1基因的硒、硫转运机制的研究提供理论依据。SiSULTR2.1蛋白分子质量为70 374.55 Da, 氨基酸数目为656个, 为疏水性、非分泌蛋白, 无信号肽, 二级结构由α-螺旋、β-折叠和无规则卷曲构成, 包含硫转运蛋白所特有的STAS结构域和Sulfate-transp结构域。实时荧光定量RCR(qRT-PCR)分析发现, SiSULTR2.1具有组织表达特异性, 且在谷子茎、叶片中表达量较高。Na2SeO4、Na2SO4处理后的0～96 h内均可诱导SiSULTR2.1表达。SiSULTR2.1对Na2SO4的响应较快, 在12 h时达到峰值, 对Na2SeO4响应较慢, 处理后24 h时表达量高于对照组, 之后持续增加。这一研究结果为进一步阐述SiSULTR2.1基因的硒、硫转运机制提供了依据。

叶绿素酶(CLH)是植物叶绿素降解过程中的关键酶, 在植物生长发育过程中发挥着重要作用。为了解小麦CLH基因家族成员在叶绿素降解过程中的功能差异, 本试验采用生物信息学分析方法和实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对小麦CLH基因家族进行鉴定和初步功能分析, 结果表明: 小麦中共鉴定到13个CLH成员(TaCLH1～TaCLH13), 分布在3A、3B、3D、4B、5A、5D、6A、6B和6D染色体上; 其中13个家族成员的启动子中均含有植物激素响应元件、环境胁迫响应元件和植物生长发育响应元件; 分析TaCLHs在不同组织和不同发育阶段中的表达模式发现, 大部分成员在叶/嫩枝和穗中有表达; 结合qRT-PCR分析发现, TaCLHs在不同的生长发育阶段参与叶绿素降解过程。这些研究结果都为后续研究相关基因的功能奠定了基础。

在甘薯近缘种三浅裂野牵牛(Ipomoea trifida)全基因组水平上对MADS-box基因家族进行鉴定和分析, 结果表明, 在三浅裂野牵牛基因组中, 共鉴定到38个MADS-box(ItfMADS)成员。根据理化性质分析, 各成员的氨基酸数目差异很大, 有26个成员显碱性。亚细胞定位表明, 在这些成员中有32个定位于细胞核。系统进化分析发现, ItfMADS家族可分为Ⅰ型和Ⅱ型2类, Ⅰ型包含9个成员, Ⅱ型包含29个成员。染色体定位分析发现, 该38个ItfMADS成员不均匀地分布在三浅裂野牵牛基因组的12条染色体上, 其中染色体11(Chr11)上的成员数最多(9个), 而Chr12和Chr00仅有1个成员。结构域保守基序分析表明: 各成员均含有MADS-box结构域, Ⅱ型的各成员还含有K结构域; motif 1和motif 3是ItfMADS蛋白的重要保守基序。基因结构分析表明, 各成员中的内含子和外显子数量差异较大。启动子顺式作用元件分析发现, 响应光的顺式作用元件最多。表达模式分析发现, ItfMADS基因在不同的组织中表达存在差异, 且在不同胁迫下的表达量也不同, 说明ItfMADS基因可能参与了胁迫响应。本研究为甘薯MADS-box基因的功能鉴定提供了参考, 也为甘薯的分子育种奠定了基础。

为鉴定可用于大豆(Glycine max)遗传改良的优异基因源, 从大豆基因组中鉴定获得一个大豆GmWIN1-6转录因子, 应用生物信息学工具和实时荧光定量反转录PCR(qRT-PCR)技术系统分析GmWIN1-6转录因子的理化性质、蛋白结构、时空表达谱及盐胁迫响应。结果表明: 从大豆花组织中克隆到GmWIN1-6基因的开放阅读框(ORF), 其编码蛋白由176个氨基酸组成, 在N端具有一个保守的AP2结构域, 属于亲水性蛋白; GmWIN1-6蛋白的二级结构中, 无规则卷曲占比例最大; 三级结构与拟南芥(Arabidopsis thaniana)AtWIN1相似; 系统进化分析显示GmWIN1-6与AtWIN1亲缘关系最近; GmWIN1-6转录因子在大豆各组织中的表达差异明显, 其中在花组织中表达量最高, 其次为种子发育中后期, 且与种子油脂积累时期基本吻合; 在大豆幼苗盐胁迫条件下, GmWIN1-6基因上调表达。这些试验发现预示着GmWIN1-6转录因子可能参与大豆种子发育和油脂富集以及幼苗胁迫响应的调控, 为大豆遗传改良和分子育种提供理论依据。

雨生红球藻钙蛋白(caleosin)有稳定油体的功能，为了研究该蛋白的理化特征及功能,利用同源克隆和 cDNA末端快速扩增技术(RACE)相结合的方法获得雨生红球藻 caleosin基因的 cDNA全长序列，并进行生物信息学分析和 HaeClo基因的表达分析。分析表明， HaeClo全长为 1 088 bp，共编码 262个氨基酸，理论等电点为 7.73。BLAST同源比对表明 HaeClo的氨基酸序列与盘藻(Gonium pectoral)和莱茵衣藻(Chlamydomonas rein-hardtii)来源的 caleosin的相似性分别达到 66%和 61%，是一个典型的 caleosin家族成员。多序列比对及系统进化也表明 HaeClo与其他高等植物和低等植物来源的 caleosin有共同的祖先。不同胁迫条件下， HaeClo基因在培养第 3天时表达量均达到最高值，此时高蓝光 +1/4氮处理组表达量达峰值，高白光 +1/4氮处理组表达量次之，且目的蛋白在大肠杆菌中成功表达。本文首次从雨生红球藻中克隆获得编码 caleosin的基因序列，并进行了生物信息学分析，对高光和缺氮不同胁迫条件下的雨生红球藻进行了表达分析，进一步研究了 HaeClo基因在雨生红球藻中的表达，为雨生红球藻中 caleosin的表达和功能研究奠定了基础。