甘蔗△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶基因（P5CS）的克隆及其表达分析

△~1-吡咯琳-5-羧酸合成酶是植物脯氨酸合成过程的关键酶.应用同源性克隆结合RACE技术获得甘蔗PSCS基因cDNA全长序列2714bp,其中5'端非编码区为226bp,3'端非编码区340bp,poly(A)上游有1个聚腺苷酸五碱基AATAAA;开放读码框为2 148 bp编码715个氨基酸,含双功能域;其编码的蛋白分子量为77.7 ku,等电点为6.47.序列比对分析结果表明,P5CS基因的4个主要功能区(domain)中亮氨酸功能区(Leucine domain)相对不保守,其它功能区均较为保守.对17个物种的P5CS基因进行聚类分析,结果与公认的生物学分类及进化关系吻合.对甘蔗P5CS在根、茎、叶的表达进行实时PCR分析,结果表明,该基因在茎、叶表达量相近,但在根的表达量极低.     

斑茅ACO基因(aco)的克隆及其在水分胁迫下的表达

利用RT-PCR技术,首次克隆了斑茅1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶基因序列.该片段长度为1123bp的片段,包括1个编码322个氨基酸的完整开放读码框,包括具有与异青霉素合成酶功能区类似的氧化功能PcbC区,和1个Fe2 和CO2活性中心。应用实时荧光PCR技术分析了1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶基因在聚乙二醇胁迫下4个时段的表达。结果表明,聚乙二醇胁迫2h时,该基因在叶片明显上调表达,4h后的表达趋向平缓。本研究为1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶基因进一步用于基因工程研究奠定基础,同时也初步揭示1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶基因的表达与水分胁迫相互关系,为探讨乙烯对水分胁迫响应的分子机制提供了初步依据。     

白菜型冬油菜响应干旱胁迫差异蛋白质组学和ＨＳＣ７０－１基因克隆及表达分析

为探索白菜型冬油菜抗旱机理,本研究采用双向电泳结合液相色谱-质谱技术分析抗旱冬油菜品系DR-5差异蛋白质组变化,克隆其差异蛋白热激同源蛋白70（heat shock cognate protein 70）基因HSC70-1,研究干旱胁迫对白菜型冬油菜该基因表达的影响。质谱鉴定出23个差异蛋白质,分别参与刺激响应（5）、糖/能量代谢（6）、脂代谢（2）、信号转导（1）、氨基酸/蛋白质代谢（2）、核酸代谢（1）、细胞骨架（1）、光合作用（2）、伴侣蛋白（3）。同源克隆得到1 911bp的HSC70-1基因完整开放阅读框,编码637个氨基酸残基。所编码的蛋白HSC70是稳定的疏水性蛋白质,含有HSP蛋白家族特有的核酸结合功能区及底物结合功能区,有4个活性口袋,氨基酸序列与白菜型油菜（Brassica rapa）HSC70氨基酸序列相似度达98%。实时荧光定量和半定量分析HSC70-1基因干旱胁迫下表达,发现HSC70-1在叶片中上调表达。本研究结果为冬油菜抗旱育种提供了理论基础。     

小麦TaPK7基因的克隆及其在多种胁迫条件下的表达分析

为了揭示小麦TaPK7基因对不同逆境胁迫的应答机制, 以SAPK7基因的全长cDNA序列为信息探针,采用电子克隆和RT-PCR的方法,从抗旱小麦品种旱选10号中克隆到一个包含1 074 bp开放阅读框、编码357个氨基酸的cDNA序列,命名为TaPK7.生物信息学分析表明,TaPK7同时具有磷酸化丝氨酸/苏氨酸和酪氨酸的活性.氨基酸序列比对发现,TaPK7与水稻、玉米、大麦等植物中受逆境胁迫诱导表达的直系同源基因高度同源.实时定量RT-PCR检测结果表明,TaPK7参与对高渗、高盐、低温等多种胁迫和ABA处理的应答反应,但在不同胁迫或处理下的表达模式不同,TaPK7对四种非生物胁迫的敏感性次序为:高盐＞高渗＞低温＞ABA.     

大豆△~1-吡咯啉-5-羧酸合成酶基因GmP5CS1和GmP5CS2的克隆与过表达载体构建

利用同源克隆方法从强耐旱栽培大豆(Glycine max)品种齐黄22中克隆得到2个编码大豆△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)的基因,分别命名为Gm P5CS1和Gm P5CS2。氨基酸序列分析发现,Gm P5CS1包含1个长度为2 163 bp的ORF,编码720个氨基酸,等电点p I为6.70,分子量大小为78.38 k Da;Gm P5CS2包含1个长度为2 271 bp的ORF,编码756个氨基酸,等电点p I为6.10,分子量大小为82.18 k Da。与NCBI公布的部分物种蛋白质序列比对发现,Gm P5CS1与紫花苜蓿(Medicago sativa)的亲缘关系最高,Gm P5CS2与豇豆(Vigna unguiculata)的亲缘关系最高。组织表达分析表明,Gm P5CS1与Gm P5CS2基因在大豆的各个组织中均有表达,其中叶和根中的表达量相对较高,茎中表达量次之,花和籽粒中的表达量相对较低。利用Gateway技术得到植物过表达载体p Earley Gate103-Gm P5CS,再转入根癌农杆菌EHA105中,为Gm P5CS基因的转化及功能分析奠定了基础。     

野生大豆胁迫应答LRR类受体蛋白激酶基因的克隆及其表达特性分析

从前期构建的野生大豆在高盐、低温、干旱早期的基因表达谱中,选取了在4℃胁迫早期(1 h)上调表达的LRR-RLK的EST,通过SMART和RACE结合的方法获得了GsLRPK的全长序列:该基因全长2 264 bp,共编码714个氨基酸。生物信息学分析表明其氮端含有1个LRR N-terminal domain及串联排列的LRR-Motif;碳端含有丝/苏氨酸蛋白激酶催化结构域的11个亚基。此外,GsLRPK蛋白氮端22个氨基酸为可能的信号肽序列,并且存在1个跨膜结构域,很可能定位于细胞质膜或细胞器膜。半定量PCR分析显示该基因可受干旱、ABA、4℃低温及高盐胁迫的诱导,可能作为一个"关键节点"在胁迫信号传导通路中发挥重要作用。     

STM和CUC2基因对不同抗寒性白菜型冬油菜生长点的调控研究

为研究抗寒性强的白菜型冬油菜(Brassica rapa)调控生长点(shoot apical meristem,SAM)凹陷生长的SHOOT MERISTEMLESS(STM)和CUP-SHAPED COTYLEDON 2(CUC2)基因,采用RT-PCR技术克隆两基因并进行了表达分析。STM基因CDS序列开放阅读框长度为1 554bp,编码517个氨基酸,该基因在进化上高度保守,其序列属于PLN03226超家族。CUC2基因开放阅读框长度为1 104bp,编码367个氨基酸,该基因保守序列属于NAM超家族,是一个主要由不规则卷曲与延伸链组成的亲水性蛋白。荧光定量分析表明,相同温度处理下,STM基因在抗寒性较强、生长点凹陷的白菜型冬油菜陇油6号和陇油7号中相对表达量均低于抗寒性较弱、生长点凸起的天油4号和Lenox,而CUC2基因相对表达量的变化趋势与STM基因相反;低温(0℃、4℃和-4℃)处理72h后,白菜型冬油菜生长点中STM、CUC2基因均上调表达,表明STM和CUC2基因可能参与抗寒应答及白菜型冬油菜生长点对低温胁迫的响应。     

大豆GmMADS基因的克隆及表达分析

为了探究大豆MADS-box编码基因在生物和非生物胁迫中的调控作用,以SMV抗感大豆品种为试验材料,从大豆中克隆GmMADS基因Glyma.02g121500,进行生物信息学分析和表达特点分析,同时检测不同逆境胁迫下GmMADS基因表达量变化情况。结果表明:GmMADS基因完整ORF长度为735 bp,编码244个氨基酸,pI 6.68,相对分子质量为28.2 kD。抗感品种间基因CDS序列存在1个SNP差异,氨基酸序列无差异。启动子序列包含防卫和胁迫响应元件、植物激素应答元件、光应答元件等许多顺式作用元件。GmMADS与木豆、花生、豇豆、羽扇豆等物种中的同源基因亲缘关系较近。亚细胞定位结果显示GmMADS在细胞核上表达。组织特异性表达分析显示GmMADS在花中的表达量最高。接种大豆花叶病毒后,抗病品种科丰1号GmMADS在2 h表达最高且显著高于感病品种南农1138-2;低温胁迫时,GmMADS表达在2 h上调;盐胁迫时,GmMADS表达在1 h下调;干旱胁迫时,GmMADS表达在2 h下调。本研究对下一步分析该基因功能、阐明该基因在调控大豆抗病和耐逆的分子机制具有重要意义。     

水稻中一个与OsHSP90互作的新基因特性分析

 OsHSP90是水稻中一类可以在不同逆境条件下被诱导的基因。利用酵母双杂交系统,在水稻低温和干旱cDNA文库中筛选出1个与OsHSP90互作的未知基因,命名为OsHSPBP。序列分析表明,该基因全长1321 bp,编码一个具有244个氨基酸残基的多肽,推测分子量为25.5 kD。在OsHSPBP蛋白的97-132位氨基酸残基间存在tify功能域,185-211位氨基酸残基构成CCT_2基序,与其他植物中的同源蛋白相似性介于30.66%～70.40%。经分析,该基因启动子区域存在6种不同的逆境反应顺式作用元件。RT PCR半定量结果表明, OsHSP90与OsHSPBP在逆境胁迫下,均能被不同程度地诱导并呈现相似的表达趋势,说明两者可能与水稻逆境胁迫的应答和信号传递有关。     

小麦类成束阿拉伯半乳糖蛋白编码基因TaFLA的克隆与表达分析

为研究类成束阿拉伯半乳糖蛋白编码基因Fasciclin-Like Arabinogalactan-protein(FLA)在小麦抗逆境胁迫和花药发育中的作用,利用同源克隆法从小麦中获得1个FLA基因,命名为TaFLA,并对其组织表达特性和逆境胁迫表达特性分别进行了分析。序列分析结果表明,TaFLA基因含有1个1 530 bp的完整开放阅读框,编码509个氨基酸;TaFLA蛋白含有预测的N-末端信号肽,两个Fasciclin结构域(氨基酸205-300、371-474)和两个N-糖基化位点(氨基酸369和487)。系统演化分析结果表明,TaFLA基因与二粒小麦处于同一分支,其亲缘关系最近。荧光定量表达分析结果表明,TaFLA基因在小麦根、小穗(除去雄蕊)、减数分裂前和分裂时期的雄蕊中均有表达,其中,小穗(除去雄蕊)中表达量最高;在低温胁迫处理下,TaFLA基因表达上调,而在干旱、高盐和ABA处理下,表达量均有所下降;温敏雄性不育系BS366在不育环境(低温)下,TaFLA基因在雄蕊发育关键时期(二分体时期)大量表达,约为可育环境(高温)下表达量的29倍。     

花花柴KcPIP2;1基因的克隆及表达分析

根据一个从差减杂交文库中获得的EST序列设计引物,采用3′RACE技术从花花柴（Karelinia caspia）中克隆了编码质膜内在蛋白的基因PIP2;1,命名为KcPIP2;1,并运用定量PCR技术对KcPIP2;1的表达模式进行分析。研究结果表明,KcPIP2;1基因全长1 095 bp,包含855 bp的开放阅读框,编码284个氨基酸。Blast分析显示,KcPIP2;1与甜叶菊、毛果杨、胡桃、橡胶树和蓖麻的水通道蛋白的同源性分别为88％、87％、87％、86％和86％。多序列比对及进化树分析表明,KcPIP2;1属于PIP2亚家族。表达分析结果显示;KcPIP2;1在叶组织中的表达量最高;在NaCl胁迫下,2 h内KcPIP2;1的表达量上调至最高水平,之后逐渐降低,约48 h后又升至较高水平。这些结果表明,KcPIP2;1可能与花花柴耐盐机制相关。     

路易斯安那鸢尾LiNramp2基因克隆与定量表达分析

利用RACE技术克隆了路易斯安那鸢尾LiNramp2基因全长cDNA序列,其大小为1 786 bp,预测编码519个氨基酸,蛋白质具有11次跨膜结构域,与其他Nramp蛋白同源性达80%以上,说明LiNramp2同其他同源基因保守性很高。定量表达结果显示,LiNramp2在路易斯安那鸢尾叶片和雄蕊中表达量较高,在雌蕊中表达量最低,根和茎表达量差别不大。随着铅处理时间增加,LiNramp2基因在根系表现缓慢下降,在叶片中表现先升高后下降的趋势,但差异不显著。     

盐生草HgNHX1基因在大麦株系中的功能验证

为了探讨盐和干旱环境胁迫对转盐生草液泡膜型Na⁺/H⁺逆向转运蛋白基因HgNHX1大麦幼苗生长及抗逆性生理指标的影响,以转HgNHX1基因大麦及野生型株系为材料,分析盐(150 mmol· L^-1 NaCl)和自然干旱环境下转基因大麦幼苗的生长特性及生理指标的变化。结果表明,在盐胁迫条件下,随着胁迫时间的延长,转基因株系中HgNHX1 基因相对表达量逐渐上升;干旱胁迫条件下,转基因株系中HgNHX1 基因相对表达量呈先上升后下降的趋势,在处理3 d时达到最高。且在胁迫处理的三个不同时间点,转基因株系的相对含水量和游离脯胺酸含量均高于野生型株系,而相对电导率和丙二醛含量均低于野生型株系。这些结果说明,转基因株系中HgNHX1基因能够应答盐和干旱胁迫,具有提高大麦耐盐、抗旱性的功能。     

玉米氮胁迫响应NRT基因的鉴定及ZmNRT2.5的克隆和表达分析

硝酸盐转运蛋白(Nitrate Transporters,NRTs)在植物根系NO₃^-吸收或转运中发挥重要作用。为探究玉米NRTs基因在氮素吸收中的功能,从前期转录组数据中鉴定出7个响应氮素处理的差异表达ZmNRTs基因。启动子顺式作用元件分析表明,这些ZmNRTs基因的启动子均含有多个植物逆境或激素应答元件,推测他们可能与玉米非生物胁迫应答或植物激素调控氮素吸收相关。从玉米根系中克隆了对氮素处理响应最大的ZmNRT2.5,该基因CDs全长为1 563 bp,编码520个氨基酸。进化树分析结果表明,ZmNRT2.5与AtNRT2.5同源性最高,含有保守的硝酸盐转运结构域,二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主,含11个跨膜结构域。实时荧光定量PCR分析表明,ZmNRT2.5主要在根、老叶和叶鞘中表达。低氮处理显著诱导ZmNRT2.5在根中的表达,植物激素脱落酸、赤霉素和乙烯均参与调控ZmNRT2.5的表达。同时,ZmNRT2.5基因的表达受到盐胁迫的显著抑制。     

干旱胁迫对文心兰生长及光合特性的影响

以盆栽文心兰切花品种‘黄金2号’幼苗及成熟苗为研究材料,研究持续2个月的半干旱和干旱胁迫对其生长及光合生理特征的影响。结果表明,文心兰幼苗及成熟苗在干旱胁迫下,生物量积累减少,根冠比增大,叶绿素含量下降,净光合速率、气孔导度及蒸腾速率下降,植株生长势削弱。同时,研究发现,半干旱胁迫下,文心兰幼苗的反应不及成熟苗敏感。     

小麦多蛋白桥梁因子基因 TaMBF1c的克隆与表达分析

多蛋白桥梁因子(multiprotein bridging factor 1,MBF1)是一类广泛存在于植物中的转录共激活因子,在植物生长发育和逆境响应过程中发挥重要作用。为进一步了解该蛋白的功能,利用同源克隆法从小麦中获得 MBF1基因,根据其染色体位置分别命名为 TaMBF1c-A、 TaMBF1c-B和 TaMBF1c-D,通过生物信息学方法分析其蛋白序列特征、蛋白三级结构及顺式作用元件,并利用RT-qPCR技术分析其组织表达特异性以及干旱、热胁迫响应模式。序列分析表明,TaMBF1c-A、TaMBF1c-B和TaMBF1c-D分别含有456、471和465 bp的开放阅读框;三维结构预测发现,TaMBF1c-A、TaMBF1c-B和TaMBF1c-D在N端和C端分别含有MBF1结构域和4个α螺旋组成的helix-turn-helix结构域;系统进化分析结果表明, TaMBF1c基因与二粒小麦(Triticum dicoccum)的亲缘关系最近。顺式作用元件分析发现, TaMBF1c-A、 TaMBF1c-B和 TaMBF1c-D启动子区都含有干旱响应元件(MBS element/MYB element)和热响应元件(HSE element)。RT-qPCR分析显示, TaMBF1c-A和 TaMBF1c-B基因在叶片中特异性表达, TaMBF1c-D只在根部特异性表达;在干旱胁迫条件下, TaMBF1c在干旱敏感小麦品种中表达量较高,其表达量是 TaMBF1c在耐旱小麦品种中表达量的280倍, TaMBF1c在干旱信号途径中起负调控作用。在热胁迫条件下, TaMBF1c-A和 TaMBF1c-B在热敏感与耐热小麦品种中上调表达,而 TaMBF1c-D仅在热敏感小麦品种中上调表达,明显高于耐热小麦品种。     

干旱胁迫对木棉叶片若干生理生化指标的影响

在温室条件下,以一年生木棉盆栽苗为材料,研究不同干旱胁迫时间处理对木棉幼苗生理生化特性的影响。结果显示:木棉幼苗对干旱胁迫表现出明显的应激反应,随着干旱胁迫时间的延长,叶片的相对含水量(RWC)降低,其体内与抗性密切相关的防御酶活性也随着干旱时间延长发生明显的变化,过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性呈现出先升高后降低的趋势,游离脯氨酸(PRO)和丙二醛(MDA)含量逐渐增加,总生物量总体呈降低趋势,根冠比则随胁迫时间延长而逐渐升高。     

小麦TaHTAS-5A基因的克隆、表达分析及亚细胞定位

非生物胁迫对小麦的生长发育具有不良影响,克隆与非生物胁迫相关的基因,并对其结构及表达特性进行分析,可以为进一步探索小麦的抗逆机制和抗逆育种奠定基础。本研究利用同源克隆技术从普通小麦品种中国春中克隆了水稻E3泛素连接酶基因OsHTAS的同源基因TaHTAS-5A(GeneBank登录号:MF967573),并利用生物信息学方法对其基因序列特征进行分析;利用qRT-PCR技术对该基因在小麦不同组织及不同逆境胁迫下的表达模式进行分析;同时,对该基因的表达产物进行了亚细胞定位。结果表明,小麦TaHTAS-5A基因含有220bp的5′UTR、1 242bp的ORF以及126bp的3′UTR,共编码413个氨基酸;基因组分析表明,该基因全长3 819bp,共包含4个外显子和3个内含子;缺体-四体定位表明该基因位于小麦5A染色体上;蛋白结构分析显示,TaHTAS-5A蛋白的N端包含四个跨膜结构域,C端包含一个E3泛素连接酶特有的RING finger保守结构域,具有植物E3泛素连接酶的结构特征;qRT-PCR结果显示,TaHTAS-5A对高温、低温和ABA都有响应,对干旱和盐响应不敏感;TaHTAS-5A在小麦的根、茎、叶和幼穗等不同组织中均有表达,但表达量有差异,在叶和穗中的表达量明显高于根部和茎部;亚细胞定位结果表明,TaHTAS-5A位于细胞膜上。本研究为进一步探究小麦TaHTAS-5A基因的功能奠定了基础,也为小麦非生物胁迫抗性改良提供了一定的理论依据。     

小麦HD2基因家族的全基因组鉴定及热胁迫下的表达模式分析

组蛋白去乙酰化酶(histonedeacetylase,HDAC)负责去除组蛋白上的乙酰基团,在生物体的生长发育和非生物胁迫响应方面具有重要作用。本研究根据其他植物中HD2基因家族序列,利用生物信息学方法对小麦中的HD2基因进行鉴定,并对其基本生物学特性和调控网络等进行分析。结果表明,有12个小麦HD2基因被鉴定,并根据蛋白质序列C端是否含有锌指结构将其分为Group1和Group2两个亚家族;这些基因的编码蛋白均定位于细胞核内。利用WheatExp数据和RNA-seq数据对小麦HD2基因在不同组织和不同逆境胁迫下的表达模式进行分析,结果表明,小麦HD2基因在不同组织和不同逆境下均存在差异表达。同时,利用qRT-PCR技术对其在小麦12个生长发育时期的叶片中响应热胁迫的表达模式进行分析,结果表明,其在小麦挑旗期和抽穗期表达量明显上升。