Cloning and Bioinformatical Analysis of Phospholipase Dα1 Gene and Its Promoter in the Latex of Rubber Tree (Hevea brasiliensis Muell.Arg.)

植物磷脂酶PLDα1与伤害信号转导密切相关,是伤害诱导内源茉莉酸(Jasmonic acid,JA)生物合成的关键酶之一.橡胶树胶乳PLDα1基因(HbPLDα1)表达的研究将有助于揭示橡胶树乳管细胞JA信号转导及其调控橡胶生物合成的机制.在EST序列的基础上,通过RACE和Genome Walking方法分别克隆了橡胶树胶乳的HbPLDα1基因及其启动子序列.HbPLDα1基因的cDNA全长为2 870 bp,包含长度为2427 bp的完整开放阅读框(ORF),具有典型的植物PLDα蛋白保守功能域,与同属大戟科的蓖麻和麻风树的PLDα1基因亲缘关系最近.HbPLDα1基因启动子区域长为1 559 bp,除含有TATA box和CAAT box等基本顺式作用元件外,还存在JA和脱落酸等激素响应元件以及干旱胁迫等环境信号响应元件,这表明HbPLDα1基因的表达可能受激素和环境信号的调控,在橡胶树乳管细胞对激素和环境信号的响应过程中发挥重要作用.     

MeJA和ET对巴西橡胶树胶乳HbGSK1基因表达的影响

GSK3蛋白与进化过程中的激素信号网络和生物、非生物胁迫响应密切关联。GSK3是否在橡胶树JA和ET信号途径起作用尚不清楚。qPCR分析结果表明，机械伤害、MeJA和ET处理上调胶乳中HbGSK1基因的表达，并且“机械伤害+MeJA”处理的表达水平显著高于机械伤害处理，推测机械伤害通过上调胶乳内源JA含量上调HbGSK1基因的表达；机械伤害上调胶乳中HbGSK1基因的表达，表明HbGSK1蛋白可能参与橡胶树非生物胁迫响应；MeJA和ET处理上调胶乳中HbGSK1基因的表达，表明HbGSK1蛋白可能参与橡胶树JA和ET植物激素信号途径的调节。MeJA和ET处理均上调胶乳中HbGSK1基因的表达，表明JA和ET对HbGSK1基因的表达的调节具有协同作用。     

龙眼胚性愈伤组织DlRan3A和DlRan3B基因启动子的克隆及其生物信息学分析

植物Ran蛋白与核质运输、微管形成等过程密切相关。通过Tail-RCR结合接头连接介导PCR法克隆了龙眼胚性愈伤组织(Embryogenic callus,EC)Ran家族DlRan3A和DlRan3B基因的5′调控序列,长度分别为1276和714 bp。结合生物信息学法,分析启动子的转录起始位点和顺式作用元件。结果表明:龙眼EC DlRan3A和DlRan3B基因启动子分别存在1处和3处转录起始位点,且除了含有TATA box和CAAT box等基本顺式作用元件外,还含有多个光响应元件、激素应答元件、防御与逆境胁迫响应元件等。龙眼EC DlRan3A和DlRan3B启动子转录活性可能受到光、激素信号及逆境胁迫因素的诱导,在龙眼体胚发生过程中的信号转导应答过程中发挥重要作用。此外,在DlRan3A启动子区预测到1个长度为214 bp的CpG岛,为后续研究该基因启动子甲基化水平及分子调控机制提供了线索。龙眼EC Ran基因启动子的克隆与生物信息学分析有助于揭示Ran在体胚发生过程中的作用。     

橡胶树HbFCA启动子的克隆及其在橡胶树中的表达分析

FCA(Flowering control locus A)基因是自主开花调控途径中的关键调控基因之一,同时,FCA功能具有多样性.本研究中,利用TAIL-PCR方法获得2039 bp橡胶树FCA基因的启动子序列,生物信息学分析发现该启动子中具有28种顺式调控元件,其中主要为基因表达调控核心元件(TAAT-box和CAAT-box)和光响应调控元件.此外,还含有激素、胁迫信号和光周期的顺式作用元件.同时,将橡胶树FCA启动子与GUS基因融合构建植物表达载体转化橡胶树,发现在胚状体、叶片和树根中GUS基因均强烈表达,但在茎段中表达较弱,说明橡胶树FCA基因除参与开花调控外,还可能参与多种发育过程的调控.本研究获得的HbFCA启动子转化橡胶树植株为进一步分析Hb FCA基因功能及表达调控模式提供了遗传材料.     

巴西橡胶树HbWRKY1基因5′调控序列的克隆及功能初步鉴定

为深入研究巴西橡胶树HbWRKY1基因的表达调控机制,采用染色体步移法克隆了HbWRKY1基因的5′调控区序列。结果表明,该序列具有预测的核心启动子区域位于-6~-57 bp,转录起始位点位于翻译起始位点上游41 bp处;该序列具有TATA-box,CAAT-box和GATA-box等多个典型的真核生物启动子基本的顺式作用元件,同时还具有低温响应元件LTR,赤霉素反应元件GARE-motif,生长素响应元件TGA-element和脱落酸响应元件ABRE等参与激素调控元件,此外还有与MYB结合的MBS元件,热胁迫反应的HSE,厌氧诱导元件ARE和增强诱发厌氧反应的GC-motif等顺式作用元件。构建了不同长度的HbWRKY1启动子片段的植物表达载体并转化本生烟草, 通过潮霉素抗性和PCR鉴定,获得了转基因植株。对获得的转HbWRKY1不同长度启动子片段的转基因T1植株GUS染色发现,植株的茎、叶柄、主叶脉和根中均可呈现蓝色,表明HbWRKY1基因的5′调控区可以启动GUS基因的表达, 具有启动子的活性。     

巴西橡胶树HbWRKY1基因5'调控序列的克隆及功能初步鉴定

为深入研究巴西橡胶树HbWRKY1基因的表达调控机制,采用染色体步移法克隆了HbWRKY1基因的5'调控区序列.结果表明,该序列具有预测的核心启动子区域位于-6～-57 bp,转录起始位点位于翻译起始位点上游41 bp处;该序列具有TATA-box,CAAT-box和GATA-box等多个典型的真核生物启动子基本的顺式作用元件,同时还具有低温响应元件LTR,赤霉素反应元件GARE-motif’生长素响应元件TGA-element和脱落酸响应元件ABRE等参与激素调控元件,此外还有与MYB结合的MBS元件,热胁迫反应的HSE,厌氧诱导元件ARE和增强诱发厌氧反应的GC-motif等顺式作用元件.构建了不同长度的HbWRKY1启动子片段的植物表达载体并转化本生烟草,通过潮霉素抗性和PCR鉴定,获得了转基因植株.对获得的转HbWRKY1不同长度启动子片段的转基因T1植株GUS染色发现,植株的茎、叶柄、主叶脉和根中均可呈现蓝色,表明HbWRKY1基因的5'调控区可以启动GUS基因的表达,具有启动子的活性.     

巴西橡胶树法尼基焦磷酸合酶基因5＇调控序列的克隆及功能初步鉴定

法尼基焦磷酸合酶是异戊二烯生物合成途径中的一个关键酶,根据NCBI数据库中巴西橡胶树法尼基焦磷酸合酶基因HbFPS序列设计引物,克隆了HbFPS起始密码子上游1066 bp的5＇调控序列。序列分析表明,该序列A/T含量为77.39 %,含有典型的真核生物核心启动子区域,在该序列中发现了一些与真核生物典型的顺式调控元件相似的TATA-box、增强子元件、CAAT-box和GATA-box以及一些与激素、胁迫诱导、转录因子相关的顺式作用元件。构建了含有该序列的植物表达载体并转化烟草,对获得的转基因烟草T0代植     

大豆GmGolS基因高温胁迫应答及启动子活性分析

肌醇半乳糖苷合成酶(GolS)是棉子糖系列寡糖(RFOs)生物合成途径中的关键酶。为探究大豆GmGolS基因的高温胁迫调控机制,通过实时荧光定量PCR检测GmGolS在高温胁迫下的表达量,通过PCR从大豆基因组DNA中扩增GmGolS基因启动子序列,将其连接到植物表达载体pCAMBIA1301上并转化烟草,通过GUS组织化学染色和实时荧光定量PCR检测GmGolS启动子的高温诱导启动活性。结果表明：高温胁迫可以强烈诱导GmGolS的表达。1 739 bp的GmGolS启动子序列中含1个生长素响应元件、1个干旱诱导的MYB转录因子结合位点、2个厌氧诱导元件、1个防御和胁迫响应元件、1个脱落酸响应元件、1个茉莉酸响应元件和1个缺氧诱导元件。成功获得3棵GmGolSP转基因烟草植株。GmGolS启动子的活性可以被高温胁迫诱导。     

茉莉酸刺激的橡胶树胶乳cDNA消减文库的构建及其序列分析

采用抑制性消减杂交(suppression subtractive hybridization,SSH)技术,构建了外源茉莉酸刺激条件下橡胶树胶乳与未处理橡胶树胶乳差异表达的cDNA消减文库,经蓝白斑筛选共得到121个含有插入片段的阳性克隆。通过菌落PCR的方法分别对阳性克隆的插入片段进行扩增,结果表明,95％左右阳性克隆插入片段的大小在200-600 bp之间。随机选取25个克隆进行测序,并对所得的25条表达序列标签(EST)序列用Blastn(基本局域联配搜寻工具)检索基因文库(genbank),其中10条EST片断可找到碱基序列相似性大于80％以上的同源基因序列,其余15条EST为没有任何功能线索的未知序列。外源茉莉酸刺激条件下橡胶树胶乳cDNA消减文库的构建和在此基础上克隆橡胶树胶乳中JA信号的候选应激基因,将为开展茉莉酸调控橡胶树胶乳代谢和橡胶生物合成的分子机理研究打下基础。     

巴西橡胶树泛素结合酶基因HbUBC5的克隆和表达分析

根据先前获得的EST序列,从橡胶树中克隆了1个编码泛素结合酶的基因HbUBC5。HbUBC5 cDNA长度为567 bp,编码185个氨基酸;HbUBC5在基因组中序列长度为2 441 bp,包含6个外显子和5个内含子。HbUBC5编码蛋白具有典型的植物泛素结合酶E2的结构特征,包含1个保守的UBC结构域和1个高度保守的半胱氨酸活性位点,和其他植物中的E2蛋白具有很高的同源性。对HbUBC5启动子区域进行分析,发现含有众多应答激素和胁迫信号元件。实时荧光定量分析结果表明,HbUBC5在树皮的表达量最高,在花中的表达量次之,在胶乳和叶片中的表达量相对较低;乙烯诱导能显著上调基因的表达。研究结果表明,HbUBC5能对乙烯做出响应,推测其可能参与了乙烯利刺激橡胶树产生副作用的过程。     

巴西橡胶树HbMlo8基因的功能研究

Mlo基因是植物体内具有负向调控功能的一类基因。为揭示Hb Mlo8基因在橡胶树中的功能,分析了该基因在巴西橡胶树不同组织中的表达情况,在机械损伤、干旱、白粉菌侵染、ABA、ETH、JA和H_2O_2处理下的表达模式。结果表明:Hb Mlo8基因在橡胶树的树皮、胶乳、花和叶中均有表达,主要在树皮和花中表达。机械损伤、干旱、白粉菌侵染均会使Hb Mlo8在橡胶树叶片中的表达量显著上调。橡胶树叶片中Hb Mlo8基因在ETH处理早期下调表达,处理10 h后开始显著上调。在ABA、H_2O_2和JA处理下,Hb Mlo8基因均呈现下调表达现象。说明Hb Mlo8可能参与橡胶树对白粉菌和非生物胁迫的响应过程以及激素信号转导路径,为阐明Hb Mlo8基因在橡胶树生长和逆境响应机制中的功能研究打下良好基础。     

天然橡胶合成关键酶基因Hmg1启动子克隆与序列分析

在巴西橡胶树天然橡胶的生物合成途径中,3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶(3-Hydroxy-3-MethylglutarylCoenzymeAReductase,HMGR)是关键酶之一,为了利用其基因的启动子和瞬时表达系统来筛选促进橡胶树生物合成的调节剂,利用GenomicWalking方法从高产树热研7-33-97的叶片基因组DNA中克隆了Hmg15′端调控序列。序列分析结果表明,巴西橡胶树Hmg1启动子转录起始位点的保守序列CTCATCA,与其他植物基因的非常一致;在5′端调控序列中发现几个典型的真核生物顺式调控元件TATA-motif、CAAT-motif、CGTCA-motif、ERE等。用克隆得到的Hmg15′端启动子序列分别替换了pCAMBIA1302中的CaMV35S启动子,构建了序列缺失pCAMBIA1302表达载体pCAMBIA1302H900、pCAMBIA1302H500和pCAMBIA1302H300。     

巴西橡胶树小橡胶粒子蛋白基因5＇调控序列的克隆及功能初步鉴定

在橡胶树中小橡胶粒子蛋白是催化和调控天然橡胶生物合成的重要蛋白因子。根据小橡胶粒子蛋白基因(HbSRPP)的mRNA序列(GenBank登陆号：AF051317)设计引物,利用Genome Walking方法克隆了HbSRPP起始密码子上游1 159 bp的5′调控序列。序列分析表明,该序列A/T含量为68.25 %,含有典型的真核生物核心启动子区域(-141bp-99 bp),一些与真核生物典型的顺式调控元件相似的TATA-box、增强子元件、CAAT-box、GATA-box也存在序列中,此外还发现一     

大豆GmPR10基因启动子的克隆及序列分析

GmPR10基因是病程相关蛋白PR10(pathogenesis-related proteins 10)在大豆中的同源基因。为探明大豆GmPR10基因的表达调控规律,应用PCR技术从大豆抗疫霉根腐病品种绥农10号中克隆了GmPR10基因上游2 235 bp的启动子序列pGmPR10,定向替换pBI121载体的CaMV35S组成型启动子,构建植物表达载体pBI121/pGmPR10/GUS,并转化农杆菌侵染烟草叶盘。GUS染色结果表明,pGmPR10受聚乙二醇(PEG)、低温(4℃)、水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)和脱落酸(ABA)诱导表达,因此推测GmPR10基因可能参与植物激素调节植物生长发育的过程,以及生物胁迫和非生物胁迫条件下植物对环境响应的过程。此外,利用PLACE和Plant CARE在线启动子预测工具分析pGmPR10,结果表明:pGmPR10含有启动子的一般结构TATA-box和CAAT-box,光应答元件,生长素和细胞分裂素响应元件,热激元件,低温应答元件,干旱应答元件以及ABA、SA、JA应答元件等。     

木薯DBE和SBE基因的序列分析及其茉莉酸甲酯诱导表达特性

为研究木薯中调控支链淀粉合成的DBE和SBE基因如何被茉莉酸信号调控,首先对木薯基因组数据库中的MeDBE和MeSBE2.1基因进行序列分析,二者都具有α淀粉酶催化结构域且启动子区都具有茉莉酸响应元件等多种响应元件。以木薯品种‘华南八号’悬浮培养细胞为材料,利用qRT-PCR检测木薯MeDBE和MeSBE2.1基因在茉莉酸甲酯处理后的表达特性。结果显示：MeDBE基因的表达在最初短暂上调后持续下调,而MeSBE2.1则持续上调后又恢复最初水平,说明MeDBE和MeSBE2.1基因可被茉莉酸信号调控,进一步推测表明,其受到不同激素信号整合后的综合调控,以影响支链淀粉的生物合成。     

玉米ZmNAS1和ZmNAS2基因启动子的克隆与序列分析

根据已知玉米全基因组序列设计引物,采用PCR方法从基因组DNA中克隆两种玉米材料的Zm-NAS1和ZmNAS2基因启动子,利用生物信息学软件对启动子元件进行分析预测并比较在两种材料间差异。结果表明,ZmNAS1基因启动子在两种材料上差异明显,沈137较K12除一段574bp缺失外,他们之间还有24处单核苷酸多态性位点;两种材料间的ZmNAS2基因启动子无差异。ZmNAS1和ZmNAS2基因启动子均具有一些与光调控、激素诱导、响应逆境胁迫等有关的顺式作用元件,但数目存在一定差异;两个基因启动子上都有一定数目缺铁诱导元件的核心序列。根据启动子元件分析,初步判断ZmNAS1和ZmNAS2基因除受缺铁诱导表达外,还可能受到其他多种信号的共同调控,是一个复杂的调控过程。此外,ZmNAS1基因启动子在两种材料间差异明显,推测该基因在两种材料间受到的表达调控水平也不相同。     

巴西橡胶树胶乳表达ABC转运蛋白HbGCN1的克隆与表达研究

橡胶生物合成是一种典型的植物类异戊二烯次生代谢,它是影响橡胶产量的首要因素。ABC转运蛋白(ATP Binding Cassette transporter,ABC transporter)是一类与植物次生代谢密切相关的蛋白大家族。筛选已构建的茉莉酸诱导橡胶树胶乳消减文库,并克隆了1个GCN(general control non-repressible)亚族ABC转运蛋白基因EST,通过RACE技术获得其全长cDNA序列,命名为HbGCN1。该基因开放阅读框共1 815 bp,编码605个氨基酸残基。表达分析表明:HbGCN1主要在橡胶树树皮及胶乳中表达,且在乙烯、茉莉酸或伤害诱导下上调表达,推测其可能与橡胶生物合成相关。原核表达该基因,为进一步的研究奠定基础。     

木薯低温诱导基因MeLTI6A的启动子的克隆与序列分析

MeLTI6A（Manihot esculenta low temperature inducible 6A）是木薯低温干旱诱导基因,本研究从MeLTI6A 的序列出发,利用电子克隆设计引物进行PCR扩增的方法获得该基因的启动子,其序列共1 304 bp。生物信息学分析发现该启动子中具有真核生物典型的核心启动子区（TATA-box和CAAT-box）,并利用α-互补,蓝白斑筛选原理验证了该启动子核心序列具有活性;该启动子具有与干旱胁迫相关的激素类（如脱落酸、乙烯）的响应元件和逆境胁迫（如低温、干旱胁迫）的响应元件;还具有与木薯组织特异表达相关的调控元件和其它光响应元件;并通过Real time PCR检测了低温胁迫（4 ℃）下的木薯组培苗中MeLTI6A的表达变化,说明了该启动子区的低温胁迫顺式作用响应元件可能调节MeLIT6A在低温胁迫下的表达。这些说明木薯的MeLIT6A基因可能是通过对干旱胁迫激素信号响应以及逆境胁迫响应起作用,使木薯获得一定的抗胁迫的能力,同时还可能参与了木薯相关组织发育过程的调控。本研究有利于对MeLTI6A基因抗逆境胁迫功能的理解,为探索木薯高效抗逆的分子机制作初步研究。     

橡胶树COP9家族基因的克隆及表达分析

COP9信号小体（CSN）是进化上保守的蛋白复合体,在茉莉酸信号途径中起着重要的作用。橡胶树的乳管是一种特化的细胞器,是天然橡胶合成和储存的场所。现有的证据表明橡胶的生物合成可能受到茉莉酸信号途径的调控,但是对于茉莉酸信号途径调控天然橡胶的生物合成还了解的不够。本研究采用RACE技术结合RT-PCR从胶乳中克隆了8个CSN基因的全长cDNA序列,根据与拟南芥的相似性,分别命名为HbCSN1~HbCSN8。荧光定量PCR结果显示,8个CSN基因均能在树皮、不同发育时期的叶片、胶乳、雄花和雌花中表达,其中HbCSN5在胶乳中的表达量最高,其他成员在叶片中的表达量最高。而且,部分HbCSNs基因在胶乳中的表达受到割胶和茉莉酸甲酯处理的上调表达。因此,推测这些上调表达的成员可能参与胶乳的茉莉酸信号途径。     

橡胶树α-维管蛋白基因HbTUA1的克隆及表达分析

利用橡胶树胶乳EST文库克隆到一个TUA基因,命名为HbTUA1（GenBank登录号：KC333454）。该基因cDNA全长1 580 bp,其中5′UTR长45 bp,3′UTR长167 bp,编码区长1 368 bp,编码449个氨基酸。HbTUA1蛋白具有TUA类蛋白保守的GTP结合域。荧光定量PCR分析显示,HbTUA1基因在橡胶树胶乳中的表达量最高,其次是树皮和芽,而在种子和叶片中的表达量最低;在胶乳中,HbTUA1基因的表达显著受割胶和伤害诱导,在不同死皮程度的橡胶树中也存在明显差异。初步表明HbTUA1基因可能参与橡胶树胶乳再生与胁迫应答调控。