芹菜中转录因子基因AgDREB1的分离与表达研究

DREB类转录因子是植物AP2/ERF转录因子家族中一个重要的亚家族,参与植物对逆境的应答,是植物适应逆境的重要调节因子之一。本文从不同品种芹菜中分离DREB类转录因子基因,并研究其表达情况,以进一步研究芹菜中非生物胁迫逆境调控。基于芹菜(Apium graveolens L.)转录组数据,分别从2个芹菜品种‘津南实芹’和‘文图拉’中克隆得到一个编码芹菜DREB类转录因子的基因AgDREB1。采用生物信息学方法对AgDREB1的氨基酸组成、理化性质、进化关系、空间结构等进行了分析。通过实时定量PCR方法对‘津南实芹’和‘文图拉’中AgDREB1基因的表达进行分析。结果表明:来源于‘津南实芹’和‘文图拉’的AgDREB1基因全长分别为495和492 bp,分别编码165和164个氨基酸。芹菜中AgDREB1转录因子等电点约为9.64,包含1个α螺旋和3个β折叠结构,进化关系上属于DREB亚族中的A5组。芹菜AgDREB1转录因子与其他物种的DREB转录因子具有较高的一致性。实时定量PCR分析表明,AgDREB1基因在‘津南实芹’和‘文图拉’根中的表达较高,对低温、高温、干旱和盐胁迫等非生物胁迫有响应。结论:从芹菜中克隆获得一个与逆境相关的DREB类转录因子基因AgDREB1,通过基因表达分析发现,芹菜中AgDREB1基因在根中表达最高,而且该基因与芹菜非生物胁迫相关。     

不结球白菜醛酮还原酶BcAKR4C9基因的克隆及表达分析

[目的]本文旨在探究醛酮还原酶AKR4C亚家族BcAKR4C9基因在不同激素处理及逆境胁迫中的表达模式,从而分析BcAKR4C9基因在不结球白菜作物中的生长代谢和逆境胁迫中可能发挥的作用。[方法]以不结球白菜‘苏州青’为材料,克隆了BcAKR4C9基因的全长,应用生物信息学分析了其氨基酸序列,并通过实时荧光定量PCR技术分析BcAKR4C9基因在不同组织,高温、低温、NaCl胁迫、伤害胁迫,以及水杨酸、茉莉酸甲酯和脱落酸等处理下的基因表达变化。[结果]序列分析表明,BcAKR4C9基因包含1个长度为948 bp的开放式阅读框(ORF),编码315个氨基酸。氨基酸序列多重比对和进化树分析表明,BcAKR4C9与其他植物AKR4C9基因同源性较高,具有高度保守性。荧光定量PCR分析表明,BcAKR4C9在叶片中的表达量高于根中,高温和低温处理下表达上调,且具有相似的表达模式。在0~20 g·L~(-1) NaCl质量浓度范围内基因相对表达量随NaCl质量浓度的升高而升高,伤害处理后能够迅速产生应激响应,并能够被水杨酸、茉莉酸甲酯和脱落酸诱导表达。[结论]不结球白菜BcAKR4C9基因能够被不同激素诱导表达,并且参与到多种逆境胁迫响应。     

水曲柳TCP4转录因子克隆及胁迫和激素下的表达分析

TCP转录因子家族是植物特异的一类调控生长发育和逆境胁迫的重要转录因子。本文揭示了水曲柳FmTCP4在非生物胁迫及激素信号诱导调控的表达特征,为该基因在水曲柳中调控生长发育以及逆境胁迫响应功能的研究奠定基础。通过前期研究克隆获得了水曲柳TCP4基因序列,并命名为FmTCP4,应用生物信息学软件对水曲柳FmTCP4基因的分子结构特征进行了分析,利用4 ℃低温、盐(NaCl)以及干旱(PEG6000)进行非生物胁迫处理,利用脱落酸(ABA)和赤霉素(GA₃)进行激素信号诱导,分析FmTCP4基因的表达特征。生物信息学分析表明该基因全长1 251 bp,具有完整的开放阅读框,编码416个氨基酸。FmTCP4具有螺旋-环-螺旋结构,为亲水性的不稳定蛋白,不存在信号肽,具有跨膜能力,亚细胞定位预测存在于细胞核中,并在细胞质到细胞核的调控中起作用。同源序列比对结果表明,FmTCP4与芝麻、烟草等物种的同源蛋白序列相比具有很高的同源性。非生物胁迫处理后,FmTCP4的表达量随处理时间而改变,但其变化趋势不同,表明FmTCP4明显响应了这3种非生物胁迫。激素信号诱导结果表明,外源植物激素调控了FmTCP4基因的表达,基因表达量相对于对照组具有显著性差异。非生物胁迫和激素信号诱导下的基因表达分析表明,FmTCP4响应了寒冷、盐、干旱等非生物胁迫以及激素信号,说明其参与了植物的生长发育和逆境胁迫的平衡。      

番茄APX基因的分离及表达分析

植物体内代谢的不平衡会导致活性氧的大量积累,若未及时清除,细胞将受到严重的氧化伤害。在抗氧化系统中,抗坏血酸过氧化物酶是其中的关键酶,对于保护细胞组分免受活性氧的破坏是至关重要的。本研究利用RTPCR方法从番茄中克隆得到抗坏血酸过氧化物酶基因,命名为LeAPX,序列全长1 412bp,开放阅读框1 266bp,编码421个氨基酸。系统发育树比对表明,LeAPX氨基酸序列与马铃薯、胡麻、烟草的APX序列同源性较高。氨基酸序列分析表明番茄APX和其它植物一样,含有两个保守的功能域。对其启动子序列分析显示,该片段富含HSE、LTR、GT1等响应胁迫的顺式作用元件。定量分析表明,LetAPX基因在叶片中的表达量最高。     

玉米ZmWRKY41基因克隆及转录激活验证

[目的]干旱是影响作物生长发育及产量的重要因素。植物WRKY转录因子超家族在植物的生长发育、响应逆境胁迫过程中发挥着重要作用。因此,克隆分析玉米WRKY转录因子的序列特征和功能,为研究玉米耐逆分子育种提供重要抗逆基因资源。[方法]本研究以玉米自交系B73为材料提取玉米总RNA反转录cDNA,克隆、分离获得ZmWRKY41基因编码区全长序列。DNAMAN比对发现,ZmWRKY41蛋白具有保守结构域WRKYGQK和锌指结构域(zinc-finger motif)C2HC,属于第三类WRKY转录因子家族。利用生物信息学方法研究该基因蛋白质理化性质,并对其进行结构分析预测。利用PlantCARE在线工具预测、鉴定ZmWRKY41基因启动子区是否含有响应非生物胁迫的顺式作用元件。将ZmWRKY41基因编码区全长序列构建pGBKT7诱饵载体上,与GAL4DNA结合域融合,转化酵母菌株AH109验证ZmWRKY41转录因子转录激活活性。[结果]玉米ZmWRKY41基因编码区全长774bp,含有长度分别为221bp、126bp、427bp 3个外显子,共编码257个氨基酸序列。蛋白质高级结构预测发现,ZmWRKY41蛋白包含2个α-螺旋结构和5个β-折叠结构,不含跨膜结构和信号肽。ZmWRKY41基因启动子元件预测发现,该启动子中含有干旱胁迫(CGGTCA)、热胁迫(AAAAAATTTC)、低温胁迫(CCGAAA)等非生物逆境胁迫响应相关的顺式作用元件。酵母转录激活验证实验显示,将含有pGBKT7-ZmWRKY41融合表达载体转化酵母AH109菌株,能在单缺、三缺培养基正常生长且能使α-半乳糖苷酶底物分解显蓝色,表明ZmWRKY41基因具有转录激活活性。[结论]玉米ZmWRKY41基因是WRKY转录因子基因家族成员之一,在酵母体内具有转录激活活性,可能参与响应非生物逆境胁迫,为进一步研究该转录因子调控非生物逆境胁迫奠定基础。     

芹菜肉桂酰辅酶A还原酶基因的克隆与表达分析

[目的]肉桂酰辅酶A还原酶CCR(cinnamoyl-Co A reductase)在植物木质素代谢中起重要的作用,能够将羟基肉桂酸还原生成肉桂醛。本文目的是研究不同芹菜中肉桂酰辅酶A还原酶基因AgCCR在芹菜中组织表达和非生物胁迫过程中的响应情况。[方法]以2个芹菜品种‘六合黄心芹’和‘文图拉’为材料,分别克隆出编码肉桂酰辅酶A还原酶的基因AgCCR。利用荧光定量PCR分析不同芹菜组织和2种芹菜在高温、低温、干旱和盐胁迫下AgCCR的表达情况。[结果]序列分析表明,‘六合黄心芹’和‘文图拉’中AgCCR基因均含有1个长度为1 014 bp的开放阅读框,编码337个氨基酸,二者的核苷酸位点有3个位点的差异,编码的氨基酸有1个位点的差异。对2个芹菜中的AgCCR基因进行多重比对并绘制进化树,发现其编码的氨基酸序列与其他15种植物的CCR蛋白同源性较高,氨基酸高度保守。荧光定量PCR(qRT-PCR)分析表明,芹菜AgCCR基因在‘六合黄心芹’和‘文图拉’叶中的表达水平较高,AgCCR基因在高温和低温下表达上调,在干旱处理下表达下调。[结论]芹菜AgCCR基因对多种非生物胁迫均有响应。特别是低温下该基因响应明显,表明AgCCR基因或许与芹菜抗寒机制相关。     

不结球白菜抗坏血酸相关基因BcMDHAR2功能验证

[目的]本文旨在验证单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)多基因家族中MDHAR2基因的功能,以探索其对不结球白菜抗坏血酸(AsA)含量的影响。[方法]以不结球白菜‘苏州青’cDNA为模板,扩增BcMDHAR2基因的ORF全长,利用生物信息学分析其氨基酸序列;通过亚细胞定位研究BcMDHAR2在细胞中的表达位置,采用实时荧光定量PCR技术(RT-qPCR)检测非生物胁迫和激素处理下BcMDHAR2基因的表达量;通过病毒诱导的基因沉默(VIGS)验证该基因对抗坏血酸含量的影响。[结果]BcMDHAR2基因包含1个1 308 bp的开放式阅读框(ORF),编码435个氨基酸。进化树分析表明,BcMDHAR2蛋白与芜菁的进化关系最近。亚细胞定位显示,BcMDHAR2定位于细胞核和细胞质、细胞膜上。RT-qPCR表明,低温、盐胁迫、重金属离子以及外源激素处理下,在一定时间内BcMDHAR2表达量上调,随后下调。该基因对光周期有一定的响应,随着光照时间变长,表达量上调,黑暗后,BcMDHAR2表达量下调。BcMDHAR2基因沉默后植株中AsA含量降低,AsA循环中相关基因的表达量发生了一定变化,而植株中SOD活性升高。[结论]BcMDHAR2表达量随外界条件变化而变化,响应不同的激素诱导和胁迫,在不结球白菜中该基因正调控AsA含量。     

胡萝卜4CL基因家族的鉴定及分析

旨在全基因组水平上鉴定胡萝卜 4CL基因，揭示该基因家族成员的理化性质、系统进化、基因结构、组织表达模式及胁迫响应情况，为胡萝卜 4CL的功能研究和利用奠定基础。基于AMP结合结构域(PF00501)的隐马尔可夫模型文件，利用HMMER软件对胡萝卜蛋白质数据库进行检索，获得胡萝卜 4CL基因(命名为 Dc4CL);利用ProtParam分析 Dc4CL的理化性质；利用MEGA6对Dc4CL进行系统进化分析；使用GSDS2.0、MEME分析 Dc4CL的基因及蛋白结构；利用荧光定量PCR技术对 Dc4CL的组织表达模式及胁迫响应情况进行研究。结果表明，胡萝卜基因组中存在12个 4CL基因，分别为 Dc4CL1～ Dc4CL12。 Dc4CL基因开放阅读框(ORF)长度为1 350～3 363 bp,编码蛋白质长度为449～1 120 aa,编码蛋白的分子质量和等电点分别为48.92～123.73 ku和5.34～8.82。系统进化分析表明，Dc4CL与其他来自水稻、拟南芥、二穗短柄草、高粱、大白菜的4CL蛋白可分为两个类群。结构分析表明， Dc4CL基因外显子数目为4～11个，其蛋白序列...     

小麦HP基因家族鉴定和分析

组氨酸磷酸转运蛋白HP(histidine phosphotransfer proteins)在植物的生长发育调控及逆境胁迫应答中发挥重要作用。为理解HP基因在小麦基因组中的进化特征和功能,研究通过生物信息学分析鉴定普通小麦的HP基因家族成员,对其理化性质、进化特征、基因结构、顺式作用元件以及在逆境胁迫条件下的表达模式进行了分析。结果表明,在小麦基因组鉴定到31个HP基因,编码蛋白质序列包括116～200个氨基酸。通过和其他植物的HP蛋白比较以及对蛋白结构、基因结构和基序的分析,显示小麦HP家族基因序列具有保守性。顺式作用元件预测表明,HP基因具有光、植物激素、干旱、低温等非生物胁迫响应相关的启动子调控元件。热图分析表明,HP基因在应答非生物胁迫中表达模式存在多样性;qRT-PCR分析表明,TaHP5-6B基因在低磷胁迫下受到强烈的诱导表达。综上所述,小麦全基因组鉴定的HP家族基因是非生物胁迫响应的重要基因资源。     

枸杞抗坏血酸过氧化物酶基因的克隆与表达分析

为探索青海枸杞抗坏血酸过氧化物酶(APX)基因信息,并对枸杞APX基因进行生物信息学分析以及基因表达研究,通过RT-PCR和RACE方法克隆枸杞APX基因,利用生物信息学软件预测基因结构,采用实时荧光定量PCR方法分析基因表达的变化。结果显示:枸杞APX基因的全长cDNA序列为1 047bp(Genbank No.KX981601),命名为LcAPX基因。该基因含有1个753bp的完整开放阅读框(ORF),编码250个氨基酸,包含亚铁血红素结合位点、底物结合位点和K~+结合位点。枸杞LcAPX与茄科植物的APX蛋白聚为一类,说明两者的亲缘关系较近。LcAPX基因在枸杞的成熟叶中表达量最高,花中表达量最少。其在聚乙二醇(PEG)、氯化钠(NaCl)胁迫下诱导表达,显示LcAPX在枸杞抗干旱和抗盐逆境过程起一定作用。