家稗丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)基因的克隆及序列分析

为揭示C4植物家稗[Echinochloa crusgalli var frumentacea(Roxb.)W.F.Wight] PPDK结构和功能特点,探索改善作物高光效途径,采用RT-PCR技术,克隆了家稗[Echinochloa crusgalli var frumentacea (Roxb.) W. F. Wight]丙酮酸磷酸双激酶（PPDK）基因的cDNA全长。核苷酸序列分析表明, 该片段全长3 085 bp, 包含一个2 844 bp的ORF,编码948个氨基酸(GenBank登录号：AY 792619)。编码区核苷酸序列与高粱（Sorghum bicolor）、甘蔗（Saccharum officinarum）、玉米（Zea mays）等C₄型pdk基因同源率分别为85.1%、84.0%和82.0%;与水稻[Oryza sativa (japonica cultivar-group)] pdk基因同源性也高达82.6%。氨基酸序列进化树分析表明其与玉米、水稻等禾本科植物最为接近;半定量RT-PCR研究表明,pdk基因仅在绿色叶片中表达。     

稗草(Echinochloa crusgalli)根型ppc基因对水稻的遗传转化及其对光合速率的调节效应

稗草(Echinochloa crusgalli)是稻田中的C4光合型杂草,为了探索稗草ppc基因(Eppc)对水稻遗传转化的可行性及其对光合速率的调节效应,首次将含有稗草根型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)基因ppc c DNA的2个植物表达载体p Ubi-Eppc、p Rbc S-Eppc通过农杆菌介导法对水稻进行了遗传转化。对分化植株进行的PCR、RT-PCR、克隆测序和Western杂交等结果均表明稗草ppc基因已经整合到了水稻基因组中,并且在转录和翻译水平都得到了表达。转基因水稻PEPC活性和气体交换参数测定结果表明T0代多数植株的PEPC活性高于对照,最高达到了对照的5.85倍;T0代大多数转基因植株叶片的净光合速率(Pn)比对照提高了20.00%,最大地提高了47.16%,同时叶片水分利用效率(WUE)也得到增强;T6代大部分转化植株的PEPC活性及Pn仍保持高于对照,本研究表明C3根型ppc基因过量表达也可以提高水稻的Pn,且证明稗草PEPC对光合作用具有较强的调节作用。     

转ppc基因水稻苗期抗旱特性研究

通过C₄转基因技术改善C₃作物光合作用, 以期提高作物产量是国内外研究的热点之一。然而, 目前关于转磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)基因对水稻的光合作用、产量和抗旱性的影响及其调节机理仍不很清楚。本研究以T₄代转ppc基因水稻为材料, 进行产量和苗期抗旱性研究。结果表明, 在旱作栽培条件下, 两个转ppc基因株系(T1, T2)单株产量分别比未转基因的对照(WT)增产28%和42%, 分蘖增加27%和40%; T1和T2可维持较高的光合速率、气孔导度和水分利用效率; 干旱胁迫使超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量增加, T1和T2 SOD活性增幅(+25%)都显著高于WT(+9%), 而MDA含量增幅显著低于WT, 表明转ppc基因水稻具有较强的抗氧化能力; T1和T2比WT具有较高的脯氨酸含量和渗透势下降幅度, 说明转PEPC基因水稻的渗透调节能力高于对照。PEG-6000处理下, 得到的结果相似。     

花生磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因的克隆及反义表达载体的构建

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCase)是控制植物籽粒中蛋白质/油脂含量比例的关键酶.本研究利用RT-PCR技术,克隆PEPCase基因的片段,并将克隆的PEPCase基因片段反向连接替代植物表达载体PBI121的GUS基因.从花生栽培品种荔蒲大花生基因组中克隆获得编码PEPCase的基因片段(886 bp),其核苷酸序列与已报道的花生(EU391629)、棉花(AY008939)、大豆(D10717)、拟南芥(AY210895)、豌豆(D64037)PEPCase基因对应部分的同源性分别为99.77%,84.37%,81.54%,81.25%,78.71%,说明我们得到PEPCase基因片段较准确.构建的反义表达载体中PEPCase基因由35S启动子所控制,将构建的反义表达载体命名为pBGPEP.为通过反义抑制技术提高花生含油量提供了基因及表达载体.     

甜菜叶绿体rbcL基因的克隆与序列分析

rbcL基因编码1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶,在光合作用和光呼吸中均起重要作用。利用植物叶绿体基因组在进化中高度保守的特点,根据烟草、水稻和菠菜叶绿体基因组全序列设计合成引物,以甜菜叶绿体DNA为模板,PCR扩增了包含甜菜rbcL完整基因(GeneBank登录号为DQ067450)在内的一段序列,序列分析表明:该片段全长2023bp,其中包括1425bp的编码区序列,推测编码475个氨基酸。同源性比较显示,该基因编码区序列与烟草、菠菜、油菜、豌豆、水稻、玉米、矮牵牛、苜蓿、地钱、葡萄、猪毛菜及松树的rbcL基因核苷酸同源性为77.38%~96.45%,氨基酸同源性为85.53%~98.11%。因此,可以确定所克隆的基因为甜菜叶绿体rbcL基因。     

根癌农杆菌介导获得稗草Ecppc转基因小麦的研究

采用携带pUbi-Ecppc质粒的3个根癌农杆菌菌株（LBA4404、EHA105和C58c1）,对经过预培养10~12 d的春小麦品种扬麦158、Bobwhite和扬麦12的幼胚愈伤组织进行了遗传转化。对筛选中的抗生素浓度、菌液浓度、共培养温度和时间、受体基因型、菌株-质粒组合等影响转化的重要因素进行了研究。首次将单子叶野生C₄植物稗草的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因（Ecppc）导入小麦受体基因型,并得到具有潮霉素（Hyg）抗性的转化植株。从816块共培养愈伤组织中转化得到34株抗性植株,其中14株PCR检测为阳性。扬麦158的转化效率达3.03%。Southern和RT-PCR分析表明外源基因已整合到小麦基因组并得到正确的转录。生理学检测显示,转基因小麦植株的光合速率和PEPC活性都有所提高。说明Ubiqintin基因启动子控制的稗草PEPC cDNA基因在小麦中可以正确表达和起到一定的生理作用。这些工作为进一步探讨PEPC对小麦光合作用及其他生理过程的影响奠定了基础。     

玉米ppc基因过表达对转基因水稻光合速率的影响

通过转基因技术将外源ppc基因导入水稻以期增加产量是国内外的重要研究领域。然而,关于ppc基因过表达能否提高转基因水稻的光合速率至今尚无定论。本研究将玉米ppc基因导入水稻中花8号,获得大量转基因水稻植株。经PCR筛选、PEPC活性测定、Southern和Western杂交分析,表明玉米ppc基因已经整合到受体水稻基因组中,并得到了正确和高效的表达。测定了温室内种植的T₁代6个PEPC活性不同的转基因水稻植株的光合速率,只有活性最高的株系的光合速率显著增加,增加的幅度为27.3%。在旱作栽培条件下测定了T₃代33个转基因株系的光合速率,结果表明在高温、高光强下,绝大多数转基因水稻的光合速率增加,最大提高了68.8%。比较6个转基因株系的T₁和T₃代看到,逆境胁迫条件下转基因水稻光合速率明显提高。以上结果表明水稻中导入ppc基因可以提高其光合速率,特别是逆境条件下的光合速率。     

C_4植物PEPC酶的单克隆抗体制备和双夹心ELISA检测方法的建立

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPCase)是高等植物尤其是C4植物进行光合作用的一种关键酶,利用PEPC基因提高C3植物的光合效率具有重要的应用前景。本研究利用来源于玉米PEPCase免疫的BALB/c小鼠脾细胞与骨髓瘤细胞SP2/0融合,经筛选克隆,得到3株能稳定分泌抗PEPCase的单克隆抗体杂交瘤细胞,并制备腹水型单抗。利用其中一株杂交瘤细胞4E5的小鼠腹水单抗和PEPCase的兔源多抗,建立检测PEPCase的多抗一待检样品一单抗模式的双夹心酶联免疫吸附检测方法(enzyme linked immuno sorbent assay,ELISA)。检测条件经过优化后分别为:兔源多抗以1:3 200稀释,单抗4E5以1:800稀释,整个操作过程仅需要5个小时(不含包被和封闭时间),本方法能够长期保存。利用建立的双夹心ELISA检测方法检测验证转玉米PEPC基因水稻,在经PCR分子检测后证实携带PEPC基因的305株样品中,有237株为阳性单株,阳性率为77.7%,符合率较高。实验表明,本研究能够为育种上快速筛选转PEPC基因作物提供了一种更加简单、快速、灵敏的检测方法。     

玉米PEPC基因和PPDK基因在籼稻明恢63中的整合及与光合作用相关的特性分析

丙酮酸磷酸双激酶（PPDK）是C4植物光合作用途径中,二氧化碳固定的关键酶。磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）是在C4和景天酸（CAM）植物光合作用的初级碳同化中的一个关键酶,该酶介导不可逆的β羧化反应,将磷酸烯醇式丙酮酸转化成草酰乙酸和磷酸。本研究将编码玉米磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）基因的质粒和编码玉米丙酮酸磷酸双激酶（PPDK）基因的质粒通过基因枪轰击转化的方法同时导入籼稻明恢63中,PCR-Southern印迹杂交的结果表明,玉米丙酮酸磷酸双激酶（PPDK）基因已经整合到明恢63中。在温室条件下,分析了转基因明恢63植株的剑叶全氮含量,结果表明,不同的转基因明恢63植株,其剑叶的全氮含量是不同的,大部分转基因明恢63植株剑叶的全氮含量高于非转基因明恢63对照的全氮含量,转基因明恢63植株ZHM3-50剑叶全氮含量为3．82％,比非转基因明恢63对照高0．45％。对转基因明恢63植株的产量构成因素的分析结果表明,在温室条件下,不同的转基因明恢63植株之间,产量构成因素差异比较大,比如植株干重、收获指数等。这些有助于育种家们选择不同的育种材料。     

月季EPSPS基因的克隆及生物信息学分析

月季是园林绿化中常用的花卉,因此十分有必要对其抗性基因进行研究。5-烯醇丙酮酸莽草酸3-磷酸合酶(EPSP; 3-磷酸莽草酸1-羧基乙烯基转移酶; EC 2.5.1.19)为莽草酸途径中的关键酶,也是除草剂草甘膦的靶向酶。为了探究月季EPSPS基因的结构和功能,本研究利用月季基因组信息设计特异引物克隆得到月季的EPSPS基因,命名为RcEPSPS。经RT-PCR克隆后得到RcEPSPS基因的ORF全长为1 566 bp,共编码521个氨基酸,分子质量为55.19 kD,等电点为7.5,亲水系数为0.009。初步研究得知RcEPSPS属于EPSPS I型蛋白,与同属蔷薇科的野草莓的序列同源性极高。研究结果可为后续抗性基因的利用提供理论基础。     

甘蔗独脚金内酯生物合成关键基因ScD27的克隆与表达分析

独脚金内酯(strigolactones,SLs)是一类新型植物激素,D27基因是独脚金内酯生物合成途径中最上游的调控基因,且该基因调控SLs的合成是一个可逆的过程。本研究根据水稻、玉米、高粱、二穗短柄草4种禾本科作物的D27基因核苷酸序列保守区域设计引物,以甘蔗品种ROC22的c DNA为模板,利用RT-PCR和RACE技术,从甘蔗中克隆出D27基因的c DNA全长序列,命名为Sc D27,Gen Bank登录号为KP987221.1。该基因序列全长1379 bp,包含一个867 bp的完整开放阅读框(ORF),编码288个氨基酸残基。Sc D27编码的蛋白质分子量为71.58 k D,理论等电点为5.04,是一种非分泌性蛋白,主要分布于叶绿体上,该蛋白的保守区可能具有2个锌指蛋白结构域(Zn F_TAZ和Zn F_A20),且不存在信号肽;该基因编码的氨基酸序列具有较高的保守性,与高粱、谷子、大麦、短穗二柄草等禾本科植物的D27氨基酸序列相似性在70%以上;Sc D27基因在甘蔗各组织部位均有表达,其中茎尖和腋芽中表达量较高,叶、茎和根中的表达较低。此外,Sc D27基因在甘蔗茎尖中的表达受PEG、盐胁迫、磷缺乏和营养缺乏的诱导,推测Sc D27基因是甘蔗独脚金内酯生物合成途径中响应非生物胁迫的关键基因。     

矮牵牛pMADS4基因的克隆及序列分析(英文)

利用RT-PCR方法从矮牵牛(Petunia hybrida)中克隆了MADS盒基因pMADS4,进行了全序列测定.测序结果显示,所得到的基因与发表的序列同源率为100%.该基因长度为910 bp,含有一个开放阅读框,编码253个氨基酸残基组成的蛋白,具有典型的植物MADS盒基因的结构,该蛋白序列与玉米(Zea mays)ZAG3、麻竹(Dendrocalamus latiflorus)DIMADS18和拟南芥(Arabidopsis thaliana)AGL6的同源性分别为64%、64%和61%,说明pMADS4是AGL6在矮牵牛中的同源基因,推测它们具有相似的功能,都促进开花并且调节花器官形成.进化树分析显示,AP1/AGL9亚家族分为SEP、AGL6和AP1三个分枝,且AGL6分枝又进一步分为三组,分别与裸子植物、单子叶植物和双子叶植物类群相对应,预测通过分离植物的AGL6同源基因可以准确的判断植物所属类群.通过蛋白预测说明pMADS4蛋白以同源或异源二聚体的形式存在,具有结合DNA的功能.     

药用植物灯盏花与玉米轮作效应的初步研究

为了研究药用植物根际土壤对轮作农作物的化感作用并探究它们间的轮作效应,采用水浸法制备不同浓度的灯盏花根际土壤水浸提液,测定其对玉米种子萌发、幼苗生长的化感效应、玉米幼苗的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性的影响变化。结果表明,灯盏花根际土壤水浸提液对玉米种子发芽率具有抑制作用,当处理浓度为从0.16 g/mL (C)上升到0.50 g/mL (A)时,种子萌发率从62%降低到58%,发芽率化感效应指数随着浓度上升而加大,水浸提液使玉米幼苗的SOD活性和POD活性随着水浸提液浓度的增加而加强。灯盏花根际土壤含有化感物质对玉米具有明显的化感作用,从而对玉米种子发芽及幼苗生长表现出抑制作用,玉米不宜与灯盏花轮作栽培。     

五种农作物丛枝菌根菌的多样性研究

从陕西三个不同地区小麦、大麦、玉米、谷子、黄豆 根围土壤中分离出丛枝菌根真菌,均为聚球囊霉属,已鉴定的有七种,分别为：摩西球囊霉（Glomus mosseae）、缩球囊霉（Glomus constrictum）、地表球囊霉（Glomus versiforme）、苏格兰球囊霉（Glomus caledonium）、聚球囊霉（Glomus aggregatum）、地球囊霉（Glomus geosporum）、双形球囊霉（Glomus dimorphicum）。所调查的作物的丛枝菌根真菌侵染率和根际土壤孢子密度均较低。     

家稗丙酮酸磷酸双激酶序列分析及三维结构建模

【研究目的】目前已从许多种植物中克隆了其PPDK基因,但是对于其蛋白结构的分析尚未报道,此文通过生物信息学方法对家稗PPDK的序列进行了分析,并对其三维结构进行了建模分析;【研究方法】利用DNASTAR、Vector NTI 9、SignalP等生物信息学平台对[Echinochloa crusgalli var frumentacea(Roxb.)W.F.Wight]丙酮酸磷酸双激酶（Pyruvate orthophosphate dikinase）进行了序列分析和三维结构建模;【研究结果】家稗丙酮酸磷酸双激酶（PPDK）同来自于高等植物的PPDK具有较高的同源性,无信号肽,存在17个跨膜结构区,二级结构是由许多螺旋、转角和少量折叠构成。同时在一二级结构分析的基础上,利用同源建模的方法完成了三维结构的建模。【结论】家稗PPDK蛋白同来自高等植物中的更为相近,无信号肽,有17个跨膜结构区,其三维结构为一同源四聚体。     

钾肥对糯玉米籽粒建成及品质形成的影响

以鲜食型糯玉米香白糯为材料,采用小区试验研究了钾肥对秋播鲜食糯籽粒建成及品质形成的影响。结果表明：⑴施用钾肥可使鲜食糯玉米籽粒的鲜重、干重、体积分别提高0.158g/(100粒·d)、0.136g /(100粒·d)、0.130cm3/(100粒·d)速度生长,而籽粒含水率以高于对照0.22个百分点速度脱水。⑵钾肥可明显提高鲜食糯玉米籽粒的赖氨酸、粗蛋白、游离氨基酸、可溶性蛋白、脂肪及淀粉含量。⑶钾肥区籽粒的赖氨酸、粗蛋白含量均在授粉14d出现峰值后缓慢下降;籽粒的游离氨基酸、可溶性蛋白含量在授粉后14d出现峰值后迅速下降,至授粉后22d,下降速度放慢;籽粒的脂肪、淀粉含量在授粉10d后即呈上升趋势,至授粉后22d,上升趋势放慢。⑷秋播鲜食糯玉米适宜采收期以授粉后22~26d为宜。     

五种热带水果乙烯受体基因的SNP分析

根据乙烯受体基因的保守序列设计引物，分别从荔枝、香蕉、木瓜、芒果和莲雾等五种热带水果的基因组DNA中克隆出的乙烯受体基因的保守序列，序列长度分别为1440bp、1441bp、1439bp、1440bp和1440bp，序列分析表明，与栽培稻的ers基因相似性最高。五种热带水果乙烯受体基因保守序列存在明显的单核苷酸变异，在19个核苷酸位点存在SNPs(single nucleotide polymorphisms)，其中12个SNPs存在于内含子中，7个SNPs存在于编码序列区。在编码序列区的SNPs，荔枝与其他4种热带水果相比具有较高的单核苷酸多态性，荔枝有4个核苷酸的变异，其余4种热带水果仅有一个核苷酸变异。编码区序列中的单核苷酸的改变，除了第783位核苷酸的不同没有引起氨基酸改变外，其余均导致编码氨基酸的改变。     

玉米Gln1-4的gDNA序列、基因结构、保守功能域与等位变异

本研究旨在分离玉米谷氨酰胺合成酶(GS)家族重要成员Gln1-4 gDNA序列全长,分析基因结构、保守功能域与自然等位变异,为氮利用效率功能位点关联性分析奠定基础。利用PCR步移(walking)方法分离Gln1-4基因区域基因组DNA序列,用生物信息学方法分析基因结构与保守功能域,测序与序列比对法分析重要区域自然等位变异。结果表明,分离得到自交系Mo17 Gln1-4区域gDNA 3 724 bp,起始密码子至终止密码子序列长2 858 bp,登录到GenBank (登录号为EU369651), 并注释。Gln1-4基因含10个外显子与9个内含子,18个剪接位点均为保守的5'供位GU与3'受位AG模式。编码的GS蛋白由356个氨基酸组成,分子量39.2 kD,等电点(pI)为5.202。氨基末端外显子2到外显子6为氨离子结合结构保守功能域;羧基末端外显子8与外显子9构成ATP酶活性保守功能域。Gln1-4与Gln1-3基因相比,在DNA序列、氨基酸序列、基因结构、保守功能域均很保守,氨基酸序列一致性达98.31%。52个玉米自交系的Gln1-4等位变异分析中,共鉴定出318个等位变异位点,其中242个SNP,45个Indels,占90%。该基因氮利用效率功能关联性分析区间应位于氨离子结合功能域与ATPase活性保守功能域中重要的变异位点,18个剪接位点。