芒果GGPPS小亚基基因的克隆、进化和表达分析

香叶基焦磷酸(GPP)是香味成分单萜的前体物质,而香味是芒果重要的品质性状。本研究克隆了芒果中GPP合成关键酶基因,即香叶基香叶基焦磷酸合成酶小亚基基因(MinGGPPSssu),并开展了系统进化分析和表达分析。从芒果栽培品种贵妃芒的新鲜叶片中提取DNA和RNA,根据转录组测序拼接结果设计引物扩增得到Min GGPPSssu全长约1 kb的c DNA序列。通过测序、多重比对和聚类分析,证实该片段属于GGPPSssu的全长基因,且为最大的ORF。与近缘物种苦楝GGPPS1(KM108317)氨基酸序列同源性为83%。蛋白质序列分析表明该序列含有1个DDx_(2-4)D保守基元和一个Cxxx C基元。我们选取了拟南芥中12个GGPPS基因、2个FPPS基因、2个SPPS基因、一个GPS基因及其他物种的相关基因,通过聚类分析,将Min GGPPSssu聚类到香叶基香叶基焦磷酸合成酶小亚基所属的枝。表达分析表明,该基因在叶片中表达量最高,茎部表达量较低。果皮和果肉在芒果成熟前后表达量相似,但是在果皮中的表达量约为果肉表达量的3倍,推测其与果皮及叶片香味调控相关。     

栀子(Gardenia jasminoides)GGPPS基因小亚基的克隆及表达分析

香叶基焦磷酸(geranyl pyrophosphate,GPP)是单萜的前体物质,而单萜是栀子内重要的活性成分。香叶基香叶基焦磷酸合酶(GGPPS)在萜类化合物、类胡萝卜素类化合物生物合成中处于关键位置,GGPPS主要分为香叶基香叶基焦磷酸合成酶大亚基(GGPPSlsu)和香叶基香叶基焦磷酸合成酶小亚基(GGPPSssu)。为了研究栀子GGPPS基因在栀子萜类生物合成中的作用,本研究成功从栀子品种‘林海一号’中提取RNA反转录合成cDNA,根据转录组测序拼接结果设计引物扩增得到栀子GGPPSssu的cDNA序列,分别命名为GjGGPPSssu1和GjGGPPSssu2,ORF区分别为1053 bp和915 bp。通过构建基因进化树,栀子GGPPSssu基因和其他植物的GGPPSssu基因聚为一类,属于香叶基香叶基焦磷酸合成酶小亚基基因。通过蛋白质序列比对表明GjGGPPSssu1有一个CxxxC(x为碱性氨基酸)的保守基元和一个FARM的保守基元,没有SARM保守基元,与SSUⅡ类基因相似;GjGGPPSssu2有两个CxxxC的保守基元,没有FARM保守基元和SARM保守基元,与SSUⅠ类基因相似。荧光定量PCR试验结果表明,GjGGPPSssu1在T4和T5时期有较高的表达水平,GjGGPPSssu2在栀子各生长时期的根部和果实中有较高水平的表达。推测GjGGPPSssu1基因与栀子黄色素合成相关,GjGGPPSssu2基因与单萜合成相关。本研究初步解析了栀子GGPPS基因的功能,为提高栀子药用品质提供了理论依据。     

芒果MDS家族基因的鉴定、进化及表达分析

2-C-甲基-D-赤藓糖醇-2,4-环焦磷酸合成酶(MDS)是MEP代谢途径中的关键酶。为了鉴定芒果中的MDS家族基因,探索MDS家族基因的进化、表达模式。本研究采用同源搜索的方法,从13个植物基因组中下载了16个MDS家族基因,对其进行了蛋白结构域、系统发育及在芒果中的表达分析。蛋白结构域分析结果显示,芒果MDS家族基因的蛋白序列均包含完整的PF02542.16结构域。系统发育进化树显示,芒果中的MDS家族基因是在双子叶植物形成后进化的,且与柑橘的MDS基因关系最近。表达分析结果显示,在芒果品种‘贵妃’、‘台农’和‘金煌’的成熟果果肉中,芒果MDS家族基因均在‘贵妃’中表达量最高,其次是‘台农’,在‘金煌’中表达量最低,而且差异显著。本研究为进一步研究芒果MDS家族基因在萜类合成途径中的作用提供科学依据。     

香蕉MaCSase基因的克隆和表达分析

旨在克隆香蕉(Musa acuminata L. AAA group cv. Brazilian)半胱氨酸合成酶(cysteine synthase, CSase)基因,并进行序列特征、器官表达特异性和逆境胁迫下表达特性分析。通过对香蕉根的cDNA文库的测序和分析,获得了一段香蕉半胱氨酸合成酶基因的片段,运用RACE扩增技术获得基因全长,命名为MaCSase,并进行序列分析,最后利用荧光定量PCR技术分析该基因在香蕉不同器官中的表达特异性及在外源胁迫下的表达特性。序列分析显示,该基因全长1367 bp,存在1个完整的开放阅读框1065 bp,编码355个氨基酸。通过和已知植物的半胱氨酸合成酶基因相比,同源性达到79%以上。其中与水稻、苜蓿、葱、玉米的CSase编码的氨基酸序列的同源性分别为86%、85%、84%、84%,器官特异性分析表明,MaCSase在香蕉的根、球茎、叶片、花和果实中均有所表达,其中在球茎中表达量最高。通过对其在高盐胁迫下的表达分析显示,该基因在香蕉根中的表达随着处理时间的增加呈现上升趋势,在胁迫6 h时被大量诱导。     

黄灯笼辣椒CcCAD1基因的克隆与植物表达载体的构建

肉桂醇脱氢酶(cinnamyl alcohol dehydrogenase, CAD)在木质素生物合成中有着重要作用,为了探讨辣椒中CAD基因在木质素合成中的作用,本研究利用RT-PCR方法从黄灯笼辣椒幼嫩叶片中克隆得到CAD1基因全长cDNA,命名为CcCAD1。序列分析表明,CcCAD1 cDNA序列全长1 074 bp,编码357个氨基酸。同源比对显示其与番茄CAD1蛋白的一致性高达96.09%。荧光定量PCR检测结果显示,CcCAD1基因在辣椒根、茎、叶、胎座和果肉中的表达量差异显著,其相对表达量为叶果肉茎根胎座。利用Bam HⅠ和SacⅠ双酶切连接成功构建pBI121-CcCAD1植物表达载体,为CcCAD1基因转化以及后续的功能分析提供依据。     

大果水晶梨褐色果皮突变体木质素合成相关基因的组织特异性表达分析

为研究木质素合成相关基因(PAL1、PAL2、CAD、POD、4CL)在大果水晶梨褐色果皮突变体中的表达特性,并为研究梨褐色果皮形成机制奠定基础。按照RNA试剂盒法提取果皮、花、叶片、果肉、枝条韧皮部中总RNA;利用DNAMAN和Primer 5.0软件设计特异引物;使用实时荧光定量PCR技术研究基因的表达。结果表明,PAL1、PAL2、CAD、POD、4CL的最高相对表达量均出现在果皮中;果皮和果肉中POD的相对表达量极显著高于其他基因,花、叶片和枝条韧皮部中CAD的相对表达量极显著高于其他基因。综上所述,大果水晶梨褐色果皮突变体木质素合成相关的5个酶基因在果皮、果肉、叶片、花和枝条韧皮部中的表达具有明显的组织特异性,这些基因可能与大果水晶梨褐色果皮的形成关系密切。     

甜橙柠檬酸合酶基因的克隆及其表达分析

柠檬酸合酶与柠檬酸的积累密切相关。为了研究该基因的功能及其调控,通过设计特异性引物对甜橙柠檬酸合酶基因进行了克隆,采用半定量PCR法对哈姆林叶片、果肉和果皮中该基因的表达模式进行检测。克隆得到甜橙柠檬酸合酶基因的cDNA序列,全长1535bp,ORF区含471个氨基酸残基,序列比对显示,哈姆林甜橙柠檬酸合酶基因与其他植物的该基因高度同源。半定量PCR结果显示果肉和果皮中柠檬酸合酶基因在各个时期的表达基本没有变化,而叶片中其表达水平随果实发育成熟不断降低,与果实中柠檬酸含量变化趋势相同。说明叶片中柠檬酸合酶基因表达与果实酸含量正相关。     

甜橙柠檬酸合酶基因的克隆及其在果实发育过程中的表达分析

柠檬酸合酶与柠檬酸的积累密切相关,通过分析其与酸含量的关系,为研究该基因的调控机制奠定理论基础。设计特异性引物对柠檬酸合酶基因进行克隆,并采用半定量PCR法对哈姆林叶片、果肉和果皮中该基因的表达模式进行检测。克隆得到柠檬酸合酶基因的cDNA序列,全长1535bp,ORF区含471个氨基酸残基,序列比对显示,哈姆林甜橙柠檬酸合酶基因与其他植物的该基因高度同源。半定量PCR结果显示果肉和果皮中柠檬酸合酶基因在各个时期的表达基本没有变化,而叶片中其表达水平随果实发育成熟不断降低,与果实中柠檬酸含量变化趋势相同。说明叶片中柠檬酸合酶基因表达与果实酸含量正相关。     

马尾松纤维素合成酶基因PmCesA1的克隆及其分析

植物纤维素合成酶(Ces A)是林木中纤维素合成过程中的重要酶,与木材形成密切相关。本研究以马尾松嫩枝的总RNA反转录得到的c DNA为模板,利用反转录PCR和RACE技术克隆得到马尾松Ces A1基因的全长c DNA序列,命名为Pm Ces A1。序列长度为3 142 bp,包含有一个长为2 955 bp的开放阅读框(open reading frame,ORF),编码984个氨基酸。序列分析表明:Pm Ces A1序列与已报道的火炬松(Pinus taeda)Ces A1基因(AY789650.1)的相似性达99%。对Pm Ces A1所编码蛋白的氨基酸序列聚类分析,结果显示马尾松与松科植物具有较近的亲缘关系。采用实时定量PCR测定了Pm Ces A1在马尾松的嫩枝、叶和根中的表达量,发现以嫩枝中的表达量最高(2.53)。本研究获得的全长基因可以用来构建正义表达载体,再通过遗传转化得到转基因植株,可进一步分析该基因在植株内的表达情况和作用机制,为马尾松纤维素合酶的研究和获得高纤维得率的马尾松良种提供帮助。     

芒果FLC同源基因的克隆和表达分析

开花抑制基因FLC (FLOWERING LOCUS C)是春化作用中的关键基因,为探索MADS-box转录因子在芒果花器官发育中的作用,本研究利用RT-PCR克隆得到芒果MADS-box转录因子MiFLC的cDNA全长,序列分析显示该基因具有MADS_MEF2_like和K-box结构域,属于MADS-box基因家族,MiFLC基因编码区长576 bp,编码191个氨基酸,蛋白质相对分子质量22.08 kD,等电点为9.18。MiFLC的生物信息学分析表明该蛋白序列的二级结构主要由α螺旋、无规则转曲及延伸链构成,属于亲水性氨基酸。序列分析和系统进化树分析显示,MiFLC基因编码的蛋白与橙子、枳、龙眼、克莱门柚的蛋白序列同源性高,亲缘关系较近。组织特异性表达分析表明,MiFLC基因在芒果不同品种和每个品种的不同组织部位均有表达,在‘桂七’、‘金煌’、‘凯特’3个品种的表达量呈现出一致性,在营养器官中表达量最高,在花器官中表达量较低,表达量顺序依次是叶茎果花。     

芒果多胺氧化酶2(MiPAO2)基因克隆表达分析与沉默和过量表达载体的构建

本研究以芒果果皮为材料探究多胺(PAs)和多胺氧化酶2(PAO2)对芒果果实抗逆性的作用机理。多胺(PAs)如腐胺(Put)、亚精胺(Spd)、精胺(Spm)是无处不在的聚阳离子,在不同的细胞代谢过程具有广泛的功能。多胺氧化酶2(polyamine oxidase 2,PAO2)是真核生物多胺分解代谢途径中的关键酶。本研究根据转录组测序得到芒果PAO2部分片段信息设计兼并引物,采取3'和5'cDNA末端快速克隆(RACE)的技术方法,分别在三个不同着色芒果品种(红色‘贵妃’品种,黄色‘金煌’品种,绿色‘桂七’品种)中进行PAO2基因全长cDNA序列的扩增,克隆得到了芒果果皮PAO2基因的全长cDNA序列命名为MiPAO2。结果发现三个着色品种cDNA序列只有几个碱基的差异,以红色‘贵妃’品种为例分析可得全长cDNA序列为1 542 bp,开放阅读框为1 209 bp,编码402个氨基酸,分子重量为43.93 kD,等电点为5.60,定位于过氧化物酶体。通过生物软件预测得到了三种三级蛋白结构图。对NCBI上刊载的30种不同植物构建系统发育树发现该基因编码的蛋白与枳的亲缘关系比其他植物物种的亲缘关系近。为深入探究MiPAO2基因在多胺分解代谢过程中的作用,本研究成功构建出MiPAO2-pTRV2基因沉默载体和MiPAO2-pGreen II 62-SK基因过量表达载体,为后续研究MiPAO2基因在芒果果实的抗盐、抗寒以及抗虫过程中的作用机理提供理论依据。     

枇杷脂类相关质体蛋白基因PAP的克隆及表达分析

本研究以‘大五星’(红肉)和‘川农159’(白肉)枇杷不同发育阶段的果皮、果肉为试验材料,采用同源克隆法从枇杷中分离PAP基因后采用qRT-PCR对两种材料不同时期的皮和肉进行定量分析。结果如下:该基因的CDS区具有一个长744 bp的开放阅读框,编码247个氨基酸。氨基酸序列的同源性分析表明,枇杷PAP蛋白与白梨(Pyrus bretschneideri)相似性高达97%。进化树也进一步说明,枇杷与白梨的进化关系最近。定量分析表明:白肉枇杷果肉中PAP基因的表达量平均水平较低,成熟的果皮果肉中PAP基因的表达量都表现为红肉枇杷显著高于白肉枇杷,表明PAP影响枇杷色素形成。本试验结果更清晰地呈现出了EjPAP基因的序列结构以及PAPs蛋白在枇杷果实呈色过程中的重要作用。     

香蕉果实可溶性淀粉合成酶基因MaSSIII-1的分子特征与时空表达模式

为弄清香蕉果实可溶性淀粉合成酶基因(MaSSIII-1)的分子特征及时空表达模式，以‘巴西蕉’果肉为试材，采用PCR法进行MaSSIII-1基因克隆，通过Quantitative real-time PCR (qPCR)和Western blot技术对MaSSIII-1基因及其蛋白表达模式进行分析。结果显示：MaSSIII-1基因cDNA全长为2397 bp，编码798 个氨基酸，包括4 个典型的结构域，GenBank 登录号为KU757067。MaSSIII-1 基因在香蕉根、球茎、花和苞片中表达量较低，在叶、果皮和果肉中表达量较高；随着香蕉果实发育，MaSSIII-1 基因表达量逐渐上升，在抽蕾后50~60 天达到最大；随着果实采后成熟，MaSSIII-1 表达量在采后5 天达到最大，随后逐渐下降。在香蕉果实不同发育及采后成熟阶段，MaSSIII-1 蛋白呈现出与mRNA水平相一致的表达趋势。证明MaSSIII-1 基因的表达不仅涉及到香蕉果实支链淀粉合成代谢，可能还涉及采后早期果实成熟或者支链淀粉降解。     

芒果CHS基因的克隆及其表达分析

为了研究芒果CHS基因的功能及其在果实着色中的分子机理,以芒果果实的c DNA和DNA为模板,采用同源克隆的方法克隆得到了一个CHS基因,该基因的开放阅读框1 194 bp,编码397个氨基酸,等电点为6.03,分子重量为43.29 k Da。基因组扩增得到了1 315 bp的片段,通过序列比对发现该基因含有1个内含子,对其在幼嫩叶片和成熟叶片中的表达进行分析,发现该基因在不同时期的叶片中都有表达,在红色幼嫩的叶片中表达量较高,成熟叶片中表达较低,初步推断该基因可能的叶片中黄酮类物质合成有密切的关系。通过聚类分析发现该基因编码的蛋白与兜兰、白芨等的CHS蛋白序列亲缘关系较近,可以与白芨、问荆草、甘蓝等聚为一类。     

白三叶质子焦磷酸酶基因TrVP1生物信息学分析及定量表达

质子焦磷酸酶(H~+-PPase)在提高植物抗逆性方面发挥着重要的作用。本试验以白三叶品种‘拉丁诺’(Trifolium repens cv.‘Ladino’)c DNA为模板克隆出了白三叶H~+-PPase基因TrVP1的全长序列,并利用相关分析软件和网站对其进行生物信息学分析,并研究它在非生物胁迫及信号物质诱导下的表达模式。结果表明,TrVP1全长为2 594 bp,开放阅读框(ORF)为2 304 bp,共编码767个氨基酸;其编码蛋白为亲水性跨膜蛋白,分子量80.49 k D,等电点p I 5.18,多序列比对及系统进化树分析显示该基因属于Ⅰ型VP家族。采用荧光定量(qRT-PCR)方法分析TrVP1的表达模式发现,重金属(CdSO_4)、低温(4℃)、高温(35℃)、干旱(PEG-6000)和盐(NaCl)胁迫均显著上调了白三叶根系中TrVP1的表达量,但下调了叶片中TrVP1的表达量。此外,白三叶根系中TrVP1的表达受到Ca~(2+)信号的显著诱导,而叶片中的TrVP1表达则受到抑制。与此同时,NO和H_2O_2信号对白三叶根系和叶片中TrVP1的表达均起到抑制作用。本试验为深入研究质子焦磷酸化酶基因,提高白三叶抗逆性的功能及其应用提供了理论依据。     

香蕉果实可溶性淀粉合成酶基因MaSSⅢ-1的分子特征与时空表达模式

为弄清香蕉果实可溶性淀粉合成酶基因(MaSSⅢ-1)的分子特征及时空表达模式,以‘巴西蕉’果肉为试材,采用PCR法进行MaSSⅢ-1基因克隆,通过Quantitative real-time PCR (qPCR)和Western blot技术对MaSSⅢ-1基因及其蛋白表达模式进行分析。结果显示:MaSSⅢ-1基因cDNA全长为2397 bp,编码798个氨基酸,包括4个典型的结构域,GenBank登录号为KU757067。MaSSⅢ-1基因在香蕉根、球茎、花和苞片中表达量较低,在叶、果皮和果肉中表达量较高;随着香蕉果实发育,MaSSⅢ-1基因表达量逐渐上升,在抽蕾后50～60天达到最大;随着果实采后成熟,MaSSⅢ-1表达量在采后5天达到最大,随后逐渐下降。在香蕉果实不同发育及采后成熟阶段,MaSSⅢ-1蛋白呈现出与mRNA水平相一致的表达趋势。证明MaSSⅢ-1基因的表达不仅涉及到香蕉果实支链淀粉合成代谢,可能还涉及采后早期果实成熟或者支链淀粉降解。     

黄皮西葫芦类胡萝卜素合成酶基因的鉴定及PSY1和LCYE2克隆分析

类胡萝卜素是自然界中分布最为广泛的一大类色素,赋予植物花、果实等器官鲜艳的色彩,其合成过程中含有多种代谢酶基因。为了揭示黄皮西葫芦类胡萝卜素积累的分子机制,为进一步研究西葫芦类胡萝卜素合成酶基因的功能奠定基础,首先基于西葫芦基因组数据库对西葫芦类胡萝卜素合成代谢家族基因进行全基因组鉴定;进一步利用已公开发表的相关转录组数据筛选、qRT-PCR验证并克隆类胡萝卜素合成代谢关键酶基因。结果表明,在西葫芦基因组数据库中共发现48个类胡萝卜素代谢酶基因成员;根据Sweet REBA和Lady Godiva这2种不同颜色果皮材料不同发育时期果肉的转录组数据筛选出类胡萝卜素关键酶基因PSY1和LCYE2等在不同颜色果实发育时期存在显著性差异表达。qRT-PCR定量分析结果显示,除PSY1基因0 d和LCYE2基因2 d外,PSY1、LCYE2基因在黄皮西葫芦不同发育时期果皮中的相对表达量显著高于白皮西葫芦对应时期。对白皮西葫芦和黄皮西葫芦果皮PSY1和LCYE2等基因的全长CDS分别进行克隆、测序分析发现,白皮西葫芦和黄皮西葫芦2个材料的PSY1基因均比西葫芦参考基因组预测编码区序列多了一个51 ...     

海南粗榧GGPPs基因克隆与诱导表达分析

濒危植物海南粗榧富含多种抗癌活性次生代谢产物。为研究这些产物的生物代谢途径和表达调控,通过同源克隆和RACE技术获得了海南粗榧紫杉醇生物合成途径中通用前体牻牛儿基牻牛儿焦磷酸合成酶(GGPPs)基因全长并进行了生物信息学分析。该基因命名为CmGGPPs(GenBank登录号:JX971119),并进一步利用不同激发子诱导研究了该基因对不同逆境信号的响应情况。结果表明:海南粗榧GGPPs基因cDNA全长1694bp,包含一个1182bp的ORF框,编码393个氨基酸;预测该基因编码蛋白质分子量为42.91kD,其等电位为7.12。通过BLAST比对结果分析,海南粗榧GGPPs基因全长核苷酸序列与红豆杉科植物的同源性最高可达91%,氨基酸序列有89%的相似性。同时,GGPPs基因氨基酸序列同其他植物也有较高的同源性。用不同类型激发子处理发现,GGPPs在诱导后表达量均上升,但不同激发子诱导的基因表达强度和速率存在明显区别。     

苎麻ACC合酶基因(BnACS1)的克隆和表达分析

根据苎麻转录组测序中的ACS基因片段, 利用RT-PCR结合RACE技术从湘苎3号中克隆了该基因的全长cDNA序列, 命名为BnACS1, 在GenBank中的登录号为JQ970520。该基因的cDNA序列全长为1 674 bp, 其开放阅读框长1 470 bp, 编码489个氨基酸多肽, 预测其分子量和等电点分别为54.55 kD和6.37, 与苹果(AB034993)、枇杷(GQ370520)、苦瓜(AF248734)、牡丹(DQ337250)、烟草(AY426755)和胡杨(AB033502) ACS基因核苷酸序列的相似性分别为74%、74%、72%、71%、70%和70%, 氨基酸序列的相似性分别为75%、74%、71%、71%、70%和74%。半定量RT-PCR分析表明, BnACS1基因在根、茎、茎尖、叶片、雌花和雄花中均有表达, 其中在根和雄花中表达较高, 在茎中表达最低。荧光定量PCR分析表明, BnACS1受ABA和干旱的诱导表达上调, 不受高盐诱导表达。     

两个棉纤维发育相关基因的克隆与特征分析

棉纤维发育突变体是克隆棉纤维发育关键基因和阐明其发育分子机理的优异资源。陆地棉李氏超短纤维突变体(Li₁li₁)是显性单基因突变体,表现为显性纯合体(Li₁Li₁)致死,显性杂合时(Li₁li₁)表型为茎秆扭曲、叶片卷曲和纤维短至6 mm,而隐性纯合体(li₁li₁)则表现为株型和纤维发育都正常。本文对开花后10 d的李氏纤维发育正常材料(li₁li₁)和超短纤维突变体(Li₁li₁)胚珠纤维混合体进行mRNA差异显示反转录PCR(DDRT-PCR)分析,获得2条在李氏纤维发育正常材料中上调表达的差异片段。测序及DNA序列的生物信息学分析表明该差异片段分别与编码谷氨酸脱羧酶和质子焦磷酸酶的基因有较高同源性。通过电子拼接,5¢RACE和全长cDNA序列验证,克隆了棉花的谷氨酸脱羧酶(GhGAD)和质子焦磷酸酶(GhVP1)基因全长cDNA, 进一步对其功能和染色体定位进行了初步分析。转录水平分析表明,这两个基因在棉花根、茎、叶和纤维中组成性表达,在棉纤维中优势表达。利用本实验室陆地棉遗传标准系TM-1和海岛棉海7124培育的含140个单株的BC₁作图群体,将GhGAD和 GhVP1分别定位在第12条染色体和第8条染色体。