苹果MdSGR2基因克隆及植物超表达载体构建

STAYGREEN(SGR)基因在植物叶绿素降解代谢过程中起重要作用。为探究苹果SGR2基因的生物学功能，利用RT-PCR技术从澳洲青苹成熟果皮中克隆得到MdSGR2基因，利用生物信息学分析软件对其编码蛋白进行了同源性、理化性质、蛋白结构、启动子顺式作用元件等预测和分析，并构建其植物超表达载体。结果表明，MdSGR2基因完整开放阅读框(ORF)cDNA序列为840 bp,编码279个氨基酸，该蛋白属于Staygreen超家族。理化性质分析表明，该蛋白分子质量为31.27 ku,等电点pI为8.52,属不稳定亲水蛋白。同源性分析表明，MdSGR2蛋白与秋子梨SGR同源性最高，达84.12%。蛋白质结构分析表明，该蛋白二级结构和三级结构主要由α-螺旋、无规则卷曲构成，二者比例分别为40.50%,44.44%。启动子分析表明，该基因启动子区域包含低温顺式作用元件、光响应元件和脱落酸、水杨酸、茉莉酸甲酯响应元件等诱导型顺式作用元件，说明MdSGR2基因可能受环境和激素等多种因素的调控。同时研究成功构建了MdSGR2基因植物超表达载体pCAMBIA2301-MdSGR2。     

枣树2-半胱氨酸氧化还原酶基因Zj2-CP的生物信息学分析及表达载体的构建

本研究使用生物信息学相关软件对本课题组前期获得的枣树2-半胱氨酸氧化还原酶基因Zj2-CP(Gen Bank登录号:AB812086)的c DNA序列进行了分析。结果表明:该序列是一个全长为834 bp的开放阅读框,可编码277个氨基酸,分子质量为30.65 k D,理论等电点8.95,无信号肽和跨膜区,不属于分泌蛋白,有亲水性;二级结构以无规则卷曲为主,三级结构成弯曲螺旋状。氨基酸序列相似性分析表明,Zj2-CP基因编码的氨基酸序列与豇豆、玉米氨基酸序列的同源性最高,达到90%。以Zj2-CP基因的c DNA序列为模板进行PCR扩增,用内切酶消化后与载体PEZR(K)-LNY连接并转入大肠杆菌感受态细胞DH5α中,经酶切及测序证明,植物表达载体构建成功。研究结果可为深入探讨枣树2-半胱氨酸氧化还原酶基因的功能及枣树抗逆机制提供基础。     

喜树中ABA转运蛋白基因CaABAT的克隆及生物信息学分析

以喜树叶片提取的总RNA为模板,通过RT-PCR方法扩增喜树中的ABA转运蛋白基因CaABAT全长序列,并克隆到pGMT载体中,序列分析表明,CaABAT基因4 377 bp,编码1 458个氨基酸,等电点为7.82,分子量约为164.8 KD,且该基因与拟南芥中ABA转运蛋白基因At ABCG40氨基酸序列同源性高达73%,并将该序列提交至GenBank(No.KY882555)。该蛋白的二级结构中α-螺旋为49.45%,β-折叠为11.04%,无规则卷曲39.51%,定位细胞的质膜上。且该蛋白基因功能分类体系(Gene ontology)分析显示其具有ATPase依赖的跨膜转运活性,可能参与细胞内如含氮化合物代谢过程。然后分别分段导入至酵母表达载体pDRGAL与植物表达载体pBIGD中,构建重组质粒pDRGAL-CaABAT和pBIGD-CaABAT。最终为探究CaABAT转运ABA功能以及研究其对植物次生代谢调控奠定基础。     

香蕉MaMYBR1基因的克隆和表达分析

为研究MaMYBR1基因参与香蕉响应的胁迫过程,本研究利用RT-PCR获得香蕉MaMYBR1基因的全长,包含786个核苷酸,编码261个氨基酸。将该基因核苷酸序列在NCBI进行BLASTn比对,发现该基因与大麦(AK359880)、花药野生稻(XM_015836768.1)和小麦(AB252147.1)的基因序列具有较高的相似度,相似度分别为80.06%、79.19%和79.19%。蛋白结构域分析发现该基因编码的蛋白质序列包含有一个MYB结构域和一个SANT结构域。系统进化树分析表明,该蛋白与海枣(XP_008785342.1)和油棕(XP_010920477.1)等植物亲缘关系较近。通过实时荧光定量PCR分析表明MaMYBR1以上调表达模式参与香蕉响应低温、干旱和盐等胁迫过程,其中在低温胁迫下MaMYBR1基因的相对表达量变化最大;MaMYBR1基因在接种枯萎病菌的抗病品种中显著上调表达,而在感病品种中显著下调表达,MaMYBR1基因可能参与香蕉抗枯萎病过程。因此,本研究将为后续香蕉遗传改良提供有价值的研究信息。     

香蕉MuMA DS2的克隆、序列分析和表达分析

根据抑制缩减文库获得的一个MADS-box基因片段,从香蕉果实cDNA文库中,采用RT-PCR技术分离获得一个全长cDNA,经序列测定和同源性分析表明,该cDNA含705bp的完整的开放阅读框,编码234个氨基酸残基的MADS-box蛋白,将其命名为MuMADS2。MuMADS2具有植物MADS-box基因家族中特有的M、I、K和C四个结构域,与芦笋、风信子、蝴蝶兰和百合的MADS-box基因的氨基酸序列存在很高的一致性（82%、78%、77%和75%）。将MuMADS2与其它植物来源的MADS-box基因进行序列比较发现,MuMADS2属于MADS-box基因的AGAMOUS亚族的D世系。RT-PCR分析表明,MuMADS2仅在生殖器官（花和果）中表达,在营养器官（根、茎和叶）中不表达。进一步分析发现MuMADS2仅在雄花和雌花的子房、由雌花发育而成的果实中表达,而在雄花和和雌花的柱头和花柱都不表达。推测MuMADS2可能在果实的发育和成熟过程中起作用。     

高粱中SbDREB2基因的克隆与表达分析

干旱应答元件结合蛋白(DREB)在植物非生物逆境胁迫中调节下游一系列抗逆基因的表达。本研究利用电子克隆和RT-PCR方法从高粱中克隆到1个DREB类基因SbDREB2,该基因ORF 789 bp,推测编码蛋白含262个氨基酸残基,相对分子质量28.6 kD,理论等电点为5.52,在DNA序列内包含1个740 bp的内含子,符合GT-AG剪接规则。氨基酸序列分析表明,该蛋白在82~145区含有DREB类转录因子家族特有的AP2保守结构域,与玉米DREB2A及水稻DREB1蛋白相似度分别为84%和69%。成功构建了原核表达载体pET28a-SbDREB2,经IPTG诱导获得32.5 kD左右蛋白,与理论值一致。Real-time PCR表达特性分析显示,该基因为组成型表达,在根、茎、叶中均表达,根中表达量约是茎中的2.5倍;受干旱、高盐和外源ABA的强烈诱导,但对低温几乎没有响应。     

菊花MADS-box基因的克隆与表达载体构建

为了给菊花CmFUL基因功能鉴定与遗传改良奠定基础,采用RT-PCR法从菊花叶片中克隆出1个MADSboxA类基因的编码区序列,命名为CmFUL(Gen Bank登录号KT894379)。CmFUL基因编码区ORF片段长度为741 bp,编码246个氨基酸。CmFUL蛋白属于亲水性蛋白,预测该蛋白内含12个磷酸化位点和2个潜在的N-糖基化位点。氨基酸序列比对和系统进化树分析表明,CmFUL蛋白与CMD41蛋白的相似性为95.6%,同属于AP1/FUL亚家族的FUL-like进化枝。实时荧光定量PCR分析表明,CmFUL基因在花期不同组织中均有表达,但表达丰度不一。在花蕾中表达量最高,其次是管状花,根和舌状花中痕量表达;同一朵花中管状花的表达量约为舌状花中的12倍。分析认为,CmFUL可能在促进开花及子房建成中起重要作用。将CmFUL基因连接到p CAMBIA1300载体上,成功构建了高效植物表达载体。     

砂藓RcPIP2基因的克隆及生物信息学分析

水通道蛋白是一类较小的跨膜蛋白质,在植物抵御非生物胁迫过程中具有非常重要的作用。为了研究砂藓水通道蛋白基因的生物学功能,利用干旱处理转录组测序获得的序列信息,克隆获得1个水通道蛋白家族中质膜内在蛋白基因序列,命名为RcPIP2。生物信息学结果显示,RcPIP2基因全长序列为1 267 bp,包含807 bp的开放阅读框,编码含有268个氨基酸残基的蛋白质。该蛋白质分子质量预测为28.3 ku,理论等电点为6.64,为疏水性较强的稳定性蛋白;无信号肽,为非分泌型蛋白;含有6个跨膜结构域。保守结构域分析发现,RcPIP2具有膜内在蛋白(MIP)家族信号序列、高等植物高度保守序列HINPAVTFG和2个天门冬酰胺-脯氨酸-丙氨酸(NPA)基序。二级结构包括α螺旋(37.31%)、β折叠(20.9%)、无规则卷曲(38.43%)。三级结构预测发现,RcPIP2蛋白质的立体结构为典型的四聚体形式,由4个圆筒状亚基和中间的孔道构成。系统进化树分析表明,RcPIP2与小立碗藓中的PIP2蛋白质亲缘关系较近,聚为一类。由此推测,RcPIP2基因为水通道蛋白家族成员。     

大白菜DREB类转录因子cDNA的克隆及植物表达载体的构建

以干旱处理的大白菜自交系85-1为材料,利用RT-PCR技术获得了大白菜DREB类转录因子基因的cDNA编码序列,命名为BcDREB1(GenBank登录号为:EU924266).序列分析表明,BcDREB1核苷酸序列长663 bp,编码214个氨基酸,含有一个典型的AP2结构域,具有DREB转录因子的典型特征.将该基因的cDNA编码序列连接到植物表达载体pCAMBIA2301中,成功构建了大白菜BcDREB1基因的植物表达载体pCAM-BcDREB1,为进一步通过转基因技术研究该基因的功能奠定了基础.     

一个棉花类受体蛋白激酶基因的克隆与表达分析

 利用简并引物扩增、染色体步移以及RT-PCR的方法,分离了棉花的一个类受体蛋白激酶基因的全长序列。序列分析表明,该基因没有内含子,开放读码框的长度为2964 bp,编码的多肽序列含有988个氨基酸并与拟南芥控制花器官脱落的基因HAESA-like2具有60%左右的相似性,将该基因命名为GRLK5。半定量RT-PCR分析发现GRLK5在种子、茎皮、根和纤维中的表达量较高,并且受ABA的诱导表达。将GRLK5整合到植物表达载体pCAMBIA2301中,构建植物过量表达载体,通过农杆菌介导,采用叶盘法转化烟草,PCR检测证明目的基因已经整合到烟草基因组中。     

玉米ZmCKX基因的克隆及分析

细胞分裂素氧化酶降解细胞分裂素,从而调控植物的生长发育,克隆和分析玉米细胞分裂素氧化酶基因(ZmCKX),为研究ZmCKX在玉米抗逆反应中的作用奠定基础。运用RT-PCR和RACE技术克隆了ZmCKX基因的cDNA全长,并对其进行了初步的生物信息学分析。琼脂糖凝胶电泳鉴定结果表明,PCR扩增出一条约1035bp的片段,与目的片段大小相似。将目的片段与pMD-19t构建的pMDZmCKX重组质粒并转化为DH5α,经检测片段与原始片段大小相同。Blastn分析结果表明,其与ZmCKX1的相似性为99%。对该基因序列分析表明,ZmCKX基因编码的蛋白的开放阅读框为1035bp,起始位点为23bp,终止位点为1057bp。ZmCKX基因长1035bp,编码344个氨基酸。它与ZmCKX1基因核苷酸同源性99%。ZmCKX基因编码的蛋白是存在于细胞质中的亲水蛋白。     

番茄褪绿病毒CP基因克隆、序列分析及原核表达

为制备番茄褪绿病毒(Tomato chlorosis virus,To CV)抗血清,以番茄病叶为试验材料,提取总RNA,根据To CV CP基因设计特异性引物,利用RT-PCR方法克隆目的基因,构建原核表达载体p ET32a-To CVCP,在大肠杆菌Rosetta(DE3)菌株中表达CP蛋白。结果表明:To CV CP基因(Gen Bank登录号:KT809400)全长774 bp,编码257个氨基酸,与Gen Bank中其他地区分离物核苷酸序列同源性为97.2%~99.6%,推导的氨基酸序列同源性为97.3%~100.0%。核苷酸序列保守位点占全部位点的91.3%,氨基酸序列保守位点占全部位点的88.3%,表明不同地理来源的番茄褪绿病毒的CP基因保守性较高。将To CV CP基因克隆到原核表达载体p ET-32a(+)上,并在体外条件下诱导表达出融合蛋白。SDS-PAGE分析表明,转p ET32a-To CVCP载体的大肠杆菌Rosetta(DE3)菌株表达了分子量约33 k Da的重组蛋白。该重组蛋白在37℃,1.0 mmol/L IPTG、诱导6 h,表达量最大。     

小麦CpFBA基因的多样性及其对低温处理的响应

叶绿体果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(chloroplast fructose-1,6-biphosphate aldolase,CpFBA)是Calvin循环碳固定过程中的一个关键酶。该酶在光合作用中具有重要的功能,在一些非生物胁迫响应中也起重要的调控作用。本文用RT-PCR、RACE方法从小麦返白系中克隆到三个小麦CpFBA(TaCpFBA)的cDNA序列,预测其中两个编码388AA、另一个编码309AA;在对照矮变1号中克隆到两个TaCpFBA的cDNA序列,预测分别编码388AA和373AA。两个材料中得到的388AA序列完全一致,预测1-37位氨基酸残基是叶绿体定位导肽序列。根据cDNA全长序列设计引物,从返白系和矮变1号中分别扩增得到TaCpFBA的基因组DNA序列,两个序列均包含六个外显子。构建TaCpFBA-eGFP融合表达载体并转化拟南芥原生质体,对基因表达产物进行了亚细胞定位,证明TaCpFBA基因表达产物定位于叶绿体中。用Real TimePCR对小麦CpFBA在低温条件下的表达模式进行了初步研究,结果表明,低温条件下矮变1号中CpFBA的表达先升高后降低,而在低温敏感的小麦返白系中,CpFBA的表达先降低后逐渐升高,揭示了小麦CpFBA在不同的低温响应机制中的表达差异。     

甘蔗ABA信号转导关键酶SoSnRK2.1基因的克隆与表达分析

蔗糖非酵解型蛋白激酶(SnRK)是植物体内ABA信号转导途径的关键调控酶, 在植物的抗逆境生长过程中发挥着重要的作用。本研究通过RT-PCR和RACE-PCR技术克隆出编码甘蔗SnRK2蛋白的基因SoSnRK2.1。该基因cDNA序列全长为1385 bp, 包含一个1002 bp的开放阅读框(ORF)。根据氨基酸序列预测SoSnRK2.1基因编码333个氨基酸残基, 与其他高等植物中相关蛋白的氨基酸具有高度的相似性, 尤其是与禾本科的玉米和水稻。构建该基因的原核表达载体pET-SoSnRK2.1, 在IPTG诱导下可得到38 kD 左右的蛋白, 与理论值一致。实时荧光定量PCR分析表明, SoSnRK2.1基因在ABA、干旱(PEG)+ABA、干旱(PEG)、NaCl、低温(4℃)和H₂O₂外源胁迫下均呈诱导表达的趋势。推测该基因参与调控干旱、高盐和低温等胁迫过程, 在甘蔗抗逆境胁迫中起重要作用。     

柠条锦鸡儿CkLEA4-1基因的克隆及表达分析

为研究胚胎发育晚期蛋白(LEA)在柠条中的生物学功能,从已构建的柠条锦鸡儿干旱胁迫抑制削减杂交文库中筛选到一条LEA蛋白编码基因,并采用RT-PCR法进行克隆。所得LEA基因的开放阅读框(ORF)长1 119 bp,编码373个氨基酸的蛋白质,命名为CkLEA4-1。结合序列比对与系统进化分析结果,推断CkLEA4-1属于5族LEA蛋白。利用实时荧光定量PCR技术对CkLEA4-1在干旱、高盐等逆境胁迫条件下的表达情况进行初步研究,结果表明,CkLEA4-1受到不同程度的诱导,推测该基因可能与柠条锦鸡儿响应逆境胁迫有关。研究还成功构建了CkLEA4-1的过表达载体p Can G-CkLEA4-1,得到转基因纯合体株系,为进一步研究柠条锦鸡儿CkLEA4-1基因的功能提供了材料。     

毛果杨半胱氨酸蛋白酶基因PtCP3的基因克隆和原核表达分析

为研究毛果杨半胱氨酸蛋白酶基因PtCP3的酶学特征和生理功能,本实验对PtCP3进行了基因克隆和原核表达分析。从毛果杨(Populus trichocarpa Torr.Gray)中克隆得到半胱氨酸蛋白酶基因PtCP3,将其克隆至pMD-18T载体。进一步构建原核表达载体pET30a-PtCP3,并在大肠杆菌(Escherichia coli)中成功诱导表达重组蛋白,然后通过包涵体洗涤法对目的蛋白进行纯化。测序结果表明,PtCP3基因CDS序列全长1074 bp,含有木瓜蛋白酶的保守催化位点和组织蛋白酶B的保守结构域。序列分析结果显示,半胱氨酸蛋白酶基因PtCP3编码357个氨基酸,预测N-末端含有长度为27个氨基酸残基的信号肽序列,去除信号肽后蛋白酶大小为36.515 kDa,理论等电点为7.44。SDS-PAGE电泳结果显示,可以检测到大小约为42 kDa的目的条带,并可通过包涵体洗涤法在体外得到了高表达量、单一的重组蛋白PtCP3。     

H5N1型禽流感病毒HA基因克隆及序列分析

为从分子生物学角度进一步研究H5N1型禽流感主要抗原HA基因,探究H5N1 HA基因的遗传变异情况及其蛋白结构,根据GenBank中登录的H5N1型禽流感HA基因的序列利用Primer 5.0设计引物扩增HA基因,将其克隆到pMD18-T载体后进行鉴定,对鉴定正确的重组质粒pMD-H5N1-HA进行测序分析。应用生物信息学软件对禽流感病毒HA基因进行系统进化树分析、氨基酸序列同源性分析、保守区分析,磷酸化位点和序列重复区分析及HA蛋白二级、三级结构的预测。核苷酸序列测定结果表明：HA基因长1661 bp,共编码326个氨基酸;生物信息学分析结果表明：HA基因在种间具有较高保守性,HA基因的氨基酸序列与其他地方性禽流感H5N1病毒株HA基因的序列同源性最高可达99.7%,且为高致病性毒株;HA蛋白的二级、三级结构预测结果显示：HA蛋白多为α螺旋和β转角结构,无规则卷曲,是亲水性蛋白。该结果为禽流感病毒的分子病毒学研究奠定了基础。     

猪DDX21基因的克隆、序列分析及原核表达

DEAD-box解旋酶21(DEx D-box helicase 21,DDX21)是含DEAD-box的RNA解旋酶家族成员之一,不仅参与RNA的合成和加工过程,同时还参与机体的天然免疫应答,调控病毒的复制。为了研究猪DDX21基因的结构和功能,以猪肾传代细胞(PK-15)总cDNA为模板,根据GenBank公布的预测序列(XM_005657387.2)设计引物扩增猪源DDX21基因,并采用分子生物学软件将其编码的氨基酸序列进行生物信息学分析。结果显示,首次成功克隆了猪DDX21基因的cDNA序列(GenBank登录号为KX396051),其开放读码框全长为2 355 bp,编码784个氨基酸;与牛、斑马鱼、人、小鼠、大鼠和非洲爪蟾的氨基酸序列同源性分别为91.7%,57.5%,88.0%,82.3%,83.8%和48.9%;该基因编码的蛋白结构域和人、牛、小鼠、大鼠一样,其C端都具有保守的GUCT结构域;系统进化树分析表明猪DDX21与牛DDX21的亲缘关系最近。进一步构建原核表达质粒p ET28a-DDX21,经测序鉴定正确后,将其转化感受态细胞BL21(DE3),对DDX21基因进行原核表达。经SDS-PAGE分析显示重组菌可表达分子量约为90 k Da的融合蛋白,与预期相符;在IPTG诱导浓度一定的条件下,重组菌的最佳诱导时间为5 h。猪DDX21基因的克隆和原核表达,为进一步研究DDX21蛋白的结构和生物学功能奠定了基础。