乙烯生物合成途径中的两个关键酶基因的研究进展

本文对植物激素乙烯生物合成途径中的两个关键酶基因即ACC合成酶基因(ACS)和ACC氧化酶基因(ACO)的克隆研究现状、表达及反馈调节等方面进行了评述。     

甜瓜果实发育早期cDNA文库的构建

甜瓜的品质主要决定于可溶性糖的含量和种类.因此,在甜瓜果实发育过程中可溶性糖的积累一直得到了人们的关注[1～3].甜瓜果实中糖的含量主要决定于酸性转化酶和蔗糖磷酸合成酶的活性.为了克隆甜瓜果实蔗糖代谢酶基因,我们构建了甜瓜幼果cDNA文库,为今后从分子水平上改善甜瓜品质提供基本资料.     

番茄果实特异表达启动子ESp1的克隆及表达

E8启动子是番茄果实成熟乙烯响应性基因E8的启动子区。这个区域中存在着一些响应乙烯以及在果实发育和成熟过程中起调节作用的顺式作用元件，调节E8基因在果实成熟过程中表达（Deikmaa et al．，1998）。本研究根据GenBank中E8基因的启动子区序列设计引物，从番茄基因组中克隆了该启动子，构建了番茄果实特异表达载体，并通过RT-PCR和gus基因检测了该表达载体的果实特异表达活性。     

两种不同耐贮性桃果实采后乙烯合成和果实软化相关基因表达的差异

以商业成熟期的桃(Prunus persica)栽培品种秦王(极耐贮)和沙红(不耐贮)为试材,采用气相色谱测定乙烯释放量;利用实时荧光定量PCR(quantitative Real-time PCR,q RT-PCR)技术分析乙烯合成关键酶和果实软化相关基因在两个品种中的表达差异。研究结果表明,秦王果实在贮藏期间ACC合成酶基因(1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid synthase gene,Pp ACS1)相对表达量极低,乙烯释放速率也极低,一直保持较高的硬度;而沙红果实在贮藏过程中Pp ACS1的相对表达量随软化进程迅速增加,释放大量乙烯,果实硬度下降快。秦王果实中ACC氧化酶基因(1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid oxidase gene,Pp ACO1)虽有一定的表达量,但没有随贮藏时间而增加;而Pp ACO1在沙红桃中随果实的软化表达量呈显著上升的趋势。秦王果实中细胞壁降解酶果胶甲酯酶基因(pectin methylesterase gene,Pp PME)和多聚半乳糖醛酸酶基因(polygalacturonase gene,Pp PG)的表达量都极低;而在沙红果实中其表达量均呈持续增加趋势。此外,秦王果实中扩张蛋白基因(expansin gene,Pp EXP)的表达量也较低;而在沙红中表达量较高。N-聚糖加工酶α-甘露糖苷酶基因(α-mannosidase gene,Ppα-Man)和β-氨基己糖苷酶基因(β-hexosaminidase gene,Pp Hex1,Pp Hex2)在沙红和秦王贮藏期间均有较高表达量,且秦王中的表达量显著高于沙红(P<0.05)。这表明秦王果实采后不软化是由于Pp ACS1的转录受阻,不能产生乙烯,从而致使细胞壁水解酶Pp PME和Pp PG几乎不表达,果胶代谢受阻,因而果实一直保持较高硬度;而沙红果实在采后贮藏中释放大量乙烯,促进了Pp EXP、Pp PME和Pp PG的表达,引起细胞壁果胶的大量降解,导致果实迅速软化。而Ppα-Man、Pp Hex1和Pp Hex2可能不是秦王软化过程的关键基因。本研究为阐明桃果实成熟软化机理及其高效培育耐贮品种提供基础资料。     

葡萄ACO家族基因过量表达对番茄乙烯释放速率的影响

乙烯是启动和促进果蔬成熟和衰老的内源激素,ACC氧化酶(1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid oxidase,ACO)是乙烯生物合成中的一个关键限速酶.葡萄ACO基因拥有一个基因家族,其中VvACO1和VvACO2基因在果实转色时期出现转录高峰,是葡萄果实发育过程中造成乙烯含量发生变化的关键基因.为验证葡萄(Vitis vinifera)ACO家族基因过量表达对番茄(Solanum locopersicum)乙烯释放速率的影响,本研究通过根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导法将葡萄ACO基因导入番茄基因组中,进行了PCR和RT-PCR分子检测,并对分子检测阳性的转基因番茄植株叶片的ACO酶活性和乙烯释放速率进行了分析.RT-PCR检测表明,在3个VvA CO1、4个VvACO2和6个VvACO3转基因番茄植株中目的基因均有一定的表达.所有转基因番茄植株的ACO酶活性和乙烯释放速率均比对照有所提高,其中以VvACO1基因的过量表达对叶片ACO酶活和乙烯释放速率增加的幅度最大,VvACO3基因的过量表达对果实的ACO酶活和乙烯释放速率增加的幅度最大,而转化VvACO2基因的番茄植株ACO酶活性和乙烯释放速率最低,比对照略有升高,且植株呈现矮化现象.本研究通过观察转基因番茄的生长状况以及测定转基因番茄的生理指标,探讨葡萄ACO家族基因的过量表达对番茄的影响,来预测葡萄ACO基因的初步功能.     

桃沙红果实α-甘露糖苷酶基因(α-man)克隆及其在软化过程中的表达分析

α-甘露糖苷酶(α-man)是植物体内N聚糖加工的关键酶,在控制果实软化和延长货架期方面起重要作用.明确α-man在桃果实软化中的生理功能及其调控机制对进一步阐明桃果实的成熟软化机理具有重要意义.以商业成熟期桃(Prunus persica)沙红果实为材料,采用RT-PCR和RACE相结合的方法,克隆桃果实中α-man基因全长cDNA,并利用实时荧光PCR定量技术,检测了采后乙烯利和1-methylcyclo-propene(1-MCP)处理沙红果实软化过程中α-man基因的表达差异.结果表明:桃果实α-man基因的cDNA全长长3 491 bp,包含一个3 075 bp完整的开放阅读框,编码1 024个氨基酸(Genbank登录号:JX310861),N端含有NXT/S的糖基化位点,属糖基水解酶38家族.实时荧光PCR定量技术检测发现对照果实在贮藏第2天出现α-man的表达高峰;外源乙烯处理α-man基因表达高峰提前ld出现,且峰值显著高于对照果实;而1-MCP处理可使α-man基因的表达高峰延迟1d,且后期α-man基因的表达受到极显著抑制.据此推断桃果实α-man基因可能受乙烯生成和乙烯信号转导途径的调控,参与桃果实的软化过程.     

番茄乙烯信号转导相关基因剧EIN3（Le-EIL）的克隆和表达

根据拟南芥（Arabidopsis thaliana)、烟草(Nicotiana tabacum)EIN3基因保守区序列设计简并引物，采用RT—PCR扩增从番茄(Lycopersicon esculentum)果实中得到一个486bp的同源片段。以此片段作为探针，从番茄果实cDNA文库中分离到一个拟南芥EIN3的同源基因的cDNA克隆，命名为Le-EIL。该克隆含有一个1845bp的开放阅读框，编码615个氨基酸。经同源分析，它与烟草TEIL基因的同源性为79％，与拟南芥EIN3,EIL2和EIL3的同源性分别为59％、56％、52％、46％。Le-EIL基因表达与番茄果实的成熟及乙烯生成情况具有较强的相关性。在普通番茄果实的不同成熟时期Le—EIL基因都有表达，并且随着成熟度的增加基因表达有明显的增强，在转色期和粉红期Le-EIL基因的表达最强，在全红期后减弱。在转反义ACS基因的转基因番茄果实中，只有开花后60d的果实中Le-EIL基因有微弱的表达，在其它成熟时期均没有表达。     

猕猴桃ACC合成酶基因家族四个成员的克隆

通过PCR方法从中华猕猴桃中分离出ACC合成酶基因家族的四个成员（AC－ACS1A、AC－ACS1B、AC－ACS2和AC－ACS3）的基因组DNA片段，AC－ACS1A、AC－ACS1B和AC－ACS2与其它植物该基因的氨基酸序列同源性最高可达76％以上，而AC－ACS3与其它植物ACC合成酶基因的氨基酸序列同源性均低于60％，与已知的其它猕猴桃ACC合成酶基因的同源性在51％－56％之间，且不存在MSSFGL保守区，因而属于一个未见报道的新成员。     

草莓半胱氨酸蛋白酶基因(FaCP)的克隆及表达分析

半胱氨酸蛋白酶作为一种重要的水解蛋白酶,参与植物的许多生理过程.采用RT-PCR和RACE技术从草莓(Fragaria×ananassa)中克隆到半胱氨酸蛋白酶基因FaCP (GenBank登录号:JN979371),该基因cDNA全长1 338 bp,包含一个1 062 bp完整的开放阅读框(ORF),编码354氨基酸.生物信息学序列分析表明,FaCP开放阅读框编码的氨基酸序列与其他植物的CP蛋白同源性较高.Real-time PCR分析发现,FaCP基因在草莓果实、叶、根、茎和花萼中都有表达;在果实成熟过程中FaCP表达量逐渐增加,在粉红果最高,红果中略有下降.在草莓叶片中,随着叶片衰老,FaCP基因表达量增加明显.研究结果表明,FaCP可能参与了调控草莓果实的成熟及叶片衰老.     

丁香假单胞菌大豆致病变种ICMP2189中乙烯合成酶基因的克隆及其在大肠杆菌中的表达

本论文通过PCR的方法从丁香假单胞菌大豆致病变种(Pseudomonas syringae pv. glycinea)ICMP2189中克隆到了乙烯合成酶基因efe，并且在大肠杆菌BL21（DE3）中利用T7强启动子进行了高效表达，表达蛋白占总蛋白的45%。气相色谱分析表明含有efe基因的大肠杆菌可以高效的产生乙烯。研究结果为生物乙烯的研究和应用奠定了基础。     

cDNA芯片制备条件的优化

应用SpotBotTM芯片点样仪对4种不同的芯片点样液(3×SSC、50%DMSO、3×SSC+1.5 mol/L甜菜碱和MSP)和5个不同公司生产的7种芯片片基(UltraGAPSTM、GAPSⅡ、SuperAmine、SuperAmine Barcoded、Baio氨基载玻片、PL-100C多聚-L-赖氨酸片基和POLY-PREPTM片基)进行了比较分析,发现UltraGAPSTM、GAPSⅡ、SuperAmine和SuperAmine Barcoded片基用3×SSC+1.5 mol/L甜菜碱能得到最佳的点样和杂交结果.同时对克隆PCR产物的扩增和纯化方法、用于点样的DNA样品的浓度、点样环境条件(温度、相对湿度等)、点样后芯片的处理方法、探针的标记方法、芯片的杂交及杂交后的处理等进行了比较、分析和优化.应用优化后的条件成功地在每张芯片上点制27 648个点,并杂交、扫描得到高质量的芯片结果.     

谷子脂转移蛋白cDNA的克隆及特性研究

摘要：首次报道了从谷子(Stetaria italica )未成熟种子cDNA文库中克隆到1个与其它物种脂转移蛋白（LTP）具有较高同源性的脂转移蛋白基因Siltp。将核苷酸序列和推断的氨基酸序列在GenBank中进行比较，发现Siltp与大麦脂转移蛋白LTP7a2b和LTPcw-19,玉米脂转移蛋白，欧洲油菜的脂转移蛋白基因的核苷酸序列的同源性分别为72%,70%,60%,54%；氨基酸序列的同源性分别为79%,73%，65%，57%。序列分析表明，编码区含363个碱基 ，编码121个氨基酸，其中包括26个氨基酸的信号肽序列，分子量为9.3 kD。基因组Southern杂交结果表明，Siltp在基因组中以单拷贝存在。Northern杂交研究Siltp的时空表达特异性，发现Siltp仅在茎、叶、穗中表达。利用软件PAUP对17种植物的LTP进行进化分析，从进化系统树可以看出LTP有4个分支，其中，小麦发生分化较早，其它几种单子叶植物如玉米、谷子、大麦和水稻分化较晚，说明发生了早期的基因复制事件。在整个系统图中，双子叶比较分散，说明LTP基因的进化是个复杂的过程；禾本科作物的脂转移蛋白基因是由一个原始基因分化而产生的不同分支，Siltp与大麦LTP亲缘关系最近。     

捻转血矛线虫保护性抗原H11 cDNA克隆及特性分析

H11是寄生阶段捻转血矛线虫小肠微绒毛上皮细胞的一种跨膜糖蛋白，分子量为110kD。H11具有良好的免疫保护作用，免疫动物后，攻击第3期幼虫，雄虫减少70％、雌虫减少80％和虫卵减少90％。本实验克隆了该抗原基因，并对该抗原特性进行了分析，为研制分子疫苗奠定基础。     

一个水稻与稻瘟病毒菌（Magnaporthe grisea）互作相关新基因的克隆

以水稻抗瘟性近等基因系H7R和H7S为材料，采用PCR－差别筛选（PCR－based differential screening）的方法分离和克隆了一个受稻瘟病菌诱导表达的基因，RIM9b。Northern杂交显示该克隆为受稻瘟病菌诱导的早期反应基因（片段）。其转录丰度在诱导12h达到最高峰。Southern杂交结果表明该基因以单拷贝存在于水稻基因组中。序列分析表明克隆包含一个558bp的开放阅读框，其序列与GenBank中数据无同源性。     

马铃薯32 kD抗菌蛋白的cDNA分子克隆研究

以马铃薯抗青枯病品种为试验材料,采用ｍＲＮＡ微量制备和ｃＤＮＡ快速合成系统,以噬菌体λｇｔ１１为载体,构建ｃＤＮＡ表达文库。以３２ｋＤ抗菌蛋白ＡＰＩ抗体为探针,采用免疫杂交技术筛选得到了阳性克隆。     

小麦中一类依赖于NAD的细胞质型苹果酸脱氢酶cDNA的克隆和进化树分析

苹果酸脱氢酶普遍存在于各种生物中，它负责催化草酰乙酸和苹果酸之间的相互转换。根据其辅酶的特异性和在细胞内的分布和生理功能的不同，苹果酸脱氢酶在高等植物中可以区分出不同的类型。依赖于NAD的细胞质型苹果酸脱氢酶(cyMDH)是其中研究较少的一类。报道了从小麦(Tritium aestivum L.)中克隆的一种cyMDH的部分cDNA序列，并命名为W-MDH1。进化树分析表明来自不同生物的MDH可能是通过基因复制形成的。W-MDH1刖在小麦的根、茎、叶中呈组成型表达。     

大规模板栗疫病菌cDNA文库的特征和冗余序列的排除

低毒病毒/板栗疫病菌是一个研究病毒宿主相互作用的优良的实验系统.为了更好的了解病毒与宿主相互作用的机制,我们建立了一个野生型无病毒板栗疫病菌菌株EP155和受低毒病毒感染的菌株EP713的cDNA混和文库,以进行表达序列标签（EST）测定.对543个克隆的外源片段的分析表明,该文库克隆中含外源片段的比例为89.8%;通过小规模测序,发现空质粒与小片段克隆占测序总数的10.1%;表达丰度最高的4个克隆出现次数的总和占测序总数的9.6%.通过设计引物进行PCR和原位杂交,对cDNA文库2万多个克隆进行了筛选,共筛除了占总数19.7%的空质粒与小克隆和5.5%的高丰度克隆,为高效率的大规模EST测序准备了条件.     

欧李叶片全长cDNA文库的构建和部分克隆的序列分析

采用SMART技术,构建了欧李(Prunus humilis Bunge)品系T8-1叶片全长cDNA文库,原始文库滴度达6.17×10~7 pfu/mL,库容达3.7×10~7,重组率达95%,平均插入片段大小约为1.2 kb.随机挑取400个单克隆进行5'端测序,共获得364个欧李ESTs.绝大部分ESTs的长度在500～1300 bp之间,平均长度为877 bp,其中具有完整ORF结构的序列有221条,占60.71%.通过与NCBI等非冗余核酸数据库和蛋白质数据库进行比对、查询和注释,获得已知功能基因或具推测功能的基因181个(339个ESTs),相似性较低的未鉴定基因5个(9个ESTs),新基因14个(16个ESTs).     

辣椒钙调蛋白cDNA克隆

本研究根据几种已克隆的植物钙调蛋白ｃＤＮＡ翻译启始密码子和终止密码子附近高度保守的碱基序列设计引物,用辣椒叶在紫外线诱导作用下表达的ｍＲＮＡ构建的ｃＤＮＡ文库为模板,通过严格的聚合酶链式反应,扩增出一条４５０ｂｐ左右的ｃＤＮＡ片段,将该片段克隆到ｐＢＳＫ（－）上并进行测序和序列分析,结果表明,所扩增到的片段为一长度为４５３ｂｐ的全长的ｃＤＮＡ,含有长度为１４８个氨基酸的开放读码框架,在碱基序列和推