茶树中甲基转移酶的研究进展

甲基转移酶普遍存在于茶树中,它与茶叶类黄酮物质及咖啡碱的形成、茶树冷驯化过程中DNA甲基化模式的变化和硒代半胱氨酸的形成有关。本文综述了茶树甲基转移酶的基因研究、原核表达和催化特性研究,为以后茶树体内的甲基化修饰提供理论依据。     

辣椒DNA甲基化修饰酶基因的鉴定与表达特征分析

DNA甲基化与去甲基化是表观遗传修饰中一种保守的分子机制,参与植物生长发育、次生代谢和逆境胁迫响应等多种生物过程,受DNA甲基化修饰酶基因的调控.为了解DNA甲基化修饰酶基因在辣椒基因组中的特征,利用生物信息学手段鉴定出14个辣椒DNA甲基转移酶和去甲基化酶基因,并对其进行系统分析.结果表明:辣椒基因组中含10个DNA...     

茶树钙依赖性蛋白激酶基因CsCDPK17的鉴定及表达分析

钙依赖型蛋白激酶(Calcium-dependent protein kinases,CDPKs或CPKs)是植物细胞中重要的钙离子信号受体,普遍参与了植物生长发育和胁迫响应等调控过程。本研究从茶树龙井43中克隆到1条CDPK基因,经测序验证该序列包含1611bp的完整ORF,编码536个氨基酸。结合序列比对和进化分析发现该蛋白N-末端具有豆蔻酰化位点,具备钙依赖性蛋白激酶的保守结构域,并且与拟南芥AtCDPK17的同源关系最近,因此命名为CsCDPK17(Genbank登录号为:MK238482)。蛋白质理化特性分析发现其蛋白分子量为59.9kD,理论等电点pI为5.43,属无跨膜结构域的亲水性蛋白。使用水稻原生质体和烟草叶片两种瞬时表达的方法均证明CsCDPK17是细胞质膜和细胞核双定位蛋白。对克隆到的CsCDPK17上游2000bp的启动子区分析发现了多个与基因转录、光、激素(ABA、SA、MeJA等)相关的顺式作用元件。表达分析显示,CsCDPK17在成熟叶和种子中表达水平较高,而在根中的表达水平最低;在龙井43、大面白等4个品种冷驯化过程中,该基因的表达随着冷驯化过程显著上调,随着脱驯化过程下调;同时还发现CsCDPK17能够不同程度地响应低温(最高5.1倍)、干旱(最高2.3倍)、渗透(最高2.4倍)胁迫。本研究的结果表明CsCDPK17在茶树的生长发育和低温、干旱、渗透等非生物胁迫响应的过程中均发挥一定的调控作用。     

茶树氧甲基转移酶基因的克隆及原核表达

获得了一类茶树氧甲基转移酶基因cDNA全长并构建了该基因的原核表达载体。以从茶树叶片中提取的总RNA为模板,结合RT-PCR与RACE克隆技术获得氧甲基转移酶(O-methyltransferase)基因cDNA全长1 280 bp,其开放阅读框为1 068 bp,编码355个氨基酸,推测的蛋白分子量为39.1 kD,理论等电点为5.68。其氨基酸序列与葡萄和蓖麻氧甲基转移酶基因相似性分别为73%、71%。将该基因片段连接到原核表达载体pET-28a中,转化大肠杆菌BL21后诱导重组蛋白的表达,经IPTG诱导,SDS-PAGE检测到1条与预测融合蛋白分子量相符的外源蛋白。     

茶树甜菜碱醛脱氢酶基因(CsBADH1)的全长cDNA克隆与表达分析

甜菜碱是一种能在逆境下大量积累的无毒性渗透相溶物质,而甜菜碱醛脱氢酶(BADH)是甜菜碱合成途径中的关键酶之一。本实验采用SMART-RACE技术获得了茶树甜菜碱醛脱氢酶基因的全长cDNA序列,命名为CsBADH1(GenBank登陆号:JX050145),并对其进行相关的生物信息学分析。结果表明:CsBADH1的cDNA序列全长1 972 bp,其开放阅读框(ORF)为1 518 bp,编码505个氨基酸,预测分子量为54.8 kD,理论等电点(PI)为5.652,是疏水性很强的蛋白,且具有BADH基因典型的高度保守十肽基序(VTLELGGKSP)和与醛脱氢酶(ALDHs)功能有关的半胱氨酸残基(C)。系统进化树分析表明,茶树BADH氨基酸序列与人参(Panax ginseng)的亲缘关系最近,相似度达87%,其余相似性也大部分在80%以上。实时荧光定量PCR分析结果显示:该基因在经历一定时间的冷驯化后表达量升高,说明CsBADH1基因可能参与茶树的冷驯化作用。     

青稞F7-OMT基因的克隆及原核表达分析

类黄酮7-O-甲基转移酶(F7-OMT)具有甲基转移酶功能,能催化底物类黄酮甲基化产生植物抗毒素,提高植物的抗菌性。为了给进一步研究该酶蛋白的功能奠定基础,以青稞"94-19-1"为材料,采用同源克隆方法得到青稞F7-OMT基因编码片段。生物信息学分析表明,青稞F7-OMT开放阅读框(ORF)全长为1173bp,编码390个氨基酸,蛋白分子质量为42 207.8Da,等电点pI为5.36,无信号肽序列,具有甲基转移酶2(Methyltransf_2,pfam00891)和二聚化(Dimerization,pfam08100)保守域。通过亚克隆将F7-OMT连接到表达载体pET-32a上,构建pET-32a-F7-OMT融合表达载体,在E.coli BL21(DE3)pLysS中诱导表达,并采用亲和层析纯化法得到纯化蛋白。     

茶树巯基蛋白酶抑制剂基因的cDNA克隆与序列分析

对多种已知植物巯基蛋白酶抑制剂(cystatin)基因的氨基酸序列进行比对分析,根据其高度保守的氨基酸序列设计一对简并引物,并从茶树品种龙井43鲜叶中提取总RNA,用RT-PCR法扩增出一204bp的cDNA特异片段,然后通过3’/5’RACE的方法,分别扩增出3’端和5’端的序列,从而获得茶树巯基蛋白酶抑制剂基因的cDNA全长序列,所得序列全长627bp,编码101个氨基酸,分子量约11.062KDa。该基因在推测的氨基酸序列中含有巯基蛋白酶抑制剂家族中高度保守的、与其活性有关的QXVXG结构,且经Blast分析表明,该基因序列与其他植物巯基蛋白酶抑制剂基因的氨基酸序列同源性为54%~77%。     

茶树冷驯化过程中基因表达差异的初步分析

采用mRNA差别显示的方法对茶树冷驯化过程中基因差异表达进行了初步研究,从58条差异片段得到稳定扩增的差异片段23条,用RT-PCR的方法鉴定其假阳性,得到5个阳性片段,其中3个片段在冷驯化过程中表达量增加,另外2个片段的表达量降低。经过BLAST比对分析,其中一个片段序列与高粱反式玉米素-O-葡糖基转移酶同源性较高;一个与黄瓜叶绿体合成相关蛋白基因同源性较高;一个为茶树核酮糖-1,5-双磷酸羧化酶/加氧酶小亚基基因片段;一个与细胞色素b亚基有较高同源性;还有两个片段序列比对没有同源序列,可能为新基因。     

茶树CsASR基因的克隆及其表达分析

逆境胁迫影响茶树生长发育及茶叶品质,ASR(abscisic acid,stress,ripening-induced)基因在植物抗逆响应中具有重要功能。本研究以龙井43品种茶树为材料,从中克隆了CsASR基因的全长cDNA序列、基因组序列及其启动子序列,分析了该基因的生物信息学特征及在组织间和不同胁迫处理下的表达模式。结果显示,CsASR的cDNA序列全长875 bp,含有546 bp的ORF序列,编码181个氨基酸,蛋白质分子量19.89 kD,理论等电点5.69;CsASR蛋白结构序列中74.5%的序列为无序结构,是一种无序蛋白;CsASR的C-端含有ABA/WDS功能结构域,主要定位于细胞质和细胞核中;茶树CsASR与海枣的ASR相似性最高,为87%,而在进化树中与枣的关系最近。CsASR基因含2个外显子,第1个外显子长363 bp,第2个外显子长183 bp,内含子较大为2 750 bp,内含子中含7种简单重复序列和2种DNA转座子序列。克隆获得起始密码子ATG上游2 554 bp的启动子区序列,该启动子上含有干旱、低温、高温以及ABA等相关的顺式作用元件。CsASR在根中的表达量最低;ABA抑制CsASR的表达,而干旱、NaCl和低温胁迫能够显著上调CsASR的表达。表明CsASR基因可能与茶树抗逆密切相关。     

茶树ACC合成酶基因全长cDNA的克隆及其生物信息学分析

乙烯是一种重要的植物激素,参与植物许多生理过程。ACC(1-氨基环丙烷-1-羧酸)合成酶(ACS)是植物乙烯合成过程中的限速酶,对乙烯的合成具有重要的调控作用。利用其它植物ACS基因的保守序列设计兼并引物,采用RACE(Rapid Amplificationc DNA Ends)和RT-PCR等技术,克隆得到编码茶树ACS基因的全长cDNA序列,长1579bp,编码478个氨基酸,预测分子量约为53.7kD,等电点8.039,GenBank登录为EF205149。以Neighbor-Joining法构建进化树,发现茶树ACS基因与柿树中的同类基因亲缘关系最近。茶树ACS基因的克隆为从分子水平认识乙烯在茶树上的生理作用奠定了基础。     

巴西橡胶树HbRPS6-2基因的克隆与生物信息学分析

从巴西橡胶树甲基化过滤文库中筛选到一个与RPS6同源性较高的基因片段,根据该基因片段序列信息,设计特异引物,利用RACE进行特异片段的5’和3’扩增,获得长度为1 327 bp的HbRPS6-2基因克隆。生物信息学分析表明,该基因包含483 bp的开放阅读框,5’非翻译区为357 bp,3’非翻译区为475 bp,编码161个氨基酸。在HbRPS6-2氨基酸序列中没有预测到信号肽和跨膜区,二级结构分析表明其属于混合型蛋白。HbRPS6-2在N端前18个氨基酸区域内有一个较强的疏水区,但整条多肽链表现为亲水性。对15个RPS6系统进化分析发现,巴西橡胶树的RPS6-2基因与多杀性巴氏杆菌的RPS6基因亲缘关系最近,而与拟南芥和玉米等亲缘关系相对较远。     

重叠延伸PCR克隆拟南芥ACCase基因和植物表达载体构建

植物的乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)催化乙酰辅酶A羧化生成丙二酸单酰辅酶A,是脂肪酸合成的第一步,该步骤是种子脂肪酸合成与含油量形成的关键调控步骤。拟南芥中的真核形式ACCase基因cDNA长约7,000bp,难以直接克隆。本研究先通过常规PCR将其cDNA分成八个重叠的片段分别扩增出来,再用重叠延伸PCR将得到的片段逐步拼接成长度为6890bp的完整的基因序列,测序证实克隆序列正确无误,最后将其克隆到农杆菌转化植物的载体上。序列分析发现ACCase基因的开放阅读框长度为6765bp,编码一个含2254个氨基酸残基的多肽链,推测其分子量约为250KDa。ACCase基因的成功克隆为利用该基因调控油料作物的含油量奠定了良好基础,同时为克隆长度较大的基因提供了一种经济可行的方法。     

甘蔗可溶性酸性转化酶基因的克隆及序列分析

可溶性酸性转化酶在植物糖代谢中起着关键作用,为了研究甘蔗中可溶性酸性转化酶,利用电子克隆与RT-PCR方法从甘蔗中分离出1个甘蔗可溶性酸性转化酶基因DNA及cDNA序列,DNA序列长度为3 266 bp,含有3个外显子和2个内含子,cDNA序列长度为1 890 bp,包含1 656 bp的完整开放阅读框,编码551个氨基酸。BLASTX分析显示,该蛋白与其它植物已知的酸性可溶性蔗糖转化酶具有很高的同源性,推测该蛋白为可溶性酸性转化酶。预测甘蔗SAI家族可能只有1个基因,这可能与其大量积累蔗糖的能力有重要关系。     

冷驯化和ABA对茶树抗寒力及其体内脯氨酸含量的影响

本文研究了冷驯化和ABA对茶树抗寒力及其体内脯氨酸含量的影响,结果表明：通过冷驯化或者ABA处理,茶树经历了驯化再到脱驯化的过程,相应地茶树的抗寒力也发生了很大的变化,由驯化前的几乎为0逐渐增大,而随着脱驯化的进行又迅速恢复到驯化前的水平。低温驯化的临界温度为7℃左右,脱驯化的临界温度为9℃左右。人工低温驯化和ABA处理,茶树抗寒力的提高幅度没有自然冷驯化下的大。对三种处理下茶树体内脯氨酸含量的变化的研究发现,冷驯化中茶树体内脯氨酸含量变化是对外界条件变化的一种综合反应,很难说明单一的脯氨酸含量与抗寒力之间的因果关系。     

胶孢炭疽病菌环境pH应答转录调控因子基因的克隆与分析

参照油梨炭疽病菌(Colletotrichum gloeosporioides)的环境pH应答转录因子基因Pacl设计l对特异性引物,以芒果炭疽病菌(C.gloeosporioides)基因组DNA为模板,扩增获得大小为2 625 bp的目的基因片段.序列分析结果表明,目的片断包含完整的阅读框,与油梨炭疽病菌C.gloeosporioides pac1基因相应片段长度相同,二者碱基序列同源性达97%.用RT-PCR技术获得pacl基因cDNA片段,证实目的基因片段中存在3个大小分别为59,50,71 bp的内含子.拼接的全长cDNA长1 755 bp,推测编码的氨基酸序列长584个氨基酸残基,与推测的油梨炭疽病菌pacl基因所编码的蛋白质同样大小,二者氨基酸序列相似性达99%,只有1个氨基酸的差异,可以肯定克隆的目的片段为C.gloeosporioides pac1基因,为进一步研究C.gloeosporioides侵染芒果时的pH调控奠定了基础.