龙眼14-3-3基因及其启动子的克隆以及在体胚发生过程中的表达分析

分离克隆龙眼(Dimocarpus longan Lour.)胚性愈伤组织14-3-3基因,并分析该基因在龙眼体胚发生过程中的表达情况。采用RT-PCR结合RACE法,获得龙眼胚性愈伤组织14-3-3基因的cDNA全长序列和DNA序列,采用TAIL-PCR法,获得龙眼胚性愈伤组织14-3-3基因的启动子DNA序列,运用生物信息学方法对序列进行分析,并通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)研究该基因在龙眼体胚发生过程中的表达。结果表明:经克隆得到龙眼胚性愈伤组织14-3-3基因786 bp的cDNA全长序列(GenBank检索号为GU573765),该cDNA开放阅读框推定的氨基酸序列(含261个氨基酸)与其它植物14-3-3具有较高同源性;该基因的DNA序列(GenBank检索号为GU573766)长为1 859 bp,包含3个内含子,内含子的剪切位点均符合真核生物"GT-AG"规则;该基因的启动子DNA序列(GenBank检索号为GU573766)长为910 bp;该基因在龙眼体胚各阶段均有表达,其中在松散型胚性愈伤组织阶段和心形胚及鱼雷形胚阶段呈现高表达,整个变化趋势呈"倒S"状。     

龙眼胚性愈伤组织γ-ECS基因的克隆及表达分析

γ-ECS基因编码的γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶是细胞内谷胱甘肽（GSH）从头合成的限速酶。以龙眼转录组数据库为基础，采用同源克隆的方法从龙眼胚性愈伤组织中分离得到γ-ECS基因cDNA全长序列，在GenBank上的登录号为JF815477。γ-ECS基因序列全长1 812 bp，包括17 bp 5′UTR及254 bp 3′UTR；ORF长度为1 541 bp编码511个氨基酸。生物信息学分析结果表明，龙眼胚性愈伤组织γ-ECS的核甘酸序列及其推导的氨基酸序列分别与蓖麻、毛果杨等具有较高的同源性；γ-ECS为1个具有跨膜结构的非分泌蛋白，具有亲水性；亚细胞定位于过氧化物酶体，不含信号肽，并存在亮氨酸拉链结构。龙眼胚性愈伤组织γ-ECS基因在龙眼体胚发生过程中的整体表达趋势是先升高，后降低，其表达量在心形胚阶段达到最大值之后在鱼雷形胚阶段急剧下降。γ-ECS基因表达量变化可能与GSH在龙眼体胚发生过程中的含量变化一致。     

龙眼GPX基因的克隆、原核表达及其在体胚发生过程中的表达分析

采用RT-PCR 与RACE相结合的方法,从龙眼胚性愈伤组织中克隆了长947 bp含有完整开放阅读框的龙眼DlGPX cDNA序列（GenBank登录号为EU364813）和长度为1 736 bp的DNA序列（GenBank登录号为EU680970）。其编码1个含有168个氨基酸的蛋白质。DlGPX基因中含有5个内含子,均符合真核生物内含子通用的GT-AG 法则。生物信息学分析显示：该蛋白为亲水的酸性蛋白质,定位于叶绿体;与其他植物的GPX有较高的同源性。将该基因构建成原核表达载体,经IPTG诱导表达了１个分子量约为23 ku的蛋白。利用实时荧光定量PCR（qPCR）技术研究该基因在龙眼体胚发生发育过程中的表达情况,结果显示,从松散型胚性愈伤组织到不完全胚性紧实球形结构阶段,DlGPX mRNA的转录水平逐渐升高,在胚性紧实球形结构阶段降到最低水平,子叶形胚阶段又上升到与不完全胚性紧实球形结构阶段相当的水平。     

龙眼胚性愈伤组织DlHOS1基因克隆与表达分析

以龙眼胚性愈伤组织为材料,采用RT-PCR和RACE-PCR技术对植物抗寒重要调控因子HOS1(DlHOS1)进行克隆,并进行密码子使用偏爱性、生物信息学和低温胁迫下表达等方面的分析。结果表明:DlHOS1基因序列全长3 577 bp,包含ORF 3 000 bp,编码999个氨基酸,5’UTR和3’UTR分别162 bp和415 bp(GenBank登录号:KY990404);密码子使用偏爱性分析表明,DlHOS1密码子的选择偏爱性较弱,偏爱以A/T结尾;生物信息学分析结果表明,DlHOS1编码的蛋白属于不稳定的疏水性跨膜蛋白,不含信号肽,定位于细胞质和细胞核,二级结构富含α螺旋,与柑橘的亲缘关系较近;qPCR结果发现,DlHOS1能够响应低温胁迫诱导,总体上低温下其表达水平上升。研究结果认为,DlHOS1参与龙眼抗寒和低温胁迫过程。      

龙眼胚性愈伤组织ACC合成酶基因（DL-ACS1）的克隆及表达分析

以龙眼(Dimocarpus longan Lour.)胚性愈伤组织为材料,采用同源克隆和RACE方法分离得到龙眼胚性愈伤组织乙烯合成限速酶DL-ACS1(1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase)基因的cDNA全长序列(GenBank,FJ617537),共1 817 bp,包含了5’非编码区(73 bp),开放阅读框(1 437 bp),3’非编码区(307 bp)。该cDNA开放阅读框的氨基酸序列(含478个氨基酸)与其它植物ACS具有77%～63%同源性,属于ACC Synthase家族。实时荧光定量PCR分析表明,该基因在龙眼体细胞胚胎(以下简称龙眼体胚)各阶段的表达量存在较大的时期差异,其中,球形胚(Stage 5)的表达量最高,鱼雷形胚(Stage 7)的表达量最低。     

龙眼古树胚性愈伤组织Dlwrky44基因的克隆及分析

参考龙眼转录组数据库信息,以莆田宝庵寺的龙眼古树“宝树”幼胚诱导的胚性愈伤组织作为试验材料,获得了龙眼古树wrky44基因的全长序列,命名为Dlwrky44,登录号为JF709012,共2313 bp,其中3′UTR458 bp,poly A尾长25 bp,5′UTR 735 bp,并包含1个1119 bp的开放阅读框,编码373个氨基酸.根据推导的氨基酸序列进行生物信息学分析结果表明:D1WRKY44蛋白是不稳定、亲水蛋白;无信号肽和跨膜结构,亚细胞定位于细胞核中;具有2个WRKY结构域,并具有核定位信号,在wrky家族中属第1类.系统进化树分析结果表明:龙眼古树DlWRKY44蛋白与柽柳亲缘关系最近.对龙眼古树EC Dlwrky44基因在不同低温胁迫条件下(0、5、10、15、20、25℃)处理12h的表达进行了分析,结果表明:Dlwrky44基因的表达量随着温度的逐渐降低,表达量逐渐升高,当温度升到15℃时,表达量达到最高.     

龙眼胚性愈伤组织miR398b前体克隆及其在龙眼体胚发生过程中的表达分析

以龙眼松散型胚性愈伤组织为材料,对miR398b前体进行克隆,并分析其在龙眼体胚发生过程中的表达。结果表明:获得长85 bp的龙眼miR398b前体序列(GenBank登录号:GU968639),该前体与葡萄、毛果杨的miR398b前体序列具有较高的同源性,并包含长21 bp的miR398b成熟序列;其在龙眼体胚发生过程中的表达具有组织特异性,主要在球形胚和子叶形胚阶段大量积累,在松散型胚性愈伤组织、胚性愈伤组织II、不完全胚性紧实结构、心形胚和成熟胚阶段中等表达,在鱼雷形胚阶段几乎不表达,说明pre-miR398b主要在龙眼球形胚和子叶形胚阶段起主要作用。     

三明野生蕉β-1,3-葡聚糖酶Mugsp7基因克隆及其在低温处理下的表达分析

以三明野生蕉组培苗为材料,通过RT-PCR技术克隆获得β-1,3-葡聚糖酶基因Mugsp7（β-1,3-glucanase）的 cDNA 和 gDNA 序列,并对该基因进行生物信息学分析和不同低温下的实时荧光定量PCR表达分析,并进一步测定8 ℃处理1、2、3、4和5 d后三明野生蕉叶片β-1,3-葡聚糖酶活性。结果表明：Mugsp7的 gDNA 长 1132 bp,开放阅读框（ORF）长984 bp,具有一个148 bp的内含子,共编码 327 个氨基酸。cDNA、gDNA 的登录号分别为 KU363808和KU363809。生物信息学分析表明,Mugsp7 属于酸性、亲水、稳定性蛋白,不具有信号肽,与小果野蕉、大叶藻、玉米、大麦、水稻等位于同一分支,与小果野蕉亲缘关系较近分为一类。实时荧光定量PCR表明,不同低温处理和8 ℃低温不同时间处理下,Mugsp7 呈现不同表达模式,且三明野生蕉叶片β-1,3-葡聚糖酶活性的测定分析也进一步表明,Mugsp7 能进一步响应低温胁迫。因此,推测 Mugsp7 在三明野生蕉抗寒响应中发挥重要作用。     

龙眼HD-Zip基因家族生物信息及表达分析

为了解龙眼HD-Zip基因家族的功能,本研究基于龙眼基因组与转录组数据库,对提取的19个龙眼HD-Zip家族成员的启动子、可变剪接以及受到调控的miRNA种类进行分析;并采用实时荧光定量PCR技术,分析了在ABA处理下龙眼胚性愈伤组织（embryonic callus,EC）中HD-Zip部分成员的表达模式,以及HD-Zip部分成员在不同体胚阶段的表达模式。结果表明：龙眼HD-Zip家族除含有TATA-box和CAAT-box以外还含有大量的光响应元件、激素响应元件以及胁迫响应元件,暗示龙眼HD-Zip家族成员可能参与光反应、激素响应以及非生物胁迫的过程;龙眼HD-Zip在不同组织部位与不同体胚阶段的可变剪接方式主要以内含子保留为主;龙眼HD-Zip基因家族成员主要受到miRNA166a的调控;在外源激素ABA处理下龙眼EC中HD-Zip家族部分成员的表达模式以及部分成员在不同体胚阶段的表达模式都呈现多样化,推测龙眼HD-Zip参与龙眼不同体胚发育的调控,并且可能通过调节内源ABA的浓度进而影响胚性愈伤组织的生长发育以及形态的建成。     

龙眼胚性愈伤组织miR398a前体的克隆及其在龙眼体胚发生过程中的表达分析

为了解miR398a在龙眼体胚发生中的调控机制,以龙眼胚性愈伤组织为材料,采用RT-PCR法克隆miR398a前体序列,最终成功克隆了长83 bp的龙眼miR398a前体序列(GenBank登录号:FJ973472);该前体与其它物种的miR398前体序列具有较高的同源性,并包含miR398a的成熟序列;利用qPCR技术研究该基因在龙眼体胚发生发育过程中的表达情况,定量分析结果表明,随着龙眼体胚的发育,pre-miR398a在不同胚性培养物中的转录水平存在显著差异:在不完全胚性紧实结构表达量最高,球形胚阶段次之,随后是胚性紧实球形结构、胚性愈伤组织II及松散型胚性愈伤组织,在心形胚、鱼雷形胚阶段和子叶形胚阶段表达量较低。说明pre-miR398a在龙眼体胚发生过程中的表达具有组织特异性和一定的时序性。     

龙眼DlWRKY52基因克隆及表达分析

WRKY转录因子在植物的生长发育和逆境胁迫响应中起着重要作用。前期研究发现,部分WRKY基因（比如DlWRKY52）参与了龙眼的成花诱导和逆境胁迫响应过程。为进一步研究龙眼WRKY基因的功能,以‘四季蜜’龙眼叶片cDNA为模板克隆得到DlWRKY52基因,并对其序列特征、组织表达模式、花果发育过程表达模式及亚细胞定位进行研究。结果表明：DlWRKY52基因的开放阅读框（open reading frame, ORF）全长为918 bp,编码306个氨基酸,具有典型的WRKY结构域和锌指结构,属于Ⅱc型WRKY蛋白。qRT-PCR结果表明,DlWRKY52基因在叶片、茎和果实器官中高表达;在花后80 d的果肉中显著上调表达;特异在‘四季蜜’成花诱导中下调表达。拟南芥原生质体瞬时表达结果显示,荧光信号主要集中在细胞核。上述结果表明,作为典型的转录因子,DlWRKY52编码的蛋白定位于细胞核。DlWRKY52可能参与了龙眼成花诱导及果实早期发育调控。     

龙眼MSIL全基因组鉴定及表达分析

MSIL（Muliticopy suppressor of IRA homolog1-Like）基因是WD重复蛋白的一个亚家族,在植物生长发育过程中发挥重要的作用。为了解龙眼MSIL（DlMSIL）基因家族的生物学功能,本研究基于基因组和转录组数据,采用生物信息学分析法对DlMSIL基因成员进行鉴定,并进行蛋白质结构及理化性质分析、系统发育进化树构建、启动子顺式作用元件分析、龙眼体胚阶段和不同组织器官表达情况以及GA₃处理下的定量表达分析。结果表明：DlMSIL基因家族含有6个成员属于WD40和CAF1C_H4-bd超家族,可分为3类;DlMSIL蛋白编码393~551 aa,等电点为4.68~7.62,该家族成员均不属于分泌蛋白;基因家族成员的内含子数目在4~14之间;DlMSIL启动子序列包含大量非生物胁迫响应元件及MYB结合位点,推测DlMSIL基因家族可能参与多种非生物胁迫反应;DlMSIL可能参与不同胚胎的发育过程和不同组织器官的形态建成。GA₃处理下的表达分析显示高浓度时,DlMSI1a与DlMSI1c的表达受到了一定的抑制,而DlMSI4a的表达量呈现先下降后上升再下降的趋势,推测DlMSIL可能参与激素响应途径。本研究表明,DlMSIL基因家族成员可能参与胚胎发育、激素信号通路以及非生物胁迫反应等多种生物学功能,体现了龙眼MSIL基因家族功能具有多样性。     

龙眼生长素受体基因TIR1的克隆及表达分析

为进一步明确龙眼生长素受体基因TIR1的结构和功能,本试验采用RT-PCR和RACE-PCR对龙眼胚性愈伤组织2个TIR1基因(分别命名Dl TIR1-1和Dl TIR1-2)进行克隆,并进行生物信息学和表达分析。研究结果表明:Dl TIR1-1全长4 343 bp,包含ORF 1 755 bp,编码584个氨基酸(Gen Bank登录号:KR558759),而Dl TIR1-2全长2 821 bp,包含ORF 1 926 bp,编码641个氨基酸(Gen Bank登录号:KR558760)。生物信息学分析结果表明,Dl TIR1-1和Dl TIR1-2理化性质较为一致,均属于不稳定蛋白,不含信号肽,具有跨膜螺旋;亚细胞定位于细胞质中,分别含有31个和45个蛋白磷酸化位点;系统进化树分析显示,Dl TIR1-1与十字花科的亚麻荠和甜菜处于同一分支,而Dl TIR1-2与甜橙和胡杨等木本植物保持较近的遗传距离。q PCR结果表明,Dl TIR1-1和Dl TIR1-2在龙眼体胚发生过程中和不同组织器官中的表达模式较为一致,且在非胚性愈伤组织、根和花中表达量最高;此外,在一定的浓度范围内,IAA、ETH、ABA和GA3均能适当提高龙眼TIR1的表达量,而添加Me JA却明显抑制TIR1的转录。上述结果表明,Dl TIR1-1和Dl TIR1-2可能具有相似功能,且均参与龙眼非胚性愈伤组织形成、根系分化以及花器官发育,此外龙眼生长素信号转导途径可能受多种植物激素调控。     

甘蔗MYB转录因子基因ScMYB52-1的克隆及表达特性分析

MYB转录因子家族成员广泛参与植物的各种生物学过程,在调控植物适应非生物逆境过程中起关键作用。为分离甘蔗（Saccharum spp.）逆境响应MYB基因并研究其功能,本文应用3°RACE的方法,从甘蔗品种ROC22中克隆到一个R2R3-MYB转录因子基因,命名为ScMYB52-1。生物信息学分析表明,该基因cDNA序列长度为1072 bp,开放阅读框（ORF）长度为696 bp,5°非翻译区长54 bp,3°非翻译区长322 bp。该ORF编码231个氨基酸,推导蛋白的分子量为26.65 kDa,含有2个串联的MYB结构域。ScMYB52-1推导蛋白与模式植物拟南芥中的MYB家族蛋白的进化树聚类分析结果表明,ScMYB52-1蛋白与AtMYB52和AtMYB54的亲缘关系较近;进一步的多序列比对分析结果表明,上述三者蛋白质N端的MYB结构域序列高度一致,且三者的预测蛋白质三级结构类似,表明它们可能具有类似的功能。实时荧光定量PCR结果显示,ScMYB52-1在甘蔗组培苗的根中对PEG处理总体上不敏感,在叶中仅在3 h时短暂上调;ScMYB52-1在叶中受外源ABA和NaCl胁迫的诱导,在处理0.5 h均迅速上调表达,表达量分别为对照的3.35倍和2.75倍,并在处理期维持高于对照的水平;在根中受外源ABA和NaCl胁迫的抑制,在处理0.5 h时就开始下调表达,在处理24 h时表达量分别下调为对照的12%和40%,并在处理周期内总体上维持低于对照的水平。亚细胞定位分析表明,ScMYB52-1-GFP重组蛋白定位在烟草叶肉细胞的细胞核中。酵母双杂交自激活活性鉴定结果表明,ScMYB52-1蛋白无自激活活性。以上结果表明ScMYB52-1参与了甘蔗对高盐胁迫的应答,并可能受ABA信号通路的调控,在叶和根中存在差异的调控机制。本研究结果为进一步理解该基因在甘蔗非生物逆境适应过程中的功能及分子调控机制提供了初步的信息。     

茉莉花JsMYB108和JsMYB305基因的克隆及其对TPS基因的激活作用

基于茉莉花叶转录组（GenBank登录号为GHOY00000000）筛选了2个在花瓣中及夜间优势表达,且与其他物种中香气调控转录因子同源度高的MYB基因进行克隆并分析了它们在花朵开放中的表达模式。2个MYB基因编码序列长度分别为864 bp和588 bp,编码287 aa和195 aa个氨基酸残基。分别与拟南芥AtMYB108及AtMYB24亲缘关系相近,与油橄榄（Olea europaeavar. sylvestris）MYB108-like protein和MYB305-like protein相似度最高,分别命名为JsMYB108和JsMYB305。JsMYB108和JsMYB305在夜间表达量显著高于白天,与4个茉莉花萜类合成酶基因JsTPS表达特征一致。为探究JsMYB108和JsMYB305是否参与萜类香气调控,将其构建至植物表达载体pK7FWG2.0（35 S启动子,GFP报告基因）中,利用茉莉花茎段愈伤组织遗传转化体系检测其对愈伤组织中4个JsTPS基因表达水平的影响。结果显示：转化了JsMYB108和JsMYB305的愈伤组织内能检测到GFP荧光和2个MYB基因转录本;JsMYB108可显著提高JsTPS2表达水平,JsMYB305可显著提高4个JsTPS基因的表达,暗示JsMYB108和JsMYB305可能不同程度地参与了萜类合成的调控。该研究结果为今后茉莉花香气调控的深入研究提供参考。     

澳洲坚果MiSTPP3和MiSTPP7基因克隆与表达分析

以澳洲坚果品种‘O.C.’为试材,利用RT-PCR技术克隆获得2个丝氨酸/苏氨酸磷酸酶基因,分别命名为MiSTPP3和MiSTPP7,其编码序列长度分别为2095 bp和1700 bp。序列分析和系统进化分析表明,MiSTPP3含有MPP_PP5_C结构域,属于PP5亚家族;MiSTPP7含有MPP_PP7结构域,属于PP7亚家族。蛋白理化性质和亚细胞定位分析表明,MiSTPP3是一个稳定的亲水性蛋白,可能定位于质膜;MiSTPP7是一个不稳定的亲水性蛋白,可能定位于线粒体基质。生物信息学分析表明,MiSTPP3和MiSTPP7都是非分泌跨膜蛋白,其二级和三级结构的主要元件都是α螺旋、无规则卷曲和延伸链。RT-qPCR分析表明,MiSTPP3和MiSTPP7在澳洲坚果根、茎、叶、花和小果中都有不同的表达量;MiSTPP3受低温胁迫下调表达,而MiSTPP7上调表达,且二者都受干旱胁迫上调表达。因此,推测MiSTPP3和MiSTPP7可能参与澳洲坚果的生长发育及逆境胁迫反应。