玉米ZmMGT12基因的表达分析及拟南芥遗传转化

CorA/MRS2/MGT-型镁离子转运蛋白在植物镁离子吸收、转运、分配中有着重要作用。为了探究一个编码蛋白定位于叶绿体的玉米镁离子转运蛋白基因Zm MGT12的功能,对其表达模式、表达量与叶绿素合成间的相关性进行了分析,同时构建了过表达载体并遗传转化了拟南芥。表达分析表明,Zm MGT12在各组织部位中均表达,其中在叶中的表达量最高,大约是根的13倍;此外,Zm MGT12在叶中的表达受光诱导,且具有昼夜节律模式。相关性分析表明,Zm MGT12在叶中的表达量与叶绿素合成具有一定的相关性。转基因分析表明,过表达Zm MGT12没有改变转基因拟南芥植株的生物量、叶绿素含量、叶绿体中镁离子浓度。本研究分析了Zm MGT12详细的表达模式、表达量与叶绿素合成间的相关性,并构建了其过表达载体并对拟南芥进行了遗传转化,有助于确定其在植物中的功能。     

紫苏溶血磷脂酰转移酶基因PfLPAAT的克隆及功能研究

溶血磷脂酰转移酶(Lysophosphatidicacidacyltransferase,LPAAT)是植物甘油三酯生物合成的关键酶,通过研究紫苏LPAAT基因(PfLPAAT)在油脂积累过程中的功能,为揭示植物油脂积累的分子机制提供参考。本研究利用RT-PCR法获得PfLPAAT,采用生物信息学方法分析PfLPAAT的推定蛋白的基本理化性质、跨膜结构域和亚细胞定位等,并进行同源蛋白的系统发育分析。使用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)方法对PfLPAAT在紫苏不同组织及种子不同发育时期的表达水平进行了分析。构建植物表达载体pCAMBIA1303-PfLPAAT,通过花序侵染法转化拟南芥,并对转基因拟南芥种子的含油量及脂肪酸组成进行分析。结果表明PfLPAAT序列长度为1149 bp,编码382个氨基酸,推定蛋白的理论等电点为9.60,分子质量为43.02kD。生物信息学分析表明,PfLPAAT蛋白在内质网行使功能,属于PLN02380超家族。qRT-PCR表明, PfLPAAT在紫苏的各组织中均有表达,其中在叶片和开花后15 d的种子中达到最高水平。与野生型拟南芥相比,转基因拟南芥...     

含铁蛋白cyb5融合基因莱茵衣藻核转化表达载体的构建及转化

旨在构建并转化细胞色素cytb5基因的衣藻核转化表达载体,为其在衣藻叶绿体中对铁的利用情况研究奠定基础。将克隆的PsaD信号肽、细胞色素b5和增强型绿色荧光蛋白基因的基因融合,插入到pDBle载体中;采用玻璃珠法,将重组子导入莱茵衣藻(CW15)中;经博来霉素筛选获得转基因植株并鉴定。本项研究通过分子克隆技术获得了衣藻自身来源的PsaD信号肽、裂殖酵母来源的细胞色素b5和常用增强型绿色荧光蛋白基因片段;重组质粒pDBle-b5、pDBle-bG和pDBle-TbG测序完全正确;经博来霉素抗性筛选,获得转化衣藻单克隆;通过PCR检测转化衣藻基因组DNA,扩增片段与预期相符。实验结果表明,成功构建了pDBle-b5、pDBle-bG和pDBle-TbG衣藻核转化表达载体,重组质粒已整合到莱茵衣藻基因组中。     

甘蓝型油菜iMyAP9、iMyAP12基因过表达载体的构建及转化拟南芥

诱导型黑芥子酶协助蛋白(iMyAP)往往与黑芥子酶和黑芥子酶结合蛋白一起以复合体的形式存在,对植物的防御系统有着重要的作用。为了研究黑芥子酶协助蛋白在植物响应非生物胁迫方面的功能,通过以pBI121为载体,分别构建了CaMV35S::iMyAP9和CaMV35S::iMyAP12,浸花法转化拟南芥,用卡那霉素对转化植株进行筛选,并对抗性苗进行PCR检测,初步得到67株转基因植株;提取转基因拟南芥中RNA进行RT-PCR表达分析,结果表明,iMyAP9基因和iMyAP12基因在随机挑选的转基因拟南芥中获得了有效的表达。拟南芥转基因植株的获得为进一步探讨iMyAP9基因、iMyAP12基因的生物学功能奠定了基础。     

质膜内在蛋白ZmPIP1;1参与玉米耐旱性和光合作用的功能分析

质膜内在蛋白(plasma membrane intrinsic proteins,PIPs)是水通道蛋白主要亚家族成员之一,在植物生长发育过程中具有重要调节功能。前期研究表明,玉米ZmPIP1;1基因表达受到渗透和盐胁迫的强烈诱导,但其在玉米中的生物学功能尚不明确。本研究通过玉米遗传转化获得了ZmPIP1;1超表达转基因株系,干旱胁迫实验揭示了ZmPIP1;1超表达转基因株系较野生型具有较低的水分散失率及较强的干旱胁迫耐性。转录组测序结果表明参与ABA生物合成及其信号通路相关基因的表达水平发生了显著变化。在田间正常生长条件下,ZmPIP1;1超表达转基因植株与野生型在生长发育过程中没有明显差异,但转基因玉米株系具有较高的光合效率,粒宽和百粒重增加,玉米单果穗的产量提高。此外,通过荧光双分子互补实验观察到ZmPIP1;1和ZmPIP2;6蛋白在玉米叶肉细胞原生质体的细胞质膜和叶绿体膜上存在互作,并且可能导致了ZmPIP蛋白的重定位。该研究为ZmPIP1;1分子机制的解析奠定了重要基础,为玉米高光效分子设计育种开辟了新的途径。     

洋葱orf393基因线粒体定位表达载体构建及功能初探

通过转基因拟南芥表型分析对洋葱线粒体差异表达基因orf393的功能进行了初步研究。通过In-Fusion Cloning的方法,将基因orf393与编码线粒体定位的靶向肽序列Rf1b5'融合,构建了orf393基因的线粒体定位表达载体pROK2-Rf1b5'-orf393,通过花序浸染法成功转化至野生型拟南芥,获得了雄性育性降低的拟南芥转基因植株,转基因植株的雄蕊花丝变短,柱头表面光滑几乎没有花粉附着,花药颜色暗淡无法正常开裂,种荚短小皱缩、结实率低。亚历山大染色实验结果显示,转基因植株的花药中花粉量少,仅含有极少量的活性花粉。初步证明线粒体基因orf393与细胞质雄性不育有一定关系,为明确orf393参与洋葱细胞质雄性不育的分子机制提供了参考。     

陆地棉GhLEA3基因的克隆及其响应低温胁迫表达分析

【目的】本研究旨在探索棉花GhLEA3基因的结构特征及其在低温胁迫下的表达模式,研究其抗逆功能。【方法】利用同源序列克隆法在陆地棉中克隆GhLEA3;采用生物信息学方法分析其蛋白质性质,构建系统进化树。采用In-Fusion连接技术构建融合蛋白表达载体35S∷GhLEA3-GFP并进行亚细胞定位;在棉花三叶期进行叶片低温表达分析;采用农杆菌介导的花序浸染法将GhLEA3基因转入拟南芥;对T_3转基因拟南芥种子进行4℃低温萌发试验;低温处理后测转基因拟南芥叶片的电导率。【结果】GhLEA3基因编码序列全长1 218bp,编码405个氨基酸;GhLEA3蛋白含有4个功能结构域PF02987。陆地棉GhLEA3与拟南芥AtLEA3氨基酸序列之间相似性为52.6%。GhLEA3蛋白可能定位在液泡和小泡中。GhLEA3基因在低温处理的棉花叶片中上调表达。T_3转基因拟南芥低温萌发率显著高于野生型,低温处理后转基因拟南芥叶片电导率显著低于野生型。【结论】陆地棉GhLEA3属于典型的LEA3家族成员,与拟南芥AtLEA3亲缘关系最近;该基因响应低温胁迫,可能在抗冷中起重要作用。     

棉花accD基因植物表达载体的构建与遗传转化的研究

摘要：乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)催化脂肪酸合成的第一步,是脂肪酸合成的限速酶。本研究采用PCR方法分别从陆地棉和拟南芥基因组中扩增出ACCase羧基转移酶β-CT亚基编码基因accD,ACCase羧基转移酶α-CT亚基编码基因CAC3的定位于叶绿体的转运肽序列。将CAC3基因转运肽序列与accD基因进行体外重组,构建融合植物表达载体pBI-CAC3tp-accD。重组质粒通过冻融法转化根癌农杆菌GV3101。渗透法转化拟南芥,收种子,在含卡那霉素的MS培养基中发芽筛选。用叶盘法转化烟草,经不定芽诱导、生根培养,获转基因烟草植株。T1代转基因拟南芥和转基因烟草植株经卡那霉素检测、PCR、RT-PCR检测后,初步表明目的基因已在植株中转化成功,并可以正常转录。     

拟南芥AtZFN3基因RNA干扰载体的构建与表达

为了构建具有发夹结构的RNAi表达载体来研究拟南芥AtZFN3基因表达的效果。根据拟南芥(Arabidopsis thaliana)锌指蛋白AtZFN3基因序列,设计含有酶切位点的两对特异性引物。以拟南芥cDNA为模板,分别合成用于构建干扰载体的正、反义DNA片段,将正、反义片段分别插入表达载体pART27的相应位置上,构建含有发夹结构的RNAi载体pART-ZFN3。利用农杆菌介导法,将pART-ZFN3转化到拟南芥中,PCR检测证实获得了5株转基因植株,经荧光定量PCR检测,证明了转基因植株中AtZFN3基因表达量显著低于未转基因的植株。结果表明:具有发夹结构的RNAi载体pART-ZFN3已构建成功,它对拟南芥AtZFN3基因的表达具有抑制作用,为深入分析拟南芥AtZFN3基因功能提供了基础。     

基于Cas9-Free的拟南芥ALB3基因编辑载体构建及验证

建立一种高效安全的基因定点编辑体系,为研究植物的光合作用途径以及生理代谢过程提供理想材料。针对拟南芥靶基因ALB3设计2个sgRNA,引导Cas9蛋白识别PAM位点,从而实现ALB3基因的大片段敲除;将荧光筛选标记基因mCherry组装到CRISPR/Cas9载体中,构建一种带有荧光筛选标记的CRISPR/Cas9载体;利用农杆菌转化法转化拟南芥,对其后代进行筛选验证,在倒置荧光显微镜下挑选便可获得Cas9-Free的纯合突变种子。测序结果表明,含有可视化筛选标记基因的拟南芥ALB3基因编辑载体序列与预期一致,由此证明载体构建成功;通过倒置荧光显微镜观察,发现阳性转化拟南芥T_0种子含有红色荧光标记,表观观测以及分子鉴定表明T_1植株得到纯合突变后代,条带大小小于野生型,白化突变性状明显。挑选T_1不含荧光的种子进行培育得到的T_2植株,经分子鉴定发现已成功实现Cas9-Free且植株白化。本研究成功构建了一种带有荧光筛选标记且可实现拟南芥ALB3基因敲除的CRISPR/Cas9载体,并获得Cas9-Free的纯合突变植株,为拟南芥基因高效编辑载体的构建以及Cas9-Free基因编辑后代的获得提供了借鉴与参考。     

玉米ZmPti1在转基因拟南芥中的亚细胞定位

Pti基因不但在植物的抗病信号传导中起着非常重要的作用,而且玉米中一个类Pti1基因——ZmPti1还参与了植物抗盐的信号传递。为了研究ZmPti1 在植物体内亚细胞水平上的分布情况,利用绿色荧光蛋白基因(GFP)为报告基因,分别构建了以35S 为启动子表达ZmPti1-GFP 融合蛋白和GFP游离蛋白的植物表达载体pGreen0029-35S∷ZmPti1-GFP 和pGreen0029-35S∷GFP, 通过花浸蘸法转入拟南芥中进行过量表达。在共聚焦激光扫描显微镜下观察ZmPti1在植物细胞中的定位。研究结果表明: ZmPti1是一个可溶性蛋白,定位在细胞质内。     

拟南芥长链脂肪醇氧化酶(AtFAO3)在抗病防卫反应中的作用分析

长链脂肪醇氧化物酶(FAO)基因编码一个与膜结合,包含黄素,产生H_2O_2的长链脂肪醇氧化酶.在拟南芥基因组中包含4个FAO同源基因.然而,拟南芥FAO在响应非生物和生物环境胁迫中起何种作用还不得而知.本研究中,我们分析了拟南芥AtFAO3在植物防卫病原细菌Pseudomonas syringae pathovar(pv.)tomato strain DC3000(Pst DC3000)中的作用.拟南芥原生质体细胞瞬时表达AtFAO3偶联GFP融合蛋白表明,AtFAO3定位于细胞膜.与野生型植株相比,拟南芥AtFAO3基因T-DNA插入突变体Atfao3在正常条件叶片中H_2O_2含量下降,在氧胁迫或生物胁迫下积累活性氧含量减少.接种病原细菌Pst DC3000后,与野生型植株相比,Atfao3突变体体内细菌繁殖数量增加,叶片病害症状加重,防卫相关基因PR1、PR2和PAL表达减弱.我们基于以上T-DNA突变体分析结果表明,AtFAO3在植物对病原细菌防卫中起重要作用.     

Isolation and Characterization of GhLEA3 Gene from Upland Cotton and Its Expression in Response to Low Temperature Stress

[Objective] Based on the analysis of cotton GhLEA3 gene structure and its expression model in chilling stress, we investigated the resistance function of GhLEA3 in response to cold stress. [Method] We cloned GhLEA3 from upland cotton by homologous sequence cloning way. We analyzed the properties of the GhLEA3, and constructed phylogenetic tree by bioinformatics analysis. We constructed the transient expression vector 35S∷GhLEA3-GFP by In-Fusion connection technology and studied the subcellular localization of GhLEA3. The expression of GhLEA3 gene in leaves of TM-1 at three-leaf stage under low temperature stress treatments (4 ℃, 24 h) was performed. Agrobacterium tumefaciens mediated floral dipping method was used to transform the gene with expression vector 35S∷GhLEA3-GFP into Arabidopsis thaliana wild type. Low temperature germination experiment at 4 ℃ was conducted to verify germination ability of the transgenic Arabidopsis thaliana T₃ seed. The transgenic Arabidopsis seedlings were treated at 4 ℃(low temperature), and all the leaves were taken to measure their electrical conductivity. [Result] The coding sequence of GhLEA3 gene is 1 218 bp, which encodes 405 amino acids. GhLEA3 protein includes 4 functional domains of PF02987. Phylogenetic analysis showed that the similarity of amino acid sequences between upland cotton GhLEA3 and Arabidopsis thaliana AtLEA3 was 52.6%. GhLEA3 might be mainly localized in vacuoles and small vesicles. GhLEA3 was up-regulated in leaves after low temperature treatment. The germination rate of transgenic Arabidopsis thaliana of T₃ generation at low temperature was significantly higher than that of wild type, and its electrical conductivity of leaves after low temperature treatment was significantly lower than that of wild type. [Conclusion] GhLEA3 belonged to the member of LEA3 family. Phylogenetic analysis showed that GhLEA3 had the closest relationship with AtLEA3. GhLEA3 was induced by low temperature stress and may play an important role in improving cold resistance.     

DREB1C-GFP融合基因植物表达载体的构建

为了便于转基因植株的分子检测,利用重叠延伸PCR（gene splicing by overlap extension PCR,SOE PCR）方法克隆来自于水母的绿色荧光蛋白基因（GFP）和来自于拟南芥的目的基因DREB1C转录因子,并对其进行改造获得融合基因。通过酶切和连接,将融合基因构建到表达载体pCAMBIA1301上,获得了具有DERB1C和GFP基因的重组表达载体pDR1-GFP,酶切和测序结果表明,该融合基因与设计相符。     

重叠延伸PCR技术在单碱基定点突变中的作用

氨基酸通透酶(amino acid permease,AAPs)是一种跨膜转运蛋白,广泛参与植物体内氨基酸的吸收与转运。本试验通过重叠延伸PCR技术对氨基酸通透酶基因进行单碱基定点突变,以便为今后研究植物对外源氮的吸收与利用率奠定基础。本研究根据Tair数据库中拟南芥AtAAP1基因序列,利用Primer Premier 5.0软件设计含有1个突变位点的2对互补的定点突变引物和1对带有pCAMBIA3301-GFP载体的多克隆位点的接头引物,以野生型拟南芥叶片的cDNA为模板,进行3次PCR扩增,将获得的突变基因片段连接到pCAMBIA3301-GFP载体上,转化DH5α感受态细胞。将筛选的阳性菌株送至公司测序,测序结果表明拟南芥AtAAP1基因的第908位碱基A突变为T,实现了单碱基定点突变,这与预计结果相同,说明成功依靠重叠延伸PCR技术做到目的基因的定点突变。该技术能方便快速地获得定点突变序列,为进一步研究AtAAP1基因的功能奠定了基础。     

番茄冷诱导基因SlCMYB1的克隆及其在水稻中异源表达研究

从番茄中克隆了一个编码MYB转录因子家族R2R3-MYB亚类基因SlCMYB1。不同逆境胁迫下的表达模式分析结果表明,该基因受低温、高盐、干旱和ABA胁迫诱导表达。洋葱表皮亚细胞定位研究表明,SlCMYB1为核定位蛋白。为深入了解SlCMYB1基因与非生物逆境应答的关系,我们构建了SlCMYB1基因过表达载体来转化水稻,获得了16个转基因水稻株系。SlCMYB1在水稻中异源表达能显著提高转基因水稻植株的苗期抗冷性,增加脯氨酸合成的关键酶基因OsP5CS1,膜转运蛋白基因OsWCOR413等低温胁迫应答基因的表达水平,这暗示着SlCMYB1与OsP5CS1、OsWCOR413基因处于同一低温调控信号转导路径。本研究结果为通过遗传工程操控低温信号通路的方法改良冷敏感植物抗冷性提供了理论基础。     

小麦小G蛋白Tarab5B基因全长cDNA克隆及表达特性的初步分析

通过对白粉病菌诱导的小麦叶片cDNA文库的测序,获得1个与水稻Rab5B基因一致性达89%的序列.以该序列为信息探针,筛选小麦EST数据库并进行电子拼接.根据拼接结果设计引物,利用RT-PCR方法获得了1个小麦中尚未鉴定的全长cDNA克隆Tarab5B.Tarab5B基因编码的蛋白具有结合GTP/GDP的4个保守结构域以及Rab家族成员所特有的结构域.同源分析表明,该基因属于Rab5B亚族.麦类Rab5B蛋白的GDSGVGKS、DTAGQE、NKAD、ETSA和MGCSSS 5个结构域在进化上非常保守,而YYRGA结构域及其邻近的C端6个氨基酸残基在小麦材料间同源性很低.RT-PCR检测显示,抗、感两个材料Tarab5B基因在接种后24 h和未接种24 h的表达水平基本相同;在接种后1 h、4 h、7 h、12 h,抗、感两个材料间Tarab5B基因的表达水平有一定差异.     

野生大豆胁迫应答膜联蛋白基因的克隆及胁迫耐性分析

野生大豆对非生物胁迫具有优良的抗性,是研究胁迫机制、挖掘抗性基因的理想材料。以耐盐野生大豆为试材,利用前期获得的盐胁迫基因芯片杂交结果和EST数据库,筛选出1个响应胁迫的3'-EST,序列分析表明,该EST编码膜联蛋白(annexin,ANN)。通过改进的5'-RACE获得了该基因的完整编码区,翻译产物与拟南芥膜联蛋白的相似性为57%,将该基因命名为GsANN。GsANN基因的翻译产物具有膜联蛋白家族特征性的结构域,无强烈的亲水/疏水性,无信号肽,无跨膜结构域,与已报道的植物ANN蛋白一致。亚细胞定位结果表明GsANN蛋白在细胞内聚集于质膜附近。GsANN基因在野生大豆叶中受盐及干旱胁迫的诱导,超量表达GsANN基因的拟南芥对盐胁迫和干旱胁迫的敏感性提高,揭示了该基因与植物抗性间的关系。     

大白菜NPR家族基因鉴定及表达模式分析

为明确大白菜NPR转录辅助因子在大白菜基因组中的数量、结构和表达特点,揭示NPR在水杨酸信号途径调控大白菜生长发育过程中的作用。本研究利用拟南芥资源信息库TAIR10和芸薹属基因组网站Brassica Database鉴定大白菜基因组中的NPR家族成员,并对其蛋白和基因特性进行生物信息学分析。鉴定出大白菜基因组中包括11个NPR家族基因,分别定位在大白菜7条染色体上,具有1~5个外显子不等。BrNPR家族蛋白可聚类为6个分支,包含11个保守元件,并且所有BrNPR家族成员均含有DUF和Ank两个保守结构域,其中BrNPR1-4成员基因的编码区均含有核定位信号(NLS)。基因表达模式检测结果表明部分大白菜NPR基因在不同组织中具有组织特异的表达模式,BrNPR1B在根、茎和叶及BrNPR3B在花和种荚中表达显著,绝大部分BrNPR基因受盐胁迫诱导表达,部分BrNPR基因受根肿菌侵染诱导表达。本研究可为后续大白菜NPR基因的功能验证提供依据。     

1个新棉花bHLH类基因GhbHLH130的克隆及表达分析

近年来,已发现碱性/螺旋-环-螺旋(basic/Helix-Loop-Helix,bHLH)类转录因子家族在植物的生长发育调控中发挥重要作用。本研究通过电子克隆方法得到1个新的棉花bHLH类转录因子基因的全长序列,利用反转录-PCR技术从陆地棉中分离出1个bHLH类转录因子基因,并命名为GhbHLH130。该基因包含1个552 bp的开放阅读框,编码184个氨基酸残基。序列分析表明GhbHLH130蛋白包含1个螺旋-环-螺旋(Helix-Loop-Helix)保守结构域,属于bHLH转录因子家族。实时荧光定量分析结果表明GhbHLH130基因的表达受干旱、高盐、低温以及外源脱落酸的显著诱导。亚细胞定位结果表明GhbHLH130基因在细胞核内表达。本研究结果表明GhbHLH130基因可能作为调控基因参与棉花的逆境应答响应过程。