巴西橡胶树HbMlo9基因克隆及其序列特征分析

Mlo基因是一类重要的抗病基因,该基因的隐性突变可赋予植物广谱持久的抗病性。本研究以葡萄Mlo9(VvMlo9)基因为探针对巴西橡胶树的EST和转录组数据库进行同源搜索,并将获得的同源EST序列进行拼接,得到巴西橡胶树Mlo9基因的cDNA序列。采用RT-PCR方法成功克隆了橡胶树的Mlo9基因,并命名为HbMlo9。序列分析结果表明,该基因的开放阅读框(ORF)为1 725 bp,编码574个氨基酸,分子量为65.35 ku,等电点为8.93。对HbMlo9蛋白结构域的分析结果发现,该蛋白具有Mlo保守结构域,包含9次跨膜结构和1个典型的N端信号肽。系统进化关系分析结果发现,Mlo是1个比较保守的蛋白家族,HbMlo9与蓖麻Mlo同源性最高,达到88%,其次是桃Mlo(79%)和葡萄VvMlo9 (78%)。本研究为验证该基因在巴西橡胶树抗病中的功能奠定基础。     

全基因组水平上芸薹属Mlo抗病基因的比较分析

为揭示植物广谱抗病机制,创造优良的抗白粉病新抗源,了解芸薹属全基因组水平的MLO基因家族,利用保守结构域的隐马模型,分析拟南芥、白菜、甘蓝和油菜中123个MLO类型抗病基因。进化分析发现,拟南芥和芸薹属物种Mlo抗病基因的进化树非常清晰地分成3个亚组。关系分析显示,拟南芥Mlo3和Mlo9基因在芸薹属物种中并没有找到对应的同源基因。通过跨膜结构域分析发现,71个MLO类型抗病基因有超过7个跨膜结构域,且包含超过12个外显子结构。这些基因符合MLO类型抗病基因的典型特征,可能是四个物种中主要的功能基因。通过对71个Mlo抗病基因的保守结构域分析发现,四个物种中均含有1个共有的保守氨基酸序列(长度462aa),这段保守的氨基酸序列可能是Mlo基因的主要功能序列。除了Mlo3和Mlo9,其余Mlo基因都发生了不同程度的扩张。     

玉米肉桂醇脱氢酶基因ZmCAD4的克隆和生物信息学分析

肉桂醇脱氢酶(CAD)是木质素生物合成途径的限速酶。对玉米B73基因组数据库和NCBI数据库中注释为玉米B73 CAD的基因进行挖掘和筛选,对其中1条玉米肉桂醇脱氢酶基因ZmCAD4克隆,并进行生物信息学分析。结果表明,共筛选到12条玉米CAD基因,克隆的ZmCAD4基因编码区全长1 104 bp,编码367个氨基酸。ZmCAD4蛋白含有典型的CAD1结构域、Zn结合位点和NADP结合位点,不含有跨膜结构域和信号肽,为非分泌蛋白,亚细胞定位预测定位在细胞质中。蛋白三级结构预测与拟南芥AtCAD5蛋白相似,相似度达到73.80%。系统进化分析表明,ZmCAD4与芒草、高粱等禾本科植物亲缘关系最近。     

玉米雄性不育基因Zmms1的同源克隆及生物信息学分析

利用水稻雄性不育相关基因Osms1同源克隆玉米中的同源基因Zmms1,用生物信息学方法对水稻Osms1及玉米Zmms1基因核苷酸序列以及蛋白质结构、亲水性和疏水性及进化树等进行分析。结果表明,水稻雄性不育相关基因Osms1编码区长度为2 232 bp,编码679个氨基酸,Zmms1编码区长度为2 461 bp,编码670个氨基酸。通过对ms1蛋白功能结构域进行分析发现,Zmms1和Osms1同为PHD-ZF超家族成员,二者具有相同的功能结构域和近似的三级结构,因此推测,Zmms1可能与Osms1具有相似的功能。     

玉米CBL基因的生物信息学分析

利用生物信息学方法从玉米的基因组中鉴定出10个CBL基因,并对这些基因的染色体分布、进化、蛋白基序、顺式反应元件进行了系统分析。结果表明,玉米的CBL基因分为3个不同的进化类群,在基因组中的分布是不均匀的,而且都含有响应逆境信号的不同顺式反应元件。玉米CBL基因预测编码的蛋白都含有3个EF-手型结构,而且被预测定位在不同的细胞组分中。说明它们可能参与玉米的逆境响应过程,而且在功能上各不相同。     

小麦β-酮脂酰CoA合成酶基因KCS的克隆与酵母表达

超长链脂肪酸是生物体内众多重要物质的合成底物。KCS基因编码β-酮脂酰CoA合成酶,该酶具有底物特异性,参与超长链脂肪酸延伸的缩合反应,是超长链脂肪酸合成的限速步骤。为了探究小麦KCS基因在超长链脂肪酸合成中的功能,采用同源克隆的方法从小麦(Triticum aestivum L.)中克隆出KCS基因后,利用生物信息学对其编码序列进行分析,并在酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中对其进行真核表达。结果表明,小麦TaKCS6基因的开放阅读框为1 287bp,编码428个氨基酸残基。结构域预测结果显示,TaKCS6蛋白含有III型聚酮合酶脂肪酸延伸酶和C末端3-酰基ACP合酶III结构域,属于KCSs蛋白家族。序列比对分析结果显示,TaKCS6氨基酸序列与拟南芥及其他植物的KCS6氨基酸序列在两个功能结构域上和活性位点保守。酵母表达结果显示,TaKCS6基因编码的蛋白参与C24以上超长链脂肪酸的延伸。     

大麦ARF基因家族的全基因组分析

生长素响应因子(auxin response factor,ARF)基因家族是植物特有的转录因子家族,在调控植物生长发育过程中起到重要作用。而关于大麦ARF基因家族全基因组分析的研究尚未见报道。为进一步探讨大麦ARF基因的功能,以公布的大麦栽培品种Morex的基因组数据为基础,采用生物信息学方法鉴定了大麦ARF基因,并对其结构、染色体分布、蛋白保守结构域、系统进化树及表达谱进行了分析。结果表明,共鉴定出了17个大麦ARF基因,除4号染色体外,其余6条染色体上均有分布,片段复制事件是大麦ARF基因家族的主要扩张方式;HvARF蛋白均具有保守的B3结构域和Auxin_resp结构域,而Aux/IAA结构域仅存在于12个HvARF蛋白中,且不同蛋白所含该结构域1~2个不等;不同植物中ARF基因在功能上具有保守性;不同组织器官中HvARF基因的表达存在明显的差异。     

稻瘟病菌MGG14093基因功能的初步研究

根据之前的基因芯片分析,发现在稻瘟病菌侵染水稻的过程中,许多基因被诱导表达。MGG14093为其中一个推测为编码分泌蛋白的未知功能基因,在病菌侵染过程中该基因表达量上调2.906。利用生物信息学在线软件对该基因编码蛋白的特性进行初步分析,并通过RT-PCR扩增进一步分析该基因在稻瘟病菌侵染水稻过程中的表达动态,利用基因敲除和过量表达技术对该基因的功能进行初步研究。结果表明:该基因编码蛋白为定位于胞外的分泌蛋白,没有已知的蛋白结构域,但可能存在几处氨基酸活性位点。MGG14093基因敲除和过量表达后,对稻瘟病菌的营养生长、产孢及附着胞分化没有显著的影响,但该基因过量表达后导致病菌的致病力下降,表明该基因可能参与病菌的致病过程。本研究结果为进一步揭示MGG14093基因的生物学功能奠定了基础。     

基于转录组的荔枝ARF基因家族的鉴定及表达分析

生长素反应因子(Auxin Response Factors,ARFs)是调节生长素表达的转录因子响应基因,ARF基因在植物中大多由多基因家族组成。基于转录组数据,通过生物信息学方法对荔枝ARF基因进行鉴定,并分析其理化性质、亚细胞定位、保守基序、系统进化以及基因的表达模式。在荔枝中鉴定出21个ARF基因,其编码的蛋白质含有53~1 117个氨基酸,分子量约为6.112~123.872 ku,等电点为4.21~9.45。亚细胞定位预测结果显示21个ARF均定位于细胞核。Lc ARFs基因家族具有相对保守的结构,即包含1个保守的B3 DNA结构域、ARF结构域和Aux/IAA结构域。进化树分析表明荔枝ARF蛋白分为5个亚家族。21个荔枝ARF基因在花穗发育过程中有明显不同的表达规律。该结果为进一步深入研究荔枝ARF基因家族的功能奠定了基础。     

甘蔗HD-Zip Ⅰ亚家族转录因子基因ScGT1的克隆和生物信息学分析

Grassy Tiller1(GT1)属于植物HD-Zip Ⅰ亚家族转录因子,通过抑制侧芽萌动和侧枝伸长调控植物分蘖性状。本研究使用RT-PCR和RACE技术从甘蔗品种ROC22中克隆出甘蔗GT1同源基因ScGT1 (MK318528)。生物信息学分析发现该基因cDNA序列包含一个长度为723 bp的开放阅读框,可编码一个含240个氨基酸的蛋白。该蛋白具有一个Homeodomain保守结构域,分子量为26.44kD,理化等电点pI为6.04,属于亲水蛋白,无跨膜结构,不存在信号肽,可能定位于细胞核,参与氨基酸生物合成的可能性较高。蛋白结构及同源性分析表明该蛋白空间结构与高粱和玉米较为相似,Homeodomain结构域高度保守,变异较少。系统发育树分析表明该蛋白属于HD-Zip I亚家族中的gt1 Clade类群,与高粱和玉米GT1亲缘关系较近,初步推测ScGT1可能通过腋芽分生组织发育的调控来影响分蘖表现。该研究可为后续该基因更深入的功能鉴定和分子辅助育种奠定重要的前期基础。     

甘蔗镰孢菌碳水化合物结合模块效应基因Fs11724的分离鉴定及功能分析

甘蔗镰孢菌(Fusarium sacchari)是引起毁灭性病害甘蔗梢腐病(sugarcane pokkah boeng disease,PBD)的主要病原菌之一.病原菌分泌的效应蛋白在病原与植物互作中发挥至关重要的作用.本研究基于课题组前期甘蔗镰孢菌全基因测序数据,设计基因特异性引物,通过RT-PCR扩增得到一个新的...     

茶树硝酸根转运蛋白基因NRT2.5的克隆及表达分析

通过RACE克隆从茶树[Camellia sinensis (L.)]叶片中获得NRT2.5基因cDNA全长序列。所得基因序列全长为2 457 bp,其中开放阅读框为1 362 bp,编码454个氨基酸,推测蛋白分子量为48.7 kD,理论等电点为9.63。生物信息学分析表明,该基因与可可树、拟南芥等的NRT2.5基因具有高度同源性,且其编码的蛋白质具有NRT家族共有的结构特征。实时定量PCR分析表明,NRT2.5基因在茶树不同组织中均有表达,但主要在成熟叶和根中表达;不同氮浓度处理后,茶树NRT2.5基因在低浓度下的表达量高于高浓度下。     

番茄CYP71基因的克隆及其功能的初步分析

分析番茄的EST数据库,获得一条在番茄果实中表达的EST序列CYP71,通过RT-PCR分析表明,该基因在番茄的叶、花、果实中均有表达,其中幼果中表达最强,并受到乙烯的负调控,推测可能与果实的发育成熟相关.进而通过RACE(rapid amplification of cDNA ends)的方法获得了全长为1 637 bp的番茄CYP71基因(GenBank accession No.GQ370622).该片段包括一个完整的开放阅读框(1488 bp),编码495个氨基酸.通过系统进化树分析,属于CYP71家族.将番茄的CYP71基因定向克隆到植物表达载体pBI121中,获得CYP71基因的正、反义植物表达载体pBI121-CYP71s和pBI121-CYP71as,为深入研究该基因的功能奠定基础.     

巴西橡胶树HbMlo8基因的功能研究

Mlo基因是植物体内具有负向调控功能的一类基因。为揭示Hb Mlo8基因在橡胶树中的功能,分析了该基因在巴西橡胶树不同组织中的表达情况,在机械损伤、干旱、白粉菌侵染、ABA、ETH、JA和H_2O_2处理下的表达模式。结果表明:Hb Mlo8基因在橡胶树的树皮、胶乳、花和叶中均有表达,主要在树皮和花中表达。机械损伤、干旱、白粉菌侵染均会使Hb Mlo8在橡胶树叶片中的表达量显著上调。橡胶树叶片中Hb Mlo8基因在ETH处理早期下调表达,处理10 h后开始显著上调。在ABA、H_2O_2和JA处理下,Hb Mlo8基因均呈现下调表达现象。说明Hb Mlo8可能参与橡胶树对白粉菌和非生物胁迫的响应过程以及激素信号转导路径,为阐明Hb Mlo8基因在橡胶树生长和逆境响应机制中的功能研究打下良好基础。     

大豆GmWRKY35基因的克隆及其增强烟草耐旱能力研究

大豆易遭受干旱、盐、低温等非生物胁迫,严重导致产量下降。利用分子生物学技术提高作物抗性是作物育种的有效途径。锌指蛋白是植物中常见的重要转录因子,能够调控多种胁迫诱导基因的表达,有效提高综合抗性。在这项研究中,利用RT-PCR方法克隆大豆(Glycine max L.)GmWRKY35基因。其cDNA为1 500 bp,编码一个499个氨基酸的蛋白质,预测其分子量为54.89 kD,等电点(p I)为6.74。亚细胞定位分析表明,GmWRKY35定位于细胞核。实时荧光定量PCR分析显示,GmWRKY35转录能被干旱诱导。把GmWRKY35基因通过农杆菌介导转化烟草(Nicotiana tabacum L.)中。在干旱胁迫下,与野生型烟草相比,转基因烟草植株表现出主根较长,叶子萎焉少,POD和SOD活性较高,MDA含量和电解质渗漏率较少。主要功能验证表明,GmWRKY35基因在烟草中表达增强了干旱胁迫耐受性。这项研究表明大豆RING-H2型锌指蛋白在植物逆境中有重要作用,同时也为大豆抗性育种提供一个优良的候选基因。     

HARDY基因的克隆、原核表达及其植物表达载体的构建

为了给转HARDY(HRD)基因小麦研究奠定基础,利用PCR技术从拟南芥中克隆HRD基因,进行生物信息学分析,预测其编码的蛋白质结构与功能,构建原核表达载体pET28a(+)-HRD,转化大肠杆菌BL21(DE3),IPTG诱导蛋白的表达,同时构建pBin-HRD植物表达载体。测序分析结果表明,克隆的HRD与NCBI发布的拟南芥核苷酸序列的同源性为99%,其开放阅读框长555bp,可编码184个氨基酸,具有许多重要功能位点;成功构建了原核表达载体pET28a(+)-HRD和植物表达载体pBin-HRD,诱导表达出大小约为23.3kD的蛋白,与理论值相近。     

木薯MADS-box基因克隆及其响应乙烯信号的表达模式分析

利用电子克隆技术从木薯基因组DNA中获得1个MADS-box基因，对其理化性质进行分析，并对该蛋白响应激素信号进行研究。结果表明：该基因含有全长为687 bp的ORF，编码229个氨基酸。通过对该蛋白进行ProtScale程序预测表明，该蛋白可能为亲水性蛋白；理化性质分析表明，该蛋白相对分子量为26.103 7 ku，等电点为6.87；跨膜结构域预测表明，该蛋白为非分泌型蛋白；亚细胞定位分析该蛋白可能定位于细胞核；磷酸化位点分析表明该蛋白能被丝氨酸激酶所磷酸化。运用定量PCR对该基因响应乙烯信号的表达模式进行分析，结果表明，该基因能够响应乙烯信号，并在外施乙烯12 h时具有最高的表达量。本研究为进一步研究该基因响应乙烯信号影响木薯叶片的生长发育提供研究基础。     

玉米光周期敏感基因ZmELF4的克隆及其亚细胞定位

以热带玉米自交系CML288为供试材料,根据拟南芥ELF4基因保守序列设计引物,采用RT-PCR方法克隆了ELF4在玉米上同源基因的全长cDNA序列(GenBank上的登录号为HQ009862)。序列分析表明,该基因cDNA序列全长683 bp,开放阅读框为432 bp,编码了144个氨基酸,与拟南芥、水稻的氨基酸序列同源性分别高达62%和75%,此外它们还共同包含一个高度保守的DUF1313未知功能结构域。利用基因重组技术分别构建了能够高效表达的过量表达载体pBI-ZmELF4和带有GFP标记的融合表达载体pGIT-ZmELF4-GFP,利用融合表达载体进行洋葱表皮瞬时表达实验,结果将ZmELF4定位于细胞核内,说明该基因在细胞核内起作用。     

龙眼体胚相关未知蛋白基因DlUP-4的克隆与表达分析

以龙眼（Dimocarpus longan Lour.）胚性培养物为材料,采用简并引物结合RACE方法分离得到龙眼体胚相关未知蛋白基因DlUP-4的cDNA全长序列,全长为1 061 bp,由735个核苷酸组成的开放阅读框,编码244个氨基酸（GenBank登录号为GQ443758）。采用生物信息学方法分析,发现该基因推导的蛋白分子量为28 576 ku,pI为9.96;该蛋白为60S Ribosomal protein L30蛋白质家族成员中的L7蛋白,是一个具有核糖体蛋白L30信号位点和1个典型的Ribosomal L30 like superfamily组件,无典型信号肽结构,无跨膜螺旋的亲水性蛋白;α螺旋是该蛋白最大量的结构元件,散布于整个蛋白质中。实时荧光定量PCR分析结果显示,DlUP-4基因在龙眼体胚发生过程中均有表达,其表达水平的趋势呈“M”形,其中2个高峰出现在不完全胚性紧实结构阶段和鱼雷形胚阶段,而球形胚阶段最低。该研究结果对DlUP-4基因在龙眼体胚发生过程中的作用有了一个初步的认识,其在龙眼体胚发生过程中,在调控体胚发生的启动、细胞的极化、细胞的增殖等方面可能有重要的功能,这为进一步研究该基因在龙眼体胚发生过程中的功能奠定了基础。