棉花GhUGT75L6的生物信息学分析及功能验证

糖基转移酶(glycosyltransferases, GT; EC 2.4.x.y)是植物体内催化糖基化的主要酶,在催化次生代谢物合成、调节激素平衡以及参与植物非生物胁迫等方面发挥着重要的作用。为了更好地探究棉花中糖基转移酶的结构与功能,本研究通过生物信息学分析初步探究了GhUGT75L6基因编码蛋白的理化性质、二级结构、三级结构。采用实时荧光定量技术检测了GhUGT75L6基因在棉花中的表达情况。从棉花中克隆糖基转移酶基因GhUGT75L6,并将构建的过表达载体pBI121-GhUGT75L6转入拟南芥,对转基因拟南芥T3代种子进行功能验证。结果表明GhUGT75L6编码的蛋白分子量为52.624 kD,不含跨膜结构域,具备糖基转移酶所特有的UDP-glycosyltransferases标签,是一种非分泌型亲水蛋白。qRT-PCR分析结果表明,棉花中GhUGT75L6的相对表达量在根中最高,茎部其次,叶中最低。使用25 mmol/L Na_2CO_3对转基因植株进行胁迫处理,发现野生型植株萎蔫程度更高,表明转基因植株的耐碱性得到了提高,GhUGT75L6参与了棉花抗逆的过程。     

天然棕色棉查尔酮合成酶基因(GhCHS1)的克隆和实时定量表达分析

根据植物查尔酮合成酶基因保守区序列设计引物,以发育18d的天然棕色棉纤维为材料,用RT-PCR结合RACE技术分离得到了一个查尔酮合成酶基因的全长cDNA(GenBank登录号:EU921263),将该基因命名为GhCHS1。实时荧光定量PCR检测显示,GhCHS1基因在棕色棉纤维细胞中优先表达,且在棕色棉纤维中的表达量远高于其近等基因系白色棉,但是该基因在绿色棉中几乎检测不到。这些试验结果暗示,该基因可能在棕色棉纤维色素形成中发挥重要作用。     

棕色棉和白色棉纤维发育相关酶活性的比较研究

选择深棕、中棕、浅棕3个棕色棉品系,以白色棉品种为对照,测定棉铃发育各阶段纤维发育相关酶的活性变化,探讨纤维发育相关酶对棕色棉纤维品质的影响。结果表明,棕色棉的绒长、衣指、衣分低于白色棉;纤维发育过程中,棕色棉纤维伸长速率低于白色棉,纤维伸长停止早(30 DPA左右),而白色棉纤维伸长期较长(35 DPA左右);纤维发育期棕色棉纤维素累积速率低于白色棉,快速累积期短(25 DPA),纤维素含量低于白色棉;纤维发育前期(20 DPA),棕色棉的蔗糖合成酶(SS)活性显著低于白色棉,而过氧化物酶(POD)和吲哚乙酸氧化酶(IAAO)活性高于白色棉;纤维发育后期(25 DPA),棕色棉的β-1,3-葡聚糖酶、POD活性显著低于白色棉。     

绿色棉纤维类黄酮3',5'羟基化酶基因GhF3'5'H的克隆及实时定量表达分析

以发育18 d的天然绿色棉及其近等基因系白色棉纤维细胞为材料,利用cDNA-AFLP结合cDNA末端快速扩增技术,克隆了1个绿色棉纤维优势表达基因的全长cDNA。序列分析结果表明,该cDNA全长1873bp,含有一个编码509个氨基酸残基的开放阅读框。Blast分析表明,该基因的编码产物为一个类黄酮3',5'羟基化酶,将该基因命名为GhF3'5'H,序列提交到GenBank,登录号为GU062184。实时荧光定量PCR检测结果显示:GhF3'5'H在绿色棉不同组织中的表达量均显著高于其近等基因系白色棉,而且主要在纤维细胞中表达。在纤维发育过程中,GhF3'5'H在纤维发育的早期表达量最高,并随纤维发育逐渐降低。推测该基因可能在绿色棉纤维色素前体物质的形成中发挥作用。     

金银花糖基转移酶基因LjUGT71E1的克隆及原核表达

糖基化广泛存在于生物体中,具有非常重要的作用,而糖基转移酶则是催化糖基化反应的关键酶。本研究根据转录组数据库,设计引物从金银花(Lonicera japonica Thunb.)中克隆得到一个糖基转移酶编码基因LjUGT71E1,序列分析表明该基因的CDS为1 503 bp,理论可编码氨基酸数目为501,等电点(p I)预测为5.09,理论分子量为55 579.71 Da。多重序列比对表明LjUGT71E1与其它植物UGT71家族成员在序列上保守性很高,并且其C端具有催化植物次生代谢产物糖基化的糖基转移酶所具有的保守的PSPG-box基序。系统发生分析表明LjUGT71E1与人参(Panax ginseng)和甜叶菊(Stevia rebaudiana)的UGT71E亚家族成员聚为一支。荧光定量PCR分析表明,该基因在金银花的五个花期均有表达,在幼蕾时期相对表达量达到峰值。进一步构建了LjUGT71E1基因的原核表达载体并且在大肠杆菌中诱导表达得到重组蛋白,为后续的功能研究提供了基础。     

马铃薯块茎糖基转移酶基因的克隆及其RNAi载体的构建

为探讨鼠李糖基转移酶(rhamnosyltransferase, sgt3)基因与类固醇糖苷生物碱(steroidal glycoalkaloid, SGAs)合成关系, 揭示sgt3基因在SGAs合成中的作用, 本研究根据GenBanK No：DQ266437保守区设计特异引物, 通过RT-PCR技术获得马铃薯块茎sgt3相似基因;采用生物信息学相关软件分析, 预测sgt3相似基因cDNA序列编码的蛋白质结构和功能, 构建基于sgt3基因的植物干扰表达载体。结果表明, 克隆的sgt3相似基因与报道的sgt3基因序列相似性达到99.54%, 其ORF长1 500 bp, 编码505个氨基酸残基, 具有UDPG糖基转移酶保守结构域及许多重要功能位点;三级结构预测表明, 该氨基酸同糖基转移酶单体结构模型相似, 为糖基转移酶家族成员, 表明可能具有合成类固醇糖苷生物碱功能, 基因序列已注册到GenBank, 序列登录号为HM188447。以此为靶序列, 构建由Actin启动子和CIPP启动子驱动的与sgt1和sgt2基因相似度高的含有sgt3基因序列的干扰表达载体, 将为糖苷生物碱的合成、代谢的进一步研究及低糖苷生物碱转基因马铃薯品种的培育奠定基础。     

陆地棉(Gossypium hirsutum)光敏色素B基因(GhPHYB)克隆及其生物信息学分析

本研究依据已公布的雷蒙德氏棉基因组测序结果,采用同源克隆的方法,以陆地棉TM-1幼苗为材料,利用RT-PCR技术克隆得到陆地棉光敏色素B基因(Gh PHYB)的c DNA序列。结果显示:该基因ORF全长3 582 bp,编码1 194个氨基酸;通过与已知的拟南芥光敏色素B氨基酸序列比对及蛋白结构预测,发现该基因包含植物光敏色素完整的结构,与烟草、拟南芥、水稻、小麦和玉米的氨基酸序列相似性分别为87.2%、77.9%、74.5%、74.5%和54.6%。同时,本研究还构建了Gh PHYB基因的RNAi干涉载体用于转化棉花,并通过构建棉花PHYB RNAi突变体了解陆地棉PHYB基因对棉花株型、开花期、产量、棉纤维品质、抗逆性等方面的调控作用。研究结果可为该基因今后应用于棉花生产奠定基础。     

蓝莓3-O-葡萄糖基转移酶基因克隆及生物信息学分析

为研究蓝莓3-O-葡萄糖基转移酶基因(3GT)的性质和功能，探明3-O-葡萄糖基转移酶在花青素合成过程中发挥的作用，以成熟的蓝莓果实为材料，利用同源克隆获得了3GT基因的单一拷贝，运用生物信息学软件分析预测蓝莓3GT的序列特征。结果表明：3GT基因长度为1 371 bp,编码456个氨基酸，位于蓝莓的4号染色体末端，含有3个外显子和2个内含子。蛋白的分子式为C₂₂₇₉H₃₅₂₁N₅₉₅O₆₅₀S₁₅,理论等电点(pI)为6.14。信息分析预测3GT蛋白有37个磷酸化位点，亲水指数小于0为亲水性蛋白，不稳定系数大于40为不稳定蛋白，无跨膜区和信号肽；蛋白质二级结构由α-螺旋(Hh)、延伸链(Ee)、β-转角(Tt)和无规则卷曲(Cc)4种结构形式组成，其中α-螺旋占比最高，达40%;3GT属植物糖基转移酶家族(GTB-型),PSPG结构域中第44位是组氨酸，糖基供体可能为UDP-半乳糖；与猕猴桃亲缘关系最近，同源性为67%;分子对接显示蓝莓3GT与矢车菊素分子存在4种相互作用力；...     

棉花GhSKIP35基因的克隆与表达分析

以中植棉KV1 SSH文库为基础,从陆地棉中植棉KV1中克隆出来泛素途径SKIP35基因,命名为GhSKIP35。该基因的开放阅读框全长为1863个核苷酸,编码620个氨基酸,含有1个ANK保守结构域。进化分析表明,Gh SKIP35蛋白与甜橙(Citrus sinensis)的SKIP35蛋白相似性最高。q RT-PCR分析显示:在接种大丽轮枝菌V991菌系后初期Gh SKIP35基因表达量激增,12 h便可达到顶峰,24~48 h逐渐下降,推测它在陆地棉抗黄萎病早期防卫反应中起重要作用。利用VIGS(Virus induced gene silencing)技术,在中植棉KV1中成功地沉默Gh SKIP35基因;对沉默棉株接种大丽轮枝菌V991鉴定显示,其病情指数为50.75,而野生型的中植棉KV1和转化空载体棉株的病情指数分别为9.38和11.54。Gh SKIP35基因沉默后,中植棉KV1对黄萎病的抗性丧失,表明Gh SKIP35基因在陆地棉抗黄萎病的过程中起重要作用。     

棉花CBF基因的克隆及其转基因烟草的抗寒性分析

从中棉12 (Gh12)、中棉36 (Gh36)和海岛棉7124 (Gb7124)品种中克隆并鉴定了棉花的CBF基因,该基因编码一个由184个氨基酸组成的蛋白CBF,该蛋白具有CBF转录因子典型的序列标签“PKRRAGRKKFQETRHP”和“FADSAW”。Southern杂交表明,CBF基因在3个棉花品种中均以基因家族的形式存在。围绕海岛棉7124的CBF基因(GbCBF1)开展的逆境表达谱分析表明,GbCBF1基因受低温、干旱、盐和ABA等多种逆境条件的诱导表达。将GbCBF1基因构建到由强启动子35S和弱启动子NOS这2种启动子控制的植物表达载体pCambia2301上并转化烟草NC89,经过筛选及PCR鉴定,共获得26株转基因烟草。对部分T₁代植株进行的PCR和RT-PCR检测表明,GbCBF1基因可以在烟草中正常转录并遗传。分析表明,在低温下,转基因烟草的电解质渗漏率普遍低于野生型烟草,而游离脯氨酸含量和可溶性糖含量均高于野生型烟草,说明转GbCBF1基因提高了烟草的耐寒性。