无芒隐子草全基因组水平全长LTR反转录转座子鉴定及其中断基因分析

LTR反转录转座子是植物基因组内大量可移动的遗传因子,是基因组的重要成分之一。无芒隐子草基因组大小为543 M,全基因组中共鉴定出了299079个LTR反转录转座子,占全基因组的26.54%,但是缺少无芒隐子草全长LTR反转录转座子的研究。基于无芒隐子草全基因组序列,筛选出具有潜在活性的全长LTR反转录转座子845个,其中有410个属于Gypsy超家族,435个属于Copia超家族。对这些序列进行了系统进化树的构建和插入时间的分析,发现全长LTR反转录转座子的大量转座发生在4百万年内,插入时间较近,插入高峰期是1~1.5百万年间。筛选出被全长LTR反转录转座子中断的基因有183个,145个被中断的基因得到了GO功能注释,分析了被中断基因在不同干旱胁迫处理下的基因表达模式。对反转录转座子的鉴定有助于深入了解无芒隐子草的进化过程,为无芒隐子草全长LTR反转录转座子与中断基因的后续研究奠定基础。     

扁穗冰草脱水素基因的克隆和表达特性分析

扁穗冰草(Agropyron cristatum(L.)Gaertn)生长于干旱、半干旱地区,具有耐旱、耐寒、抗病等特性。采用RT-PCR技术从扁穗冰草叶片中克隆3个脱水素基因Acwcor410,Acwzy2和Acwcs120)和1个肌动蛋白β-actin基因(Acβ-actin)。半定量RT-PCR分析表明,Acwcor410基因对温度敏感,对干旱胁迫不敏感;Acwzy2基因对温度不敏感,而对干旱胁迫敏感;Acwcs120基因则对冷胁迫及干旱胁迫均有响应。Western blot表明,扁穗冰草含有40kD脱水素,该蛋白的表达随冷胁迫和干旱胁迫程度的变化而变化,对干旱胁迫的响应比冷胁迫更为明显,推测该脱水素属于干旱敏感型。     

大蒜芥Δ′-吡咯啉-5-羧酸合成酶基因(P5CS)的克隆及表达分析

Δ′-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)是植物渗透胁迫下脯氨酸合成谷氨酸的关键酶。利用RACE结合RT-PCR技术克隆获得大蒜芥(Sisybrium altissimum)SaP5CS1基因全长cDNA序列,该基因全长1 907bp,其中开放阅读框为1 719bp,编码573个氨基酸,预测编码蛋白质的等电点为4.95,分子量为156.279kDa。同源分析显示,SaP5CS1与甘蓝型油菜(Brassica napus)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)的蛋白序列相似性分别为98%和96%。实时荧光定量PCR分析表明,在干旱逆境胁迫条件下,大蒜芥SaP5CS1基因在根和叶的相对表达量受胁迫的诱导均上调。SaP5CS1基因的克隆及序列分析将为其功能分析和分子育种奠定基础。     

唐古特白刺质膜Na+/H+逆向转运蛋白基因的克隆与表达分析

土壤中过多的Na⁺会导致植物产生盐害,严重影响植物的生长和发育。质膜型Na⁺/H⁺逆向转运蛋白SOS1介导植物细胞内过量的Na⁺外排,在植物抵御盐胁迫过程中起着重要的作用。唐古特白刺隶属于蒺藜科白刺属,是中国特有的盐生植物,主要生长于西北地区的荒漠或盐渍化荒漠,具有极强的抗逆能力。应用简并RT-PCR及RACE技术克隆获得唐古特白刺Na⁺/H⁺逆向转运蛋白NtSOS1基因(GenBank登录号KC292267)。序列分析显示,该 cDNA全长4 008 bp,包含3 492 bp的开放阅读框,编码分子量为127.59 kDa的蛋白质。疏水性分析预测NtSOS1基因编码蛋白N端具有11个跨膜结构域,C端具有一个面向胞质的长亲水尾部,包含保守环核苷酸结合区域、自我抑制基序及磷酸化位点等多个活性调控结构域。NtSOS1氨基酸序列与葡萄、霸王、拟南芥等植物的SOS1序列同源性较高,分别可达71.77%,68.94%,62.65%。系统发育分析表明NtSOS1基因为质膜型Na⁺/H⁺逆向转运蛋白,与液泡型Na⁺/H⁺逆向转运蛋白属于不同分支。半定量RT-PCR结果显示冷、热、盐和干旱胁迫都可以诱导NtSOS1基因的表达,同时,NtSOS1基因随着盐处理浓度增加呈现出先上升(0~300 mmol/L)后下降(400 mmol/L)的趋势。结合植物的生境特点和NtSOS1表达模式分析,该基因表达水平的升高可能在唐古特白刺适应恶劣生境的过程中发挥积极作用。本研究的开展为利用NtSOS1基因进行作物与牧草改良并深入研究唐古特白刺抗逆分子机制奠定了基础。     

柱花草磷转运蛋白SgPT1的克隆和表达分析

磷是植物生长所必需的大量元素。高亲和磷转运子是控制植物对磷吸收和转运的主要蛋白。本研究以磷高效的柱花草基因型TPRC2001-1为对象,首先建立低磷胁迫下TPRC2001-1根系全长cDNA文库。通过同源克隆的方法,首次克隆到编码柱花草高亲和磷转运蛋白的基因,SgPT1。该基因全长cDNA为1 994 bp,编码538个氨基酸残基,蛋白分子量为59 kD。SgPT1蛋白具有高亲和磷转运子的结构特点,即含有“6+6”跨膜结构。而且,定量PCR分析结果表明低磷胁迫显著促进SgPT1在根部的表达,表明该基因可能参与低磷胁迫下磷的吸收和转运的过程。总之,以上结果表明SgPT1的加强表达可能是TPRC2001-1适应低磷胁迫的分子机制之一,为进一步研究柱花草适应低磷的分子机制提供候选基因。     

蒙古冰草肌动蛋白基因(MwACT2)克隆与表达分析

本研究应用RT-PCR和RACE技术,从蒙古冰草(Agropyron mongolicum Keng)中分离到1个肌动蛋白基因,命名为MwACT2。序列分析表明:MwACT2基因全长1506bp,含有1个1131bp的开放型阅读框,MwACT2蛋白长度为376个氨基酸残基,分子量为41.606KDa,理论等电点为5.29,含有actin保守位点,属于actin家族成员。该基因编码的氨基酸序列与Genebank中乌拉尔图(Triticum_urartu)肌动蛋白(登录号:EMS62134.1)氨基酸具有99%的一致性,属于非跨膜蛋白。利用半定量RT-PCR技术分析MwACT2基因的表达,结果表明该基因表达稳定,经高盐、干旱、低温处理后的表达强度无显著差异。     

北京鸭Mx基因克隆及其在鸭呼肠孤病毒感染的鸭胚成纤维细胞中的表达分析

本试验旨在研究北京鸭Mx基因的结构及功能。利用干扰素诱导剂Poly(I:C)诱导鸭胚成纤维细胞(DEF),提取细胞总RNA,采用RT-PCR方法扩增北京鸭Mx基因全长编码区序列,并观察其在感染了鸭呼肠孤病毒(DRV)的DEF中的动态表达情况。北京鸭Mx基因序列分析结果显示,该基因编码区全长2166 bp,编码721个氨基酸残基。通过与GenBank中已登录的脊椎动物Mx基因进行核苷酸系统进化树分析,结果显示北京鸭Mx基因与野鸭Mx基因关系最近。北京鸭Mx序列与其他动物基因序列的比对结果显示,核苷酸同源性为47.8%~99.8%,氨基酸同源性为47.9%~99.4%。DRV孵育DEF后,Mx呈波动性表达。结果表明,本试验成功克隆了北京鸭Mx基因,预测分析证实其编码的蛋白具有脊椎动物Mx蛋白共有的结构特征,北京鸭Mx蛋白全基因的获得为下一步研究禽类Mx蛋白的抗病毒活性、作用机制及干扰素的监测奠定了基础。     

拟南芥高亲和性K+载体蛋白基因cDNA克隆及其序列特征分析

以NaCl胁迫处理的拟南芥幼苗叶片为材料,用RNA提取试剂盒抽提总RNA,通过RT-PCR技术和DNA序列测定分析,证实获得了拟南芥高亲和性K⁺载体蛋白基因(AtHKT1)的cDNA序列。该cDNA全长1521 bp,包括506个氨基酸和1个终止密码子序列,且与原序列(accession number AF237672)同源性为99.34%,但与其他科植物HKT1基因同源性较低,注册该基因到GenBank中,注册号为AY685182。利用生物信息学相关软件分析预测AtHKT1基因蛋白质功能和结构,结果发现,该蛋白分子量为57.45 kD,理论等电点为9.33;氨基酸序列中第1～40个氨基酸属信号肽序列;第152～500个氨基酸属Trk H阳离子转运体蛋白保守结构域,并存在蛋白激酶C,酪氨酸蛋白激酶,依赖cAMP/cGMP蛋白激酶磷酸化,糖基化和豆蔻酰化等功能位点;该基因编码的蛋白有10个跨膜结构,N末端、C末端及中部等多个跨膜区具疏水性,符合载体类运输蛋白特点。表明本研究获得了拟南芥AtHKT1基因。     

结缕草ZjCSD基因的克隆及表达分析

铜锌超氧化物歧化酶是植物响应逆境胁迫过程中的关键酶,其含量和活性与植物抗逆性密切相关。本研究以结缕草cDNA为模板,利用同源克隆法,从结缕草转录组数据库中克隆获得了结缕草ZjCSD基因,该基因编码一个含有152个氨基酸的蛋白质。生物信息学分析结果显示:ZjCSD基因编码蛋白为稳定的、亲水的、酸性、非分泌脂溶蛋白,定位于细胞质中,含有CSD蛋白家族特有的保守结构域,具有典型的Cu²⁺和Zn²⁺结合位点;与小米、玉米等禾本科植物具有较高的同源性,进化关系较近。采用实时荧光定量PCR研究该基因在不同组织中、不同胁迫处理下的表达模式,结果表明,ZjCSD基因在根、茎、叶中都有表达,叶中表达量最高;干旱胁迫(30% PEG)、盐胁迫(150 mmol/L NaCl)和Cd²⁺胁迫(200 mg/L Cd²⁺)均能诱导ZjCSD基因表达量上调,Pb²⁺胁迫(1 g/L Pb²⁺)诱导ZjCSD基因表达量下调。故推测结缕草ZjCSD基因在结缕草应对干旱、盐和重金属胁迫的过程中发挥作用。     

地毯草铝响应基因AcABCG1的克隆与表达分析

铝毒抑制植物根系生长,是酸性土壤上限制作物产量的重要因素之一。ABC转运蛋白在金属离子转运和非生物胁迫应答等方面起作用。本研究以地毯草（Axonopus compressus）为材料,克隆了地毯草编码ABC转运蛋白AcABCG1基因,并对其进行了生物信息学和基因表达模式分析。结果表明,AcABCG1基因cDNA全长为2 434 bp,编码811个氨基酸残基,蛋白分子量为91.85 kD。亚细胞定位预测表明AcABCG1定位于细胞质膜上。定量PCR结果发现,金属铝（Al）、镉（Cd）和镧（La）处理均能显著增强AcABCG1基因在地毯草根系中的表达。不同铝浓度和时间处理进一步表明了AcABCG1基因在转录水平上响应铝胁迫。此外,AcABCG1基因在根中的表达量显著高于茎和叶中的表达量,且AcABCG1基因主要在0~1 cm根尖中表达。本研究结果为进一步挖掘AcABCG1基因参与地毯草耐铝毒的生物学功能奠定基础。     

西藏野生垂穗披碱草EnCBL10基因的克隆与功能研究

钙调磷酸酶B类蛋白（Calcineurin B-Like Proteins，CBLs）是钙信号通路中重要成员，在植物应答多种非生物胁迫中具有重要的作用。本研究基于前期转录组数据，在西藏野生垂穗披碱草（Elymus nutans Griseb.）中筛选EnCBL10基因，将其异源表达于烟草（Nicotiana tabacum）中，分析转基因植株EnCBL10在低温和干旱胁迫下的生长及生理响应。结果表明：EnCBL10开放阅读框为792 bp，编码263个氨基酸。EnCBL10蛋白的理论等电点为5.17，为疏水蛋白和非分泌蛋白。低温和干旱胁迫下，对比于野生型烟草，转基因烟草叶片的细胞膜稳定性显著增加，过氧化物酶（Peroxidase，POD），抗坏血酸过氧化物酶（Aseorbateperoxidase，APX）和谷胱甘肽还原酶（Gluathione reductase，GR）活性显著升高。低温胁迫下，两个转基因株系的脯氨酸含量分别提高了79.7%和70.8%（P<0.05）；在干旱胁迫下，野生型植株（WT）和过表达植株中脯氨酸含量均有所降低，但转基因植株比WT的下降幅度小。因此，EnCBL10基因可能在垂穗披碱草的耐寒和耐旱调控中发挥重要功能。     

西藏野生垂穗披碱草EnPLA1基因克隆与表达分析

为探究α-亚麻酸调控植物低温胁迫应答的分子机制,本研究从西藏野生垂穗披碱草（Elymus nutans Griseb.）中克隆了其合成酶磷脂酶基因（EnPLA1）,对其进行生物信息学、基因表达模式和亚细胞定位分析,并采用外源添加的方法分析α-亚麻酸在西藏野生垂穗披碱草低温适应中的作用。结果表明：EnPLA1基因的编码序列（Coding sequence,CDS）全长为1 305 bp,编码434个氨基酸;分子量为47.44 KD,等电点为6.05;EnPLA1蛋白为亲水性蛋白且偏酸性,含有1个高度保守的Lipase（class 3）结构域和4个跨膜结构域;二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主;EnPLA1蛋白与粗山羊草（Aegilops tauschii subsp. Tauschii）,圆锥小麦（Triticum turgidum subsp.Durum）,大麦（Hordeum vulgare subsp.Vulgare）的氨基酸序列相似性达80.76%,且该蛋白主要定位在细胞质。EnPLA1基因在垂穗披碱草的根、茎、叶中均有表达,其中叶中表达高于茎和根;低温诱导叶和茎中EnPLA1基因表达（P<0.05）,对根中表达影响较小;25 μM α-亚麻酸处理显著地提高植物的抗寒性。本研究为深入地阐明EnPLA1基因调控垂穗披碱草低温适应机制奠定基础,并为利用优良野生种质资源改良牧草及作物提供思路。     

过表达长穗偃麦草EeHKT1；4基因增强拟南芥抗旱耐盐性分析

植物高亲和性K⁺转运蛋白基因（HKT）编码K⁺、Na⁺转运或K⁺-Na⁺共转运质膜通道蛋白,在植物抗逆过程中发挥重要作用。为了研究长穗偃麦草EeHKT1;4（GenBank： KF956112.1）的功能作用,构建了EeHKT1;4过表达植物表达载体转化拟南芥,进行拟南芥转基因植株的抗旱耐盐性评价分析。结果显示,正常生长条件下野生型（WT）与转基因株系的主根长度无差异,NaCl与甘露醇处理下WT和转基因株系根的生长受到抑制,转基因株系根长度均大于同等胁迫条件下（WT）的根长;正常生长条件下WT与转基因株系表型无显著差异,但在NaCl与甘露醇处理下WT表现出叶片萎缩和植株枯黄,转基因株系仅部分植株表现出叶片萎缩,同一胁迫条件下转基因株系的植株存活率皆高于WT。硝基氮蓝四唑（NBT）与二氨基联苯胺（DAB）染色结果显示,正常生长条件下WT与转基因株系叶片染色相对较浅,随着NaCl与甘露醇浓度提高,所有叶片染色程度逐渐加深且同等胁迫下WT染色程度高于转基因株系。以正常生长条件下基因的表达量为对照,随着NaCl浓度的增加,AtSOS1基因在WT和转基因植株中逐渐上调且在转基因中的表达量高于WT;AtNHX1基因在NaCl处理下上调表达且转基因植株中表达量低于WT,除转基因株系L5外并未检测到WT和转基因株系自身因NaCl浓度的提高AtNHX1基因表达量发生改变;在甘露醇处理下,AtRD29B和AtP5CS1基因均上调表达且转基因植株中表达量高于WT。综上所述,EeHKT1;4过表达降低了逆境胁迫下拟南芥中超氧阴离子和H₂O₂的积累,诱导抗逆基因上调表达,增强拟南芥抗旱耐盐性。     

全基因组水平紫花苜蓿TCP基因家族的鉴定及其在干旱胁迫下表达模式分析

紫花苜蓿是世界最重要的豆科牧草之一，干旱是影响其产量和地理分布的关键瓶颈。在紫花苜蓿响应干旱胁迫过程中，转录因子发挥着重要的调控作用。TCP（teosinte branchesd 1/cycloidea/pro-liferating cell factors）为植物特有的转录因子，在植物生长、发育、响应逆境胁迫中都具有重要的生物学功能。截至目前，该基因家族在紫花苜蓿中的分布以及响应干旱胁迫的生物学功能仍未见报道。因此，为进一步挖掘紫花苜蓿中响应干旱胁迫功能基因，本研究利用生物信息学方法在全基因组水平对TCP基因家族进行了鉴定，并对其系统进化、基因结构、染色体定位、共线性分析以及干旱胁迫下的表达模式进行了分析。结果表明，紫花苜蓿基因组中共鉴定出40个MsTCP基因，不均匀地分布于20条染色体上，其中包括17对旁系同源基因对，且都是基因片段复制事件。系统发育和保守结构域分析发现，MsTCP基因可以分为2个大分支和3个亚家族（PCF， CIN与CYC/TB1），同一分支中的成员具有相同氨基酸数目的TCP结构域，同亚家族中的成员具有相似的保守基序与基因结构。此外，通过分析紫花苜蓿响应干旱转录组数据共鉴定出4个可能与紫花苜蓿响应干旱胁迫有关的MsTCP基因（MsTCP23，MsTCP27，MsTCP29，MsTCP33）。qRT-PCR结果进一步表明PEG模拟干旱胁迫处理后，这4个基因的表达量在根和叶中均显著上调，进一步确定了这些基因的确响应紫花苜蓿干旱胁迫。该研究为后期深入解析紫花苜蓿响应干旱胁迫理论以及通过基因工程技术创制高抗旱紫花苜蓿新种质奠定基础。     

结缕草ZjCCS基因的克隆与表达分析

为了解Cu/Zn超氧化物歧化酶分子伴侣基因(CCS)在结缕草逆境胁迫过程中的表达调控机制,以结缕草(Zoysia japonica)盐胁迫条件下的转录组数据为依据,结缕草cDNA为模板,通过RT-PCR法,克隆了924 bp长的结缕草ZjCCS基因的CDS序列。同源性分析显示该基因与谷子(Setaria italica)同源性最高,含有植物CCS蛋白所特有的3个保守结构域。利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术研究该基因在非生物胁迫条件下在结缕草叶片中的表达情况,结果显示,在盐胁迫条件下,ZjCCS基因的表达量呈先上升后下降的趋势,4 h表达量最高,相对于盐胁迫,干旱和重金属胁迫对ZjCCS基因的表达量影响不大,推测ZjCCS基因可能在结缕草响应盐胁迫过程中发挥作用。     

白羊草BiMYB52基因的克隆及转基因拟南芥抗旱性表达分析

白羊草(Bothriochloa ischaemum)是一种耐旱的优良乡土草种。为了探索白羊草转录因子MYB的结构和功能,本研究以白羊草转录组测序中筛选出的一段对干旱胁迫响应表达量变化显著的MYB序列为基础,采用基于拓扑异构酶快速克隆法从白羊草中克隆了一个R2R3-MYB基因BiMYB52,该基因编码237个氨基酸。为了深入研究BiMYB52基因的抗旱性,利用染色体步移技术扩增出了BiMYB52启动子序列,构建了pCAMBIA1301-BiMYB52过表达载体,采用农杆菌介导的花序侵染法对拟南芥(Arabidopsis thaliana)进行遗传转化,然后对野生拟南芥和转基因拟南芥进行干旱胁迫处理。结果表明,干旱胁迫复水后,转基因拟南芥的存活率显著高于野生拟南芥,丙二醛(Malondialdehyde, MDA)含量是干旱胁迫后转基因拟南芥的显著低于对照,脯氨酸(Proline, Pro)含量则显著高于对照。由此推测BiMYB52基因可能增加了拟南芥对干旱胁迫的抵抗能力。这为白羊草抗旱育种提供候选基因和理论基础。     

日本百脉根LjbHLH34基因克隆及耐旱功能鉴定

干旱是影响植物生长发育的重要环境因素。本研究分析了日本百脉根抗旱相关基因LjbHLH34的耐旱功能，初步解析其响应干旱胁迫的分子机制，以期为百脉根抗旱分子育种提供理论基础。本研究克隆得到的LjbHLH34基因大小为711 bp、编码236个氨基酸，属bHLH转录因子家族成员。系统进化树分析显示，LjbHLH34蛋白与拟南芥bHLHⅣ亚家族中AtbHLH34和AtbHLH104亲缘关系较近。实时荧光定量分析表明LjbHLH34在日本百脉根的根中表达量最高，叶中次之，茎中最少，暗示其在日本百脉根多个组织中发挥作用；同时LjbHLH34基因也受聚乙二醇(PEG)和脱落酸(ABA)诱导表达。在酵母中检测发现LjbHLH34具有转录激活活性；亚细胞定位试验表明LjbHLH34蛋白定位于细胞核中。将LjbHLH34基因转入拟南芥获得过表达株系。在200 mmol·L^-1甘露醇胁迫下，LjbHLH34转基因拟南芥的根长明显长于野生型。干旱处理后，野生型拟南芥比转基因拟南芥萎蔫程度更加明显，而转基因株系的相对含水量和超氧化物歧化酶(SOD)活性显著高于野生型，丙二醛(MDA)积累...     

干旱胁迫下黄花苜蓿与蒺藜苜蓿两个抑制性差减杂交文库的构建及分析

水分胁迫是植物面临的最主要的非生物胁迫之一,研究植物的抗旱机理以提高植物的抗旱能力具有重大的意义。抑制性差减杂交是一种筛选特异表达基因的良好手段,使用该方法成功构建了豆科植物黄花苜蓿和蒺藜苜蓿2个差减文库并进行测序。通过GO分类和KEGG分析等手段对文库中序列进行分类,并分析表达序列的差异,发现黄花苜蓿文库中对抵抗水分胁迫起积极作用的基因表达序列明显多于蒺藜苜蓿。此外,还对筛选到的2个基因在2种苜蓿中的干旱响应表达模式进行了分析,结果表明,在黄花苜蓿中这2个基因的表达更加有利于响应和抵抗干旱。这些结果在分子层面上一定程度的解释了黄花苜蓿较蒺藜苜蓿更加抗旱的原因。     

柳枝稷PvJAZ1基因的克隆、表达特性与亚细胞定位

JAZ蛋白在植物生长发育和胁迫信号通路中具有关键作用。为探究JAZ蛋白在柳枝稷（Panicum virgatum L.）中的调控机制,本研究从柳枝稷中克隆了PvJAZ1基因,并对其分子特征、表达特性与亚细胞定位进行了分析。结果研究表明：PvJAZ1的开放阅读框长度为630 bp,编码209个氨基酸,为不稳定的亲水性蛋白,该蛋白含有JAZ亚家族保守的TIFY与Jas结构域;系统进化分析表明PvJAZ1蛋白与糜子（Panicum miliaceum）和哈氏黍（Panicum hallii）的JAZ蛋白亲缘关系较近;启动子分析表明PvJAZ1基因启动子区域包含与光响应、激素响应、胁迫响应和生长进程相关的顺式作用元件;PvJAZ1在生长素（auxin,IAA）、盐和干旱胁迫下反应强烈,在小穗中的表达量显著高于其它组织;PvJAZ1蛋白定位于细胞核和内质网上。本研究初步确定柳枝稷PvJAZ1基因在激素、胁迫信号应答和生长发育进程中具有关键作用,为探究PvJAZ1基因功能奠定了基础。