印度南瓜Na+/H+逆向转运蛋白基因CmaSOS1的克隆与表达分析

Na⁺/H⁺逆向转运蛋白(SOS1)是植物耐盐的关键因子之一,在植物响应非生物胁迫过程中发挥着重要作用。为解析印度南瓜SOS1基因的序列特征和功能,利用生物信息学和分子生物学方法对其进行研究。结果表明,克隆获得印度南瓜SOS1基因cDNA全长序列,命名为CmaSOS1,GenBank登录号:NW_019272028。序列分析表明,CmaSOS1基因的cDNA全长3 940 bp,包含一个3 429 bp的开放阅读框架,编码1 142个氨基酸。CmaSOS1基因含有23个外显子和22个内含子,全长46 314 bp。CmaSOS1蛋白的分子量为126.7 kDa,理论等电点为5.92,包含12个跨膜结构区域,具有一个Na_H_Exchanger superfamily结构域和一个CAP_ED superfamily结构域;CmaSOS1蛋白属于疏水性稳定蛋白,二级结构元件多为无规卷曲和α-螺旋。CmaSOS1蛋白与葫芦科的中国南瓜、西葫芦、甜瓜、黄瓜和苦瓜Na⁺/H⁺逆向转运蛋白的同源性较高,序列一致性分别为98%、98%、90%、89%和89%。实时荧光定量PCR分析表明,CmaSOS1基因在印度南瓜的根和叶中表达量较高,在茎、花、果实中的表达量较低;该基因受NaCl和聚乙二醇(PEG)诱导后均呈上调表达,推测CmaSOS1基因可能在印度南瓜抵御盐分胁迫和干旱胁迫过程中发挥重要作用。本研究为进一步揭示CmSOS1在非生物胁迫下的功能奠定了基础。     

花生AhMKK4基因的克隆、表达分析和亚细胞定位研究

为挖掘花生抗逆相关基因,本研究以花生品种花育20号为试验材料,根据cDNA文库中已知的促丝裂原活化蛋白激酶激酶(MKK)基因EST序列设计引物,通过RACE-PCR克隆得到AhMKK4基因。结果表明,AhMKK4基因序列全长1 434 bp,含有3'非编码区151 bp,5'非编码区317 bp,开放阅读框全长966 bp,编码一条含有322个氨基酸的蛋白序列。预测其分子量为36.74 kDa,属于MAPKK基因家族D组成员。亚细胞定位显示AhMKK4基因定位于细胞质和细胞核中。RT-qPCR分析发现,AhMKK4基因在根中表达量高于其他组织,说明该基因具有组织表达特异性;AhMKK4基因受JA和IAA诱导时表达量上调,受SA和ABA诱导时表达量下调,说明该基因可能参与到JA和IAA介导的信号转导途径;AhMKK4在盐胁迫下表达量上调,说明该基因可能参与花生对盐胁迫的适应性调控。本研究结果为花生抗逆育种研究提供了新的基因资源。     

西南鸢尾花色变异实时定量PCR内参基因的筛选与验证

为筛选适用于不同花色西南鸢尾花色合成途径相关基因表达分析的内参基因,本研究根据西南鸢尾及其白花变型白花西南鸢尾花蕾组织的转录组测序数据,筛选了6个常用内参基因(ɑ-TUB、β-TUB、AQP、ACT、GAPDH、UBQ),同时以百合18S做为对照内参基因,在西南鸢尾及其白花变型白花西南鸢尾的花蕾组织中,分别通过反转录PCR(RT-PCR)初筛和RT-qPCR检测表达量,并利用geNorm、NormFinder和BestKeeper软件对7个候选内参基因的稳定性进行评价。RT-PCR初筛结果显示,7个候选内参基因引物的特异性均较好,在6个样品间没有明显差异;RT-qPCR分析表明,7个候选内参基因的表达量存在一定差异,其中18S表达量最高,UBQ最低;geNorm、NormFinder和BestKeeper分析结果表明,ACT表现最稳定,最适合做为内参基因,β-TUB相对稳定性最低;以Actin为内参对西南鸢尾类黄酮/花青素和类胡萝卜素2类色素合成途径中部分相关基因的RT-qPCR分析结果与转录组测序结果相一致。本研究为鸢尾属植物花色素合成相关基因表达分析内参基因的筛选以及鸢尾属植物资源利用和花色育种研究提供了理论参考。     

结球甘蓝BoFBX117基因的克隆与表达分析

F-box基因在植物组织器官发育及非生物胁迫响应中起着重要的作用。为进一步探讨其作用机制,从结球甘蓝品种BoJF-16-1中利用反转录PCR(RT-PCR)技术克隆得到一个F-box基因BoFBX117,其cDNA全长为936 bp,编码311个氨基酸,蛋白分子量为30.14 kDa,等电点为9.71。该基因编码BoFBP7蛋白,序列同源性分析表明,BoFBP7与芜菁、萝卜、拟南芥的FBP7蛋白亲缘关系较近,同源性分别为99.36%、98.39%、92.26%;实时荧光定量PCR(RT-qPCR)分析表明,BoFBX117基因在结球甘蓝莲座叶中最高,其次是根,幼叶中表达量最低,表现出组织特异性;在低温胁迫处理下,该基因表达量总体呈现上升趋势,说明该基因的表达受低温胁迫诱导。推测BoFBX117基因可能在结球甘蓝叶片发育及低温胁迫中发挥重要的生物学功能。本研究为深入解析F-box基因调控植物生长发育及非生物逆境胁迫的分子机制提供了依据。     

高羊茅甘油醛-3-磷酸脱氢酶基因FaGAPDH的克隆与分析

以高羊茅茎基部与叶基部的mRNA为模板,引用基于多年生黑麦草GAPDH基因序列设计的引物,进行RT-PCR分析,同时结合3＇RACE和5＇RACE方法从高羊茅中扩增出两个GAPDH基因,命名为Fa-GAPDH1（GQ480772）与FaG4PDH2（GQ480773）。两序列cDNA全长分别为1281bp和1348bp,具有完整的开放阅读框（ORF,FaGAPDHI：74～1087bp;FaGAPDH2：106～1119bp）,编码蛋白都为337个氨基酸。保守结构域功能分析表明两基因编码的蛋白质都具有典型的Rossman—NAD连接折叠和C-末端结构域。FaGAPDH1和FaGAPDH2蛋白与禾本科植物的该基因蛋白产物比较发现氨基酸序列的同源性都在90％以上,说明两基因具有高度的保守性。     

薄壳山核桃CiSULTR2.1基因的克隆与表达分析

为探究薄壳山核桃CiSULTR2.1基因功能及表达特征,以一年生薄壳山核桃实生苗为材料,利用RT-PCR和PCR技术克隆CiSULTR2.1基因全长,利用RT-qPCR技术分析其在不同浓度硒酸盐处理下的表达情况。结果表明,克隆得到1 902 bp的序列,经分析此序列属硫转运蛋白基因CiSULTR2.1全长开放阅读框的cDNA,编码633个氨基酸。CiSULTR2.1蛋白分子质量为68 943.37 Da,为疏水性的非分泌蛋白,无信号肽,结构稳定,二级结构主要由α-螺旋(51.18%)、延伸链(12.64%)和无规则卷曲(31.28%)构成,包含硫转运蛋白典型的Sulfate-transp结构域(PF00916)和STAS结构域(PF01740)。RT-qPCR分析结果表明,CiSULTR2.1在薄壳山核桃幼苗根与叶中均有表达,40、80 μmol·L^-1硒酸盐处理下,12 h出现表达高峰,此后表达量明显下降;而0.5 μmol·L^-1硒酸盐处理下,CiSULTR2.1表达高峰出现时间延后至48 h。硒酸盐浓度过高时,CiSULTR2.1表达量显著下降且低于对照。CiSULTR2.1基因能够快速响应40、80 μmol·L^-1高浓度硒酸盐的诱导,而0.5 μmol·L^-1低浓度硒酸盐需要较长时间才能诱导其高表达。高浓度硒酸盐处理较长时间对植物产生毒性效应,植物对硒酸盐的吸收减少,硒含量降低。本研究结果为薄壳山核桃CiSULTR2.1基因功能及硒吸收机制的研究提供了理论依据。     

酉州乌羊MC1R基因的克隆鉴定、生物信息学及多态性分析

MC1R是影响皮肤色素沉着中黑皮素系统的重要基因,通过信号分子的相互作用影响黑色素的生成。为探究酉州乌羊 MC1R的生物学特性,本研究对酉州乌羊MC1R进行了分离鉴定、生物信息学分析。结果表明,酉州乌羊皮肤组织MC1R基因的CDS序列为954 bp,共编码317个氨基酸,酉州乌羊与各物种MC1R具有较高同源性。酉州乌羊MC1R编码蛋白的分子式是C₁₆₀₃H₂₅₆₅N₄₁₁O₄₁₀S₂₂,其为疏水蛋白,有7个α-螺旋组成的跨膜结构域和3个保守功能结构域,MC1R氨基酸序列大部分都用于构成α-螺旋。此外,酉州乌羊MC1R基因c.676A>G突变,其编码的氨基酸由赖氨酸转变为谷氨酸,位于受光刺激和G蛋白配体结合的保守结构域上,氨基酸的异义替换还造成了酉州乌羊MC1R空间构象的差异。而对重庆市山羊群体多态性检测发现,山羊MC1R基因c.676A>G变异位点在重庆合川白山羊、巫溪白山羊、本地白山羊、酉州乌羊中共享,且c.676A>G位点的各基因型在皮肤白色和乌色山羊群体中的分布差异不显著(P>0.05)。本研究初步揭示酉州乌羊MC1R的序列特征和蛋白结构,为酉州乌羊MC1R影响皮肤色素沉积的分子机制研究提供了理论数据。     

桃PpNAC19的克隆及其对PpCCD4启动子活性的调节分析

为探究桃NAC基因对类胡萝卜素积累的调控作用,本研究从桃中克隆得到PpNAC19基因。序列分析表明,PpNAC19(XP_007223324.1)开放阅读框为867 bp,编码288个氨基酸,预测蛋白质分子量为33.2 kDa,平均疏水系数为-0.719,属于亲水性蛋白,含有一个典型的NAM结构域。亚细胞定位预测PpNAC19蛋白定位在细胞核中。氨基酸序列比对与聚类分析表明,PpNAC19与巴旦杏(Prunus dulcis,VVA20514.1)亲缘关系较近。荧光定量PCR结果表明,PpNAC19在桃不同组织中均有表达,且在硬核期果实中表达量最高。在果实成熟过程中,黄肉桃果实中类胡萝卜素含量显著高于白肉桃果实。PpNAC19基因在黄肉桃中表达量较高,类胡萝卜素降解基因PpCCD4在黄肉桃中表达量显著低于白肉桃。双荧光素酶试验结果表明,PpNAC19能够转录抑制PpCCD4启动子活性。本试验为进一步研究PpNAC19基因在桃果实类胡萝卜素代谢过程中的功能提供了理论依据。     

茶树CsDREB-A2转录因子基因的克隆与非生物胁迫响应分析

干旱应答元件结合蛋白(DREB)类转录因子在植物逆境信号转导途径中具有重要的调控作用。为了解AP2/ERF转录因子在茶树逆境胁迫的分子调控机理,本研究从茶树龙井43叶片的cDNA中克隆得到一个编码CsDREB-A2转录因子的基因;对CsDREB-A2基因及其编码蛋白序列特征进行分析,并利用实时荧光定量PCR法检测该基因在茶树不同非生物胁迫处理下的表达水平。结果表明,CsDREB-A2基因开放阅读框为1 056 bp,编码351个氨基酸,其编码氨基酸序列具有AP2保守结构域,包含典型的YRG元件和WLG基序。AP2结构域第14、第19位氨基酸分别为缬氨酸和谷氨酸。拟南芥AP2/ERF家族转录因子的进化分析表明,该转录因子属于DREB亚族的A2组。CsDREB-A2相对分子质量为39 080 Da,理论等电点为5.32,属于亲水性蛋白,主要由α-螺旋和随机卷曲组成,无序化特征明显且存在一个LM无序区域;可能定位于细胞核,不存在信号肽和跨膜结构,属于非分泌蛋白。CsDREB-A2基因在高温(38℃)和干旱(200 g·L^-1 PEG)胁迫下均能快速诱导表达,并显著高于对照,分别在处理4、2 h达到最大值,为对照的20.70和42.90倍,植物在渗透胁迫下,可能通过ABA信号途径调节该基因对干旱的耐受性。高盐(200 mmol·L^-1 NaCl)胁迫下CsDREB-A2基因的表达受抑制,推测其可能存在负调控结构域降低该基因在盐胁迫下的表达量。本试验结果为研究DREB类转录因子在茶树抗逆胁迫的分子调控机制提供了一定的理论参考。     

高羊茅硝态氮转运蛋白基因NRT1.1的克隆及表达模式分析

为探究高羊茅(Festuca arundinacea)硝态氮转运蛋白基因(NRT1.1)的表达模式,本研究以黔草1号高羊茅为试验材料,采用RACE和RT-qPCR技术对高羊茅NRT1.1基因的cDNA全长序列进行扩增,并对其不同胁迫处理下的表达情况进行分析。生物信息学分析发现,高羊茅NRT1.1的理论等电点为4.81,平均亲小性为0.919,含有约32.63% α-螺旋、7.63% β-转角和53.73%不规则卷曲。结果表明,NRT1.1基因的cDNA序列全长为2 328 bp,编码606个氨基酸,预测蛋白质分子量为193.9 kDa,且高羊茅NRT1.1与黑麦草NRT1.1氨基酸序列的相似性最高。RT-qPCR表达分析发现,高羊茅叶片NRT1.1受低氮处理0.5~1 h时表达量达到峰值,显著(P< 0.05)高于对照组;在干旱和热处理下,NRT1.1表达量分别在6 h和12 h时达到峰值,且显著(P< 0.05)高于对照组;在盐处理下,仅在6 h时NRT1.1表达量高于对照组,其余时间均受显著(P< 0.05)抑制。本研究结果为解析高羊茅NRT1.1基因的表达模式提供了分子生物学基础。     

苹果异戊烯基转移酶基因启动子调控特性研究

异戊烯基转移酶(IPT)是细胞分裂素合成途径的第一限速酶,过表达苹果MdIPT3a的转基因烟草表现出典型的细胞分裂素特异的生长表型,可作为苹果同源转基因的潜在筛选标记。为阐明MdIPT3a自主启动子对基因表达的调控作用,本试验克隆了富士苹果MdIPT3a基因上游启动子序列,分别构建不同长度的MdIPT3a启动子驱动GUS基因的植物表达载体,以CaMV35S驱动GUS基因的表达载体作为对照,遗传转化烟草W38,并对转基因植株进行GUS定性和定量分析,探讨不同长度的MdIPT3a启动子对GUS表达的影响。结果表明,转基因植株的各组织均有GUS染色,不同长度的MdIPT3a启动子均能驱动GUS基因表达,最小的有效启动子长446 bp,且含MdIPT3a启动子的转基因植株GUS表达水平显著低于含35S启动子的对照植株。本试验结果为MdIPT3a的同源转基因技术研究提供了一定的理论参考。     

谷子CIPK基因(Seita.5G145900)对非生物逆境的响应

在谷子基因组中鉴定出一个CIPK(Seita.5G145900,命名为SiCIPK19)基因。为揭示SiCIPK19对逆境胁迫的响应,对其基因结构、蛋白特征、功能、进化等性状进行了系统的分析和预测,并用实时定量PCR(RT-qPCR)检测了其在谷子苗期不同逆境及关键生育期干旱胁迫下的表达。结果表明,SiCIPK19基因位于谷子5号染色体,基因组序列长1 353 bp,编码450个氨基酸,基因无可变剪切,且不含内含子。功能域分析和多序列比对发现,SiCIPK19蛋白具有非常保守的序列结构,与其他植物CIPK蛋白也非常相似。RT-qPCR分析表明,SiCIPK19基因被聚乙二醇6000(PEG 6000)、ABA、高盐和低温胁迫强烈诱导。此外,SiCIPK19基因在谷子拔节期、抽穗期和灌浆期干旱条件下参与了对干旱胁迫的响应,推测该基因参与谷子对非生物逆境的应答,尤其在抽穗期和灌浆期干旱胁迫应答中发挥重要作用。本研究结果为进一步分析CIPK基因逆境应答机制,以及利用基因工程方法改善谷子抗逆性和提高产量提供了理论支持。     

刺葡萄愈伤组织UFGT基因克隆及表达分析

为从细胞水平上揭示刺葡萄3-O-类黄酮葡萄糖基转移酶(UFGT)基因调控花青素合成的功能,以刺葡萄愈伤组织为试验材料,根据刺葡萄愈伤组织转录组UFGT序列片段,利用RT-PCR结合RACE技术克隆得到VdUFGT基因,并对其进行生物信息学和表达特性分析。结果表明,VdUFGT基因cDNA和DNA开放阅读框(ORF)分别为1 371 bp和1 448 bp,包含2个外显子和1个内含子,编码456个氨基酸,为带负电荷的不稳定的亲水性蛋白,具有一个UDPGT结构域,是UDPGT超家族成员,包含UDP-黄酮糖基转移酶特征区域。由UFGT同源基因编码蛋白所构建的系统发育树,与植物进化的关系相一致,6个葡萄属植物聚为一支。RT-qPCR分析表明,刺葡萄红色愈伤组织VdUFGT转录水平极显著高于白色愈伤组织,培养25 d的2个细胞培养物差异可达79倍;在刺葡萄愈伤组织连续培养过程中,红色愈伤组织中VdUFGT转录水平变化幅度较大,在愈伤组织快速生长中期和衰老初期分别出现峰值,而刺葡萄白色愈伤组织VdUFGT转录水平与红色愈伤组织相比变化幅度不大,且始终维持在一个较低的水平。说明VdUFGT对刺葡萄红色愈伤组织细胞培养物中的花青素生物合成有重要的调控作用,这种调控作用主要发生在刺葡萄愈伤组织细胞快速生长中期和细胞衰老初期。本研究结果为进一步阐明VdUFGT调控刺葡萄细胞花青素合成的机制奠定了理论基础。     

绿竹花发育相关BoAG-like基因的克隆与表达特性分析

AG基因属于MADS-box家族,在决定花分生组织特性和花器官发育中起着重要的作用。为阐明竹类植物AG基因的表达特性,本研究以绿竹开花试管苗花芽为植物材料,采用cDNA末端快速扩增技术(RACE),获得了完整的cDNA序列,命名为BoAG-like。序列分析结果表明,BoAG-like长度为792 bp,具有AG基因特有的AG Ⅰ区和AG Ⅱ区;BoAG-like与水稻OsMADS58、玉米ZAG1和毛竹PhMADS3的AG-like同源蛋白所编码的氨基酸序列同源性达到80%以上,均属于C类基因的eu-AG系;蛋白的三级结构预测结果表明,BoAG-like与水稻OsMADS58和二穗短柄草BdMADS18最为接近,但也存在明显差异;实时荧光定量PCR结果表明,BoAG-like基因在花器官的表达量明显高于营养器官的表达量,且其表达量随着绿竹花发育进程呈上升趋势;BoAG-like的表达量在绿竹花芽不同部位存在显著差异,其中在雌蕊中最高,外稃中最低。本研究结果为进一步深入研究竹子花发育的分子机制奠定了一定的理论基础。     

蓖麻延伸因子基因的克隆与表达分析

为探讨蓖麻延伸因子基因(RcEF-1α)作为参考基因进行相关研究的可行性,以蓖麻雌性花为试验材料,扩增RcEF-1α(GenBank登录号: XM_002518027.3)的编码序列(CDS),并将其亚克隆至原核表达载体pET32a(+)构建成重组载体pET32a(+)-RcEF-1α;将pET32a(+)-RcEF-1α转化至大肠杆菌表达菌株BL21 (DE3)中进行优化表达,表达蛋白经纯化后进行Western blot验证。结果表明,异丙基-β-D-硫代吡喃半乳糖苷(IPTG)可诱导一个分子量约66 kD的特异蛋白;采用纯化的表达蛋白免疫新西兰白兔制备抗RcEF-1α的多克隆抗血清,用多克隆抗血清进行Western blot验证,发现多克隆抗血清具有针对RcEF-1α的特异性,经ELISA检测,其效价为1∶51 200;以抗血清为一抗,通过Western blot分析RcEF-1α在时空条件一致且正常生长的根、茎、叶、雌花、雄花和果实中的表达量,结果显示,蓖麻各组织中RcEF-1α蛋白质的含量存在显著差异,其中雌花和雄花中的含量显著高于其他组织。RT-qPCR分析结果表明,蓖麻各组织中RcEF-1α mRNA差异不显著。本研究结果为蓖麻功能基因表达分析参考基因的筛选提供了一定的理论依据。     

高粱转录因子SbWRKY71基因的克隆及其在逆境胁迫下的表达分析

为了探究WRKY转录因子在植物抵抗逆境胁迫方面的重要作用,本研究通过基因克隆的方法,从高粱BTx623中克隆得到一个WRKY转录因子基因(SbWRKY71),该转录因子基因全长1 335 bp(phytozome登录号:Sb04g005520),编码364个氨基酸,分子量为38.95 kDa;预测该转录因子定位于细胞核,具有WRKY转录因子典型的保守结构域,且该蛋白属于WRKY蛋白家族的第Ⅱ组成员。系统进化树分析表明,高粱SbWRKY71氨基酸序列与禾本科作物玉米ZmWRKY71的亲缘关系最近,为75%;实时荧光定量PCR(RT-qPCR)检测表明,SbWRKY71基因表达具有组织特异性,在叶中表达丰度最高,茎中最低。经激素水杨酸(SA,1 mmol·L^-1)、吲哚-3-乙酸(IAA,10 μmol·L^-1)和脱落酸(ABA,200 μmol·L^-1)处理后,SbWRKY71的表达量呈现先下降后升高再下降的趋势;在γ-氨基丁酸(GABA)和甘露醇(D-Mannitol,300 mmol·L^-1)模拟干旱胁迫以及氯化钠(NaCl,250 mmol·L^-1)盐胁迫处理下,SbWRKY71的表达量均先升后降,分别在3、6和9 h达到最大值;高粱经病原相关分子模式(PAMPs)flg22(100 nmol·L^-1)、翻译延长因子(elf18,100 nmol·L^-1)处理后,SbWRKY71表达均受到抑制,但在几丁质(Chitin,8 nmol·L^-1)处理下,SbWRKY71受到诱导表达。本研究为进一步探索SbWRKY71基因在调节高粱抗性、响应激素以及逆境胁迫应答等过程中的作用机制提供了基础。