茶树海藻糖-6-磷酸合成酶基因(CsTPS)的克隆及表达分析

海藻糖-6-磷酸合成酶(trehalose-6-phosphate synthase,TPS)是海藻糖合成途径中的一个关键酶.目前,TPS基因的研究多数集中于细菌和真菌等,而对植物的研究较少.本实验通过对茶树(Camellia sinensis(L.)O.Kuntze)全器官转录组文库序列比对,获得一条与其他物种同源性较高的编码TPS基因的EST序列,通过RACE扩增后获得茶树TPS基因cDNA全长序列,命名为Cs TPS(GenBank登录号JQ742017).该基因cDNA全长3 125 bp,包含一个2799 bp的开放阅读框,编码932个氨基酸.多序列比对分析结果表明,Cs TPS基因编码的蛋白具有明显的TPS和TPP两个结构域.系统进化分析表明,其编码的氨基酸序列与拟南芥(Arabidopsis thaliana)、烟草(Nicotiana tabacum)和番茄(Solanum lycopersicum)等植物的TPS同源性较高,且CsTPS与拟南芥TPS1(AtTPS1)的同源性高于TPS2(AtTPS2)和TPS3(AtTPS3).qPCR分析显示,CsTPS基因在茶树不同组织器官中呈现差异性表达.低温诱导促使老叶和嫩叶中的CsTPS基因上调程度明显大于根系,表明CsTPS基因可能参与了茶树抗寒机制.     

作物海藻糖合成相关基因的研究进展

海藻糖是一种非还原性二糖,广泛存在于自然界各种生物中。随着海藻糖代谢途径的发现,人们逐渐重视对海藻糖及其中间产物海藻糖-6-磷酸（trehalose 6-phosphate,T6P）的研究。T6P是糖信号重要标志,也是植物生长发育必不可少的组成部分。海藻糖-6-磷酸合成酶（trehalose-6-phosphate synthases,TPS）催化T6P的生成,然后在海藻糖-6-磷酸磷酸酶（trehalose-6-phosphate phosphatase,TPP）催化作用下发生去磷酸化反应生成海藻糖。海藻糖合成相关基因在植物生长发育、逆境调控中具有重要作用,本文对海藻糖合成及作物中相关基因的功能进行了总结。     

低温下冬小麦与中国春的TPS基因表达分析

海藻糖-6-磷酸合成酶基因(trehalose-6-phosphate synthase,TPS)是海藻糖合成途径中的关键酶基因,在植物耐寒过程中发挥着重要作用。为了分析不同耐寒性的小麦品种中TPS基因在低温处理下的表达差异,明确TPS基因在抗寒中所起的关键作用,以抗寒品种东农冬麦1号(D1)和对照品种中国春(CS)为材料,设定一系列低温处理,用qRT-PCR分析7个TPS基因的表达差异。结果表明,低温驯化初期,TPS4和TPS7在D1中大量表达。低温驯化后期,D1中TPS1、TPS2、TPS4、TPS6和TPS7基因的表达量均明显高于CS中的表达量。TPS2、TPS3、TPS5和TPS6基因在小麦低温冷冻中后期相对表达量达到最高。-16℃下D1中的TPS1、TPS6和TPS7基因相对表达量分别为同时期CS的72.8倍、308.68倍和32.83倍。D1中的TPS3基因在7个冷处理中有6个为下调表达,而TPS7基因在各处理下均为上调表达。本研究结果对高抗寒性新品种的选育具有重要意义。     

OsUgp2和otsAB基因共转化增强水稻抗旱抗寒能力

本研究通过农杆菌介导的转化技术,将水稻尿苷-2磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基N（OsUgp2）与大肠杆菌海藻糖-6-磷酸合成酶／海藻糖-6-磷酸合成酶磷脂酶融合基因（otsAB）共表达载体转化水稻愈伤组织,对获得的转基因植株分别进行干旱和寒冷处理,试图明确0sUgp2和otsAB共表达是否可以进一步提高转基因水稻植株的抗胁迫能力。表型观察结果显示0sUgp2和。拈AB共表达植株（ABu）经干旱和寒冷处理后恢复生长的能力,较otsAB和OsUgp2分别过量表达的转化植株（AB和U）均有所提高。定量PCR检测结果显示：经干旱处理后,转化植株ABU中0tsAB和OsUgp2的表达量较未处理植株分别提高1．92倍和1．67倍,与转化植株AB和I中0tsAB和OsUgp2表达的增加量相近;而寒冷处理后,转化植株ABU中otsAB和OsUgp2的表达量分别增加2．68倍和2．04倍,明显高于转化植株AB和u中otsAB和OsUgp2表达的增加量。液相色谱检测结果显示：OsUgp2和otsAB共表达和单表达均可以提高转化植株中海藻糖的生物合成量,且共转化植株ABU中海藻糖的含量在干旱和寒冷处理前后均是最高的。干旱和寒冷处理后,共转化植株ABU中蔗糖含量的增加也较明显。本研究结果表明OsUgp2和otsAB共表达可以增加转基因水稻植株中海藻糖和蔗糖分子的含量,同时转基因水稻植株的抗旱和耐冷胁迫的能力也得到了一定提高。     

小麦3-磷酸-甘油醛脱氢酶基因(GAPDH)上游序列的克隆及功能验证

3-磷酸-甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)广泛地存在于各种生物体内,是生物体内糖异生和糖酵解过程中的关键酶。为了获取长武134小麦(TriticumaestivumL.)GAPDH上游序列并分析其启动子活性,本研究根据小麦GAPDH基因(GenBank登录号:EF592180.1)5'端序列设计特异引物,利用基因组步移法获得了该基因上游1071bp的序列;对该序列进行结构分析表明,转录起始位点可能位于起始密码子上游约700bp处;PlantCARE预测瞬时作用元件表明,在翻译起始密码子ATG的上游含有启动子基本结构元件TATA-box、CAAT框,以及能够应答脱落酸(abscisic acid,ABA)、干旱、低温等非生物胁迫逆境因子的多种顺式作用元件(如MYB、MYC、WRKY、ABRE、HSE和GT-1等);然后用GAPDH基因启动子序列替换植物表达载体pBI121GUS基因前的CaMV35S启动子,并构建启动子融合表达载体,并通过农杆菌(Agrobacteriumtumefaciens)EHA105介导转化烟草(Nicotianatabacum)叶盘进行了瞬时表达分析,以GUS作为报告基因研究在ABA、干旱、低温3种非生物胁迫下启动子的活性。结果显示,ABA、低温和干旱对启动子有较明显的诱导效应,其中以干旱诱导最为显著。本研究通过基因组步移克隆得到GAPDH基因的启动子,分析表明此启动子为有着强启动活性的诱导型启动子。     

金柑磷酸蔗糖磷酸酶的基因克隆、表达与蛋白结构分析

磷酸蔗糖磷酸酶（SPP）是植物蔗糖生物合成最后一步催化反应的关键酶，对调控植物生长发育不同时期的蔗糖合成过程有重要作用。为探索金柑（Fortunella crassifiolia Swingle）SPP基因及其编码蛋白的序列特征及其在果实发育过程的表达特性，本研究以四倍体品种脆蜜金柑（F. crassifiolia Swingle cv. Cuimi）为试验材料，采用反转录PCR和cDNA末端快速克隆（RACE）方法从金柑果肉中克隆SPP基因，对其进行生物信息学和原核表达分析，并检测果实发育不同时期该基因在果肉中的表达量。结果表明，FcSPP基因的cDNA序列全长1 638 bp，最长开放阅读框（ORF）为1 191 bp，编码396个氨基酸，理论等电点为6.57，为稳定的亲水性蛋白，二级结构主要由α-螺旋和无规则卷曲组成。FcSPP蛋白含有S6PP和S6PP＿C保守结构域，属于植物磷酸蔗糖磷酸酶家族成员。系统进化分析结果显示，FcSPP蛋白与甜橙SPP同源性最高，在进化树上与拟南芥等双子叶植物SPP划归为一类。此外，本研究构建了FcSPP基因的原核表达载体，诱导表达获得纯化的FcSP...     

大蒜蔗糖:蔗糖1-果糖基转移酶基因As-1-SST的克隆与表达分析

植物果聚糖是一类重要的可溶性碳水化合物,其在植物中的积累可提高植物的抗逆性。为了解大蒜蔗糖:蔗糖1-果糖基转移酶的序列特征和功能,本研究采用TA克隆方法(Original TA Cloning Kit)得到乐都紫皮大蒜As-1-SST基因全长序列,利用BLAST、DNAMAN、ProtParam、SWISS-MODEL、MEGA等生物信息工具分析其序列特征,通过荧光定量PCR(qRT-PCR)分析As-1-SST基因在大蒜根、假茎、叶片和鳞芽中的表达差异及其对低温和干旱胁迫的响应情况。结果表明,大蒜As-1-SST基因全长1 872 bp, 编码623个氨基酸,推测蛋白质分子质量为69.76 kDa,理论等电点为5.19,为不稳定亲水性蛋白;亚细胞定位预测结果显示,As-1-SST蛋白主要定位于液泡,该蛋白无信号肽,包含2个特异位点,属于糖苷水解酶32(GH32)家族。在进化关系上,大蒜As-1-SST与百合科的洋葱1-SST亲缘关系最为接近。qRT-PCR分析表明,As-1-SST基因在根中的表达量最高,其次是假茎,在鳞芽和叶片中表达水平较低,具有明显的组织特异性;不同组织As-1-SST对于低温及干旱胁迫的响应差异显著,低温胁迫显著诱导了根、假茎、叶片中As-1-SST的表达,而干旱胁迫只显著提高了鳞芽中As-1-SST的表达量,说明大蒜各组织As-1-SST对逆境信号的响应机制不同。本研究为进一步鉴定大蒜果聚糖合成酶基因的生物信息学功能和表达调控机制提供了一定的理论依据。     

啤酒糖酵母菌6-磷酸海藻糖合成酶编码基因tps1的cDNA克隆

本工作从抗逆性极强的啤酒糖酵母菌株 Ａ Ｓ２１４１６ 中分离纯化总 Ｒ Ｎ Ａ 和 ｍ Ｒ Ｎ Ａ ,以 Ａ Ｍ Ｖ 逆转录酶合成了单链ｃ Ｄ Ｎ Ａ 。采用保守引物扩增并克隆了该酵母菌的６ － 磷酸海藻糖合成酶编码基因ｔｐｓ１ ,建立了该基因 Ｄ Ｎ Ａ 片段的物理图谱,发现其酶切位点与已见报道的６ － 磷酸海藻糖合成酶编码基因相同。     

农杆菌介导的玉米茎尖遗传转化研究及转TPS1基因和VlmybA2基因玉米鉴定

本研究以优良玉米自交系交51为材料,通过农杆菌介导的茎尖转化将海藻糖-6-磷酸合成酶基因TPS1和葡萄花青素调控基因VlmybA2转入玉米中。确立了最佳的除草剂Basta筛选浓度,研究了不同真空渗透压、农杆菌液浓度、侵染时间等因素在转化过程中对玉米植株存活率的影响。结果表明80 mg/L除草剂Basta为最佳筛选浓度,真空渗透压为60 kPa、农杆菌液浓度OD600为0.8、侵染时间为8 min时是最佳转化条件,经过GUS组织化学染色和PCR检测,证明TPS1基因和VlmybA2基因已经整合到玉米基因组中。     

胡萝卜2个DcDREB-A1类转录因子基因的克隆与比较分析

植物DREB类转录因子在植物抗逆性方面具有重要作用。本文以胡萝卜黑田五寸为材料,基于胡萝卜转录组数据,通过RT-PCR方法克隆出2个DREB-A1类转录因子基因Dc DREB-A1-1和Dc DREBA1-2。序列分析显示,这2个基因均没有内含子,长度分别为780bp和669bp,分别编码259和222个氨基酸;预测其蛋白质相对分子质量分别为29.0KD和24.71KD,p I值分别为4.32和4.63。通过对氨基酸亲水/疏水性进行分析,发现这2个转录因子属于亲水性蛋白。实时定量PCR分析表明,Dc DREB-A1-1和Dc DREB-A1-2基因在胡萝卜不同组织中的表达量不同,分别在叶和根中表达量最高。低温(4℃)、高温(38℃)、盐(0.2 mol·L-1Na Cl)、干旱(200 g·L-1PEG)不同时间段处理表达分析显示,Dc DREB-A1-1在低温、高温、盐和干旱胁迫下被显著诱导,高温、盐和干旱处理1 h后表达量达到最高,分别比对照增加14倍、7倍、7倍,低温处理下2 h表达量最高,是对照的18倍;而Dc DREB-A1-2在高温、低温和盐处理下响应明显,高温处理1 h后表达量为对照的12倍,低温和干旱处理下8 h基因表达量分别比对照增加2.4倍、6.2倍,说明2个基因在响应逆境胁迫时表达不同。胡萝卜响应非生物逆境胁迫是一个复杂的过程,本试验对深入研究胡萝卜抗逆分子机制,提高胡萝卜逆境抗性等方面具有较为重要的意义。     

巴西橡胶树4－羟基－3－甲基－2-（E）－丁烯基－4－磷酸还原酶基因（Hb—HDR）的克隆及表达分析

4-羟基-3-甲基-2-（E）-丁烯基-4-磷酸还原酶（4-hydroxy-3-methyl-2-（E）-butenyl-4-diphosphate reductase,HDR）是异戊烯基焦磷酸合成途径之一甲基赤藓糖磷酸（methylerythritol phosphate,MEP）途径中的最后一个酶,催化4-羟基-3-甲基-（2E）-丁烯基-4-磷酸生成异戊烯基焦磷酸。根据植物HDR的同源序列设计引物,通过RT-PCR结合RACE的方法在橡胶树中获得了与其相应的HDR基因,命名为HbHDR。序列分析表明HbHDR长1627bp,编码462个氨基酸,属于LYTB家族,该氨基酸序列与烟草、长春花、胡黄连、拟南芥、银杏和火炬松的HDR同源性为79．1％、78．4％、76．5％、75．3％、72．2％和70．9％。半定量RT-PCR结果显示,乙烯诱导胶乳HbHDR的表达。     

一个在超饲养朗德鹅肝脏中差异表达基因的分离和鉴定

为阐明鹅（Anser anser）肥肝形成的机制,使用mRNA差异显示技术研究超饲养和正常饲养条件下朗德鹅肝脏基因表达差异。基因转化生长因子β2(TGFB2)被证实在肥肝中上调（P < 0.01）,该基因1 248 bp的cds序列(GenBank 登陆号EF541127)与鸡TGFB2有94%的同源性。序列分析表明,该序列含有一个1 239 bp的开放读码框架（ORF）,编码412个氨基酸的蛋白质,该蛋白质序列存在2个保守的功能域：引导序列（TGFb前肽）和功能结构域（TGFβ）,并与其它同源蛋白有较高的同源性。应用生物信息学方法对该蛋白质的功能和结构进行了分析。组织表达分析表明,鹅TGFB2在肝、肌胃、脾和卵巢中表达丰富,在子宫、肺和肌肉中中等表达,在肾和腹脂中表达量较低。结果显示,超饲养诱导了鹅肝脏TGFB2基因mRNA表达水平的上调。     

甜高粱蔗糖合成酶基因（Susy2）的克隆及结构和功能分析

本研究以甘蔗蔗糖合成酶基因(susy2)cDNA序列为探针,对高粱EST数据库进行同源检索,将获得的4条与甘蔗相似性很高的EST序列进行拼接,后经基因组PCR、分子克隆和序列分析验证获得了甜高粱(sorghum bicofor)蔗糖合成酶基因DNA序列(Susy2,GenBank登录号为FJ513325).该序列全长4587 bp,起始密码子至终止密码子序列长4350 bp,包含一个2409 bp的开放读码框.该序列包含15个外显子和14个内含子,剪接方式都为GU/AG模式.Susy2编码的蛋白由802个氨基酸组成,分子量大小为91.7 kD,等电点pI为6.15.保守结构域分析表明,此蛋白含有一个475个氨基酸的GTI糖基化酶保守结构域(275～759),有4个ADP结合位点,能催化6-磷酸果糖和UDPG形成6-磷酸蔗糖.     

棕色棉GhANS基因的克隆与表达分析

本研究以15DPA棕色棉及其白色近等基因系为材料,蛋白质双向凝胶电泳结合质谱分析,鉴定出其中一个差异表达的蛋白为花色素合成酶(ANS)。以15DPA棕色棉纤维细胞cDNA为模板,电子克隆获得了编码该蛋白基因的全长cDNA序列,序列分析发现,该基因的开放阅读框为1062 bp,编码354个氨基酸,属于花色素还原酶2-酮戊二酸加氧酶亚家族,将该基因命名为GhANS。构建GhANS基因GFP融合植物表达载体转化烟草,荧光共聚焦显微镜观察发现GhANS基因定位于烟草细胞质内。实时荧光定量PCR分析表明,GhANS基因在棉花中组成型表达,该基因在纤维细胞发育的各个时期在棕色棉中表达量均高于其白色近等基因系,推测GhANS基因在棕色棉纤维色素合成过程中起重要作用。     

戈壁异常球菌冷激蛋白Csp1提高大肠杆菌盐胁迫抗性

耐辐射戈壁异常球菌(Deinococcus gobiensis I-0)是本研究室分离于戈壁沙漠环境中的微生物,对辐射、氧化和干旱等非生物胁迫有超强的抗性。该菌基因组含有2个冷激蛋白编码基因(csp1,Dgo_CA1136和csp2,Dgo_PA0041),编码蛋白均具有典型的冷激蛋白家族特有的结构域。本研究以戈壁异常球菌I-0 Csp1为研究对象,研究表明Csp1能显著增强模式菌株大肠杆菌对低温、高盐、干旱等非生物胁迫的抗性;QRT-PCR分析显示在盐胁迫条件下Csp1表达菌株的海藻糖合成酶基因(otsA和otsB)表达显著上调,其降解基因(treB、treC)无显著变化。Csp1通过调控海藻糖代谢途径,促进渗透保护物的积累,可能是增强细胞盐、干旱等胁迫抗性的有效途径之一。     

苦瓜Ⅲ型过氧化物酶Prxs基因及其启动子的克隆与表达分析

过氧化还原蛋白(Prxs)是广泛存在于植物体内重要的抗氧化酶。为深入研究Prx基因在苦瓜非生物胁迫中的作用,从苦瓜叶片均一化文库中获得McPrx基因的cDNA全长序列,并命名为McPrx(KJ722768.1),该cDNA序列全长1 068 bp,开放阅读框972 bp,编码324个氨基酸,属于ClassⅢ基因家族成员。采用基因组步移法分离获得McPrx基因5'上游1 237 bp的启动子调控序列,运用Plant CARE对其进行顺式作用元件分析,结果显示该序列除含有CAAT-box、TATA-box等核心启动子元件,还具有激素、抗病与抗逆应答元件,表明McPrx基因的表达可能受多种外界环境条件的调控。qRT-PCR分析表明,McPrx在根、茎、雌花等器官中的表达量存在极显著差异。其中在茎中表达量最大,在雌花中表达量最低,说明该基因的表达具有器官表达特异性;低温胁迫1 h时,McPrx表达量显著上调,胁迫3 h时McPrx表达量达到最大,随后下降,说明McPrx响应了低温胁迫的应答。本研究结果为进一步研究McPrx的生物学功能及其应用奠定了基础。     

巴西橡胶树HbMCS1基因的克隆及表达分析

2C-甲基-D-赤藓糖醇-2,4-环化磷酸合成酶（2C-methyl-D-erythritol 2,4-cyclodiphosphate synthase,MCS）是异戊烯基焦磷酸合成途径之一——甲基赤藓糖磷酸（methylerythritol phosphate,MEP）途径中的第五个酶,催化2-磷酸-4- (胞苷-5’-二磷酸)- 2-C-甲基-D-赤藓糖醇生成2-C-甲基-D-赤藓糖醇-2-4-环化磷酸。根据植物MCS的同源序列设计引物,通过RT-PCR结合RACE的方法在橡胶树中获得了与其相应的MCS基因,命名为HbMCS1。序列分析表明HbMCS1长965bp,编码241个氨基酸,该氨基酸序列与长春花、拟南芥、水稻、银杏和三尖杉的MCS同源性分别达到70.8%、69.4%、64.9%和63.3%和62.2%。半定量RT-PCR结果显示,伤害诱导胶乳HbMCS1的表达,乙烯对HbMCS1的表达几乎没有影响;HbMCS1的表达具有组织差异性,在愈伤组织中大量表达,在叶片和胶乳中微量表达。HbMCS1的克隆和表达分析为了解MEP途径在橡胶树胶乳中的作用和对天然橡胶生物合成的调控作用打下了基础。     

野油菜黄单胞菌中6-磷酸海藻糖合成酶注释基因的功能鉴定

6-磷酸海藻糖在微生物碳代谢调节及抗逆生理中起着极其重要的作用。在野油菜黄单胞菌野油菜致病变种(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)8004菌株的基因组中,XC1076注释为6-磷酸海藻糖合成酶。利用突变和表型检测技术,对XC1076进行功能鉴定,结果显示,XC1076的Tn5gusA5插入突变体006B12,在含3%NaCl的NYGB培养基中生长明显缓慢,在含葡萄糖为惟一碳源的NCM培养基中几乎不能生长,反式互补能够基本恢复野生型表型,这说明XC1076与碳代谢调控和抗高渗有关。这些表型实验结果揭示,XC1076的ORF编码的蛋白具有6-磷酸海藻糖合成酶活性。致病生化因子检测显示,XC1076与Xcc胞外酶和胞外多糖的分泌无关。     

哈茨木霉A25-2纤维二糖水解酶I基因的克隆及其编码催化功能域的序列在绿色木酶HP35-3中的表达

本研究从哈茨木霉（rrichoderma harzianMm）A25—2总RNA中利用RT—PCR的方法扩增到其纤维二糖水解酶I基因的cDNA序列,并对该基因编码的氨基酸序列进行分析,得到cbhI基因中编码催化功能域的序列。将催化功能域编码序列克隆到表达载体pCP—GH中,用PEG—CaCl2介导的原生质体转化方法将重组质粒转化到绿色木霉（Trichoderma viride）HP35—3中,筛选得到12个转化子。以P-NPC为底物,测定了该12个转化子的酶活力,获得比活力最高的转化子Tv／CDHI-CBM-5,其纤维二糖水解酶活力是HP35—3的3．8倍。SDS—PAGE分析表明,绿色木霉表达了导入的含A25—2纤维二糖水解酶I催化功能域的编码序列。     

茶树黄酮醇合成酶基因的克隆与原核表达

本研究采用EST测序技术和RT—PCR技术,获得了一个茶树茶多酚代谢中的重要基因——黄酮醇合成酶（FLS）基因,在GenBank登录（GenBank accession No．EF205150）,其序列全长1317bp,其中开放阅读框长996bp,编码331个氨基酸,3]端有一个明显的多聚腺苷酸加尾信号,推测的蛋白分子量约为37．5kD,理论等电点为5．80。序列分析表明它与葡萄FLS基因序列的亲缘关系比较近。将该基因重组到表达载体pET-32a（＋）中进行原核表达,经IPTG诱导、SDS-PAGE检测,结果表明茶树黄酮醇合成酶基因能在大肠杆菌BL21中表达,电泳检测到一条大约61kD的外源蛋白,与预测的融合蛋白分子量相符。用Ni-NTA亲和层析柱对融合蛋白进行纯化,得到了纯度在90%以上的纯化蛋白,为进一步研究PET-FLS融合蛋白的活性及功能奠定了基础。