苹果MdPIF4基因克隆、表达与功能验证

温度是影响植物生长发育重要的环境因子之一,光敏色素互作因子PIF4是植物响应温和高温的核心基因,明确MdPIF4在苹果温度响应中的作用具有重要意义。本研究克隆了MdPIF4的编码区和启动子序列,分析了MdPIF4的表达情况,对MdPIF4转录激活活性进行了分析和互作蛋白筛选,并在野生型拟南芥中异源过表达了MdPIF4。结果显示:MdPIF4基因编码区包含1 656 bp的核苷酸,编码551个氨基酸,预测其蛋白质分子质量为60 670.87 Da,等电点为6.63。MdPIF4在苹果叶片中的表达量最高,其次为根、茎、花,在果实中的表达量最低。MdPIF4启动子中含有光响应元件、ABA(脱落酸)响应元件ABRE、SA (水杨酸)响应元件TCA-element、厌氧调节响应元件ARE、干旱响应元件MBS等。MdPIF4受温和高温诱导表达。不同物种间bHLH结构域的蛋白序列保守性较强,MdPIF4序列全长在酵母中具有转录自激活活性,bHLH结构域在酵母中没有自激活活性,其余片段均具有自激活活性。以bHLH结构域为诱饵蛋白,酵母双杂交筛库获得3个互作蛋白,分别为Md WRKY70、MdHAT5和MdRab11D。在野生型拟南芥中过表达MdPIF4促进了拟南芥幼苗下胚轴的生长。上述研究表明MdPIF4参与苹果温和高温响应。     

杨树PePIF3基因的克隆与表达分析

生物节律基因直接影响植物的生长发育,光敏色素相互作用因子3(phytochrome-interacting factor3,PIF3)属碱性螺旋-环-螺旋转录因子家族,是生物节律中的一个关键因子,在分子水平上对植物所受到的环境变化起协同调控作用。本研究以‘南林895’杨(Populus deltoides×P.euramericana’Nanlin 895’)为材料,通过克隆获得杨树Pe PIF3基因,分别为Pe PIF3-1和Pe PIF3-2序列,长度为1686 bp和2142 bp,编码561个氨基酸和713个氨基酸,且均为亲水性蛋白。对Pe PIF3进行多序列比对分析,发现其与毛果杨和胡杨同源性最高。组织特异性分析显示PePIF3在杨树幼叶中表达量最高,在柄、茎和根组织中表达都较低。对自然条件下的杨树成熟叶中PePIF3的生物节律性变化规律分析发现其在黑暗中不断累积,上午表达量达最高,以后呈下降趋势。在全黑暗条件下,14 h前PePIF3-1和Pe PIF3-2二者的表达量变化趋势相似,但14 h后二者的表达量呈相反变化趋势。     

黄毛草莓丝氨酸/苏氨酸基因FnSTPK1和启动子克隆及表达分析

为探究丝氨酸/苏氨酸基因STPK1在黄毛草莓(Fragaria nilgerrensis Schltdl.)抗炭疽病中的作用,采用RT-PCR技术从黄毛草莓中克隆了FnS TPK1基因的cDNA (GenBank登录号:MN709781)及其启动子序列(GenBank登录号:MN709783),序列分析结果表明:FnSTPK1基因开放阅读框长为1581 bp,编码526个氨基酸,包含1个STKc结构域,该基因起始密码子上游启动子pFnSTPK1序列为752bp,预测包含TATA-box、CAAT-box、激素响应元件、光响应元件、环境胁迫顺式作用元件等.同源性分析结果显示:FnSTPK1基因编码的氨基酸序列与森林草莓(Fragaria vesca)编码的氨基酸序列相似性为97.92％.RT-qPCR结果表明,黄毛草莓叶片接种胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosprioides)后,FnS PK1基因在接种后不同时间点的相对表达量均显著增加,且在接种48 h时达到最高值,为0 h的10.3倍;黄毛草莓叶片在外源喷施水杨酸(SA) 12 h时,FnSTPK1基因的相对表达量达到峰值,为0 h的2.9倍.因此,FnSTPK1可能在草莓抗炭疽病和SA诱导等过程中发挥重要的作用.本研究为进一步探究STPK1基因在野生黄毛草莓抗炭疽病中的功能提供了参考.     

草莓FvARF5基因的克隆、生物信息学及表达分析

生长素响应因子ARF是一类新的转录因子,通过激活或抑制生长素响应基因的表达调控植物的生长发育过程。为解析草莓生长素响应因子FvARF5在草莓形成过程中的功能,以草莓为试验材料,克隆了FvARF5基因并进行了生物信息学分析,利用qPCR分析了FvARF5在草莓不同组织及植物激素处理下的表达模式。结果表明,FvARF5基因开放阅读框为2 745 bp,编码914个氨基酸,蛋白质分子质量为100.65 ku,等电点为5.25。多序列比对和系统进化树分析表明,FvARF5基因具有保守的B3 DNA结合结构域和生长素响应因子保守结构域,与蔷薇科月季ARF5基因的进化关系最近,相似度达95%。亚细胞定位预测分析表明,FvARF5蛋白定位于细胞核中。启动子分析显示,FvARF5基因具有多样化的激素应答元件。qPCR结果表明,FvARF5存在组织表达差异,在茎和绿果中表达量较高。另外,FvARF5基因表达受到生长素和赤霉素的诱导,初步推测该基因可能参与了生长素和赤霉素调控草莓果实的形成过程。为进一步研究FvARF5基因的功能奠定基础。     

玉米PLATZ基因GRMZM2G006585启动子的克隆及表达分析

高转录活性籽粒特异性启动子可调控目的基因在植物籽粒中特异性、高水平表达。为发掘玉米籽粒特异性启动子，以公开发表的玉米表达谱芯片数据为切入点，筛选出籽粒优势表达基因GRMZM2G006585,克隆其编码区上游约2 000 bp的DNA序列，命名为PZm2G006585。利用在线网站New PLACE和PlantCARE对其进行启动子顺式作用元件分析，发现其含有E-box、P-box等多个籽粒特异性相关元件，初步认为所克隆编码区上游序列为玉米来源的籽粒特异性启动子。为验证其功能，构建该启动子驱动β-葡萄糖苷酸酶基因(GUS)的表达载体并进行植物遗传转化。转基因水稻的GUS组织化学染色结果表明，该启动子驱动外源基因表达模式为籽粒特异、胚优势表达；转基因拟南芥单拷贝株系T₃种子中GUS活性检测结果显示，PZm2G006585驱动的GUS活性为909.52 nmol/(min·mg)。籽粒特异性启动子PZm2G006585的发掘和功能验证为驱动目标基因在玉米、水稻等单子叶植物籽粒中特异性表达提供了候选启动子资源。     

菊芋果聚糖合成酶基因1-FFT启动子克隆与功能分析

本研究通过Tail-PCR方法分离到菊芋1-FFT基因上游长度为1 611 bp的片段(FFTP)。神经网络启动子在FFTP序列中预测到8个启动子核心结构,瞬时表达结果显示起始密码子上游400 bp的启动子核心结构域与1 611 bp的启动GUS基因表达的活性无明显差异,表明-296到-246区域就是1-FFT基因的启动子区域。PlantCARE分析表明,FFTP序列中除基本启动子元件(TATA-box和CAAT-box)外,还含有与MYB转录因子结合的元件3个,参与光调控的顺式作用元件12个,茉莉酸反应、厌氧过程、脱落酸、抗逆反应的元件各2个,昼夜节律控制、生长素和赤霉素反应的元件各1个。这些顺式作用元件的鉴定为1-FFT参与相应的生物学过程提供理论依据。     

大薯病程相关蛋白1(PR1)基因及其启动子序列的克隆与分析

为了研究大薯Da PR1基因的表达模式及调控机理,本研究利用逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)技术,从高抗炭疽病大薯材料Da94中获得1个病程相关蛋白1(pathogensis-related protein 1,PR1)基因,命名为Da PR1。测序显示该基因包含长度为501 bp的完整开放阅读框(ORF),预测编码166个氨基酸。生物信息学分析表明该基因编码的蛋白具有典型SCP-PR1-like保守结构域,Blast比对表明Da PR1蛋白与多种植物的PR1蛋白高度同源。实时荧光定量PCR检测表明,Da PR1基因在高抗种质中受炭疽菌显著诱导,在侵染48 h时其相对表达量达到最大。通过巢式PCR扩增Da PR1上游转录调控序列的5'端,获得1 203 bp的Da PR1基因启动子,序列分析表明该区域除了含有基础的启动子元件CAAT-box和TATA-box外,还存在茉莉酸(JA)、赤霉素(GB)等激素响应元件及真菌诱导响应元件(W-box)。本研究通过克隆和分析Da PR1基因及其启动子序列,为进一步研究该基因的功能及其表达调控机制奠定了基础。     

醋栗番茄NHX4基因及其启动子序列的克隆与分析

本研究在醋栗番茄基因组鸟枪序列的基础上,基于同源序列的保守性,克隆了醋栗番茄液泡膜Na~+/H~+逆向转运蛋白4基因(SpNHX4)的cDNA序列,对其响应盐胁迫的表达模式进行了分析。通过染色体步行法克隆了该基因的启动子区域,并通过生物学软件对该基因编码的蛋白和启动子序列进行分析。结果显示,SpNHX4的c DNA序列包含1 611 bp的开放阅读框,编码536个氨基酸。SpNHX4多肽链中疏水性氨基酸占多数,具有12个明显的跨膜结构区,符合跨膜蛋白的特征。荧光定量PCR结果显示,在NaCl胁迫条件下,SpNHX4在醋栗番茄根、茎和叶中的表达均上调,其中在叶中的表达量变化最为显著。通过PlantCARE软件对SpNHX4上游1 857 bp的启动子序列进行顺式元件预测,发现该启动子区域包含番茄典型的TATA-box"TTTTA"序列和CAAT-box转录增强子序列"CCAAT"。此外,还存在多个与激素、逆境、光诱导相关的元件。这些结果为进一步研究SpNHX4的功能和转录调控机制提供资料。     

巴戟天MoTPS基因及其启动子克隆与分析

为探究巴戟天中MoTPS基因的序列特征及其在生长素IAA处理下的表达模式。本研究利用RT-PCR获得3个巴戟天MoTPS基因的全长c DNA序列,分别命名为MoTPS1、MoTPS2和MoTPS3。基因序列分析显示,基因全长分别为2 841、2 126和2 144 bp,开放阅读框(ORF)分别为2 481、1 668和1 943 bp,分别编码826、555和640个氨基酸。序列分析结果显示,3个MoTPS基因编码蛋白均为亲水性的不稳定蛋白,3个基因的氨基酸序列含有萜类特有的天冬氨酸(DDXXD)富集基序及RXR保守基序,并含有萜类ClassⅠ超级家族结构域。同源比对分析显示3个MoTPS基因氨基酸序列与咖啡树匹配的TPS基因同源性均达到75%以上。系统进化树分析表明MoTPS1基因属于TPS-f亚族分支,而MoTPS2和MoTPS3基因同属于TPS-d亚族分支。启动子克隆得到序列长度为739 bp的MoTPS3基因启动子,其含有多种光响应、激素响应顺式元件,如G-box、Sp1、P-box、TGA-element等。荧光定量PCR分析表明3个MoTPS基因在巴戟天根、茎、叶中稳定表达且具有组织特异性;经生长素IAA处理后,3个MoTPS基因在根中的相对表达量均显著上调。因此研究推测,3个MoTPS基因参与巴戟天根中萜类次生代谢物合成过程且生长素IAA对MoTPS基因的表达调控发挥重要作用。     

草莓生长素响应基因FvIAA17的克隆及表达分析

Aux/IAA蛋白作为转录抑制因子在植物生长发育过程中有重要的调控作用。为了研究草莓生长素诱导基因FvIAA17在草莓生长发育过程中的功能,以森林草莓为试验材料,克隆草莓FvIAA17基因,并对其序列特征进行生物信息学分析,利用Real-time PCR技术分析了FvIAA17在草莓不同组织及外源激素处理下的表达模式。结果表明,FvIAA17基因开放阅读框为594 bp,编码197个氨基酸;预测其分子质量和等电点分别为21. 85 ku和7. 56,具有Aux/IAA家族蛋白典型结构域和保守序列;该基因启动子区含有脱落酸、茉莉酸甲酯及胁迫相关的顺时作用元件。进化分析表明,FvIAA17基因与苹果生长素诱导基因Md IAA1亲缘关系最近;亚细胞定位预测分析表明,FvIAA17蛋白定位于周质内。Real-time PCR结果表明,FvIAA17基因表达量受到外源激素IAA、ABA的显著诱导,说明该基因可能参与了生长素、脱落酸调控草莓发育的信号转导过程。本研究为后继研究草莓FvIAA17的功能和作用机制提供参考依据。