芒果FLC同源基因的克隆和表达分析

开花抑制基因FLC (FLOWERING LOCUS C)是春化作用中的关键基因,为探索MADS-box转录因子在芒果花器官发育中的作用,本研究利用RT-PCR克隆得到芒果MADS-box转录因子MiFLC的cDNA全长,序列分析显示该基因具有MADS_MEF2_like和K-box结构域,属于MADS-box基因家族,MiFLC基因编码区长576 bp,编码191个氨基酸,蛋白质相对分子质量22.08 kD,等电点为9.18。MiFLC的生物信息学分析表明该蛋白序列的二级结构主要由α螺旋、无规则转曲及延伸链构成,属于亲水性氨基酸。序列分析和系统进化树分析显示,MiFLC基因编码的蛋白与橙子、枳、龙眼、克莱门柚的蛋白序列同源性高,亲缘关系较近。组织特异性表达分析表明,MiFLC基因在芒果不同品种和每个品种的不同组织部位均有表达,在‘桂七’、‘金煌’、‘凯特’3个品种的表达量呈现出一致性,在营养器官中表达量最高,在花器官中表达量较低,表达量顺序依次是叶茎果花。     

柱型苹果开花抑制基因FLOW ERING LOCUS C基因的克隆与表达分析

开花抑制基因FLC(FLOWERING LOCUS C)是春化作用中的关键基因,是控制开花时间的枢纽。本研究采用RT-PCR方法,以柱型苹果杂交后代群体中早花株系为试验材料,克隆得到柱型苹果花发育相关基因Md FLC。结果显示,Md FLC开放阅读框长度为603 bp,编码201个氨基酸,推测蛋白质分子量为47.68 k D,等电点为5.18;Md FLC蛋白二级结构包含9个α-螺旋,2个β-折叠区和12个β-转角,具有MADS典型的结构域。系统进化树分析表明,Md FLC与沙梨FLC进化关系最近,与豌豆的亲缘关系最远。半定量PCR及荧光定量PCR分析结果表明,Md FLC基因在普通型苹果‘富士’及柱型苹果株系(95-31,95-41,95-45,95-107,95-152)的花芽和花不同部位(花瓣,花蕊,花萼,花托)均有表达,在柱型苹果花芽、花瓣、花蕊、花萼及花托中的表达量均低于在富士苹果中对应部位的表达量,在花芽中的表达差异尤为显著,暗示了Md FLC基因参与了柱型苹果花芽分化以及开花进程。     

菘蓝开花抑制基因IiFLC的克隆和表达分析

为探索菘蓝生殖生长过程中的开花机理,利用PCR技术对菘蓝FLC基因进行克隆和表达分析。在获得的IiFLC基因的cDNA序列全长中含有一条长为585 bp的开放阅读框,可翻译为编码194个氨基酸残基的多肽链,具有典型的MADS-box结构域。通过与十字花科其他植物中的FLC蛋白质序列的系统进化分析发现,菘蓝与它们具有高度的同源性。应用实时荧光定量PCR技术对山西菘蓝自交一代材料的FLC基因的表达量进行定量分析,结果显示在菘蓝不同的器官中的表达量有显著差异,其中菘蓝根中的基因表达量最高,茎中的表达量最低,并在抽薹现蕾期至果期呈现明显的先减后增的变化趋势。     

菊花MADS-box基因的克隆与表达载体构建

为了给菊花CmFUL基因功能鉴定与遗传改良奠定基础,采用RT-PCR法从菊花叶片中克隆出1个MADSboxA类基因的编码区序列,命名为CmFUL(Gen Bank登录号KT894379)。CmFUL基因编码区ORF片段长度为741 bp,编码246个氨基酸。CmFUL蛋白属于亲水性蛋白,预测该蛋白内含12个磷酸化位点和2个潜在的N-糖基化位点。氨基酸序列比对和系统进化树分析表明,CmFUL蛋白与CMD41蛋白的相似性为95.6%,同属于AP1/FUL亚家族的FUL-like进化枝。实时荧光定量PCR分析表明,CmFUL基因在花期不同组织中均有表达,但表达丰度不一。在花蕾中表达量最高,其次是管状花,根和舌状花中痕量表达;同一朵花中管状花的表达量约为舌状花中的12倍。分析认为,CmFUL可能在促进开花及子房建成中起重要作用。将CmFUL基因连接到p CAMBIA1300载体上,成功构建了高效植物表达载体。     

甘蓝型油菜2个GPAT6同源基因的克隆与表达分析

甘油-3-磷酸酰基转移酶(sn-glycerol-3-phosphate acyltransferase,GPAT)是三酰甘油生物合成的关键酶,催化三酰甘油合成的起始步骤,在植物中参与调节生长发育、脂质的合成和逆境应答等过程。本试验通过RT-PCR从甘蓝型油菜品种湘油15中克隆得到GPAT6基因的2个拷贝,分别命名为BnGPAT6-1(GenBank登录号为KJ000117)和BnGPAT6-2(KC106728)。它们的编码区序列(coding DNA sequence,CDS)均为1506 bp,编码501个氨基酸。预测其蛋白结构N端含有一个类卤酸脱卤酶(haloacid dehalogenase-like hydrolase,HAD-like)活性结构域,C端含有一个溶血磷脂酰基转移酶(lysophospholipid acyltransferase,LPLAT)功能域。蛋白序列比对和进化树分析表明,甘蓝型油菜与白菜(B.rapa)、甘蓝(B.oleracea)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)和琴叶拟南芥(A.lyrata)中的GPAT6序列相似性最高。组织表达结果表明BnGPAT6基因在花中的表达量最高,在未成熟的胚中表达量呈先升高后降低的趋势。BnGPAT6的表达受ABA的抑制;在干旱和6-BA胁迫下几乎同时升高;在盐胁迫下,短时间内升高,达到峰值后降低;在水渍条件下没有明显变化。     

芸芥中DnaJ同源基因的克隆与表达分析

为研究芸芥自交亲和机理,采用mRNA差异显示反转录PCR(DDRT-PCR)分析技术,从芸芥自交亲和系开花前柱头中获得1条差异片段。测序及DNA序列的生物信息学分析表明,该差异片段与拟南芥DnaJ蛋白同源基因At J3有较高同源性,暂命名为esAtJ3基因。该序列含有一个长度为297 bp的完整开放阅读框,编码98个氨基酸残基,含有一个DnaJ-C保守结构域,属于植物DnaJ超家族。esAtJ3基因编码的蛋白无信号肽,是一个亲水性蛋白,该蛋白主要由不规则卷曲和α螺旋组成。实时荧光定量PCR分析表明,esAtJ3基因在芸芥SC系开花前柱头中表达量较高,初步推测该基因可能参与芸芥亲和性调控。     

棉花转录因子GhGT30基因的克隆及转录功能分析

Trihelix转录因子广泛参与植物生长发育、非生物胁迫应答等一系列生理活动。本研究根据表达序列标签(EST)电子拼接,结合cDNA末端快速扩增技术(RACE)和RT-PCR技术,从棉花中克隆了一个cDNA全长为2 210 bp的新基因,其开放读码框为2 025 bp,编码一个675氨基酸的蛋白,分子量约76.26 kD,等电点为6.21。SMART蛋白结构预测发现,该基因在N端和C端各有一个trihelix结构域,属于GT-2型trihelix转录因子,被命名为GhGT30 (GenBank登录号为JQ013098)。氨基酸序列比对显示,该蛋白和其他高等植物的GT蛋白有较高的同源性。进化树分析表明,GhGT30基因和大豆GmGT-2B基因处在同一进化树分支。拟南芥原生质体中瞬时表达分析表明,GhGT30主要定位于细胞核中。实时荧光定量PCR分析表明,该基因在棉花的花、纤维(12 DPA)中的表达量明显高于根、茎、叶及胚珠(0 DPA),同时,该基因对干旱、高盐、低温及脱落酸(ABA)等处理都有一定程度的响应,推测该基因对棉花非生物胁迫的调控起重要作用。     

AT-hook基因及其在植物开花调控中的研究进展

AT-hook基因是能够编码与双链DNA小沟中富含AT碱基的序列特异性结合的一类基因,其所编码的蛋白含有以甘氨酸-精氨酸-脯氨酸(GRP)三个氨基酸残基为中心的DNA结合蛋白基序。笔者通过对AT-hook基因的特点和功能及其在拟南芥及水稻等高等植物开花中的调控作用综述。AT-hook基因不仅参与植物的生长发育及逆境胁迫与激素信号应答,同时在花器官的形成以及植物开花中也起着重要的调控作用。该基因在花器官组织中的表达量最高,影响成花素基因的表达,且其编码蛋白能够通过改变染色质状态或招募蛋白复合体在表观水平上调控植物开花相关基因的转录,从而影响植物开花。该基因可能为植物开花的表观遗传调控提供了新的途径。     

白菜抽薹相关性状遗传分析

研究与白菜抽薹相关性状的遗传特性,为白菜类作物晚抽薹育种应用提供理论依据。试验以抽薹指数、开花时间和薹长5 cm时间分别作为抽薹早晚的评价标准,应用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型,对晚抽薹大白菜高代自交不亲和系(P1)和易抽薹欧洲白菜型油菜自交系(P2)及杂交所获得的F1、B1、B2和F2各世代群体进行联合遗传分析。结果表明,抽薹指数性状和薹长5 cm时间性状均受2对加性-显性-上位性主基因控制（B-1模型）,开花时间性状受1对加性-显性主基因+加性-显性-上位性多基因控制（D模型）。与抽薹相关的3个性状各分离世代(B1、B2、F2)均未检测到多基因遗传,其主基因遗传率分别为抽薹指数96.22%(B1)、93.33%(B2)、93.55%(F2);开花时间70.68%(B1)、70.68%(B2)、70.64% (F2);薹长5 cm时间79.44%(B1)、79.55%(B2)、79.38%(F2),环境条件对白菜抽薹性状影响较大。由此可知,对白菜抽薹性状的遗传改良应以主基因为主,适宜在早期世代进行选择并注意环境条件影响。     

芥菜AP1基因体外表达及其与FLC相互作用的验证

芥菜花分生组织决定因子AP1与开花路径核心调节子FLC可能存在直接的相互作用,从而调节开花时间。为进一步检测该相互作用,从芥菜“QJ”材料中同源克隆了790 bp的AP1 cDNA序列,该基因编码256个氨基酸。生物信息学分析表明, AP1属MIKC型蛋白,其MADS域含有2个a螺旋和2个b折叠,第1个a螺旋内含有1个不保守氨基酸位点; 而K域含有3个a螺旋,第1、2个a螺旋内各有1个不保守位点,第3个a螺旋内具有4个不保守位点。同时构建了原核表达质粒pET43.1a-AP1,转化宿主菌大肠杆菌BL21,以IPTG诱导该融合蛋白体外表达。利用pET43.1a-AP1融合蛋白序列中6×His 标签与Ni⁺结合的特点,结合SDS-PAGE分析,证实了体外表达蛋白AP1能与FLC相互作用并形成复合体,该结果为深入研究AP1与FLC互作机制及花分生组织的分子调控奠定了基础。     

春兰AGL6基因的克隆及实时定量表达分析

本研究采用RT-PCR结合RACE技术从春兰(Cymbidium goeringii)中分离到一个AGL6基因。序列分析表明,该基因含有一个729bp长的开放阅读框(ORF),共编码242个氨基酸。系统进化树分析显示,该基因属于MADS-box基因家族AP1/AGL9组的AGL6同源基因,其编码的蛋白与其它植物AGL6类蛋白具有较高的同源性,命名为CgAGL6(基因登录号为HM208533)。实时荧光定量表达分析表明,CgAGL6基因春兰不同组织中均有表达,其中在唇瓣、花芽和子房中的表达量较高,在花瓣和萼片中的表达量次之,在根、叶和蕊柱中的表达量最低,显示了CgAGL6基因可能在春兰成花转变和花器官的形成过程中起着重要作用。     

紫苏PfDGAT2基因生物信息学及表达特性分析

为研究二酯酰甘油酰基转移酶2(PfDGAT2)在紫苏种子油脂合成过程中的调控作用,对紫苏DGAT2基因及其编码的蛋白质进行了详细的生物信息学分析,并研究了该基因在不同紫苏品种中的表达特性。结果表明,PfDGAT2基因c DNA全长1 249 bp,共编码329个氨基酸;DGAT2蛋白的等电点为9.46,属于碱性蛋白质;二级结构预测表明,紫苏DGAT2蛋白的主要结构元件是无规则卷曲(34.65%)和α-螺旋(30.09%);系统进化树分析表明,紫苏与芝麻和烟草的亲缘关系较近,与油橄榄的亲缘关系较远。通过研究PfDGAT2基因在含油量不同的2个紫苏品种种子发育的不同时期表达特性,结果表明,该基因在开花后30 d形成的种子中表达量最高,但是二者又具有一定差异,晋紫苏1号(含油量46.88%)表达量为开花后10 d的1.63倍,并紫苏1号(含油量35.60%)为0.75倍,因此,推测DGAT2在紫苏TAG生物合成中起重要调控作用。     

叶用莴苣2个Hsp70基因与其抽薹的相关性分析

为探究叶用莴苣2个Hsp70基因LsHsp70-2711和LsHsp70-3711与叶用莴苣的抽薹是否相关,采用实时荧光定量PCR技术(RT-PCR),以2个品种的叶片为试材,分析这2个基因在耐热型品种G-S59和热敏型品种P-S11 2个叶用莴苣品种抽薹前后的相对表达量。研究结果表明：首先,这2个Hsp70基因在抽薹前后的表达量表现出显著差异,所以推测与叶用莴苣的抽薹性具有一定关联;其次,LsHsp70-2711基因在2个叶用莴苣品种中的表达趋势均为抽薹前显著高于抽薹后,且在相同处理下G-S59中的表达量又明显高于P-S11中的表达量,LsHsp70-3711基因与LsHsp70-2711基因在2个品种中的表达情况相反。叶用莴苣热激蛋白基因LsHsp70-2711和LsHsp70-3711除与叶用莴苣的耐热性相关外,还与其抽薹性具有一定相关性。     

芒果GGPPS基因的克隆与表达分析

在植物中,异戊烯焦磷酸(GGPP)是赤霉素、胡萝卜素、叶绿素等异戊二烯类化合物的公共前体物质。从芒果栽培品种贵妃芒的新鲜叶片中提取DNA和RNA,根据转录组测序拼接结果设计引物扩增得到香叶基香叶基焦磷酸合成酶基因(Min GGPPS1)。通过测序、多重比对和聚类分析,证实该片段属于GGPPS的全长基因并且为最大的ORF,全长为1 100 bp。与芒果Min GPS2(AFJ52722.1)氨基酸序列同源性为92%。蛋白质序列分析表明该序列含有两个DDx_(2-4)D保守基元(FARM和SARM)基元和一个Cxxx C基元。我们选取了拟南芥中12个GGPPS基因、2个FPPS基因、2个SPPS基因、一个GPS基因及其他物种的相关基因,通过聚类分析表明,Min GGPPS1属于香叶基香叶基焦磷酸合成酶大亚基。表达分析表明:Min GGPPS1在叶片中表达量最高,茎部表达量最低,青果果皮和成熟果果皮中表达量相似,在成熟果肉中的表达量大约是青果果肉表达量的5倍,暗示Min GGPPS1具有调控果肉后熟的功能。     

油菜开花时间调控基因TEM2的克隆、生物信息学与表达特性分析

为解析开花时间调控基因TEM2在春性甘蓝型油菜中的基因特征及表达模式,以春性甘蓝型油菜No.3379和No.2839为材料,克隆到拟南芥开花抑制基因TEM2的同源基因,分别命名为BnC02.TEM2和BnC02.tem2,cDNA序列长度分别为1 032和1 054 bp,编码343和351个氨基酸,二者存在23个氨基酸位点的差异。通过蛋白序列分析表明,BnC02.TEM2和BnC02.tem2蛋白都为亲水性蛋白且都具有B3和AP2保守结构域,是B3转录因子家族中的RAV家族成员,BnC02.TEM2和BnC02.tem2蛋白的二级和三级结构都存在较大差异。表达分析结果表明,BnC02.TEM2和BnC02.tem2在转录水平上存在显著差异,二者在叶片、花蕾、花以及顶端分生组织组织均有表达,相较于BnC02.tem2,BnC02.TEM2在花和花蕾中的表达量显著上升。由此推测,BnC02.TEM2可能在春性甘蓝型油菜开花时间调控中发挥作用,BnC02.TEM2的等位变异可能导致No.3379开花时间的提前。     

海岛棉GbDET2基因的克隆及表达分析

类固醇5α-还原酶(DET2),被认为是油菜素类固醇物质(BRs)生物合成的限速酶。为了明确BRs在棉花纤维发育中的作用,本研究利用RT-PCR方法从纤维组织中获得基因开放阅读框(ORF)全长,经测序验证、Blast比对与同源性分析发现该序列编码的蛋白质与其他植物的DET2蛋白具有较高的相似性,故命名为Gb DET2基因。生物信息学分析结果表明,Gb DET2基因ORF长777 bp,可编码1个包含258个氨基酸的蛋白。氨基酸多序列比对发现Gb DET2序列保守性较高,具有的DET2的典型特征。通过物种间系统发育树可以看出Gb DET2与Gh DET2进化关系最接近,二者属于同一进化分支。实时荧光定量PCR分析表明,Gb DET2基因在纤维发育的不同时期中均有表达,在开花后5 d的胚珠、10 d的纤维中其表达量最高。研究结果显示Gb DET2基因在棉花纤维的起始和快速伸长过程中发挥着重要的作用。     

芒果GGPPS小亚基基因的克隆、进化和表达分析

香叶基焦磷酸(GPP)是香味成分单萜的前体物质,而香味是芒果重要的品质性状。本研究克隆了芒果中GPP合成关键酶基因,即香叶基香叶基焦磷酸合成酶小亚基基因(MinGGPPSssu),并开展了系统进化分析和表达分析。从芒果栽培品种贵妃芒的新鲜叶片中提取DNA和RNA,根据转录组测序拼接结果设计引物扩增得到Min GGPPSssu全长约1 kb的c DNA序列。通过测序、多重比对和聚类分析,证实该片段属于GGPPSssu的全长基因,且为最大的ORF。与近缘物种苦楝GGPPS1(KM108317)氨基酸序列同源性为83%。蛋白质序列分析表明该序列含有1个DDx_(2-4)D保守基元和一个Cxxx C基元。我们选取了拟南芥中12个GGPPS基因、2个FPPS基因、2个SPPS基因、一个GPS基因及其他物种的相关基因,通过聚类分析,将Min GGPPSssu聚类到香叶基香叶基焦磷酸合成酶小亚基所属的枝。表达分析表明,该基因在叶片中表达量最高,茎部表达量较低。果皮和果肉在芒果成熟前后表达量相似,但是在果皮中的表达量约为果肉表达量的3倍,推测其与果皮及叶片香味调控相关。     

青萝卜晚抽薹性状回交转育及FLC2第1内含子PCR扩增检测

FLC2基因作为影响成花的关键枢纽基因,在十字花科植物成花转变过程中具有重要作用。为了培育适于早春栽培的晚抽薹青萝卜新品种,在充分考虑FLC2基因对抽薹开花作用的基础上,以晚抽薹基因型白玉春萝卜为供体,通过回交转育的方法将晚抽薹性状转移到潍县青萝卜中,并在转育过程中对FLC2扩增多态性进行了研究,以探索晚抽薹植株FLC2的特征,并开发其对早春品种选育的作用。结果表明:FLC2第1内含子在晚抽薹供体中具有长约1 628 bp的插入突变,该基因型对晚抽薹作用较大,纯合的插入突变对晚抽薹作用大于杂合型。通过对该插入突变的PCR扩增可知,不同春化时期对插入突变内含子扩增的影响不同,短期春化主要影响野生型FLC2第1内含子的扩增,较长时间的春化主要影响插入突变内含子的扩增,而在抽薹开花期2种基因型的扩增基本不受影响,扩增效率高。通过改进引物,可以提高扩增效率,但不能消除春化对FLC2第1内含子扩增的影响,苗期未经春化植株不及抽薹开花期检测效果好。萝卜晚抽薹回交转育可以连续进行,每次转育只要获得杂合基因型即可传递晚抽薹性状,最后的自交后代,通过花期对插入突变内含子的PCR检测可以准确鉴定植株是否为纯合突变型晚抽薹植株,获得遗传稳定的晚抽薹基因型,从而可防止后代晚抽薹性状的分离。     

MADS-box基因GmAGL15在大豆种子发育过程中的表达

以同源序列法克隆了大豆MADS-box基因GmAGL15, 序列分析表明, 该基因编码的氨基酸与拟南芥AGL15蛋白的同源性为61%, 其中在MADS区的同源性为84.3%, K区的同源性为63.2%。半定量RT-PCR分析表明, GmAGL15在幼胚中高度表达, 而没有检测到在根、茎、叶和花中的表达。荧光定量RT-PCR分析发现, GmAGL15在大豆种子发育的不同时期均有不同程度的表达, 其中在开花后15 d的幼胚中表达量较高, 而在开花后30 d的幼胚中表达量最高。以上结果显示, 基因GmAGL15对于大豆种子发育的调控可能有重要作用。     

杜仲EuGT2基因的克隆及表达分析

糖基转移酶(glycosyltransferase,GT,EC 2.4.x.y)是植物次生代谢过程中一类重要的结构修饰酶,可参与催化受体分子进行糖基化修饰。本研究以杜仲为材料,基于前期构建的杜仲转录组数据设计杜仲糖基转移酶编码基因EuGT2克隆引物,克隆得到全长为285 bp的EuGT2片段,序列分析表明,该基因可编码94个氨基酸,且EuGT 2蛋白结构预测表明,该蛋白分子量为11.2 kDa,理论等电点(pI)为7.88,无信号肽、无跨膜结构域,属疏水性蛋白。蛋白同源序列比对以及系统进化树分析结果表明,与黄灯笼辣椒(Capsicum chinense)的糖基转移酶CcGT 6的亲缘关系较近,序列同源一致度为69.14%。Real-time PCR分析表明,EuGT2基因在杜仲初生幼苗期(2片真叶)的根、茎和叶中表达量没有显著差异性,而在杜仲小苗期(初生)的各器官中出现显著差异,其中EuGT2在茎中的表达量最高,分别为幼苗生长30 d左右根和叶片中表达量的2.5倍和5.5倍。