芒果类胡萝卜素裂解双加氧酶1(CCD1)基因的克隆与序列分析

类胡萝卜素裂解双加氧酶(carotenoid cleavage dioxygenases,CCD)是植物类胡萝卜素新陈代谢中的降解酶,类胡萝卜素在双加氧酶的作用下氧化产生具有生物活性的不同衍生物,例如维生素A,植物激素脱落酸以及芳香物质,这些物质在植物的颜色、苦味、香气方面具有重要意义。通过转录组数据设计CCD1基因的全长引物,采用RT-PCR技术从芒果(Mangifera indica)果皮中克隆到类胡萝卜素裂解双加氧酶CCD1的全长序列。结果表明:c DNA序列长度为1 900 bp,开放阅读框为1 614 bp,共编码537个氨基酸。CCD1蛋白属于稳定蛋白,在CCD1编码的蛋白质的氨基酸各组分中,亮氨酸(Leu)含量为最高,缬氨酸(Val)的含量次之。蛋白序列分析表明芒果中的CCD1基因编码的蛋白存在一个结构域RPE65,并且属于RPE65 superfamily家族。通过构建系统发生树,结果发现芒果CCD1基因所编码的蛋白序列与蜜柑、甜橙、栗子、大豆等的蛋白序列亲缘关系较近,可聚为一类,而与咖啡豆、菠菜、马铃薯、烟草的亲缘关系较远。芒果的CCD1与柑橘的CCD1的一致性为90%,有比较近的进化关系。亚细胞定位分析结果显示,芒果CCD1定位在细胞质中。对芒果的CCD1蛋白进行疏水性/亲水性预测,结果发现氨基酸疏水/亲水性主要介于+2.267~-0.633之间,CCD1蛋白属于亲水性蛋白。分析二级结构和三级结构得出CCD1基因编码的蛋白质主要由α-螺旋和无规则卷曲构成了其二级结构,α-螺旋占22.16%,无规则卷曲占37.43%。     

芒果八氢番茄红素脱氢酶(PDS)基因的克隆与表达分析

八氢番茄红素脱氢酶(phytoene desaturase, PDS)影响类胡萝卜素的合成,是合成途径中关键基因。为了研究芒果果实中PDS基因的功能,本试验采用RACE方法从‘贵妃’芒果果实中克隆得到了一个八氢番茄红素脱氢酶(PDS),该基因全长c DNA序列为1 820 bp,开放阅读框为1 650 bp,编码549个氨基酸,分子重量为61.34 kD,等电点为6.78。聚类分析发现芒果PDS蛋白与柚子、香瓜和番木瓜等植物的亲缘关系较近。其氨基酸组成主要是丙氨酸(ALa),白氨酸(Leu),缬氨酸(Val)等。利用定量PCR技术对不同品种中的PDS基因表达量分析,发现红色‘贵妃’品种表达量最高,而绿色‘桂七’品种表达量最低,对其蛋白的结构域、三级结构及互作蛋白进行了预测,发现其含有Phytoene-desat、PLNO2487 superfamily等结构域。利用STRING数据库对其互作蛋白进行分析发现其与PSY、ZDS、CRTISO等蛋白可能有相互作用。本研究为进一步研究芒果果实类胡萝卜素生物合成的分子调控机理提供理论依据。     

广东紫珠matK基因的生物信息学分析

通过PCR扩增获得广东紫珠matK基因的完整核苷酸序列,利用生物信息学对matK基因进行开放阅读框、氨基酸组成、蛋白质跨膜结构区、亚细胞定位和结合区分析,预测信号肽、氨基酸亲/疏水性、氨基酸及高级结构预测,采用UPGMA算法对13种紫珠属植物构建系统进化树。结果表明,广东紫珠matK基因序列长度为1 524 bp,编码507个氨基酸,有10个开放阅读框;matK基因编码的成熟酶K蛋白含20种氨基酸,二级结构中α螺旋占49.11%、β转角4.45%、无规则卷曲28.21%,为不稳定亲水性蛋白;无信号肽、无跨膜结构,定位于叶绿体亚细胞器。系统进化聚类结果表明,广东紫珠与紫珠、Callicarpa mollis的亲缘关系较近。     

罂粟BBE基因的生物信息学分析

为了对罂粟BBE基因核酸及编码的蛋白质的性质进行预测分析,并构建罂粟BBE基因的三维结构模型。运用生物信息学方法对罂粟BBE基因的理化性质、亲/疏水性、信号肽、亚细胞定位、二级结构等进行预测,同时采用同源建模的方法对罂粟BBE基因的三维结构进行模拟,并将得到的模型用能量最小化原则优化,最后用Ramachandran Plot对模型进行评估。结果表明：罂粟BBE基因全长为5073 bp,编码一段长为535个氨基酸的蛋白质。BBE为富含Gly、Ser和Leu的酸性稳定类亲水蛋白,定位于液泡中,N-末端含有23个氨基酸的信号肽,α螺旋和无规则卷曲是罂粟BBE的主要二级结构元件。通过同源建模获得了合理的罂粟BBE三维结构模型。本研究为采用生物工程技术提高小檗碱的含量、开发小檗碱类抗菌药物奠定理论基础。     

甜樱桃PaGAST基因的电子克隆及生物信息学分析

为获得甜樱桃PaGAST基因的cDNA序列,并预测该基因编码蛋白的结构与功能,以草莓FaGAST1基因序列为探针,通过基于NCBI数据库中表达序列标签的电子克隆技术对甜樱桃PaGAST基因进行克隆。利用生物信息学方法对其编码蛋白的理化性质、疏水性和亲水性、信号肽序列、跨膜结构域、亚细胞定位及功能等方面进行分析。结果表明:甜樱桃PaGAST基因长度为750 bp,开放阅读框长度为324 bp,编码107个氨基酸,N末端存在信号肽序列,C末端含有保守的GASA结构域。由于PaGAST蛋白中含有的疏水性氨基酸残基较多,该蛋白具有跨膜螺旋区,是一种跨膜蛋白,且有10个预测的蛋白激酶磷酸化位点。亚细胞定位分析表明,PaGAST蛋白分布在细胞膜外的可能性很大。功能预测显示,PaGAST基因可能具有响应胁迫应答、信号转导和免疫应答方面的功能。进化分析显示甜樱桃PaGAST蛋白与桃的亲缘关系最近。在一定程度上为甜樱桃PaGAST基因的克隆及功能鉴定奠定理论基础。     

三角梅SOD基因家族成员的克隆与生物信息学分析

SOD基因家族在植物对抗活性氧破坏细胞膜透性及保护细胞膜完整性中有着重要作用。本研究以伊丽莎白·安格斯(Bougainvillea glabra"Elizabeth Angus")为模板,得到了Fe-SOD基因保守序列片段及Cu/ZnSOD和Mn-SOD基因全长序列,其中,胞质型CSD共2种编码类型:cy CSD1型和cy CSD2型,其分子式分别为C_(920)H_(1507)N_(265)O_(298)S_(17)和C_(863)H_(1415)N_(249)O_(272)S_(15),开放阅读框(ORF)全长分别为585 bp和543 bp,编码氨基酸长度分别为194个和180个,蛋白相对分子量分别为21.59 k D和20.11 k D,理论等电点(p I)分别为8.12和9.16,皆属不稳定的碱性疏水蛋白;Mn-SOD具有711 bp ORF,编码236个氨基酸,相对分子量为26.33 k D,分子式为C_(1191)H_(1849)N_(321)O_(340)S_7,p I为7.84,属稳定的偏碱性疏水蛋白。膜结构预测结果表明,cy CSD 1型蛋白可能与cy CSD 2型蛋白皆可能存在2个跨膜螺旋,长度分别为17个和19个氨基酸,17个和21个氨基酸;MSD蛋白没有发现跨膜结构域,可能不存在跨膜螺旋。亚细胞定位结果表明,cy CSD蛋白推定定位在细胞质膜;MSD蛋白定位于线粒体质膜。研究推测,所得基因序列为三角梅SOD基因家族成员。     

甜樱桃(Prunus avium)PaGAST基因的电子克隆及生物信息学分析

为获得甜樱桃PaGAST 基因的cDNA 序列,并预测该基因编码蛋白的结构与功能,以草莓FaGAST1 基因序列为探针,通过基于NCBI数据库中表达序列标签的电子克隆技术对甜樱桃PaGAST 基 因进行克隆。利用生物信息学方法对其编码蛋白的理化性质、疏水性和亲水性、信号肽序列、跨膜结构域、亚细胞定位及功能等方面进行分析。结果表明：甜樱桃PaGAST 基因长度为750 bp,开放阅读框长度为324 bp,编码107 个氨基酸,N末端存在信号肽序列,C末端含有保守的GASA结构域。由于PaGAST蛋白中含有的疏水性氨基酸残基较多,该蛋白具有跨膜螺旋区,是一种跨膜蛋白,且有10 个预测的蛋白激酶磷酸化位点。亚细胞定位分析表明,PaGAST蛋白分布在细胞膜外的可能性很大。功能预测显示,PaGAST 基因可能具有响应胁迫应答、信号转导和免疫应答方面的功能。进化分析显示甜樱桃PaGAST蛋白与桃的亲缘关系最近。在一定程度上为甜樱桃PaGAST 基因的克隆及功能鉴定奠定理论基础。     

三色堇酪氨酸脱羧酶基因的克隆及其生物信息学分析

本研究以三色堇(Viola×wittrockiana Gam)为研究材料,采用RT-PCR和RACE等方法克隆可能与其花色形成相关的酪氨酸脱羧酶基因(Tyrosine decarboxylase),并对基因全长进行氨基酸序列的生物信息学分析。结果从三色堇中分离克隆出c DNA全长为1 634 bp的TYDC1和1 575 bp的TYDC2两个同源基因,包含相同的且长度为1 485 bp,编码494个氨基酸的开放阅读框;氨基酸多重序列比对和聚类分析结果表明:三色堇中的TYDC基因编码氨基酸和其他植物相关基因的一致性可达到82.43%,且与麻疯树的亲缘关系较近,达到73%;对TYDC蛋白的结构进行预测发现,TYDC蛋白是一种亲水性的不稳定蛋白,也是一种存在跨膜区域且不存在信号肽的非分泌蛋白;通过亚细胞定位预测分析表明该蛋白主要在细胞核和细胞质中表达。本研究为揭示三色堇TYDC蛋白的结构功能务实了基础,为进一步研究和验证该基因在三色堇中的表达提供理论依据。     

疣粒野生稻金属硫蛋白(OMMT-2)基因的获得及序列分析

从疣粒野生稻叶片cDNA文库中分离出1个金属硫蛋白基因的cDNA序列,命名为OMMT-2。该基因全长532bp,其中5’非翻译区为111bp,3’非翻译区171bp,开放阅读框长249bp,编码82个氨基酸,该蛋白的分子量为7775.9,理论等电点为6.49;基因编码的氨基酸含有14个半胱氨酸(Cys),占了总氨基酸的17.07%,且集中分布在肽链的N端和C端,呈CXC和CXXC排列方式。疏水性分析表明,该蛋白在43~56个氨基酸之间有较强的疏水区。通过氨基酸序列分析表明,金属硫蛋白中半胱氨酸的位置和数目有较强的保守性,揭示了半胱氨酸对金属硫蛋白的功能十分重要。     

编码酿酒酵母丙酮酸脱羧酶(Pdc6)基因克隆及其生物信息学分析

旨在从生物信息学角度更好地研究酿酒酵母丙酮酸脱羧酶(Pdc6)的结构和功能,克隆酿酒酵母H5的丙酮酸脱羧酶基因pdc6。利用Primer 5.0软件设计1对20 bp引物,以H5基因组DNA为模板克隆获得pdc6,并利用生物信息学分析方法对其序列进行验证及分析。该序列长度为1692 bp,无碱基缺失,且该基因具有完整的开放阅读框,该基因编码的Pdc6包含563个氨基酸残基,该蛋白质中酸性氨基酸残基数量和碱性氨基酸残基数量大致相同;Pdc6理论等电点5.8,疏水性最大值为2.32,亚细胞定位预测其位于细胞外基质,属于酸性蛋白质,并预测了空间结构模型。本研究说明该蛋白结构与Pdc1和Pdc5结构类似,对酿酒酵母H5编码丙酮酸脱羧酶(Pdc6)基因序列克隆和生物信息学分析后,可为后续单基因敲除选取基因顺序的研究提供一定的理论基础。     

芒果4CL基因的克隆及其表达分析

4-香豆酸:辅酶A连接酶(4CL)是植物类黄酮类化合物和木质素等生物合成途径的一种关键酶,为了研究其在芒果果实中的作用机理,采用RACE方法,从芒果果实克隆得到了一个类黄酮合成相关的4CL基因。该基因全长c DNA序列为1 740 bp,开放阅读框为1 653 bp,编码550个氨基酸,分子量为60.47 k Da,等电点为9.51。对基因组扩增得到了2 318 bp长度的片段分析发现,该基因含有5个内含子,分别在1 013~1 139 bp,1 330~1 415 bp,1 564~1 653 bp,1 722~1 802 bp,1 905~2 000 bp。通过在线软件对其二级结构和三级结构进行了预测,系统发育分析发现该基因编码的蛋白与水曲柳、菘蓝等植物具有较近的亲缘关系。对3种不同着色的芒果品种中的4CL基因的RTPCR进行分析发现:红色的贵妃品种中表达量较高,而绿色的桂七品种中表达量较低。研究表明4CL基因表达芒果果实着色具有密切的相关性。     

割手密DREB2类转录因子的克隆与比较分析

DREB类转录因子是一类植物中特有的,在非生物逆境胁迫中起重要作用的调控因子。本研究以割手密为材料,采用同源基因克隆的方法克隆获得2个DREB2类转录因子基因Ss DREB2-1和Ss DREB2-2(Gen Bank登录号分别为KU963264和KU963265)。序列分析表明,这2个基因的长度分别为814 bp和709 bp,分别编码262和227个氨基酸;预测其蛋白质分子量分别为28.66 k D和24.95 k D,等电点(PI)分别为5.42和6.47。氨基酸亲水/疏水性分析表明,这2个转录因子属于亲水性蛋白。多序列比对分析表明,两基因序列的相似性为98.7%。原核表达分析表明,这2个基因编码区能正常表达出目的蛋白,说明得到的这2个基因为功能基因而非假基因。     

从狼毒大戟中克隆蓖麻烯合成酶基因

本研究采用RACE-PCR技术从狼毒大戟(Euphorbia fischeriana Steud.)根中克隆到一个蓖麻烯合成酶(casbene synthase)基因,命名为EfCS(GenBank登录号为:JN862821)。该基因长1969bp,编码602个氨基酸,具有典型的萜类合成酶的基因结构。对CS基因编码氨基酸序列进行生化特性分析发现其理论等电点为5.36,分子量为69.3648kD。通过疏水性分析,发现CS整体表现为亲水性。进行导肽分析结果发现其具有叶绿体导肽。二级结构预测表明,CS蛋白由α-螺旋、延伸链、β-转角和随意卷曲构成,它们分别占到64.95%、6.64%、3.16%和25.25%。另外,对CS蛋白质进行三级结构预测,发现蓖麻烯合成酶属Ⅰ类萜类合成酶。     

燕麦转录因子BTF3的电子克隆和生物信息学分析

运用电子克隆的方法获得一个燕麦BTF3基因的完整的cDNA序列。利用生物信息学方法对其编码的蛋白的一、二、三级结构和功能进行预测和分析。结果表明:该基因cDNA全长为870 bp,开放阅读框为531 bp,编码176个氨基酸,是一种亲水的不稳定的蛋白,定位在核内,拥有一个NAC保守结构域,与小麦等其它植物高度相似。为燕麦BTF3基因的克隆,功能分析和应用提供了参考。     

芒果 ANS 基因的克隆及其序列分析

为了研究芒果果实中ANS基因的功能。利用同源克隆方法从芒果果实中克隆得到了一个ANS基因,该基因的cDNA长度为1252 bp,开放阅读框的长度为1056 bp,编码351个氨基酸。通过系统发育分析,发现该基因编码的蛋白与荔枝、葡萄、可可豆、桑树等聚在一类。通过序列对比分析表明,已经成功得到芒果ANS基因,并对其生物信息进行了分析,为下一步芒果ANS基因的功能研究打下了基础。     

芒果二氢黄酮醇4-还原酶(DFR)基因的克隆及其表达分析

二氢黄酮醇4-还原酶(dihydroflavonol 4-reductase,DFR)是花青素代谢后期重要的酶,是决定花青素从无色到有色的关键调控点。本研究以‘贵妃’芒果的果实为材料,采用同源克隆的方法克隆得到了一个二氢黄酮醇4-还原酶DFR基因。该基因c DNA全长为1 260 bp,开放阅读框为987 bp,编码328个氨基酸。进一步扩增得到其基因组DNA,全长为3 022 bp,分析发现其含有五个内含子,在已报道植物中表现保守。系统发育分析发现芒果DFR蛋白与火鹤花、小麦和大麦等植物具有较近的亲缘关系。对不同着色的果皮中的DFR基因表达进行分析发现,绿色果皮中表达量较高,而黄色果皮中表达量较低,暗示DFR调控花色苷合成的功能待深入研究。     

肥城桃果实2-Cys Prx基因克隆、生物信息学分析及原核表达

为了深入研究2-Cys Prx基因调控桃果实氧化还原信号分子作用机制,结合了PCR技术和RT-PCR技术通过体外克隆的方法得到桃果实2-Cys Prx基因,通过对序列分析表明,2-Cys Prx基因全长1 424 bp,其中,编码区813 bp,共编码270个氨基酸。对其分子结构进行分析,2-Cys Prx蛋白分子量为29.7 ku,为疏水型蛋白,且是膜外蛋白。在线软件预测2-Cys Prx蛋白分子式为C1342H2110N348O403S4,分子量29.696 ku,由4 207个原子组成,理论等电点为6.23。使用Prot Scale分析该蛋白疏水性平均值为-0.126,说明2-Cys Prx为亲水性蛋白。TMHMM对跨膜结构进行预测,发现,2-Cys Prx氨基酸序列中不存在跨膜结构域,为膜外蛋白。此外,对该蛋白二级结构进行预测,发现2-Cys Prx有4个α螺旋结构、9个β折叠结构及无规则卷曲构成。系统进化树分析表明,肥城桃果实2-Cys Prx与其他植物氨基酸序列有较高同源性,其中与樱桃的亲缘关系最近,相似度达到了98.15%,表明植物体内2-Cys Prx具有较高的保守性。体外构建重组蛋白p ET-30a-2-Cys Prx成功在大肠杆菌BL21中表达,为下一步研究其功能与结构,从而探讨2-Cys Prx基因调控桃果实氧化还原信号作用机理奠定了基础。     

FMDV Asia1/HeB病毒株结构蛋白基因的克隆测序及B细胞抗原表位预测

对口蹄疫病毒Asia1/HeB株P1结构蛋白基因进行了扩增、克隆及序列测定.采用DNAStar Protean软件对P1蛋白的二级结构、可塑性、亲水性、表面可及性及抗原指数等参数进行分析,综合预测其B细胞表位分布.结果表明,FMDV Asia I/HeB株P1基因长2 199 bp,包含完整的开放阅读框,编码733个氨基酸,其中VP1长633 bp,编码211个氨基酸,VP2长654 bp,编码218个氨基酸,VP3长657 bp,编码219个氨基酸,VP4长255 bp,编码85个氨基酸.P1结构蛋白的二级结构较为复杂,含有较多的β片层结构和转角结构,VP1、VP2和VP3上均有多个区域为B细胞优势表位,VP4上也有少量的潜在B细胞表位.与已鉴定的B细胞表位相比较,该方法预测的结果有较高的准确度.为试验确定FMDV AsiaI/HeB株P1结构蛋白的B细胞表位和反向疫苗学设计提供了理论基础.     

鸡粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)基因的克隆及生物信息学分析

为了解GM-CSF的基因及蛋白质特性,本研究以pUC-GM-CSF为模板,根据GenBank中登录的GM-CSF序列设计引物扩增GM-CSF基因,随后将其克隆至 pMD18-T载体,并对鉴定正确的重组质粒 pT-GM-CSF进行测序分析,然后对GM-CSF基因进行同源性分析、ORF分析、氨基酸序列分析、疏水性分析、磷酸化位点预测、亚细胞定位分析及二级结构预测。结果表明：该基因ORF的全部长度为453 bp,能够编码150个氨基酸,并且在GM-CSF基因所编码的蛋白质中有4个丝氨酸和3个苏氨酸可能成为蛋白激酶磷酸化的位点。同时,GM-CSF蛋白的最大疏水性为2.267,且有8.91%的可能位于细胞外,有0.8%的可能位于细胞壁,有0.24%的可能位于细胞质。同时,该蛋白质的二级结构主要由无规卷曲、α螺旋和延伸链构成。本研究通过对GM-CSF基因进行生物信息学分析,为探究其免疫增强机制奠定基础。     

樟叶越桔过氧化氢酶VdCAT1基因的克隆与生物信息学分析

作为植物抗氧化防御系统的主要保护酶之一,过氧化氢酶在植物细胞响应逆境胁迫应答方面发挥重要作用。本研究通过生物信息学分析RNA-Seq数据(NCBI登录号:PRJNA285946),结合RT-PCR技术首次从樟叶越桔成熟叶片中获得了过氧化氢酶基因VdCAT1全长为1 611 bp的cDNA序列,完整开放阅读框(ORF)长度为1 479 bp;推测编码的VdCAT1蛋白含492个氨基酸,相对分子量为56.96 kD,理论等电点(pI)为6.65,总平均疏水系数为-0.545;推测VdCAT1为无跨膜结构域、非分泌性亲水蛋白质。VdCAT1二级结构主要由随机卷曲和α-螺旋等构件组成。樟叶越桔VdCAT1基因编码的氨基酸序列与茶树CsCAT1和拟南芥AtCAT1等过氧化氢酶氨基酸序列具有较高的同源性和较近的亲缘关系。本研究结果为日后揭示VdCAT1基因的生理学功能及其表达调控机制提供科学依据。