拟南芥rd29A基因启动子克隆及其在马铃薯抗胁迫转基因中的应用

从拟南芥（Arabidopsis thaliana）基因组中用PCR技术分离了rd29A基因上游824 bp的调控序列,序列分析表明该片段与已报道的rd29A启动子有99.39%的同源性,包括缺水诱导表达元件DRE、ABA作用元件ABRE等顺式作用元件。将此片段与GUS基因连接构建了植物表达载体pBIrd,用农杆菌介导法获得了转基因马铃薯植株。对转基因植株进行G     

橡胶树转录因子HbCBF2和HbCBF3的克隆和原核表达分析

橡胶树起源热带雨林,对低温敏感。在中国橡胶树(Hevea brasiliensis)种植受到严重的低温胁迫影响,而CBF/DREB1(C-repeat binding factor/dehydration responsive element binding factor 1)是低温信号通路中重要的转录因子,但目前橡胶树中仅克隆到HbCBF1。本研究从橡胶树中克隆出两个新的CBF家族基因HbCBF2和HbCBF3。经测序,HbCBF2和HbCBF3分别编码了234个和242个氨基酸。氨基酸序列分析表明HbCBF2和HbCBF3均含有CBF家族特有两个短肽序列包括一个保守的DNA结合结构域和NLS簇。通过构建进化树发现HbCBF2、HbCBF3与HbCBF1以及拟南芥中的CBF序列同源性很高。将HbCBF2和HbCBF3构建到p GEX4T-1原核表达载体上,在Transetta(DE3)中进行表达。SDS-PAGE电泳检测它们蛋白质表达量为51.8 k D和53 k D,与预期一致。对蛋白的诱导条件进行优化,构建融合表达质粒p GEX4T-1-C BF2和p GEX4T-1-C BF3,在28℃、IPTG浓度为0.4 mmol/L的情况下表达量最佳。实验为纯化蛋白和研究HbCBF2和HbCBF3在橡胶树中的功能提供理论帮助。     

四个苹果MdCBF基因克隆与表达分析

为了筛选出苹果中的抗冻负调控基因,培育抗冻苹果新品种奠定基础,通过生物信息学的方法从苹果中克隆了4个具有完整开放阅读框的CBF基因,命名为Md CBFL1~Md CBFL4。通过与其他植物CBF/DREB蛋白氨基酸序列的多重比对发现,这4个蛋白具有CBF蛋白典型的结构特点,即1个AP2结构域,2个特征序列,即核定位信号区PKRPAGRTKFRETRHP和DSAWR保守序列。从系统进化树中可以看出苹果Md CBFL1~Md CBFL4蛋白与At DREB1蛋白聚在A-1亚族,推测它与拟南芥A-1转录因子功能相似,Md CBFL1~Md CBFL4蛋白表达受干旱、盐碱、低温等逆境胁迫的诱导。采用半定量RT-PCR的方法检测分析苹果中Md CBFL1~Md CBFL4基因在高盐(200 mmol/L Na Cl)、干旱和低温处理下基因的表达情况,结果表明,Md CBFL1基因对低温、干旱、盐胁迫3种逆境胁迫均有一定程度的响应,Md CBFL2~Md CBFL4基因受低温与高盐的诱导。为进一步阐明苹果Md CBF基因在逆境应答中的功能、机制提供了有益线索。     

梅花PmCBF基因的克隆及表达

CBF转录因子在植物冷驯化中起着重要调控作用。以欧洲甜樱桃CBF基因为信息探针,从李属基因组数据库中得到一个候选序列,设计特异引物,通过PCR扩增和RT-PCR验证,发现与预测序列一致。该基因全长711bp,可编码225个氨基酸,序列分析发现其具有CBF基因的特征序列,包含保守的AP2/EREB DNA结合域以及CBF特征短多肽序列PKK/RPAGRxKFxETRHP和DSAWR。同源性分析显示,PmCBF和欧洲甜樱桃、矮扁桃CBF基因一致性较高,均在90%以上,与欧洲甜樱桃的氨基酸同源性达100%。实时荧光定量PCR分析发现:4℃低温胁迫下,PmCBF在转录水平的表达情况和其他植物CBF基因一致;4℃处理后PmCBF基因的表达开始上升,4 h时达最大,初步表明PmCBF在低温胁迫下上调表达。     

海岛棉5个CBF/DREB基因的克隆与表达分析

低温、干旱和盐渍是影响作物生长、产量和全球地理分布的重要非生物胁迫。CBF/DREB转录因子是参与植物非生物胁迫应答反应的重要调控蛋白。为了更好地了解棉花CBF家族基因,通过生物信息学的方法,从海岛棉中克隆了5个具有完整开放阅读框的CBF基因,命名为Gb CBF1―Gb CBF5。这5个基因编码的蛋白与其他植物冷胁迫相关的CBF蛋白具有高度的保守性,含有1个AP2功能结构域和2个特征基序。系统进化树分析表明,这5个基因与拟南芥的3个参与冷胁迫的CBF基因一起聚类在DREB亚家族中的A-1亚组。通过RT-PCR的方法分析了海岛棉基因Gb CBF1―5在高盐(200 mmol·L-1 Na Cl)、干旱、4℃低温等非生物胁迫处理下的表达模式。结果表明其中2个基因在冷胁迫下上调表达,5个基因在干旱和盐处理下均下调表达。这些为进一步探索CBF基因在棉花逆境胁迫应激反应中的作用提供了有价值的信息。     

甜杨抗冻转录因子ICE1基因的in silico克隆及其分析

ICEl基因编码类似MYC的bHLH转录因子,可特异地结合到CBF3启动子的MYC作用元件并诱导CBF/DREB1下游基因的转录表达.本文采用电子克隆的方法,以拟南芥ICE1蛋白序列为信息探针,利用杨树EST数据库和毛果杨基因组序列拼接的结果,设计引物并通过RT-PCR从甜杨克隆了杨树的第一个ICE1基因.其cDNA长1 706 bp,含有完整的开放阅读框,可编码543个氨基酸的MYC类蛋白.编码蛋白序列含有bHLH区,核定位信号(NLS)区,富S区和转膜区各1个.Blast分析表明,cDNA序列及其推导的氨基酸序列均与拟南芥和芥菜的ICE1存在着较高的同源性,说明所获得的cDNA可能是甜杨ICE1基因(PsICE1,DQ481236).通过网络服务器平台进行PsICE1的功能预测,结果显示PsICE1含有bHLH保守功能域,具有多个磷酸化位点和跨膜区域.另外,ICE1的电子表达谱分析结果发现,ICE1几乎可在植物中整株表达,在多种组织和不同发育过程均表达,这也在一定程度上说明了ICE1是组成型表达,以及ICE1可能在植物的生长发育中也起着重要作用.     

木薯低温诱导基因MeLTI6A的克隆与序列分析

为了研究木薯(Manihot esculenta Crantz)的抗逆境胁迫机制,从水稻低温诱导及抗旱基因OsLTI6A出发,同源克隆了木薯的抗逆基因MeLIT6A,并对其序列和功能进行了分析研究。MeLIT6A的基因组序列全长为273 bp,其中ORF长度为173 bp,内含子长度为99 bp;编码1个含有57个氨基酸残基的蛋白,含有1个与Pmp3超级家族同源性极高的保守区域。该基因推导蛋白MELTI6A与蓖麻的、拟南芥的、水稻的、玉米的低温诱导蛋白基因6A (LTI6A)的推导蛋白的同源性分别为：89.7%。81.0%、74.1%和87.9%。蛋白功能分类预测MELTI6A是1个非酶类的、疏水性较高的、有2个透膜区域的蛋白,可能有转运蛋白和作为受体蛋白的功能,与拟南芥的AtLTI6A的功能相似。     

植物DREB转录因子及其转基因研究进展

DREB(dehydration responsive element binding protein)类转录因子是AP2/EREBP(APETALA2/an ethylene-responsive element binding protein)转录因子家族的一个亚家族,拥有保守的AP2结构域,能够特异性地与抗逆基因启动子区域的DRE顺式作用元件相结合,在低温、干旱和盐碱等条件下调节一系列下游逆境应答基因的表达,是逆境适应中的关键性调节因子.拟南芥中与逆境相关的DREB转录因子可分为DREB1/CBF和DREB2两类,其中DREB1/CBF类成员主要参与低温胁迫应答反应,DREB2类成员则主要参与干旱胁迫应答反应.根据近十年来的报道,目前已从拟南芥、水稻、玉米、小麦、黑麦、大豆、西红柿和油菜等几十种植物中分离并鉴定出调控干旱、高盐及低温耐性的DREB基因,并利用这些基因得到了抗逆性增强的拟南芥、油菜、西红柿、小麦以及杨树等转基因植株.转基因结果表明DREB转录因子家族在双子叶植物,单子叶植物,草本植物及木本植物抗逆品种改良中均具有重要的应用价值.本文总结了十多年来特别是近五年来国内外相关研究进展,并对DREB转录因子的研究前景及其在木本植物良种选育中的研究趋势进行了展望.     

新疆野扁桃CBF基因启动子克隆及瞬时表达分析

CBF基因主要功能是调控下游大量抗冷基因的表达。CBF基因是植物抗冷途径的枢纽,对增强植物的抗冷能力极为重要。本研究利用染色体步移法得到了新疆野扁桃(Amygdalus ledebouriana Schleche)CBF基因家族成员Als CBF翻译起始位点上游的启动子序列,长度为1 391 bp(Gen Bank登录号:KP662710)。对启动子序列进行生物信息学分析表明,该序列存在启动子的基本元件CAAT-box和TATA-box,并且含有多个与植物非生物胁迫有关的响应元件:ABA响应元件、MYB、MYC结合位点、光应答元件和LTRE低温应答元件等。在烟草叶片中进行瞬时表达的结果表明,该启动子序列具备在逆境胁迫下诱导驱动报告GUS基因表达的功能。本研究可为揭示CBF基因在野扁桃抗寒性、抗旱性等抗逆过程中的作用机理,以及为增强野扁桃CBF基因在扁桃的抗逆性遗传改良中的作用奠定一定的基础,同时对野扁桃的繁育和保护也有极为重要的意义。     

陆地棉GhLEA3基因的克隆及其响应低温胁迫表达分析

【目的】本研究旨在探索棉花GhLEA3基因的结构特征及其在低温胁迫下的表达模式,研究其抗逆功能。【方法】利用同源序列克隆法在陆地棉中克隆GhLEA3;采用生物信息学方法分析其蛋白质性质,构建系统进化树。采用In-Fusion连接技术构建融合蛋白表达载体35S∷GhLEA3-GFP并进行亚细胞定位;在棉花三叶期进行叶片低温表达分析;采用农杆菌介导的花序浸染法将GhLEA3基因转入拟南芥;对T_3转基因拟南芥种子进行4℃低温萌发试验;低温处理后测转基因拟南芥叶片的电导率。【结果】GhLEA3基因编码序列全长1 218bp,编码405个氨基酸;GhLEA3蛋白含有4个功能结构域PF02987。陆地棉GhLEA3与拟南芥AtLEA3氨基酸序列之间相似性为52.6%。GhLEA3蛋白可能定位在液泡和小泡中。GhLEA3基因在低温处理的棉花叶片中上调表达。T_3转基因拟南芥低温萌发率显著高于野生型,低温处理后转基因拟南芥叶片电导率显著低于野生型。【结论】陆地棉GhLEA3属于典型的LEA3家族成员,与拟南芥AtLEA3亲缘关系最近;该基因响应低温胁迫,可能在抗冷中起重要作用。     

两种拟南芥CBF2基因突变体的鉴定与分析

低温是主要的逆境胁迫之一,限制了作物的地理分布和产量。筛选理想的抗冻靶基因用于分子育种对于稳定农业生产具有重要意义。CBF调节子在植物抗冻反应中扮演主要的角色,CBF2是CBF调节子的组成成分之一,在抗冻反应中扮演负调控的作用。采用qRT-PCR和常规农艺性状测定法对2种CBF2基因突变体cbf2-1和cbf2-2进行了多项指标的鉴定,结果发现在这2种突变体中CBF2基因的表达存在不同程度的缺陷,cbf2-1中CBF2基因受低温诱导表达,但表达量与对照相比,明显下降;而cbf2-2中CBF2基因诱导表达的效应完全丧失。抗冻性检测结果显示CBF2基因的表达量越低,其突变体植株的抗冻性越强,同时冷胁迫后冷响应的下游基因表达量也越高,更重要的是,虽然这2种CBF2基因突变体抗冻性明显增强,但与野生型植株相比,其开花时间和单株种子产量并没有明显变化。以上结果表明CBF2是一种可以利用基因组编辑技术进行作物抗冻育种的理想候选靶基因,可以利用最新的基因组编辑技术进行作物抗冻育种研究。     

白菜脱水应答转录因子BpDREB1基因的克隆及功能研究

DREB1/CBF类转录因子在植物抵抗外界胁迫上起重要作用,利用这些基因改良作物抗逆性具有重要意义。本研究在白菜中分离到一个DREB类转录因子基因BpDREB1 (EF219470)。该基因序列全长647 bp,推测编码蛋白含213个氨基酸,相对分子量为23 kD,理论等电点为5.11,与白菜中该类转录因子序列同源性为94%。进化树表明,BpDREB1属于DREB亚家族中A1亚族。基因的诱导表达模式分析显示,BpDREB1被低温强烈、迅速诱导表达,并对干旱胁迫也有一定程度的响应,但对高盐处理几乎没有响应。过表达BpDREB1的转基因拟南芥经低温诱导后,其体内可溶性糖及脯氨酸含量大幅度提高。以上结果显示BpDREB1转录因子基因具有家族成员基因结构的特征,在低温、干旱应答途径中起重要作用。     

抗旱基因在小麦抗旱基因工程中的应用进展

干旱严重影响小麦的生长发育及产量,小麦抗旱育种是保障小麦生产的重要措施,利用基因工程技术提高小麦抗旱性是优于传统育种的有效途径。抗旱基因主要包括调节基因（蛋白激酶、蛋白酶和转录因子基因）和功能基因。目前,已证实的可提高小麦抗旱性的基因主要为转录因子基因CBF/DREB1、MYB、NAC（NAM、ATAF1、ATAF2和CUC2）、HD-Zip和WRKY等和功能基因LEA蛋白基因、甜菜碱合成酶基因和海藻糖合成酶基因等。本文从转录因子基因和功能基因2个方面概述国内外利用基因工程技术提高小麦抗旱性的研究进展,并对目前存在的问题进行分析,以期为小麦抗旱遗传改良及育种提供参考。     

转GHABF4转录因子棉花植株的耐盐性研究

AREB/ABFs转录因子家族基因主要参与干旱、高盐、低温等胁迫应答反应。为了获得具有较高耐盐水平的棉花新种质材料,通过农杆菌介导法将耐盐转录因子基因(GHABF4)导入陆地棉中棉35中,通过对转化植株的卡那霉素初步筛选及T1、T2、T3目的基因PCR的分子检测,获得T3转基因棉花纯合系。通过盐胁迫试验对5个T3转基因棉花株系和非转基因棉花对照进行耐盐性分析。结果表明,在200 mmol/L Na Cl胁迫下,与非转基因对照相比,5个转基因棉花株系株高提高2.5~4.4 cm,地上部分的鲜质量增加3.6%~11.8%;且抗氧化物酶SOD、POD、CAT活性以及叶绿素含量提高。在盐胁迫条件下,转GHABF4基因棉花表现出优良的生长和生理优势,转GHABF4基因能够提高棉花的抗盐能力。     

W6基因的过表达提高转基因烟草的耐盐性

W6基因是由普通小麦地方品种小白麦cDNA文库中克隆获得的ERF类转录因子, 属于ERF IV家族。将W6基因构建在由组成型CaMV35S强启动子控制的双子叶转化载体pBI121上, 通过农杆菌介导法将其转入烟草新华1号。利用RT-PCR技术分析W6基因的过量表达对下游抗性基因表达水平的影响, 并测定高盐胁迫下转基因烟草的SOD酶活性和叶绿素含量。结果显示, 所检测的转基因烟草阳性株中W6基因均有不同程度的表达, 其耐盐性明显提高。W6基因的表达诱导并增强了含有GCC box的PR(pathogenesis-related)基因和含有DRE/CRT元件的COR/RD基因的表达。在高盐胁迫下, 转基因烟草的SOD酶活性和叶绿素含量明显高于对照。W6基因既能诱导抗病相关的PR基因表达又能诱导与提高非生物胁迫能力的COR/RD基因表达, 可能与生物胁迫和非生物胁迫相关, 证实转录因子W6参与了耐盐胁迫相关基因的调节, W6基因的过表达提高了转基因烟草的耐盐性。     

花生中DREB类转录因子PNDREB1的克隆及鉴定

脱水响应元件结合因子(DREB)是一类对多个抗逆相关基因表达起调控作用的植物特有的转录因子,在植物抗逆能力综合改良方面具有重要作用。本研究通过筛选花生未成熟种子的cDNA文库,分离到一个DREB类基因——PNDREB1(FM955398)。该基因序列长度为687 bp,推测编码蛋白含有229个氨基酸残基,相对分子量为24.7 kD,理论等电点为5.97,与其他物种中该类转录因子序列同源性较高。利用酵母单杂交系统,对花生PNDREB1与DRE元件的特异识别和结合能力及其C-末端转录激活活性进行检测,显示,转入含有该基因及阳性对照基因的载体均可使酵母菌株正常生长,且具有显色反应,而转入空载体的酵母菌株不能生长,证明基因PNDREB1中的AP2结构域具有和DRE元件特异性结合的能力;同时,只有转入含有该基因C-末端片段及阳性对照基因的载体可使酵母菌株正常生长,并具有显色反应,而转入空载体的酵母菌株不能生长,说明其C-末端片段具有转录激活活性,该基因为DREB类转录因子。基因表达模式分析显示,PNDREB1为组成型表达,且被低温强烈、迅速诱导表达,并对干旱胁迫也有一定程度的响应,但对高盐和ABA处理没有响应。     

甘薯IbCAF1基因的克隆及耐盐性、抗旱性鉴定

CAF1 (CCR4-associated factor 1) gene plays an important role in plant development and disease resistance. In this study, the IbCAF1 gene of sweetpotato was cloned according to the EST sequence. The ORF of IbCAF1 was 846 bp, encoding 281 amino acids, with a molecular weight of 32.13 kD and an isoelectric point of 4.83. The results of amino acid sequence alignment and phylogenetic tree analysis showed that IbCAF1 had higher homology with ItlCAF1, a homologous protein of Ipomoea triloba (2x), and the homology was 96.8%. IbCAF1 gene was induced and expressed by NaCl, PEG, ABA, and H₂O₂. The IbCAF1 gene was transferred into tobacco by Agrobacterium tumefaciens mediated transformation. The overexpression of IbCAF1 gene significantly improved the salt and drought tolerance of transgenic tobacco plants. After 200 mmol L ^-1NaCl and 10% PEG-6000 treatments, the transgenic tobacco plants showed significant upregulation of the genes involved in ROS scavenging system and proline biosynthesis related genes, significant increase of SOD activity, POD activity and proline content and significant decrease of H₂O₂ and malondialdehyde contents. These results demonstrate that the IbCAF1 gene could improve salt and drought tolerance in transgenic tobacco. This study will lay a foundation on salt and drought tolerance gene engineering of IbCAF1 gene in sweetpotato for the following research.     

甘蓝型油菜抗寒相关基因的QTL初步定位

低温是影响油菜生产和产量最重要的非生物逆境胁迫因子。为了阐明油菜抗寒性的遗传基础并定位相关的数量性状位点,利用甘蓝型油菜强抗寒GZ恢和弱抗寒10B杂交获得的147个F_2单株为定位群体、以双亲及F2∶3家系为辅助研究材料,利用SSR分子标记结合生理学指标及自然条件下抗寒性调查对抗寒基因QTL进行初步定位。结果表明:630对SSR引物中有160对在双亲间具有多态性,多态率25.40%;160对多态性引物中有102对在F_2群体中有多态性,多态率63.75%,102对多态性引物共检测出多态性位点229个。102个SSR标记构建连锁图,图谱总长974.70 c M,平均距离为5.70 c M。在自然越冬条件下,对F2及F2∶3家系的抗寒性及叶片相对电导率、组织相对含水量、SPAD值、丙二醛(MDA)含量进行测定,分析生理指标与抗寒性的相关性,结果呈显著或极显著相关,表明这些指标可以作为抗寒性评价的参考指标。共定位出5个与抗寒性相关的QTL位点,SPAD值与MDA含量2个指标之间检测到的QTL具有重叠区,这可能是由一因多效或基因紧密连锁引起,可以作为后续分析候选基因的1个热区。为进一步进行甘蓝型油菜抗寒性状相关基因的精细定位及克隆奠定了基础理论。