蒜芥茄SsUBC基因的克隆及表达分析

本研究从蒜芥茄中克隆得到泛素E2结合酶UBC基因编码区序列,命名为SsUBC,登陆Gen Bank,编号:MF872897。SsUBC基因编码区全长859 bp,编码272个氨基酸。进行进化树分析,SsUBC编码的氨基酸序列与番茄和马铃薯等茄科植物有较近的亲缘性。利用荧光定量PCR技术分析SsUBC基因在蒜芥茄各器官表达特征和不同非生物胁迫处理下(镉,高温,干旱,盐和脱落酸)根部和叶片的表达特性。结果表明,SsUBC基因表达在不同器官中具有差异性,且叶片中表达量最高。非生物胁迫处理后叶片中SsUBC基因表达变化比根部中更为显著,除盐胁迫外,其它四种处理条件下该基因在叶片中的表达量均高于根部,其中高温胁迫下表达量升高变化最为显著。除盐胁迫外,叶片中基因的表达均为上调趋势,而干旱胁迫下根中该基因表达为下调趋势。综上,SsUBC基因在蒜芥茄响应镉(1 h)、高温(1 h)、干旱胁迫(1 h)时的应答较为迅速,其次为脱落酸(9 h),且响应部位为叶片;而在盐胁迫(12 h)下应答相对较为迟缓。     

花生果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因AhFBA1的克隆与表达

以花生品种花育33为试材, 根据cDNA文库中已知的果糖-1,6-二磷酸醛缩酶 (fructose-1,6-bisphosphate aldolase, FBA) 基因全长序列设计引物, 通过RT-PCR克隆到该基因, 命名为AhFBA1。AhFBA1全长为1489 bp, 开放阅读框为1200 bp, 编码400个氨基酸。预测该基因编码的蛋白含有Glycolytic保守结构域, 可能定位于叶绿体中。蛋白序列比对和进化树分析表明, 花生与大豆(Glycine max)、苜蓿(Medicago truncatula)、鹰嘴豆(Cicer arietinum)和菜豆(Phaseolus vulgaris)等豆科植物中的FBA序列相似性最高, 亲缘关系最近。荧光定量PCR结果显示, 在高盐和干旱胁迫下, AhFBA1在花生叶和根中的表达均受明显诱导, 说明该基因可能参与花生对高盐和干旱胁迫的适应性调控; AhFBA1在花生根和叶中均受ABA的明显诱导, 说明该基因对花生非生物胁迫的调控可能是依赖ABA的。     

玉米ZmCIPK20基因克隆及表达分析

CIPK蛋白激酶是植物非生物胁迫信号传导途径中的重要元件。为克隆玉米CIPK蛋白激酶基因ZmCIPK20全长c DNA序列,并分析其在盐胁迫下的表达模式,采用RT-PCR技术克隆基因,用生物信息学方法对获得的序列进行分析,采用荧光定量PCR方法研究ZmCIPK20在盐胁迫下的表达。本研究从玉米中克隆了一个编码CIPK蛋白激酶基因ZmCIPK20,该基因c DNA全长1 800 bp,5'-非编码区长203 bp,3'-非编码区长202 bp,编码区长1 395 bp,编码464个氨基酸,预测分子量为50.993 kD,等电点为8.55。推测的氨基酸序列中含有1个丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶催化结构域S_TKc和1个NAF结构域。进化树分析发现,ZmCIPK20和SbCIPK分为一个分支。荧光定量PCR检测表明,ZmCIPK20基因受盐胁迫诱导表达,在根中下调表达,在叶中上调表达,说明玉米ZmCIPK20基因可能参与玉米对盐胁迫的应答,为揭示该基因的生物学功能提供依据。     

马铃薯转录因子StTCP13基因的原核表达及盐胁迫功能研究

初探StTCP13基因在盐胁迫方面的功能,为StTCP13在马铃薯非生物逆境响应的功能研究奠定基础。采用同源克隆策略获得StTCP13基因编码区全长,利用生物信息学分析蛋白结构域并构建系统进化树,qRT-PCR技术分析该基因表达模式,双酶切法构建StTCP13-pGEX6P1原核表达载体,利用大肠杆菌BL21表达StTCP13-GST标签融合蛋白,观察转StTCP13大肠杆菌BL21在盐胁迫培养基上的表型。结果显示,从马铃薯品种费乌瑞它中克隆得到了StTCP13基因,成功构建了StTCP13-GST标签融合蛋白的pGEX-6P-1原核表达载体,并在大肠杆菌BL21中诱导表达了目的蛋白。生物信息学分析结果表明,该基因CDS全长669 bp,编码一个由222个氨基酸组成的蛋白质,该蛋白质含有1个保守的TCP结构域,融合蛋白大小约为51 ku。系统进化树结果显示,马铃薯StTCP13与潘那利番茄SpTCP13、甜椒CaTCP13亲缘关系较近。表达分析结果显示,该基因在根中表达量最高,在芽眼中表达量最低,其表达受高盐胁迫诱导。盐胁迫表型分析结果表明,StTCP13能提高大肠杆菌对高盐胁迫的耐受性。综上,说明StTCP13在响应盐胁迫逆境中发挥一定功能。     

红麻非生物逆境胁迫响应基因HCWRKY71表达分析及转化拟南芥

WRKY转录因子在植物响应非生物逆境胁迫过程中具有重要的调控作用。本研究根据红麻转录组unigene序列(CL3883.Contig4),设计引物进行PCR扩增,经sanger测序获得全长为957 bp的HcWRKY71基因cDNA序列。该基因开放读码框为957 bp,编码1个含有318个氨基酸的蛋白,具有1个WRKY功能保守结构域,属于II类WRKY转录因子。在盐胁迫下,HcWRKY71基因表达量随NaCl溶液浓度升高而增加;在干旱胁迫下,HcWRKY71基因表达量随干旱胁迫时间的增加呈现先下降再上升然后再下降的趋势;在重金属镉胁迫下,HcWRKY71基因表达量随CdCl2溶液浓度的增加而降低。表明该基因表达受盐、干旱和重金属镉胁迫的诱导。利用农杆菌介导花序浸染法将该基因转化拟南芥发现,HcWRKY71基因提高了转基因拟南芥幼苗的耐盐性,这为进一步研究HcWRKY71基因的耐逆机制奠定了坚实的基础。     

苹果MdSBP20基因抗非生物胁迫的研究

为获得苹果砧木逆境胁迫相关转录因子,以QZ1(平邑甜茶(Malus hupehensis Rehd.)×柱型苹果株系CO(Malus domestica Borkh.)和M26为试材,利用同源克隆法克隆得到苹果SBP基因cDNA的全长序列,命名为MdSBP20。对扩增得到的cDNA序列进行生物信息学分析,结果表明,该序列全长1 362 bp,包含完整开放阅读框1 362 bp,编码454个氨基酸,具有明显的SBP结构域,包含2个锌指结构Zn-1、Zn-2和双向核定位信号区NLS。系统进化树分析,结果表明MdSBP20与白梨(XM_009339726.1)和苹果(XM_008376435.1)亲缘关系较近。实时荧光定量分析结果表明,MdSBP20基因在低温、干旱、盐害中发挥一定功能,推测QZ1的耐寒性、耐旱性及耐盐性均强于M26。研究表明,MdSBP20基因在苹果响应非生物逆境胁迫中具有重要调控作用。     

甘蔗谷胱甘肽硫转移酶基因SoGST-1a的克隆与表达分析

克隆甘蔗谷胱甘肽硫转移酶(Glutathione S-transferase,GST)基因,并分析其序列特征和表达谱,为甘蔗抗旱育种提供基因来源。本研究采用电子克隆和RT-PCR技术从甘蔗品种‘新台糖22号’中克隆到一个甘蔗GST基因,命名为SoGST-1a。通过生物信息学软件分析其序列特征,采用实时荧光定量PCR检测其表达谱。序列分析表明该基因cDNA全长702 bp,编码224个氨基酸,预测的蛋白分子式为C₁₁₁₇H₁₇₅₀N₃₀₀O₃₂₈S₆,蛋白分子量为24.82 kDa,等电点为5.96。蛋白疏水性分析推测其为亲水性蛋白。保守结构域预测表明SoGST-1a蛋白具有2个GST结构域。系统进化树分析表明该基因与玉米Zeta类GST蛋白亲缘关系最近。荧光定量PCR分析显示,干旱胁迫下SoGST-1a基因下调表达。研究结果表明,SoGST-1a基因可能在甘蔗干旱胁迫中并不发挥一定作用。这些结果为深入了解SoGST-1a基因的生物学功能奠定了基础。     

马铃薯StNAC72基因克隆及表达分析

NAC转录因子在应答非生物胁迫中具有重要的调节作用。本研究以宁薯4号叶为材料,应用RT-PCR技术从已建立的转录组测序数据库中获得了马铃薯StNAC72基因全长序列,对其序列特征进行生物信息学分析;并应用real-time PCR技术分析了干旱和干旱后复水处理下根、匍匐茎和叶中该基因的时空表达特征。结果表明,StNAC72基因开放阅读框长1 074 bp,编码357个氨基酸,含有典型的NAM结构域。进化树聚类分析显示,该基因与拟南芥AtNAC072/RD26亲缘关系最近,属于NAC蛋白的SNAC(stressassociated NAC)组成员。转录水平表达分析显示,StNAC72基因表达量存在组织表达差异;干旱处理致使匍匐茎和叶中StNAC72均表现出上调表达模式,干旱处理后匍匐茎中StNAC72表达量较无处理的匍匐茎中上调近10倍;根中该基因对胁迫应答变化不明显,但表达量相较对照根中上调近1倍。干旱后复水处理促使StNAC72表达量下调,且以匍匐茎中该基因对胁迫应答最为显著,说明该基因可能参与干旱及水分刺激信号传导过程。研究结果为应用StNAC72改良马铃薯抗逆能力提供了基础理论数据。     

小麦胁迫相关基因TaLEAL3的克隆及分子特性分析

第3组LEA蛋白(late embryogenesis abundant protein)介导干旱、高温、高盐等非生物胁迫响应, 关于普通小麦LEA基因的研究鲜有报道。利用噬菌体原位杂交技术, 从小麦苗期干旱胁迫条件构建的cDNA文库中筛选出LEA蛋白基因TaLEAL3, 其全长750 bp, 编码区长501 bp, 编码166个氨基酸, 含有一个明显的核定位信号区。氨基酸同源性分析发现, TaLEAL3属于第3组LEA蛋白, 序列中含有由11个氨基酸组成的3个不完全重复的基序和α-螺旋的LEA结构。电子定位结果显示, TaLEAL3基因位于4BL、4DL和5AL染色体上, 主要在茎中表达, 而在根中几乎无表达。实时荧光定量PCR分析表明, 在干旱、低温和ABA诱导下, TaLEAL3基因表达量明显增加。在该基因上游1.7 kb序列处, 预测具有启动子的核心序列和增强子序列, 及与干旱和低温等多种逆境胁迫相关的调控序列。本研究为深入分析小麦LEA蛋白基因的功能, 初步解析LEA蛋白的作用机制提供了数据。     

小麦抗坏血酸过氧化物酶TaAPX基因克隆与表达分析

为了研究非生物胁迫处理下小麦抗坏血酸过氧化物酶(APX)的作用,以小麦百农207为试验材料,根据小麦APX基因序列,采用RT-PCR技术对小麦APX基因进行克隆、生物信息学分析及组织表达模式分析;对小麦进行非生物胁迫处理,分析小麦APX基因在环境胁迫条件下的表达特征。结果表明,TaAPX基因包含876 bp的开放阅读框,编码1个291个氨基酸组成的蛋白质,分子质量为31.73 ku,等电点为7.74,分子式C_(1417)H_(2246)N_(394)O_(423)S_5,TaAPX可能是两性蛋白,无信号肽,为非分泌蛋白。蛋白质序列比对和进化树分析表明,小麦与大麦的APX编码蛋白的氨基酸全长序列相似性最高达到97.25%,亲缘关系最近。实时荧光定量PCR分析表明,TaAPX在小麦幼根、茎、茎节、幼叶、叶鞘、雌蕊和雄蕊中均有表达,其中在幼叶中表达量最高,其次是茎、茎节,在幼根、叶鞘中表达量较低,在雌、雄蕊中表达量最低。在非生物胁迫条件下该基因受干旱、低温胁迫表达增强,而在NaCl胁迫和渗透胁迫下表达降低。综上,获得了TaAPX基因的编码区序列,分析发现其响应干旱、低温和盐等逆境胁迫,提示该基因可能与小麦抗逆境机制密切相关。     

木薯MePYL8基因克隆及表达分析

脱落酸介导的核心信号通路在植物应答非生物胁迫的过程中具有重要功能,而PYL蛋白是该信号通路中ABA的受体,因此研究PYL家族基因有助于完善对该信号通路的理解。本研究利用PCR技术从木薯栽培种KU50中克隆得到一个PYL家族基因,命名为MePYL8,该基因的开放阅读框全长为579 bp,编码193个氨基酸。对其进行序列比对表明MePYL8与橡胶树和麻疯树中的氨基酸序列同源性最高,进化树分析显示MePYL8与拟南芥PYL8/RCAR3的亲缘关系最近。此外,利用荧光定量PCR对MePYL8进行多种处理下的表达分析,结果显示:MePYL8在转录水平受到ABA、高盐胁迫和干旱胁迫的诱导作用,同时受到氧化胁迫的抑制作用,表明MePYL8在多种非生物胁迫下的信号转导通路中可能具有重要的功能。本研究为后续深入研究该基因的功能和分子调控机制提供理论依据,为作物抗逆育种提供潜在的资源。     

桑树MaMYB308基因的克隆及表达分析

为研究桑树MYB转录因子在桑树非生物胁迫及发育中的功能,本研究以桑树品种‘桂优62号’为材料,克隆了桑树MYB转录因子MaMYB308的全长cDNA序列,运用生物信息学手段对其氨基酸序列进行分析,采用酵母单杂交验证其自激活性,采用实时荧光定量PCR方法检测基因在不同组织和非生物胁迫下的表达模式。研究结果显示,MaMYB308基因全长1 266 bp,包含一个1 026 bp的开放阅读框,可编码341个氨基酸,其编码蛋白质分子量为39 kD;具有两个SANT结构域,属于典型的R2R3型MYB转录因子,具有自激活活性。BLAST结果显示,MaMYB308与来源高等植物的多种R2R3-MYB类转录因子均具有较高的同源性,与川桑的MYB308同源性最高,氨基酸水平的一致性为96.48%。实时荧光定量PCR分析结果显示,MaMYB308在桑树根、茎和叶片组织中均有表达,在根中的表达量显著高于茎与叶片的表达量,且对高温、低温、高盐和干旱等非生物胁迫均有响应,其中对低温胁迫诱导最为显著,表达量为对照的40倍左右。本研究结果为进一步研究桑树MaMYB308基因的生物学功能及桑树的抗逆机理提供了帮助。     

玉米热激蛋白基因ZmHSP90-1的克隆及表达分析

HSP90是普遍存在于原核和真核细胞中的一种高度保守的分子伴侣。本研究从玉米中克隆了一个HSP90同源基因, 命名为ZmHSP90-1基因, 并对其进行了初步的序列分析。该基因cDNA序列全长2 371 bp, 开放阅读框2 094 bp, 编码697个氨基酸, 蛋白质分子量约79.98 kD。蛋白结构预测及同源比对分析表明, ZmHSP90-1基因编码蛋白含ATPase位点和HSP90保守结构域, 并与拟南芥、水稻等多种物种的热激蛋白高度同源; 进化树分析表明ZmHSP90-1与拟南芥AtHSP90.1基因关系较近, 蛋白序列相似性达88.3%。目的蛋白亚细胞定位显示, ZmHSP90-1蛋白在细胞质中表达。实时荧光定量PCR分析表明, ZmHSP90-1对非生物胁迫高温、高盐、ABA、低温、干旱均具有明显的应答反应。推测ZmHSP90-1是玉米的一个胁迫相关基因。     

棉花GhbHLH基因的克隆与表达分析

bHLH(basic helix-loop-helix,bHLH)家族基因在植物生长发育和非生物胁迫应答中发挥着重要的作用。本研究从前期构建的棉花cDNA文库中发掘得到一个新的GhbHLH基因,该基因开放阅读框全长600 bp,编码199个氨基酸,序列分析表明,该基因具有典型的helix-loop-helix结构域。荧光定量PCR表明,GhbHLH在棉花根、茎、叶和纤维中均有表达,并且能够受高盐、PEG、低温、ABA和Me JA等的诱导表达,亚细胞定位结果表明,GhbHLH在细胞核内表达。推测该基因可能作为调控因子在棉花非生物胁迫应答中发挥作用。     

大豆GmbHLH041基因的生物信息学分析及对镉胁迫的响应

为探讨大豆Gmb HLH041转录因子在应答镉胁迫中的作用,根据前期的镉胁迫前后大豆根系转录组测序结果,筛选获得响应Cd胁迫的Gmb HLH041基因,利用NCBI和Phytozome数据库,结合生物信息学软件对Gmb HLH041基因进行预测分析,并通过q RT-PCR的方法检测大豆根系中Gmb HLH041基因在50μmol/L Cd SO4胁迫0,24 h的表达情况。结果显示,Gmb HLH041基因编码542个氨基酸,相对分子质量为61.17 ku,理论等电点为5.89。二级结构预测结果显示,该氨基酸序列主要以无规则卷曲(39.48%)、α-螺旋(37.27%)和伸展链(16.61%)的形式存在,从拟南芥b HLH家族中的12个亚家族中挑选了24个b HLH蛋白并结合其他物种中亲缘关系较近的b HLH蛋白,对Gmb HLH041进行系统进化树分析发现,Gmb HLH041与野生大豆和狭叶羽扇豆的b HLH041蛋白亲缘关系较近,Gmb HLH041划分到拟南芥b HLH家族第4亚族Ⅳd中。根据进化树的分析结果,选取与Gmb HLH041亲缘关系最近的Gsb HLH041、Lab HLH041以及拟南芥第4亚族Ⅳd中的AT5G56960进行多重比对,结果显示,Gmb HLH041含有一个保守的b HLH结构域;荧光定量PCR结果显示,Gmb HLH041基因在50μmol/L Cd SO4胁迫24 h后表达量极显著上升,说明Gmb HLH041基因在Cd胁迫应答中可能发挥着重要的作用。     

甘蔗S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因(ScSAM)的克隆及表达

利用RT-PCR和RACE技术从甘蔗品种新台糖22号(ROC 22)中克隆获得SAM基因的cDNA序列,命名为ScSAM,GenBank登录号为KC172558。用生物信息学方法预测分析其序列,cDNA全长1466 bp,含有1个1191 bp的完整开放阅读框(ORF),编码396个氨基酸,与高粱和玉米等植物的SAM蛋白有很高的相似性。系统进化树分析显示,甘蔗ScSAM与高粱的SAM蛋白亲缘关系较近。Real-time PCR分析表明ScSAM为组成型表达,在根中的表达量最高,是叶中表达量的3.6倍。其在黑穗病菌胁迫和低温(4℃)、聚乙二醇(PEG)、NaCl非生物胁迫下均被诱导表达,但表达模式不同;在H₂O₂胁迫下其表达被抑制。推测其可能参与甘蔗抗黑穗病过程,且在甘蔗抗寒、抗旱、抗盐和抗氧化等胁迫过程中也起某种作用。     

黄瓜CsWRKY23基因的生物信息学及表达分析

WRKY转录因子是植物中广泛存在的一种转录因子,参与植物的生物胁迫与非生物胁迫。采用RTPCR克隆黄瓜CsWRKY23基因cDNA序列,对序列进行结构域、基因结构分析,构建系统发育树,通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析该基因在黄瓜根、叶组织中的表达。结果表明:CsWRKY23的cDNA开放读码框全长1 431bp,含有5个外显子,4个内含子;编码476个氨基酸,含有两个WRKY结构域,编码蛋白的分子量为52.2kDa、等电点为6.43;系统发育分析表明CsWRKY23与拟南芥AtWRKY33同源。qRTPCR结果表明该基因响应低温胁迫,并在根、叶组织中的表达均上调。本研究为进一步鉴定该基因在非生物胁迫的功能奠定了基础。     

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。     

StSRK2E-like基因的序列分析及表达载体构建

SnRK2作为脱落酸(abscisic acid,ABA)信号转导途径的关键因子,对应答非生物胁迫防御机制的形成具有重要作用。为验证马铃薯SnRK2s的功能,本试验以‘青薯9号’为材料,利用RT-PCR对SnRK2家族中的StSRK2E-like基因进行克隆。序列分析显示,该基因CDS序列为1089 bp,编码蛋白全长为362 aa,相对分子质量为41.06 kD,脂溶指数为89.67,亲水指数为-0.321,为亲水性蛋白;进化分析显示该基因与番茄中同源基因的亲缘关系最近,相似性高达98.44%;该基因上游2000 bp启动子序列中除了含有TATA-box和CAAT-box核心元件,还含有干旱相关元件(MBS)及激素响应元件(TCA-element,ABRE,TGA-element),推测该基因参与干旱和激素胁迫应答。用RT-qPCR定量检测不同干旱胁迫时间下马铃薯根、茎和叶中StSRK2E-like基因表达水平。结果显示:StSRK2E-like基因在胁迫处理下的表达量显著低于对照,该结果表示该基因对干旱胁迫敏感;且随胁迫时间增加,对照组茎和叶中StSRK2E-like基因的表达量下调显著,胁迫组叶中下调显著(P<0.05),推测该基因在马铃薯抵御干旱胁迫过程中扮演着重要角色。StSRK2E-like基因的具体功能需要进一步研究。本试验成功构建pJAM1502-StSRK2E-like表达载体,为后续进行StSRK2E-like基因的功能验证提供试验基础。     

割手密SsWRKY1基因的克隆与表达分析

为了克隆割手密SsWRKY1基因,并对其生物信息学和表达模式进行分析。本研究通过转录组测序和RT-PCR方法相结合首次从割手密中克隆到一个WRKY基因,利用生物信息学工具对其进行分析,并利用荧光定量PCR分析其在干旱胁迫下的表达模式。从割手密中克隆到一个全长1083 bp编码360个氨基酸的WRKY转录因子的基因,含有一个WRKY基因保守结构域和一个Cx4-5Cx22-23HxH的锌指结构域,属于WRKY基因家族的第Ⅱ类成员,命名为SsWRKY1,GenBank登录号为MH687932。荧光定量分析表明,随着干旱胁迫时间的延长,其表达量呈持续上调的表达模式,说明该基因是干旱胁迫诱导型基因。SsWRKY1基因在割手密应答干旱胁迫等非生物胁迫中可能起重要的调控作用,为进一步研究割手密的抗旱机制和甘蔗抗旱新品种的选育提供了科学依据。