香鳞毛蕨DfDXR基因克隆和表达模式分析

为探索1-去氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶(DXR)是否参与香鳞毛蕨对环境的抗逆功能，用PCR克隆并鉴定了香鳞毛蕨DfDXR基因，并通过在线预测网站对其蛋白序列进行生物信息学分析，利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术研究了DfDXR基因在不同化学物质和逆境胁迫处理下相对表达量的变化。结果表明，成功克隆出DfDXR基因的CDS序列全长1 434 bp,编码477个氨基酸，DXR蛋白二级结构为alpha-beta型。蛋白质多序列比对以及进化树分析表明，DfDXR与铁线蕨AcDXR亲缘关系较近，与苹果和桃等植物的DXR蛋白亲缘关系较远，Motif分析表明，该蛋白含有PLN02696结构域，该结构域为DXR蛋白的保守结构域，亚细胞定位预测DXR蛋白定位于叶绿体上，与其他物种一致。对qRT-PCR数据进行分析显示，DfDXR的相对表达量在茉莉酸甲酯(MeJA)和聚乙二醇(PEG)处理后总体都呈现上调的趋势，并分别在1,12 h达到最高；NaCl处理下呈“降—升—降”的趋势，但各处理时间下的表达量均低于对照组；水杨酸(SA)、脱落酸(ABA)、乙烯利(ETH)、高温(HT)以及低温(L...     

陆地棉两个同源基因GhBlind的克隆与表达分析

Blind同源基因对植物株型调控起着重要作用。本研究用同源克隆策略,在陆地棉(Gossypium hirsutum L.) 腋芽部位cDNA中克隆出2个Blind同源基因GhBlind1(GenBank登录号为HQ115643)和GhBlind2(登录号为HQ115644)。GhBlind1和GhBlind2由3个外显子和2个内含子组成,分别编码359个和262个氨基酸残基。组织特异性表达分析表明, GhBlind1在腋芽部位和茎尖分生组织部位优势表达,在根、叶、茎尖、幼嫩纤维表达,而在茎部不表达;GhBlind2在腋芽部位以及根、茎、叶片、茎尖表达,而在纤维不表达。通过重组PCR技术,构建表达载体Psuper-gus-b1和Psuper-gus-b2;应用根癌农杆菌EHA105介导转化棉花胚性愈伤组织进行瞬时表达分析。将棉花胚性愈伤组织共培养4 d后,2个表达载体转化的胚性愈伤组织中均能检测到GUS活性,但Psuper-gus-b2表达活性强于Psuper-gus-b1。对Blind同源蛋白的保守结构域比对发现,GhBlind1和GhBlind2与Blind同源蛋白的一致性分别达94%和91%。以Blind同源蛋白作为外参,结合NCBI已公开的23个棉花MYB蛋白构建系统发生树,发现GhBlind1和GhBlind2与棉花大多数MYB蛋白遗传距离较远,和Blind同源蛋白组成一个较小的分支。     

烟草硼外向转运体NIP5;1的克隆和表达分析

为研究烟草中的硼转运机制,克隆了烟草硼外向转运体基因,并分析其表达特点。采用生物信息学的方法预测烟草硼外向转运体的开放阅读框,并通过PCR的方式克隆后测序验证;其相应蛋白质的结构特点亦用生物信息学手段分析。该基因在烟草不同组织和对不同处理响应的表达差异采用半定量RT-PCR的方法检测。结果显示克隆到烟草硼外向转运体NtNIP5;1的开放阅读框,全长894 bp,编码297个氨基酸,具有MIP家族典型的结构域HLNPSLTIA,GenBank登录号为KF611892。其蛋白质的二级结构以α-螺旋为主,有5个跨膜结构域。RT-PCR结果发现,NtNIP5;1在根和叶中均有表达,但在叶中表达水平较高; 6-BA、SA和ABA均可抑制其表达。     

小麦光敏色素互作因子TaPIF4基因的克隆与表达分析

为研究小麦光敏色素互作因子TaPIF4基因的结构、特性以及在小麦中的具体功能,从小麦中克隆TaPIF4基因并进行生物信息学分析,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析该基因在48 h内的节律表达及在低温、干旱、高盐和脱落酸(ABA)处理条件下的表达模式,推测其可能参与的生物学过程。结果表明,TaPIF4基因的开放阅读框为1 053 bp,编码350个氨基酸,所编码的蛋白在C端含有1个b HLH结构域。TaPIF4蛋白的b HLH结构域保守程度高,在进化关系上与粗山羊草的PIF4-like蛋白最近。TaPIF4基因的表达具有昼夜节律性,在光照条件下表达量低,在黑暗条件下表达量高。TaPIF4基因在外源ABA处理下表达被明显抑制;在干旱处理下,短时间内其表达量升高,之后下降;冷处理下,表达模式与干旱处理相反;盐处理下,其表达无明显规律。推测TaPIF4基因可能参与植物ABA、干旱、低温胁迫的信号通路。     

大豆GmZAT12基因的克隆和表达分析

锌指蛋白是真核生物中被广泛研究的转录因子,在植物生长发育和逆境应答中发挥重要作用。为了揭示大豆锌指蛋白基因功能,从商豆1201中克隆获得GmZAT12基因的CDS全长序列,并对其编码的蛋白质进行生物信息学分析。通过烟草表皮注射系统检测GmZAT12蛋白的亚细胞定位情况,采用实时荧光定量(qRT-PCR)技术对GmZAT12基因在大豆不同组织和非生物胁迫中的表达模式进行分析。结果表明,GmZAT12全长516 bp,共编码171个氨基酸,分子质量为19.264 28 ku,理论等电点(pI)为9.02;主要构成元件为无规则卷曲和α螺旋;含有20个磷酸化位点,其中以丝氨酸磷酸化位点为主。序列分析结果表明,GmZAT12蛋白含有2个保守的C2H2锌指结构域;亚细胞定位结果显示,GmZAT12蛋白定位于细胞核。qRT-PCR表达分析结果显示,GmZAT12基因在大豆根、叶片和种子中表达量较高,在花和茎中表达量较低;GmZAT12基因受到高温、低温、NaCl和ABA诱导表达,推测该基因可能参与大豆非生物胁迫应答。     

烟草硼内向转运体NIP5;1的克隆和表达分析

为研究烟草中的硼转运机制,克隆了烟草硼内向转运体基因,并分析其表达特点。采用生物信息学的方法预测烟草硼内向转运体的开放阅读框,并通过PCR的方式克隆后测序验证;其相应蛋白质的结构特点亦用生物信息学手段分析。该基因在烟草不同组织和对不同处理响应的表达差异采用半定量RT-PCR的方法检测。结果显示克隆到烟草硼内向转运体Nt NIP5;1的开放阅读框,全长894 bp,编码297个氨基酸,具有MIP家族典型的结构域HLNPSLTIA,Gen Bank登录号为KF611892。其蛋白质的二级结构以α-螺旋为主,有5个跨膜结构域。RT-PCR结果发现,Nt NIP5;1在根和叶中均有表达,但在叶中表达水平较高;6-BA、SA和ABA均可抑制其表达。     

杨树Ptann3基因克隆与表达特性分析

膜联蛋白(Annexin)是一类Ca2+及磷脂结合蛋白,在非生物逆境胁迫方面发挥重要作用,但木本模式植物杨树膜联蛋白基因的研究还未见报道。本研究通过RT-PCR与RACE相结合的方法从毛果杨(Populus trichocarpa)克隆获得膜联蛋白3 (Ptann3)基因c DNA序列,分析发现编码蛋白质Ptann3与其他植物膜联蛋白高度同源,具有过氧化物酶活性结构域、S3氧化还原反应结构域、GTP结合结构域及钙结合位点。构建原核表达载体p ET-28a-Ptann3,转入大肠杆菌BL21 (DE3)中表达分析,Ptann3蛋白分子量35.6 kD,分析表明Ptann3蛋白具有过氧化物酶与ATPase活性。qPCR分析结果显示,Ptann3基因在根、上部茎、下部茎、叶柄、幼叶和成叶中均有表达,在幼叶中表达量最高,在叶柄和根中表达量次之,成叶和茎中表达量最低。此外,研究发现低温、ABA、PEG6000、H2O2和NaCl胁迫处理可显著影响Ptann3基因的表达,推测杨树Ptann3基因在非生物逆境胁迫中发挥重要作用,研究结果对杨树抗逆遗传改良具有重要意义。     

红麻HcMS1基因的克隆、表达与功能分析

为挖掘红麻雄性不育核基因,解释红麻花蕾败育的分子机理,通过分析转录组数据,利用同源克隆的方法从红麻花药中克隆出拟南芥MALE STERILITY1(MS1)的同源不育基因,并命名为HcMS1基因。利用生物信息学方法对HcMS1蛋白进行结构、理化性质及亲缘关系等分析,并通过qRT-PCR分析HcMS1基因在红麻不育系、保持系不同时期的表达水平;构建过表达载体,利用叶盘法转化本氏烟草并对转基因烟草进行表型观察。HcMS1基因序列开放阅读框(ORF)为1 950 bp,编码649个氨基酸。生物信息学分析显示,HcMS1蛋白为亲水蛋白,定位在细胞核上且含有典型PHD-finger结构域,没有信号肽和跨膜区结构,与陆地棉MS1蛋白亲缘关系最近,其次为木槿MS1蛋白。qRT-PCR结果表明,HcMS1基因的表达量在保持系和不育系中均呈现先上升、后下降的趋势,且在红麻花蕾的四分体至单核期表达量最高,这与拟南芥中MS1基因表达模式一致;另外在保持系中基因的表达水平显著高于不育系,推测红麻败育与HcMS1基因的低量表达相关。通过遗传转化试验发现,HcMS1转基因烟草株型较矮,花萼大小不一,花筒长度缩短,并出现自交不结实的现象,说明红麻HcMS1基因的异源表达有影响本氏烟草正常育性的功能。从红麻花药中成功克隆出核不育相关基因HcMS1,并对其进行功能分析,为后续红麻雄性不育育种工作提供了一定的理论依据与基础。     

小麦转录因子基因TaMYB70的分离和表达分析

为了探究小麦MYB转录因子基因TaMYB70的功能,采用同源克隆方法分离TaMYB70（MK024291）基因cDNA序列,运用生物信息学手段分析该基因序列特征,采用实时荧光定量反转录PCR（qRT-PCR）检测其在不同逆境胁迫下的表达模式。结果表明,分离得到的TaMYB70部分序列长度为1 272bp,包含一个长度为1 008bp的开放阅读框,编码335个氨基酸残基。TaMYB70蛋白含有2个螺旋-转角-螺旋结构的Myb-type HTH DNA结合结构域。TaMYB70氨基酸序列与粗山羊草、二穗短柄草等植物MYB44同源性较高,与拟南芥R2R3-MYB转录因子第22亚族成员属于同一分支。qRT-PCR分析表明,TaMYB70在脱落酸胁迫下表达量升高,在PEG和NaCl胁迫下表达量下降,该转录因子可能参与小麦逆境胁迫应答。     

甘蓝型油菜 LPAT5基因克隆与表达分析

克隆并对溶血磷脂酸酰基转移酶时空表达和逆境表达进行分析,旨在为进一步研究其生物学功能奠定基础。结合同源克隆与半定量RT-PCR的方法,克隆得到甘蓝型油菜湘油15 LPAT5的1条全长1041 bp 的CDs序列,并命名为BnLPAT5。序列分析表明,它具有LPLAT_LCLAT1样结构域,属于LPLAT超基因家族。时空表达分析表明, BnLPAT5在根中的表达量最高,是茎和胚的2倍。逆境分析表明,BnLPAT5在NaCl、PEG4000、水渍、6BA和ABA的胁迫下呈现2种不同的表达模式,他们均对BnLPAT5基因的表达具有抑制作用。在NaCl、PEG4000及水渍处理下,BnL-PAT5呈“骤降缓升”的表达模式,处理3 h时,达到最低表达量。对于6BA和ABA的处理,BnLPAT5却呈现“缓降缓升”的表达模式,处理12 h时,表达量最低。极差分析显示,高盐、干旱、水渍、6BA和ABA对BnLPA5基因的表达影响程度相当,相对而言,高盐对其表达的影响较大。试验首次从甘蓝型油菜中克隆得到LPAT5的1个拷贝,并分析了其时空表达和逆境表达,认为所得基因为普遍表达基因,并对干旱比较敏感。     

蜻蜓凤梨FLD同源基因的克隆及表达分析

FLOWERING LOCUS D(FLD)是植物自主开花途径花发育基因,在植物营养生长向生殖生长转变的过程中起重要的调控作用。本研究利用同源基因克隆法结合RACE技术克隆了蜻蜓凤梨(Aechmea fasciata)花发育基因FLD的类似基因AfFLD。序列分析比对表明,AfFLD所推测的氨基酸序列包含有LSD1-LIKE亚家族两个高度保守的结构域:SWIRM结构域和胺氧化酶结构域,该蛋白与玉米、拟南芥的FLD蛋白的同源性分别为72%和73%。利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分析了乙烯处理不同时间FLD基因的表达模式,结果表明乙烯处理不同时间的各组中,处理后1d时FLD的表达量达到最高值,其中表达量最高为0h的2.5倍。本结果为开花自主途径中相关基因对乙烯处理后的响应机理的研究提供理论基础。     

毛果杨MGT基因家族全基因组水平鉴定及表达分析

为探究MGT基因家族在毛果杨生长发育及响应胁迫中的作用,本研究在毛果杨全基因组范围,通过生物信息学分析PtrMGT基因家族成员的数量、进化关系、染色体位置、基因结构、编码蛋白基本特征、启动子顺式作用元件,并对各成员的组织表达特异性以及对NaCl胁迫与ABA处理的响应特性进行了分析。结果表明：PtrMGT家族共含有10个基因,可分为4个亚族;有2对同源基因且Ka/Ks值均小于1;家族成员启动子区含有数量不等的非生物胁迫响应元件,共12种、146个元件;PtrMGT家族编码的蛋白均含有GMN序列,同一亚族基因编码蛋白的序列相对保守;PtrMGT家族成员在毛果杨根、茎和叶表达量具有差异;NaCl胁迫下,PtrMGT家族基因在根、茎和叶中表达量在0～48 h内均表现为先上升后下降的变化趋势;ABA处理下,大部分成员表达量先升后降,小部分成员表达量持续下降,表明PtrMGT家族基因对NaCl胁迫与ABA处理产生响应且响应模式出现分化。本研究为深入研究PtrMGT基因家族功能提供理论基础。     

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。     

烟草ERF基因NtRAP2-7的表达载体构建及表达模式分析

为了研究烟草Nt RAP2-7基因在非生物胁迫响应中的功能,采用同源克隆的方法,在烟草品种K326中克隆到1个ERF转录因子基因Nt RAP2-7。并利用生物信息学软件分析了该基因编码蛋白的理化性质、空间结构与系统进化关系。序列分析结果表明,该基因序列全长1 398 bp,共编码465个氨基酸残基,预测蛋白的分子量为51. 16 ku。该蛋白包含一个由3个β-折叠及1个α-螺旋组成的保守结构,并含有58个磷酸化位点。亚细胞定位预测表明,该蛋白主要定位于细胞核,并包含单分型的核定位信号序列。进化分析表明,Nt RAP2-7蛋白与林烟草RAP2-7蛋白序列同源性最高,为98%。运用q RT-PCR技术进行了该基因的表达模式分析,组织表达分析发现,Nt RAP2-7基因在烟草根、茎、叶、花中均有表达,但在根中的表达量最高。该基因的表达在低钾、高盐、干旱、ABA、H2O2处理下受到诱导和在低温处理下受到抑制,结果表明,烟草Nt RAP2-7基因参与了烟草的非生物胁迫应答反应。并利用双酶切法成功构建了p BI121-Nt RAP2-7过表达载体,为今后该基因在非生物胁迫下的功能研究奠定了基础。     

小麦TaSPP基因的克隆及表达分析

为明确磷酸蔗糖磷酸酶基因(SPP)的表达特征和生物学功能,进一步了解SPP参与蔗糖生物合成的调控机制。以小麦抗旱品种晋麦47的cDNA为模板克隆出3个位于第5同源群上的TaSPP同源基因,分别命名为TaSPP-5A、TaSPP-5B和TaSPP-5D。并利用生物信息学对小麦TaSPP的理化性质、基因结构、顺式作用元件、系统进化树和蛋白保守结构域等进行分析,通过qRT-PCR分析基因TaSPP的表达模式。结果表明,TaSPP-5A、TaSPP-5B、TaSPP-5D都包含8个外显子和7个内含子,TaSPP-5A和TaSPP-5D编码422个氨基酸,TaSPP-5B编码413个氨基酸。系统进化分析显示,小麦TaSPP基因与小麦的近缘物种在进化上处于同一分支,相似度较高。qRT-PCR表达分析结果显示,TaSPP基因在根、茎秆、旗叶、叶鞘、颖花、种子中均表达,其中在旗叶和茎秆中表达量较高;ABA、PEG-6000、NaCl和IAA胁迫均能诱导TaSPP基因的表达,表明小麦TaSPP基因可能在逆境胁迫过程中发挥重要作用。     

棉花多胺氧化酶基因(GhPAO_2)的克隆及非生物胁迫下的表达分析

本研究以拟南芥多氨氧化酶(AtPAO2)为探针,在雷蒙德氏棉基因组数据库中获得同源基因并设计引物,利用RT-PCR技术克隆PAO基因,分离一个新的陆地棉PAO基因命名为GhPAO2。该基因cDNA全长为2 237 bp,具有一个1473 bp的开放阅读框,编码490个氨基酸残基,预测该基因蛋白质分子量为54.41 kD,等电点为5.69。利用Real-time PCR对该基因在不同组织和多种非生物胁迫处理进行表达分析,结果表明:GhPAO2基因主要在棉花花瓣和叶中表达;不同胁迫处理下GhPAO2基因表达量均发生显著变化,其中低温处理和20%PEG处理后基因表达量迅速上升并在1 h时表达量达到最高,200 mmol/L NaCl和1 mmol/L ABA处理则在24 h时表达量达到最高,表明GhPAO2基因受低温、PEG、Na Cl和ABA诱导表达,可能在棉花抵御非生物胁迫过程中发挥重要作用。     

烟草K~+通道NtSKOR基因的克隆及表达分析

钾通道是植物吸收和转运K~+的主要蛋白质,SKOR属于Shaker通道外整流家族,在植物低钾胁迫反应中起关键作用。为了研究烟草NtSKOR基因在非生物逆境胁迫中的功能和作用,以普通烟草K326为试验材料,同源克隆一个NtSKOR基因c DNA全长,利用实时荧光定量PCR表征基因表达模式,结合生物信息学分析,对蛋白的理化性质、结构域、磷酸化位点和进化关系等进行初步预测。生物信息学分析表明,该基因全长2 484 bp,编码827个氨基酸残基,预测分子量为94. 75 ku,等电点为6.52。该蛋白最大二级结构元件为α-螺旋,最小为β-转角,含有6个跨膜结构域(S1～S6),具有丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸3种不同激酶磷酸化位点。进化分析表明,NtSKOR与美花烟草和绒毛状烟草SKOR蛋白同源性高,分别是99%和96%,故命名为NtSKOR。组织表达分析发现,该基因在烟草根、茎、叶、花中均有表达,其中根中表达量最高,花中表达量最低。逆境胁迫试验表明,该基因能快速响应低钾、高盐、干旱、H_2O_2、ABA和4℃等非生物逆境处理。由此推测,NtSKOR在烟草非生物逆境胁迫起着重要调节作用,为今后进一步深入研究NtSKOR功能提供了理论基础。     

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。     

高糖甜菜BvNHX1基因的克隆及表达特性分析

本研究以高糖甜菜品种‘BS02’为材料,采用同源克隆技术分离其液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因,命名为BvNHX1。该基因包含有1 659 bp的开放阅读框,编码552个氨基酸,蛋白分子量为61.31 kD,理论等电点为6.31。预测该基因编码的蛋白具有12个跨膜结构域,同时具有Nhap、Na_H_Exchanger和b_cpa1超家族的保守结构域,而且与盐角草、犁苞滨藜、盐地碱蓬等多种藜科植物NHXs聚为一类,属于液泡膜NHX家族中的ClassⅠ成员。实时荧光定量PCR结果显示:在400 mmol/L NaCl、200 mmol/L KCl和15 mmol/L ABA处理下,该基因表达量分别在叶和根中达到峰值,且叶中的表达量均显著高于根中,表明该基因在响应NaCl、KCl和ABA时,可能在叶中发挥的作用远大于根中。本研究结果将为甜菜耐盐分子机理的研究奠定基础,同时为高糖甜菜耐盐性遗传改良提供坚实可靠的依据。     

烟草过氧化物酶基因NtPOD1的克隆及表达模式分析

为烟草过氧化物酶基因的功能及结构研究奠定理论基础,采用同源克隆的方法,从烤烟品种K326中克隆出了过氧化物酶基因Nt POD1的c DNA全长,并进行了生物信息学分析;同时,运用q RT-PCR的方法,分析了该基因的组织器官及逆境胁迫表达模式。结果显示,该基因c DNA全长981 bp,编码326个氨基酸残基,预测分子量为37.19 ku,等电点为8.89。生物信息学分析表明,该蛋白是一个亲水性蛋白,结构域中含有4个保守的二硫键和2个保守的钙结合位点,可能定位在细胞外(包括细胞壁),属于植物血红素依赖性过氧化物酶超家族的Ⅲ类分泌氧化酶,与渐窄叶烟草POD42、美花烟草POD42、马铃薯POD42等具有很高的同源性。该基因在烟草根、茎、叶、花中均有表达,其中叶中表达量最高,花中表达量最低。同时,Nt POD1的表达受高盐、干旱、低钾、ABA和H2O2诱导。结果表明,Nt POD1基因属于烟草的过氧化物酶,并可能在烟草非生物逆境胁迫响应中发挥作用。