水稻OsNCED4基因的克隆及功能初探

脱落酸(abscisic acid,ABA)是一种抑制植物生长的植物激素,因能促使叶子脱落而得名,在植物逆胁迫中发挥关键作用。由NCED基因编码的9-顺-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED),是ABA在高等植物中的关键酶。本研究已成功从水稻Ilmibyeo(O.sativa L.ssp.japonica)基因组中克隆得到Os NCED4,生物信息学分析表明,Os NCED4基因位于水稻第7号染色体上,ORF全长1749 bp,无内含子结构,编码582个氨基酸,具有NCED家族的RPE65保守结构;以该基因和其启动子序列构建组织表达载体pOsNCED4::GUS、pCaMV35S::OsNCED4:EGFP和RNAi干扰载体p Ca MV35S::OsNCED4:RNAi,用于基因表达和功能分析,并利用农杆菌介导的方法,成功获得了相应遗传载体的转基因植株;GUS染色结果表明,该基因在叶片、叶耳、小穗等组织部位均有表达;RT-PCR结果显示,Os NCED4在水稻不同生育期的根、茎、叶、叶鞘和穗子中均有不同程度的表达,但表达量具有明显的差异;亚细胞定位结果显示,OsNCED4基因编码的蛋白定位于细胞核;与野生型植株相比,RNAi植株的花粉育性无明显差异,而结实率显著下降。该研究结果为进一步研究水稻OsNCED4基因表达的调控,以及为水稻生长发育上的功能研究提供了科学依据。     

甘蔗ABA信号转导关键酶SoSnRK2.1基因的克隆与表达分析

蔗糖非酵解型蛋白激酶(SnRK)是植物体内ABA信号转导途径的关键调控酶, 在植物的抗逆境生长过程中发挥着重要的作用。本研究通过RT-PCR和RACE-PCR技术克隆出编码甘蔗SnRK2蛋白的基因SoSnRK2.1。该基因cDNA序列全长为1385 bp, 包含一个1002 bp的开放阅读框(ORF)。根据氨基酸序列预测SoSnRK2.1基因编码333个氨基酸残基, 与其他高等植物中相关蛋白的氨基酸具有高度的相似性, 尤其是与禾本科的玉米和水稻。构建该基因的原核表达载体pET-SoSnRK2.1, 在IPTG诱导下可得到38 kD 左右的蛋白, 与理论值一致。实时荧光定量PCR分析表明, SoSnRK2.1基因在ABA、干旱(PEG)+ABA、干旱(PEG)、NaCl、低温(4℃)和H₂O₂外源胁迫下均呈诱导表达的趋势。推测该基因参与调控干旱、高盐和低温等胁迫过程, 在甘蔗抗逆境胁迫中起重要作用。     

参与ABA调控小麦种子胚休眠的dehydrin基因的分离与表达分析

dehydrin蛋白是一个通过双向电泳分离出的参与ABA调控种子休眠过程的ABA反应蛋白。本研究利用二级质谱技术（Q-TOF2）获得了dehydrin蛋白的部分肽段序列,以此设计特异引物在万县白麦子中分离了其全长cDNA序列。与来自于durum小麦中的同源蛋白在DNA水平以及氨基酸水平进行序列比对,发现在3’与5’端以及编码区域都存在碱基变异。进一步从mRNA水平分析了dehydrin基因的表达变化与种子休眠性状的表达之间的关系,结果表明,该基因在转录水平上的表达特性与翻译水平一致,说明该基因早在转录水平就受ABA调控从而参与休眠性状的表达。     

甘蔗Na~+/H~+逆转运蛋白基因的克隆与表达分析

Na~+/H~+逆向转运蛋白基因SOS1(salt overly sensitive 1)是植物耐盐性的必需基因之一,在植物抵御盐胁迫过程中发挥十分重要的作用。本研究以小麦EST序列KJ563230为探针,利用电子克隆技术结合RT-PCR,获得一条甘蔗SOS1基因的cDNA序列,命名为ScSOS1(GenBank登录号为KT003285)。序列分析结果表明,该基因全长1403 bp,包含一个1272 bp的开放阅读框,编码423个氨基酸的蛋白质。ScSOS1蛋白的相对分子质量为47.6 kD,理论等电点(pI)为9.12。氨基酸序列分析表明,ScSOS1蛋白具有一个CAP-ED superfamily结构域。生物信息学预测显示,ScSOS1的编码蛋白为亲水性蛋白,不存在信号肽,二级结构元件多为无规则卷曲,主要参与中间代谢。实时荧光定量PCR分析表明,ScSOS1基因的表达具有组织特异性,在甘蔗叶鞘、蔗皮、蔗髓、侧芽和根中均有表达,其中在叶鞘中的表达量最高,根中的表达量最低。此外在NaCl、PEG、ABA、SA和MeJA的胁迫过程中,该基因表达均受到调控,其中受NaCl和PEG诱导后上调表达,均在24 h表达量达最高,分别约为对照组的1.5倍和4.0倍。推测该基因的表达与甘蔗耐盐性和抗渗透胁迫有关。     

花生种子休眠解除过程中相关基因的表达分析

种子休眠性是花生重要的农艺性状,外源乙烯利能诱导花生种子休眠的解除,为了阐明乙烯利作用下花生种子休眠解除的分子机制,设置吸胀的休眠种子为对照,100 mg L–1乙烯利处理吸胀休眠种子后不同时间的样品(AE1、AE2、AE3)进行转录组分析,比较了花生种子休眠解除过程中ABA、GA、ETH、auxin相关基因的表达。结果表明,15个与GA、40个与ABA、60个与ETH、56个与auxin相关的unigenes在花生种子休眠解除过程中表现显著差异表达。荧光定量PCR结果显示,ABA合成关键基因Ah NCED2和代谢关键基因Ah CYP707A1在种子休眠解除过程中均受外源乙烯利诱导,表达差异显著;在休眠和无休眠种子吸胀萌发过程中,Ah NCED2和Ah CYP707A1的表达趋势不同,Ah NCED2对于种子休眠的维持发挥积极作用,而Ah CYP707A1对于种子休眠解除发挥积极作用。     

茉莉花MK基因及启动子克隆与表达分析

甲羟戊酸激酶在植物萜类化合物合成中具有重要作用。本研究以茉莉花转录组测序数据为基础,利用逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)技术,从双瓣茉莉花中获得甲羟戊酸激酶(mevalonate kinase,MK)基因,命名为JsMK(GenBank登录号为MH311040)。测序结果显示JsMK全长cDNA为1608 bp,包含开放阅读框(ORF)1164 bp,编码387个氨基酸。生物信息学分析结果表明该基因编码的蛋白可能定位于细胞质中,为非亲水性稳定蛋白,含有与其他MK蛋白所共有的3个保守区,以及GHMP家族特有的N端保守区和C端保守区。Blast比对和系统进化树分析结果表明,JsMK蛋白与野生油橄榄、长春花等多种植物的MK蛋白同源性较高。采用染色体步移技术(Genenome walking technique)扩增MK基因5’端上游调控序列,获得709 bp启动子序列,PlantCare分析表明该序列含有大量基本顺式作用元件TATAbox、CAATbox,还存在生长素(IAA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、脱落酸(ABA)等激素响应激素及多个光响应顺式调控元件。利用实时荧光定量PCR检测Js MK在IAA、MeJA、ABA处理下的表达水平。结果表明,JsMK同时受IAA、MeJA及ABA不同程度的诱导表达,其中MeJA对其诱导最明显。本研究通过从茉莉花中克隆并分析JsMK基因及其启动子序列,为进一步研究JsMK基因在萜类合成调控的功能提供科学依据。     

甘蔗CIPK基因的同源克隆与表达

CIPK(calcineurin B-like-interacting protein kinase)是植物特有一类的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,该蛋白在植物响应逆境胁迫中发挥着重要的作用,尤其与非生物逆境胁迫(干旱、高盐、ABA等)的信号传导密切相关。根据玉米CIPK15基因(EU957447.1,2247 bp)核酸序列保守区域设计1对同源克隆PCR引物,以甘蔗品种崖城05-179的c DNA为模板,通过RT-PCR扩增得到甘蔗CIPK基因的一条全长c DNA序列(Gen Bank登录号为KM114052)。序列分析结果表明,甘蔗Sc CIPK基因全长1782 bp,具有完整的开放阅读框(ORF,91~1631 bp),编码513个氨基酸,该基因具有CIPK基因的2个特征结构域(Kc-like superfamily和AMPKA-C-like superfamily)。生物信息学分析显示该基因编码的蛋白定位于内质网,为可溶性蛋白,不存在信号肽,二级结构元件多为α-螺旋,含有多个保守功能域,主要参与中间代谢。实时定量PCR表达分析表明,该基因表达具有组织特异性,虽在甘蔗各组织中均有表达,但在芽中的表达量最高。该基因在PEG、Na Cl、ABA、SA和Me JA的胁迫诱导过程中,受ABA胁迫后表达量最高,约为对照的5.3倍,推测该基因的表达与甘蔗抗干旱和抗渗透胁迫有关。     

玉米A亚族bZIP转录因子基因ZmbZIP81的克隆、表达与功能分析

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper, bZIP)蛋白是真核生物所特有的一类转录因子,对于植物在逆境下的基因表达调控具有重要作用。为丰富对玉米bZIP转录因子功能的认识,本研究以从玉米中克隆到的一个A亚族bZIP转录因子编码基因ZmbZIP81为对象展开。ZmbZIP81基因位于玉米第6染色体,编码区全长2492 bp,由4个外显子和3个内含子组成,编码蛋白含254个氨基酸。研究表明ZmbZIP81基因表达受外源ABA、NaCl和干旱胁迫诱导。过表达该基因的拟南芥植物表现出ABA不敏感和NaCl胁迫抗性增强的表型,推测ZmbZIP81可能作为ABA信号途径的负调控因子参与植物抗逆基因表达调控网络。     

灰楸外整流钾离子通道CfSKOR基因的克隆及表达分析

灰楸(Catalpa fargesii)是中国重要的珍贵用材树种,为了探讨外整流钾离子通道SKOR同源基因在灰楸发育中的可能作用,本研究从灰楸中分离得到CfSKOR基因,该cDNA序列全长2 459 bp,开放阅读框(ORF)为1 899 bp,编码632个氨基酸和1个终止密码子,推测蛋白相对分子质量为72.81 kD,理论等电点(pI)为6.49。CfSKOR编码蛋白具有较强的亲水性并含有6个跨膜区(S1～S6),且包含SKOR亚家族蛋白独特的保守结构域和一个位于C末端缺失部分氨基酸的锚蛋白区。此外,该蛋白亚细胞定位预测定位于细胞质膜。CfSKOR基因在不同处理下的表达水平分析表明,在单一外源225 g/L PEG、100μg/L ABA胁迫1 d后,CfSKOR基因在灰楸根部皆呈上调表达,在ABA处理组中的表达量最高,显著高于其他处理;但在PEG、ABA和PEG+ABA胁迫7 d后,该基因在所有处理组中皆呈下调表达。以上研究结果表明,灰楸CfSKOR基因可能在灰楸非生物应答过程中发挥功能。研究结果有助于解析灰楸Shaker家族基因调控灰楸钾离子吸收转运的分子机制和灰楸钾离子通道与耐盐性的关系,并为利用基因工程手段改良灰楸积累研究资料和基因资源。     

雪菜BjSnRK2E基因的克隆及表达分析

环境胁迫是造成作物品质和产量损失的重要因子。Sn RK2家族基因编码植物体内一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,是影响植物抗逆境胁迫能力的关键调控基因。采用电子克隆与RT-PCR相结合的技术,从雪菜(Brassica juncea Coss.Var.Multiceps Tsen et Lee)克隆了一个Sn RK2基因,命名为Bj Sn RK2E(Gen Bank登录号为MF423121)。序列分析显示,该基因全长1 218 bp,编码区为1 089 bp,编码362个氨基酸。Scan Prosite预测显示,Bj Sn RK2E蛋白包含一个ATP结合位点和一个丝氨酸/苏氨酸激酶结构域。多序列比对和进化树分析表明,Bj Sn RK2E蛋白与其他植物的Sn RK2蛋白分享较高的相似性,与拟南芥的At Sn RK2.6和马铃薯St Sn RK2.3蛋白亲缘关系最近,处在同一进化分枝。实时定量RT-PCR检测结果显示,Bj Sn RK2E基因在根部的表达量最高,其次是茎,叶片的表达量最低;Bj Sn RK2E基因积极参与高盐、干旱和ABA胁迫应答反应,推测该基因功能与植物抗逆境胁迫有关。     

1个新棉花bHLH类基因GhbHLH130的克隆及表达分析

近年来,已发现碱性/螺旋-环-螺旋(basic/Helix-Loop-Helix,bHLH)类转录因子家族在植物的生长发育调控中发挥重要作用。本研究通过电子克隆方法得到1个新的棉花bHLH类转录因子基因的全长序列,利用反转录-PCR技术从陆地棉中分离出1个bHLH类转录因子基因,并命名为GhbHLH130。该基因包含1个552 bp的开放阅读框,编码184个氨基酸残基。序列分析表明GhbHLH130蛋白包含1个螺旋-环-螺旋(Helix-Loop-Helix)保守结构域,属于bHLH转录因子家族。实时荧光定量分析结果表明GhbHLH130基因的表达受干旱、高盐、低温以及外源脱落酸的显著诱导。亚细胞定位结果表明GhbHLH130基因在细胞核内表达。本研究结果表明GhbHLH130基因可能作为调控基因参与棉花的逆境应答响应过程。     

Mapping a diploid wheat abscisic acid 8′-hydroxylase homologue in the seed dormancy QTL region on chromosome 5A<Superscript>m</Superscript>

In Arabidopsis, two genes of abscisic acid (ABA) 8′-hydroxylase (cytochrome P450 (CYP) 707A1 and A2) have been found to play important roles in seed dormancy through the regulation of ABA content in seeds. In order to examine the role of wheat ABA 8′-hydroxylase gene in seed dormancy, a diploid wheat ABA 8′-hydroxylase gene was cloned that showed high similarity to a barley ABA8′-hydroxylase gene (HvABA8′OH-2), and the cloned gene was designated as TmABA8′OH-2. Using recombinant inbred lines derived from a cross between diploid wheat Triticum boeoticum L. (Tb) and Triticum monococcum L. (Tm), TmABA8′OH-2 has been mapped to near the centromeric region of the long arm of chromosome 5A^m, where the major seed dormancy QTL has been previously found. Comparison of the deduced amino acid sequences of TmABA8′OH-2 between Tb and Tm revealed five amino acid residue substitutions. These amino acid residues have distinctly different characteristics, and one of the substitutions occurs in the highly conserved amino acid residues in CYP707A family, indicating that these substitutions may have effects on the enzyme activities. Moreover, hexaploid wheat TmABA8′OH-2 homologue revealed that the level of its expression during seed development peaks at mid-maturation stage. This resembles the expression pattern of the Arabidopsis CYP707A1, which was shown to control seed dormancy. These results imply a possibility that TmABA8′OH-2 might be involved in seed dormancy, and associated with the QTL on chromosome 5A^m.     

林烟草钾离子通道基因NKT6的克隆与表达定位分析

Shaker家族钾离子通道在植物钾的吸收转运及其他生命过程中发挥重要作用。本研究利用同源克隆的策略从林烟草中获得一个Shaker家族钾离子通道基因,命名为NKT6 (GenBank登录号为KC310448)。该基因cDNA序列全长2 317 bp,编码由681个氨基酸组成的蛋白,该蛋白与Shaker家族其他成员具有较高同源性。NKT6基因组CDS序列共含有11个外显子、10个内含子。系统进化树分析表明,NKT6蛋白是Shaker家族Group II的成员之一。荧光定量PCR分析发现,NKT6的表达量在林烟草的茎和腋芽中最高,在萼片、叶、花中其次,在根中最低。亚细胞定位结果表明,NKT6主要定位于细胞膜和核膜附近的内质网上。干旱与外源ABA胁迫处理下,NKT6的表达量均呈下降趋势。推测NKT6可能在林烟草气孔开放中发挥作用。     

小麦胚休眠中ABA信号转导的蛋白质组分析

利用ABA处理休眠和不休眠小麦品种的胚，并通过双向电泳－质谱技术，比较其蛋白质表达情况。结果发现, 共有18个ABA反应型蛋白点的表达存在显著差异。经MALDI-TOF-MS检测及肽指纹图谱（PMF）分析，其中16个蛋白点在有关数据库中得到了归属鉴定。进一步对这16个蛋白及其特性进行综合分析，认为其涉及不同的反应途径，如胁迫反应（冷调蛋白、热激蛋白和醛脱氢酶）、信号交互反应（生长素反应蛋白、乙烯感应因子、钙依赖的蛋白激酶CP4和乙烯反应蛋白），以及种子的基本发育过程（LEA蛋白、Em蛋白、bZIP转录因子、锌指蛋白、myb家系转录因子、淀粉合成酶和纤维素酶等）。另外还有2个是功能未知的蛋白，其中之一在已测序的水稻中具有全长的cDNA；另一个经ESI-MS/MS检测，认为是ABA信号转导系统中的一个新组分。对上述2个蛋白分别从籽粒发育不同阶段、不同浓度ABA处理，以及休眠中和打破休眠后这2种状态下不同温育时间等方面来验证其表达与休眠性状之间的关系，结果发现它们在籽粒发育中后期大量合成，与胚休眠性获得的时间是一致的。用同样浓度的ABA处理，这2个蛋白在休眠胚中更易于表达，而在打破休眠的胚中需要5倍的ABA浓度才能得到相同的表达效果；在用无菌水浸润期间，休眠胚中该蛋白表达水平下降的速率迟于后熟胚中，且随着休眠的打破，该蛋白也消失了。推测其表达可能与休眠性的获得与解除有关。对控制该蛋白表达的基因进行克隆与功能鉴定可能为小麦抗穗发芽育种提供候选位点。     

牡丹PsSPL3基因的克隆和表达特性分析

SPL(SQUAMOSA promoter-binding protein-like)转录因子在植物多个生理过程中发挥重要的生理功能,为了研究其在牡丹花芽休眠进程中的作用机理,采用RACE方法,从牡丹花芽中克隆得到了一个SPL基因。该基因全长cDNA 1 057 bp,完整开放阅读框为549 bp,编码182个氨基酸,Blast分析表明,编码的氨基酸序列中具有SBP-box基因家族所特有的SBP-box保守结构域。与拟南芥已知SPLs蛋白构建进化树结果表明,牡丹SPL蛋白与At SPL3聚为一支,该基因被命名为PsSPL3。生物软件预测PsSPL3蛋白分子量为20.349 4 kDa,理论等电点为9.62。同源性分析了牡丹PsSPL3与其他已知植物的SPL3,相似性为47.98%~69.46%,其中与白桦的SPL3蛋白相似性最高,为69.46%。实时定量PCR分析PsSPL3基因在初花期牡丹不同组织中和花芽休眠过程中的表达水平,结果表明,PsSPL3基因在不同组织中表达差异较大,其中在根中转录水平最高,在茎和花瓣中次之;PsSPL3基因在休眠进程中的转录水平呈先上升后下降趋势,其中低温处理14 d时,PsSPL3基因的表达量达到最高。低温7 d结合外源施加GA3的牡丹花芽中PsSPL3基因的表达量显著增加,推测PsSPL3基因的转录受GA3诱导来促进牡丹花芽内休眠解除的进程。     

大豆ZF-HD转录因子GmZHD1的克隆及表达分析

为了揭示大豆ZF-HD基因的生物学功能,通过PCR的方法,从大豆栽培豆科丰1号中克隆了ZF-HD转录因子Glyma.02g040100,命名为GmZHD1。生物信息学分析表明,该基因的c DNA全长为888 bp,编码295个氨基酸,GmZHD1蛋白分子量约为32.64 k Da,等电点为7.69;序列分析表明,GmZHD1含有ZF-HD家族保守的锌指结构域和同源异形盒结构域,GmZHD1与Ft HB2蛋白序列一致性最高,为44.4%;亚细胞定位结果显示GmZHD1定位于细胞核;荧光定量PCR结果表明,GmZHD1在大豆不同组织中都有表达,其中,花、种子和叶片中表达较高。此外,将GmZHD1基因连接到植物过表达载体p BA002上,为进一步研究大豆GmZHD1基因的功能奠定了基础。