巴西橡胶树REF/SRPP家族基因的克隆及表达分析

巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)胶乳是天然橡胶的主要来源,橡胶延伸因子(REF)和小橡胶粒子膜蛋白(SRPP)作为胶乳中的两大主要蛋白,被认为参与了橡胶的合成和调控。目前,NCBI蛋白数据库已经登录了巴西橡胶树REF/SRPP家族的6个成员,我们通过研究又获得8个新的REF/SRPP基因家族成员,Hb REF154、Hb REF221、Hb REF296、Hb REF542、Hb SRPP178、Hb SRPP203、Hb SRPP216、Hb SRPP234。这14个成员编码蛋白都具有保守的REF结构域,有两个成员还具有ATP合酶亚基结构域,一个成员具有甲基结合结构域。进化分析显示橡胶树REF/SRPP家族成员与产胶植物REF/SRPP家族成员在进化上较为接近。q PCR分析发现该家族成员都响应割胶刺激表达升高,除Hb REF138外其它成员都响应乙烯处理表达降低。通过shotgun数据分析发现,除Hb REF221外的13个成员都存在于橡胶粒子或C-乳清组分中,Hb REF138、Hb REF154、Hb REF175和Hb REF258主要存在于橡胶粒子中,Hb REF542、Hb SRPP216是橡胶粒子中所特有的,Hb REF296和Hb SRPP200是C乳清中所特有的。该研究结果揭示了REF/SRPP家族成员及其基本的表达特性,为深入研究该家族成员在巴西橡胶树产胶中的具体作用提供了一定的基础。     

巴西橡胶树小橡胶粒子蛋白（SRPP）基因启动子的克隆及其功能分析

摘要：小橡胶粒子蛋白（SRPP）是巴西橡胶树中参与橡胶生物合成的重要蛋白因子之一。SRPP的氨基酸序列与橡胶延长因子（REF）和菜豆胁迫相关蛋白（PVSRP）的同源性分别为72%和68%。为了进一步研究SRPP基因表达及其调控的机制,作者采用接头连接介导的PCR散步法（ligation-mediated PCR）,克隆了SRPP基因的启动子。序列分析表明,SRPP基因启动子中与光诱导相关的顺式元件占39%,可能属于光诱导型启动子,因此,SRPP基因的表达可能受光信号的调控。此外,SRPP基因启动子还具有热激响应元件（HSE）、干旱胁迫响应元件（MBS）、防卫和胁迫响应元件（TC-rich repeats）、脱落酸响应元件（ABRE）、赤霉素响应元件（GARE）和激发子响应元件（EIRE,W box）等,这表明橡胶树SRPP基因不仅参与调控橡胶生物合成,而且可能是橡胶树中响应逆境信号的抗性基因,在橡胶树抵御逆境胁迫的生理过程中发挥重要作用。     

巴西橡胶树HbACO16基因的克隆与功能分析

天然橡胶是一种战略性工业原料,中国消费的天然橡胶严重依赖进口。外源乙烯刺激可以激活橡胶树树皮乙烯的合成并提高橡胶树胶乳产量,但是其分子机制仍不清楚。1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶(ACO)是植物体内乙烯生物合成途径中的关键酶,本研究从橡胶树树皮中克隆了预测的HbACO16的编码序列,通过生物信息学对其理化性质进行初步分析,该基因编码362个氨基酸,等电点为6.04,预测蛋白大小为48 kD。为了进一步验证其体外酶活性,在大肠杆菌中表达了HbACO16的重组蛋白,结果表明HbACO16重组蛋白不具有ACO酶活性。本研究为解析橡胶树内源乙烯合成中关键蛋白ACO的生理功能提供了参考。     

橡胶草多聚泛素基因TkUBQ6基因的克隆及其表达分析

泛素/26S蛋白酶体途径(ubiquitin/26S proteasome pathway, UPP)调控植物生长发育以及抗病抗逆反应等过程,多聚泛素蛋白(UBQ)为泛素单体聚合而成的聚泛素蛋白,主要参与UPP途径的蛋白质水解过程,是一个可重复利用的信号分子,可以识别靶蛋白。为鉴定橡胶草中UBQ基因的结构与功能,本研究从橡胶草品系‘1151’中克隆得到一个多聚泛素基因,命名为‘TkUBQ6’。该基因编码区cDNA为462 bp,编码153个氨基酸。序列比对分析发现,不同物种的UBQ蛋白具有高度的相似性,而TkUBQ6的蛋白序列与同属菊科的莴苣Ls UBQ6相似性达到100%。采用实时荧光定量RT-PCR (RT-qPCR)对TkUBQ6基因的表达模式进行分析发现,该基因在橡胶草不同组织中均有表达。在PEG-6000模拟干旱胁迫、甘露醇介导的渗透压胁迫以及NaCl高盐胁迫处理下,TkUBQ6表达显著提高。在植物激素茉莉酸甲酯(MeJA)和脱落酸(ABA)诱导下,TkU-BQ6基因表达也明显上调;而乙烯利(ET)处理后,该基因的表达在24 h内先显著下调之后小幅度上调。本研究结果表明,TkUBQ6参与橡胶草的抗逆和激素信号的转导过程,为进一步解析橡胶草TkUBQ6的生物学功能提供了参考依据。     

蒲公英橡胶产业的研究现状与未来展望

蒲公英橡胶草是一种独特的产胶植物,对于缓解天然橡胶紧缺和保障国家战略资源安全具有重要意义。为准确、合理评价蒲公英橡胶产业的发展潜能,笔者综述了国内外橡胶草的基础性研究工作,总结了当前国内外研究重点在筛选种质资源、优化栽培技术、改善提胶技术、阐述橡胶粒子合成机理等方面,指出了蒲公英橡胶的副产品菊糖和乙醇具有很大的潜在工业价值。针对目前中国在蒲公英橡胶产业开发领域与国外存在较大差距的问题,提出了政府支持、企业主导、坚持独立研究与国际合作相结合的发展建议。     

基于CiteSpace分析三种橡胶粒子蛋白的研究趋势及热点

为了解橡胶粒子重要蛋白的研究现状和趋势，本研究利用CiteSpace对橡胶乳管中的三种橡胶粒子蛋白(SRPP, REF, CPT)的研究热点和趋势进行分析。结果表明，通过检索Web of Science核心数据库，共获得274篇有效文献。利用CiteSpace 6.1.R6对作者、研究团队、研究机构合作、关键词共现、文献共被引、关键词聚类和地理等内容进行可视化分析，发现针对这三种橡胶粒子蛋白的研究整体呈现逐步上升的趋势，在2017年达到顶峰，此后开始逐渐下降。此外，以Dallner, G为核心的研究团队开展研究最早，发文量最多，与其他团队的合作最频繁；中国热带农业科学院为主要的研究机构，核心研究机构包括波兰科学院、日本东北大学、中国的海南大学等，各机构间联系较为密切。关键词共现和关键词聚类分析发现，目前该领域的研究集中在三种橡胶粒子蛋白的鉴定、天然橡胶的生物合成和转录调控机制等方面，推测未来这些研究仍是该领域的热点。通过可视化分析，可以为今后的研究提供方向。     

芒SWN1基因的同源克隆及生物信息学分析

植物次生壁生物合成的转录调控网络是由一系列次生壁NAC开关转录因子介导的。在该网络中,顶层主开关SWNs (secondary wall NACs)转录因子与二级主开关MYBs转录因子共同激活下游转录因子和次生壁生物合成基因的表达,并且在进化上具有保守性。为探究芒次生壁合成调控网络,本研究利用水稻次生壁合成调控基因OsSWN1 (SECONDARYWALL NAC DOMAINPROTEIN 1 from Oryza sativa)通过同源克隆法扩增得到了芒MsSWN1基因的cDNA序列。序列分析显示MsSWN1基因编码区长1 215 bp,编码404个氨基酸。所编码的蛋白质相对分子量为43 181.39 kD,预测其等电点(pI)为6.57,属于亲水蛋白,具有保守的NAC结构域。通过二级结构和三级结构预测分析表明,α-螺旋及不规则卷曲是其蛋白质结构中的主要结构组成元件。序列分析和系统进化树分析显示,芒MsSWN1基因编码的蛋白与甘蔗和高粱亲缘关系最为接近,并且该基因在其他禾本科植物中也具有很高的保守性,推测芒MsSWN1基因可能也具有调控次生壁生物合成的功能。本研究旨在为进一步挖掘和验证芒MsSWN1基因功能提供依据,为未来构建芒次生壁合成调控网络和更高效生产生物燃料提供有益信息。     

香蕉ACS基因家族的系统进化分析

ACS是高等植物中乙稀生物合成过程中的关键限速酶,对香蕉果实合成乙烯起到至关重要的作用。目前学界关于对ACS基因家族在香蕉的研究很少,此研究采用生物信息学分析技术,对香蕉ACS基因的理化性质、二级结构预测、亚细胞定位、内含子和外显子结构和保守结构域进行预测与分析,结果表明:编码香蕉ACS的基因有14个,14个MaACS蛋白中有5个偏酸性,9个偏碱性,MaACS基因家族编码的氨基酸的范围在422~684 aa,编码的蛋白相对分子量介于47 244.6~75 564.7 Da之间。所有MaACS蛋白为亲水性蛋白,3个MaACS蛋白为稳定蛋白;香蕉MaACS家族分4个亚家族,基因家族外显子最少含有4个,最多的含有9个外显子。     

橡胶树大小橡胶粒子的差速离心分离及其差异表达蛋白质的研究

为了鉴定巴西橡胶树胶乳中大小橡胶粒子之间的差异表达蛋白质以及揭示橡胶生物合成的分子机制,采用差速离心的方法,从橡胶树的新鲜胶乳中分离纯化总橡胶粒子、大橡胶粒子和小橡胶粒子,用扫描电镜和SDS-PAGE以及质谱等方法分别检测和鉴定大小橡胶粒子的分离效果及其差异表达蛋白。结果表明,大小橡胶粒子可用差速离心法得到有效的分离和纯化,它们在SDS-PAGE电泳图谱上表现出差异表达的橡胶粒子蛋白,如分子量为22.0 kDa、24.5 kDa和120 kDa蛋白等,并对其中分子量为24.5 kDa的小橡胶粒子蛋白（SRPP）进行了质谱分析。橡胶树大小橡胶粒子差速离心法的建立,为大小橡胶粒子差异表达蛋白质的分离和鉴定奠定了一定的基础,将进一步促进橡胶树橡胶粒子的起源和发育,以及橡胶生物合成分子机制的研究。     

盐角草P5CS基因克隆及其在高盐胁迫下的表达分析

Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)是植物脯氨酸合成途径中的限速酶,但P5CS基因在调节植物耐盐过程中具体的生物学功能尚不明确。本研究利用RT-PCR方法从盐角草中分离得到一个P5CS基因,并对其进行了生物信息学分析和盐胁迫表达特性分析。结果表明,盐角草P5CS基因的c DNA序列全长为2151 bp,编码716个氨基酸,其编码的蛋白质分子量为77.6 k D,等电点为5.83,为稳定蛋白,无信号肽和跨膜区域。二级结构预测显示该蛋白分子中α螺旋结构最多,占43.3%。与已知甜菜、菠菜、滨柃、葡萄中的P5CS基因的氨基酸序列相似性分别为91%、89%、81%和80%,说明该基因与P5CS为同源基因,被命名为Se P5CS。Real-time PCR分析表明,该基因受植物盐胁迫后诱导表达,推测Se P5CS基因在盐角草抵御盐胁迫逆境中起着重要作用。研究结果为明确P5CS基因在植物耐盐应答机制中的生物学功能提供基础。     

紫穗槐AfUGPase基因的生物信息学分析

旨在了解UGPase基因的结构和功能,探明UGPase基因在AM真菌胁迫下,接种AMF诱导的紫穗槐植株与未接种AMF紫穗槐植株之间的差异。利用生物信息学方法如核酸序列比对分析、ORF分析、多序列比对和进化树分析等方法对该基因的核苷酸组成、蛋白质结构、系统进化发育等方面进行预测和分析。本研究得到AfUGPase基因全长为1831 bp,包含1 个1416 bp 的开放阅读框,编码471 个氨基酸,蛋白分子量为51584.2 Da,等电点为6.07。是一种稳定蛋白,不含跨膜区,蛋白质的二级结构以α螺旋和无则卷曲为主,亚细胞定位预测显示该蛋白主要位于细胞质中,系统进化分析显示与大豆的UGPase在一个次级分化群。通过预测发现AfUGPase 基因含有保守的Lys 残基,参与酶的催化作用,是典型的UGPase蛋白,并在植物糖代谢、脂类调控合成中发挥重要作用。     

巴西橡胶树JAZ家族基因的克隆和表达分析

茉莉酸是调控橡胶树创伤反应及产排胶的重要激素,JAZ蛋白是茉莉酸信号途径中重要的负调控因子。目前,巴西橡胶树中已报道7个JAZ基因。本研究结合Genebank中已有的橡胶c DNA序列和本实验室转录组测序数据,通过电子克隆的方法获得5个橡胶JAZ基因全长序列,分别命名为HbJAZ3、HbJAZ4、HbJAZ5、HbJAZ6和HbJAZ12,并通过RT-PCR技术成功扩增得到HbJAZ3、HbJA5、HbJAZ6、HbJAZ12等4个基因的编码区。最后采用定量RT-PCR技术分析发现,4个橡胶JAZ基因在橡胶不同组织中的表达有明显,以及其在伤诱导和茉莉酸处理后的差异表达,发现4个橡胶JAZ基因的表达都受到茉莉酸及创伤处理的影响,说明这些JAZ蛋白参与橡胶茉莉酸调控的创伤反应,本研究为阐明橡胶产排胶调控机理打下基础。     

中国桔梗PgF3'5'H及其突变型基因在毕赤酵母中的表达差异分析

F3'5'H是催化合成蓝色花色素的关键酶,F3'5'H蛋白序列中一段编码9个氨基酸的特殊序列区段可能与F3'5'H催化合成的蓝色花色素有关,但该特殊序列区段的催化功能和作用机制尚不清楚。为了探究PgF3'5'H中,该特殊序列结构的催化功能及作用机制,本研究通过重叠延伸PCR技术去除PgF3'5'H编码的9个氨基酸特殊序列区段,获得缺失突变型基因;将PgF3'5'H野生型及其突变型基因同时导入毕赤酵母;通过qRT-PCR检测野生基因及其突变基因在酵母中转录水平基因表达量的差异;通过SDS-PAGE检测PgF3'5'H野生型基因及其突变型基因在酵母中的合成蛋白量的差异。qRT-PCR分析结果显示PgF3'5'H野生型基因较其突变型在酵母中呈现更高的表达量;SDS-PAGE电泳结果显示重组子分泌生成了分子量大小约为52.0 k D的目标蛋白,且野生型蛋白量相比其突变型蛋白量高。因此,推测Pg F3'5'H蛋白序列中9个氨基酸的特殊序列与调控该基因在RNA和蛋白水平的表达量有关,进而可能影响该基因的催化功能。研究结果将为观赏植物蓝色花色形成分子机制及蓝色花色分子育种提供一定研究基础。     

金银花绿原酸合成酶基因LjHQT的生物信息学分析

羟基肉桂酰辅酶A奎尼羟基肉桂转移酶(hydroxycinnamoyl Co A quinate hydroxycinnamoyl transferase,HQT)是金银花绿原酸合成过程中的关键酶,本研究利用生物信息学的分析方法,对金银花HQT氨基酸序列与其它植物间相应片段进行同源比对和系统进化分析,并对该基因编码蛋白的理化性质,亚细胞定位、跨膜结构、二级结构和三级结构等方面进行了预测和分析。结果表明,LjHQT编码的蛋白含424个氨基酸,是一种亲水性蛋白,蛋白磷酸化位点有7个,其中丝氨酸位点6个,酪氨酸1个;目的蛋白中不存在信号肽,没有跨膜结构域,LjHQT可能定位于叶绿体或其它细胞器;其编码的氨基酸序列与中果咖啡的同源关系较近,具有较高的保守性与乌梅、葡萄的同源关系较远。二三级结构分析表明,LjHQT编码的蛋白主要由无规则卷曲和α螺旋组成,空间结构主要是螺旋和转角。本研究为LjHQT功能分析提供了重要研究基础。     

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。     

基于RNA-seq技术的水杉半胱氨酸合成酶基因的克隆分析

水杉(Metasequoia glyptostroboides)是世界著名的孑遗植物,但对其在分子水平研究的报道极少。为了获得与耐逆境胁迫有关的半胱氨酸合成酶基因,本研究以水杉原生种为实验材料,基于高通量转录组测序(high-throughput mRNA sequencing, RNA-seq)技术从全长转录组文库中克隆了一个半胱氨酸合成酶基因(MeGl-CSase),并对该基因作了进一步的生物信息学分析。结果表明,MeGl-CSase基因的全长cDNA为1 702 bp,编码长度为465个氨基酸的半胱氨酸合成酶蛋白;该蛋白的分子量为49 471.35 Da,总平均吸水值为-0.071,等电点为7.95;含有39个常见功能位点;二级结构包括11个折叠区、21个螺旋区以及一些卷曲区;三级结构预测结果进一步证明MeGl-CSase基因编码的产物是真核生物半胱氨酸合成酶蛋白。本研究结果可为水杉及其它物种的半胱氨酸合成酶蛋白基因的结构和功能研究提供参考。     

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。     

小麦(Triticum aestivum)蔗糖关键合成酶基因TaSPP2克隆与结构分析

磷酸蔗糖磷酸化酶(sucrose phosphate phosphatase,SPP)是蔗糖合成最后步骤的关键酶,在参与小麦(Triticum aestivum)蔗糖代谢转运和籽粒灌浆中起重要作用。为了在基因组DNA水平上揭示小麦SPP酶基因的结构特征,预测该基因所编码蛋白特性,本研究通过克隆小麦SPP酶全长基因,利用生物信息学方法,从基因结构、理化特性、进化关系、亚细胞定位、跨膜结构和二级结构等方面对该基因进行了预测和分析。结果表明:通过克隆、测序和拼接,获得小麦磷酸蔗糖磷酸化酶基因(TaSPP2),该基因全长2865 bp,包含8个外显子区和7个内含子区,被定位在小麦D基因组上。TaSPP2与粗山羊草(Aegilops tauschii)亲缘关系最近。该基因编码的蛋白分子量为47.19 kD,等电点为6.04,含有38处磷酸化位点,不含跨膜区,属于非分泌型亲水胞内蛋白。二级结构以无规则卷曲为主(45.02%),其次是α-螺旋占和延长链,无β-转角。本研究结果将为进一步验证和解析小麦TaSPP2基因的功能提供理论依据。     

巴西橡胶树HbRPB11基因的克隆与表达分析

橡胶树树皮中的次生乳管是天然橡胶合成和贮存的主要场所。生产上施用乙烯利通过延长橡胶树割胶后的排胶持续时间,调节胶乳代谢,从而达到增产的目的。但目前对于转录复合体关键成员RNA聚合酶Ⅱ在胶乳代谢过程中的动态变化尚不清楚。本研究采用RACE和RT-PCR方法,从橡胶树无性系CATAS7-33-97的胶乳中克隆到编码RNA聚合酶Ⅱ关键亚基RPB11的同源基因,命名为HbRPB11。该基因全长659 bp,包含351 bp的开放阅读框,编码一个由116个氨基酸残基组成的蛋白质。该蛋白质分子量为13.53 k D,理论等电点为5.934。实时荧光定量PCR结果表明,HbRPB11在橡胶树的多个组织中均有表达,其中在成熟叶片和胶乳中的表达量最高,并且受割胶和乙烯利处理显著上调。橡胶树不同种质间的表达模式分析显示HbRPB11基因在橡胶合成效率高的种质中的表达量要显著高于橡胶合成效率低的种质,表明该基因的表达量与橡胶合成效率呈正相关性,有可能作为生产上筛选高效合成橡胶种质材料的分子标记。     

谷子角质合成基因对干旱胁迫的响应

干旱是影响谷子产量的重要因素,以抗旱性强的谷子品种赤谷16（M79）及其母本赤谷10号（E1）,父本承谷8号（H1）作为研究材料,采用苗期自然干旱处理并设置对照,在干旱处理第6天（土壤水分含量约为20%）时取叶片进行转录组测序。用ExPASY分析基因的理化性质,GSDS 2.0分析基因结构,MAGA 7.0构建系统进化树,TMHMM Server v. 2.0预测跨膜结构域,SOPMA预测蛋白的二级结构。结果显示8个谷子角质合成基因编码的蛋白均为亲水性蛋白,且均为酸性;经干旱胁迫处理之后,M79、E1和H1中8个基因的表达变化趋势有所不同,Seita.8G128800和Seita.7G197000表达明显上调;8个基因中有4个基因与玉米的基因具有同源性,有3个基因与水稻的基因具有同源性,编码蛋白部分有跨膜结构域。角质合成基因在谷子响应干旱胁迫过程中发挥作用,其调控机理较为复杂。本研究的结果为进一步探讨谷子角质与抗旱的关系提供了一定理论依据。