陆地棉叶片特异性表达启动子的克隆与表达分析

【目的】本研究旨在获得叶片特异表达启动子的全长并进行表达分析,为抗逆转基因育种提供重要顺式作用元件。【方法】通过基因芯片及RT-PCR筛选鉴定出1个高活性的棉花叶片特异性表达基因,通过电子克隆及PCR获得了该基因全长,并通过染色体步移法(Genome walking)经过3次步移成功获得翻译起始位点上游2kb左右的DNA片段,将其命名为叶片特异性表达启动子LSP(leaf specific promoter)。【结果】生物信息学分析表明,该序列含有启动子的基本元件TATA-box、CAAT-box及多个顺势作用元件。通过构建该启动子驱动GUS的植物表达载体p Ghlsp∷GUS,并经农杆菌花絮侵染法转化拟南芥,对转基因拟南芥进行GUS组织化学染色观察,结果显示该基因主要在叶片中特异性表达,而根部以及茎部几乎不表达。【结论】LSP是一个全新的叶片特异性表达启动子,为研究外源基因在棉花叶片中的定位表达奠定基础。基因工程中利用此类启动子可以在改良棉花性状的同时减少对棉花生理方面的副作用,在棉花抗逆转基因育种方面有广泛的应用前景。     

番茄果实特异性启动子2A11的基因克隆及功能研究

采用巢式PCR技术从番茄基因组DNA克隆到长度1.3kp的果实特异性2A11启动子基因。序列分析表明,克隆到的基因序列2A11启动子转录起始位点上游的621bp处缺失了已报道的番茄2A11启动子基因(GenBankIDM87659,1993)序列中的“tatattgttaacttcttgttgaattaaagcaat”片段,其同源性为61%,登入GenBank,ID号为DQ453963;构建植物表达载体pCAMBIA2A11,用农杆菌介导侵染番茄果实,GUS基因瞬间表达结果表明,该2A11启动子基因具有驱动GUS基因在番茄果实中特异性表达的功能。研究结果表明成功地获得2A11果实特异性启动子基因,为下一步转基因番茄口服疫苗的研制奠定了一定的基础。     

甘蓝型油菜种子特异表达油体蛋白启动子P_(BnOA03)的克隆及功能分析

为了改良油菜种子的性状,常常需要研究种子特异表达目的基因的情况。在分析油菜油体蛋白表达模式的基础上,选择种子特异高表达的油体蛋白,根据甘蓝型油菜基因组序列设计引物,利用PCR技术从基因组中克隆到一段715bp的启动子序列。启动子顺式元件分析表明,这一克隆序列具有CAAT-box和TATA-box启动子基本元件,另外含有ABA响应元件等多种顺式元件。进一步利用GUS报告基因在拟南芥中对该启动子的功能进行鉴定,结果表明,在转基因株系的幼苗、根、茎、叶、花和种子发育前期及成熟种子中没有检测到GUS基因明显表达,在种子发育的中后期检测到GUS基因的表达逐渐增强。说明这个启动子的表达调控具有一定的种子特异性。     

大豆紫色酸性磷酸酶基因GmPAP4启动子结构与活性分析

【目的】克隆GmPAP4启动子(PAP4-pro),并分析其表达特性,为进一步研究其作用机制奠定基础。【方法】依据GmPAP4 c DNA序列(Gen Bank No.HQ162477),通过比对大豆参考基因组,设计特异引物,克隆GmPAP4启动子序列,通过PLACE与Plant CARE在线生物信息学数据库预测该启动子相关调控元件。构建GmPAP4启动子驱动GUS表达载体(PAP4-pro-GUS)并转化根癌农杆菌GV3101;通过Floral dip法将PAP4-pro-GUS转化拟南芥,利用卡那霉素(Kan)抗性筛选和特异引物的PCR鉴定,最终获得T3转基因拟南芥。通过对T_3转基因拟南芥不同组织GUS染色,分析启动子的组织表达特性,将T3转基因拟南芥通过适磷和植酸磷处理,20 d后,取其根部进行GUS活性和表达分析,研究启动子对不同磷环境的响应。【结果】克隆了GmPAP4上游启动子序列,通过PLACE与Plant CARE在线生物信息学数据库预测显示,GmPAP4启动子除含有启动子核心的调控元件外,还含有(1)组织特异调控元件:as1(根系特异表达调控元件)和Skn-1_motif(胚乳特异表达调控元件);(2)应答元件:TC-rich repeats(逆境胁迫反应调控元件)和Box-W3(真菌应答相关调控元件);(3)结合位点:MBS(MYB转录因子的结合位点)等。不同组织GUS染色结果显示,转基因拟南芥整个根系GUS染色较深,茎、叶中仅微管组织有较明显GUS染色,花瓣微管组织中也能观察到微弱GUS染色。定量PCR结果显示,植酸磷处理条件下转基因拟南芥根系GUS表达比适磷处理提高了1.3倍(P0.05);同时GUS活性测定显示,与适磷处理相比,植酸磷处理条件下转基因拟南芥根系GUS活性提高了1.9倍(P0.05)。【结论】获得大豆GmPAP4启动子,通过不同组织GUS染色和不同磷环境GUS表达分析显示该启动子主要在根部且受低磷信号诱导表达,为诱导型启动子。     

香蕉凝集素基因启动子5′远端的分离分析及鉴定

在已知香蕉果实特异表达凝集素(BanLec)启动子670 bp序列的基础上,利用染色体步移方法,克隆获得该段序列5′端上游远端序列330 bp,从而得到该启动子1 000 bp序列。通过Promoter predictions、Plant CARE软件分析表明,新获得的BanLec启动子5′端330 bp序列中具有更多组织特异性表达调控元件。构建总长度为1 000 bp的BanLec启动子表达载体,以35 S启动子和原有670 bp长度BanLec启动子表达载体为对照,利用基因枪转化香蕉根、叶和果实,测量GUS基因和GFP基因瞬时表达,结果证明长度为1 000 bp BanLec启动子为果实特异表达启动子,启动活性高于原有的670 bp BanLec启动子和35S启动子。     

拟南芥rd29A启动子在不同胁迫下GUS活性分析

通过特异PCR扩增技术,以拟南芥基因组DNA为模板,克隆了rd29A基因上游1 600 bp的胁迫诱导型启动子序列。将此1 600 bp的调控序列与GUS基因连接构建植物表达载体pBI101-rd29A-GUS,并用农杆菌介导法转基因拟南芥。定量PCR结果显示,干旱胁迫下转基因纯合株系中rd29A显著上调表达。GUS组织化学染色及GUS定量分析结果表明,在ABA、甘露醇和NaCl等胁迫处理下,GUS活性增强,尤其是ABA胁迫处理。说明rd29A启动子可以增强逆境下GUS基因的表达,可作为一种诱导型启动子应用于提高作物抗逆性的基因工程研究中。     

甘蓝型油菜ALS基因启动子克隆及其瞬时表达分析

为研究油菜ASL基因(BnALS)启动子的功能,根据油菜基因组信息,提取得到BnASL基因上游区域的碱基序列,通过设计特异性引物对,利用PCR扩增克隆得到大小为1 048个碱基的片段。序列分析结果显示,该序列富含TATA box和CAAT box等启动子核心调控序列,并有多个与逆境、激素、光响应等表达相关的顺式作用元件,如MBS元件、ABRE元件、HSE元件CGTCA-motif、TGA-motif等。为了进一步研究其启动子功能,将其与β-葡萄糖苷酸酶(GUS)基因融合,构建了植物表达载体p1304-P,通过根癌农杆菌介导法转化烟草(Nicotiana benthamiana),对PCR阳性的再生烟草苗进行GUS组化分析,检测GUS基因在转基因烟草中的瞬时表达情况。结果表明,克隆的BnASL基因上游序列能够驱动GUS基因在烟草根、茎、叶等组织中的表达,推测油菜ALS基因上游的1 048 bp片段具有组成型表达的启动子功能。     

拟南芥 AtNHX5基因启动子的克隆和组织定位分析

为了探明拟南芥内膜反向转运体 AtNHX5基因启动子（proNHX5）功能及基因的组织表达模式,从基因组中克隆 AtNHX5基因开放阅读框（ORF）上游侧翼调控区1 807 bp序列,发现该启动子具有典型启动子一般特征,不仅具有TATA-box、CAAT-box等核心元件,还含有与光响应、激素响应、逆境诱导响应和分生组织表达调控元件。构建 AtNHX5基因启动子与GUS的融合表达载体,通过农杆菌花序浸染法转化野生型拟南芥获得转基因植株。利用组织染色法鉴定转基因拟南芥的GUS表达模式,发现在子叶、下胚轴和花中有显著的GUS酶活性,成熟叶片和根中只有局部检测到GUS表达,在未成熟果荚中只有在果荚顶端和基部存在GUS酶活性,说明 AtNHX5基因启动子与GUS的融合表达载体成功构建且正常启动GUS基因表达,同时也表明, AtNHX5基因主要在这些部位表达,且表达具有时空特异性。     

油菜油体蛋白基因启动子的克隆及在油葵中的功能验证

利用PCR技术,从油菜(Brassica campestris)基因组DNA中克隆20 ku油体蛋白基因上游903 bp的调控序列NOP,将其与GUS基因融合构建植物表达载体,利用花粉管通道法转化油葵并进行PCR扩增,组织化学染色检测启动子和GUS基因在油葵基因组中的整合和表达情况。结果表明,NOP序列1~903 bp与报道序列同源性为95%,包含驱动基因表达的重要元件及驱动基因在种子中特异表达所必需的核苷酸序列;目的片段已整合到油葵基因组中,NOP具有种子特异性启动子的功能,能够驱动GUS基因在油葵种子中特异性表达,而在油葵根、茎、叶中均不表达。     

一个水稻谷胱甘肽-S-转移酶启动子的特性分析

从水稻基因组文库中筛选得到1个水稻谷胱甘肽-S-转移酶基因,命名为OsGSTL1。为了研究OsGSTL1启动子在植物体内的表达特性,将OsGSTL1起始位点5′-端上游不同长度的调控序列与报告基因GUS融合,并在洋葱表皮瞬间表达和拟南芥中稳定表达。研究表明:在洋葱表皮细胞中,160 bp及更长的上游调控序列均能启动GUS基因的表达;而在转基因拟南芥中,含有2 155 bp的上游序列的PGL2.1::GUS具有时空表达的特性,在转基因的早期幼苗中GUS基因在子叶中特异性表达,但在根中没有表达;而在幼苗生长的后期,根、茎、叶中都有少量的表达。但包含1 224 bp的上游序列的PGL1.2::GUS却表现为组成型表达的特性。由此推测,OsGSTL1启动子启动的基因表达可能与幼苗的营养代谢相关;而OsGSTL1启动子的时空表达相关元件可能位于GST起始位点5′-端上游-2 155 bp~-1 224 bp范围内。     

花生共生受体类蛋白激酶基因的克隆及生物信息学分析

共生受体类蛋白激酶（symbiosis receptor-like protein kinase, SYMRK）是控制植物与微生物共生的关键调控基因,利用基因组步移技术,克隆得到花生symrk的全长基因及其560 bp的ATG上游序列。采用生物信息学方法对该基因及其编码蛋白的常规理化性质、跨膜结构域、亚细胞定位和高级结构等进行了预测和分析,结果表明Ah-symrk由15个外显子和14个内含子组成,cDNA全长3 042 bp,包含2 781 bp的ORF,编码926个氨基酸,为疏水性酸性蛋白质,定位于细胞膜;ATG上游序列包含3个与根特异表达有关的顺式作用元件root motif tapox1;RT-PCR验证,该基因在花生根中特异性表达。     

Isolation and Characterization of E11 Gene Promoter from Tomato

A fragment of 2 000 bp upstream sequence of E11 clone was amplified from genomic DNA of the tomato cultivar Zhongshu5. Sequence analysis showed that the upstream contains the regulatory elements: TATA box (-29 - -22), CAAT box (-193- -189), wound, and drought response elements. Expression vectors of E11 promoter gus fusion were constructed with the promoters of 1 200 and 2 000 bp regions, respectively. Transgenic tomato plants were obtained through Agrobacteriummediated transformation. Histochemical analysis of GUS activity in various tissues showed that the two promoters were able to direct fruit-specific gene expression. The expression driven by promoter of 2 000 bp upstream fragment could increase GUS activity with the maturation of tomato fruits. The promoter of -1 200 bp fragment could direct gus gene expression in fruits with the inductions of drought and wounding. The regulatory region for fruit-specificity was probably located in the region of 1200 bp of 5'-flanking sequence and some positive regulatory elements or enhancers may exist in the region from -1200 to -2000 bp.     

Construction of Two Gateway-compatible Destination Vectors for Tomato Functional Genomics under Abiotic Stress

[Objective] This research aimed at constructing two gateway-compatible plant expression vectors for functional genomics of abiotic stress in tomato.[Method] pK2GW7I was generated from the plant expression vector pK2GW7,0 by replacing the CaMV 35S promoter with abiotic-stress inducible plant promoter pRD29A,which was derived from the promoter of Arabidopsis gene RD29A.pKGW121 was generated by replacing the CaMV 35S of the plant expression vector pRD410 with the gateway recombinant cassette(attR1-cmR-ccdB-attR2)from pK2GW7,0.Constitutive and root-specific promoters were tested on pKGW121.[Result] Two gateway-compatible destination vectors,pK2GW7I and pKGW121,were successfully constructed;practicability test proved that pKGW121 was applicable for promoter analysis.[Conclusion] With the incorporation of gateway cloning technology or abiotic-stress inducible promoter,pKGW121 and pK2GW7I will be promising in large-scale investigation of tomato functional genes associated with various abiotic stresses.A high-throughput workflow for the construction of plant transformation vector was proposed and validated.     

植物小分子热激蛋白的进化及表达调控研究进展

小分子热激蛋白（sHSPs）是一类分子质量为15～30KDa的热激蛋白,在植物耐热反应中起着重要作用。笔者详细分析了4种常见的茄科植物番茄、烟草、辣椒、马铃薯和模式植物拟南芥中各种sHSPs基因序列的系统进化关系,并综述了热激蛋白基因在不同胁迫条件下的表达和调控机理。     

番茄CIPK基因家族鉴定及生物信息学分析

为挖掘番茄中CIPK基因家族成员序列信息,以拟南芥CIPK基因家族成员氨基酸序列为参照,用tBLASTn方法鉴定22个番茄CIPK基因家族成员,分析其理化性质。MEGA软件构建系统进化树、GSDS软件绘制番茄CIPK基因家族结构图。plantCARE对CIPKs上游1500bp顺式作用原件作功能预测。运用STRING软件探究番茄中CBL与CIPK基因家族互作情况,分析冷胁迫下番茄转录组数据确定番茄CIPKs表达情况。根据系统进化关系发现CIPK基因家族可分为八个亚组,每个亚组中均含番茄CIPK成员,存在多个平行同源基因对。SlCIPK基因分为内含子富集(11~14)和少内含子缺失(0~1)两类。经鉴定,在番茄CIPKs基因的上游1500bp序列中存在不同顺式作用元件,预测番茄CIPK基因家族在逆境胁迫中可能发挥作用,且番茄CBL-CIPK存在较多互作通路,可能在低温胁迫下发挥作用。研究结果为揭示CIPK家族成员生物学功能奠定基础。     

蚯蚓纤溶酶基因番茄表达载体的构建

为研究蚯蚓纤溶酶的番茄表达,构建EFE基因的番茄表达载体pF和pEF,并导入农杆菌。采用PCR法在EFE基因DNA序列上添加了表达调控元件和酶切位点后,得到新EFE基因片段,将该片段与切去GUS基因的pBI121载体相连,以构建CaMV35S驱动的EFE组成型表达载体pF;用PCR克隆得到的E8启动子片段替换pF上的35S启动子,以构建番茄成熟果实特异性表达载体pEF;最后,采用三亲交配法用重组质粒转化根癌农杆菌EHA105;结果表明:经过酶切、PCR和测序鉴定,EFE基因、E8启动子序列已重组到表达载体上,植物表达载体构建正确,并且已经转化进农杆菌EHA105中。     

番茄水通道蛋白基因SlAQP的克隆与序列分析

【目的】通过分析克隆得到的番茄水通道蛋白SlAQP基因的cDNA全长序列特征、编码蛋白的细胞定位及其在番茄材料Mirco Tom中经干旱胁迫后的表达模式,为进一步研究番茄在逆境下的抗逆机制及加快番茄抗逆育种积累资料。【方法】采用RACE 技术克隆番茄水通道蛋白基因的cDNA全长,结合生物信息学软件分析该基因的编码蛋白特性;利用基因枪转化法将SlAQP基因与GFP融合的瞬时表达载体（SlAQP::GFP）转入洋葱表皮细胞,对该基因进行亚细胞定位;利用Real time-PCR 分析该基因在番茄品种Mirco Tom中经干旱胁迫下的表达机制。【结果】SlAQP基因（GenBank登录号：HQ433337）cDNA全长为1 107 bp,编码区含852 bp,共编码283个氨基酸。生物信息学软件分析表明,SlAQP基因含有6 个跨膜区,2 个NPA 单元,其氨基酸残基与MIP 家族蛋白保守区序列完全一致,且该基因氨基酸序列与其它物种PIP 类质膜型水通道蛋白氨基酸序列具有很高的同源性。11个物种间的聚类分析表明,SlAQP基因编码的蛋白与马铃薯质膜型水通道蛋白遗传距离最近。细胞定位结果确认SlAQP基因编码蛋白在细胞质膜上发挥生物学作用。Southern杂交结果显示,SlAQP基因在番茄基因组DNA中呈单拷贝。Real time-PCR 分析结果证实,干旱胁迫下该基因表达量总体呈下降趋势。【结论】对番茄水通道蛋白SlAQP基因在干旱胁迫后的表达模式分析,预示该基因表达受逆境条件的影响,为今后进一步探讨其在干旱胁迫中发挥的作用提供了重要信息。     

烟草根特异性启动子TobRB7的分离及克隆

从烟草品种“NC89”中提取总DNA,设计特异性引物,用PCR方法分离得到长度为670bp左右的烟草根特异性启动子TobRB7基因,井插入克隆载体pMD18-Tvector,为构建高效的植物表达载体奠定基础。