木薯赤霉素途径DELLA蛋白基因克隆及其对干旱胁迫的响应

赤霉素(GA)信号转导途径是通过DELLA抑制蛋白来调控的.笔者利用拟南芥DELLA蛋白基因序列,通过电子克隆方法首次克隆了1个木薯DELLA蛋白基因,长度为1 857 bp,具有完整的蛋白编码框的cDNA序列,命名为MeGAI.生物信息学分析显示,该蛋白具有与拟南芥DELLA蛋白一样的保守结构域,如DELLA结构域、VHYNP结构域、POLY(S/T)结构域、核定位信号、VHVID结构域、亮氨酸结构域、GRAS结构域;该基因在干旱胁迫下的表达模式研究结果表明,该基因在干旱胁迫下是下调表达的;GA生物合成重要基因GA20-氧化酶基因在干旱胁迫下的表达模式研究结果表明,两者在干旱胁迫下的表达模式具有良好的相关性,这说明GA途径可能参与木薯抗旱机制.     

杨树PR10基因应答杨树叶枯病与非生物胁迫表达

以小黑杨(Populus simonii×P.nigra)为试验材料,从小黑杨cDNA中克隆得到477 bp的PR10基因(Potri.008G212500.1)片段,编码158个氨基酸.结果表明:PR10基因含有P-环和Bet v 1家族保守结构域,属于稳定的亲水蛋白,无信号肽.系统进化树分析显示,杨树PR10蛋白与毛果杨、毛白杨遗传距离较近,说明其亲缘关系较近.亚细胞定位结果显示,GFP-PR10蛋白定位于细胞核中.PR10基因表达具有组织特异性,并受胁迫诱导表达.PR10基因在根中表达水平明显高于叶片中的表达水平.在杨树叶枯病病原菌(Alternaria alternata)胁迫48 h时达到初始表达量的8.86倍;高盐胁迫PR10基因表达量在根中变化显著,在12 h时达到初始表达量的15.25倍.PR10基因受到水杨酸(SA)和茉莉酸甲酯(MeJA)胁迫时,其表达量也发生显著变化,证实PR10基因受到水杨酸通路与茉莉酸通路调控.     

茄子SmNTF3基因的克隆及其表达模式分析

[目的]本文旨在克隆茄子(Solanum melongena L.)促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)基因SmNTF3,阐明其在盐和干旱胁迫处理下的表达特性。[方法]以茄子‘苏崎1号’为试验材料,克隆SmNTF3的全长序列,对其基因结构和序列同源性进行分析,通过烟草叶片瞬时表达系统进行SmNTF3蛋白的亚细胞定位,采用实时荧光定量PCR检测SmNTF3基因在不同组织及盐和干旱胁迫下的表达情况。[结果]SmNTF3基因开放阅读框长度为1 119 bp,编码1个含372个氨基酸残基的蛋白。生物信息学分析表明,该蛋白具有保守的S_TKc结构域,富含α-螺旋和无规则卷曲。系统发育分析表明,SmNTF3属于MAPK家族C组成员,其氨基酸序列具有高度保守性,与番茄和马铃薯亲缘关系最近。亚细胞定位发现,SmNTF3蛋白在烟草叶片的细胞核和细胞质膜上表达。SmNTF3基因具有组织特异性,在茎中表达量最高。盐和干旱胁迫能够显著诱导SmNTF3基因的上调表达。[结论]从茄子中克隆了1个MAPK家族C组成员SmNTF3,该基因受盐和干旱胁迫诱导表达,可能参与茄子对盐和干旱胁迫的响应过程。     

二穗短柄草钙依赖型蛋白激酶基因 BdCDPK14克隆及表达分析

[目的]克隆分析二穗短柄草钙依赖型蛋白激酶(CDPK)基因BdCDPK14,并检测其在干旱胁迫下的表达量,为揭示钙依赖型蛋白激酶的抗旱调控机制打下基础.[方法]根据NCBI检索结果设计特异引物,以二穗短柄草cDNA为模板,采用PCR扩增二穗短柄草CDPK基因家族成员BdCDPK14,利用在线分析软件对BdCDPK14基因编码蛋白进行生物信息学分析,并采用RT-PCR检测PEG-6000干旱胁迫下的BdCDPK14基因表达量.[结果]从二穗短柄草叶片中克隆获得的BdCDPK14基因(GenBank登录号XM_003564390)片段长度1750 bp,其开放阅读框(ORF)1545 bp,编码514个氨基酸,其编码蛋白分子量56.78 kD,理论等电点5.45,脂肪指数78.21,不稳定指数38.66,属于稳定蛋白.BdCDPK14蛋白与小麦TaCPK13蛋白(ABY59018)的亲缘关系最近,含有4个EF-hands结构、蛋白酪氨酸激酶结构域、脂多糖激酶家族、ATP结合区域、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶激活区和预测跨膜区等结构域,主要由无规卷曲和α-螺旋构成,位于叶绿体和细胞质膜上.在PEG-6000干旱胁迫下,BdCDPK14基因在胁迫3 h内的相对表达量无明显变化,胁迫6 h后相对表达量开始升高,至胁迫12 h时的相对表达量最高.[结论]克隆获得的BdCDPK14基因为二穗短柄草CDPK基因家族成员之一,参与其抗干旱胁迫反应,可作为候选基因用于二穗短柄草抗旱机制研究.     

水稻B-box锌指蛋白基因OsBBX26的 克隆及表达分析

[目的]克隆水稻B-box锌指蛋白基因(OsBBX26),并分析其在非生物胁迫下的表达模式,为探究水稻B-box蛋白的非生物胁迫响应机制提供理论依据.[方法]以水稻模式品种日本晴为材料,采用RT-PCR克隆OsBBX26基因,对其进行生物信息学分析,并通过构建pBA-OsBBX26-YFP植物表达载体进行亚细胞定位.同时,采用实时荧光定量PCR检测分析OsBBX26基因的组织特异性及非生物胁迫(干旱、ABA、低温和高盐)下的表达模式.[结果]克隆获得的OsBBX26基因(LOC_Os08g42440)cDNA全长序列为1467 bp,编码488个氨基酸,其编码蛋白分子量为51.86 kD,理论等电点(pI)为6.63,包含1个B-box锌指结构域和1个CCT结构域,其中B-box结构域位于第13~60位氨基酸,CCT结构域位于第435~478位氨基酸,该蛋白定位于细胞核中.OsBBX26基因位于8号染色体上,启动子区域除了含有TATA-Box和CAAT-Box等基本转录元件外,还含有与逆境相关的顺式作用元件,包括低温响应元件LTR、脱落酸响应元件ABRE、水杨酸响应元件TCA-element、厌氧响应元件ARE、茉莉酸甲酯响应元件CGTCA-motif和TGACG-motif,以及MYB转录因子结合位点.OsBBX26蛋白与粳稻B-box蛋白亲缘关系最近,其次与籼稻B-box蛋白亲缘关系较近,与其他植物B-box蛋白也存在较高的相似性,其中与小米、大麦、高粱、玉米和短柄草B-box蛋白的氨基酸序列相似性分别达72%、72%、71%、69%和68%.OsBBX26基因在幼叶中的表达量最高,其次是在成熟叶片中,在幼根、成熟根、茎和幼穗中的表达量均极低,表明该基因表达具有明显的组织表达特异性.干旱、高盐、ABA和低温胁迫处理下OsBBX26基因均上调表达,干旱、高盐和ABA胁迫处理12 h达峰值,但低温胁迫处理在24 h后才达峰值.[结论]OsBBX26基因受干旱、高盐、ABA和低温胁迫诱导均上调表达,推测其参与水稻植株响应多种非生物胁迫,在逆境响应中发挥重要调控作用.     

棉花茉莉酸羧基甲基转移酶基因克隆及其表达分析

根据亚洲棉石系亚1号的转录组测序结果,克隆获得陆地棉品种"新陆早17号"的茉莉酸羧基甲基转移酶(jasmonic acid carboxyl methyltransferase,JMT)全长cDNA,命名为GhJMT(GenBank登录号KJ856913)。序列分析表明,GhJMT基因开放阅读框为1 116bp,编码371个氨基酸。保守结构域分析显示,该基因编码的蛋白具有甲基转移酶-7保守结构域。系统进化树分析显示,GhJMT与可可的茉莉酸甲基转移酶在同一分支,可能定位于细胞质,为不稳定亲水性蛋白。实时荧光定量PCR分析表明,2.5%PEG6000胁迫处理12h时,根中GhJMT基因的表达迅速上调并达到最大值,约为对照的2.6倍,在茎中GhJMT的表达量在9h达到最高,约为对照的2.3倍,而在叶中GhJMT表达量在3h达到最高,约为对照组的2.1倍,说明GhJMT基因表达受干旱胁迫的诱导。研究结果有助于阐明GhJMT基因表达与植物抗旱的相关性。     

巨桉EgrCBF3基因的克隆与逆境响应表达分析

【目的】克隆巨桉(Eucalyptus grandis)抗逆相关基因EgrCBF3(GenBank登录号:JQ068829)的全长cDNA序列,分析EgrCBF3在低温、干旱、脱落酸(ABA)处理和高盐条件下的表达。【方法】利用RT-PCR结合RACE技术,克隆巨桉抗逆相关基因EgrCBF3全长cDNA序列;分析正常条件下,巨桉根、茎和叶中EgrCBF3的表达情况;同时采用qRT-PCR,分析不同低温(0,2,4,6,8℃)和4℃处理不同时间(2,4,8,24和48h),以及干旱、ABA和高盐等逆境条件下EgrCBF3的响应表达情况。【结果】EgrCBF3cDNA全长1 161bp,含有1个675bp的ORF,编码224个氨基酸,包含1个AP2结构域。该基因编码的蛋白与蓝桉中的CBF蛋白同源性最高,达97%。EgrCBF3在巨桉的叶、茎和根中均有表达,但表达量无明显差异。对不同低温和4℃不同处理时间条件下EgrCBF3表达的qRT-PCR分析表明,EgrCBF3基因受低温诱导,在2℃条件下诱导表达量最强;在4℃条件下随低温时间的延长,其诱导表达特性不变,仅略有波动。在100μmol/L ABA、200mmol/L NaCl和干旱处理条件下,EgrCBF3的表达不受ABA和盐胁迫的影响,但在干旱胁迫下被诱导。【结论】EgrCBF3响应低温胁迫诱导,同时可能也参与了干旱胁迫的逆境响应机制。     

玉米CPK基因家族鉴定及干旱胁迫下表达分析

干旱严重影响玉米的产量和品质。钙依赖性蛋白激酶(Calcium-dependent protein kinase, CPK)是一种Ca2+结合蛋白，在植物非生物胁迫应答方面发挥重要作用。本研究对玉米37个ZmCPKs的染色体定位、系统进化、基因结构、保守结构域和理化性质进行了分析。其中，36个ZmCPK基因不均匀的分布在9条染色体上；通过系统进化分析将其分为4个亚组，同一亚组成员具有相似的基因结构和保守结构域；ZmCPKs启动子分析表明，ZmCPKs启动子区含有大量的逆境响应元件，包括MBS、DRE和ABRE等；qTeller数据库和转录组数据分析表明，ZmCPKs基因家族成员在营养生长和生殖生长期均有表达，其中，26个基因在干旱胁迫下表达量发生变化。综合启动子元件及转录组数据，共筛选出9个基因作为干旱响应候选基因。进一步qRT-PCR验证显示，这9个基因均受PEG诱导表达。本研究可为玉米耐旱性的遗传改良提供优异的基因资源。     

玉米蔗糖转运蛋白基因ZmSUT4克隆及其低温胁迫下的表达模式

[目的]克隆玉米蔗糖转运蛋白基因ZmSUT4,并明确其组织表达特性及在低温胁迫下的表达模式,为深入研究SUT4基因响应低温胁迫的作用机理提供理论依据.[方法]以玉米自交系黄早四幼苗为材料,采用RT-PCR克隆其ZmSUT4基因,分析其生物学信息,构建系统发育进化树,并采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测其组织表达特异性及低温胁迫(4℃)下不同组织中的表达模式.[结果]克隆获得的ZmSUT4基因(GenBank登录号MK541991)全长为1621 bp,开放阅读框(ORF)长度为1506 bp,编码501个氨基酸,编码蛋白的分子量53.36 kD,理论等电点(pI)8.84,具有12个跨膜结构,定位于细胞膜上,既属于易化扩散载体(MFS)家族成员,也属于蔗糖/H+共转运体(GPH)超家族成员,其中第25~447位氨基酸是MFS家族蛋白的保守结构域,第17~484位氨基酸是GPH超家族成员的蔗糖运转子保守结构域GPH-sucrose.ZmSUT4蛋白的氨基酸序列与单子叶植物SUT4蛋白同源性较高,为86%~96%,聚集在同一分支上;与双子叶植物SUT4蛋白同源性较低,为62%~65%,说明该类蛋白在不同物种间高度保守.ZmSUT4基因在玉米的根、茎和叶中均有表达,以根中的表达量最高,其次是叶,茎中的表达量最低.低温胁迫下,ZmSUT4基因在不同组织中表达量模式不同,根和叶中ZmSUT4基因表达量均在胁迫24 h达最大值,分别是低温胁迫前(0 h)表达量的2.21和2.62倍,茎中的ZmSUT4基因表达量在胁迫6 h达最大值,是低温胁迫前表达量的3.01倍.[结论]ZmSUT4基因受低温胁迫诱导表达,推测其是调控玉米响应低温胁迫的关键基因.     

甘蔗ATP结合蛋白基因克隆及其干旱胁迫下的表达特性分析

[目的]克隆甘蔗ATP结合蛋白基因,分析其基本生物学信息及在干旱胁迫下的表达特性,为ATP结合蛋白的功能研究提供理论依据.[方法]从乙烯诱导甘蔗差异表达转录组和水分胁迫下甘蔗cDNA文库中获取ATP结合蛋白基因序列,设计其引物进行RT-PCR扩增,利用生物信息学软件进行序列分析及其蛋白结构和功能预测,并采用实时荧光定量PCR(qPCR)检测干旱胁迫处理下的甘蔗ATP结合蛋白基因的表达情况.[结果]克隆获得的甘蔗ATP结合蛋白基因全长2145bp,编码714个氨基酸,其蛋白分子质量为79.430kD,理论等电点(pI)为9.33,不稳定系数为44.38;甘蔗ATP结合蛋白与玉米ATP结合蛋白的核苷酸序列及其推导氨基酸系列同源性最高,均达93%.甘蔗ATP结合蛋白主要由无规则卷曲(42.02%)、α螺旋(25.63%)和延伸链(22.27%)结构组成,具有蛋白激酶催化结构域、ATP结合位点、核苷酸结合位点(NBS)、糖基化位点、激酶磷酸化结合位点及核定位信号等;甘蔗ATP结合蛋白可能主要定位在细胞核、叶绿体、线粒体和过氧化物酶体中,起中间代谢调控作用,或参与转录调控、免疫应答、胁迫应答及信号转导等生物反应.qPCR检测结果显示,在干旱胁迫7d后,甘蔗ATP结合蛋白基因的表达量明显下调,约为对照的30%,恢复正常供水(复水)后,表达量回升.[结论]甘蔗ATP结合蛋白基因表达受干旱胁迫诱导,可能参与甘蔗对干旱逆境胁迫响应的代谢调控.