桂花扩展蛋白基因OfEXPA2、OfEXPA4和OfEXLA1启动子克隆及活性分析

为研究扩展蛋白基因在桂花花开放过程中的作用机制,利用染色体步移法,从桂花(Osmanthus fragrans)中克隆得到花开放相关基因OfEXPA2、OfEXPA4和OfEXLA1起始密码子上游1 108、808、945 bp的启动子序列。利用在线数据库Plantcare预测启动子中的顺式作用元件,发现这3个启动子序列中均存在基本元件TATA盒和CAAT盒,还含有脱落酸、生长素、水杨酸等激素诱导元件及响应干旱、高温等多个与植物非生物胁迫相关的元件,如MBS、HSE。分别将这3个启动子与β-葡萄糖苷酸酶(β-glucuronidase, GUS)报告基因融合进行瞬时表达,结果显示:OfEXPA2、OfEXPA4和OfEXLA1的启动子均能够驱动GUS基因在转基因烟草叶片中的表达。     

非生物胁迫对水通道蛋白启动子活性的调节作用

前期通过染色体步移法克隆得到巴西蕉水通道蛋白基因MaPIP1-2上游841 bp的启动子序列,分析其启动子序列含有响应干旱和高盐等非生物胁迫的顺式作用元件。为了进一步研究该启动子的功能,成功构建MaPIP1-2基因启动子的植物表达载体,并且转化拟南芥,在MaPIP1-2::GUS转基因拟南芥中发现,MaPIP1-2启动子活性受到干旱和高盐的诱导表达,随着浓度增加,其启动活性增强。     

番茄根特异表达基因LeGRP2启动子的克隆及其在拟南芥的表达分析

目的克隆获得番茄根特异表达启动子,为利用基因工程技术创制番茄新种质奠定基础。方法利用Clontech公司的基因组步移(genome walking)技术,扩增番茄根特异表达基因LeGRP2的上游调控序列,并构建植物表达载体,利用农杆菌介导法转化拟南芥,以GUS为报告基因研究该调控序列的组织表达特异性。结果以番茄基因组DNA为模板,经过2次基因组步移,获得了LeGRP2基因上游1959bp的调控序列(GenBank登录号:EU262719),分析发现含有9个与根特异表达相关的顺式作用元件ROOTMOTIFTAPOX1。转基因拟南芥的组织化学染色分析表明,GUS基因主要在拟南芥的根部特异表达。结论克隆获得了番茄LeGRP2基因启动子,该启动子主要在转基因拟南芥根部表达GUS基因,具有较强的根表达特异性。     

月季切花RhNAC4启动子表达特性分析

为解析月季失水诱导SNAC类转录因子RhNAC4的转录调控特性,利用染色体步移的方法分离了RhNAC4的启动子,并构建含GUS报告基因的载体转化拟南芥,分析了RhNAC4的启动子表达特性。结果表明:1)在月季中分离得到RhNAC4基因5′端上游1 753bp的启动子序列;2)RhNAC4启动子序列中具有与发育、激素响应、非生物胁迫和生物胁迫等相关的顺式作用元件;3)获得了RhNAC4启动子驱动GUS基因的转基因拟南芥植株,GUS染色表明RhNAC4基因在植株不同的生长发育阶段和花器官中都有表达;4)失水胁迫、赤霉素、1-氨基环丙烷1-羧酸和甘露醇处理能够诱导RhNAC4的启动子活性,而盐和脱落酸处理对启动子活性的影响不显著。总之,月季切花失水胁迫诱导的SNAC类转录因子RhNAC4基因启动子含有逆境相关调控元件,其启动子在植株不同发育阶段和失水、乙烯等条件下具有转录活性。研究结果有助于解析RhNAC4参与月季切花失水胁迫耐性的作用机理。     

玉米转录因子EREB58启动子分析

玉米EREB58转录因子能够调控萜类合成酶基因TPS10的表达,启动玉米抗虫间接防御体系。但是目前对于EREB58的转录调控机制还是未知。克隆得到EREB58基因的1 193 bp的启动子序列,通过生物信息学分析发现在启动子序列中存在多个与植物防御相关的顺式作用元件,如ABRE、Box-W1、GARE motif和TCA元件。将不同长度5’端缺失的启动子与GUS报告基因相连构建植物表达载体转化拟南芥,转基因拟南芥进行GUS组织化学染色和GUS酶活性分析,结果显示:正常情况下EREB58PF1-PF7和PF9无GUS染色,但PF8有GUS染色;Me JA或亚洲玉米螟处理后PF1-PF7有GUS染色,PF8无明显变化,PF9仍无GUS染色。GUS酶活性分析与GUS组织化学染色结果一致。以上结果表明:EREB58启动子的-323至-270和-270至-183区段是启动子的功能区段,且-323至-273区段含有抑制EREB58基因转录的顺式作用元件,-273至-183区段是EREB58基因转录所必需的,这为后续研究EREB58的转录调控机制奠定基础。     

2022 年 2 期目录

  目的  SPL（SQUAMOSA promoter binding protein-like）是植物特有的转录因子,参与植物幼年期向成年期的转变、营养生长向生殖生长的转变、花发育、孢子发生、叶片和根发育、逆境响应等多个过程,在植物的生长发育过程中起着非常重要的作用。探究白桦中BpSPL6基因启动子区的顺式作用元件,以及该启动子在正常和胁迫条件下的表达模式,可为进一步研究BpSPL6基因的功能提供参考,也可为了解白桦的抗逆机制提供依据。  方法  以本实验室组培白桦的总DNA为模板,经PCR克隆了BpSPL6基因上游1 703 bp的启动子序列,用PLACE和Plant CARE在线软件分析启动子区的顺式作用元件。构建BpSPL6基因启动子驱动GUS报告基因的植物表达载体并转化拟南芥,探究其组织表达特性和胁迫条件下的表达模式。  结果  PCR成功克隆了BpSPL6基因上游1 703 bp的启动子序列,对启动子区的顺式作用元件预测发现除了含有核心启动元件TATA-box、CAAT-box外,还包括2种特异组织表达元件（根、花粉）,10种激素响应元件（生长素、赤霉素、水杨酸、脱落酸）,4种脱水响应元件等。对转基因拟南芥进行GUS染色结果表明,BpSPL6基因启动子驱动的GUS基因在转基因拟南芥中的表达具有时空特异性。在拟南芥的整个发育过程中,BpSPL6基因启动子驱动GUS基因在真叶叶片中表达,但是表达部位不同。随着叶片的生长,首先在叶片的顶端表达,随后扩展到叶片的叶脉并直至整个叶片,并且表达量逐渐升高。同时BpSPL6基因启动子驱动的 GUS 基因在拟南芥营养生长时期的根部都有表达。并且经氯化钠和甘露醇胁迫后其表达量降低。对比两种胁迫,受到氯化钠胁迫后GUS基因的表达量变化更大,说明对氯化钠胁迫的响应更加强烈。  结论  BpSPL6基因可能参与了植物的叶片、根发育以及对盐和干旱胁迫的响应。      

毛果杨PtAREB1基因启动子的克隆及功能

为了研究杨树ABF2同源基因的表达规律,从毛果杨基因组DNA中克隆出Pt AREB1基因上游一段1 800 bp序列。序列分析结果表明,该序列含有逆境胁迫响应元件TC-rich repeats、ABA应答元件ABRE和茉莉酸甲酯(Methyl Jasmonate,Me JA)应答元件TGACG-motif等胁迫相关元件。在序列分析的基础上,构建了Pt AREB1基因启动子驱动GUS报告基因的植物表达载体,利用农杆菌介导的花粉管通道法获得转基因拟南芥。结果表明Pt AREB1启动子可以在干旱、ABA、盐、Me JA和SA胁迫下,驱动GUS基因在转基因拟南芥的根、茎和叶中表达。说明Pt AREB1基因可能与干旱、高盐等胁迫应答紧密相关。     

草莓ARF4基因启动子的克隆及转录活性分析

草莓果实成熟的早晚,直接影响果农的收益。课题组前期研究发现,草莓ARF4基因能够调控草莓开花时间。启动子是基因转录的开关,其转录活性影响着基因表达的强弱。克隆ARF4基因启动子并分析其转录活性,对进一步明确ARF4基因的功能具有重要意义。根据草莓基因组信息设计特异引物,克隆草莓ARF4基因启动子。使用Plant CARE在线软件,预测其序列上的顺式作用元件。将ARF4启动子进行分段缺失克隆,利用农杆菌介导的果实注射法及GUS组织染色,确定GUS基因表达的强弱。通过农杆菌介导的叶盘转化法,获得转proARF4::GUS基因草莓植株,利用GUS组织染色法分析启动子的组织表达特异性。对转基因草莓植株进行非生物胁迫处理,通过qRT-PCR方法确定影响ARF4基因启动子转录活性的因素。结果表明:在ARF4基因启动子序列上,除了存在基本的核心元件外,还包含一些光响应、胁迫响应、厌氧诱导及激素响应等作用元件。GUS组织染色结果显示,随着启动子序列长度逐渐变短,GUS基因表达变弱。在转proARF4::GUS基因草莓植株叶柄、嫩叶及新茎中GUS表达水平较高,且在嫩叶中表达量最高。在非生物胁迫处理下,IAA和GA可使GUS基因表达显著提高。这些结果提供了影响ARF4基因表达的相关因素,为调控草莓开花时间奠定了基础。     

白桦BpMADS12基因启动子的克隆及表达分析

为探究白桦Bp MADS12基因的功能,克隆了Bp MADS12基因上游1 750 bp启动子序列,通过生物信息学对顺式作用元件进行分析,并利用农杆菌花序浸染法将其遗传转化入拟南芥,然后通过β-葡萄糖苷酸酶(GUS)组织化学染色检测Bp MADS12启动子的组织表达特性及干旱胁迫应答。结果表明:Bp MADS12启动子序列中含有与开花、激素及干旱响应等相关的顺式作用元件;该启动子在拟南芥中的表达模式呈现为在营养生长阶段不表达,而进入生殖生长阶段后,在根、花叶、花瓣、雄蕊、雌蕊及种子等各个组织部位中均表达;PEG胁迫后处理组拟南芥中GUS表达量低于未处理组。研究显示Bp MADS12基因参与白桦的开花调节、激素应答、胁迫响应(干旱)等生物学过程,对生殖生长阶段各组织器官的发育有一定的调控作用,且负调控干旱响应途径。     

杂交鹅掌楸LhFB1基因启动子的克隆及活性分析

【目的】研究杂交鹅掌楸LhFB1基因启动子(pLhFB1)的活性,为研究该基因功能及相关机制提供参考。【方法】利用染色体步移法(Genome Walking)克隆LhFB1基因上游5′侧翼调控区序列,利用生物信息学软件PlantCARE分析其包含的顺式作用调控元件。构建pCAMBIA1300-pLhFB1重组载体,对本氏烟草幼苗期叶片进行瞬转注射和GUS染色表达。花序浸染法将重组载体转化至野生型拟南芥,GUS组织染色分析其在T_2代转基因植株开花期根、茎、叶和花组织中的表达量,并用qRT-PCR对GUS组织染色进行活性验证。【结果】pLhFB1启动子序列长1 780 bp,含有多个TATA-box和CAAT-box及压力响应、激素响应、光信号转导、代谢循环元件。瞬转结果表明,烟草叶片注射部位有蓝色斑点,说明启动子有活性。遗传转化结果表明,转pLhFB1启动子拟南芥根、茎、叶和花组织中都有不同程度的蓝色,且根和茎中的蓝色斑块较深。qRT-PCR结果说明,pLhFB1启动子在拟南芥根、茎、叶和花组织都有表达,与GUS染色结果基本相符。【结论】克隆得到pLhFB1启动子序列,其在转拟南芥植株各组织中都有活性,但以根和茎中较强。     

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。     

巴西橡胶树小橡胶粒子蛋白基因5''调控序列的克隆及功能初步鉴定

法尼基焦磷酸合酶是异戊二烯生物合成途径中的一个关键酶,根据NCBI数据库中巴西橡胶树法尼基焦磷酸合酶基因HbFPS序列设计引物,克隆了HbFPS起始密码子上游1066bp的5'调控序列。序列分析表明,该序列A/T含量为77.39%,含有典型的真核生物核心启动子区域,在该序列中发现了一些与真核生物典型的顺式调控元件相似的TATA-box、增强子元件、CAAT-box和GATA-box以及一些与激素、胁迫诱导、转录因子相关的顺式作用元件。构建了含有该序列的植物表达载体并转化烟草,对获得的转基因烟草T0代植株GUS染色发现转基因植株呈现蓝色,表明HbFPS的5'调控序列可以驱动GUS基因的表达,具有启动子的活性。     

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。     

百脉根LjIPT3启动子的克隆及表达载体的构建

[目的]为深入研究LjIPT3的表达调控和功能奠定基础。[方法]利用TAIL-PCR技术克隆百脉根IPT基因LjIPT3起始密码子的上游序列,利用生物信息学手段对其序列特征和潜在的调控元件进行分析,并构建启动子表达载体。[结果]利用TAIL-PCR技术成功克隆了LjIPT3基因5′端上游调控序列。将目的片段连接到pMD18-T载体上,获长度为1 910 bp序列,其3′端有部分序列与LjIPT3的5′端相同,证明克隆的片段为LjIPT3起始密码子ATG的上游区域。该序列含有1个TATA-box和3个CAAT-box,还包含光响应元件、MYB结合位点、不同的激素反应元件以及各种胁迫元件,说明该基因的表达可能受多种因素的调控。成功构建了驱动报告基因GUS的植物表达载体。[结论]该研究为研究植物细胞分裂素的合成代谢和植物生长发育的调控奠定了基础。     

ThMYB3和ThDof2对ThVHAc1基因表达的调控

ThVHAc1基因能响应干旱、盐、重金属等胁迫诱导,该基因能有效提高转ThVHAc1基因酵母的多种抗逆能力。为进一步研究ThVHAc1基因的抗逆调控机理,本研究利用酵母单杂交技术钓取ThVHAc1可能的上游调控因子,并利用基因枪瞬时共转化技术进行初步验证。酵母单杂交结果显示,ThMYB3基因能识别ThVHAc1基因上游MYB顺式作用元件和含有MYB元件的启动子片段。ThDof2基因能识别ThVHAc1基因上游DOF顺式作用元件和含有DOF元件的启动子片段。但ThMYB3和ThDof2均不能识别突变后的元件及含对应突变元件的启动子片段。将ThMYB3和ThDof2分别构建成效应载体,各元件、突变元件、启动子片段及突变的启动子片段分别构建报告载体进行共表达验证。结果发现:效应载体ThMYB3和含MYB元件及含MYB元件的ThVHAc1启动子片段的报告载体,ThDof2和含DOF元件及含DOF元件的ThVHAc1启动子片段的报告载体瞬时共表达烟草叶片能观察到GUS染色,且GUS活性较高;而与相应突变元件及片段的共转化则观察不到烟草叶片的GUS染色,且GUS活性很低。说明只有非突变的元件和启动子片段才能与效应载体进行互作识别,激活GUS基因的表达,验证了酵母单杂交获得的上游调控基因的识别特异性。表明ThMYB3和ThDof2可能通过与相应启动子元件的结合调控ThVHAc1基因。      

小麦蛋白激酶TaNPK启动子的克隆及活性分析

 【目的】克隆小麦蛋白激酶基因TaNPK启动子,并分析5′非编码区对盐胁迫的响应,探索TaNPK的调控机制,为解析小麦抗盐机制提供理论依据。【方法】利用染色体步移技术从小麦中分离TaNPK读码框上游序列,构建启动子缺失突变体,在PEG4 000介导下将重组质粒转入拟南芥叶片原生质体进行瞬时表达分析,以gus为报告基因研究不同调控序列的活性及盐诱导性分析。【结果】获得了TaNPK读码框上游2 004 bp的启动子序列,PEG介导的拟南芥原生质体瞬时表达分析表明,5′端缺失片段都在不同程度上驱动了GUS的表达;经过NaCl处理后的原生质体,GUS的表达量比不经处理的对照组明显提高,这与NaCl处理下TaNPK的实时荧光定量分析结果一致。【结论】经克隆获得了受盐胁迫诱导的小麦TaNPK启动子,启动子缺失区段在不同程度上驱动了gus的表达,-1 083—-1 296 bp区段可能含有响应盐胁迫的负调控元件。     

葡萄SCARECROW Like 14-Like基因的表达特征及胁迫响应研究

为探索外源赤霉素(GA3)介导的无核葡萄果实膨大过程中的信号途径的调控基因,寻找验证主要调控元件,本研究以欧亚种无核葡萄品种‘无核白鸡心’(Vitis vinifera L.cv.Centennial Seedless)为材料,通过半定量RT-PCR技术分析属于GRAS基因家族的SCARECROW Like 14-Like(VvSCL14-Like)基因在葡萄不同组织器官和果实发育期的表达。通过启动子克隆、生物信息学分析、promoter∷GUS融合基因和GUS组织染色法对该基因的表达特征进行了研究。半定量RT-PCR结果表明,VvSCL14-Like基因主要在休眠芽中表达,在果实发育过程中无表达。利用GA3对葡萄幼果进行膨大处理,处理后1、3和7d的果实转录组结果表明VvSCL14-Like的转录水平无差异。对VvSCL14-Like启动子进行生物信息学分析,发现多个响应外源激素和逆境胁迫的作用元件。VvSCL14-Like启动子驱动的GUS基因,只在拟南芥萌发初期下胚轴处表达。以GA3和NaCl分别处理阳性拟南芥幼苗,48h后GUS基因均在叶柄和叶脉表达。干旱胁迫处理阳性拟南芥幼苗,15d后GUS基因只发现在根部表达。研究结果表明:VvSCL14-Like基因的表达具有组织特异性,参与外源赤霉素(GA3)和非生物胁迫响应过程,但不是外源赤霉素(GA3)介导的无核葡萄果实膨大过程的主要调控元件。     

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。     

水稻OsTIR1启动子的克隆及植物表达载体的构建

根据NCBI中生长素受体蛋白TIR1基因上游1.5kb序列设计引物,以超级杂交稻株1S基因组DNA为模板,PCR扩增得到TIR1基因的启动子片段。将该片段克隆到pMD19-T载体后进行测序,获得长度为1530bp的序列。用PLACE软件分析发现该序列不仅具有启动子的基本元件TATA-box、CAAT-box,并具有多个胁迫响应元件,如光诱导元件、热诱导元件、生长素响应元件等。将该启动子与GUS基因融合,构建成表达载体后,可用于转化植物,为进一步研究水稻生长素受体蛋白TIR1基因的表达调控奠定了基础。