胡萝卜1个新4CL基因的克隆、进化及表达分析

胡萝卜(Daucus carota L.)在NCBI(美国国家生物信息中心)上总共公布了13个4-香豆酰-CoA连接酶(4CL)基因,而在芹菜转录数据中发现1个4CL基因,利用该基因序列设计1对克隆引物,成功得到1个新胡萝卜4CL基因,命名为Dc4CL-1。Dc4CL-1基因长1 635 bp,编码544个氨基酸,位于胡萝卜基因组第2染色体上。进化树分析显示,Dc4CL-1基因聚集在与木质素合成有关的4CLⅠ亚族。实时荧光定量PCR转录表达发现,在胡萝卜根生长发育期间,Dc4CL-1基因在野生胡萝卜中高表达,而在栽培胡萝卜中低表达。推测Dc4CL-1基因与胡萝卜木质素合成有关。     

胡萝卜抗坏血酸过氧化物酶基因的分离及其对非生物胁迫的响应

[目的]抗坏血酸过氧化物酶(APX)利用抗坏血酸作为电子供体,清除植物中的过氧化物,在植物应对非生物胁迫中起重要作用。本文目的是研究胡萝卜Dc APX基因在抵御逆境胁迫过程中的响应情况。[方法]以胡萝卜‘黑田五寸’为研究材料,克隆获得胡萝卜Dc APX基因(Gen Bank登录号为KR364573),对该基因进行序列分析,并研究其主要非生物胁迫(高温、低温、干旱和盐胁迫)下的基因表达情况。[结果]序列分析表明,胡萝卜Dc APX基因全长753个碱基,编码250个氨基酸,预估其蛋白质相对分子质量为27.76×103,p I值5.65。进化分析表明,胡萝卜Dc APX在进化关系上与同属伞形科的短果茴芹同源性最高。空间结构分析表明,胡萝卜Dc APX的氨基酸二级结构由38.40%的α-螺旋、10.40%的延伸主链和51.20%的随机卷曲构成。胡萝卜Dc APX的氨基酸三级结构由10个α-螺旋和4个β-折叠构成。实时荧光定量PCR结果显示,胡萝卜‘黑田五寸’中Dc APX基因表达具有组织特异性,在叶中表达量最高。[结论]胡萝卜中Dc APX基因可以响应多种非生物逆境胁迫,在胡萝卜非生物逆境胁迫调控过程中起着重要作用。     

藜麦ZF-HD转录因子的全基因组鉴定及其对盐胁迫的响应分析

以藜麦的高质量基因组为参考,对藜麦锌指同源异型结构域(ZF-HD)转录因子基因CqZF-HD进行全基因组鉴定,并利用生物信息学方法对其编码的蛋白质理化性质、二级结构、亚细胞定位、保守结构域以及基因结构、系统进化关系进行了分析.同时,利用前期转录组测序结果分析了CqZF-HD家族基因在盐胁迫下的表达模式.结果表明,在藜麦...     

花生KNOX基因家族的全基因组鉴定及组织表达分析

为研究花生KNOX基因家族在生长发育以及非生物胁迫响应中的功能，本研究采用生物信息学手段在栽培种花生基因组水平上对KNOX基因家族成员进行鉴定，并对其理化性质、基因结构、蛋白质保守结构域、系统进化、启动子顺式作用元件以及组织与逆境下的表达模式进行分析。结果显示：花生基因组中共有26个KNOX基因家族成员，分布在17条染色体上，绝大多数编码酸性蛋白，均为亲水性蛋白，并全部定位于细胞核。系统发育分析可将花生KNOX家族分为ClassⅠ和ClassⅡ两个亚家族，并进一步分为4个亚组。启动子分析发现一些与生长发育、激素和胁迫响应相关的顺式作用调控元件。全生育期组织表达分析结果显示，ClassⅠ类基因表达组织特异性明显，主要在花、营养茎尖、生殖茎尖、果针等组织中高表达；ClassⅡ类基因时空表达更广泛。在7种非生物胁迫处理下，部分基因表达量变化较大，其中5个基因响应特定胁迫，RT-qPCR验证了2个特异性响应PEG胁迫的基因。本研究为进一步探究花生KNOX基因在生长发育、逆境响应中的功能奠定了基础。     

金银花FT基因的克隆及在不同花器官中的表达分析

在药用植物金银花中克隆了开花整合基因LjFT(Genbank登录号：OP700454)，并对其开展了生物信息学分析和不同花器官中的表达分析。结果表明：金银花LjFT基因包含4个外显子和3个内含子，编码框长度为525 bp，编码174个氨基酸残基，其所编码的蛋白质与其他植物FT序列高度保守；基于SWISS-MODEL和Alphafold 2这2种方法进行的蛋白结构预测表明金银花LjFT与拟南芥FT在蛋白质三级结构上高度保守；启动子分析表明LjFT启动子序列中含有大量激素响应元件、光响应元件和胁迫响应元件；系统进化分析表明LjFT与绣球HmFT亲缘关系最近；表达分析表明LjFT主要在花蕾期高量表达，尤其是花萼和花瓣中，开花后表达水平迅速降低。     

小麦HP基因家族鉴定和分析

组氨酸磷酸转运蛋白HP(histidine phosphotransfer proteins)在植物的生长发育调控及逆境胁迫应答中发挥重要作用。为理解HP基因在小麦基因组中的进化特征和功能,研究通过生物信息学分析鉴定普通小麦的HP基因家族成员,对其理化性质、进化特征、基因结构、顺式作用元件以及在逆境胁迫条件下的表达模式进行了分析。结果表明,在小麦基因组鉴定到31个HP基因,编码蛋白质序列包括116～200个氨基酸。通过和其他植物的HP蛋白比较以及对蛋白结构、基因结构和基序的分析,显示小麦HP家族基因序列具有保守性。顺式作用元件预测表明,HP基因具有光、植物激素、干旱、低温等非生物胁迫响应相关的启动子调控元件。热图分析表明,HP基因在应答非生物胁迫中表达模式存在多样性;qRT-PCR分析表明,TaHP5-6B基因在低磷胁迫下受到强烈的诱导表达。综上所述,小麦全基因组鉴定的HP家族基因是非生物胁迫响应的重要基因资源。     

辣椒WOX基因家族的鉴定及表达分析

利用辣椒的全基因组数据从辣椒中鉴定出了10个WOX基因，并按照其在染色体上的分布顺序命名为CaWOX1、CaWOX2、 CaWOX3、…、CaWOX10，对它们的理化性质、染色体定位、与番茄的进化关系、蛋白保守基序、组织表达水平及在高温(42 ℃)、低温(10 ℃)胁迫下的表达水平进行分析。结果表明：辣椒WOX基因家族各成员的理化性质差异较大，10个家族成员编码的氨基酸长度为127~318 aa，蛋白相对分子质量为14 740~36 070，开放阅读框长度为384~957 bp，蛋白理论等电点(PI)为5.66~10.01；在染色体上的分布较为均匀，大部分分布在染色体的两端；系统进化树分析表明，辣椒WOX基因家族可分为现代、中间、古代3支，与番茄进化关系一致；蛋白保守基序显示，除CaWOX3外，其余蛋白都含有Motif1与Motif2，且二者总是紧密相连出现；组织表达水平分析表明，除了部分CaWOXs具有特异性表达模式外，大部分成员在组织中不表达或弱表达；高温、低温处理能够刺激或抑制WOX基因家族成员的表达。     

白菜TLP基因家族鉴定及表达分析

已有研究表明TLP(Tubby-like protein)蛋白在植物应对非生物胁迫方面具有重要作用。本研究利用生物信息学方法在白菜中鉴定得到14个TLP家族基因，并对其理化性质、基因结构特征、蛋白保守性、系统进化关系、组织表达模式及对盐胁迫的响应情况进行了初步分析。结果表明，该家族基因分布在白菜10条染色体中的7条。蛋白分子量介于38 735.69～52 747.34 D,等电点介于9.16～9.88。基因结构分析表明，有1个TLP基因含有9个CDS,绝大多数基因CDS为4～5个。亚细胞定位预测结果表明，该基因家族成员主要定位在细胞核、线粒体和细胞质基质。启动子顺式作用元件分析表明，该基因家族成员含有包括光响应元件、脱落酸应答元件、厌氧反应应答元件在内的大量逆境胁迫应答元件。组织特异性表达分析发现大多数BrTLPs在花中表达量较高，在茎、叶片和果荚中的表达量与根相似；绝大多数白菜TLP基因对盐胁迫都有不同程度的响应，其中BrTLP14对盐胁迫反应最强烈，暗示该基因可能在白菜响应盐胁迫过程中发挥重要作用。     

黄瓜CsGASA4基因克隆及生物信息学分析

选取霜霉病与棒孢叶斑病两种病害胁迫后,在抗病品种中上调表达、感病品种中下调表达的基因克隆。通过生物信息学分析,初步开展该基因编码蛋白理化性质分析、亲疏水性预测、亚细胞定位预测、蛋白质结构预测。结果表明,该基因编码区全长315 bp,编码104个氨基酸,编码蛋白属于GASA super-family,具有跨膜结构,存在明显信号肽。系统进化树显示与大马士革玫瑰亲缘关系最近,同源性最高。根据其编码蛋白将该基因命名为Cs GASA4,亚细胞定位于分泌系统囊泡中。研究为进一步探究该基因功能及挖掘黄瓜双抗基因奠定基础。     

大豆转录因子GmDof1.5的克隆与非生物胁迫诱导表达

Dof转录因子在植物的生长发育和非生物胁迫响应中起重要的调控作用。利用RT-PCR技术从大豆中克隆了一个功能未知的Dof转录因子基因GmDof1.5,该基因位于大豆基因组15号染色体上,ORF全长540 bp,编码含有179个氨基酸的蛋白质,相对分子质量为20.15 ku,等电点为9.82。蛋白序列预测发现,GmDof1.5蛋白含有一个典型Zf-Dof结合域,且含有大量磷酸化位点。蛋白系统进化分析表明,大豆GmDof1.5与豆科植物鸡血藤SsDof4的亲缘关系最近。实时荧光定量PCR结果显示,ABA、干旱、高盐、高温和低温胁迫均可不同程度地诱导GmDof1.5的表达,且GmDof1.5对高温胁迫的响应最为显著。     

罗布麻查尔酮合成酶基因克隆及序列分析

为了解罗布麻査尔酮合成酶基因具体结构,采用RT-PCR、RACE方法从夹竹桃科植物罗布麻中扩增出CHS基因的开放阅读框,其核苷酸序列长1 170bp,推测的氨基酸序列全长为389个氨基酸残基。核苷酸序列同源性分析结果显示,该cDNA片段与其他植物CHS基因的同源性为78%~81%,表明该基因在进化过程中变异程度较小,整个超基因家族序列高度保守。     

光核桃AmSO基因初克隆及生物信息学分析

为了初步探索光核桃（Amygdalus mira）亚硫酸盐氧化酶（Sulfite oxidase，SO）的蛋白结构与功能，以1 a生光核桃叶片cDNA为模板，采用分子克隆技术获得光核桃AmSO基因全长为1 182 bp的开放阅读框（ORF），共编码393个氨基酸，相对分子质量是43.45 ku。生物信息学分析结果显示，AmSO蛋白是一种能在细胞核内发挥生物学作用的稳定碱性亲水蛋白，二级结构由无规则卷曲、α-螺旋和延伸链构成。蛋白结构域的预测及氨基酸序列同源性比对发现，编码氨基酸序列的N端具有氧化钼结构域，常存在于氧化还原酶中，可以与钼辅因子结合；在C端具有钼钴（Mo-co）二聚体结构域，该结构域参与二聚体的结合，并且能够参与硫、氮和碳循环中的氧化还原反应，二者在进化过程中高度保守。系统进化树分析表明AmSO与碧桃PpSO亲缘性最近，进化相对保守。对光核桃AmSO蛋白进行生物信息学预测，有助于进一步系统研究光核桃 AmSO基因在生物学上的功能，为进一步了解其对非生物胁迫的响应机制奠定基础。     

胡萝卜类黄酮含量的测定及DcCHS基因家族的鉴定分析

查尔酮合成酶(chalcone synthase, CHS)是类黄酮合成过程中的第一个关键酶,具有重要的生理功能。测定胡萝卜不同发育时期、不同组织部位的类黄酮含量,并在全基因组水平上对胡萝卜CHS基因家族进行鉴定和分析。结果表明,无论在苗期还是收获期,胡萝卜叶中的类黄酮含量均极显著地高于根中的含量。叶中的类黄酮含量在不同发育时期无显著差异,而根中的类黄酮含量在不同发育时期却差异显著。胡萝卜基因组中共有12个DcCHS基因,分布于5条染色体上,氨基酸序列长度为253～398 aa,外显子1～3个。经预测,DcCHS蛋白均定位于细胞质,二级结构以α-螺旋和无规卷曲为主。DcCHS蛋白可分为ClassⅠ和ClassⅡ两类,含有10种保守基序,motif1、4、6、7为CHS蛋白N端结构域,motif2、3、8为CHS蛋白C端结构域。这些研究结果可为胡萝卜CHS基因的功能研究提供参考。     

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。     

甘蓝型油菜P5CSb和OAT基因在干旱胁迫下的表达分析

为了探明脯氨酸积累过程的分子机制,以耐旱性较强的甘蓝型油菜holiday为材料,应用酸性茚三酮染色法和RT-qPCR(实时荧光定量PCR,real-time quantitative PCR)技术分别检测在干旱胁迫0d(对照组)、1d、3d、5d、7d油菜根、茎、叶、花和青荚中脯氨酸含量以及控制其合成的关键基因P5CSb和OAT的表达量。结果表明,各器官中脯氨酸的含量和干旱胁迫时间成正比,不同器官中脯氨酸的含量存在明显的差异;P5CSb基因和OAT基因的表达量在不同器官中呈现表达特异性,P5CSb基因在青荚中随着干旱时间的增加无明显变化,在叶中逐渐上升,在其他器官中均表现为先升高后降低的趋势,OAT基因的表达量在茎中无明显变化,在叶和花中呈现先升高后降低趋势,在根和青荚中表现为上升趋势;三者对比结果显示,P5CSb基因和OAT基因共同控制脯氨酸的合成,且不同胁迫时间,2个基因所起的作用不同,其中P5CSb基因占主导地位。     

茶树己糖激酶基因CsHXK1的克隆与表达分析

己糖激酶(HXK)是植物呼吸和代谢过程中的关键酶之一,不仅催化己糖磷酸化,而且参与植物糖感应和糖信号转导过程,在植物生长发育和逆境响应中发挥重要作用。试验以茶树‘龙井长叶’为材料,克隆获得了茶树己糖激酶基因 CsHXK1的cDNA序列,其包含一个1 488 bp的开放阅读框,编码495个氨基酸,预测蛋白分子质量为53.63 ku,理论等电点为5.96。蛋白序列分析结果显示,CsHXK1含有2个保守的磷酸化激酶域、1个底物结合域和1个ATP结合域,与拟南芥、苹果等HXK1亲缘关系较近。另外, CsHXK1基因启动子区域包含多种与逆境响应和糖信号转导相关的顺式作用元件,如ABA响应元件(ABRE)、脱水响应元件(MYBCORE)及糖信号转导相关元件(SREATMSD)等。qRT-PCR分析结果显示, CsHXK1基因表达受高温、干旱、低温及盐胁迫的诱导,其可能在茶树响应多种非生物胁迫过程中发挥重要作用。     

GhCDPK4基因的克隆和功能分析

为了研究棉花中GhCDPK4基因在响应非生物胁迫中所起的作用,通过PCR的方法克隆GhCDPK4基因,利用基因重组技术,构建植物过表达载体,采用农杆菌介导的叶盘法转化模式植物烟草,分析干旱和盐胁迫处理对转基因烟草表型和生理生化指标的影响。本研究成功克隆了属于棉花CDPK家族的基因GhCDPK4,构建了植物过表达载体pCAMBIA2300-GhCDPK4。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测发现转基因烟草中GhCDPK4基因高水平表达,并且转基因烟草相比于野生型烟草表现出较强的耐旱和耐盐性,其中SOD、POD和CAT活性显著升高,而相对电导率和MDA含量降低。研究结果表明GhCDPK4基因可正向参与应答干旱和盐胁迫。     

辣椒 CaTPS8 基因克隆与表达分析

海藻糖-6-磷酸合酶（Trehalose-6-phosphate synthase, TPS）在植物非生物胁迫响应中起着重要的调控作用。以辣椒品种‘强丰101’为材料，对 CaTPS8 基因进行克隆和表达分析。结果表明，该基因CDS的完整开放阅读框为2 553 bp，编码850个氨基酸。生物信息学分析发现，CaTPS8蛋白的分子质量为96 ku，理论等电点为5.65，不稳定系数为48.09，推测为不稳定蛋白。蛋白结构预测显示CaTPS8蛋白包含Glyco_transf_20和 GT20_TPS两个保守结构域，属于亲水性蛋白，没有跨膜结构和信号肽序列。二级、三级结构预测表明该蛋白的结构主要为α-螺旋和无规则卷曲。系统进化关系分析表明， CaTPS8蛋白与马铃薯和番茄的同源性最高，其相似度分别为87.78%和86.92%，与高粱的同源序列相似度最低，为64.76%。实时荧光定量PCR分析表明， CaTPS8 基因在辣椒花中表达量最高。同时， CaTPS8 基因的表达受到低温的诱导，在处理 3 h时相对表达量最高，约为对照的25倍。此外，IAA、ABA、SA、GA₃和MeJA处理能够抑制 CaTPS8 基因的表达。研究结果为进一步阐明 CaTPS8 基因响应辣椒非生物胁迫的分子机理奠定基础。     

菊芋查尔酮合成酶基因的克隆与表达分析

为揭示菊芋(Helianthus tuberosus L.)查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS)基因的功能,以菊芋‘廊芋8号’叶片为材料,采用同源克隆和RT-PCR技术,克隆得到菊芋CHS基因命名为HtCHS,其编码区全长为1 197 bp(GenBank登录号MN124515),编码398个氨基酸。HtCHS的基因组DNA(gDNA)全长为1 567 bp,含2个外显子和1个内含子。序列比对和系统进化树分析显示,不同植物中的CHS氨基酸序列具有极高的同源性,菊芋与同属的向日葵CHS氨基酸序列一致性达到99.25%,共聚于一个分支。HtCHS蛋白相对分子质量为43.61 ku,等电点为6.33。HtCHS蛋白具有查尔酮合成酶结构域,属于查尔酮合成酶超家族成员,HtCHS不含信号肽和跨膜区,属于非分泌蛋白。实时荧光定量PCR结果显示,HtCHS在根中表达量最高。与对照相比,150 mmol·L~(-1) NaCl和20%PEG 6000处理6 h时HtCHS表达显著上调,处理12 h时显著下调。原核诱导表达分析结果显示,成功诱导出与预测蛋白大小一致的目的蛋白。     

穿心莲海藻糖-6-磷酸合酶1（ApTPS1）生物信息学与表达分析

以穿心莲（Andrographis paniculata）为材料，基于全长转录组数据，筛选和克隆穿心莲海藻糖-6-磷酸合酶1基因（命名为 ApTPS1）。生物信息学分析显示， ApTPS1基因的开放阅读框长度为2 787 bp，编码928个氨基酸，分子质量为105 178.82 u，理论等电点为6.67，为亲水蛋白，无信号肽。多重序列比对显示， ApTPS1较为保守，系统进化树分析表明该蛋白与凤梨亲缘关系最近，与拟南芥和烟草亲缘关系相对较远。利用实时荧光定量PCR分析穿心莲不同生态型、不同器官以及不同光周期条件下 ApTPS1基因的表达特性，结果表明，早花生态型穿心莲的 ApTPS1表达水平高于晚花生态型，且这种关系不受光周期的影响； ApTPS1在穿心莲的不同器官中的表达水平依次为花＞果实＞花蕾≈新叶≈老叶。以上结果说明， ApTPS1可能与穿心莲开花时间及生殖器官发育有密切关系。 ApTPS1基因的克隆及差异表达分析为穿心莲开花期调控及优良品种的选育提供了理论基础。