玉米E3泛素连接酶类基因ZmGW2-1的克隆及表达分析

提高玉米产量是玉米育种的重要目标,而籽粒大小和粒重是禾谷类作物产量的重要构成因子。本研究根据水稻中已克隆的决定籽粒产量的主效基因OsGW2（RING型E3泛素连接酶）的序列信息,利用3’-RACE和RT-PCR技术从玉米基因组中分离出其直系同源基因,并对克隆的目的基因进行序列及组织表达特异性分析。结果表明,克隆得到的玉米同源基因编码区长为1287 bp,编码428 个氨基酸残基。Blastx功能分析发现该基因编码E3泛素连接酶类蛋白,该基因的编码序列与OsGW2的编码序列相似度高达83%,将其暂时命名为ZmGW2-1,且ZmGW2-1在雌穗中高度表达,表明该基因可能参与玉米雌穗的发育调控。该基因的克隆为进一步分析其功能奠定了基础。     

水稻渗透胁迫抑制表达基因的克隆与表达分析

通过基因芯片技术,鉴定了一个PEG6000胁迫抑制表达基因。该基因编码MYB转录因子,命名为OsSRMYB1。荧光定量PCR研究结果表明,该基因的表达显著受PEG6000抑制,受氧化胁迫诱导,而低温和ABA处理下该基因的表达未发生显著变化。组织表达分析结果表明,OsSRMYB1基因在水稻不同组织中均有表达,在叶中表达量较高。在不同生长阶段的穗中,OsSRMYB1基因在发育中的穗中表达较高,在成熟穗和幼穗中表达量较低。本研究为进一步深入分析OsSRMYB1的生物学功能提供参考。     

玉米衰老相关基因在2个杂交种及其亲本中的表达分析

以玉米杂交种先玉335和郑单958及其亲本为材料,分析了叶片和子粒在授粉后不同时期衰老相关基因表达的变化规律。结果表明,2个叶绿体绿色保持基因SGR1和SGR2在杂交种先玉335和郑单958及其亲本穗三叶中的表达随着授粉后时间的延长整体上呈现上升趋势,但是先玉335的基因表达量要高于郑单958。叶片衰老诱导基因SAP1在叶片发育过程中上调表达,SAP2则表现出先增后减的趋势。以不同生长发育时期的子粒为材料,分析了子粒发育中衰老相关基因SAG1,SAG2和SAG3的表达规律。结果表明,SAG1基因的表达水平随着子粒的发育而降低,而SAG2和SAG3基因则在子粒的成熟过程中表达量呈现上升的趋势。     

转BADH基因玉米自交系的抗旱耐盐性分析

试验以T_4代转BADH基因玉米自交系(受体亲本为"丹988")为基础材料,逐年加代纯化,通过PCR检测、Southern blotting以及实时荧光定量PCR法(Quantitative real-time PCR,qRT-PCR)来验证BADH基因在T_5和T_6代株系中能否稳定的遗传及表达,同时对T_6代转化株系进行抗旱耐盐性鉴定,对T_5与T_6代转基因玉米各株系的农艺性状进行了调查分析。结果表明:外源BADH基因以单拷贝的形式整合到玉米基因组中,且BADH基因在转基因植株各组织中均有表达,其中在叶中的表达量最高,达到1.1,而在根中的表达量只有0.1;在不同株系间的表达量也不同。对T_6代阳性植株进行干旱与盐胁迫处理后,测定脯氨酸、POD活性等生理生化指标,结果表明都明显高于受体亲本;T_5与T_6代转基因株系在株高、茎粗、穗长等农艺性状上与受体亲本无差异。该试验获得了与对照受体亲本"丹988"相比抗旱耐盐性较强、且农艺性状无显著差异的转基因玉米自交系。     

玉米大斑病菌StSLT2基因结构与表达模式分析

本研究利用生物信息学技术分析玉米大斑病菌StSLT2基因的结构特征,并利用RNA-Seq技术分析了StSLT2基因在不同发育时期的表达模式。研究发现玉米大斑病菌StSLT2基因DNA全长为5 842 bp,cDNA全长为3 105 bp,包含13个外显子和12个内含子,编码1 034个氨基酸;该蛋白包含S_TKc保守结构域,在该区域内包含1个典型的MAPK蛋白激活域(TEY);对该蛋白的系统发育分析表明,玉米大斑病菌与玉米小斑病菌(Bipolaris maydis)和白菜黑斑病菌(Alternaria brassicicola)的SLT2基因之间的进化关系最近;对其表达模式分析发现,该基因在菌丝、分生孢子、芽管、附着胞、侵入钉等5个时期均有不同水平的表达,其中在分生孢子发育时期的表达量最高,在芽管形成时期表达水平最低。以上结果表明,该基因对玉米大斑病菌分生孢子的发育有重要的调控作用。该研究不仅明确了玉米大斑病菌StSLT2的结构及其表达模式,也为揭示其功能奠定了基础。     

玉米干旱诱导表达基因ZmBTF3b的克隆与表达分析

【目的】克隆玉米ZmBTF3b并研究其参与逆境反应的分子机制,为揭示玉米抗逆分子机制奠定基础。【方法】应用生物信息学方法分析ZmBTF3b启动子序列特点;应用酵母单杂交方法验证该基因编码转录因子的转录激活活性;应用实时荧光定量PCR方法分析ZmBTF3b在玉米不同组织中的表达差异及其在非生物胁迫下的表达模式。【结果】从玉米抗旱自交系CN165中克隆得到干旱诱导表达基因ZmBTF3b,该基因编码蛋白含有169个氨基酸,具有新生多肽复合体(nascent polypeptide-associated complex,NAC)保守结构域;酵母单杂交试验证明ZmBTF3b具有转录激活功能;实时荧光定量PCR结果表明,ZmBTF3b在玉米花丝、幼穗、幼胚中表达量较高。ZmBTF3b受脱水干旱胁迫和PEG模拟干旱胁迫诱导根上调表达,而受冷、NaCl、ABA和SA诱导下调表达。【结论】ZmBTF3b编码蛋白具有转录因子的基本特性,在应答逆境胁迫特别是干旱胁迫时起重要作用。     

ZmG1基因在玉米小穗发育中作用的初步探析

玉米的颖不仅是与性别决定有关的第二性征,也是特征性的小穗器官,关于它的基因调控研究还具有进化方面的意义。G1基因属于新发现的植物特有的DUF640蛋白家族,在水稻中控制护颖和分生组织的分化,但玉米中G1类蛋白尚未有所研究。文中对玉米中ZmG1进行了分子进化、启动子分析及亚细胞定位等生物信息学分析,并利用半定量RT-PCR考察了ZmG1在雌、雄穗中的表达情况,初步推测ZmG1可能主要在雌穗的发育中起作用。     

玉米ZmWRKY53-like与ZmWRKY67-like基因在非生物胁迫下的表达

为探明WRKY家族基因ZmWRKY53-like与ZmWRKY67-like在非生物胁迫下的表达情况,通过生物信息方法从玉米基因组中得到ZmWRKY53-like与ZmWRKY67-like 2个WRKY家族基因,利用荧光定量PCR技术分析其在玉米自交系B73不同组织中及在盐、干旱和低温胁迫下的表达水平。结果表明:2个基因在玉米根、茎、叶、穗、幼果和穗丝中均有表达,具有组织表达特异性,在幼果中表达量显著高于其他组织,在穗丝中表达量最低。在盐胁迫下,ZmWRKY67-like基因呈上调表达;在低温胁迫下,ZmWRKY53-like基因呈上调表达;在干旱胁迫下,2个基因都呈下调表达模式。ZmWRKY67-like基因参与了植物对盐和干旱胁迫的响应,ZmWRKY53-like参与了植物对干旱和低温胁迫的响应。     

玉米逆境响应转录因子ZmGBF1的克隆及表达分析

从玉米中克隆了ZmGBF1基因,该基因长1 134 bp,编码377个氨基酸。进化树分析表明,玉米ZmGBF1与小麦TaGBF1、TuGBF3和高粱SbCPRF1亲缘关系最近。实时荧光定量PCR分析表明,ZmGBF1在玉米胚芽鞘中表达量最高,叶片次之,根中表达量最低;ZmGBF1基因表达受到盐、干旱、高温、低温、脱落酸和水杨酸诱导,且在干旱和高温条件下ZmGBF1的表达量与对照相比呈显著差异,暗示ZmGBF1可能参与玉米对干旱和高温的响应过程。     

玉米大斑病菌丝氨酸蛋白酶基因StSp8的克隆、原核表达及其表达模式分析

为了探究玉米大斑病菌丝氨酸蛋白酶基因StSp8的结构特征及其功能，本研究以玉米大斑病菌野生型菌株01-23的cDNA为模版，克隆该基因CDS序列并进行生物信息学分析；构建原核表达载体pET30a-StSp8，在大肠杆菌BL21(DE3)中以IPTG诱导表达目的基因，通过SDS-PAGE技术检测目的蛋白的表达情况；利用qRT-PCR技术检测StSp8基因在不同发育时期和侵染时期的表达量变化。结果表明，丝氨酸蛋白酶StSp8的CDS序列由1602个核苷酸组成，编码533个氨基酸；其编码蛋白包含信号肽结构域、Inhibitor-I9结构域和Peptidase-S8结构域；SDS-PAGE结果显示该蛋白大小为57.18kD；表达模式分析发现，该基因在病菌发育的菌丝、分生孢子、芽管、附着胞和侵入钉5个典型的发育时期均有表达，其中芽管时期表达量显著升高；StSp8基因在侵染玉米24 h的表达量最高，72 h表达量下降。该研究不仅明确了StSp8基因的结构特征及在病菌生长发育及侵染寄主过程中的表达模式，也为深入揭示其功能奠定了基础。     

玉米ZmREM基因的克隆与逆境胁迫后表达分析

B3超家族基因是植物中特有的一类转录因子,参与植物生长发育、形态建成及抗逆境胁迫等过程。从玉米黄早4中获得一个含有2个B3-DNA结合域的基因,为B3超家族基因,命名为ZmREM。该基因全长1 047 bp,编码含有349个氨基酸的蛋白。Blast比对结果表明,ZmREM和谷子含有B3结构域蛋白、高粱的假定蛋白相似性分别为81%和84%。ZmREM基因是组成型表达,在根中表达量最高。同时ZmREM基因的转录水平可以为干旱、盐、冷和热所诱导。因此,ZmREM可能参与玉米多种非生物胁迫应答途径。     

玉米γ-生育酚甲基转移酶基因的克隆与分析

[目的]对玉米γ-生育酚甲基转移酶（γ-TMT）基因进行克隆和分析研究。[方法]通过RT-PCR扩增得到玉米γ-TMT基因的cDNA序列,同时对序列进行同源性分析、氨基酸序列比对和系统进化分析。[结果]玉米γ-TMT基因cDNA全长1 310 bp,包含一个长为1 059bp的完整开放读码框,推导的氨基酸序列与小麦和水稻等高等植物的γ-TMT基因同源性较高,序列一致率为69%～87%;与低等生物褐藻的序列同源性较低,一致率只有56%。系统进化分析表明不同来源的γ-TMT基因可聚为3类。[结论]为进一步研究γ-TMT基因的功能奠定了基础。     

玉米ZmPTF1基因克隆和过表达分析

PTF是一类具有bHLH结构域的转录因子,在低磷胁迫应答中调节一系列下游磷胁迫基因的表达.根据拟南芥和水稻中的序列信息,通过RACE的方法获得ZmPTF1的全长cDNA序列.序列分析表明该1709bp的cDNA片段含有1446bp的完整开放读码框,编码481个氨基酸的多肽链,含有一个bHLH结构域,与已报道的OsPTF1在氨基酸水平上有65%的相似性.构建了pCAMBIA1300-Pubi-ZmPTF1-Tnos-als质粒转化玉米,得到过表达的转基因后代.对低磷营养液浇灌下的T2代植株分析表明:过表达ZmPTF1促进了植株根系的发育,提高了植株对低磷环境的耐受性.     

小麦生育酚环化酶基因全长cDNA的克隆与分析

生育酚环化酶(TC)是维生素E生物合成途径中的关键酶。通过RACE-PCR得到了小麦生育酚环化酶基因的cDNA序列,该基因的cDNA全长1 769bp,包含一个长为1 404bp的完整开放读码框,推导的氨基酸序列与水稻、玉米、芝麻、马铃薯、拟南芥的生育酚环化酶基因的一致率分别为91%、88%、71%、68%、67%。系统进化分析结果表明,不同植物来源的生育酚环化酶基因聚为3类。     

玉米亚硫酸氧化酶基因ZmSO的克隆及在二氧化硫胁迫下的表达分析

 【目的】克隆玉米中的亚硫酸氧化酶（Sulfite Oxidase,SO）基因,明确其在SO2胁迫下的表达,为今后利用SO进行玉米抗环境污染（SO2、酸雨等）的遗传改良奠定基础。【方法】采用RT-PCR结合RACE技术克隆SO基因,并利用半定量RT-PCR技术分析其在SO2胁迫下的表达。【结果】从玉米自交系Q9中分离到SO基因的全长cDNA 序列（GenBank登录号：FJ436404）,命名为ZmSO。该基因的开放阅读框为1 194 bp,编码397个氨基酸。序列比对及结构预测分析表明,ZmSO编码的氨基酸序列与拟南芥、番茄、水稻中的氨基酸序列的相似性分别达到72%、74%和89%,且包含1个钼辅因子结合域、1个自身二聚化的结构域和1个过氧化物体靶信号序列。半定量RT-PCR分析显示,高浓度SO2胁迫后,在高抗系中ZmSO表达水平显著增高,而在高感系中无显著变化。【结论】分离获得的ZmSO与其它植物物种的SO具有较高的同源性,在高抗系中表达受SO2胁迫诱导增强,可能参与抗性系对SO2胁迫的响应和抗性反应过程。     

ZmNAP基因对玉米抗衰老及产量性状的调控效应

为了探索ZmNAP基因在调控玉米抗衰老及产量性状等方面的作用,根据已知的ZmNAP基因cDNA序列构建玉米Ubi启动子控制下的ZmNAP的RNA干扰载体pTCK303ihpZmNAP,并通过农杆菌介导的方法对ZmNAP基因进行遗传转化。结果表明:ZmNAP转基因玉米植株在叶片滞绿、籽粒千粒重等方面较野生型植株(WT)有明显优势,转基因植株比野生型植株千粒重提高15%～30%。ZmNAP基因在玉米育种中具有重要的应用价值。     

蒺藜苜蓿低温胁迫响应基因MtbHLH-1的克隆及功能分析

【目的】克隆蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）低温胁迫响应基因MtbHLH-1,并对其进行序列特征分析,研究MtbHLH-1对牧草蒺藜苜蓿耐低温能力的影响。【方法】利用RT-PCR技术获得蒺藜苜蓿MtbHLH-1全长的cDNA序列。对该序列进行生物信息学分析,采用半定量RT-PCR研究MtbHLH-1的低温（4℃）表达模式。【结果】测序结果显示,cDNA片段全长778 bp,包含一个741 bp完整的开放阅读框,编码246个氨基酸残基,命名为MtbHLH-1,GenBank登录号为JN800447。氨基酸BLAST分析表明,MtbHLH-1氨基酸序列与已报道的其它植物（大豆、拟南芥、烟草、小麦和玉米等）bHLH氨基酸序列具有45%-73%相似性。半定量RT-PCR研究表明,MtbHLH-1在低温胁迫条件下上调表达。【结论】从蒺藜苜蓿中克隆了低温胁迫碱性/螺旋-环-螺旋转录因子MtbHLH-1,半定量分析表明其在蒺藜苜蓿抗冷过程中起作用。     

擎天凤梨GAPDH基因的克隆及序列分析

管家基因GAPDH(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase)常被用作定量、半定量PCR试验的内参,以确定目标基因的相对表达量。基于前期从全长cDNA文库中获得GAPDH基因的EST单克隆,进行Primer Walking测序,获得一个GAPDH的全长cDNA序列,序列长1 790 bp,编码421个蛋白氨基酸,命名为GoGAPDH1。采用Blast,ExPASy,ProtParam,SPOMA,Find Conserved Domains(NCBI),ClustalX, MEGA等生物信息学软件对cDNA 序列、氨基酸序列、保守区、亲缘关系等特征进行分析。结果表明,GoGAPDH1与玉米的细胞质GAPDH基因源性最高,为82%。初步推断GoGAPDH1可能是一个胞质型GAPDH。     

甘蔗B家族蔗糖磷酸合成酶基因SotSPSB的克隆及原核表达

【目的】克隆甘蔗B家族s0心PsB基因并进行原核表达,为进一步研究甘蔗SPS酶学特性及SPS活性调控机制奠定基础。【方法】在进化分析的基础上,通过同源克隆获得甘蔗SofSPSB基因部分序列,再结合RACE技术获得全长cDNA序列。扩增SofSPSB基因ORF并连到原核表达载体pETBlue－2上导入大肠杆菌BL21（DE3）中表达。【结果】通过比对B家族中进化关系很近的玉米（Zeamays）ZmSPS1和水稻（Oryzasativa）OsSPS1基因序列,并在保守区设计一对引物扩增获得甘蔗B家族SPS基因（SolSPSB）2330bp序列。结合5’－RACE和3’－RACE技术获得3481 bp SofSPSB基因全长cDNA序列,该序列包含一个3225bp的开放阅读框（0I江）;起始密码子（ATG）位于转录起始位点后56bp处,终止密码子（TGA）后有一段201bp的非编码序列,并带有真核生物典型的polyA尾巴;编码1074个氨基酸,SofSPSB与Zm—SPS1、OsSPS1的核苷酸序列同源性分别为94．7％和81．3％,氨基酸序列同源性分别为96．0％和83．9％;其理论分子量Mw=118．96kDa,等电点pI=6．30。经原核表达后纯化获得带6xHis标签的融合蛋白。【结论】克隆获得甘蔗B家族Sol-SPSB基因全长cDNA序列,成功构建了SoPSPSB基因原核表达载体,使其在大肠杆菌BL21（DE3）中表达。     

玉米受伤诱导基因Wip1的启动子克隆及表达分析

【目的】植物蛋白酶抑制剂是抵抗动物摄食和病原侵染的重要防御蛋白。玉米Wip1(wound-induced protein)基因属于Bowman-Birk蛋白酶抑制剂(BBI)家族,了解Wip1(wound-induced protein)的启动子活性和Wip1组织表达特性、受胁迫诱导表达情况和在不同受伤时间下的表达模式,为抗虫基因在植物中应用提供新信息。【方法】以玉米叶片组织的cDNA为模板,采用克隆测序技术获得Wip1启动子序列和该基因的cDNA序列。将所得启动子与植物表达载体p1300连接,构建重组表达载体p1300-Wip1-GUS,并采用冻融法将其转入农杆菌LBA4404中。利用农杆菌介导的瞬时表达体系在玉米愈伤组织中对Wip1启动子的表达活性进行分析。利用热酚法提取玉米相应组织的总RNA,纯化后于含甲醛的变性胶中电泳分离,并将RNA转移到尼龙膜上,用[α-32P]dCTP标记探针的Northern blot技术对Wip1在玉米不同组织、不同胁迫条件、不同受伤时间下的表达模式进行分析。【结果】获得的启动子序列全长1 737 bp,cDNA全长512 bp。将含有重组质粒p1300-Wip1-GUS的农杆菌侵染玉米愈伤组织,3 d后,GUS染色显示侵染部位变蓝,说明所克隆的启动子在玉米愈伤中能启动GUS正常表达。基于Northern blot技术的植物组织表达结果显示,正常情况下,Wip1仅在胚芽鞘中有一定的表达,在受伤后的胚芽鞘、根、茎、叶、雌穗、雄穗、花丝及苞叶中均大量表达;在所设置的胁迫处理时间(2 h)内,Wip1不受缺氧、低温、脱水、PEG、ABA、NaCL和IAA胁迫诱导,仅受伤害胁迫诱导表达;Wip1在玉米叶片受伤胁迫下,玉米叶片受伤2 h时,检测到了Wip1表达,4—24 h时表达量迅速提高且处于持续增加趋势。【结论】玉米Wip1特异地受机械伤害诱导表达;Wip1启动子是一种有效的伤害诱导特异性启动子。