木薯MePP2CAa基因克隆、表达及蛋白互作分析

为探究2C型蛋白磷酸酶（protein phosphatase 2C， PP2C）在木薯响应非生物胁迫过程中的作用，利用木薯Arg7叶片cDNA扩增MePP2CAa基因，分析该基因序列、启动子活性、不同逆境和激素处理下的表达模式以及与ABA受体PYLs之间的互作关系。序列分析结果显示，MePP2CAa基因全长1 311 bp，编码436个氨基酸，具有PP2C家族的结构域特征，与橡胶树和麻风树的PP2C序列同源性最高，分别为78.95%和74.09%，在C端保守；qRT-PCR分析结果显示，MePP2CAa基因在木薯储藏根中的表达显著高于茎、叶中的表达量；不同逆境和激素处理结果显示，甘露醇、NaCl、ABA、MeJA、低温和SA处理可以显著诱导MePP2CAa基因的表达；MePP2CAa基因启动子序列分析显示，启动子包含ABA应答元件（abscisic acid responsive element，ABRE）、MeJA响应元件、干旱诱导元件等；酵母双杂交结果显示MePP2CAa能够与MePYL1互作。以上结果表明，MePP2CAa基因可能响应木薯的非生物胁迫。     

青杄类伸展蛋白基因PwELP1的克隆及表达分析

【目的】克隆青杄类伸展蛋白(extensin-like proteins,ELPs)基因PwELP1并分析该基因的表达特性,为研究ELP基因家族的功能奠定基础。【方法】以青杄cDNA文库为模板,用RACE-PCR方法克隆青杄类伸展蛋白编码基因PwELP1的cDNA全长,利用DNAMAN确定PwELP1的编码框及蛋白氨基酸的翻译,运用clustalx软件与Espript工具进行多序列比对,利用MEGA 5软件的邻位相连法构建系统树,并对编码蛋白进行生物信息学分析;利用RT-qPCR检测PwELP1基因在青杄不同组织中表达的特异性、花粉和种子不同萌发时期及幼苗受到不同逆境处理时的表达差异,分析该基因的组织发育及逆境响应表达特点。【结果】PwELP1基因全长832bp,其编码一个由159个氨基酸组成的蛋白,该蛋白的N端与C端均有比较保守的结构域;此蛋白二级结构由1个α-螺旋、5个β-折叠与3个β-转角结构构成,对其三级结构的预测印证了这一结果,同时发现该蛋白中还存在部分无规则卷曲。其分子质量为17.03ku,理论等电点为5.81。PwELP1在青杄花粉中的表达量较高,且在花粉萌发后期(30~36h)以及种子萌发初期(第2天)表达量高;PwELP1的表达不同程度地受低温、高温、茉莉酸甲酯(MeJA)、H_2O_2、脱水以及脱落酸(ABA)等非生物逆境胁迫处理的诱导,尤其是H_2O_2、高温和ABA,处理初期表达量就显著升高。【结论】PwELP1在青杄花粉和种子萌发过程中可能发挥重要功能,并可参与青杄对非生物逆境胁迫的响应过程。     

玉米HD-Zip转录因子基因ZmHOX32的克隆及功能探究

同源异型域-亮氨酸拉链蛋白(HD-Zip)可通过与其他蛋白质互作参与激素信号传导途径,进而调控植物对逆境胁迫的应答和生长发育等过程。为验证及探究HD-Zip蛋白对干旱胁迫和ABA诱导的响应模式,从玉米抗旱自选系郑D58M中克隆了1个HD-Zip转录因子基因,暂时命名为ZmHOX32。ZmHOX32蛋白包含856个氨基酸,属于亲水性蛋白质,定位于细胞核内。进化树和保守基序分析发现,ZmHOX32蛋白序列与谷子、胡桃木的同源蛋白序列高度相似且保守基序完全一致。ZmHOX32基因启动子序列含有响应激素、非生物胁迫及光刺激的结合元件。qRT-PCR结果显示,ZmHOX32基因属于组成型表达基因,在营养分生组织中高表达,且受干旱胁迫和外源ABA的正向诱导,表明ZmHOX32基因参与干旱胁迫和ABA信号传导途径。     

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。     

青杄CYP1基因的克隆与表达

以青杄(Picea wilsonii)的c DNA文库为模板,根据青杄基因Pw CYP1的EST序列设计引物,通过RACE-PCR方法获取Pw CYP1的全长c DNA序列。生物信息学分析表明:Pw CYP1全长c DNA为962 bp,编码框为516 bp组成,编码一个171氨基酸的多肽,Protparam工具预测蛋白的分子量约为17.98 k Da,理论等点为8.34。组织特异性试验表明,Pw CYP1在青杄花粉中的表达量最高,种子中最少。花粉萌发试验显示,Pw CYP1在青杄花粉萌发中表达量先下降,在后期表达量重新上调。在青杄种子萌发试验中,Pw CYP1表达量先下降,在第4天达到最低值后表达量被上调。同时,Pw CYP1受脱落酸(abscisic acid,ABA)、茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,Me JA)、赤霉素(Gibberellin,GA)、干旱和盐胁迫的诱导且表达量上调,这些结果显示Pw CYP1参与了发育及多种逆境胁迫和对激素的响应过程。     

青杄PwVQ1基因的克隆与表达

以青杄cDNA为模板克隆得到青杄VQ基因,命名为PwVQ1。序列分析表明,PwVQ1基因的开放阅读框为819 bp,编码272个氨基酸。生物信息学分析发现,PwVQ1编码的蛋白理论分子量为69.05 k Da,PI值为5.03,为非跨膜的亲水性蛋白。PwVQ1具有VQ家族典型的Fxxx VQx LTG结构域。实时荧光定量PCR分析结果表明,PwVQ1在青杄的根、茎、叶、花粉、果实、种子中都有表达,在根和叶中表达量十分显著;PwVQ1在不同逆境处理下均有响应。4℃冷胁迫下,PwVQ1的表达量在3 h时先下调,在6 h时明显上调,达到8倍左右,在12 h时表达量再次下调。42℃高温胁迫下,PwVQ1的表达量下调。在盐胁迫下,干旱胁迫和ABA处理下,PwVQ1的表达量均上调。推测PwVQ1参与干旱、ABA、高温、低温、盐胁迫等非生物胁迫的响应。     

苹果磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶基因（PEPCKs）的克隆与表达分析

【目的】克隆苹果（Malus×domestica Borkh.）多个代谢途径中的关键酶磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶（phosphoenolpyruvate carboxykinase,PEPCK）基因MdPCKs,研究其在不同组织器官及不同胁迫处理条件下的表达特性,为解析该基因在多个代谢途径中的功能奠定基础。【方法】利用同源比对和RT-PCR技术,克隆获得MdPCK1和MdPCK2全长cDNA序列并进行生物信息学分析;克隆MdPCKs的启动子序列,利用PlantCARE软件在线分析启动子上的顺式作用元件;采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测MdPCKs在不同组织中的表达以及在水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）、脱落酸（ABA）、模拟干旱（PEG）、高温（40℃）和低温（8℃）处理条件下的表达特性。【结果】获得2个苹果磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶基因（MdPCK1和MdPCK2;GenBank登录号分别为KT454964和KT454965）,其开放阅读框（open reading frame,ORF）分别为2 001 bp和2 028 bp,分别编码666和675个氨基酸残基;基因结构和进化分析表明,MdPCK1和MdPCK2均由12个外显子组成,且序列结构进化高度保守;氨基酸序列和结构分析显示,二者均含有保守的PEPCK ATP domain区域;启动子分析显示,MdPCK1和MdPCK2启动子区域含有多个顺式作用元件,包括光响应元件、昼夜节律相关顺式作用元件、JA响应元件、SA响应元件、ABA响应元件、防御及逆境响应元件、低温响应元件和热激响应元件等;qRT-PCR结果显示,MdPCKs在被检测的组织中均有表达。在‘泰山嘎啦’苹果果实不同发育阶段,MdPCK1和MdPCK2具有相似的表达模式。在多种非生物胁迫处理下,MdPCK1受到100 μmol·L^-1 ABA和100 g·L^-1 PEG胁迫诱导;MdPCK2受到150 μmol·L^-1 SA、100 μmol·L^-1 ABA、100 g·L^-1 PEG和低温胁迫诱导。【结论】MdPCK1和MdPCK2属于植物PEPCK家族,非生物逆境胁迫可诱导MdPCK1和MdPCK2表达。     

高羊茅FaHsfC1b启动子克隆及外源激素处理下FaHsfC1b的表达分析

从高羊茅品种凌志中克隆得到FaHsfC1b启动子序列1 657 bp。通过生物信息学分析软件对其顺式作用元件进行了初步分析,结果显示启动子序列中不仅包含启动子必备的核心元件:多个TATA-box以及多个CAAT-box,还包含多种防御胁迫元件(冷、盐、干旱、病虫害相关元件)、激素响应元件、光信号元件、组织特异性元件、特殊物质响应元件等。根据启动子中激素响应元件,使用外源激素ABA(100μmol/L)、GA(90 mg/L)、IAA(60 mg/L)、SA(0.5 mmol/L)、ZT(0.5 mg/L)处理高羊茅,在24 h内FaHsfC1b表达量都有上调。推测该启动子序列调控FaHsfC1b表达并通过激素介导对高羊茅抗逆性产生影响。     

白桦BpTCP2基因的克隆及表达特性分析

目的通过克隆白桦BpTCP2基因,分析其序列特征,并检测该基因在不同组织部位、激素处理及非生物胁迫下的基因表达特性,为揭示BpTCP2在植物生长发育及逆境应答中的作用提供理论依据。方法通过PCR技术克隆BpTCP2基因的全长,并对得到的cDNA序列进行生物信息学分析;采用实时荧光定量PCR技术分析该基因的组织表达特性,以及在外源植物激素（ABA、IAA、BR、JA、SA）处理和非生物胁迫（CdCl₂、NaCl、NaHCO₃、PEG）下的响应模式。结果成功克隆了BpTCP2基因的cDNA序列;生物信息学分析发现BpTCP2含有高度保守的bHLH结构域,属于PCF亚类。qRT-PCR结果显示,BpTCP2基因在木质部、幼嫩的叶片和茎节中表达量较高;在CdCl₂、NaCl、NaHCO₃处理下,该基因持续上调表达;且5种外源激素均能诱导该基因表达。结论BpTCP2基因参与白桦木质部的形成,影响叶片及初期茎节的发育,并能在各激素、重金属、盐、碱的诱导下表达。      

苹果抗性相关的谷胱甘肽转移酶基因MdGSTU1的生物信息学和表达分析

【目的】克隆苹果（Malus domestica Borkh.）中抗苹果轮纹病相关的编码谷胱甘肽转移酶基因MdGSTU1,研究其在不同组织器官及不同逆境处理条件下的表达特性,为解析该基因的抗逆功能奠定基础。【方法】基于抗轮纹病相关的EST序列,通过在NCBI进行比对,得到一个谷胱甘肽转移酶（GST）基因相关的EST片段;然后在苹果基因组数据库中进行比对,获得该GST的编码框序列（coding sequence,CDS）,同时,设计RACE引物,克隆该基因的UTR序列;利用MEGA5.0软件对该GST蛋白与拟南芥GST家族蛋白成员进行系统进化树分析,使用DNAMAN软件对该蛋白的分子量、等电点等进行预测,并对其氨基酸序列进行分析;采用荧光定量PCR检测该基因在不同组织中的表达以及该基因在盐、模拟干旱和苹果斑点落叶病原菌处理条件下的表达特性;克隆该基因的启动子,利用PlantCARE软件在线分析该基因启动子上的顺式作用元件。【结果】进化树分析显示该GST与拟南芥中GST家族的U亚家族成员亲缘关系最近,故被命名为MdGSTU1;MdGSTU1的CDS为666 bp,编码221个氨基酸残基,其蛋白分子量为25.41 kDa,等电点为5.28;RACE结果显示该基因3'UTR区域为135 bp;蛋白序列及结构分析显示,其与拟南芥GST家族蛋白相同,该蛋白也包含保守的谷胱甘肽-S-转移酶的N端及C端结构域;PCR结果显示,MdGSTU1在根、茎、叶、花、果各组织中均有表达,但根中的表达水平最高,同时,该基因能够被150 mmol·L^-1 NaCl和20%的PEG诱导表达,均在1 h时表达量达到最高值;另外,苹果斑点落叶病原菌也能诱导MdGSTU1的表达,表达量在病菌处理8 h时达到最大;启动子分析显示MdGSTU1启动子区域含有多个抗性相关的作用元件,其中包括ABA响应元件、厌氧响应元件、GA响应元件、SA响应元件、JA响应元件以及防御和逆境响应元件;此外,该启动子上还包含多个MYB转录因子结合位点。【结论】MdGSTU1属于植物tau亚家族（GSTU）成员,生物及非生物逆境胁迫均可诱导该基因的表达。     

桂花OfPSY、OfPDS和OfHYB基因启动子克隆及表达特性分析

  目的  探究高温和外源脱落酸对桂花Osmanthus fragrans类胡萝卜素生物合成的3个相关基因,包括八氢番茄红素合成酶基因(PSY)、八氢番茄红素脱氢酶基因(PDS)、β-胡萝卜素羟化酶基因(HYB)的调控作用,为阐释桂花类胡萝卜素代谢调控的机制提供研究基础。  方法  根据桂花基因组数据库的序列,从桂花品种‘堰虹桂’‘Yanhong Gui’中克隆OfPSY、OfPDS、OfHYB基因的启动子序列,并进行生物信息学分析,再构建PCAMBIA3301-LUC载体在烟草Nicotiana benthamiana中瞬时表达,结合高温(37 ℃)和200 mg·L?1脱落酸处理,分析启动子活性。  结果  获得OfPSY、OfPDS、OfHYB基因的部分启动子,其长度分别为1 908、1 521及1 830 bp。作用元件分析表明:3个启动子中均存在TATA-box和CAAT-box等启动子基本元件、光响应元件、脱落酸响应元件以及MYB和MYC结合位点。此外,在OfPSY启动子中,存在赤霉素响应元件;在OfPDS启动子中,存在茉莉酸甲酯响应元件、赤霉素响应元件、厌氧诱导型元件参与防御和胁迫的元件;在OfHYB启动子中,存在生长素、乙烯、茉莉酸甲酯等激素响应元件、低温响应元件和厌氧诱导型元件。烟草瞬时转化试验表明:相对高温能激活OfPSY、OfPDS和OfHYB的启动子活性,脱落酸能激活OfPDS和OfHYB的启动子活性。  结论  高温和脱落酸可能通过调控桂花类胡萝卜素合成基因启动子活性,影响桂花类胡萝卜素的积累。图4表5参28     

水曲柳FmPIF基因家族克隆及表达模式分析

[目的]探究水曲柳光敏色素互作因子(FmPIFs)在激素调控与非生物胁迫应答过程中的重要作用,为揭示水曲柳抗逆分子机制和制定林木遗传育种策略提供理论依据.[方法]在水曲柳中克隆FmPIFs基因,并对其基因结构、蛋白质理化性质、保守基序、系统进化关系等进行生物信息学分析.采用qRT-PCR方法分析水曲柳中FmPIFs基因...     

小麦蒜氨酸酶基因TaAly1的克隆及表达特征分析

【目的】克隆小麦蒜氨酸酶基因CDs区,并对其进行序列特征分析和实时定量表达检测。【方法】采用电子延伸结合RT-PCR方法,从小麦叶片分离出蒜氨酸酶基因,网络资源分析其序列特征,实时定量PCR技术检测其在不同条件下的表达情况。【结果】克隆到1个小麦蒜氨酸酶基因TaAly1,其开放阅读框全长1 023 bp,编码340个氨基酸,与水稻和玉米蒜氨酸酶基因的同源性为70%,其基因组DNA序列含有3个内含子;TaAly1在小麦幼苗根部几乎不表达,在叶部表达量最高,其次是茎部;植物激素GA、MeJA、SA处理及条锈菌接种和干旱、低温处理,均能诱导该基因的表达量迅速增加。【结论】成功克隆了小麦TaAly1基因的CDs区,该基因可能通过依赖GA、MeJA和SA的信号通路参与小麦与条锈病的互作。     

3个毛白杨病程相关蛋白基因的克隆及表达

运用电子克隆及RT-PCR技术,以水杨酸（SA）和茉莉酸甲酯（MeJA）诱导下的毛白杨（Populus to-mentosa Carr.）叶片总RNA为模板,分离获得3个病程相关蛋白基因,分别命名为PtPR-1、PtPR-5与PtPR-10。生物信息学分析后发现,这3个基因所编码的蛋白PtPR-1、PtPR-5和PtPR-10分别具有SCP、THN和Bet_v1保守结构域,其中PtPR-1和PtPR-5均包含一段25 bp的信号肽,成熟蛋白序列与其他物种相比同源性较高;而PtPR-10无信号肽,蛋白序列与其他物种相比差异性较大,其基因组序列还存在一段91 bp的内含子。另外,实时荧光定量PCR技术分析结果表明,SA和MeJA处理后,PtPR-1与PtPR-10表达模式和转录水平均有较大差异,而Pt-PR-5的表达则未见显著变化,由此可推测,PtPR-1可能受SA和JA双重诱导,而PtPR-10可能只受SA诱导表达,在SA和JA两种信号通路的互作下,表现出不同的诱导表达模式。     

一个烟草糖基转移酶启动子在转基因烟草植株中的表达分析（摘要）

[目的]研究从烟草中克隆的1个受水杨酸和茉莉酸甲酯诱导表达的新的糖基转移酶基因（sm-Ngt）启动子部分缺失片段在烟草中的表达。[方法]以转sm-Ngt5个不同长度的5’端缺失的启动子与Gus基因融合植物表达载体的T1代转基因植株为材料,用茉莉酸甲酯（MeJA）和水杨酸（SA）处理16h后分别进行GUS组织化学染色和荧光定量法测定GUS酶活性,分析水杨酸和茉莉酸甲酯对sm-Ngt5个不同长度的5’端缺失的启动子表达的影响。[结果]在5个不同缺失片段启动子的转基因T1代生长30d的植株中,转-220～0bp片段的GUS染色最少,转-524～0bp及-468～0bp片段的染色最深。在没有MeJA和SA诱导处理时,-524～0bp和-468～0bp2个启动子片段启动的GUS活性最高,远高于-1150～0、-800～0、-220～0bp片段的活性,并且不是由于基因拷贝数而引起的（Southern杂交结果）;-800～0bp启动子片段启动的GUS活性受到MeJA和SA双重诱导,-1150～0bp启动子片段启动的GUS活性受到MeJA的诱导。[结论]在sm-Ngt启动子的-524～-220bp存在提高启动子活性调控元件,-1150～-524bp存在抑制启动子活性的序列,并且存在MeJA和SA双重诱导启动子活性调控元件。     

一个烟草糖基转移酶启动子在转基因烟草植株中的表达分析

[目的]研究从烟草中克隆的1个受水杨酸和茉莉酸甲酯诱导表达的新糖基转移酶基因（sm-Ngt）启动子部分缺失片段在烟草中的表达。[方法]以转sm-Ngt5个不同长度的5’端缺失的启动子与Gus基因融合植物表达载体的T1代转基因植株为材料,用茉莉酸甲酯（MeJA）和水杨酸（SA）处理16 h后分别进行GUS组织化学染色和荧光定量法测定GUS酶活性,分析水杨酸和茉莉酸甲酯对sm-Ngt5个不同长度的5’端缺失的启动子表达的影响。[结果]在5个不同缺失片段启动子的转基因T1代生长30 d的植株中,转-220～0 bp片段的GUS染色最少,转-524～0 bp及-468～0 bp片段的染色最深。在没有MeJA和SA诱导处理时,-524～0 bp和-468～0 bp 2个启动子片段启动的GUS活性最高,远高于-1 150～0、-800～0、-220～0 bp片段的活性,并且不是由于基因拷贝数而引起的（South-ern杂交结果）;-800～0 bp启动子片段启动的GUS活性受到MeJA和SA双重诱导,-1 150～0 bp启动子片段启动的GUS活性受到MeJA的诱导。[结论]在sm-Ngt启动子的-524～-220 bp存在提高启动子活性调控元件,-1 150～-524 bp存在抑制启动子活性的序列,并且存在MeJA和SA双重诱导启动子活性调控元件。     

水稻C端结合蛋白家族基因OsCtBP-A的克隆及表达分析

利用5′-RACE方法克隆了在水稻与白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae,简称Xoo)互作过程中下调表达的水稻C端结合蛋白家族基因OsCtBP-A的全长序列。通过生物信息学方法分析了该基因及编码蛋白质的结构特征,OsCtBP-A由424氨基酸组成,N端具有2-Hacid_dh_C保守结构域,C端具有植物CtBPs家族特有的NLS和PEST基序,氨基酸序列与拟南芥和牵牛花CtBPs同源物的同源性为63%;基因启动子区推测具有ABA和SA应答调控元件。OsCtBP-A基因对不同信号分子应答的RTQ-PCR分析表明,水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、乙烯(ETH)和脱落酸(ABA)处理水稻后均能诱导该基因的转录表达,但诱导能力有所差异,其中ABA诱导活性最强。     

巨桉EgrCIN1响应非生物逆境的分析

  目的  对巨桉Eucalyptus grandis中特有的低温响应基因EgrCIN1 (Eucgr.B02882)序列及其表达特征进行分析,并探索其在植物低温响应中发挥的功能,以丰富桉树抗寒基因资源。  方法  利用生物信息学手段分析EgrCIN1基因、蛋白序列的特征和启动子上的顺式作用元件信息;采用实时荧光定量PCR (RT-qPCR)技术分析EgrCIN1在巨桉不同组织及4 ℃不同时间、干旱、300 mmol·L?1氯化钠(NaCl)、100 μmol·L?1脱落酸(ABA)和100 μmol·L?1茉莉酸甲酯(MeJA)处理下植株叶片中的表达特征;通过EgrCIN1::GFP载体瞬时转化烟草Nicotiana tabacum进行亚细胞定位;并构建CaMV35S启动子驱动的过表达载体异源转化拟南芥Arabidopsis thaliana,获得3个转基因纯合株系后,对其进行?6 ℃低温、0.5 μmol·L?1ABA等逆境处理,分析EgrCIN1在低温胁迫响应中发挥的功能。  结果  EgrCIN1是巨桉中特有的基因,不含内含子,没有跨膜结构,启动子含有多个与逆境响应相关的顺式作用元件。该基因在茎和叶片中都有表达,而在根中不表达;在叶片中其表达受低温处理强烈诱导;同时,干旱、高盐和ABA等非生物逆境因子也能诱导叶片中EgrCIN1的表达,其编码蛋白被定位在叶绿体中。拟南芥中EgrCIN1过表达转基因株系对低温耐受性提高,对外源ABA敏感程度增强。  结论  EgrCIN1是在叶绿体表达,并可能通过ABA依赖途径参与植物低温胁迫响应,提高植物对低温的抗性。图8表2参27