白桦BpSPL8启动子的克隆及异源过表达BpSPL8对拟南芥耐旱性的影响

目的目前对植物SPL8的基因功能研究主要集中在开花和育性方面,而其在干旱胁迫响应中的作用却鲜有报道。本文克隆、分析了白桦BpSPL8启动子,并研究了BpSPL8基因在拟南芥中响应干旱胁迫的功能。方法通过PCR克隆技术得到了白桦BpSPL8启动子;利用PLACE和PlantCARE软件对BpSPL8启动子顺式作用元件进行了预测。构建了BpSPL8启动子驱动GUS（β-葡萄糖苷酸酶编码基因）的植物表达载体,并采用浸花法将其转化至拟南芥中;继而利用GUS染色分析了BpSPL8启动子的组织表达模式;同时对BpSPL8在PEG处理下的表达水平进行了qRT-PCR分析。最后,以过表达BpSPL8拟南芥为材料来探究BpSPL8在干旱胁迫下的生物学功能。结果启动子元件分析显示,BpSPL8启动子中含有组织特异表达、光响应、激素响应及多个胁迫响应元件。GUS染色结果表明,BpSPL8启动子可在拟南芥的下胚轴、叶片、叶柄、根和花序中启动GUS基因表达。BpSPL8基因在PEG处理下的野生型白桦的根和叶片中均呈现先上调后下调的表达趋势。干旱胁迫下,过表达BpSPL8拟南芥的存活率和脯氨酸含量均显著低于野生型,丙二醛含量显著高于野生型;两个已知的抗逆基因DR29B和P5CS1在干旱处理后的野生型和转基因拟南芥中均上调表达;但在转基因拟南芥中呈现出延迟上调的表达模式。结论异源过表达白桦BpSPL8能够降低拟南芥的耐旱性,并在干旱胁迫下影响抗性基因DR29B和P5CS1的表达模式。      

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。     

白桦BpSAUR24-like基因启动子克隆及表达特性分析

Small auxin-up RNA(SAUR)基因作为生长素的早期响应基因之一，其在植物顶钩发育、细胞扩增及生长素转运等多方面发挥作用。研究白桦中BpSAUR24-like基因启动子中顺式作用元件、组织表达特性及对不同激素的应答反应，可为进一步探究BpSAUR24-like基因功能奠定基础，也可为白桦分子设计育种提供理论依据。试验以白桦全基因组DNA为参考，预测BpSAUR24-like基因的上游1 501 bp为启动子序列，利用PLACE在线软件对BpSAUR24-like基因启动子序列含有的顺式作用元件进行预测，构建BpSAUR24-like基因启动子融合GUS基因的植物表达载体进行拟南芥遗传转化，对转基因拟南芥进行GUS染色。以野生型白桦生根苗的顶芽、第一叶片、第二叶片、第三叶片、幼茎、成熟茎和根为材料，进行实时定量PCR,探究BpSAUR24-like基因组织表达特性。分别用IAA、ABA和GA₃处理野生型白桦，探究BpSAUR24-like基因对不同激素的应答反应。结果表明，通过PCR成功克隆了BpSAUR24-like基因上游1 501 bp启动子序...     

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     

白桦BpGT14基因启动子克隆及表达活性分析

本文利用SiteFinding-PCR方法克隆了白桦BpGT14基因起始密码子ATG上游2 169 bp序列,并通过PLACE启动子预测工具对其进行元件分析。结果表明,该启动子片段含有启动子核心元件及多种逆境及激素响应元件,同时具有植物苯丙烷及木质素生物合成的MYB类转录因子的重要结合基序。研究选取了其中含有启动子核心元件的1 156 bp片段构建了pBpGT14∷GUS植物表达载体,利用农杆菌侵染的方法将pBpGT14∷GUS报告基因瞬时转化烟草植株,鉴定该启动子在烟草中的表达活性及对非生物胁迫和激素的响应模式。对转基因烟草植株进行GUS染色,结果表明该启动子具有启动活性,且在茎段处活性较高;进一步分析非生物胁迫对烟草中GUS酶活性的影响,表明该启动子对ABA、NaCl、PEG及高温处理均有明显响应,且对于NaCl及PEG处理响应迅速。为了更好的鉴定白桦BpGT14基因启动子在白桦细胞中的启动活性及响应模式,本文构建了pBpGT14∷GFP载体并瞬时转化白桦茎段悬浮细胞,进行研究。GFP转录水平分析结果与GUS酶活性结果基本一致,但其中部分时间点仍存在差异。选取PEG处理3、6、12及24 h的转GFP基因白桦茎段悬浮细胞,在显微镜下观察其绿色荧光蛋白,以此揭示该启动子对干旱的响应模式。结果表明,该启动子在白桦茎段悬浮细胞中启动了GFP的表达,在处理初期(3 h),荧光效果明显;随着处理时间的增加,细胞脱水明显,且在细胞壁表现高亮度荧光。      

核桃JrTT1-1启动子不同长度片段响应干旱的活性分析

  目的  TTl是C2H2-ZFP（WIP型锌指结构）类转录因子调控蛋白,核桃JrTT1-1基因启动子含有干旱响应元件,具有调控干旱胁迫的功能。本研究通过分离JrTT1-1基因不同长度启动子片段并对其受干旱胁迫后的表达活性进行分析,探讨JrTT1-1基因响应干旱胁迫的机制。  方法  根据WRKY顺式作用元件的分布,将JrTT1-1基因启动子分为1 002 bp（?1 ~ ?1 002）、720 bp（?1 ~ ?720）、448 bp（?1 ~ ?448）、174 bp（?1 ~ ?174）、149 bp（?1 ~ ?149）5个片段,分别记为S1、S2、S3、S4、S5。用S1、S2、S3、S4、S5分别替换pCAMBIA1301载体的CaMV35S启动子构建重组载体,通过农杆菌介导的蘸花法转化拟南芥,经潮霉素筛选、PCR验证及GUS基因表达分析确定后培养至T3代。对不同生长期不同组织进行GUS酶活性测定,评价不同片段的时空表达活性。将S1、S2、S3、S4、S5转基因植株种子萌发生长30 d进行干旱处理（50 mmol/L甘露醇）,未干旱处理的设为对照（CK）,分析整株、根及地上部分GUS酶活性,评价不同片段响应干旱的差异。  结果  正常生长条件下,S1、S2、S3、S4、S5转基因拟南芥在不同生长时期、不同组织器官中均能检测出GUS酶活性,但不同片段GUS活性具有差异,且随着片段变短,活性降低;但S1和S2之间的差异不显著。比较成熟种子、鲜种子、35 d根、茎、叶、花的GUS活性,发现不同组织之间也有区别,体现了5个片段的组织表达特异性。与CK相比,干旱胁迫下,5个片段整株、根和地上部分的GUS活性均显著提高,其中干旱胁迫后S1、S2、S3、S4、S5全株的GUS活性分别为CK的1.50、1.46、1.47、1.46、2.23倍,根GUS活性分别为CK的1.29、1.29、1.28、1.53、1.36倍,地上部分GUS活性分别为CK的1.62、1.59、1.57、1.59、2.30倍。  结论  JrTT1-1基因启动子片段的表达活性与其长度呈正相关,每个长度启动子片段活性具有根、茎、叶、花、种子等组织特异性;WRKY元件及其数量可能与干旱胁迫调节作用相关,且JrTT1-1启动子在干旱胁迫下的表达也具有组织差异性。      

毛果杨ZHD家族全基因组水平鉴定及在干旱胁迫下的表达分析

  目的  对毛果杨Populus trichocarpa ZHD (PtrZHD)家族进行生物信息学以及干旱胁迫下表达特性分析,为研究PtrZHD在干旱胁迫中的功能提供参考。  方法  利用生物信息学方法从全基因组水平鉴定出毛果杨ZHD家族全部成员,并对其进化、理化性质、基因结构、保守基序、启动子顺式作用元件和表达特性进行分析。  结果  毛果杨ZHD家族包括21个成员,可分为7个亚家族;有8对同源基因,且非同义替换率(K_a)/同义替换率(K_s)值远小于1。该家族成员理化性质存在差异,但其结构较为保守,均含有Motif 1;启动子区含有数量不等的激素和非生物胁迫响应元件,不同基因之间响应元件的种类存在差异。在毛果杨PtrZHDs中,分别有1、7和13个基因在根、茎和叶组织中具有偏好性表达特征;PtrZHD家族成员对干旱胁迫的响应具有组织和时间表达特异性,在根、茎和叶部组织中各成员的表达量不同,但随着干旱胁迫时间的增加均呈先上升后下降的趋势。  结论  PtrZHD家族基因对干旱胁迫有不同程度的响应,可调控毛果杨对干旱胁迫的应答。图6表2参27     

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。     

甘蓝型油菜启动子pBnaC05g31880D的克隆与功能分析

以甘蓝型油菜冬性品种中双11的基因组为模板,克隆了BnaC05g31880D基因起始密码子上游-1 525 bp的启动子序列。顺式调控元件的预测分析表明,该启动子含有真核生物启动子必需的核心调控元件TATA box和CAAT box,同时还存在较多的其他功能元件,如光信号响应调控元件ATCT-motif、Box 4、ACE、I-box、LAMP-element、TCT-motif,厌氧感应必需的顺式作用元件ARE,茉莉酸甲酯响应顺式作用元件CGTCA-motif和TGACG-motif,玉米醇溶蛋白代谢调控元件O_2-site,赤霉素响应元件P-box等。为了验证该启动子的表达模式,构建了由其驱动GUS报告基因的植物融合表达载体DX2181G-pBnaC05g31880D,并采用农杆菌介导的花序浸染法转化野生型拟南芥(Col-0)。对筛选和鉴定的阳性转基因株系进行GUS组织化学法染色,结果表明,GUS活性在拟南芥的各个组织中均有较强表达水平,这表明pBnaC05g31880D具有驱动GUS报告基因在拟南芥各个组织中组成型表达的特性。这为该启动子在油菜转基因提高作物品质和人工创建种质资源等方面的应用提供了较好的基础。     

白桦BpMADS3 基因的功能分析

利用RT鄄PCR 技术,揭示了BpMADS3 基因在白桦不同组织中的差异表达模式:BpMADS3 基因仅在花器官中 强烈表达,在茎、叶组织中不表达。采用染色体步移法克隆BpMADS3 基因上游启动子,获得1 426 bp 长度启动子序 列,构建BpMADS3 基因启动子驱动GUS 基因植物表达载体,在拟南芥转基因植株中GUS 染色表明,GUS 活性集中 在萼片和心皮中。在拟南芥ap1 突变体中过量表达BpMADS3 基因,能恢复拟南芥ap1 突变体花器官的正常发育。 BpMADS3 基因转化烟草发现,转基因植株出现早花表型,且转基因烟草植株中相关开花基因表达水平均上调。      

一个水稻谷胱甘肽-S-转移酶启动子的特性分析

从水稻基因组文库中筛选得到1个水稻谷胱甘肽-S-转移酶基因,命名为OsGSTL1。为了研究OsGSTL1启动子在植物体内的表达特性,将OsGSTL1起始位点5′-端上游不同长度的调控序列与报告基因GUS融合,并在洋葱表皮瞬间表达和拟南芥中稳定表达。研究表明:在洋葱表皮细胞中,160 bp及更长的上游调控序列均能启动GUS基因的表达;而在转基因拟南芥中,含有2 155 bp的上游序列的PGL2.1::GUS具有时空表达的特性,在转基因的早期幼苗中GUS基因在子叶中特异性表达,但在根中没有表达;而在幼苗生长的后期,根、茎、叶中都有少量的表达。但包含1 224 bp的上游序列的PGL1.2::GUS却表现为组成型表达的特性。由此推测,OsGSTL1启动子启动的基因表达可能与幼苗的营养代谢相关;而OsGSTL1启动子的时空表达相关元件可能位于GST起始位点5′-端上游-2 155 bp~-1 224 bp范围内。     

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。     

杨树NAC7转录因子基因应答盐胁迫表达

从小黑杨中克隆915 bp的NAC7转录因子基因(Potri.007G099400.1)cDNA,其编码304氨基酸,该蛋白属热稳定性较高的亲水性蛋白。用RT-qPCR分析杨树盐胁迫条件下NAC7基因表达情况,表明该基因对盐胁迫具有应答反应,且基因主要在根部表达。克隆获得1 062 bp的NAC7基因启动子DNA序列,其中含有许多胁迫应答元件,其驱动的GUS报告基因主要集中在根中表达,而在茎和叶中的表达很少,这个结果与NAC7基因表达进行RT-qPCR分析结果一致。     

刚毛柽柳水通道蛋白ThPIP基因启动子的克隆及其活性分析

[目的]研究刚毛柽柳水通道蛋白ThPIP基因启动子的克隆及其活性分析.[方法]采用染色体步移技术,克隆到刚毛柽柳ThPIP基因起始密码子上游1241bp启动子序列,并通过PLACE和HantCARE预测启动子序列中所包含的主要顺式作用元件.将该启动子替换pCAMBIA1301上的35S启动子,构建融合表达基因proThPlP∷GUS,通过基因枪瞬时转化烟草,并进行GUS组织化学染色.[结果]该启动子具有活性,能够驱动GUS基因的表达.[结论]为进一步鉴定该启动子中的顺式作用元件及相互作用的调控因子奠定基础,从而为揭示刚毛柽柳ThPIP基因的分子调控机制提供依据.     

根癌农杆菌介导油菜CBF1基因转化拟南芥

[目的]为油菜CBF1基因应用于作物抗逆遗传改良提供理论依据。[方法]采用根癌农杆菌介导法将油菜CBF1基因转入拟南芥,筛选抗性转基因拟南芥植株,进行PCR检测和GUS染色。[结果]与不抗潮霉素的野生型拟南芥幼苗相比,对潮霉素具有抗性的转基因拟南芥幼苗的叶片比较大,根特别长。PCR检测表明38株抗性拟南芥植株中有29株能扩增出与目的基因大小一致的条带,阳性率为76.3%,而野生型拟南芥植株没有扩增出相应条带。阳性PCR扩增产物的测序结果表明油菜CBF1基因已经转入到拟南芥。GUS染色表明有22株转基因拟南芥植株呈现阳性。[结论]油菜CBF1基因可以整合到拟南芥基因组并能稳定表达。     

水稻RSSG58的进化分析及其拟南芥同源基因ATG58的组织表达模式

[目的]查找水稻RSSG58在拟南芥中的同源基因并观察其组织表达模式。[方法]利用相关基因信息学网站构建水稻RSSG58的基因进化树,构建其同源基因ATG58::GUS定位载体转入拟南芥,观察分析ATG58的组织表达模式。[结果]进化树和序列对比发现ATG58与RSSG58具有较高的序列相似性,GUS定位遗传材料显示ATG58在多种组织都有表达,在生长发育早期的根、子叶、下胚轴、胚芽表达量相对较高,在生殖发育阶段的花苞和花药内优势表达,ATG58与RSSG58具有相似的GUS定位组织表达模式。[结论]ATG58是水稻RSSG58的同源基因,二者组织表达模式一致,这些结果为深入研究拟南芥ATG58和水稻RSSG58在雄配子发育过程中的作用及机制提供了基础资料。     

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。     

拟南芥AtWRKY33基因启动子的克隆及表达分析

以野生型拟南芥为材料，采用PCR技术克隆得到了拟南芥AtWRKY33基因起始密码子ATG上游1 629 bp启动子序列，并利用该启动子驱动GUS基因在野生型拟南芥中表达，对获得的转基因拟南芥采用重金属Cd处理不同时间，进行GUS染色及定量分析。结果表明：AtWRKY33基因启动子与GUS融合表达载体成功构建并正常启动GUS基因表达；拟南芥植株中的AtWRKY33基因在根中大量表达；定性与定量实验均显示经重金属Cd处理后的拟南芥幼苗中AtWRKY33基因随着时间增加而被显著诱导表达。说明该基因响应重金属Cd胁迫。