蜻蜓凤梨AfERF109基因的克隆及响应乙烯的表达特性分析

以热带观赏花卉蜻蜓凤梨(Aechemia fasciata)为材料,在分析蜻蜓凤梨转录组数据的基础上,结合cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA ends,简称RACE)技术克隆了APETALA2/乙烯反应元件结合蛋白(APETALA2/Ethylene Response Element Binding Protein,简称AP2/EREBP)家族的1个转录因子编码序列,并将其命名为AfERF109。AfERF109基因cDNA全长939 bp,开放阅读框(open reading frame,ORF)长762 bp,编码的蛋白含253个氨基酸残基。AfERF109分子量为28.275 1 ku,理论等电点为5.24;AfERF109不含信号肽和跨膜域,预测其定位于细胞核;AfERF109含有1个典型的AP2结构域,该结构域的二、三级结构构象保守;系统进化分析该蛋白分属ERF亚族的B-4类。实时荧光定量PCR分析表明,AfERF109转录本的表达量随着植株年龄的增长上调,在开花后的花柄中表达量最高。此外,AfERF109转录本的表达量受外源乙烯处理呈现正调控趋势。研究结果初步证实AfERF109参与乙烯调控路径,可能参与蜻蜓凤梨营养生长到生殖生长的时期转换及花柄的发育,为进一步研究AfERF109基因功能、通过基因工程手段调控蜻蜓凤梨开花提供了理论依据。     

蜻蜓凤梨 AfERF113基因的克隆与表达特性

观赏凤梨是一类重要的热带花卉,但有关其生长发育调控分子机理的研究相对匮乏,这在一定程度上限制了新品种的开发和利用。以热带观赏花卉蜻蜓凤梨(Aechemia fasciata)为材料,在分析蜻蜓凤梨转录组数据的基础上,结合cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA ends,RACE)技术克隆了APETALA2/Ethylene Response Element Binding Protein(AP2/EREBP)家族的1个转录因子编码序列,并将其命名为AfERF113。生物信息学分析表明,AfERF113 cDNA全长1 093bp,有1个864bp的开放阅读框(open reading frame,ORF),编码287个氨基酸。蛋白质理化性质分析表明,该蛋白分子质量为29.768 5ku,理论等电点为6.06,为一类不稳定的酸性亲水蛋白。亚细胞定位软件预测表明该蛋白定位于细胞核。结构域分析表明,该蛋白有1个保守的AP2结构域,分属ERF亚族的B-4类,与拟南芥中所有ERF蛋白的ERF113亲源关系最近。实时荧光定量PCR(quantitative real time PCR,qRT-PCR)结果表明,AfERF113转录本在成熟株的根中表达量最高,且外源乙烯诱导后,AfERF113的表达量无论是在幼株还是在成株的各组织中均显著上调。研究结果证实,AfERF113响应了外源乙烯调控,为进一步研究AfERF113基因的功能及通过基因工程手段调控凤梨科植物生长发育提供了理论依据。     

蜻蜓凤梨AfACO1基因的克隆及乙烯响应特性分析

观赏凤梨是一种重要的热带花卉。生产上常人工施加外源乙烯或乙烯衍生物促进凤梨科植物开花,但作用的分子机制不清楚。以热带观赏花卉蜻蜓凤梨(Aechmea fasciata)为材料,利用转录组数据结合cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA ends,RACE)技术克隆了乙烯生物合成过程中限速酶1-氨基环丙烷-1-羧酸(1-aminocyclopropane-1carboxylate,ACC)氧化酶(ACC oxidase,ACO)的一个编码基因,将其命名为AfACO1。AfACO1cDNA全长732bp,编码156个氨基酸。理化性质分析表明,该蛋白分子质量为17.47ku,等电点为8.46。AfACO1蛋白有保守的抗坏血酸和辅因子亚铁离子结合位点。进化树分析结果表明,AfACO1与水稻的2个OsACO1-likes蛋白亲缘关系最近,且进一步的结构域分析表明,它们拥有相似的保守基序。实时荧光定量PCR(quantitative real time PCR,qPCR)结果表明,AfACO1在抽薹39d后的成株心叶中表达量最高,且施加外源乙烯利后,AfACO1的表达量逐渐上调。结果表明AfACO1可能是蜻蜓凤梨成熟期乙烯生物合成的关键酶之一。研究结果为解析外源乙烯调控凤梨科植物开花的机制奠定了基础。     

钩藤UrLAMT基因及其启动子的克隆与分析

【目的】克隆钩藤(Uncaria rhynchophylla)中马钱苷酸甲基转移酶(loganic acid methyltransferase,LAMT)基因及其启动子，对UrLAMT基因的组织表达及其对生物和非生物胁迫的响应进行分析，并对UrLAMT及其启动子的生物信息学进行分析，为进一步研究UrLAMT转录调控奠定基础。【方法】基于钩藤的转录组数据设计引物，采用PCR从钩藤cDNA中克隆UrLAMT序列，并对其进行生物信息学分析；采用实时荧光定量PCR，分析UrLAMT在钩藤不同组织(根、茎、叶、花、果实、钩)中的表达，以及对外源茉莉酸甲酯(MeJA)、遮光/复光胁迫的响应；利用FPNI-PCR技术克隆UrLAMT上游启动子序列，并验证其活性，结合酵母单杂交试验，分析相应转录因子与UrLAMT启动子的调控关系。【结果】克隆得到钩藤UrLAMT序列，其长度为1 137 bp，共编码378个氨基酸。UrLAMT蛋白质相对分子质量为42.64 ku，理论等电点为5.76，为亲水性蛋白，无信号肽，不含跨膜结构，定位在细胞质中；UrLAMT基因在钩藤叶中表达量最高，其次为根；UrLAMT均能响应MeJA和光；其与短小蛇根草和长春花的进化关系较近。UrLAMT启动子序列长度为1 141 bp，除核心响应元件外还含有多个光响应元件，UrLAMT启动子在酵母中与光调控转录因子HY5存在相互作用。【结论】获得了UrLAMT基因及其启动子序列，其在钩藤叶中表达量最高，可能受光诱导。     

丹参中转录因子基因SmMYB-like 1的克隆和表达分析

利用同源克隆和RACE相结合的方法从丹参中克隆得到1条R2R3 MYB转录因子基因SmMYB-like 1(GenBank登录号为JX997333)的全长cDNA序列。该基因含1个960bp的开放阅读框,编码319个氨基酸,预测其分子量为35.84ku,等电点为6.24。对SmMYB-like 1的氨基酸序列进行多序列比对和系统进化树分析,并对其二级结构和三级结构进行预测。qRT-PCR结果表明:SmMYB-like 1在根、茎、叶和花中均有表达,其中在根中的表达量最低,在叶和花中的表达量较高。构建融合表达载体,利用基因枪轰击洋葱表皮细胞研究SmMYB-like 1蛋白的亚细胞定位,发现该蛋白在细胞核和细胞膜中均有分布。     

草莓AP1同源基因的克隆、表达及启动子分析

【目的】从草莓（Fragaria×ananassa）中克隆APETALA1(AP1)同源基因,并分析其在不同组织、器官及不同花发育阶段的表达水平,探讨其在草莓植株成花进程中的作用。【方法】根据其它物种AP1同源基因的保守序列设计简并引物,以草莓幼叶和花芽为试材,克隆得到AP1的基因片段,在此基础上利用RACE的方法分离获得其cDNA全长。利用实时定量RT-PCR分析草莓不同组织、器官及不同花发育阶段中AP1同源基因的表达水平。利用染色体步移的方法分离启动子序列。【结果】从草莓品种‘花姬’中克隆出AP1同源基因的cDNA全长序列,命名为FaAP1;其CDS长度为735 bp,编码245个氨基酸,与玫瑰AP1-1的氨基酸序列同源性最高,达到92%,与拟南芥AtAP1的氨基酸序列同源性为64.00%。FaAP1编码的氨基酸全长序列符合MADS-box基因家族特征,包含MADS-box、I-间插域、K-box域和C-末端几个结构域,是MIKC类型的MADS-box基因家族的成员。实时定量RT-PCR结果表明,在不同组织、不同花器官及不同花发育阶段中FaAP1的表达量存在差异。其启动子除了具有TATA/CAAT-box外还包含一些特异作用元件。【结论】从草莓中分离出的FaAP1基因,在花分生组织形成和花器官发育中有一定的调控作用。     

莲NnFUL基因克隆、亚细胞定位及表达分析

为了研究MADS—box A类基因在莲花器官发育中的作用,以莲品种‘大洒锦'(Nelumbo nucifera‘Da sajin')的花蕾为试验材料,利用RT-PCR方法克隆了莲FUL-like基因cDNA序列,命名为NnFUL。NnFUL的cDNA长度为763 bp,其开放阅读框(Open reading frame,ORF)共编码250个氨基酸。该蛋白属于亲水性蛋白,二级结构主要由α-螺旋、无规则卷曲和延伸链组成。系统进化分析表明:NnFUL编码的蛋白与AP1/SQUA亚家族中的FUL-like蛋白聚为一类,与二球悬铃木(Platanus×acerifolia)的FUL-like蛋白具有较高的亲缘关系。亚细胞定位显示该基因位于细胞核中。荧光定量Real-time PCR结果表明:NnFUL在花器官中表达量最高,主要集中在花萼和花瓣中,同时在营养器官中也有表达;因此,NnFUL在花器官发育尤其花萼和花瓣形成中有一定的调控作用。     

茉莉花MVD基因及其启动子的克隆与表达

根据茉莉花转录组数据,采用RT-PCR技术,克隆了茉莉花甲羟戊酸焦磷酸脱羧酶(MVD)基因,命名为JsMVD(GenBank登录号为MH311041.1).采用染色体步移技术分离JsMVD基因5′端上游调控序列,通过实时荧光定量PCR技术检测JsMVD基因在茉莉花植株不同组织及不同激素处理下的表达水平.测序结果表明,JsMVD基因全长cDNA序列的长度为1 500 bp,包含长度为1 269 bp的开放阅读框(ORF),共编码422个氨基酸,亚细胞定位预测该蛋白可能位于细胞质上.JsMVD蛋白含有GHMP激酶N-端和C-端保守结构域,具有多个保守氨基酸残基及ATP结合位点,与野生油橄榄的相似性最高,相似系数达到88%,且进化树显示两者的亲缘关系最近.JsMVD基因5′端启动子序列长度为893 bp,该调控序列包含多种植物激素响应元件和光响应元件.实时荧光定量PCR技术检测结果表明,JsMVD基因在成熟花中的表达量最高,从高到低依次为成熟花、花蕾、茎、叶、根,且受GA、IAA和ABA不同程度的诱导.     

缢蛏IGFALS基因的表达特征及IGF系统对生长的调控作用

类胰岛素生长因子(insulin-like growth factor,IGF)信号通路在机体的发育、繁殖以及生长等过程中起着重要的调控作用。类胰岛素生长因子酸不稳定亚基(IGF acid-labile subunit,IGFALS)是IGF系统中的重要一员,可通过延长IGF的半衰期参与IGF信号通路的调控。本研究首次在缢蛏转录组数据库中筛选鉴定了两个IGFALS基因,包含完整的开放阅读框,分别命名为IGFALSa和IGFALSb。IGFALSa基因的cDNA序列为4809 bp,编码996个氨基酸;IGFALSb基因的cDNA序列为1925 bp,编码546个氨基酸。在缢蛏不同发育期的表达分析中发现,IGFALSa和IGFALSb在幼虫的前期发育阶段均只有少量表达,而随着幼虫的发育,其表达量逐渐上升;组织表达分析表明,IGFALSa在外套膜和性腺中高表达,IGFALSb则在水管中高表达。利用不同质量浓度胰岛素短期刺激缢蛏稚贝,当质量浓度为10 mg/L时,两个IGFALS基因表达量均显著上调,其下游基因IRS、PDK1、MPKP1的表达量也显著上调;进一步利用10 mg/L胰岛素长期喂养缢蛏稚贝,结果显示其壳长和壳宽的日生长率均显著提升。     

苎麻BnbZIP1转录因子基因的克隆与表达特征分析

【目的】克隆苎麻转录因子基因BnbZIP1,分析其序列及表达特征,同时进行原核表达以及亚细胞定位分析。【方法】根据苎麻转录组测序中的Unigene48047片段序列,采用RT-PCR结合RACE技术克隆该基因的全长cDNA序列,并进行生物信息学分析;利用Real-time PCR分析该基因在不同组织和不同胁迫条件下表达特征;构建原核表达载体,进行原核表达;构建含EGFP的融合表达载体,观察其亚细胞定位情况。【结果】苎麻BnbZIP1的cDNA全长为2 071 bp,开放读码框为1 407 bp,编码468个氨基酸,推导该多肽的等电点和分子量为7.12和51.57 kD,与毛果杨（XP_002307972）的bZIP基因氨基酸序列的相似性最高,达到93%;IPTG诱导产生的重组蛋白相对分子量约为52 kD,与理论值一致;亚细胞定位分析表明其定位在细胞核中;荧光定量PCR分析表明,该基因在苎麻根、茎、茎尖、叶片、雌花和雄花中均有表达,其中,在雄花中表达最高,在根中表达最低,且该基因受ABA、干旱和高盐诱导上调表达。【结论】获得了BnbZIP1的全长cDNA序列,其编码蛋白具有植物bZIP转录因子典型的结构域,且该基因响应ABA、干旱和高盐逆境胁迫,预示该基因可能在植物抗逆反应中发挥着重要的调控作用。     

梅花 PmAP2基因的克隆及表达1）

为了解析梅花（Prunus mume Sieb．et Zucc．）花器官发育的分子调控机理,采用RT－PCR的方法从梅花‘三轮玉蝶’中克隆了APETALE2的同源基因PmAP2,并采用荧光定量PCR对PmAP 2的表达模式进行了分析。序列分析表明,PmAP2基因CDS区域全长1647 bp,编码548个氨基酸,含有两个保守的AP2结构域,属于AP2／ERF基因家族。多序列比对和系统进化结果显示,该基因与桃、苹果AP2基因相似性较高,分别为96％和82％。PmAP2在梅花营养器官、四轮花器官和果实中均有表达,花瓣中的表达量最高;台阁花型梅花花中PmAP2表达量最高,重瓣品种次之,单瓣品种表达量最低。 PmAP2的差异表达可能与梅花的花型进化有关。     

蝴蝶兰PhaSEP3基因的克隆及其在突变体中的表达

E类MADS-box是花器官发育分子模型中必不可少的基因,通过突变体研究其表达模式将为深入理解兰科植物花器官的分子机理与完善花发育调控理论提供依据。采用RACE(rapid-amplification of cDNA ends)技术从蝴蝶兰花瓣中克隆了一个E类MADS-box基因PhaSEP3(GenBank登录号为MZ436812),并采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析了该基因在蝴蝶兰不同组织和5种突变体中的表达水平。结果表明,该基因cDNA全长为1 236 bp,具有753 bp的开放阅读框(ORF),可编码250个氨基酸,其C端具有SEPⅠ和SEPⅡ基序。系统进化分析显示,该基因编码蛋白质与蝴蝶兰属的PeSEP3和AGL9亲缘关系最近。组织特异表达分析表明,PhaSEP3基因主要在生殖器官和授粉后子房中表达;在不同突变体中,PhaSEP3基因在侧萼唇瓣化突变体的萼片和唇瓣中表达水平显著升高;在退化雄蕊瓣化突变体的侧瓣、唇瓣和子房中表达水平显著降低,在蕊柱中的表达水平显著升高;在侧瓣唇瓣化突变体的侧瓣和唇瓣中表达水平显著升高;在侧瓣退化突变体的侧瓣中表达水平显著降低,而在蕊柱和子房中表达水平显著升高;在侧瓣雄化突变体中,该基因的表达水平在萼片和侧瓣中均显著升高。分析认为,PhaSEP3基因主要调控蝴蝶兰花器官各轮组织与授粉后子房的发育,在突变体花器官中,PhaSEP3类基因可能与其他花发育基因互作参与花器官形态的发育调控。该研究结果为进一步理解兰科植物花器官多样性的调控机理提供了资料。     

枣树花分生组织特异基因ZjAP1的克隆与表达分析

以枣树(Ziziphus jujuba Mill)为试材,通过反转录RT-PCR和快速扩增cDNA末端的方法,从花萼片组织中克隆获得一个花分生组织特异性基因的全长序列(SQUA/AP1同源基因),命名为ZjAP1(GenBank登录号:EU916199)。生物信息学分析ZjAP1cDNA序列的开放阅读框长度为738bp,编码245个氨基酸,保守域含有SQUA/AP1家族典型的MADS盒蛋白、K盒结构域。ZjAP1的氨基酸序列与其他植物SQUA/AP1具有很高的相似性,进化树分析表明,ZjAP1和其他物种的AP1起源于相同的祖先。半定量RT-PCR分析表明,ZjAP1在花芽、花蕾、花、幼果中都有表达,在结果枝中整个花发育过程中一直有表达,在营养枝和膨大的果实及种仁组织中没有表达,说明ZjAP1与花发育的调控有关。     

洋葱花器官B类MADS-box基因AcPI的克隆及表达分析

【目的】克隆洋葱花器官B类PI/GLO家族MADS-box基因,分析其序列特征及时空表达模式,为探讨其在洋葱花发育过程中的分子遗传机制奠定基础。【方法】以洋葱花蕾总RNA为模板,根据同源克隆策略设计简并引物,利用RT-PCR结合RACE技术,获得AcPI的全长cDNA序列。用生物信息学方法对其基因序列特征进行分析;利用RT-PCR和Real-time PCR分析AcPI在花蕾整个生长过程中的时空表达模式。【结果】克隆获得洋葱AcPI基因（GenBank登录号：JX679083）的cDNA全长931 bp,包含615 bp的完整开放阅读框,编码205个氨基酸。蛋白分析表明,AcPI蛋白具有植物MADS-box蛋白典型的MADS和K结构域;与水仙的NTPI、风信子的HoMADS2有78%、75%的相似性,与金鱼草的GLO也有52%的相似性。系统进化树分析表明,AcPI属于B类MADS-box蛋白家族的PI亚家族。RT-PCR表达分析表明,AcPI只在生殖器官花蕾中表达,但主要在花的第一、二、三轮花器官中表达,而在营养组织根、茎和叶中不表达。Real-time PCR进一步分析表明,AcPI在花芽整个生长过程中,在心皮中微弱表达,但表达丰度呈递增趋势;而在外轮被片、内轮被片和雄蕊中强烈表达,其表达丰度除了在外轮被片中呈先增后减的趋势外,在内轮被片和雄蕊中都呈递增趋势。【结论】AcPI在洋葱第一轮花器官中的表达支持了van Tunen提出的修正的ABC模型;但AcPI在洋葱第四轮花器官中也有表达,这表明AcPI除了调控外轮被片、内轮被片和雄蕊发育外,还可能在心皮的形成发育过程中起着重要作用。     

荔枝‘妃子笑’AP2同源基因的克隆及表达

根据笔者课题组荔枝基因组数据库，从‘妃子笑’荔枝中克隆了1个AP2同源基因LcANT，其cDNA全长2 087 bp，编码695个氨基酸，含有2个保守的AP2/EREBP结构域。生物信息学分析结果表明，LcANT含有7个内含子，亚细胞定位预测于细胞核，LcANT蛋白为疏水性蛋白，二级结构多为无规则卷曲。通过BLAST比对发现，LcANT与许多植物的ANT转录因子具有高度同源性，与开心果相似度最高，高达82%。利用q?PCR，对LcANT在‘妃子笑’荔枝中的表达模式进行了表征，发现其在春梢、秋梢和花序中表达量较高，暗示其可能参与调控花器官及其他植物营养器官的发育。LcANT基因的获得为后续研究其对荔枝营养器官生长发育的调控作用奠定了基础。     

欧洲千里光SvAPETALA1基因的克隆及功能分析

  目的  花器官发育是影响花观赏价值的重要因素,AP1类基因调控植物花器官的形成。研究菊科Asteraceae欧洲千里光Senecio vulgaris的SvAP1基因在花器官形成中的重要作用,旨在探究菊科复杂花序结构产生的调控机制。  方法  以欧洲千里光为材料克隆获得了SvAP1基因,通过多序列比对、构建系统进化树、实时荧光定量PCR (qRT-PCR)反应、构建超表达载体、组织学染色观察等方法与技术,对SvAP1基因进行功能预测与分析。  结果  SvAP1基因开放阅读框长度为705 bp,编码234个氨基酸。多序列比对与系统进化分析显示:SvAP1基因属于MADS-box基因AP1类亚家族,C末端具有paleoAP1保守基序(motif)。欧洲千里光组织特异性表达分析表明:SvAP1基因在营养器官和花序中都有表达。转基因龙葵Solanum nigrum的形态学观察和石蜡切片技术分析显示:与野生型龙葵相比,转基因龙葵雌蕊发育异常,表现为子房膨大且雌蕊状组织增多。  结论  欧洲千里光SvAP1基因在龙葵中的超表达影响雌蕊发育,与ABC模型中A类基因超表达对植物花器官发育造成的影响存在差异,即转基因龙葵雄蕊无明显变化且雌蕊未转变为萼片状或叶片状器官。这可能与欧洲千里光花器官调节机制和花序结构的复杂性有关。由此可知,欧洲千里光SvAP1基因可能作为花器官特征基因在花器官形成中具有重要作用。图6表1参35     

毛白杨PtPCP—like基因的克隆及其遗传转化初报

利用滤纸吸附噬菌体 PCR法,从毛白杨花芽cDNA文库中分离克隆了PtPCP-like基因cDNA全长序列,测序表明克隆得到的该序列全长595 bp,包含一个完整的开放阅读框,编码91个氨基酸;经BLAST分析发现,该基因包含与拟南芥花粉外被蛋白基因相似的序列,命名为PtPCP-like。采用RT PCR技术检测PtPCP-like基因在各个组织部位的表达模式,结果显示在毛白杨的根和雄花芽中表达丰度最高,而在雌花芽部位表达丰度最低。并且构建35S∶∶PtPCP-like植物表达载体,采用农杆菌介导法将PtPCP-like基因导入烟草中,获得了一批阳性转化植株。采用qRT-PCR技术检测PtPCP-like基因在各个转基因烟草中的表达模式,结果显示在转基因烟草中各个株系均比野生型表达量高,且不同株系间相对表达量差异显著。      

甘蔗可溶性酸性转化酶（SoSAI1）基因的克隆及表达分析

【目的】克隆甘蔗可溶性酸性转化酶基因（SoSAI1）全长cDNA序列和5?侧翼启动子序列,并分析其序列特征和基因表达模式。【方法】利用RACE技术克隆SoSAI1的全长cDNA序列,应用生物信息学软件分析SoSAI1预期编码蛋白特征;采用Genome Walking技术克隆SoSAI1的启动子序列;采用实时荧光定量PCR分析不同生长期SoSAI1在甘蔗叶和茎中的表达,以及PEG 6000、100 mmol•L-1 NaCl和6℃胁迫下,SoSAI1在甘蔗苗期根和叶中表达模式。【结果】SoSAI1的cDNA序列全长为2 387 bp,ORF长2 058 bp,编码685个氨基酸,预测其分子量和等电点分别为74.44 kD和5.6,GenBank登录号为JQ406875。5?侧翼启动子序列长417 bp,含有胚乳特异表达顺式作用元件和参与干旱诱导的MYB结合位点,GenBank登录号为KC862314。SoSAI1表达在生理成熟期的花序和花序轴中较高,而在成熟茎和老茎中较低。15%PEG和6℃能诱导叶中SoSAI1表达,而15%PEG和NaCl能诱导根中SoSAI1表达。【结论】获得SoSAI1全长cDNA序列和部分启动子序列,SoSAI1在甘蔗生长发育和蔗糖积累,并在应对环境胁迫中发挥作用。