根瘤菌中固氮正调节基因nifA的研究

nifA是共生固氮的正调节基因。nifA基因调节固氮基因的表达伴随着一系列信号交换过程,在植物根部形成特定的器官——根瘤,将大气中的N2还原成铵供给植物作为生长的氮源。同时,植物向类菌体提供光合产物和氨基酸作为其生长的碳源。固氮基因在nifA产物NifA激活下表达,固氮过程由此开始。nifA为固氮基因nif/fix的正调节基因。针对nifA基因的位置及其产物NifA的结构和功能作一综述。     

施氏假单胞菌固氮调控蛋白NifA调节电子传递体rnf1基因簇的表达

施氏假单胞菌A1501中电子传递体基因簇rnf1位于固氮基因岛上,该基因簇的突变造成固氮酶活显著下降。在rnf1基因簇的启动子区含有固氮调控蛋白NifA的保守结合序列,实时定量qRT-PCR分析证实了nifA突变株中rnf1基因簇的表达量与野生型相比急剧下调,暗示着NifA直接参与rnf1基因簇的表达调控。细菌单杂交系统的体内互作实验表明,在大肠杆菌体内NifA与rnf1基因簇启动子存在直接相互作用;进一步的凝胶阻滞试验证明原核表达纯化的NifA蛋白与rnf1基因簇启动子序列存在体外直接结合。上述结果从分子水平上给出了两者间相互作用的直接证据,为深入研究联合固氮基因的表达调控网络奠定了基础。     

模块化质粒系统用于水稻条斑病菌基因表达的分析

水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola,Xoc)侵染水稻,引起细菌性条斑病(bacterial leaf streak,BLS)。近几年,在我国南方水稻产区,条斑病大面积发生,对水稻的安全生产构成严重威胁。为了准确地在Xoc中进行基因功能的分析,本研究设计出模块化的质粒系统,用于基因转录表达和蛋白表达的分析。为了验证该系统的可行性,选取hrpG、hrpX和hrpB1基因构建了相应的启动子载体和蛋白表达载体,将这些载体导入相应的hrp调控子基因trh、hrpG和hrpX的突变体中。GUS活性测定的结果显示,在XOM3培养基、寄主水稻组织和非寄主烟草组织中,启动子模块元件能够准确反映这3个hrp基因的调控表达模式。蛋白免疫杂交结果显示,HrpX蛋白表达水平反映的调控模式与hrpX启动子活性呈现的调控表达模式一致。水稻上致病性测定结果显示,有效表达的HrpG蛋白能够恢复hrpG突变体在寄主水稻上的致病性。这表明,这套模块化的载体系统能够有效应用于基因转录表达、蛋白表达和功能互补的分析。这将为Xoc-水稻互作研究提供有效的技术支持,加快Xoc毒性相关基因功能的研究。     

苜蓿根瘤菌转Sm nifA基因研究初报

外源固氮调节基因nifA的导入对根瘤菌的结瘤固氮效率有较明显的促进作用.首先构建带有Sm nifA基因的重组质粒,再利用三亲本杂交技术将重组质粒转移至苜蓿根瘤菌XM-1中,得到组成型表达Sm nifA基因的菌株,侵染苜蓿后,植株鲜重、干重、含氮量、结瘤数、固氮酶活等指标均优于原始出发菌.     

双价抗虫基因共转化烟草叶绿体的研究

 分别构建苏云金芽孢杆菌晶体毒蛋白基因 [BtCryIA(C) ]和水稻巯基蛋白酶基因 (Oryzacystatin ,OC)叶绿体转化载体 ,其中Bt基因叶绿体转化载体以烟草叶绿体基因trnH psbA trnK为同源片段 ,以水稻 (OryzasativaL .)叶绿体 psbA基因启动子和终止子为调控基因 ;OC基因叶绿体表达载体以烟草叶绿体基因片段 psbA ORF5 12为同源片段 ,以烟草叶绿体 16S启动子和终止子为调控基因 ;两载体均以壮观霉素抗性基因 (aadA)为筛选基因。利用基因枪方法 ,共转化烟草叶片 ,获得壮观霉素抗性植株。经Southern、Western检测、表达蛋白活性测定证明 ,双价抗虫基因己整合到烟草叶绿体中并得到表达。转基因植株抗棉铃虫试验表明 ,转基因植株具有显著杀虫活性     

小鼠MCK基因启动子的克隆及其活性初步分析

本研究克隆了小鼠MCK基因5'侧翼区以及核心启动子区,并分析和研究了其调控活性。首先以小鼠尾部肌肉基因组DNA为模版克隆了小鼠MCK基因5'侧翼区序列,回收纯化,连接pEASY-T3 Cloning载体,测序,分析了其增强子与核心启动子序列。然后将核心启动子序列亚克隆到无启动子的荧光蛋白报告载体pGL3-Venus中,转染小鼠成肌细胞C2C12,观察其在荧光显微镜下的表达情况。结果表明,小鼠MCK基因-1354～+1 bp核心启动子序列能调控Venus荧光蛋白在C2C12细胞内表达,证实MCK启动子核心序列具有组织特异性调控能力。     

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.     

山羊β-酪蛋白基因调控区的克隆及启动子活性的检测

为了克隆山羊β-酪蛋白基因的调控区并检测5′调控区的启动子活性,利用Long PCR技术对西农莎能奶山羊β-酪蛋白基因(CSN2)5′和3′调控区进行了克隆(5′调控区分两段进行克隆,3′调控区进行直接克隆)、测序,将克隆的5′调控区的两个片段通过共有的单一性酶切位点HindⅢ融合成一个长为6.7 kb的片段,用其替代表达载体pEGFP-C1上原来的启动子CMV,指导报告基因绿色荧光蛋白(GFP)在山羊乳腺上皮细胞中的瞬时表达。结果表明,克隆的GC 3.3、GC 4.3、GC 6.6 3个片段与GenBank中登录的山羊CSN2基因相应序列相比,同源性均为99%,其包含了TATA box、GC island、CAAT box、SAR、AP1、Oct-1、Sm、Glyco、Pu-1、CAC等复合元件和转录翻译调节因子的作用位点,并且5′调控区可以有效指导报告基因的表达,从而初步验证了所克隆的山羊CSN2基因5′调控区的有效性,表明克隆的调控区可用于乳腺生物反应器的研究。     

rd29A启动子克隆及对低温响应的研究

研究从拟南芥(Arabidopsis thaliana)基因组DNA克隆了rd29A基因启动子,序列分析表明该启动子具有两个干旱、高盐和低温响应顺式作用元件(DRE),在851～856 bp碱基处为TATA box,其它主要调控区域也存在。然后,分别用rd29A启动子和CaMV 35S启动子,构建了具有绿色荧光蛋白(GFP)基因的植物表达载体pBIG和pBIRG。通过基因枪导入法转化洋葱表皮细胞,在25 ℃和4 ℃条件下培养16 h后,用荧光显微镜观察GFP基因的表达水平。结果表明,在低温条件下,rd29A启动子的活性明显高于CaMV 35S启动子,说明rd29A启动子是一低温诱导型启动子,可满足在低温条件下使目的基因在转基因植物中进行表达的目的。     

马铃薯prp1-1启动子的克隆及转基因研究

采用PCR技术，从云南马铃薯叶片DNA中分离克隆到了马铃薯病程相关蛋白（prpl-1)基因启动子，与国外文献报道序列完全一致。将这一启动子亚克隆到中间载体pUC18中，再构建到植物表达载体pBI121上，以取代其原有的CaMV35S启动子，得到重组植物表达载体pBI121M；用电脉冲法将pBI121M转入农杆菌LBA4404。应用农杆菌介导法，将携带有pBI121M重组质粒的农杆菌转化烟草，经卡那霉素筛选，得到了一批转基因植株。转基因植株的PCR鉴定表明，启动子整合到了烟草植株基因组中。本研究为下一步通过X－Glu染色法检测启动子下GUS基因的表达情况，研究该启动子的病原菌特异性诱导活性，并建立新的植物转基因系统奠定了基础。     

斯氏假单胞菌NifA蛋白Y370氨基酸突变对固氮基因转录的影响

NifA为固氮微生物固氮基因(nif)表达的正调控因子,序列分析显示NifA蛋白C6区的一个酪氨酸残基高度保守（对应于A1501为Y370）。β-半乳糖苷酶活性分析表Y370C突变体不能激活nifH启动子,也不能使NifA缺失突变株A1506恢复固氮酶活,而野生型NifA可以激活PnifH+lacZ的表达,并恢复A1506的固氮酶活。研究证明斯氏假单胞菌A1501 NifA蛋白的C6区的Y370氨基酸是NifA蛋白激活nif基因转录的关键位点之一,其具体作用机制值得进一步深入研究。     

固氮施氏假单胞菌电子传递复合体rnf基因簇的功能鉴定

能量供应是限制生物固氮效率的重要因素,电子传递复合体是生物固氮过程中能量产生的重要组成部分。基因组分析表明,在联合固氮菌施氏假单胞菌A1501基因组中存在两套编码电子传递复合体rnf,分别为基因簇rnf1和rnf2,其中rnf1位于固氮基因岛上,rnf2基因簇位于核心基因组上。为了明确两套电子传递体在生物固氮过程中的功能,分别构建了rnf1和rnf2基因簇的突变株并测定了相关表型。结果发现,在基本培养基中两个基因簇的突变都不影响菌体生长,可能相互之间存在着功能互补;固氮酶活性测定结果表明,位于固氮基因岛中的rnf1基因簇缺失造成固氮酶活下降80%以上,而rnf2基因簇的缺失对酶活无显著影响。进一步采用启动子-lacZ融合表达策略探究了基因簇rnf1对固氮酶结构基因nifH转录的影响,发现rnf1极性突变株中nifH的启动子转录活性仅为野生型的17.59%,推测rnf1缺失造成了固氮条件下能量产生匮乏,胞内碳氮比失衡,进而造成固氮系统表达受抑制。     

2种基因漂移检测方法对比及其影响因素分析

[目的]确定针对田间基因漂移常用的PCR检测或蛋白检测方法2种方法检测结果的一致性及其环境影响因素。[方法]通过设计环境因素和大量样本的PCR检测和蛋白检测方法,对3个处理（风力处理、蜜蜂处理和空白对照）下3个品种共计1769个样本进行了双重检测。[结果]田间基因漂移存在基因转入但不表达的现象,即PCR检测和蛋白检测结果并非完全一致。环境因素中,风力处理和蜜蜂处理对基因表达无显著影响,但蜜蜂处理的基因表达率高于风力处理。[结论]为基因漂移的精确检测提供了参考。     

甘蔗内生固氮菌Klebsiella variicola DX120E nifH基因的克隆与序列分析

【目的】了解甘蔗内生固氮菌变栖克雷伯氏菌（Klebsiella variicola）DX120E nif H基因的生物信息学,为揭示甘蔗内生固氮菌DX120E的固氮分子机理提供理论依据。【方法】根据NCBI上其他固氮菌株的nif H序列设计引物,对内生固氮菌Klebsiella variicola DX120E菌进行PCR扩增;运用生物信息学方法对其核苷酸序列、编码的氨基酸序列进行分析,并对其蛋白结构进行预测。【结果】甘蔗内生固氮菌Klebsiella variicola DX120E nif H基因的ORF为882bp,Gen Bank登录号为KF732646.1,与Klebsiella pneumoniae 342、Klebsiella variicola At-22等6种固氮菌的nif H基因氨基酸序列同源性高达95.0%-99.0%。DX120E nifH蛋白与Klebsiella pneumoniae 342的亲缘关系最近,与非克雷伯氏菌固氮菌的亲缘关系较远。生物信息学分析显示,菌株DX120E的nif H基因编码293个氨基酸,起特别重要的氨基酸残基非常保守。该基因在N端有11个氨基酸残基即酪氨酸—甘氨酸—赖氨酸—甘氨酸—甘氨酸—异亮氨酸—甘氨酸—赖氨酸—丝氨酸—苏氨酸—苏氨酸,其属于典型结合ATP的基序结构。nif H蛋白分子量为32.07k D,pI为4.92,为酸性蛋白;其具有2个ASN糖基化位点,1个CAMP磷酸化位点,6个CK2磷酸化位点,6个PKC磷酸化位点。疏水性预测显示该蛋白为亲水性蛋白,无信号肽。【结论】变栖克雷伯氏菌（Klebsiella variicola）DX120E nif H基因的推导氨基酸序列与克雷伯氏菌固氮菌属具有较高的同源性,该基因在甘蔗生物固氮过程中可能起重要作用。     

Nitrogen Fixation by Azotobacter vinelandii Strains Having Deletions in Structural Genes for Nitrogenase

Phenotypic reversal of Nif(-) mutant strains to Nif(+) under molybdenum-deficient conditions has been cited as evidence that Azotobacter vinelandii possesses two nitrogen fixation systems: the conventional molybdenum-enzyme system and an alternative nitrogen-fixation system. Since explanations other than the existence of an alternative system were possible, deletion strains of A. vinelandii lacking the structural genes for conventional nitrogenase (nifHDK) were constructed. These strains were found to grow in molybdenum-deficient nitrogen-free media, reduce acetylene (at low rates), and incorporate molecular nitrogen labeled with nitrogen-15. Thus it can be concluded that the phenotypic reversal phenomenon cannot be due to altered phenotypic expression of nif mutations under molybdenum-deficient conditions, but is due to the existence of an alternative nitrogen-fixation system in A. vinelandii as originally proposed.     

玉米轴色突变体698-3R的遗传鉴定

以辐射诱变获得的玉米红轴突变体698-3R为材料,通过遗传交配设计分析轴色的遗传规律,利用SSR-BSA法初步定位轴色基因,并对候选基因进行克隆和表达分析。结果表明:(1)突变体698-3R的红轴对白轴性状表现为显性遗传,受一对核基因控制,初步定位在第一染色体上的SSR标记phi095与umc1452之间,与phi095相距3.9cM,与umc1452相距7.1cM,将该基因暂定名为C(t);(2)以轴色基因 P1的cDNA为模板克隆C(t),发现698-3R有3个C(t)转录本,而野生型698-3中至少有2个;预测氨基酸序列比对发现,698-3R中3个C(t)蛋白的氨基酸序列与已知P_1-wr蛋白一致,突变使其获得完整的MYB结构域和酸性激活域,而野生型698-3中698-3-P-1蛋白由于编码序列缺失导致移码突变,不具有该功能结构域;(3)对C(t)基因qRT-PCR分析发现,除25DAP外,其余4个时期在698-3R中表达水平均显著或极显著高于698-3;以 A1和 C2基因表达验证分析发现,C(t)与验证基因表达模式一致,说明C(t)可能具有 P1激活调控 A1和 C2基因表达的功能。推测该红轴基因C(t)可能为一个 P_1-wr基因。     

蒺藜苜蓿中1个聚半乳糖醛酸酶基因突变体的筛选及共生固氮表型的初步鉴定

以模式豆科植物蒺藜苜蓿中1个聚半乳糖醛酸酶(polygalacturonase,PG)基因为对象,对其进行生物信息学分析,结果显示:该基因全长4 150bp,其编码区1 278bp,编码425个氨基酸;其编码蛋白包括2个与细胞壁主要成分果胶降解有关的保守结构域PL-6superfamily和Glyco_hydro_28;该酶蛋白与鹰嘴豆、赤豆等豆科植物中的PG蛋白同源关系更近。苜蓿基因表达谱数据库分析和RT-PCR检测结果表明,MtPG在根瘤中呈显著增强表达,在非共生组织如根、叶中表达量很低。此外,基于该基因3个Tnt1转座子插入的目标候选突变体(NF0999、NF5561和NF4746)插入位点分析,得到1个纯合突变体材料NF4746,共生表型观察表明,MtPG基因在豆科植物共生固氮的早期侵染过程中发挥重要作用。     

Cloning and Expression Analysis of Sucrose Non-fermenting-1 Related Protein Kinase （SnRK） in Cucumis sativus L. Under Low Nitrogen Conditions

The sucrose non-fermenting-1 related protein kinase（SnRK）, whose expression is induced by kinds of hyperosmotic stresses, plays a key role in improving stress resistance of plants. In order to investigate the molecular mechanism of low nitrogen resistance in cucumber, the full-length cDNA of SnRK gene was cloned in this study. The result showed that SnRK gene was 1 548 bp in length, encoded 515 amino acids, and had more than 80% homology with other crops. The protein encoded by this gene was an unstable and hydrophilic protein with no transmembrane structure and no signal peptide. Under nitrogen-free conditions and low nitrogen conditions, the expression pattern analysis of SnRK gene showed that this gene was up-regulated and its expression increased and was significantly higher than the normal level as the nitrogen concentration decreased. In addition, the expression of SnRK gene was also inhibited in the high nitrogen level and was significantly lower than the normal level. The result of this study would help us understand the molecular mechanism of low nitrogen resistance in cucumber.     

生物固氮基因簇结构与进化研究进展

在固氮菌基因组中,固氮相关基因都是作为一个或几个基因簇存在,是细菌生物固氮的遗传基础。这其中包括固氮酶结构基因nifHDK,以及参与电子转运和铁钼辅因子合成及组装的其他相关基因。对不同菌中固氮基因簇的结构和进化进行了简要的比较分析。比较所有已测序固氮菌中的固氮基因簇,发现均至少含有六个保守基因:nifH、nifD、nifK、nifE、nifN和nifB,并且这6个基因在所有已鉴定的系统中都是固氮所必需的。尽管在不同种类的固氮微生物中,固氮基因簇的构成及组织模式有所不同,但是它们在结构、催化机制和系统进化上紧密相关。同时也对固氮基因的研究方向提出了展望。旨在为今后进一步研究生物固氮机制,了解固氮微生物的进化,扩展生物固氮多样性提供理论基础。