小麦Wrab18基因在小麦与叶锈菌互作中的功能研究

小麦Wrab基因家族分离于一种抗寒性小麦品种,该家族基因受冷胁迫或脱落酸诱导,在冷胁迫或脱落酸诱导后有高表达。通过构建转录组数据库,发现Wrab18基因在小麦抵抗叶锈菌侵染的过程中有明显上调。本试验以小麦品种‘洛夫林10’(简称‘L10’)与叶锈菌生理小种260组成不亲和组合,采用RT-PCR技术克隆Wrab18全长序列;应用生物信息学方法分析该基因的序列特征;通过与GFP蛋白融合进行亚细胞定位;采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)方法检测Wrab18基因的表达;利用VIGS技术沉默Wrab18基因后,探究Wrab18基因在小麦与叶锈菌互作过程中的作用。结果克隆得到510bp的Wrab18基因开放阅读框全长,生物信息学分析表明,Wrab18可能不含有跨膜结构,为亲水性蛋白;亚细胞定位显示Wrab18定位于细胞质及细胞核中;Wrab18基因在接菌后8h表达量有明显增高;通过VIGS技术沉默‘L10’中的Wrab18基因,在接种叶锈菌后96h,发现叶锈菌的吸器母细胞数量增多,引起的小麦HR细胞面积增大,表明Wrab18基因参与了小麦抵抗叶锈菌侵染的过程,并在该过程中发挥正调控作用。     

异三聚体G蛋白参与小麦抗叶锈病反应的研究

 【目的】研究异三聚体G蛋白是否参与小麦抗叶锈病反应的过程,为更深入地了解小麦抗叶锈病的反应机制奠定基础。【方法】用异三聚体G蛋白的效应剂处理离体培养的小麦叶片后接种叶锈菌观察侵染型的变化。测量经异三聚体G蛋白的效应剂诱导后防卫反应酶活性值,观察变化趋势。另外用半定量RT-PCR方法检测接种毒性菌株和无毒性菌株后异三聚体G蛋白α亚基基因的表达情况。【结果】用激活剂（GTPγS、Mastoparan-7）处理后明显可以推迟叶片发病,而抑制剂百日咳毒素（PTX）作用不明显。用G蛋白的激活剂（GTPγS、Mastoparan-7）处理后防卫反应酶的活性升高,而用抑制剂百日咳毒素（PTX）处理后24 h再接种无毒性叶锈菌菌株,防卫反应酶的活性却无明显的变化。无毒性叶锈菌菌株可以诱导叶片中G蛋白基因表达量升高,毒性菌株抑制G蛋白基因的表达。【结论】异三聚体G蛋白可能参与了小麦抗叶锈病的反应过程。     

小麦叶锈菌与TcLr19非亲和互作cDNA文库的EST分析

 【目的】建立小麦叶锈菌与小麦非亲和互作的基因表达数据库,为从分子水平阐明小麦抗叶锈病机制奠定基础。【方法】对叶锈菌诱导的TcLr19小麦叶片cDNA文库随机测序,利用BLASTx对所得序列进行功能注释,按照Bevan的植物基因功能分类标准进行分类。采用RT-PCR技术,以Actin为参照,对2条信号转导相关基因和3条抗病与防御相关基因进行表达分析。【结果】随机对cDNA文库中756个阳性克隆测序,获得649条高质量EST。对EST序列聚类拼接获得472条非重复序列(Unisequence)。功能分类结果表明,25.2%为未知功能蛋白,21.0%与能量代谢基因相关,17.8%与抗病防御基因及信号转导基因相关,其余EST分别与转录、转运、蛋白代谢等功能基因相关。RT-PCR分析结果表明同一基因在叶锈菌侵染后不同时间点的小麦叶片中表达量不一致,且各基因有不同的表达模式。【结论】推测钙转运ATP酶,谷胱甘肽-S-转移酶,蛋白激酶Pti1,NBS-LRR抗病蛋白和分子伴侣DnaJ等参与了小麦与叶锈菌的非亲和互作过程。该cDNA文库可用于了解小麦与叶锈菌非亲和互作过程中的功能基因,为建立研究病原菌基因及小麦抗病基因数据库奠定基础。     

TaSPX3基因VIGS沉默表达降低小麦对叶锈病(Puccinia recondite f. sp. tritici)的抗性

为挖掘TaSPX3基因在小麦抗叶锈病中的作用,本研究以前期对叶锈菌感染的小麦转录组数据分析发现的TaSPX3基因受到叶锈菌侵染诱导表达为依据,利用BSMV-VIGS系统沉默中国春和郑麦9023中的TaSPX3基因,利用qRT-PCR技术进一步分析小麦抗病相关基因的转录水平。结果发现TaSPX3基因沉默后,小麦叶锈菌感染加重,降低了小麦对叶锈病的抗性;同时,对侵染过程抗病相关基因转录检测发现,抗病相关基因PR2和CAT的表达水平显著下调。本研究表明TaSPX3基因可能通过调控PR2和CAT基因的表达参与小麦对叶锈病的抗性。     

叶锈菌诱导的小麦叶片抑制差减杂交文库构建及其分析

 【目的】研究叶锈菌诱导小麦叶片的基因表达情况,从分子水平阐明小麦的抗病机制。【方法】以小麦抗叶锈病近等基因系TcLr41为材料,利用抑制差减杂交技术,构建叶锈菌诱导的小麦叶片cDNA文库,随机挑取文库中的阳性克隆测序,并对测序结果进行功能注释和分类。【结果】成功构建了叶锈菌诱导的小麦叶片抑制差减杂交文库,共获得3 456个阳性克隆。挑取165个阳性克隆进行测序,获得160条高质量EST。对EST序列进行聚类后,共获得107条非重复序列（Unigene）,与GenBank进行BLASTx和BLASTn同源比对,其中70条非重复序列与已知基因同源性很高,占全部非重复序列的65.4%。已知功能的EST涉及植物的能量代谢、信号转导、转录调控及抗病防卫等多方面。【结论】通过对功能已知的基因分析,推测促分裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase）、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（serine/threonine protein kinase）、GTP结合蛋白（GTP-binding protein）、钙网蛋白（calreticulin）、过氧化氢酶（catalase）、谷胱甘肽-S-转移酶（glutathione-S-transferase）、多聚泛素基因（polyubiquitin）、锌指蛋白（zinc-finger protein）、肉桂醇脱氢酶（cinnamyl alcohol dehydrogenase）、转脂蛋白（lipid transfer protein）、类甜蛋白（thaumatin-like）、几丁质酶（chitinase）等可能参与了小麦与叶锈菌的非亲和互作过程。     

叶锈菌及信号分子诱导小麦TcLr35中β-1,3-葡聚糖酶基因的表达分析

【目的】β-1, 3-葡聚糖酶是一种病程相关（pathogenesis-related,PR）蛋白,了解小麦TcLr35中β-1, 3-葡聚糖酶基因在叶锈菌（Puccinia triticina）与TcLr35小麦互作体系中的表达模式,明确其与TcLr35小麦抗叶锈病相关性,进而探讨PR蛋白介导的小麦成株抗叶锈病的分子机理。【方法】在前期研究基础上,利用生物信息学方法分析已克隆β-1, 3-葡聚糖酶类病程相关蛋白基因TaLr35PR2结构特征,利用半定量RT-PCR方法结合genetools和SPSS软件检测叶锈菌及信号分子诱导后不同时间点该基因表达量,并明确其在小麦根、茎和叶各生长器官及小麦不同生长时期的基因表达模式。【结果】小麦TaLr35PR2含有信号肽,编码定位于液泡的碱性蛋白,蛋白序列与其他物种PR2类蛋白序列具有较高同源性,与普通小麦病程相关蛋白2亲缘关系最近,与水稻病程相关蛋白亲缘关系最远。小麦成株期接种叶锈菌后不同时间点,TaLr35PR2在亲和反应（Thatcher）中表达量变化不大,趋于平缓;而在非亲和反应（TcLr35）中的表达有显著差异,总体上,该基因在非亲和组合中表达量明显高于亲和组合中表达量。检测TaLr35PR2在成株小麦TcLr35各器官中基因表达,该基因在叶片中表达量随接菌时间点延长明显增加,并在接菌后48 h达到表达高峰;而在根中接菌后各时间点均未检测到基因表达;在茎中接菌后48 h开始有少量表达,但表达量变化不大,趋于平缓,总体表达丰度为叶＞茎＞根。在小麦生长发育的不同时期,除1叶期外,该基因在TcLr35和Thatcher中均有表达,Mock（未接菌处理）反应中,TaLr35PR2在小麦不同生长期的表达呈上升趋势;接种叶锈菌后,TaLr35PR2在亲和反应和非亲和反应小麦各生长时期的表达量均高于Mock反应,且在成株期表达稳定。信号分子水杨酸（salicylic acid,SA）、脱落酸（abscisic acid,ABA）均能诱导该基因的表达,信号分子预处理后接种叶锈菌,基因表达量显著上调。【结论】TaLr35PR2的表达受叶锈菌诱导,TaLr35PR2可能参与SA、ABA介导的信号通路,并参与小麦TcLr35成株抗叶锈病防御反应。     

TaCDPK6在小麦与叶锈菌互作过程中的表达模式分析

为了深入探究钙依赖蛋白激酶(Calcium dependent protein kinase,CDPK)在小麦与叶锈菌互作过程中的功能机制,本试验结合叶锈菌生理小种260侵染小麦品种Tc Lr26后的RNA-seq数据和NCBI基因组数据筛选得到抗病相关基因TaCDPK6,并对TaCDPK6进行了蛋白质理化性质分析;利用RT-qPCR和Western blotting技术检测TaCDPK6基因及其表达蛋白在小麦与叶锈菌互作过程中的表达模式。结果表明,TaCDPK6蛋白分子大小为57 kD,理论等电点为7.61,为亲水性蛋白质;在小麦叶片接种叶锈菌后,随着接种时间的延长,目的基因及蛋白呈先上升后下降的表达趋势,并且在4～8 h表达量达到最高,与RNA-seq数据分析得到的表达趋势基本一致。结果表明TaCDPK6在小麦抵抗叶锈菌的基础防御反应中可能发挥正调控作用。     

利用VIGS技术分析TcLr19中TaSTKC8基因的抗叶锈性功能

为明确抗叶锈病相关基因在抗叶锈性中的作用,本研究以小麦叶锈菌诱导的TcLr19为研究对象,利用病毒介导的基因沉默(Virus induced gene silencing,VIGS)技术对前期克隆得的TaSTKC8基因进行了初步的功能分析,结果显示TaSTKC8部分基因沉默后,反应型由"0"变为"X";组织学观察显示接种叶锈菌120h,寄主组织中虽然出现了坏死反应,但有大量菌丝的生长,说明TaSTKC8基因参与了TcLr19对小麦叶锈菌THTS的抗病反应。     

TaCBL基因在小麦与叶锈菌互作过程中的表达分析

利用实时定量PCR技术对小麦与叶锈菌互作过程中的钙调磷酸酶B类似蛋白相关基因的表达进行了检测分析。结果表明,在亲和组合接种后的16h,TaCBL1、TaCBL3、TaCBL4、TaCBL7基因的相对表达量明显增加,分别达到了对照的近8,2,4.5,14倍的水平,而在不亲和组合中,这4个基因在不同时间点的表达水平与对照相近;TaCBL2和TaCBL9的表达趋势在亲和组合和不亲和组合间大致相似,但在不亲和组合中其表达的峰值出现的时间要早于亲和组合;TaCBL6在2个组合的表达变化基本一致。以上结果初步表明,TaCBL可能参与了小麦抵抗叶锈菌侵染的基础防卫反应,其中TaCBL2和TaCBL9在抵抗叶锈菌侵染过程中发挥正调控作用,而TaCBL1、TaCBL3、TaCBL4和TaCBL7的高表达削弱了寄主的抗病性从而更利于叶锈菌的侵染。为进一步深入研究Ca2+信号通路中钙调磷酸酶B类基因在小麦与叶锈菌互作过程中的作用机制奠定了试验基础。     

小麦PR5Ks蛋白家族鉴定与分析

类PR5受体蛋白激酶（PR5 receptor-like protein kinase,PR5Ks）包含病程相关蛋白5(PR5)和激酶结构域,为植物类受体蛋白激酶（Receptor-like protein kinase,RLK）家族的1个亚族,与植物的抗病防御反应相关。本研究从小麦基因组中鉴定了17个PR5Ks基因,对其理化性质、基因结构、保守基序和启动子进行分析。结果表明,17个PR5Ks蛋白家族成员均为疏水性蛋白,氨基酸数目在415～663个,分子量在44.60～73.52 kD,等电点介于5.61～8.4,蛋白结构以无规则卷曲和α螺旋为主。顺式作用元件分析显示,在小麦PR5Ks基因转录起始位点上游2 000 bp序列中存在多种响应元件,包括SA、MeJA、厌氧诱导、低温等响应元件。为了明确17个小麦PR5Ks成员是否具有抗病性,对小麦在赤霉菌（Fusarium graminearum）和条锈菌（Puccinia striiformisf. sp.tritici）侵染过程中PR5Ks基因的表达规律进行分析,发现TaPR5K-3、TaPR5K-5、TaPR5K-9和TaPR5K-11受赤霉菌和条锈菌的共同诱导。利用实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,qPCR)技术检测了接种叶锈菌的小麦中基因的表达模式,结果显示,TaPR5K-3、TaPR5K-5、TaPR5K-9和TaPR5K-11这4个基因均受叶锈菌诱导且在抗病植株中高表达,表明他们在小麦与叶锈菌的互作中发挥正向调控作用。综上所述,本研究初步筛选到4个与小麦抗病相关的PR5Ks基因,为进一步揭示PR5Ks蛋白家族参与小麦生长发育及抗病防御反应提供参考。     

鸭肠炎病毒US10基因的原核表达及抗血清的制备

以鸭肠炎病毒 (DEV) C-KCE株基因组DNA为模板,PCR扩增获得US10基因。构建了其 原 核表达载体pET-32a-US10,经1.0 mmol／L IPTG诱导,目的蛋白在Rosetta(DE3) pLys宿主菌中获得了表达。SDS-PAGE电泳结果显示目的蛋白以包涵体形式表达,与预期大小相符。利用 亲和层析法纯化目的蛋白,以纯化的蛋白为免疫原制备其抗血清,琼脂扩散法测得抗体效价为 1∶4,间接ELISA法测定抗体效价为1∶102　400。间接免疫荧光试验证实制备的抗血清可特 异性识别鸭肠炎病毒的US10基因编码产物。     

棉铃虫中肠Cry1A受体蛋白氨肽酶N1在Tn细胞系的表达

 【目的】将棉铃虫中肠Bt受体蛋白在真核表达系统中成功表达。【方法】用PCR方法分别扩增出对Cry1Ac毒素敏感和抗性棉铃虫的中肠氨肽酶N1（APN1）基因的去信号肽片段,将其克隆至pUC 19载体,测定核酸序列后,克隆入Bac-to-Bac表达系统中杆状病毒转移载体pFastBacHTB中多角体基因启动子的下游,筛选出重组质粒pFastBacHTB/APN1并转化大肠杆菌DH10Bac,在体内进行重组,经抗性和蓝白斑筛选,获得杆状病毒重组载体Bacmid/APN1。转染粉纹夜蛾（Trichoplusia ni）细胞（Tn-5B1-4）,获得含APN1基因的重组杆状病毒,重组病毒感染Tn细胞后,得到表达的蛋白。【结果】SDS-PAGE分析和点杂交显示,目的基因得到了成功表达。【结论】APN1基因在Tn细胞中成功表达,为今后继续研究其功能和与抗性的关系奠定了基础。     

弓形虫RH株表面抗原SAG3去信号肽基因的蛋白原核表达及鉴定

根据GenBank中弓形虫表面抗原SAG3基因序列,以弓形虫总RNA反转录的cDNA为模板,扩增出SAG3去除信号肽基因并进行原核表达.将重组pET-28a(+ )-SAG3阳性表达质粒转入大肠杆菌BL(DE3)中,用IPTG进行诱导表达.通过SDS- PAGE和Western blotting对重组蛋白进行分析和鉴定.结果表明:成功扩增了不合信号肽的SAG3基因,构建的原核表达质粒在大肠杆菌中得到了高效表达,能够与鼠抗弓形虫阳性血清发生特异性反应,去信号肽的SAG蛋白具有反应原性.     

农民利益表达路径探析

在分析农民利益表达路径现状和特点的基础上,从经济学和政治学的角度比较了农民利益表达内外路径,并对其进行了重新设计与规划。     

影响猪生长激素基因工程菌表达效率的因素研究

在摇瓶条件下研究了影响猪生长激素(pGH)基因工程菌表达效率的某些因素。实验结果表明:工程菌 pJW301/JA221在不同光密度时开始诱导,诱导不同时间及不同通气量对pGH 的表达效率影响较大;过夜培养物存放时间的长短及不同氨苄青霉素(Amp)浓度对表达效率稍有影响。表达载体 pJW301转化不同受体菌,其表达效率有较大差异。     

AcMNPV LEF-10形成难解离复合物的特性研究

【目的】将已经成功构建的AcMNPVlef-10表达载体在原核和真核表达系统中表达,研究其形成高分子复合物的特性,为揭示其高分子复合物的形成机理奠定基础。【方法】将先前成功构建的pTriEx-lef-10、pTriExlef-10-1-52、pTriEx-lef-10-27-78重组质粒分别转化至大肠杆菌BL21(DE3)和Sf 9细胞中诱导表达,产物经纯化、浓缩后,进行SDS-PAGE和Western blot检测分析;利用SDD-AGE技术估测LEF-10蛋白的分子质量;用透射电子显微镜分别观察原核和真核系统表达的LEF-10蛋白的外部形态。【结果】Western blot分析显示,LEF-10蛋白能形成高分子复合物,而C末端、N末端缺失和C末端融合GFP都可以阻断或部分阻断LEF-10高分子复合物的形成;苯酚-氯仿-异戊醇能部分打开LEF-10蛋白高分子复合体;利用SDD-AGE技术初步估测LEF-10高分子复合体分子质量集中在520~3 250ku;透射电子显微镜观察原核和真核系统表达的LEF-10,可见蛋白复合体大小不均一,呈现球形或者近球形。【结论】LEF-10蛋白在原核和真核表达系统中,都会形成高分子复合体,该复合体在强变性剂作用下,也不能完全打开,推测该复合体可能以共价键形式结合。     

MCL-1原核表达载体构建及重组蛋白表达

[目的]构建日本蟾蜍(Bufo japonicus formosus)髓细胞白血病基因-1(myeloid cell leukemia-1,mcl-1)的原核表达载体并诱导其重组蛋白表达。[方法]通过PCR方法扩增日本蟾蜍皮肤mcl-1开放阅读框,将其插入到原核表达载体pET-28b中。经菌落PCR、DNA限制性内切酶消化筛选阳性克隆,并通过DNA测序确定原核表达载体pET-28b-mcl-1构建成功。将pET-28b-mcl-1转入大肠杆菌(E.coli)感受态细胞BL21(DE3)中,用IPTG诱导表达,并用SDS-PAGE对重组蛋白的表达进行检测。[结果]原核表达载体pET-28b-mcl-1构建成功;重组蛋白在大肠杆菌中成功表达。[结论]原核表达载体的构建及重组蛋白的表达,为后续MCL-1的纯化、抗血清的制备及生理功能检测奠定了基础。     

拟南芥AtCOR15a抗寒基因原核表达载体的构建及蛋白表达

[目的]通过RT-PCR获得拟南芥AtCOR15a基因的ORF全长,经酶切、连接,以pET-28a(+)为原核表达载体.构建成pET28a-COR15a的重组表达载体,研究该基因在大肠杆菌中的表达情况,为进一步研究该基因的功能奠定基础.[方法]根据拟南芥AtCOR15a基因序列设计特异引物,利用RT-PCR的方法扩增目的基因,构建原核表达载体pET28a-COR15a,并将此重组质粒转化到大肠杆菌菌株BL21(DE3)中,经异丙基-β-D-硫代半乳糖苷( IPTG)诱导表达,SDS-PAGE电泳分析,验证其蛋白表达量,并对其体系进行优化.[结果]AtCOR15a在大肠杆菌中成功表达,在37℃条件下诱导表达量最大,而30和16℃条件下蛋白表达量降低,IPTG浓度0.2～1.0 mmol/L对蛋白的表达量影响不大,并没有明显差异.但通过在不同诱导时间取样分析,结果发现加入IPTG后诱导5 h蛋白表达量最大,而8 h后逐渐降低.[结论]构建的原核表达载体在大肠杆菌中能高效表达,AtCOR15a融合蛋白分子量大约为19 kD,为进一步研究该基因的功能奠定了基础.     

人肥胖基因大肠杆菌表达载体的构建及其诱导表达

通过设计1对PCR引物（上游引物,5-′GCCATATGGTGCCGATCCAAAAAG-3′,下游引物,5-′GAGAATTCCCTTCAAGGCCTCAG-3′）,采用PCR方法扩增出人肥胖基因编码成熟肽的核苷酸序列,将扩增产物从琼脂糖凝胶上回收后插入测序载体pMD-18-T后进行了核苷酸序列测定。将经EcoRⅠ和NdeⅠ双酶切后的扩增产物插入经EcoRⅠ和NdeⅠ双酶切后的大肠杆菌表达载体pET-28a（＋）,构建了可在大肠杆菌中高效表达人瘦蛋白的表达载体。将表达载体转化入大肠杆菌菌株BL21,经IPTG诱导后进行SDS-PAGE检测,结果表明构建的人肥胖基因表达载体得到高效表达,重组蛋白占到菌体总蛋白的31.2%。