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AfWIN1基因的克隆及表达特性

为利用基因工程手段调控凤梨科植物生长发育奠定基础,基于转录组数据,利用cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA ends,RACE)技术从蜻蜓凤梨中克隆APETALA2/Ethylene Response Element Binding Protein(AP2/EREBP)家族的1个转录因子编码序列AfWIN1,并通过在线软件预测其亚细胞定位,利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)方法分析其转录本表达量,且利用染色体步移方法分离其启动子序列。结果表明:AfWIN1cDNA全长995bp,含有1个501bp的开放阅读框(open reading frame,ORF),编码166个氨基酸残基;AfWIN1定位于细胞核的碱性亲水蛋白;AfWIN1的转录本表达量随着植株年龄的增长逐渐上调,但在花器官中表达量很低甚至检测不到;AfWIN1基因5′端上游的调控序列中包含较多响应激素的顺式元件;AfWIN1在幼株和成株心叶中对乙烯响应的方式不尽相同,可能参与蜻蜓凤梨营养生长过程,但不调控花器官发育。     

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。     

沙冬青AmDREB2基因的克隆及序列分析

DREB(Dehydration responsive element binding)蛋白属于植物AP2/EREBP(APETALA2/Ethylene-responsive element binding protein)类转录因子。我们通过表达谱分析,从强耐逆植物蒙古沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)中鉴定出一个受寒旱诱导表达的DREB基因(命名为AmDREB2),并利用PCR方法克隆到其cDNA和gDNA,均由528bp组成,无内含子。推测其编码蛋白含158个氨基酸残基和1个保守的AP2结构域及核定位信号,很可能定位于细胞核。本论文为深入研究该基因的功能奠定了基础。     

AP2/ERF转录因子对植物非生物胁迫应答的研究进展

植物AP2/ERF(APETALA 2/ethylene-responsive element binding factor)是一个庞大的转录因子超家族,其蛋白质中均含有1或2段60~70个氨基酸残基组成的AP2/ERF结构域,存在于所有植物中。AP2/ERF转录因子参与多种生物学过程,包括干旱、高盐、低温等逆境胁迫响应等。在植物受到逆境刺激后,脱落酸、乙烯等信号相应地被激活,并激活AP2/ERF转录因子的表达,从而调控功能基因的表达。文中对国内外近年来有关植物AP2/ERF类转录因子的分类、结构特点、分布、信号传导途径及基因调节等方面的研究进行了综述。     

胡杨中两个新DREB类基因的克隆、序列分析及转录激活功能研究

DREB转录因子(干旱应答元件结合因子)是逆境适应中的关键调节因子。该类转录因子的特点是拥有保守的AP2/EREBP(APETALA2/乙烯应答元件结合蛋白)结构域,能够特异性地与抗逆基因启动子上的DRE元件相结合,在低温、干旱和盐碱等条件下调节一系列下游逆境应答基因的表达。本研究从胡杨中分离出2个编码DREB2类蛋白的基因PeDREB3和PeDREB4。PeDREB3和PeDREB4在胡杨根、茎、叶中都有表达。序列分析显示,PeDREB3和PeDREB4均含有非典型性AP2/ERF结构域,即在AP2/EREBP结构域的第2个β折叠和第3个β折叠处多出8个氨基酸残基,用改进的酵母单杂交技术发现PeDREB3和PeDREB4能够在酵母中激活下游报告基因的表达,具有转录活性。     

马铃薯乙烯响应因子基因的克隆表达及生物信息学分析

根据番茄ERF5基因(NM_001247583.1)序列设计引物,采用RT-PCR方法得到马铃薯ERF基因的cDNA,并对其进行生物信息学及表达分析.结果表明:该cDNA全长789bp,阅读框为732bp,编码243个氨基酸.序列同源性分析表明该基因序列与番茄ERF5基因的序列同源性达82%,氨基酸序列同源性达70%.对该马铃薯ERF基因的氨基酸序列经BLAST进行多序列比对,发现该氨基酸序列的98～160bp为AP2结构域,属于AP2/EREBP转录因子的EREBP亚族ERF类.蛋白质三级结构预测表明该基因的AP2结构域非常保守.对ERF基因进行荧光定量PCR分析,表明该基因可能参与了马铃薯块茎解除休眠与发芽过程的调控.     

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。     

黄花菜生物钟基因HcLHY的克隆及时空表达分析

为解析黄花菜LHY基因的开花时间生物学功能和调控机理,本试验以大同黄花(Hemerocallis citrina cv.‘DatongHuanghua’)为材料,通过转录组数据库检索和PCR技术克隆了黄花菜生物钟基因HcLHY,分析了该基因的生物信息学、系统发育和时空表达特性。结果表明:该基因cDNA全长共计1 929 bp,编码642个氨基酸,蛋白相对分子量为69 470.67 D,理论等电点(pI)为5.82。生物信息学预测其为亲水蛋白,不具有跨膜结构域;其为转录因子,定位于细胞核中,不具备信号肽,该基因所编码蛋白的N端具有典型的Myb DNAbinding保守结构域;系统发育分析显示,HcLHY蛋白与芦笋AoLHY(XP_020245416.1)亲缘关系最近,同时发现不同植物的LHY蛋白保守结构域也有较高的相似性,在被子植物生物钟系统中的功能高度保守;时空表达特性分析HcLHY基因在开花前-12 h表达量最高,且在花瓣中表达量最高,显著高于叶片、雌蕊、雄蕊、花萼及根。此结果为以黄花菜为生物钟模式植物的分子生物学研究提供了借鉴,为进一步通过遗传和外源影响开花时间调控黄花菜采收提供理论依据。     

木榄ERF转录因子基因的克隆及功能分析初探

利用RACE-PCR技术,以深圳红树自然保护区的木榄为材料,克隆出一个ERF类转录因子基因的cDNA全长序列,命名为BgERF(GenBank序列号:GU593720)。生物信息学分析表明:该基因全长1 870 bp,完整开放阅读框1 425 bp,具有一个保守的AP2/EREBP结构域,且编码的由475个氨基酸组成的蛋白具有典型的1个α螺旋,3个β转角的三维结构,在AP2/EREBP结构域的第14位为丙氨酸(A),第19位为天冬氨酸(D),属于AP2/EREBPF蛋白家族中的ERF类转录因子;NCBI-BLAST比对结果表明:该基因与胡萝卜、拟南芥、水稻、辣椒、番茄、大豆、马铃薯、陆地棉等植物ERF类转录因子具有较高的同源性;并构建了高效植物表达载体PBI121-35s-BgERF,获得的转基因烟草与野生型相比,表现出明显的耐盐性,为该基因功能的深入分析和耐盐机理的研究奠定了基础。     

百子莲CONSTANS同源基因的克隆及表达分析

根据前期百子莲转录组测序分析的结果,获得了1 个与光周期调控开花途径关键基因CONSTANS(CO)同源 性较高的核心片段。采用cDNA 末端快速扩增(RACE) 方法得到了百子莲CO 基因cDNA 全长序列,命名为 ApCOL,GenBank 登录号为KF683287。序列分析表明,百子莲ApCOL 基因cDNA 全长1 648 bp,5非编码区(5UTR) 和3非编码区(3UTR)分别为126 和355 bp,开放阅读框(ORF,127 ~ 1 293 bp)1 167 bp,编码388 个氨基酸。 ApCOL 具有CO 蛋白典型的结构域:氨基末端有2 个B-box 结构域,羧基末端有1 个CCT 保守结构域。氨基酸同源 性比对发现,ApCOL 与葡萄(XP_002274384.2)、可可(EOX99181.1)和大豆(NP_001241023.1)等植物的CO 蛋白有 很高的相似性,同源性均在50%以上。系统进化树分析表明,ApCOL 与小麦CO(EMS51329.1)聚类关系最近。实 时荧光定量qRT-PCR 结果表明:叶片中ApCOL 的表达量在花芽分化3 个时期均高于花芽中的表达量,且叶片中的 最高表达量和花芽中最低表达量均出现在花芽诱导期;在整个初花期内,各器官中ApCOL 表达量由高到低依次是 花梗、叶片、幼果、子房、花瓣、茎和花葶,花梗中表达量分别为叶片和茎中的2.68 和114.3 倍;不同光周期处理的叶 片中ApCOL 基因表达模式相近,均在暗处理时期呈现高表达。说明该基因的表达具有明显的时空差异性和生物钟 调节特性,推测ApCOL 在百子莲成花过程中以及花发育过程中发挥着一定的作用。      

青花菜WRI4基因的克隆、生物信息学分析及表达载体的构建

AP2/ERF(APETALA2/ethylene-responsive factor)是一个庞大的转录因子超家族,其蛋白质中均含有1段或2段由60～70个氨基酸残基组成的结构域,该家族基因广泛存在于植物体内,在植物生长发育,生物及非生物胁迫响应,植物次级代谢中均发挥着重要的作用.本试验利用前期的青花菜转录组数据,采用RT-PCR技术从青花菜中分离克隆WRI4基因,利用生物信息学分析软件对其进行基因结构及特征分析.结果表明,青花菜WRI4转录因子基因共编码308个氨基酸,WRI4具有2个AP2/ERF结构域,属于AP2/ERF家族成员.WRI4蛋白为亲水性蛋白,无跨膜结构,二级结构以无规则卷曲和α-螺旋,β-转角为主.氨基酸序列比对及进化树分析结果表明,青花菜WRI4转录因子与白菜、油菜相应的转录因子有较高的相似性.采用同源重组技术构建了WRI4过表达载体,为进一步深入探究该转录因子的功能,培育青花菜新品种奠定了基础.     

巴西橡胶树HbNTL2基因的克隆和表达分析

利用RT–PCR和实时荧光定量PCR技术,对巴西橡胶树膜结合转录因子HbNTL2进行克隆和表达,并通过酵母试验进行转录激活功能分析。结果表明,HbNTL2基因的开放阅读框为1 380 bp,编码一个由459个氨基酸组成的蛋白,该蛋白属于NAC转录因子家族中的ANAC001亚族;在第6～172位氨基酸之间含有典型的NAC结构域,第433~453位氨基酸具有跨膜结构域,是膜结合NAC转录因子;HbNTL2具有转录激活功能,转录激活区在C–末端;HbNTL2在叶片的表达高于在橡胶树的其他部位,受割胶、茉莉酸(JA)和乙烯(ET)处理以及低温胁迫诱导。综合分析结果表明,HbNTL2可能参与调控巴西橡胶树的生长发育和胁迫应答过程。     

茶树AP2/ERF-B3类转录因子基因的克隆与表达特性分析

植物在受到高温、低温、干旱和盐害等逆境胁迫时,ERF作为信号转导因子被诱导并调控其他抗逆基因的表达。研究茶树AP2/ERF-B3类转录因子在不同茶树品种间的分子特性、组织表达和逆境响应情况,将有助于了解AP2/ERF转录因子在茶树逆境调控中的作用。以2个茶树品种‘安吉白茶’和‘迎霜’为试验材料,通过RT-PCR方法分别从2种茶树的cDNA中克隆得到CsERF-B3基因。利用实时定量PCR技术检测该基因在茶树根、茎、叶、花各组织和4种非生物逆境胁迫处理(4℃低温、38℃高温、200 g·L-1PEG干旱处理、200 mmol·L-1NaCl)中的表达情况。结果表明:2种茶树中CsERF-B3基因全长均为639 bp,编码212个氨基酸,含有保守的AP2结合域,是植物典型的AP2/ERF家族转录因子;该转录因子属于AP2/ERF转录因子家族中的ERF亚族B3组;该转录因子是亲水性蛋白,无序化特征明显,并与拟南芥AtERF1具有相似的三级结构;该基因在茶树根中表达量最高,并且均能快速响应高温(38℃)、低温(4℃)和高盐(200 mmol·L-1NaCl)等非生物逆境胁迫。结论:环境中常见非生物胁迫可诱导茶树中CsERF-B3基因的表达,表明该AP2/ERF-B3类转录因子在茶树非生物胁迫中起着重要调节作用。     

茶树AP2/ERF-B3类转录因子基因的克隆与表达特性分析

植物在受到高温、低温、干旱和盐害等逆境胁迫时,ERF作为信号转导因子被诱导并调控其他抗逆基因的表达。研究茶树AP2/ERF-B3类转录因子在不同茶树品种间的分子特性、组织表达和逆境响应情况,将有助于了解AP2/ERF转录因子在茶树逆境调控中的作用。以2个茶树品种‘安吉白茶’和‘迎霜’为试验材料,通过RT-PCR方法分别从2种茶树的cDNA中克隆得到CsERF-B3基因。利用实时定量PCR技术检测该基因在茶树根、茎、叶、花各组织和4种非生物逆境胁迫处理(4℃低温、38℃高温、200 g·L-1PEG干旱处理、200 mmol·L-1NaCl)中的表达情况。结果表明:2种茶树中CsERF-B3基因全长均为639 bp,编码212个氨基酸,含有保守的AP2结合域,是植物典型的AP2/ERF家族转录因子;该转录因子属于AP2/ERF转录因子家族中的ERF亚族B3组;该转录因子是亲水性蛋白,无序化特征明显,并与拟南芥AtERF1具有相似的三级结构;该基因在茶树根中表达量最高,并且均能快速响应高温(38℃)、低温(4℃)和高盐(200 mmol·L-1NaCl)等非生物逆境胁迫。结论:环境中常见非生物胁迫可诱导茶树中CsERF-B3基因的表达,表明该AP2/ERF-B3类转录因子在茶树非生物胁迫中起着重要调节作用。     

木薯赤霉素途径DELLA蛋白基因克隆及其对干旱胁迫的响应

赤霉素(GA)信号转导途径是通过DELLA抑制蛋白来调控的.笔者利用拟南芥DELLA蛋白基因序列,通过电子克隆方法首次克隆了1个木薯DELLA蛋白基因,长度为1 857 bp,具有完整的蛋白编码框的cDNA序列,命名为MeGAI.生物信息学分析显示,该蛋白具有与拟南芥DELLA蛋白一样的保守结构域,如DELLA结构域、VHYNP结构域、POLY(S/T)结构域、核定位信号、VHVID结构域、亮氨酸结构域、GRAS结构域;该基因在干旱胁迫下的表达模式研究结果表明,该基因在干旱胁迫下是下调表达的;GA生物合成重要基因GA20-氧化酶基因在干旱胁迫下的表达模式研究结果表明,两者在干旱胁迫下的表达模式具有良好的相关性,这说明GA途径可能参与木薯抗旱机制.     

芒果乙烯受体ETR1和ERS1基因的克隆及序列分析

[目的]克隆芒果乙烯受体ETR1和ERS1基因(MiETR1和MiERS1),并进行生物信息学分析,为研究乙烯受体在芒果成熟和衰老过程中的调控机制提供理论参考.[方法]以芒果为材料,应用RACE技术扩增MiETR1和MiERS1基因的cDNA序列,并应用生物信息学方法对其编码的氨基酸序列进行预测分析.[结果]克隆获得的MiETR1基因cDNA序列全长2570 bp,开放阅读框(ORF)2220 bp,编码739个氨基酸;MiERS1基因的cDNA序列全长2171 bp,ORF 1890 bp,编码629个氨基酸;GenBank登录号分别为KY002681和KY002682.MiETR1和MiERS1蛋白均为含跨膜结构的非分泌型疏水蛋白,属于乙烯受体ETR1家族成员,以Ser为主、Thr为辅的磷酸化修饰调控乙烯信号转导,均含有3个典型的模块,即GAF结构域、HisKA结构域和HATPase_c结构域,MiERS1蛋白较MiETR1缺少REC结构域.不同物种ETR1和ERS1蛋白的氨基酸序列具有高度保守性,MiETR1和MiERS1均与甜橙(Citrus sinensis)和克莱门柚(Cit-rus clementina)的ETR1和ERS1蛋白亲缘关系较近,但二者分别聚在两个不同的分支上,表明两个蛋白存在一定的遗传分化.[结论]乙烯受体基因在芒果成熟和衰老过程中发挥调控作用.     

植物乙烯响应因子(ERF)的结构、功能及表达调控研究进展

乙烯响应因子(ERF)是植物中AP2/ERF转录因子超家族中的一部分,其结构特征为含有1个AP2结构域,在AP2域外还含有功能各异的基序。ERF在胁迫下通常正向调控植物的抗性,但也会因为一些原因负调控植物的抗性。ERF通过调节果实的色素变化及软化等调控果实成熟过程,通过调控衰老和脱落进程以控制花叶的寿命。ERF受信号分子调控启动转录,之后受其他机制调控完成表达。ERF可以通过调控信号分子对下游基因进行大范围的调控。多种ERF与蛋白质之间互作的机制丰富了ERF调控下游基因的方式。本研究综述了ERF的结构特征、生物学功能及表达调控机制。图1表1参77     

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。     

中国野生毛葡萄白粉菌诱导响应VqAP基因的克隆及表达分析

【目的】克隆中国野生毛葡萄"商-24"天冬氨酸蛋白酶(AP)基因的cDNA序列,明确其在葡萄抗病防御机制中的作用。【方法】在前期获得的中国野生毛葡萄株系"商-24"AP基因(VqAP)EST序列的基础上,采用RT-PCR克隆AP基因的cDNA序列,对其序列及编码产物进行生物信息学分析,并通过实时定量PCR和半定量PCR,分析VqAP基因在白粉菌诱导不同时间(0,6,12,24,48,72,96和120h),不同激素(100μmol/L水杨酸,50μmol/L乙烯和0.5g/L茉莉酸甲酯)刺激及不同组织(嫩叶、嫩茎、花、果皮、卷须)中的表达情况。【结果】序列分析表明,VqAP基因序列长度为1 377bp,具有开放阅读框,编码458个氨基酸残基,相对分子质量为50.48ku,等电点为8.73。保守结构域分析表明,VqAP编码产物含有2个保守的具有催化活性的天冬氨酸残基,位于Asp-Thr/Ser-Gly(DT/SG)结构域,该基因编码的氨基酸序列属于植物天冬氨酸蛋白酶A1家族,为非典型的天冬氨酸蛋白酶。荧光定量PCR结果表明,接种白粉菌后6h,VqAP基因表达量为0h的6倍多,之后迅速下调;不同激素处理后,该基因也均诱导表达,这可能是由于VqAP基因参与了植物早期的抗病反应,以及由不同激素诱导的发病相关基因的调节作用。半定量PCR结果表明,在葡萄嫩叶、嫩茎、花、果皮、卷须等不同组织中VqAP基因的表达量不同,这可能与它参与了植物不同组织中功能蛋白的合成与降解有关。【结论】VqAP的表达响应病原菌侵染并受生物胁迫相关激素的调控,可能在葡萄防御病原菌侵染的机制中发挥重要作用。