七彩红竹MYB转录因子基因的克隆与分析

MYB基因是最大的植物转录因子家族成员之一,在植物次生代谢、生长及发育过程中发挥着重要作用。利用RACE方法,从七彩红竹中克隆得到1个与MYB同源的基因,命名为Ih MYB4,并利用RTPCR检测Ih MYB4在不同组织部分表达情况。序列分析表明:Ih MYB4序列全长1044 bp,编码347个氨基酸,该蛋白含有2个MYB功能结构域,属于R2R3-MYB家族。系统进化分析表明:Ih MYB4蛋白可能是一类参与花青素生物合成调控相关的蛋白。RT-PCR检测表明Ih MYB4只有在微红的幼嫩竹秆中才表达,说明Ih MYB4参与七彩红竹中花青素生物合成的调控。     

麻疯树AP2/ERF基因家族孤儿基因Soloist的克隆与原核表达分析

【目的】含有AP2结构域的AP2/ERF蛋白是与植物抗逆性密切相关的转录因子家族,Soloist是AP2/ERF家族中的孤儿基因,大部分植物只有1个。克隆麻疯树该基因编码框的全长c DNA序列,并对其理化性质、基因结构、启动子区域调控元件、表达特性及蛋白原核表达进行分析,为深入开展麻疯树Soloist基因的功能鉴定及其在麻疯树遗传改良中的应用提供依据。【方法】利用AP2结构域的隐马尔可夫模型结合拟南芥与水稻的Soloist蛋白序列对麻疯树蛋白质数据库进行相似性检索,经过Pfam与CDD在线工具的验证获得麻疯树AP2/ERF基因家族成员。利用不同的工具对Soloist基因进行生物信息学对比分析。通过实时荧光定量PCR检测该基因在麻疯树不同器官及低温处理下的相对表达量。通过双酶切构建该基因的原核表达载体,并转化大肠杆菌BL21(DE3)菌株进行IPTG诱导表达,分别收集不同诱导时间段的菌液,SDS-PAGE检测融合蛋白的表达情况。【结果】共鉴定到119个麻疯树AP2/ERF家族基因,其中包含1个Soloist基因,命名为Jc Soloist。序列分析显示,麻疯树Jc Soloist基因编码框长度为699 bp,编码232个氨基酸,预测分子量为26.3 k Da,理论等电点为9.65,包含6个外显子与5个内含子。在其基因启动子序列中鉴定到TATA框、CAAT框,以及赤霉素、水杨酸及干旱等应答元件。表达分析显示,麻疯树Jc Soloist基因在麻疯树各器官中都有表达,但表达水平具有器官特异性,在根中表达量较高,而在叶片中表达量相对较低,同时,在叶片与根中都属于低温诱导表达基因,分别在低温胁迫3 h与24 h达到最大表达量,较对照提高34.38倍与3.83倍。构建了p ET-32a-Jc Soloist重组载体,且在原核细胞中稳定表达,SDS-PAGE结果显示融合蛋白分子量为46.0 k Da,与预期大小一致。【结论】麻疯树AP2/ERF基因家族鉴定到1个Soloist基因,包含由3条反平行β-折叠与1条α-螺旋组成的AP2结构域,与其他物种的报道一致。基因启动子区域鉴定到赤霉素、水杨酸等顺式作用元件,暗示该基因在麻疯树激素信号转导中发挥重要作用。Jc Soloist基因在麻疯树叶片与根中受低温诱导表达显著,说明该基因参与麻疯树低温响应过程以及低温信号转导途径,也成为麻疯树抗冷新品种选育的候选基因。     

猴头菌MnP1基因全长cDNA克隆及生物信息学分析

【目的】克隆猴头菌 CB1锰过氧化物酶( MnP)基因,用于分析 He-mnp1基因及蛋白序列、基因的结构与功能,为研究猴头菌 MnPs基因功能、转录调控和构建优良工程菌株提供参考。【方法】根据 GenBank 中已报道的白腐菌MnPs基因cDNA序列的保守区域设计引物,采用简并PCR、逆转录RT-PCR、cDNA末端的快速扩增( RACE)等方法扩增出全长 cDNA基因序列,命名为 He-mnp1( GenBank 登录号为 HM116841.3),并对其猴头菌 He-mnp1基因进行生物信息学的分析。通过 NCBI 数据库进行 BLAST 同源搜索; ORF Finder 查找该基因的完整开放阅读框( ORF);利用Expasy数据库和BioEdit软件预测He-mnp1蛋白质的理化特性及氨基酸的组成;同时进行亲/疏水性及跨膜区的分析;采用 SignalP 4.1软件进行蛋白信号肽的预测;并利用 Clustal W 和 MEGA 5.1软件对 He-mnp1蛋白序列同源性比对和构建白腐菌MnPs系统发育树;利用数据库Conserved Domain Database( CDD)蛋白保守结构域的预测,查看 He-mnp1血红素、基质及锰、钙等结合位点;采用 PredictProtein 软件和 SWISS-MODEL 软件进行He-mnp1蛋白二级结构的预测和同源三维建模。【结果】该基因 He-mnp1的 cDNA 全长1279 bp,完整开放阅读框1080 bp,起始密码子 ATG,终止密码子 TAA,5'端非翻译区有68个核苷酸,3'端非翻译区有131个核苷酸,编码蛋白359 aa;生物信息学分析表明,猴头菌 He-mnp1氨基酸组成中丙氨酸含量最高,无酪氨酸,分子量为38.18 kDa,等电点为4.35,He-mnp1的蛋白有明显的亲水区,存在81－105、121－141间有2处疏水区域,此蛋白为亲水蛋白。He-mnp1蛋白质多肽前体包含1个18 aa的信号肽及1个5 aa的中间前导短肽。【结论】蛋白系统进化分析表明He-mnp1分布在第2组群,与平菇侧耳、冬生多孔菌、变色栓菌的 MnPs亲缘关系最为接近。He-mnp1基因存在1个保守结构域,分析显示为 Class Ⅱ类的真菌血红素过氧化物酶蛋白家族。He-mnp1蛋白二级结构预测α－螺旋占30.99%,β－折叠占3.38%,无规则卷曲占65.63%,属于稳定蛋白。He-mnp1蛋白三维建模,结果得到1个 Fe 血红素,2个 Ca2+、1个 Mn2+的结合位点及组氨酸残基等。     

毛竹SQUAMOSA启动子结合蛋白SBP家族基因的鉴定及表达模式分析

【目的】SBP家族基因编码的一类转录因子可识别并结合MADS-box基因SQUAMOSA(SQUA)的启动子,参与植物营养生长和生殖生长的调控。系统地鉴定和分析毛竹SBP家族基因,有助于理解SBP家族基因在毛竹营养生长和生殖生长过程中的调控作用,为毛竹SBP家族基因功能分析奠定基础。【方法】利用已公布的毛竹基因组数据,通过生物信息学方法鉴定毛竹SBP家族基因。利用MEGA 6.0、DNAMAN、psRNATarget等生物信息学软件获得毛竹SBP家族基因基本生物学信息。通过实时荧光定量PCR分析SBP家族基因在毛竹根茎叶、花序发育不同时期和实生苗受到高盐胁迫时的表达模式。【结果】在毛竹基因组中共鉴定到18条SBP家族基因,这些基因都有单一且高度保守的SBP结构域,其中有10条SBP家族基因具有miR156靶位点。毛竹SBP结构域有74个氨基酸残基,包括2个锌指结构域和1个NLS结构域。毛竹SBP转录因子进化关系、基序分布和DNA结构结果表明,进化关系相近的毛竹SBP转录因子的Motif和基因结构均具相似性。对不同物种来源的SBP家族基因进行进化分析发现,毛竹SBP家族基因与水稻SBP家族基因进化关系较近。对SBP基因在毛竹根茎叶中的相对表达量进行研究发现,PeSBP11和PeSBP16表达量分别在茎和根中最高。在花序发育P1-P4期(P1:花序形成初期;P2:小穗的分化;P3:颖花的分化;P4:小穗的生长),有6个基因(PeSBP1,PeSBP2,PeSBP3,PeSBP7,PeSBP15和PeSBP17)表达量较低,且无明显的表达量变化;7个基因(PeSBP5,PeSBP9,PeSBP10,PeSBP12,PeSBP14,PeSBP16和PeSBP18)在P1-P2期表达量上升,其中PeSBP10与PeSBP14的高表达延续到P3期;7个基因(PeSBP6,PeSBP8,PeSBP9,PeSBP10,PeSBP14,PeSBP16和PeSBP18)在P3期表达值较高;5个基因(PeSBP4,PeSBP5,PeSBP9,PeSBP13和PeSBP16)在P4期表达值较高。在高盐胁迫环境下,随着高盐胁迫处理时间的延长,PeSBP2,PeSBP3,PeSBP4,PeSBP8,PeSBP10,PeSBP11,PeSBP12与PeSBP14相对表达量逐渐上升。【结论】毛竹SBP家族基因在进化上非常保守,在进化过程中毛竹基因组可能并未出现特异的SBP基因。实时荧光定量PCR分析显示毛竹SBP家族基因参与了毛竹的营养器官生长,而且在毛竹开花过程中也发挥了重要的作用。在逆境盐胁迫条件下,有4个毛竹SBP基因的表达量发生了明显上调,表明毛竹SBP家族基因可能参与了毛竹对高盐的响应。     

松材线虫热激转录因子Bx-HSF-1基因的克隆及表达分析

【目的】通过对热激转录因子基因Bx-HSF-1的克隆和表达分析,为深入研究c GMP、TGFβ-like和Insulin/IGF等热激抗逆代谢路径提供理论基础。【方法】根据松材线虫基因组数据设计引物克隆松材线虫Bx-HSF-1基因。进一步对Bx-HSF-1进行Gene Ontology基因功能预测、系统发育分析、保守结构域分析等生物信息学分析。应用JASPAR预测Bx-HSF-1靶位点DNA序列,根据松材线虫基因组数据筛选含有该序列的靶基因,并通过蛋白质三维结构分析和分子对接验证。应用荧光定量q-PCR检测Bx-HSF-1及其靶基因在热激和低温处理条件下4个时间点的表达量,结合转录组数据对Bx-HSF-1及其靶基因的表达量相关性进行分析。采用原位杂交对Bx-HSF-1基因在松材线虫体内的表达部位进行了分析。【结果】根据基因组数据,克隆到松材线虫热激转录因子Bx-HSF-1基因长度为1 404 bp的涵盖完整蛋白编码区基因序列。结构域分析表明Bx-HSF-1基因编码蛋白质的氨基酸序列含有DNA结合结构域和亮氨酸拉链结构域。GO分析表明该基因参与延长线虫寿命、正向调控繁殖率、运动、热激反应、抗逆态幼虫发育和抗逆反应等生理过程,并具有特异DNA序列结合的分子功能。氨基酸疏水性分析表明该DNA结合结构域由3个α螺旋和4个反向平行的β折叠构成一个疏水核心,该疏水核心可以与热激元件靶位点互作。对松材线虫基因组进行BLAST比对筛选出Bx-DAF-7是Bx-HSF-1的靶基因,Bx-DAF-7基因TATA盒上游序列具有Bx-HSF-1靶位点序列。荧光定量q-PCR结果表明热激和低温处理同样促进Bx-HSF-1转录、抑制Bx-DAF-7转录,Bx-HSF-1与Bx-DAF-7的表达量负相关。原位杂交结果表明Bx-HSF-1基因在正常培养线虫体内各细胞均有微量表达,热激培养线虫前体部信号显著,峡部和肠区体壁信号较显著。【结论】本研究表明Bx-HSF-1具有特异DNA序列结合的分子功能。预测抗逆态幼虫形成基因Bx-DAF-7是Bx-HSF-1靶基因。转录组测序及q-PCR结果表明Bx-HSF-1与Bx-DAF-7的表达量负相关。Bx-HSF-1基因受温度刺激后多数体细胞内均有较高表达,特别是神经元、体壁肌肉细胞和皮下细胞中表达显著。     

热解糖梭菌β-木糖苷酶的克隆表达及其水解木二糖的应用

对来源于Thermoanacrobacterium thermosaccharolyticum的糖苷水解酶39家族的β-木糖苷酶基因Tt-xyl39进行了重组表达和酶学性质的研究,为新型β-木糖苷酶的研发及应用奠定基础.通过比对T.thermosaccharolyticum 571的全基因组序列,从中克隆出一个新型β-...     

杨树miR393对FBL基因家族成员调控作用的鉴定

【目的】揭示ptc-miR393对杨树FBL基因家族不同成员的剪切调控作用。【方法】首先将杨树FBL基因家族成员与双子叶植物、单子叶植物和蕨类植物代表物种拟南芥、水稻和小立碗藓的FBL基因家族成员进行系统进化分析;再对杨树FBL家族成员的基因结构进行比较;最后通过ptc-miR393与杨树FBL基因家族成员的序列比对、ptc-miR393及FBL基因家族成员在杨树不同发育时期及不同组织中的表达模式以及5′-RACE检测等方面对杨树miR393与FBL基因家族成员的调控作用进行鉴定。【结果】杨树FBL基因家族共有8个不同成员,两两成员之间的同源性较高,通过基因结构和功能域分析,表明它们之间可能存在冗余的功能;PtFBL1-PtFBL4之间具有较高的同源性,位于一个进化分支上,而PtFBL5、PtFBL6和PtFBL7、PtFBL8分别位于不同的分支且与PtFBL1-PtFBL4的同源关系较远。杨树FBL基因的结构和结构域出现一定的变化,预示着它们之间可能出现了分化,在时空调控上的作用有所改变。ptc-miR393与PtFBL1-PtFBL4的互补配对率较高,而与PtFBL5-PtFBL8之间有5~7个碱基的差异,在杨树不同发育时期及不同组织中,PtFBL1-PtFBL4的表达与ptc-miR393呈相反的趋势,而PtFBL5-PtFBL8的表达不受ptc-miR393的影响,5′-RACE实验也检测出PtFBL1-PtFBL4受ptc-miR393的剪切,而PtFBL5-PtFBL8不受ptc-miR393的剪切。【结论】PtFBL1、PtFBL2、PtFBL3和PtFBL4是ptc-miR393的靶基因,而PtFBL5、PtFBL6、PtFBL7和PtFBL8不受ptc-miR393的剪切调控,这为进一步揭示ptc-miR393对杨树FBL基因的调控功能奠定理论基础。     

杏RPW8基因家族鉴定与表达量分析

RPW8(Resistance to powdery mildew 8)不但对拟南芥白粉菌有抗性作用,同时也对烟草白粉菌、拟南芥霜霉菌和烟草花叶病毒等多种植物寄生性病原体都表现出较高的抗性,具有广谱抗病性。以杏全基因组数据为基础,鉴定RPW8家族成员,分析基因家族特点及不同组织中表达量分析,有利于更加深入了解RPW8基因家族功能,为杏抗白粉病基因挖掘和抗白粉病育种提供理论参考。通过SMS、GSDS2.0、Expasy-protparam、MEME、MAGA6.0、TBtool等生物信息学工具对RPW8基因家族的核酸序列的特征、基因结构、蛋白质理化性质、蛋白保守结构域、家族系统进化关系、表达量等进行分析和预测。结果表明:从杏中共鉴定出16个RPW8家族基因,分别命名为LWMRPW8-1～LWMRPW8-16,内含子数量小于6个,16个基因的全长为360～4 864 bp,碱基G+C含量为37.39%～46.89%,碱基A+T的含量为53.11%～62.61%;杏RPW8基因家族编码的氨基酸分子量为13 653.93～92 617.92 Da,理论等电点为5.42～9.47,蛋白质不稳定性指数为22.94～61.18,氨基酸组成成分以亮氨酸(Leu)赖氨酸(Lys)为主;保守结构域分析结果显示杏RPW8家族主要含有10个Motify,其中Motif8、Motif9为特征结构域;系统进化树分析显示,蔷薇科植物RPW8家族基因聚为一类,LWMRPW8-7与拟南芥、杨树基因聚为一类。对杏RPW8基因在不同组织中的表达分析结果显示,16个基因在花、花芽、叶片、果肉、果仁中的表达量呈现较大差异。     

茶树Ⅱ型核糖体失活蛋白基因CsRIP1和CsRIP2的克隆与表达分析

【目的】克隆茶树Ⅱ型核糖体失活蛋白基因CsRIP1和CsRIP2,探讨CsRIPs基因的组织表达特异性以及假眼小绿叶蝉和机械伤害处理对其表达的影响。【方法】Cs-Ev2(Gen Bank登录号:GH618807)为一受假眼小绿叶蝉取食诱导的茶树Ⅱ型核糖体失活蛋白基因的c DNA片段,利用RACE技术克隆该基因的全长c DNA,命名为CsRIP1(Gen Bank登录号:FJ648831)。利用RT-PCR技术从茶树子叶中分离出一个新的Ⅱ型核糖体失活蛋白基因的c DNA序列,命名为CsRIP2(Gen Bank登录号:GU951535)。利用PCR技术克隆CsRIPs的基因组序列。设计基因特异性引物,利用Real-time qRT-PCR技术检测CsRIPs的组织表达特异性,以及在叶片中假眼小绿叶蝉和机械伤害处理对其表达的影响。【结果】CsRIP1和CsRIP2的序列一致性为98%,都含有一个1 713 bp的开放阅读框,编码570个氨基酸残基,但是它们具有不同的3’非翻译区。CsRIP1和CsRIP2由信号肽序列、1个RIP结构域、链接肽和2个RBL结构域组成。CsRIPs与其他Ⅱ型RIPs具有较高的序列一致性,Ⅱ型RIPs保守的氨基酸残基,包括构成A链N-糖苷酶活性位点的氨基酸残基、B链中形成寡糖链结合位点的氨基酸残基、形成链间和链内二硫键的半胱氨酸残基以及RBL结构域中的Qx W基序,均出现在CsRIPs相应的位置上。系统进化树分析结果显示,同一物种的Ⅱ型RIPs首先聚类合并,2个CsRIP与樟的Ⅱ型RIPs聚为一支。比较CsRIPs的c DNA序列和基因组序列,发现它们的基因组序列不含内含子。CsRIPs基因的表达具有组织特异性,CsRIP1在叶片中的表达水平最高,在子叶中的表达水平最低,而CsRIP2在子叶中的表达水平最高,在叶片中的表达水平最低。在叶片中,CsRIP1和CsRIP2的表达均受假眼小绿叶蝉取食的强烈诱导,并且其表达水平随着取食时间的增加而逐渐增加,取食48 h后,它们的表达水平大约分别是对照的120和100倍。在叶片中,CsRIPs基因的表达也受机械伤害处理的诱导,CsRIP1的转录水平在处理后6 h达到最大值,CsRIP2在处理后6 h表达水平显著升高,12 h达到最大值。【结论】克隆茶树的2个Ⅱ型核糖体失活蛋白基因,它们可能参与茶树的防卫反应,且已发生亚功能化。进一步分析这2个基因的启动子,可以加深对CsRIPs基因转录调控以及RIPs的生物学功能的理解。     

桑树MLX56基因家族特性、克隆及表达分析

【目的】桑树乳胶蛋白基因在抗虫防御过程中起着重要的作用。从桑树基因组数据库中鉴定桑树MLX56基因家族,并进行基因进化、基因结构及基因的表达分析,为桑树MLX56基因的功能研究及利用奠定基础。【方法】利用桑树基因组数据库,采用生物信息学方法,分析桑树MLX56基因家族结构及进化关系,并对MLX56基因家族成员进行鉴定;利用MEGA4.1软件进行系统进化树分析;通过半定量RT-PCR技术研究MLX56基因在桑树不同种及不同组织之间的表达水平,构建原核表达载体p ET-28a-MLX56-6,并将其转入大肠杆菌BL21(DE3)中,IPTG诱导融合蛋白表达,分别收集不同诱导时间段的菌液,SDS-PAGE检测融合蛋白的表达情况。将高效表达时段的菌液进行超声破碎,SDS-PAGE检测目的蛋白的可溶性;利用Western Blot印迹验证目的蛋白的表达。并研究该基因对大肠杆菌生长速率的影响。【结果】利用桑树基因组数据库,鉴定6个MLX56家族基因,该家族基因含有2个几丁质结合域,且都含有信号肽,属于分泌蛋白。此外还克隆到1个新的MLX56基因,命名为MLX56-7(Gen Bank登录号为KJ496133)。系统进化树显示桑树MLX56基因与西洋接骨木类橡胶蛋白同源性最高,同源性达66%,与茶树几丁质酶、葡萄几丁质酶同源性较低,同源性分别为49%和48%。半定量RT-PCR分析表明,MLX56-1,MLX56-2,MLX56-4,MLX56-5,MLX56-6和MLX56-7在桑树不同种中均有表达,组织表达特异性分析表明MLX56-2,MLX56-4,MLX56-5,MLX56-6和MLX56-7基因在广东桑‘桂优62号’各个组织中都有表达,MLX56-1基因仅在叶柄及茎中表达,MLX56-3基因在桑树不同种及广东桑‘桂优62号’各个组织中都没有检测到表达。原核表达结果表明,MLX56-6蛋白在终浓度为0.5 mmol·L-1的IPTG诱导下成功表达;融合蛋白的可溶性检测表明该蛋白主要以包涵体的形式存在;Western Blot印迹检测也证实大肠杆菌BL21(DE3)中表达了1个分子量为56 k Da的蛋白。但在诱导表达过程中,大肠杆菌BL21(DE3)生长速率受到MLX56-6基因的抑制。【结论】MLX56基因家族在桑树进化过程中发生了基因的重复,且在结构上出现了分化。根据MLX56基因家族的蛋白及结构特征,该基因家族可能属于具有凝集素活性的几丁质酶。MLX56基因在桑树不同种及不同组织中的表达存在差异,暗示这些基因在桑树不同种及不同组织中的功能存在一定差异。     

橡胶树胶乳高表达的法尼基焦磷酸合成酶的功能

【目的】天然橡胶生物合成途径是典型的植物类异戊二烯代谢途径,MVA代谢途径是天然橡胶与萜类化合物所需的五碳构成单元IPP和DMAPP生物合成的主要途径之一。由2分子IPP和1分子DMAPP聚合形成的法尼基焦磷酸是乳管细胞天然橡胶生物合成的起始前体,厘清该起始物的合成酶酶学性质不仅有助于阐明天然橡胶生物合成机制,同时也为天然橡胶遗传改良提供酶学理论基础。【方法】对橡胶树热研7-33-97基因组中同源的3个预测的法尼基焦磷酸合成酶(HbFPS1、HbFPS2、 HbFPS3)进行序列特征分析,优选胶乳中高表达的2个法尼基焦磷酸合成酶基因构建原核表达载体,经蛋白纯化与MALDI TOF质谱确证,并同时进行体外酶活性检测,最终评价其对体外橡胶合成效率的影响。【结果】橡胶树基因组含有的3个预测的法尼基焦磷酸合成酶都含有特征性的2个保守结构域“DDIMD”和“DDYXD”及相似的三维空间结构,其中胶乳高表达的HbFPS1和HbFPS2基因编码的蛋白氨基酸序列相似性达到95%,说明HbFPS1和HbFPS2 2个冗余基因可能经历了基因组中同源基因的后期拷贝事件。同时HbFPS1和HbFPS2基因能够...     

杉木磷转运蛋白基因ClPht1;1的克隆及表达分析

【目的】PHT1基因家族是影响植物吸收磷营养的重要磷转运子之一。从杉木32号磷高效家系c DNA中克隆得到PHT1基因家族的1个杉木磷转运蛋白基因ClPht1;1,并对不同程度磷胁迫下ClPht1;1的时空表达进行研究,为杉木PHT1基因序列特征和功能结构的研究以及磷高效利用杉木基因型的选育奠定基础。【方法】根据PHT1基因家族序列保守性设计简并引物,以32号磷高效杉木基因型根系c DNA为模板进行扩增获得目的基因ClPht1;1的c DNA序列,使用RACE技术对目的基因进行全长克隆,并对其序列特征、同源性和编码磷转运蛋白结构进行分析。实时荧光定量PCR检测ClPht1;1在32号磷高效杉木家系根、茎、叶中的表达,检测中度缺磷胁迫下ClPht1;1在不同磷利用效率杉木4号、15号、25号、27号、28号、32号家系根系中的表达差异,以及在中度、重度缺磷胁迫下ClPht1;1在32号磷高效杉木家系根系中随时间序列的表达量变化。【结果】克隆得到1个杉木磷转运蛋白PHT1基因,命名为ClPht1;1(Gen Bank登录号:KX302006),基因序列编码区长1 638 bp,编码545 aa的蛋白质。ClPht1;1所编码蛋白质由12个疏水的跨膜区域组成,1个疑似跨膜域。每个跨膜结构域基本由17~25个氨基酸残基组成螺旋,同时跨膜蛋白的N端和C端均位于细胞质内,保守序列位于第4个跨膜域。构成蛋白质的主要骨架是α-螺旋,无信号肽序列。ClPht1;1基因编码蛋白与日本柳杉PHT基因编码蛋白的氨基酸序列相似性达到87.0%,与胡杨、油茶、马尾松等PHT家族基因编码蛋白的氨基酸序列相似性均在75%以上。ClPht1;1基因在杉木的根、茎、叶组织中均有表达,其中在根中的表达量最高,在叶中的表达量最低。在中度缺磷胁迫下,ClPht1;1基因在杉木不同家系根部的表达量为25号27号4号15号32号28号。在中度和重度缺磷胁迫下,ClPht1;1基因在32号杉木家系根部的表达量随胁迫时间的延长而逐渐上升;恢复供磷后,ClPht1;1基因表达量逐渐下降至正常水平;重度缺磷胁迫下,ClPht1;1基因表达量要高于其在中度缺磷胁迫下的表达量。【结论】ClPht1;1基因具有PHT1基因家族的典型结构,其编码蛋白的氨基酸序列与日本柳杉等磷转运蛋白氨基酸序列具有高度相似性,为杉木高亲和磷转运蛋白PHT1基因家族成员。ClPht1;1基因主要在杉木的根部表达,在叶片中的表达量较低;杉木磷利用效率越强,ClPht1;1基因在其根部的表达量越高。在不同磷利用效率的杉木家系中ClPht1;1基因表达量存在较大差异。ClPht1;1基因的表达受低磷胁迫的诱导,缺磷胁迫下ClPht1;1基因表达量明显升高,恢复供磷后ClPht1;1基因表达量明显降低。     

杜仲半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因EuCPI的克隆及功能分析

【目的】以杜仲种仁为试材,克隆EuCPI基因全长序列并分析其结构特征,探究该基因的抗逆功能及对黄粉虫生长发育的影响,为今后深入研究其抗逆机制提供理论基础。【方法】提取杜仲种仁的RNA并反转录成c DNA,采用RACE技术扩增EuCPI基因的全长c DNA序列;利用生物信息学网站对其所编码蛋白的理化性质及结构功能进行分析预测;利用pET28a质粒构建原核表达重组载体,对重组蛋白进行SDS-PAGE、Western Blot及蛋白纯化试验;利用重组的原核表达系统探究在盐胁迫和高温胁迫下含有EuCPI基因的大肠杆菌和对照组之间生长曲线的不同,初步鉴定该基因对大肠杆菌的影响;此外,利用诱导后的重组菌液饲喂黄粉虫,探究EuCPI基因对黄粉虫生长发育的影响。【结果】EuCPI基因具有547 bp的全长序列(GenBank登录号:MT702592),开放阅读框(ORF)为309 bp,编码蛋白由102个氨基酸组成,理论等电点(pI)为6.41,分子质量为11.17 kDa,不稳定指数为27.73,属于稳定蛋白,总平均亲水性为-0.416,属于亲水蛋白。氨基酸序列分析结果表明,EuCPI蛋白无跨膜结构,无信号肽,主要由50%的α-螺旋、36.27%的无规则卷曲、11.76%的延伸链和1.96%的β-折叠组成,属于半胱氨酸蛋白酶抑制剂家族。系统进化树分析结果表明,该蛋白与欧洲栓皮栎CPI编码蛋白同源性较高。通过构建的原核表达载体pET28a-EuCPI,诱导表达并纯化出15.29 kDa大小的重组蛋白。高温胁迫试验生长曲线结果表明,在37℃条件下前10 h含有EuCPI基因的BL21(DE3)大肠杆菌与对照组长势基本一致,而在42℃和50℃条件下前10 h含有EuCPI基因的菌生长速度明显大于对照组,且对照组出现明显的生长抑制情况。固体培养基盐胁迫试验结果表明,随着培养基中Na Cl浓度增加,试验组和对照组菌落均出现生长抑制现象,但含有EuCPI基因的菌落数量明显多于对照组,尤其在0.75 mol·L~(-1)时,前者有较多的单菌落存活而后者无单菌落存活;液体培养基盐胁迫试验生长曲线结果表明,在0.25 mol·L~(-1)NaCl浓度条件下,前8 h含有EuCPI基因的BL21(DE3)大肠杆菌生长速度明显大于对照组,且对照组出现明显的生长抑制现象。饲虫试验结果表明,取食含有EuCPI基因的饲料的黄粉虫体质量呈下降趋势,而对照组体质量呈上升趋势,经数据分析存在极显著差异(P0.01)。【结论】EuCPI基因能够提高大肠杆菌对高温胁迫和盐胁迫的耐受性,含有EuCPI基因的重组菌对鞘翅目昆虫黄粉虫的生长发育有一定抑制作用。     

柳杉毛虫JHBP家族基因鉴定及生物信息学分析

研究我国林业重要食叶害虫——柳杉毛虫保幼激素结合蛋白(JHBP),对于揭示其生长发育、化蛹、摄食、交配生殖及抗药性等生命活动具有重要意义。参照模式昆虫家蚕的41条JHBP蛋白序列,构建系统进化树,并对这些基因所编码的蛋白质二级结构、疏水性、蛋白质序列基序和三级结构等生物学特性进行分析,利用heatmap可视化工具分析柳杉毛虫JHBP在不同发育时期的表达水平。结果表明,柳杉毛虫JHBP基因共有JHBPa、JHBPc、JHBPd 3个亚家族,分别包含6、26、15个JHBP基因;蛋白序列至少含有1个JHBP结构域,且其中Dho05G001220蛋白序列不仅含有JHBP结构域,还含有Grp＿allergen结构域,各蛋白序列的疏水性区域呈明显的聚集分布,亲水性区域的聚集分布则不明显; JHBP基因在柳杉毛虫的低龄和中龄幼虫、蛹和成虫中显著表达,表明JHBP明显参与调控不同虫态的发育或变态过程。研究结果可为进一步明确柳杉毛虫JHBP基因家族的生物学功能提供参考。     

毛竹PheERF5基因克隆及生物信息学分析

【目的】探究毛竹ERF转录因子基因的结构与功能,为揭示毛竹ERF亚家族成员的抗逆境胁迫机制提供参考。【方法】利用RNA-Seq和RT-PCR技术从毛竹幼苗叶片中克隆PheERF5基因的全长cDNA,利用SMART:Main page、Prot-Param、ProtScale、NetPhos 3.1、TMHMM Server v.2.0、Softberry等在线分析软件对PheERF5蛋白进行生物信息学分析,采用DNAMAN7.0软件对PheERF5蛋白氨基酸序列进行比对分析,运用MEGA 6.0软件对PheERF5蛋白和水稻Oryza sativa AP2/ERF家族成员蛋白进行系统发育分析。【结果】从毛竹幼苗叶片中克隆获得PheERF5基因的全长cDNA片段,其开放阅读框序列全长为1 017 bp,共编码339个氨基酸残基,编码蛋白相对分子质量为35.96 kD,等电点为4.58,其基因ID号为PH01001057G0620。PheERF5蛋白具有1个AP2保守结构域,属于AP2/ERF转录因子家族,为带负电荷的不稳定亲水性蛋白,其无信号肽,无跨膜结构,定位于细胞核。该蛋白存在48个磷酸化位点,以丝氨酸残基位点为主。PheERF5蛋白氨基酸序列与小米Setaria italica XP_004967470.1、水稻XP_015629650.1、二岁短柄草Brachypodium distachyon XP_003565510.1等禾本科植物的ERF氨基酸序列同源性高达84%以上,且与这些物种的AP2保守结构域同源性较高。PheERF5蛋白与124个AP2/ERF家族转录因子成员的系统发育进化分析结果显示,PheERF5与Os12g41030的亲缘关系最近,与Os12g41030、Os05g25260、Os03g60120、Os06g06540、Os01g12440和Os01g46570同属于ERF亚家族B-5子组转录因子成员,该组成员具有植物抗逆性生物学功能,主要参与植物抗病原菌侵染。【结论】PheERF5属于典型的植物AP2/ERF家族转录因子,为ERF亚家族B-5子组转录因子,可能在毛竹抗生物或非生物胁迫过程中发挥重要作用。     

吡咯伯克霍尔德氏菌JK-SH007吲哚-3-乙酰胺IAA合成功能及其依赖途径鉴定

【目的】探索吡咯伯克霍尔德氏菌JK-SH007(Burkholderia pyrrocinia JK-SH007)合成生长素吲哚-3-乙酸(indole-3-acetic acid, IAA)的能力,并阐明B.pyrrocinia JK-SH007存在色氨酸依赖型的吲哚-3-乙酰胺(indole-3-acetamide, IAM)IAA合成途径。【方法】使用Salkowski比色法和酶联免疫吸附法(ELISA)进行L-色氨酸对B.pyrrocinia JK-SH007合成IAA能力影响的检测;以B.pyrrocinia JK-SH007全基因组为模板,设计特异性引物克隆iaaM和iaaH基因,并使用生物信息学方法对其蛋白质和亲缘关系进行分析;通过实时荧光定量PCR方法分析B.pyrrocinia JK-SH007中的iaaM和iaaH基因在L-色氨酸处理下的差异表达。【结果】B.pyrrocinia JK-SH007菌株能够合成15.663μg·mL~(-1)的IAA,在以L-色氨酸为前体的条件下其合成IAA的量显著增加,达到了44.404μg·mL~(-1)。iaaM和iaaH基因均含有一个完整的开放阅读框,其中iaaM基因全长1 782 bp,编码593个氨基酸,属于Amino_oxidase super family家族;iaaH基因全长1 368 bp,编码455个氨基酸,属于Amidase super family家族。在L-色氨酸的处理下,B.pyrrocinia JK-SH007中的iaaM和iaaH基因的表达量均显著增加。【结论】B.pyrrocinia JK-SH007具有合成IAA的能力,L-色氨酸对其合成IAA具有显著促进作用,且克隆得到了iaaM和iaaH基因,其在进化上具有一定的保守性,证明B.pyrrocinia JK-SH007中存在吲哚-3-乙酰胺IAA合成途径。     

巨桉EgrZFP6基因在非生物逆境胁迫响应中的功能

【目的】通过对巨桉非生物逆境响应相关基因EgrZFP6(Eucgr.A01232)蛋白结构和基因功能的初步研究,探讨该基因在巨桉非生物逆境响应中所发挥的作用,为桉树抗逆育种提供理论基础。【方法】首先利用CDD在线软件分析EgrZFP6编码蛋白序列的结构域,并利用NCBI中的Blast软件搜索与EgrZFP6蛋白序列相似程度较高的其他物种中ZFP蛋白,用Clustalx进行多序列比对,联合分析、比较它们的结构域。然后,构建EgrZFP6∷s GFP融合载体,采用基因枪轰击洋葱表皮方法对EgrZFP6蛋白表达进行亚细胞定位;同时,构建35S∷EgrZFP6超表达载体,采用花序侵染法进行拟南芥遗传转化;对获得的超表达拟南芥转基因纯合株系,分析其正常条件、低温、干旱和高盐等非生物逆境处理下的表型变化;利用酵母双杂交法筛选到与EgrZFP6互作蛋白Egr ERF4(Eucgr.F01164),并对低温、干旱和高盐等非生物胁迫下巨桉植株中Egr ERF4的表达情况用实时荧光定量RT-PCR方法进行分析。【结果】巨桉EgrZFP6编码蛋白为1个典型C2H2型锌指结构蛋白,有2个包含QALGGH序列的植物特有锌指结构域,1个乙烯响应元件结合因子相关双性抑制子EAR基序和1个L-box基序;亚细胞定位结果表明EgrZFP6表达蛋白定位在细胞核中;与野生型对照相比,EgrZFP6超表达的拟南芥转化植株中,主根伸长生长受到一定抑制,对低温敏感性增强,PEG(1 g·L-1以上)处理能促进侧根增加和伸长,植株根伸长对高盐抑制作用的耐受性有一定程度提高。乙烯响应相关转录因子基因Egr ERF4编码蛋白能够与EgrZFP6编码蛋白互作;正常巨桉植株不同低温(-8,-4,0,4℃)2 h处理下,除-8℃外,Egr ERF4表达均呈现被诱导趋势;4℃低温不同时间(0.5,2,6,12,24,48 h)处理下,基因也被诱导表达;干旱条件下,随处理时间延长,基因表达被严重抑制,而高盐(200 mmol·L-1)胁迫则能促进Egr ERF4表达。【结论】EgrZFP6转录因子可能通过与Egr ERF4互作参与巨桉低温、高盐和干旱胁迫响应。在低温胁迫下发挥负调控作用;而在干旱和高盐逆境条件下能通过改变植株根构型,一定程度上提高对逆境的适应能力。     

杨树HSP90基因的克隆及生物信息学分析

【目的】为了揭示热激蛋白90(Heat shock protein 90,HSP90)基因在杨树抗溃疡病中的功能,克隆获得毛白杨HSP90基因的全长序列,以期明确HSP90基因的表达与溃疡病菌侵染间的关系。【方法】采用RT-PCR技术和Gateway克隆的方法,获得了毛白杨的HSP90基因序列,并利用相关软件对该基因编码的蛋白的理化性质、疏水性、结构域、功能及亚细胞定位等进行了生物信息学分析。【结果】毛白杨的HSP90基因序列(NCBI登录号:AGU99972.1)全长为2 100 bp,其中A+T占52.90%,C+G占47.10%,共编码699个氨基酸。毛白杨HSP90基因的生物信息学分析结果显示,该基因编码的蛋白相对分子质量为80.08 kDa,理论等电点为4.96。毛白杨HSP90蛋白主要位于细胞核和细胞质膜中,且在N端含有1个基因保守结构域HATPase_c,可与ATP结合,具有内源ATPase活性,属于HSP90家族,为亲水性蛋白,可能具有离子通道的功能。同时,对毛白杨的HSP90基因进行系统进化分析,发现毛白杨的HSP90基因与毛果杨(gi 539331543)、大豆(gi 358248990和gi 356552478)的亲缘关系较近,而与毛果杨(gi 224124864)的亲缘关系相对较远,说明同一物种的HSP90进化可能有所不同。【结论】首次从毛白杨中成功克隆得到与抗溃疡病相关的HSP90基因,并对其序列和生物学信息进行了分析,为下一步研究HSP90基因在杨树抗溃疡病中的功能奠定基础,也为进一步研究HSP90基因在杨树抗逆胁迫中的生理功能提供了理论支持。     

光皮桦BlBLH1基因的克隆、表达及互作蛋白筛选

【目的】BLH基因家族是广泛存在于植物中的转录因子,其与KNOX等转录因子的互作被认为在植物的次生壁发育中起重要调控作用。本研究拟克隆光皮桦BlBLH1基因,分析其表达模式,并筛选能与其互作的蛋白。【方法】利用Blast等软件在光皮桦基因组序列中鉴定获得BlBLH1序列,克隆验证后对其进行多序列比对、系统进化等生物信息学分析;利用实时荧光定量PCR分析BlBLH1在光皮桦不同组织、器官和应拉木形成中的表达模式;通过酵母双杂交技术筛选BlBLH1互作的蛋白,并采用双分子荧光互补实验(BiFC)进一步验证其与部分蛋白在拟南芥细胞内的互作。【结果】BlBLH1基因序列全长为2 128 bp,开放阅读框(ORF)为1 830 bp,编码609个氨基酸,具有SKY、BEL和HD 3个保守结构域。系统进化分析显示,BlBLH1与拟南芥BLH1有最近的同源关系。表达分析显示BlBLH1在雄花序中的表达量最高;在木质化茎段中的表达量次之;在应拉木诱导过程中,BlBLH1在应拉木中的表达量均显著高于对照。通过酵母双杂交筛选获得结构蛋白、酶、转录因子等47个与BlBLH1互作较强的蛋白;BiFC验证结果表...     

鹅掌楸LcPAT8基因的克隆及功能初步分析

【目的】基于前期鹅掌楸生长性状与EST-SSR分子标记关联分析结果,克隆分离与鹅掌楸生长性状相关联的SSR位点相对应的基因,通过分析其序列特征、结构特征、与其他物种同源基因的亲缘关系和表达特性,初步了解该基因在鹅掌楸生长发育过程中的作用。同时,利用遗传转化技术对分离的基因进行功能研究,以期为鹅掌楸生长发育的分子机制研究及功能基因挖掘奠定基础。【方法】以鹅掌楸叶芽为材料,借助其叶片转录组数据库,采用RT-PCR和RACE技术克隆分离与鹅掌楸生长性状相关联的642号位点对应的EST序列相关基因,对其进行生物信息学分析。通过实时荧光定量PCR检测该基因在鹅掌楸花芽、盛花期的叶芽、叶片、花瓣、雄蕊、雌蕊中的相对表达量。利用Gateway技术构建该基因的植物过表达载体,使用农杆菌GV3101介导的花絮浸染法转化拟南芥,获得T2代转基因植株,直接观察转基因植株表型。【结果】克隆获得与鹅掌楸生长性状相关联的642号位点相对应的基因,该基因全长1 968 bp(GenBank登录号:KU883608),开放阅读框为1 269 bp,编码422个氨基酸。生物信息学分析表明该基因编码的蛋白序列含有1个典型的DHHC-CRD结构域,属于DHHC型锌指蛋白家族成员,与其他植物预测的蛋白质棕榈酰基转移酶(PAT)高度相似,并根据与NCBI中拟南芥PAT基因的比对结果,将其命名为LcPAT8。组织表达分析表明,LcPAT8基因在鹅掌楸花芽、叶芽等6个组织中均有表达,在雌蕊中表达量最高,花瓣和叶片中的表达量高于叶芽和花芽,而在雄蕊中的表达量最低。利用Gateway技术,成功构建了鹅掌楸LcPAT8基因的植物过量表达载体,获得T2代转基因拟南芥。与野生型拟南芥相比,过表达LcPAT8基因的拟南芥植株的莲座叶片数目以及抽薹时间没有发生明显变化,而野生型植株大部分角果成熟、叶片枯黄掉落时,转基因植株依然生长旺盛,叶片鲜绿并且还有大量花絮,在野生型植株干枯死亡后,转基因植株还有大量侧枝生长、开花。【结论】鹅掌楸LcPAT8基因在雌蕊中表达量最高,其次是花瓣,可能参与花瓣的扩展、心皮及胚的发育;在拟南芥中过表达LcPAT8基因,明显延长了植株的生长期。因此,鹅掌楸LcPAT8基因可能在植物生长发育过程中起着重要的调控作用。