甘蓝型油菜固醇载体蛋白2基因BnSCP-2的克隆与表达

固醇载体蛋白2(SCP-2)是一类小分子碱性蛋白,参与细胞内脂质运输、脂肪酸代谢以及过氧化物酶体β-氧化等过程。利用同源序列设计引物进行PCR扩增,克隆得到甘蓝型油菜固醇载体蛋白2基因的c DNA序列,命名为BnSCP-2。BnSCP-2的开放阅读框长372bp,编码一个由123个氨基酸残基组成的蛋白质,预测的蛋白质相对分子质量为13.52kD,等电点为9.35。SCP-2蛋白氨基酸序列非常保守,系统进化分析表明BnSCP-2与拟南芥SCP-2同源性最高。荧光实时定量PCR结果表明BnSCP-2在检测的各个组织均有表达,其中花和花蕾中的表达量最高;赤霉素、细胞分裂素和脱落酸等可显著诱导幼苗中该基因的表达,推测该基因可能参与调控幼苗生长发育。     

普通小麦TaADF8基因的克隆及表达分析

肌动蛋白解聚合因子(actin-depolymerizing factor,ADF)普遍存在于真核细胞中,为低分子量的肌动蛋白结合蛋白,在调控细胞内肌动蛋白纤维的聚合和解聚中起关键作用。为给深入研究TaADF8基因在小麦中的功能机理奠定基础,并为进一步丰富小麦ADF基因研究内容提供理论参考,本研究利用电子克隆策略从小麦品种CP53中克隆出TaADF8基因(GenBank登录号为KJ864962)后对其进行序列分析,并进一步采用荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)技术对其在小麦不同组织间的表达差异及不同非生物胁迫下的表达模式进行分析。核酸序列分析表明,该基因全长695bp,拥有完整的ORF,编码142个氨基酸。氨基酸序列分析表明,该蛋白含有保守的ADF同源区和PIP2结合结构域,且在氨基端有核定位信号。进化和聚类分析表明,小麦TaADF8基因与大麦HvADF2基因、HvADF3基因和水稻OsADF3基因亲缘关系较近,蛋白相似度分别为75.35%、93.66%和67.86%。qRT-PCR表达特性分析显示,该基因为组成型表达,在根、茎、叶、颖壳和雄蕊中均表达,且在根、叶和雄蕊中表达量较高;该基因表达受低温的强烈诱导,同时也受水分、高盐和外源脱落酸胁迫诱导。     

小麦16.9 kD热激蛋白cDNA克隆及其表达分析

为进一步了解小分子量热激蛋白在小麦耐热能力中的作用,根据玉米16.9 kD小分子热激蛋白的氨基酸序列,采用同源序列法进行序列拼接和引物设计,用RT-PCR扩增获得了1个源自小麦叶片的热激蛋白基因cDNA片段,即TaHSP16.9-1(GenBank登录号为EU649679).TaHSP16.9-1全长770 bp,5′非翻译区81 bp,3′非翻译区233 bp,开放阅读框编码151个氨基酸.序列分析结果表明,此蛋白与已知单子叶植物来源的同类基因高度同源,相似性介于78.3%～96.7%之间.定量RT-PCR表达谱分析显示,TaHSP16.9-1在小麦抽穗期的茎和旗叶以及幼苗期叶片中均能表达,其在小麦幼苗叶片中的表达受高温胁迫的诱导.     

小麦转录因子TaDREB6基因的克隆及鉴定

为了克隆小麦干旱应答基因,构建了干旱诱导的小麦cDNA文库,并从文库中分离了一个DREB类转录因子基因TaDREB6.序列分析表明,TaDREB6具有一个837bp的开放阅读框和242bp的3非编码区,推测的氨基酸序列中含有一个高度保守的AP2/EREBP结构域.采用该基因特异引物PCR技术对一套中国春缺体-四体材料进行扩增,将TaDREB6定位于3A染色体上.这是首次将一个小麦DREB基因定位在特定的染色体上.RT-PCR分析表明,TaDREB6基因受干旱胁迫诱导表达;亚细胞定位结果表明,TaDREB6-hGFP融合蛋白定位于细胞核中.上述结果说明,小麦TaDREB6基因编码的蛋白可能在细胞核内对干旱胁迫应答反应起调控作用.     

小麦SGT1基因的克隆与表达特性分析

为了研究SGT1基因在不同小麦抗病反应中的表达特性,采用RT-PCR和RACE方法,从小麦cDNA中分离出包含SGT1基因全长cDNA序列.该基因编码具有377个氨基酸的蛋白,具有已知SGT1蛋白典型的5个功能域,即TPR区、VR1区、CS区、VR2区和SGS区.小麦SGT1蛋白与大麦SGT1蛋白的氨基酸序列具有97%的相似性.Southern杂交结果显示,SGT1基因在小麦基因组中有3个拷贝.分析结果表明,大麦黄矮病毒、白粉病菌、纹枯病菌和赤霉病菌侵染小麦均可诱导小麦SGT1基因转录水平上调,说明SGT1可能参与了小麦不同抗病反应.     

茶树抗逆相关基因ERF的克隆与表达特性分析

对利用cDNA-AFLP技术所获得的茶树低温诱导差异表达片段TDF,通过RACE方法获得含完整编码区序列的茶树ERF基因cDNA克隆,其开放阅读框编码212个氨基酸,包含一个保守的结构域AP2/ERF,与多种植物ERF蛋白具有高度同源性。qRT-PCR分析表明,茶树ERF基因受低温、乙烯、脱水、NaCl等上调表达,最大表达量分别是诱导前的121.1、22.6、2.6和2.2倍。在不同组织器官中,茶树ERF基因在转录水平上存在显著差异,成熟叶片中表达最高,其次是芽,而根和茎中表达量较低且相当,花和种子中表达极低。推测该基因在茶树响应非生物胁迫中发挥重要作用以及在组织中的表达受到严格控制。     

小麦细胞色素P450(TaP450)基因的克隆与序列分析

细胞色素P450是一种多功能氧化酶,在植物体内担当着生物合成、代谢解毒以及抗逆等重要功能。本研究采用RACE方法从普通小麦中同源克隆到一个新的P450基因,命名为TaP450(Genbank No.KJ541960)。该基因基因组序列全长为2 643bp,含有2个外显子和1个内含子,cDNA全长为2 033bp,含有一个1 557bp的开放读码框,推导蛋白含518个氨基酸;序列分析发现其具有保守的P450结构域,但该蛋白与已报道的小麦P450蛋白序列有较大差异,表明它是小麦P450家族的新成员;蛋白结构特征分析发现,该蛋白的分子量为57.092kD,等电点为8.63,N端具有一个含29个氨基酸的跨膜结构和一个含22个氨基酸的信号肽,亚细胞定位分析表明该蛋白属于分泌蛋白。其在小麦叶片、茎、根与种子中均有表达,但在叶片和茎中表达量最高;在胁迫处理下,该基因的表达量均上调,且在盐胁迫处理下上调尤为显著,表明该基因与盐胁迫密切相关。     

小麦冷休克蛋白基因TaCSP的克隆及表达分析

为深入研究小麦冷休克蛋白(cold shock proteins,CSPs)基因,根据大肠杆菌(E.coli)CSPs蛋白保守氨基酸序列,借助生物信息学技术检索小麦EST序列,采用同源序列法拼接了小麦3个冷休克蛋白基因,并以小麦叶片总RNA为模板,采用RT-PCR对其进行扩增;同时,采用荧光定量PCR对3个基因的组织表达特性以及ABA、低温、高温、干旱和盐胁迫条件下的表达模式进行了研究。结果表明,小麦3个冷休克蛋白基因TaCSP1、TaCSP2和TaCSP3全长分别为290、374和377bp,各编码69、69、80个氨基酸残基。序列分析表明,TaCSP1、TaCSP2和TaCSP3之间氨基酸相似性为72.9%~84.3%,与大肠杆菌来源CSPs的相似性为40.0%~79.7%。荧光定量PCR表达谱分析显示,TaCSPs在抽穗期小麦的根、茎、叶和幼穗中均能表达。胁迫分析表明,3个冷休克蛋白基因在小麦幼根中的表达,在低温和ABA处理下,表现为早期诱导、后期抑制,在高温、干旱和盐胁迫下,则表现为早期抑制、后期有所恢复。克隆获得的小麦3个冷休克蛋白基因在根组织中强烈表达,并受ABA和冷胁迫诱导,推测其在小麦抵御逆境胁迫过程中发挥重要作用。     

小麦品种“陕253”PDI基因的克隆、原核表达及蛋白纯化

为进一步研究控制小麦蛋白二硫键形成的关键蛋白即蛋白质二硫键异构酶（PDI）,运用RT-PCR方法克隆出小麦品种＂陕253＂PDI基因的cDNA序列,基因登陆号为HQ911363。序列分析表明,HQ911363全长为1 539 bp,编码512个氨基酸,含有PDI典型的异构酶活性的催化位点-CGHC-和内质网驻留信号肽-KDEL-。构建该基因的原核表达载体,在宿主菌E.coliBL21（DE3）中经IPTG诱导表达融合蛋白,并对表达蛋白进行了纯化。SDS-PAGE及Western-blot检测证实融合蛋白诱导表达并纯化成功。     

小麦耐盐相关基因TaHAK1的克隆与表达分析

为了解小麦品种山融3号耐盐性的基因状况,以大麦HvHAK1为探针,通过电子克隆和PCR方法,从该品种根的cDNA文库中克隆到一个小麦的耐盐相关基因TaHAK1（High Affinity K＋transporter1）。该基因ORF全长2 405bp,编码776个氨基酸,含有8个内含子。与已报道的大麦、水稻、玉米等单子叶植物的HAK基因具有较高的相似性。RT-PCR分析表明,TaHAK1在小麦根中表达量较高,且受钾饥饿和盐胁迫诱导表达。在200mmol.L-1 NaCl胁迫条件下,TaHAK1在耐盐小麦品种山融3号中的最高表达量高于在盐敏小麦品种济南177中的最高表达量。这些结果说明,在小麦中克隆到了大麦HvHAK1的同源基因,该基因参与了小麦对高盐、低钾等非生物胁迫的响应,可能对山融3号的耐盐性具有一定贡献。     

滨麦蔗糖:果聚糖6-果糖基转移酶(6-SFT)基因全长cDNA的克隆与生物信息学分析

为了挖掘和利用滨麦(Leymus mollis,2n=4x=28,JJNN)的优良基因,以拓宽小麦非生物胁迫抗性基因资源,以滨麦为材料,利用RT-PCR结合RACE技术从滨麦叶片中克隆到6-SFT基因cDNA的全长序列,并对其进行生物信息学分析。结果表明,其cDNA全长为2 086bp,开放阅读框为1 866bp(命名为Lm-6-SFT),编码621个氨基酸;其推导的蛋白分子量为69.1kDa,理论等电点(pI)为5.18,属于酸性蛋白。保守结构域分析表明,该基因推导的氨基酸序列含有SDPDG、RDP和EC结构域。多序列比对及进化树分析表明,滨麦6-SFT与冰草6-SFT在氨基酸水平具有高度的序列相似性。     

HARDY基因的克隆、原核表达及其植物表达载体的构建

为了给转HARDY(HRD)基因小麦研究奠定基础,利用PCR技术从拟南芥中克隆HRD基因,进行生物信息学分析,预测其编码的蛋白质结构与功能,构建原核表达载体pET28a(+)-HRD,转化大肠杆菌BL21(DE3),IPTG诱导蛋白的表达,同时构建pBin-HRD植物表达载体。测序分析结果表明,克隆的HRD与NCBI发布的拟南芥核苷酸序列的同源性为99%,其开放阅读框长555bp,可编码184个氨基酸,具有许多重要功能位点;成功构建了原核表达载体pET28a(+)-HRD和植物表达载体pBin-HRD,诱导表达出大小约为23.3kD的蛋白,与理论值相近。     

小麦品种东农冬麦2号根中TaEXPA7部分同源基因的克隆及表达特性分析

膨胀素(expansin)是植物生长发育过程中诱导细胞壁松弛和伸展的蛋白,包括EXPA、EXPB、EXLA、EXLB四个基因家族,对植物根系的形成及快速发育具有重要作用。本试验以寒地冬小麦品种东农冬麦2号两叶一心期的根为材料,克隆了TaEXPA7基因的3个CDS全长,其氨基酸序列同源性较高,仅信号肽处有两个氨基酸不同,其核酸序列长度均为777bp,编码258个氨基酸,分别命名为TaEXPA7-A、TaEXPA7-B、TaEXPA7-D,且分别定位于2AL、2BL、2DL染色体。蛋白均含有DPBB-1和Pollen-allerg-1两个保守结构域,分子量为27 670.74Da,等电点为8.09,均为疏水性蛋白;与节节麦、二穗短柄草的相似性分别为99%和92%。采用两叶一心期的根进行qRT-PCR分析发现,TaEXPA7-A/B/D三个基因在根尖中的表达量均较高,伸长区和成熟区次之;对冬小麦根进行低温、干旱和激素处理后,这三个基因均下调表达,并且TaEXPA7-B基因的相对表达量较高,TaEXPA7-D的相对表达量较低。由此可见,多倍体小麦不同染色体上的基因在应对不同环境胁迫时,表达以及应答模式存在差异,并且在不同的环境胁迫下,发挥主导作用的染色体也存在差异;此外,该基因在根中的表达可能与低温、干旱以及外源激素的胁迫有一定的关系,可能是促进根系生长的重要基因。     

小麦CO-like基因TaCO9的克隆及分析

CO蛋白(CONSTANS)是光周期途径中重要的调控因子,为了从普通小麦中进一步挖掘COlike基因,利用同源克隆的方法得到与大麦HvCO9基因同源的小麦TaCO9基因。结果表明,在冬性品种西农889中,初步克隆得到TaCO9基因的三个同源序列,分别命名为TaCO9-1、TaCO9-2、TaCO9-3。其cDNA序列全长均为870bp,开放阅读框为1 977bp,编码289个氨基酸,含有CO-like蛋白家族典型的CCT结构域,但不含B-box结构域;而在春性品种中发现TaCO9-1序列的第二外显子区域有6个碱基的插入,利用中国春缺-四体材料将该序列定位于小麦的1A染色体,命名为TaCO9-1A。系统发育分析表明,TaCO9蛋白与水稻Ghd7及大麦HvCO9位于同一分支。空间结构分析表明,其CCT结构域的NF-YA2区域较为保守,而该区域与CCAAT box互作相关。本研究克隆得到的TaCO9基因可能是小麦CO-like基因家族的新成员,与大麦HvCO9基因的结构相似,可作为新的小麦光周期候选基因加以研究利用。     

小麦LEAsm基因及其启动子的克隆与功能研究

胚胎发育晚期丰富蛋白(LEA)是一个小的高亲水性的蛋白家族,该蛋白家族在逆境胁迫下大量积累,保护植物免受逆境胁迫。LEA蛋白可分为7组,其中重复的11-氨基酸基序是第3组LEA蛋白的特征。为深入分析第3组LEA蛋白在小麦响应逆境胁迫中的作用机制,利用芯片技术从小麦表达谱中筛选出一个渗透胁迫诱导表达的第3组LEA蛋白基因TaLEAsm,然后根据该基因序列设计引物筛选石麦15的BAC文库,获得1个含有该基因的BAC单克隆,以该BAC单克隆质粒为模板,通过BAC延伸测序克隆了TaLEAsm基因及其启动子序列,并对TaLEAsm序列特征、表达模式和启动子功能进行了初步分析。结果表明,TaLEAsm基因序列仅含有1个105bp的内含子,其开放读码框长675bp,编码224个氨基酸。TaLEAsm含有10个11-氨基酸重复序列,属于第3组LEA蛋白。低温、高盐和渗透胁迫均诱导TaLEAsm基因上调表达,但在根和叶中表达模式不同。在TaLEAsm基因起始密码子上游1 500bp序列中,预测含有14个逆境响应顺式元件。在拟南芥中,TaLEAsm基因启动子能够启动GUS基因表达,渗透胁迫诱导GUS基因明显上调表达。以上结果表明,TaLEAsm为小麦脱水响应基因,其启动子为渗透胁迫诱导启动子。     

小麦耐冷相关基因TaCTR的克隆及其表达特性分析

低温冷害是小麦生长发育过程中面临的重要非生物逆境因素。为了挖掘小麦耐冷功能基因，本研究采用同源克隆的方法从普通小麦品种小偃22中分离到一个耐冷相关基因TaCTR，该基因序列全长2 192 bp，含有12个外显子、11个内含子，编码区全长为1 407 bp，编码468个氨基酸，分子量约为53.43 kDa；系统进化树分析表明，该基因在进化关系上与山羊草最近；亚细胞定位结果显示，该基因编码的蛋白为膜蛋白；实时荧光定量PCR（RT-PCR）结果表明，TaCTR在不同品种、不同组织和不同发育阶段低温特异表达；在干旱、高盐及GA处理下，TaCTR的表达量显著上升，说明该基因可能参与调控小麦的抗逆反应。     

小麦逆境胁迫基因TaSKIP的克隆、定位及初步表达分析

非生物逆境是小麦生长、发育及产量形成的主要限制因子之一。为揭示小麦抗逆胁迫响应机制,并为培育转基因抗逆种质奠定基础,本研究利用同源克隆的方法从普通六倍体小麦中国春中克隆出TaSKIP基因并进行序列分析及基因定位,同时对TaSKIP基因在PEG6000胁迫下的表达模式进行分析。结果表明,共克隆得到3个TaSKIP基因,其中2个基因被定位于6A和6D染色体上。序列分析表明,TaSKIP-6A编码区长为1 827bp,编码608个氨基酸,TaSKIP-B和TaSKIP-6D编码区长均为1 824bp,编码607个氨基酸。氨基酸序列比对分析表明,小麦TaSKIP蛋白与水稻、玉米和大麦等禾本科植物SKIP蛋白的同源性均大于88%,而且含有相同的SKIP/SNW结构域。实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,qRTPCR)检测结果表明,TaSKIP在模拟干旱胁迫条件下表达量上调,暗示该基因在小麦非生物逆境胁迫响应中起重要作用。     

小麦TaAAC基因克隆及功能的初步验证

为明确ATP/ADP转运蛋白在小麦籽粒粒重及淀粉合成方面的作用,以百农207 cDNA为模板,利用RT-PCR技术获得TaAAC的基因全长。生物信息学分析表明,TaAAC基因CDS长度为1 143 bp,编码380个氨基酸;TaAAC蛋白位于线粒体内膜和质体膜上。随后,以大麦条纹花叶病毒(BSMV)为载体,以GFP基因为指示基因,利用VIGS和qRT-PCR技术对TaAAC基因的功能进行研究。结果表明,在病毒诱导接种后24 d和29 d,TaAAC基因的相对表达量分别较对照下降51%和67%。BSMV病毒诱导TaAAC基因沉默后的百农207籽粒内总淀粉含量和千粒重均较对照显著降低。以上结果表明TaAAC基因正向调控小麦籽粒的淀粉合成,提高该基因表达有助于增加小麦粒重。