4CL基因在海巴戟叶片莨菪亭累积过程中的功能研究

为明确海巴戟叶片中莨菪亭累积规律,探究4CL基因在其累积过程中起到的作用。利用高效液相色谱仪对离体的海巴戟成熟叶0~48 h内莨菪亭含量进行测定,并测定经不同浓度的阿魏酸处理后莨菪亭含量的变化。以阿魏酸为底物,利用紫外分光光度计进行酶活反应的4CL总酶活性测定。对RNA-seq结果中7个4CL基因进行qPCR,筛选出一个表达趋势与莨菪亭含量及酶活变化趋势一致的4CL基因作为关键候选基因,进行全长克隆以及生物信息学分析,最后用qRT-PCR研究其表达特性。海巴戟叶片在采摘后48 h内,莨菪亭含量在12 h时最高,达0.35 mg/g,48 h最低,为0.18 mg/g。4CL总酶活性变化与莨菪亭含量趋势相近。阿魏酸处理后的叶片中4CL总酶活增加。通过qRT-PCR筛选到4CL（DN15707）基因,克隆、测序后发现其长度为1632 bp,具备完整开放阅读框,在NCBI进行序列比对及系统进化树分析,确定该基因为4CL基因家族中的4CL2基因,命名为Mc4CL2。Mc4CL2基因可能是莨菪亭累积过程中的关键基因,它能启动4CL酶活,充分利用阿魏酸底物进而导致莨菪亭累积。     

龙眼体胚发生早期4CL基因家族鉴定与功能分析

为了解龙眼4-香豆酸：辅酶A连接酶（Dl4CL）基因家族的分子特性及生物学功能。采用生物信息学分析方法进行龙眼4CL基因家族的成员鉴定,蛋白结构域及特性、分子进化树、体胚发生过程和组织器官中的表达规律分析以及可能互作的miRNA预测。结果显示,Dl4CL基因家族包含43个成员,分为6个亚家族;不同亚家族成员的基本理化性质包括等电点、相对分子量、氨基酸个数及信号肽有所差别;Dl4CL蛋白均属于非分泌型蛋白,具有多个保守的motif;各成员基因结构特性与进化树中家族成员亲缘关系的远近有关;Dl4CL启动子序列包含大量光响应元件、厌氧诱导响应元件及MYB结合位点,推测Dl4CL家族成员可能参与龙眼生长发育过程中黄酮类物种的生物合成以及色素的积累;Dl4CL可能参与不同胚胎发育过程和不同组织器官的形态建成;43个Dl4CL成员共有10个受miRNA调控,并且不同成员受不同的miRNA靶向调控,推测Dl4CL可能通过与miRNA互作参与体胚发生、响应环境胁迫等过程。研究表明,Dl4CL在龙眼体胚发生早期除了参与木质素的合成之外,还可能参与色素合成、组织器官特异表达等多种生物代谢途径,表现其生物学功能的复杂性。     

胡椒PnNPR1基因的克隆与表达分析

根据胡椒病程相关基因非表达子1(Nonexpressor of pathogenesis-related genes1,NPR1)基因的部分序列设计引物,运用RT-PCR方法获得其家族成员的1个全长c DNA,命名为Pn NPR1,长度1 712 bp,开放阅读框1 362 bp,编码454个氨基酸。预测Pn NPR1分子量为141.56 ku,理论等电点为4.98。该基因含有BTB/POT结构域、ANK锚蛋白重复序列、DUF和NPR1-like C等4个结构域,具有植物NPR1所共有的保守结构域。系统进化分析表明,Pn NPR1与苜蓿的同源性最高。Real-time RT-PCR结果表明,Pn NPR1在胡椒叶片、根、茎和花中均表达,在叶中的表达量最高。辣椒疫霉菌诱导后,Pn NPR1基因的表达量在抗/感2种胡椒中均出现先增加后减少的现象,并且在抗病种质中表达量较高。研究结果为Pn NPR1的功能研究提供了理论依据。     

青稞4-香豆酸辅酶A连接酶基因4CL的克隆及表达分析

为了进一步了解4-香豆酸辅酶A连接酶(4-coumarate:CoA ligase;4CL)基因在黄酮合成中的作用,利用RT-PCR和cDNA末端快速扩增技术(rapid amplification of cDNA ends,RACE)获得了青稞4CL基因(Hv4CL)的cDNA全长序列,并利用实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)技术,对该基因在青稞4个胚乳发育时间段茎、叶和花中的表达情况进行研究。结果表明,Hv4CL基因cDNA序列全长2 107bp,该序列包含一个完整的开放阅读框(ORF,1 662bp),编码553个氨基酸。Hv4CL与小麦同源性最高(96%),且该蛋白序列中包含2个保守的box,即AMP结合盒:boxⅠ(SSGTTGLPKGV)和boxⅡ(GEICIRG)。qRT-PCR分析结果表明:4CL基因在青稞不同发育时期、不同组织的表达丰度不同,在茎中表达量最高,其次是叶和籽粒。     

萼脊兰SjHMGR基因克隆及表达分析

为探究兰科植物的花香基因,拓展兰科植物在花香分子育种方面思路。以萼脊兰花瓣为实验材料,按照NCBI上登录的兰科植物的HMGR基因序列设计引物,采用RT-PCR和RACE技术成功克隆萼脊兰3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶基因（SjHMGR）。采用生物信息学方法,利用内参基因EF1a,对SjHMGR基因的时空表达特性进行分析研究。结果显示,获得的SjHMGR基因全长为1892 bp,开放阅读框为1689 bp,编码367个氨基酸,登录号为MK448292;SjHMGR有3个HMG-COA特殊位点,且属于HMG-COA超基因家族;SjHMGR编码的蛋白为亲水性蛋白;亚细胞定位于线粒体;蛋白质2级结构分析发现,SjHMGR蛋白具有α-螺旋、延伸链和不规则折叠。SjHMGR编码蛋白质的功能预测发现,SjHMGR在中间代谢起到非常重要的角色;同源性分析与系统进化树分析发现,萼脊兰SjHMGR蛋白与兰科的进化距离最近,在同1个分支上。qRT-PCR结果显示,SjHMGR基因在根和叶中的表达量很低,在萼片和花瓣中的表达较高,具有时空特异性。     

火龙果节律钟输出基因HpGI的克隆与表达分析

节律钟输出基因GIGANTEA通过光周期途径促进植物开花,为研究火龙果GIGANTEA同源基因功能,应用RT-PCR克隆获得该基因的开放阅读框序列,命名为Hylocereus polyrhizus GIGANTEA (HpGI),GenBank登录号为MK609546。序列分析结果表明,HpGI开放阅读框长度为3537 bp,编码1178个氨基酸。系统进化分析显示,HpGI与甜菜BvGI、菠菜SoGI、丝石竹GpGI的分子进化距离较近。预测HpGI定位于细胞核,无信号肽和跨膜螺旋结构域,属于非分泌蛋白。基因表达分析结果表明,HpGI基因在茎和花芽中的表达量显著高于茎芽、果皮和根;相比对照,延长光周期处理8 d时,其表达量显著上调。推测HpGI基因可能通过光周期途径促进火龙果开花。     

外源水杨酸诱导香蕉苯丙烷类代谢提高对枯萎病抗性

由尖孢镰刀菌古巴专化型热带4号生理小种（Fusarium oxysporum f. sp. cubense tropical race 4, TR4）引起的香蕉枯萎病严重阻碍我国香蕉产业的绿色可持续发展。外源水杨酸（SA）处理能诱导香蕉体内SA合成及信号传导途径关键酶基因上调表达,激活香蕉植株内系统获得抗性,增强对各种生物和非生物胁迫的抵抗能力,在此基础上,本研究对香蕉感病品种‘巴西蕉’和抗病品种‘农科1号’进行SA诱导处理,随后接种TR4,结果显示2个品种的病情指数均降低。为了进一步探究水杨酸信号途径下游的苯丙烷类途径在SA诱导的香蕉植株抗病过程中的作用,本研究运用实时荧光定量PCR技术（RT-qPCR）,对SA处理的感病品种‘巴西蕉’和抗病品种‘农科1号’中苯丙烷类途径关键基因的表达情况进行分析,结果发现分支途径中常规苯丙烷类途径关键酶基因C4H和4CL、木质素合成途径关键酶基因CAD和CCoAOMT、黄酮类物质生物合成途径关键酶基因CHS和CHI,对SA处理和TR4接种均有响应。在仅接种TR4的情况下,‘巴西蕉’相关基因主要表现为显著下调表达,而‘农科1号’相关基因主要表现为上调表达;仅用SA处理时,2个品种的C4H和4CL被诱导上调表达;SA处理并接种TR4,2个品种C4H和4CL依然保持上调表达的趋势,变化幅度在‘农科1号’中偏高;‘巴西蕉’CAD经SA诱导上调表达,但在接种TR4后,CAD相对表达量降低,而‘农科1号’CAD被SA诱导显著上调表达,SA和TR4共同作用下,表达水平亦显著升高;‘巴西蕉’CCoAOMT被TR4诱导显著上调表达,在SA处理并接种TR4的‘巴西蕉’植株中也表现为上调表达,‘农科1号’CCoAOMT在SA处理或SA、TR4共同作用下表现为强烈上调表达;CHS和CHI在SA处理的2个品种中主要表现为上调表达,SA和TR4双重作用下,依然表现为上调表达。结果表明外源SA处理可诱导感病和耐病香蕉根组织中苯丙烷类途径关键酶基因上调表达,该途径在SA诱导的香蕉抗枯萎病过程中起着重要作用。     

木薯MeLHCB4基因的克隆及表达分析

本研究采用RT-PCR技术克隆了木薯叶绿素a/b结合蛋白基因MeLHCB4编码区序列。通过生物信息学对其基因结构、基因编码蛋白的理化性质等进行分析,并对不同物种的LHCB4氨基酸序列进行比对和构建进化树。结果表明,木薯MeLHCB4基因的CDs序列全长858 bp,编码285个氨基酸,蛋白理论相对分子质量约为30.9 kDa,理论等电点为5.47,该蛋白属于稳定的亲水性蛋白,预测该蛋白可能定位于细胞核或细胞质中。实时荧光定量PCR检测该基因的表达模式发现,MeLHCB4基因主要在木薯叶片和茎中表达,受到茉莉酸甲酯（JA）、水杨酸（SA）和乙烯前体（ACC）等激素的诱导表达,推测其可能参与了JA、SA、ACC信号途径。细菌性枯萎病病原菌侵染木薯叶片12 h后,MeLHCB4的表达量显著提高,表明MeLHCB4参与了木薯对病原菌的响应过程。     

芒果MiCOL6基因的克隆及其生物信息学和表达分析

CONSTANS（CO）是光周期途径的核心调控因子,其可以整合光质和生物钟输出的信号调控植物成花。在前期转录组研究的基础上,设计基因特异性引物,通过RT-PCR扩增得到芒果的1个CO基因的cDNA全长,序列长度为678 bp,根据与拟南芥CO家族基因的相似性,将其命名为MiCOL6。生物信息学分析显示,该基因编码226个氨基酸,分子量为26.88 kDa,等电点为4.85,属于亲水性的非分泌蛋白。保守结构域和进化树分析显示,该基因仅含1个CCT结构域,属于CO基因家族的第4组;二级结构分析表明,该蛋白主要以无规卷曲和α-螺旋为主;亚细胞定位预测显示该蛋白定位在细胞质膜上的概率最大;不同花发育时期表达模式分析表明,MiCOL6基因在杧果的花芽分化期表达量最高。本研究结果为进一步研究芒果MiCOL6基因在芒果中的功能提供理论基础。     

滇水金凤LWD基因的克隆及表达分析

WD40是转录因子大家族,具有调节花青素苷生物合成、植物生长发育及非生物胁迫响应等功能,LWD（LIGHT-REGULATED WD）基因是该家族中已知的生物钟调节因子,但目前有关植物LWD基因的报道较少,其功能还有待深入研究。为探究LWD基因对滇水金凤花色的影响,本研究以滇水金凤花器官为材料,采用RT-PCR等技术克隆得到2个滇水金凤LWD基因,分别命名为IuLWD1和IuLWD2,其cDNA全长分别为1041 bp和1032 bp,分别编码347个和344个氨基酸。基本理化性质分析显示,IuLWD1和IuLWD2的GC含量分别为46%和50%,相对分子量分别为38 838.47 kDa和39 029.65 kDa,理论等电点分别为4.71和4.70。IuLWD1和IuLWD2的不稳定指数分别为53.60和52.58,均属于不稳定蛋白;其总平均亲水指数分别为-0.388和-0.366,均为亲水性蛋白。结构域分析显示,IuLWD1和IuLWD2均含有6个典型的WD40-repeat保守结构域,属于WD40超家族。多序列比对发现,IuLWD1和IuLWD2氨基酸序列与牡丹、葡萄及杨梅等氨基酸序列相似度较高。系统发育分析表明,IuLWD1与葡萄和牡丹聚为一支,同源性达85%;IuLWD2与杨梅聚为一支,同源性达90%,然后共同聚类在一支,推测2个基因为旁系亲缘关系。qRT-PCR分析表明,IuLWD1和IuLWD2基因在4种不同花色滇水金凤及其4个不同发育阶段均有表达,均以深红色表达量最高,白色表达量最低,2个基因的表达量均与花色呈正相关,且IuLWD1基因的表达量高于IuLWD2基因的表达量,表明IuLWD1和IuLWD2基因均在滇水金凤花色素苷的生物合成中发挥了作用,且IuLWD1基因对滇水金凤花色形成的调控作用更强。该研究结果为进一步探究滇水金凤花色形成及变异机理、凤仙花花色改良及新品种培育奠定基础。     

文心兰 PAD4 基因克隆及表达分析

为了研究文心兰（Oncidium hybridum）抗病相关基因 PAD4 在文心兰抗病种质资源培育中的功能,采用 RT-PCR 结合 RACE 法,从巧克力文心兰(Oncidium Sharry Baby ‘Sweet Fragrance’)中克隆得到一条全长 2 214 bp 的基因的 cDNA 序列,开放阅读框长 1 894 bp,预测可编码 647 个氨基酸,5′UTR 长度为 65 bp,3′UTR 长度为 255 bp。生物信息学分 析表明：PAD4 编码的蛋白属于水解酶超家族,有 6 个跨膜螺旋,无信号肽,亚细胞定位预测其主要定位于细胞质膜上。 系统进化树表明,文心兰 PAD4 与同为兰科植物的小兰屿蝴蝶兰（Phalaenopsis equestris）、铁皮石斛（Dendrobium catenatum）、深圳拟兰（Apostasia shenzhenica）亲缘关系最近。同源分析结果显示,与铁皮石斛的 PAD4 蛋白同源性最 高（78.08%）。实时荧光定量 PCR 分析显示,PAD4 在文心兰不同组织部位中都有表达,在假鳞茎中的表达量最高,其 次是下端叶,在根中的表达量最低。接种软腐病病原菌显示,PAD4 在感病文心兰中表达量上调,侵染后 4 h 时快速响 应并达到最高值。SA（salicylic acid）和 CaCl2 都能够诱导 PAD4 的表达,都在 24 h 时达到最高峰。研究表明,PAD4 基因可能在文心兰抗病过程中有重要作用。     

三明野生蕉β-1,3-葡聚糖酶Mugsp7基因克隆及其在低温处理下的表达分析

以三明野生蕉组培苗为材料,通过RT-PCR技术克隆获得β-1,3-葡聚糖酶基因Mugsp7（β-1,3-glucanase）的 cDNA 和 gDNA 序列,并对该基因进行生物信息学分析和不同低温下的实时荧光定量PCR表达分析,并进一步测定8 ℃处理1、2、3、4和5 d后三明野生蕉叶片β-1,3-葡聚糖酶活性。结果表明：Mugsp7的 gDNA 长 1132 bp,开放阅读框（ORF）长984 bp,具有一个148 bp的内含子,共编码 327 个氨基酸。cDNA、gDNA 的登录号分别为 KU363808和KU363809。生物信息学分析表明,Mugsp7 属于酸性、亲水、稳定性蛋白,不具有信号肽,与小果野蕉、大叶藻、玉米、大麦、水稻等位于同一分支,与小果野蕉亲缘关系较近分为一类。实时荧光定量PCR表明,不同低温处理和8 ℃低温不同时间处理下,Mugsp7 呈现不同表达模式,且三明野生蕉叶片β-1,3-葡聚糖酶活性的测定分析也进一步表明,Mugsp7 能进一步响应低温胁迫。因此,推测 Mugsp7 在三明野生蕉抗寒响应中发挥重要作用。     

反义 4CL 基因转化桉树调控木质素生物合成的研究

以桉树主栽品种尾叶桉 U6（Eucalyptus uroplrylla）为试材, 通过根癌农杆菌介导法, 将反义 4-香豆酸 ∶ 辅 酶 A 连接酶基因（4-eoumarate： CoA ligase）导入尾叶桉 U6 叶盘, 经卡那抗性筛选共获得了 6 株转化植株, 其 中 3株转化植株的 RT-PCR 和 Northern blot 结果显示内源 4CL 基因的表达受到抑制。     

反义4C基因转化桉树调控木质素生物合成的研究

以桉树主栽品种尾叶桉U6(Eucalyptus uroplrylla)为试材,通过根癌农杆菌介导法,将反义4-香豆酸:辅酶A连接酶基因(4-eoumarate:CoA ligase)导入尾叶桉U6叶盘,经卡那抗性筛选共获得了6株转化植株,其中3株转化植株的RT-PCR和Northern blot结果显示内源4CL基因的表达受到抑制.     

尖孢镰刀菌古巴专化型4号生理小种的磷酸化应激诱导蛋白1（FoSTIP1）基因的克隆及表达分析

本研究克隆了尖孢镰刀菌古巴专化型4号生理小种（Fusarium oxysporum f. sp. cubense race 4, Foc4）转录因子FoSkn7一个候选的下游基因,结果表明该基因cDNA编码序列全长1737 nt,编码一个含578个氨基酸残基的蛋白质。对其编码的蛋白进行了结构域和进化分析,结果表明该蛋白质含有胁迫诱导蛋白（stress-in-ducible protein-1, STI1）结构域和多个三角形4肽重复序列结构域（tetratricopeptide repeat, TPR）。该蛋白质与尖孢镰刀菌番茄专化型的磷酸化应激诱导蛋白1（STIP1）亲缘关系最近,因此初步将其确定为Foc4的磷酸化应激诱导蛋白并命名为FoSTIP1。采用相对荧光定量PCR方法分析了该基因在野生型B2菌株入侵香蕉苗根部及在外源H₂O₂诱导情况下的表达变化,也分析了FoSKN7基因缺失突变体中该基因在外源H₂O₂诱导情况下的表达。结果表明在入侵香蕉苗根部及在外源H₂O₂诱导情况下,B2菌株中的FoSTIP1表达均有上调,而FoSKN7基因缺失突变体中FoSTIP1即使有H₂O₂诱导,其表达也远低于B2菌株中的FoSTIP1。推测FoSTIP1可能是FoSkn7的靶基因并参与了Foc4抗外源氧化胁迫。