一个水稻叶片衰老上调表达基因的初步生物学功能分析

叶片衰老是其发育的最后阶段。通过对水稻叶片衰老机制的研究, 有计划地控制或延缓衰老的发生具有重要的理论价值和实践意义。本研究基于基因表达芯片数据挑选了一个叶片衰老上调表达候选基因A12 (LOC_Os 07g41230)。A12基因在水稻全生育期表达谱数据库中的表达模式及在水稻抽穗后不同时期剑叶中的表达量检测结果进一步证明其确为叶片衰老上调表达基因。生物信息学预测A12基因启动子区域存在大量的与激素诱导相关的顺式作用元件。实时定量PCR结果显示A12基因对茉莉酸(JA)和激动素(KT)的诱导有明显的响应, 但是对油菜素内酯(BR)、赤霉素(GA)、生长素(IAA)及脱落酸(ABA)的诱导则无明显响应。对A12基因对应的水稻T-DNA插入突变体观察发现, A12基因的突变会导致剑叶早衰。这些结果为进一步深入研究A12基因的生物学功能打下了基础。     

薄壳山核桃MADS-box基因CiMADS9的克隆与功能分析

以薄壳山核桃（Carya illinoinensis）‘马罕’雄花为材料,利用获得的MADS-box基因保守片段设计特异引物,通过RACE技术克隆MADS-box家族基因的cDNA序列,命名为CiMADS9。该基因长为1 077 bp,开放阅读框（ORF）768 bp,编码255个氨基酸残基。生物信息学分析表明该基因具有典型的MADS-box结构域和半保守的K区,是MIKC型MADS-box基因。聚类分析分析表明该基因属于AGL15亚家族。实时荧光定量PCR结果表明,CiMADS9在生殖器官（雄花、雌花、幼果）中的表达量高于营养器官（叶、枝条）中的,并且在雄花中的表达量最大。将目的基因通过农杆菌介导法转化拟南芥,获得了转基因植株。与对照相比,转基因拟南芥中过量表达该基因使植株开花延期,基生叶增加。     

野生大豆S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因的克隆及功能分析

干旱、盐碱和低温等非生物逆境是危害作物诸多因素中最为严重的自然灾害, 它可以使作物减产, 甚至死亡。目前通过生物技术手段获得可利用的抗性基因是提高植物抗性的重要途径。东北野生大豆具有丰富的基因资源, 是基因克隆的理想材料。从低温(4℃)、干旱(30%PEG)及盐胁迫(200 mmol L^-1NaCl)处理的东北野生大豆幼苗叶片中提取总RNA, 经反转录合成cDNA第一链, 并以此链为模板, 从已构建的盐胁迫全长cDNA文库和东北野生大豆盐胁迫EST数据库中筛选出与渗透胁迫直接相关的EST序列, 根据该序列设计一对PCR引物扩增S-腺苷甲硫氨酸(SAM)合成酶基因的全长序列, 经Blast比较分析, 确定所获得的SAMS基因全长序列。构建以pBI121为基础的CaMV35S启动子调控的植物表达载体; 利用农杆菌介导法将其导入烟草, 获得了180株转基因烟草, 并进行了低温、干旱和盐胁迫处理, 通过测定在不同胁迫处理下的生理指标, 分析了基因的功能。野生大豆的SAMS基因在烟草中的超量表达提高了转基因烟草的抗低温、干旱和耐盐能力。     

烤烟立体育苗适宜人工光源筛选研究

为筛选出适宜烤烟立体育苗生长的人工光源,在全黑实验室条件下对4种人工光源进行了光照环境指标的测试,分析比较了距灯管距离为20、30、40 cm时光照的强度和均匀性;设置4个不同光照条件下烤烟幼苗栽培试验区,对成苗生理生态指标进行了数据统计和分析。结果表明：（1）4种人工光源平均光照强度从大到小排序依次为红蓝LED>全光谱荧光灯>暖白LED>三基色荧光灯;（2）距灯管距离30 cm的光照分布均匀性最好,其次为20、40 cm。（3）栽培试验区采用红蓝LED灯补光,光照强度设置为150 μmol/(m²·s)时,成苗品质最好。研究结果为烤烟立体育苗人工补光配置方案提供理论依据。     

致病疫霉NLP家族基因PITG_10839的克隆和功能分析

【目的】分析致病疫霉（Phytophthora infestans）NLP（Necrosis- and ethylene-inducing like proteins）家族基因PITG_10839的致坏死功能及所编码蛋白的活性位点对其功能的影响。【方法】以PITG_10839作为研究对象,选inf1作为正对照,以致病疫霉菌株HK09-19的总RNA为模板,通过RT-PCR获得基因的cDNA全长序列。将所得cDNA与表达载体pBI121连接,构建所选基因的重组表达载体,并采用冻融法将其转入农杆菌LBA4404中。利用农杆菌介导的瞬时表达体系在本生烟（Nicotiana benthamiana）中对PITG_10839的表达和功能进行分析。利用over-lap PCR方法定点突变基因PITG_10839的活性位点,同时构建活性位点突变后的重组表达质粒,并通过农杆菌注射接种本生烟来研究各活性位点在基因坏死功能中所起的作用。通过荧光定量PCR分析致病疫霉游动孢子侵染马铃薯叶片后不同时期PITG_10839的表达模式。【结果】获得了PITG_10839和inf1的全长cDNA,分别为405及357 nt。同时,成功构建了PITG_10839和inf1的真核表达载体pBI121-10839和pBI121-inf1,并成功转入农杆菌。将含有重组质粒pBI121-10839的农杆菌注射接种本生烟,5 d后接种叶片开始逐渐黄化,7 d后叶片出现典型的皱缩坏死症状。然而含有对照重组质粒pBI121-inf1的农杆菌在注射接种3 d后,本生烟叶片便开始出现萎蔫,5 d时则出现坏死症状,7 d时坏死症状严重。进一步对PITG_10839编码蛋白的活性位点进行突变,发现D9A、E22A和D20A 3个氨基酸位点的突变使基因PITG_10839所编码蛋白的致坏死功能丧失,叶片仅出现轻微的黄化现象,然而H17A位点氨基酸的突变对该基因的致坏死功能没有影响,注射接种7 d后,仍然可以使本生烟叶片出现皱缩坏死的症状。同时,荧光定量PCR表明,致病疫霉游动孢子接种后不同侵染阶段PITG_10839的表达呈现出了不同水平的增加。接种后12 h至36 h,表达量变化水平稳定,增加了20倍左右;48 h时其表达量急剧上升至350倍左右;随后表达量开始下降,但仍高于接种36 h时的表达水平。【结论】致病疫霉NLP家族基因PITG_10839具有致使烟草叶片坏死的功能,并确定了影响该基因所编码蛋白致坏死功能的氨基酸活性位点。     

锦鲤疱疹病毒ORF72基因克隆及结构功能分析

于辽宁丹东采集感染锦鲤疱疹病毒的活鲤Cyprinus carpio样品,经DNA提取、PCR扩增、重组质粒构建步骤成功克隆锦鲤疱疹病毒ORF72基因,并利用生物信息学软件分析ORF72蛋白结构与功能,构建系统进化树。结果显示:ORF72基因开放阅读框共1113bp,编码蛋白由370个氨基酸组成,理论相对分子质量为40.5KD;ORF72蛋白主要由α螺旋、β折叠、无规则卷曲3种二级结构组成;N端35个氨基酸序列为信号肽序列。跨膜结构分析表明:ORF72蛋白无跨膜区,保守结构域预测表明ORF72含有一个保守结构域,抗原表位分析表明,抗原性较好。结构预测显示:ORF72氨基酸序列存在2个潜在的N-糖基化位点、1个潜在的O-糖基化位点、19个潜在的磷酸化位点。系统进化树分析发现,其与锦鲤疱疹病毒美国株、以色列株属同一分支。     

拟南芥PMRP的表达特性及功能分析

【目的】分析拟南芥中功能未知基因PMRP（putative membrane related protein）的表达特性;明确PMRP在调控拟南芥生长发育过程中的作用。【方法】利用生物信息学方法,寻找拟南芥中与PMRP含相同结构域的基因,并绘制进化树;利用Real-time PCR技术分析PMRP在生长8和21 d的拟南芥根、茎中的相对表达量,比较生长21 d的拟南芥第1、2、3、4对莲座叶及茎生叶中PMRP的表达情况,分析花器官的萼片、花瓣和雄蕊及生长后期拟南芥种子中PMRP的表达量的高低;构建35S::PMRP过表达载体,转化Columbia野生型拟南芥,通过RT-PCR技术验证PMRP的表达量,获得过表达PMRP的转基因植株;通过对过表达PMRP的转基因拟南芥的表型观察,分析PMRP对拟南芥叶片发生、茎的生长部位等的调控作用;通过对过表达PMRP转基因拟南芥茎秆横切面的石蜡切片观察,分析PMRP在茎秆维管束木质部和韧皮部分化过程的作用;通过对花器官的解剖学观察,明确PMRP对拟南芥花器官生长发育的影响;通过对过表达PMRP转基因拟南芥果荚形成的观察,分析PMRP对拟南芥育性的影响。【结果】PMRP是一个含有START保守域的411个氨基酸的蛋白质,具有跨膜结构域,在拟南芥中含有START结构的基因共35个;Real-time PCR结果表明,PMRP在茎生叶中表达量最高（相对表达量约为2 935）、莲座叶中次之,且莲座叶生长时间越长,PMRP的表达量越多（PMRP在第1、2、3、4对莲座叶中的相对表达量分别约为1 650、1 113、734、507）,然后是花器官中的萼片（PMRP相对表达量约为937）,PMRP在茎、根、种子中都有的表达,但相对表达量都低于270;PMRP在花器官中雄蕊的相对表达量最低（约为64）,远远低于同属花器官的萼片中PMRP表达量（937）,PMRP在根、茎中的表达量随生长时间的增加而增加,PMRP在8和21 d的根中相对表达量分别为154和222,PMRP在8和21 d的茎中相对表达量分别为200和264;过表达PMRP转基因拟南芥表现为在枝条上产生莲座叶,茎秆容易倒伏,维管束没有明显的形成层,且木质部和韧皮部排列紊乱,花器官中雄蕊的花丝变短,形成的角果数量减少,育性降低。【结论】START结构域在功能上极度保守;PMRP在拟南芥不同组织器官均有表达,且随着时间的延长,PMRP的表达量也增加,但在花器官的雄蕊表达最低,一旦过表达PMRP,拟南芥花器官的雄蕊发育异常,造成育性降低;PMRP对拟南芥的叶片发生、茎秆维管束分化和花器官发育具有重要作用。     

中国野生葡萄芪合成酶基因STS19及其启动子的克隆与功能分析

以中国野生山葡萄（Vitis amurensis Rupr.）‘通化3号’和刺葡萄（V. davidii Foex.）‘塘尾’为材料,克隆得到芪合成酶基因VaSTS19和VdSTS19。序列分析发现VaSTS19和VdSTS19的编码区均为1 179 bp,编码392个氨基酸,定位于16号染色体,二者核苷酸和氨基酸序列相似性分别为98.81%和98.21%。亚细胞定位结果显示VaSTS19和VdSTS19均定位于细胞膜、细胞质和细胞核。将35S强启动子连接VaSTS19和VdSTS19转入番茄能显著促进STS19的表达及番茄中白藜芦醇的合成和积累。分别从两种材料中克隆得到VaSTS19和VdSTS19的启动子。顺式作用元件分析表明,二者启动子中均包含多个胁迫应答元件、激素应答元件及光应答元件。序列分析发现二者启动子序列与欧洲葡萄VST2启动子序列同源性为60%。转基因烟草叶片中二者不同长度启动子片段对SA和MeJA诱导响应明显。结果表明STS19的表达模式和白藜芦醇的合成可能与其上游启动子类型和调控有关。     

棉铃虫APN基因家族系统进化与功能分析

氨肽酶N(APN)是锌金属蛋白酶M1家族的成员,鳞翅目昆虫中肠刷状缘膜囊泡(brush border membrane vesicles,BBMV)细胞膜上的APN不仅在蛋白消化吸收过程中起着重要的作用,而且是Bt的重要受体蛋白.本研究通过PCR技术克隆得到7条棉铃虫APN基因全长序列,HaAPN1～7(Genbank...     

梨树冠层光响应基因PpPRR5b的克隆与功能分析

连锁的转录-翻译反馈路径在调控生物钟输出途径中起重要作用,而伪应答调控蛋白PRR则是其关键的遗传组分。尽管PRR基因在非生物反应、细胞延伸和光周期开花反应等方面的调控作用已被证实,但它们在其它光相关的农艺性状(如光合作用)中的作用还有待进一步阐明。本研究从梨叶组织中克隆了一个拟南芥AtPRR5的同源基因,命名为PpPRR5b。该基因全长2019 bp,共编码672个氨基酸。PpPRR5b蛋白相对分子量为74.23kD,理论等电点为6.28,定位于细胞核,具有亲水性。二级结构预测结果显示,PpPRR5b主要以无规则卷曲为主(占60.01%)。烟草叶片瞬时表达结果表明,随着红光强度的增强,超量表达PpPRR5b基因的叶组织能显著抑制净光合速率、气孔导度及胞间CO₂浓度水平。本研究初步证实PpPRR5b具有响应光信号,抑制光合作用的功能。