基于高通量测序的数字基因表达谱技术研究进展

数字基因表达谱(digital gene expression profiling,DGE)是一种全面、快速地检测某一物种特定组织在特定状态下基因表达情况的高通量测序技术。通过对基因表达谱的生物信息学搜索、比较和分析,可从中获取基因转录、基因调控、信号转导通路、蛋白质功能等相关信息。该研究主要介绍了数字基因表达谱的原理以及在生物学和医学研究等方面的应用。     

大豆孢囊线虫4号生理小种侵染大豆根系诱导表达的cDNA分析

大豆孢囊线虫(Heterodera glycines Ichinohe；Soybean Cyst Nematode，SCN)是一种土传的专性内寄生线虫。SCN的二龄幼虫侵入到大豆幼嫩的根组织中，导致大豆根内的细胞变形并与之形成“合胞体”。合胞体在形态上和生理上的变化是SCN直接诱导大豆基因表达的结果。本研究以高抗SCN的灰布支黑豆为材料，用大豆孢囊线虫二龄幼虫直接接种大豆的根系，应用DDRT—PCR技术及RDB(Reversedot—blotting)杂交鉴定，获得6个阳性cDNA克隆，分别是SCN侵染后5天的A32克隆(GenBank登录号为B1173978)；侵染后10天的B12克隆(GenBank登录号为B1173979)、B71克隆(GenBank登录号为B1173980)；侵染后15天的Cll克隆(GenBank登录号为B1173981)、CPl2(GenBank登录号为B1173982)克隆和CP32克隆(GenBank登录号为B1173983)。序列的同源比较表明，6个cDNA均与Shoemaker构建的大豆基因表达库中的cDNA序列有非常高的同源性，证明这些cDNA是大豆基因表达的产物。其中A32克隆的序列与控制拟南芥下胚轴生长的MYB转录因子、营养元素缺失诱导的番茄根的表达文库中的一个cDNA及番茄抗假单胞杆菌表达文库中的一个cDNA有较高的同源性。     

Cre/loxP定位重组系统在植物雄不育和杂种优势中的利用研究

Cre—loxP是来源于噬菌体P1的一种位点特异性重组系统。目前，它已广泛应用于基因功能鉴定，动植物及微生物基因组的修饰以及基因的表达和调控。雄性不育系在杂种优势的利用中具有重要意义。本实验是以Cre—loxP系统调控细胞毒素基因barnase在植物雄性器官发育的特异时期在特异组织表达，从而达到控制植物育性的目的。1．在本实验中，通过PCR方法克隆了解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens的barnase基因，及其抑制因子barstar的DNA序列，同时，构建成功双元表达载体及基因枪转化载体，并已获得经分子险测呈阳性的小麦植株。2．osg6B是来源于水稻花药绒毡层的特异性的启动子，它在小孢子发育的四分体时期至单核花粉期在花药绒毡层中特异启动基因的表达，它具有较为严紧的时空特异性。以osg6B为启动子，构建了一组受控于Cre／loxP位点特异性重组系统的适用于基因枪法转化小麦的载体系统。其中，转不育基因(og6B—barnase)小麦植株生长正常，但开花后，花粉量明显减少，自交不能得到正常种子。进行花粉活力检测发现，转基因小麦大部分花粉表现为败育。花粉离体萌发试验表明，转不育基因小麦的花粉离体萌发率极低，几近败育。说明以osg6B驱动barnase在小麦花药中的表达可以导致雄性不育。3．以osg6B为启动子，构建了一组受控于Cre／loxP的用于控制双子叶植物育性的双元表达载体系统。以转cre基因的烟草作为受体，以含阻断序列的质粒农杆菌进行二次转化。二次转化株营养生长正常，但开花期花器官表现异常。具体表现为花瓣异常开裂或不开裂，花丝变短或粘连，花药提早萎蔫或异常开裂。推测这种现象的出现与启动子的组织特异性或barnase的渗露表达有关。4．二次转化株花粉染色因不同株系出现全部败育、部分不育和多数可育的情况。花粉离体萌发实验也得到了相似的结果。这说明通过筛选，利用Cre／loxP得到完全不育的植物株系是完全可行的。5．获得了9个barnase的突变体，初步推测第十四位氨基酸及第八十位氨基酸与核糖核酸酶活性有关。同时，发现barnase的第316位核苷酸序列为易突变位点，自然发生的突变多插入一个C，从而产生终止位点的改变。这或许会为今后barnase的克隆与利用提供一些参考。     

水稻WRKY19基因启动子功能研究初报

利用已获得的水稻WRKY19基因启动子(OsW19p::GUS)的转基因植株进行研究，分析了OsW19p在T1代苗期时的诱导表达特性，GUS荧光测定结果表明：OsW19p的表达可被ABA(100 μmol/L)、SA(500 μmol/L)、高温(42℃)、低温(5℃)和伤处理增强；被2,4-D(1μmol/L)、NaCl(200 mmol/L)和PEG4000(25%)处理抑制；IAA(5 μmol/L)、MeJA(100 μmol/L)和紫外线照射处理对OsW19p的表达几乎没有影响。OsW19p在转基因植株根中的表达水平高于35s，但在叶片中低于35s。OsW19p在转基因水稻扬花期茎部中表达水平最高，其次是花、叶鞘和叶片，在根部表达水平最低。     

杜仲EuGT2基因的原核表达及蛋白纯化

本研究以克隆所得杜仲(Eucommia ulmoides)EuGT2基因为基础,利用基因重组技术构建原核表达载体pMCSG19-EuGT2。重组载体转化到E.coli Rosetta(DE3)中,用0.05 mmol/L异丙基β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)在37℃下诱导6 h。使用镍-亚氨基二乙酸(Ni-IDA)亲和层析柱进行纯化,并用15%十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺(SDS-PAGE)凝胶电泳进行检测。研究结果表明,杜仲EuGT2基因在E.coli Rosetta(DE3)中得到成功表达,重组蛋白表达形式为部分包涵体、部分可溶性蛋白。经SDS-PAGE凝胶电泳检测,在相对分子质量约56 kD处有1条特异性蛋白条带,经质谱鉴定该特异性蛋白条带确为杜仲EuGT2蛋白。以上研究结果为后续研究杜仲糖基转移酶的功能提供了科学依据。     

重组植酸酶appA-2QN在毕赤酵母中的高效表达

对来源于大肠杆菌的植酸酶基因app A进行突变获得植酸酶基因突变体app A-2QN,利用酵母表达系统在摇瓶培养条件下表达后,该植酸酶突变体显示出良好的热稳定性。为提高该植酸酶的表达量,降低植酸酶的生产成本,对表达该酶的重组酵母菌GS115/app A-2QN进行了高密度发酵研究,通过控制发酵过程中碳源(甘油)的添加使得菌体生长达到一定密度,从而实现高效表达。在诱导蛋白质表达阶段,发酵液中甲醇的含量影响植酸酶的表达量,利用变色酸分光光度法对甲醇含量进行了检测分析。结果表明,在5 L发酵罐中进行高密度发酵147 h后,菌体浓度OD600nm达到313,通过将甲醇浓度控制在2.5%左右,经过诱导102 h后,蛋白达到了较高的表达量,为7.06 g/L,酶活性(发酵效价)为2.03×105U/m L。结果表明,通过高密度发酵提高了产植酸酶app A-2QN的酵母工程菌的细胞生长密度和蛋白质表达量,揭示该重组酵母菌株具有良好的表达稳定性。     

小麦农杆菌转化系统的建立与转基因植株的获得

针对农杆菌转化系统的诸多影响因素进行了系统研究，建立了有效的小麦农杆菌转化系统；利用石4185、石6365的花药愈伤组织为受体，进行了甜菜碱醛脱氢酶和胆碱氧化物酶等目的基因的转化研究。     

西瓜G17AB不育花药的细胞形态学及组织化学研究

观察研究表明,不育花药绒毡层细胞异常,造成花粉母细胞不能进行正常减数分裂,败育发生于四分体形成之前,无花粉粒形成.雄性不育花药组织内的不溶性多糖和蛋白质含量较可育花药低.     

马铃薯损伤诱导型启动子Wun1基因的克隆及其GFP表达活性

通过聚合酶链式反应(PCR),以马铃薯基因组DNA为模板,根据已报道Wun1序列设计了一对特异引物,在优化的PCR反应条件下扩增出了Wun1基因片段,通过序列分析与文献报道的碱基序列有96.86%的同源性,该基因已登录到GenBank(No.AY803296)。以pBIPG(携带GFP基因)的质粒DNA为模板,通过PCR技术亚克隆到了源自水母(Aequorea)大小为756bp的绿色荧光蛋白(GFP)基因,与已知序列同源率为100%。利用GFP基因作为报告基因,构建了用于比较鉴定所克隆启动子活性的pBIG(35S-GFP)和pBIWG(Wun1-GFP)两个植物表达载体,采用基因枪法进行对洋葱表皮细胞的遗传转化,检测Wun1启动子在受体细胞中调控基因表达的活性,结果表明克隆到的Wun1启动子活性强于组成型表达的35S启动子,GFP瞬时表达的分析方法也让我们有效的筛选到用于进行马铃薯抗病育种的调控元件。     

热胁迫下对玉米自交系育性的鉴定

在山西运城市7-8月份气温偏高的特殊气候环境下,对120份玉米自交系材料进行了雄花育性鉴定。结果表明,高温条件下,材料间的雄花育性存在着明显的差异;不育性表现方式有:无花粉粒、花药吐不出、花药不散粉。模拟玉米螟为害雄花节打孔试验表明,即使玉米植株能得到充足的水分供应,雄花内部的水分胁迫是影响花粉正常散出的主要因素之一。