类胡萝卜素裂解双加氧酶基因AgCCD4调控芹菜不同组织的着色

【目的】 研究类胡萝卜素裂解双加氧酶基因AgCCD4在不同颜色芹菜中的基因型及相对表达量,结合类胡萝卜素含量测定,分析AgCCD4对芹菜组织中类胡萝卜素积累的影响,为进一步研究CCD亚家族基因在不同颜色芹菜组织着色中的作用奠定基础。【方法】 采用同源比对法检索芹菜基因组中的CCD家族基因AgCCD4。从‘津南实芹’‘黄太极’‘紫杆一号’和‘赛雪’4种不同颜色芹菜中分别克隆获得芹菜类胡萝卜素裂解双加氧酶基因AgCCD4。对芹菜AgCCD4的蛋白氨基酸序列组成、蛋白质理化性质、亲缘关系、空间结构等进行分析,预测其保守结构域和二级结构以及建立三级结构模型。采用荧光定量PCR技术检测AgCCD4在不同颜色芹菜不同组织中的表达水平。采用超高效液相色谱（UPLC）对4种颜色芹菜的叶片、叶柄和根中叶黄素和β-胡萝卜素的含量进行测定。采用农杆菌介导的瞬时表达转化法,研究AgCCD4蛋白在烟草表皮细胞中的亚细胞定位。【结果】 序列分析结果表明AgCCD4包含1个长度为1 779 bp的开放阅读框（ORF）,编码592个氨基酸。‘赛雪’中AgCCD4的核苷酸序列与其他品种相比存在18个碱基和9个氨基酸位点的差异,蛋白质相对分子质量分别为65.07 kD和65.12 kD,等电点分别为6.03和5.95。进化树分析表明,芹菜AgCCD4与菊科的向日葵和莴苣CCD4进化关系较近。AgCCD4蛋白的二级结构中包含多个α-螺旋和无规则卷曲,三级结构主要以β-折叠为主。亚细胞定位分析表明AgCCD4是一个定位在叶绿体上的蛋白。对4种颜色芹菜叶片、叶柄和根中叶黄素和β-胡萝卜素的含量进行测定,结果显示芹菜根中均未检测到叶黄素和β-胡萝卜素,叶片中叶黄素和β-胡萝卜素含量均以‘津南实芹’最高,分别为1 102.58 μg∙g^-1 DW和241.92 μg∙g^-1 DW,‘紫杆一号’最低,分别为57.12 μg∙g^-1 DW和45.65 μg∙g^-1 DW。在叶柄中,仅在‘黄太极’中检测到β-胡萝卜素,叶黄素也只在‘津南实芹’和‘黄太极’中被检测到。荧光定量PCR结果显示,AgCCD4在芹菜叶片中表达量最高,在根中最低。‘紫杆一号’和‘赛雪’叶片中AgCCD4的相对表达量相似,都显著高于‘津南实芹’和‘黄太极’。【结论】 本研究从4种颜色芹菜中分别克隆得到AgCCD4,其中‘赛雪’的基因序列和其他品种存在差异,其蛋白均含有RPE65保守结构域。AgCCD4表达量在芹菜不同组织中具有显著差异。芹菜中AgCCD4表达量与类胡萝卜素含量呈负相关。植物体中类胡萝卜素的含量和种类影响植株的颜色变化,AgCCD4可能通过降解类胡萝卜素来调控芹菜组织着色。     

胡萝卜DcDREB-A6亚族转录因子基因的克隆与非生物胁迫响应分析

干旱响应元件结合蛋白(dehydration responsive element-binding protein,DREB)类转录因子是干旱应答元件的结合蛋白,在植物响应非生物胁迫时发挥重要作用。本研究基于胡萝卜(Daucus carota L.)转录组数据,检索和拼接获得一个胡萝卜DREB类转录因子基因序列,并根据其序列设计引物,采用RTPCR方法从黑田五寸获得该胡萝卜转录因子基因DcDREB-A6(GenBank登录号:KM386646)。序列分析显示,来源于胡萝卜中的DcDREB-A6基因含有993 bp的开放阅读框,编码330个氨基酸。氨基酸组成成分、理化性质、亲水性/疏水性和三级结构分析结果显示,胡萝卜DcDREB-A6转录因子蛋白质分子量为36.68 kD,等电点为6.00,属于亲水性蛋白。进化树分析显示,DcDREB-A6属于APETLA 2/乙烯反应元件结合蛋白(AP2/ERF)家族转录因子中DREB亚族中的A6组。空间结构表明,该转录因子结构域具有典型的植物AP2/ERF家族转录因子的结构特征,有1个α螺旋和3个β折叠。实时定量荧光PCR证实,胡萝卜DcDREB-A6转录因子基因受高温、低温和高盐胁迫诱导,分别在高温、低温处理4和2 h后表达量增加2倍左右;盐胁迫对其影响较大,处理8 h时,基因表达量增加4.6倍;而干旱胁迫下该基因表达变化幅度相对较小。胡萝卜DcDREB-A6转录因子基因能够响应高温、低温、干旱和高盐等非生物胁迫,本研究结果有助于进一步开展胡萝卜DREB类转录因子的逆境调控研究。     

芹菜AgERF4转录因子基因的克隆与表达分析

以‘六合黄心芹’芹菜为材料,克隆出编码乙烯反应元件结合蛋白基因AgERF4。序列分析表明,AgERF4含有1个长度为597 bp的开放阅读框,编码198个氨基酸,预测其蛋白质相对分子质量为21.43 kD,等电点为8.51。进化分析表明,ERF4转录因子在植物中高度保守。AgERF4属于亲水性蛋白。酵母单杂交和β–半乳糖苷酶活性测定结果确定AgERF4转录因子和乙烯应答元件GCC Box具有较高的结合活性。RT-qPCR分析表明,AgERF4在芹菜叶片中的表达水平较高,在根和叶柄中表达水平较低;高温和干旱条件下AgERF4的表达呈先上升后下降的趋势,在盐处理的24 h内AgERF4的表达始终高于对照。AgERF4转录因子在芹菜非生物逆境胁迫调控过程中起着重要作用。     

甘蓝型油菜沪油15中BnaRAV-2-HY15转录因子的克隆及表达分析

基于拟南芥RAV类转录因子的序列,通过电子克隆的方法获得甘蓝型油菜的BnaRAV-2基因序列,再利用RT-PCR方法从甘蓝型油菜沪油15中扩增出编码RAV类转录因子基因BnaRAV-2-HY15,并进行了序列和进化分析。结果显示,该转录因子基因长1119 bp,编码372个氨基酸,含有相对保守的AP2结合域和B3结构域,具有典型的植物RAV类转录因子的结构特征。BnaRAV-2-HY15 和AtRAV2具有相似的三维结构。采用半定量RT-PCR方法对基因表达水平进行分析,发现BnaRAV-2-HY15受到PEG、高盐和低温的诱导表达。BnaRAV-2-HY15基因在沪油15盛花和籽粒发育时期的根、茎、叶、花、蕾和荚中均检测不到明显的表达。     

芹菜甘露醇脱氢酶基因的分离与表达分析

 以芹菜（Apium graveolens L.）本芹品种‘六合黄心芹’和西芹品种‘文图拉’为研究对象, 通过克隆测序,分别获得2 种芹菜的甘露醇脱氢酶基因序列。2 种芹菜来源的该基因全长均为1 098 bp, 编码365 个氨基酸,预测2 种芹菜该酶蛋白质分子量分别为39.66 kD 和39.69 kD,pI 值分别为6.79 和6.78。 2 种芹菜中甘露醇脱氢酶基因之间有17 个核苷酸位点不同,3 个氨基酸位点发生改变。通过与其他植物 甘露醇脱氢酶基因与氨基酸序列比对,表明该基因具有高度的保守性。进化分析显示,与同属于伞形科 的植物香芹进化关系最近。实时定量PCR 表明,芹菜中甘露醇脱氢酶基因在根、茎、叶、花中表达有差 异,其中根中含量最高。对2 种芹菜分别进行4 ℃、38 ℃、0.2 mol · L-1 NaCl 和20% PEG 处理7 个不同 时间段,实时定量表达分析显示,‘六合黄心芹’中甘露醇脱氢酶基因变化大于西芹‘文图拉’,且不同 处理后甘露醇脱氢酶基因表达响应呈现出较大的差异。     

乙肝表面抗原大蛋白(S1S2S)基因在转基因苹果中表达

构建了乙肝表面抗原大蛋白基因PRS-S1S2S的表达载体pYF9616,通过根癌农杆菌介导法首次将该基因导入苹果品种红爱佳中,得到了抗卡那霉素的GUS阳性转化植株。随机取3株GUS染色阳性的转基因苹果植株经PCR扩增及RT-PCR检测证实该基因已整合入转基因苹果的基因组,并在转录水平得到了表达,ELISA检测证明在苹果植株中正确表达了乙肝表面抗原大蛋白基因。     

葡萄microRNA的计算识别

利用生物信息学方法,根据已知植物miRNA(microRNA)的各种特征,设计miRNA预测程序-MirFinder,从葡萄全基因组范围中预测出146条miRNA,然后利用葡萄中已知的miRNA对这146条miRNA进行同源检索,发现其中98条与已知的miRNA完全相同,另外48个为新发现的miRNA。这些新发现的miRNA基因属于21家族,其中8个家族之前未在葡萄中报道过,为葡萄中新发现的miRNA家族,共有20个miRNA。根据植物miRNA和其靶基因间存在较高的序列互补性,预测新miRNA家族的靶基因,结果表明其中6个miRNA家族存在靶基因。     

一个新的葡萄抗逆转录因子VvERF2基因的In silico克隆及生物信息学分析

ERF是植物所特有的一类重要的转录因子,广泛参与植物生长、发育以及多种生理生化反应的信号传导。本研究利用In silico克隆方法获得葡萄VvERF2基因,并利用生物信息学方法对该基因编码产物从氨基酸组成、理化性质、进化关系、二级及三级结构、功能等方面进行预测和分析。结果表明,VvERF2为亲水性蛋白,与其他物种的ERF在序列组成、结构及活性位点等方面均具有高度的一致性。     

基因体外定向分子进化技术在农业中应用的研究进展

农业生物工程在农业生产中发挥着重要的作用,已经在除草剂抗性,抗虫,抗病和饲料添加剂等方面取得了良好的成绩。体外定向分子进化技术是改造基因的有效手段,通常可以用来提高酶的比活,改变酶动力学特征,产生新的底物特异性,产生新的产物和改变酶的最适条件。该技术已经成功的应用在农业的各个领域。主要从除草剂抗性,抗虫,抗病和饲料添加剂4个方面对基因体外定向分子进化技术在农业中的应用作一综述。     

番茄2个ERF-B1亚族转录因子基因的克隆及其对生物和非生物胁迫响应

为进一步研究番茄ERF转录因子调控植物抗逆的分子机理,本研究以番茄浙杂-301为试验材料,分别克隆获得2个乙烯反应元件结合蛋白基因SlERF83和SlERF109,并对其进行序列及表达分析。结果表明,番茄SlERF83和SlERF109基因分别含有678 bp和669 bp的开放阅读框,编码225和222个氨基酸,各含有1个保守的AP2结构域,属于亲水性蛋白。进化分析表明,这2个ERF转录因子均属于AP2/ERF家族中ERF亚族的B1组。SlERF83和SlERF109三级结构都含有1个α-螺旋和3个β-折叠。酵母单杂交及β-半乳糖苷酶活性测定结果证明SlERF83转录因子可以与GCC-box结合。番茄2个ERF蛋白启动子含有多种逆境相关的顺式作用元件。采用荧光定量PCR检测SlERF83和SlERF109在非生物和生物胁迫下的表达,结果表明,高盐和干旱胁迫下,SlERF83和SlERF109基因的表达均被抑制;水杨酸处理能够诱导SlERF83和SlERF109基因的表达;茉莉酸甲酯处理下SlERF83表达水平提高,SlERF109表达量降低;番茄黄化曲叶病毒侵染下,SlERF83和SlERF109基因的表达均被抑制。SlERF83和SlERF109转录因子可能参与了番茄对生物及非生物胁迫的响应过程。本研究结果为进一步深入开展ERF转录因子调控番茄抗逆分子机制研究提供了一定的理论依据。