马铃薯NAC转录因子基因的克隆及生物信息学分析

NAC类转录因子是植物所特有的转录因子家族,其参与调控植物的生长发育和对逆境胁迫的响应过程。本试验在马铃薯中克隆得到一个NAC类转录因子基因家族成员,其全长c DNA序列为1 538bp,其中1 215 bp的开放阅读框编码一个404个氨基酸的蛋白质,其等电点为10.06,分子量为22.06 k Da,包含3个外显子,这些特性与模式植物NAC类转录因子家族成员基因极为相似。     

amiRNA技术沉默C-3氧化酶编码基因StCPD对马铃薯抗旱性的影响

CPD(constitutive photomorphogenesis and dwarf)基因编码C-3氧化酶,为油菜素内酯(brassinosteroid,BR)生物合成途径中的限速酶,在植物响应逆境胁迫过程中具重要调控作用。本研究利用人工micro RNA(artificial micro RNA,ami RNA)技术,构建马铃薯CPD基因(StCPD)的干扰表达载体p CPB121-ami Rcpd,通过根癌农杆菌介导法将其转入马铃薯栽培品种"紫花白",获得转基因植株(Ci1~Ci5),其中Ci1和Ci3的StCPD基因干扰程度分别为78%和90%。基因组织表达特异性分析表明,StCPD在马铃薯试管苗叶片中表达量最高,是茎和根中表达量的3.05倍和1.65倍。转基因植株株高、茎粗、根长、鲜重及薯的大小和鲜重等指标均较非转基因(NT)植株显著下降,表明StCPD基因干扰表达后,植株的长势明显受到抑制。模拟干旱胁迫处理下,转基因植株叶片中丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量显著高于NT植株,而脯氨酸含量显著低于NT植株。转基因和NT马铃薯中,StCPD基因的表达量、MDA和脯氨酸含量均显著高于对照;且随着胁迫处理时间延长,基因表达量呈持续增强趋势,MDA和脯氨酸含量随之增加。结果表明,StCPD基因干扰表达能明显降低马铃薯对干旱胁迫的抵抗能力,为进一步研究BR对马铃薯生长发育和对干旱胁迫的响应奠定了基础。     

甘肃红豆草BAN基因克隆与双标记选择表达载体构建

为探讨编码花青素还原酶BAN基因的功能及其与缩合单宁合成的关系,根据BAN基因序列设计特异引物,采用RT-PCR技术获得甘肃红豆草BAN的相似基因;利用生物信息学相关软件分析,预测其c DNA序列编码的蛋白质结构和功能;采用Real-time PCR法检测该基因在甘肃红豆草各组织中的表达;构建含有BAN基因的双标记选择载体。结果表明,克隆的BAN基因与报道的BAN基因序列相似性达到99.41%,其ORF长为1 020 bp,可编码339个氨基酸残基,具有花青素还原酶保守结构域和重要功能位点;三级结构预测显示,预测模型与花青素还原酶单体结构(C2RH8A)相似,属于短链脱氢/还原酶超家族成员,表明其可能具有花青素还原酶的功能。BAN基因在各组织中均表达,其表达量依次为荚果、叶、蕾、花、茎。以此为靶序列,构建携带抗除草剂bar和绿色荧光蛋白GFP基因的双标记选择植物表达载体,将为缩合单宁合成、代谢的进一步研究及抗除草剂和抗臌胀病牧草新品种的培育奠定基础。     

STTM技术沉默马铃薯Stu-miR156对其侧根发育的影响

为了阐明Stu-miR156在马铃薯侧根发育中的生物学功能,以马铃薯栽培品种‘Desiree’为试验材料,利用短串联靶标模拟物(Short tandem target mimic,STTM)技术,成功构建了Stu-miR156沉默表达载体,通过农杆菌介导法转化马铃薯获得了转化植株,qRT-PCR技术检测Stu-miR156及其靶基因StSPL9在转基因植株中的表达量。并通过构建pCAM-GFP-StSPL9融合蛋白表达载体转化烟草,发现靶基因StSPL9位于细胞质和细胞核中。q RT-PCR分析结果表明:在马铃薯转基因株系L1和L2中,Stu-miR156表达量受到严重抑制,在根、茎和叶中均不同程度地下调,其靶基因StSPL9均上调表达。表型分析表明:与野生型对照相比,转基因植株的侧根数量显著减少,生长受到抑制。     

马铃薯通用应激蛋白StUSP基因家族的鉴定及逆境表达模式分析

在全基因组和转录组水平系统鉴定马铃薯USP通用应激蛋白基因家族，并对该家族成员的基本特征及其在不同逆境胁迫下的表达模式进行分析。同时以马铃薯干旱耐受型品种‘陇薯10号’（L）和干旱敏感型品种‘大西洋’（D）为试验材料，利用高通量测序全面分析StUSP家族成员在干旱胁迫下的表达特性，筛选干旱胁迫关键差异表达基因。结果表明：马铃薯基因组中共有42个基因编码含有USP结构域的蛋白质，在11条染色体上不对称分布，且主要分布在1~6号染色体上。绝大多数StUSPs含有多个内含子。胁迫表达分析显示StUSPs能够响应多种非生物胁迫，且在干旱耐受性不同的马铃薯品种中差异表达。同时，利用qRT-PCR分析了12个成员干旱胁迫下表达模式，除StUSP12、StUSP22下调表达外，其余10个基因均正响应干旱胁迫。     

马铃薯HD-Zip I家族ATHB12基因的克隆及功能鉴定

HD-Zip I是一类植物特异转录因子, 在植物应对外界逆境胁迫过程中有重要的调控作用。本研究从马铃薯栽培品种甘农薯2号中克隆了HD-Zip I转录因子ATHB12基因, 其开放阅读框为759 bp, 编码252个氨基酸残基。该基因位于马铃薯1号染色体, 其启动子区含有ABRE、LTRECOREATCOR15和WBOXATNPR1等多种响应非生物胁迫(ABA、低温、脱水及高盐)的顺式作用元件。ATHB12基因在马铃薯根、茎和叶中均有表达, 其根中表达量最高。qRT-PCR分析证实该基因的表达受聚乙二醇(PEG)、NaCl和ABA诱导, 受低温抑制。构建了由组成型表达启动子CaMV 35S驱动的ATHB12基因的过表达载体, 通过农杆菌介导法转化马铃薯获得了转基因植株。干旱处理后, 转基因植株叶片中丙二醛含量显著低于非转基因植株(P<0.05), 而脯氨酸含量显著高于非转基因植株(P<0.05); 转基因植株根鲜重和干重均高于非转基因植株; 说明马铃薯ATHB12基因可能参与了逆境胁迫的响应。     

马铃薯NF-YA转录因子基因的克隆及生物信息学分析

NF-Y类转录因子是真核生物中普遍存在的一种转录因子复合物,通过与特异性的于启动子区原件结合来调节目的基因的表达。本研究在马铃薯中克隆得到NF-YA基因的全长c DNA序列,其全长c DNA序列为1 076 bp,591 bp的开放阅读框编码一个196个氨基酸的蛋白质,分子量为22.06 k Da,等电点为10.06;该基因序列的分子量、等电点及预测的蛋白质的长度与已报道拟南芥、水稻、玉米和番茄中NF-YA转录因子家族成员极为相似。     

利用人工miRNA沉默StIAA22对马铃薯根系构型的影响

通过检测26个StIAA家族基因在马铃薯根系发育过程中的表达发现:18个StIAA基因在根系成熟后的表达量比发育初期显著上调,8个StIAA基因变化不显著。利用人工microRNA(artificial microRNA,amiRNA)技术对上调表达最为显著的StIAA22做进一步的功能研究:构建干扰表达载体pBI121-amiRIAA,通过根癌农杆菌介导法转入马铃薯栽培品种‘Dèsirèe’。经定量PCR检测,StIAA22在所有转基因株系中的表达均受到明显抑制;其根系形态构型与非转基因植株差异明显,根系生长受到抑制,根长明显变短,侧根数量增加,根系生物量减少。以上结果表明StIAA22在调节马铃薯根系形态建成中起关键作用。