苦瓜Ⅲ型过氧化物酶Prxs基因及其启动子的克隆与表达分析

过氧化还原蛋白(Prxs)是广泛存在于植物体内重要的抗氧化酶。为深入研究Prx基因在苦瓜非生物胁迫中的作用,从苦瓜叶片均一化文库中获得McPrx基因的cDNA全长序列,并命名为McPrx(KJ722768.1),该cDNA序列全长1 068 bp,开放阅读框972 bp,编码324个氨基酸,属于ClassⅢ基因家族成员。采用基因组步移法分离获得McPrx基因5'上游1 237 bp的启动子调控序列,运用Plant CARE对其进行顺式作用元件分析,结果显示该序列除含有CAAT-box、TATA-box等核心启动子元件,还具有激素、抗病与抗逆应答元件,表明McPrx基因的表达可能受多种外界环境条件的调控。qRT-PCR分析表明,McPrx在根、茎、雌花等器官中的表达量存在极显著差异。其中在茎中表达量最大,在雌花中表达量最低,说明该基因的表达具有器官表达特异性;低温胁迫1 h时,McPrx表达量显著上调,胁迫3 h时McPrx表达量达到最大,随后下降,说明McPrx响应了低温胁迫的应答。本研究结果为进一步研究McPrx的生物学功能及其应用奠定了基础。     

水稻LOC_Os05g02754基因的分子表征

已有研究表明,LOC_Os05 g027 54基因很可能是控制水稻光叶性状的候选基因,光叶性状可能是该基因在第2外显子的5’端非翻译区的一个A→T的单核苷酸变异造成.本研究利用Western blot技术证实LOC_Os05g02754能够翻译成蛋白,但发现光叶和毛叶水稻品种间蛋白表达量不存在显著差异.通过构建该基因与黄色荧光蛋白基因的融合基因载体,并在水稻原生质体中的瞬时表达,将该蛋白定位在叶绿体中；同时,根据预测的二级结构、跨膜特性和信号肽等信息,推测该蛋白为一叶绿体跨膜蛋白.本研究首次试验验证了LOC_Os05g02754基因可以翻译成蛋白,并定位于叶绿体中,但研究结果不支持该基因控制水稻光叶特性.     

水曲柳SnRK2B基因和启动子的克隆及分析

为了研究水曲柳中同源SnRK2转录因子的功能,在水曲柳干旱响应转录组中寻得SnRK2B的同源序列并克隆得到SnRK2B转录因子基因全长,将其命名为FmSnRK2B。使用SiteFinding-PCR法扩增获得SnRK2B启动子序列,并对FmSnRK2B基因编码区及其启动子进行生物信息学分析和启动子顺式调控元件分析。结果表明,克隆得到的全长序列包含完整的开放阅读框1074bp,编码357个氨基酸。启动子顺式作用元件分析结果表明,其启动子区包含脱落酸应答元件ABRE及胁迫相关元件HSE、MBS等。干旱胁迫下,FmSnRK2B基因的表达随胁迫时间的延长先增加后降低,表明其参与植株的抗逆过程。本研究对进一步揭示水曲柳的抗逆机制具有重要意义。     

花生AhBW3基因上游启动子克隆及其功能鉴定

含有核苷酸结合位点(nucleotide-binding site,NBS)和富亮氨酸重复(leucine-rich repeat,LRR)结构域的NBS-LRR类抗性基因在植物抗病防御反应中起着重要作用,启动子是调控基因表达的重要顺式元件。为研究花生(Arachis hypogaea)青枯病候选基因3(bacterial wilt candidate resistance gene 3 of Arachis hypogaea,AhBW3)表达调控机制,本研究前期克隆获得了1个青枯病抗性相关的NBS-LRR类基因,发现含有TIR结构域的全长序列(AhBW3,GenBank No.HQ637177.1)和不带TIR结构域序列(AhqBW3)的转基因烟草(Nicotiana tabacum),对青枯病的抗性响应存在差异。为研究AhBW3表达调控花生对青枯菌的响应机制,本研究利用电子克隆技术,从抗青枯病花生品种粤油92基因组DNA中克隆AhBW3基因上游1 978 bp序列,命名为pAhBW3。通过生物信息学分析发现,AhBW3含有多个TATA-box和CAAT-box等真核生物启动子核心元件,还包括根特异表达元件、光调控元件、抗逆境响应等元件。通过构建GUS融合表达载体并遗传转化拟南芥(Arabidopsis thaliana),转基因拟南芥的GUS组织化学活性表达结果显示,GUS在拟南芥根部表达量最高,莲座叶的表达量亦高,在茎和花中表达量较弱,说明pAhBW3是根和叶丰富表达的启动子。通过qRT-PCR分析,显示pAhBW3调控的GUS基因能响应外源激素、干旱、高盐的胁迫,表现不同程度的上调应答。本研究为pAhBW3启动子的利用和AhBW3基因在花生的抗逆反应机制的进一步研究提供了科学依据。     

家蚕谷胱甘肽转移酶基因的克隆、序列分析及其表达模式

谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)是昆虫体内重要的解毒酶系,在对外源和内源化合物解毒代谢中起着重要的作用。以GenBank中已知的昆虫GST的氨基酸序列在家蚕(Bombyx mori)基因组序列中作TBLASTN检索,获得了多个可能的家蚕GST同源基因。对其中的一个GST新基因进行了EST分析和克隆,结果表明,该基因编码区全长663bp。以该基因推导的氨基酸序列与其它物种的GSTs进行相似性比较和系统发育分析,发现此基因为delta家族的成员,并命名为BmGSTd3。RT-PCR结果表明,BmGSTd3基因在家蚕5龄第3天的8个组织中都有表达,中肠和表皮的表达丰度较高。在辛硫磷处理家蚕后的72h内,BmGSTd3基因的转录水平与对照组相比没有显著的变化。对BmGSTd3基因的5'侧翼区的调控序列进行了预测,共发现12个可能与内源和外源物代谢以及抗氧化相关的转录调控元件。     

甜杨低温响应microRNAs的克隆与分析

MicroRNAs（miRNAs）作为一类21碱基左右的非编码小RNAs,参与植物生长发育的调控,并在植物对生物与非生物胁迫的应答过程中发挥重要作用。本研究依据miRNA高度保守特点,利用已公布的毛果杨（Populus trichocarpa）基因组序列设计引物,从甜杨（Populus suaveolens）基因组中克隆获得了12个miRNA基因座序列。序列比对结果表明,这些miRNA基因均为毛果杨低温响应miRNA基因的同源序列。同时,以低温（0℃）处理0～48h的甜杨幼苗为试材,通过半定量RT-PCR法对miRNA基因的成熟体序列在不同处理时间下的表达谱进行分析,结果显示,大多数miRNA成熟体序列在甜杨低温胁迫下的表达模式与其在毛果杨中的表达极为相似,由此可推测这些保守性miRNAs可能在甜杨和毛果杨两物种对低温胁迫的应答反应中发挥相似的功能,而miR168a、miR168b和miR475a在两物种间表达现象的差异,表明它们可能通过调控多种靶基因而发挥不同作用。本文结果将为进一步研究甜杨基因功能提供基础。     

玉米乙烯应答元件结合蛋白基因启动子克隆与功能验证

为了给玉米转基因研究提供更多的非生物逆境诱导启动子,寻找只在逆境胁迫条件下适当驱动外源抗逆基因的表达,在生物信息学分析的基础上,克隆与水稻DREB1B转录因子基因同源的玉米乙烯应答元件结合蛋白基因sb CBF6的启动子psb CBF6,在非生物逆境应答元件分析和实时定量PCR验证其非生物逆境胁迫响应特性后,用以构建驱动报告基因GUS的表达载体,并使用基因枪法转化玉米愈伤组织,通过愈伤组织的GUS荧光值与荧光素酶发光值的比值,评价psb CBF6启动子在非生物逆境胁迫及激素诱导条件下的驱动活性。结果表明,sb CBF6基因在各种非生物逆境胁迫下差异表达。psb CBF6启动子长1 479 bp,存在多种与非生物逆境胁迫应答相关的调控元件,可在非生物胁迫条件下驱动外源抗逆基因在转基因植物中诱导表达。试验结果为研究抗逆转基因玉米提了供参考。     

牛、羊促卵泡素受体(FSHR)基因转录调控区的序列特征

测定了山羊、绵羊和牛的FSHR基因启动子区序列。比较发现序列长度存在差异，碱基变异率分别为3．14％、6．12％和6．72％。有2处较大的碱基插入／缺失突变。在检索出的转录调控元件（或潜在调控元件）中，3畜种在7个元件序列有碱基突变。与人和大鼠FSHR基因不同的是，在牛羊的FSHR基因启动子区检索出了TATA盒基元和多个类CAAT盒序列，且在山羊、绵羊和牛之间没有碱基差异。分析认为：（1）牛羊的FSHR基因启动子属TATA启动子型，而不是InR型。（2）尽管目前在绵羊的FSHR基因只发现1个转录起始点，但启动子区的序列特征表明牛羊可能存在第2转录起始点。（3）3畜种在转录调控元件的碱基变异和在不同位点的较大插入／缺失突变，可能影响基因的转录，从而造成双胎率的差异。因此，对牛羊FSHR基因转录启动和表达调控值得作进一步研究。     

毛白杨PtSEP3-1基因启动子的克隆分析及其表达载体构建

SEP（SEPALLATA）类基因属于花器官发育ABCDE模型中的E类基因,拟南芥中的研究表明该类基因可能具有控制花器官形态发育以及激活其它类型基因的功能,是一类花发育过程中的关键基因。因此,研究杨树SEP类基因启动子表达特性对于杨树的开花调控研究具有重要意义。本文根据毛白杨SEP3基因和毛果杨基因组序列设计引物,通过PCR获得了PtSEP3-1,基因上游2000bp的序列。序列分析结果表明该序列具有启动子的基本元件TATA—box和CAAT-box,还包含大量光响应元件ACE、BoxI和Box4等,此外还有脱落酸响应元件ABRE,赤霉素响应元件GARE—motif以及胁迫响应元件HSE、TC—richrepeats等。进一步构建了一个以PtSEP3-1启动子驱动GUS基因的植物表达载体pPtSEP3-1,protest,为该启动子的功能鉴定奠定了基础。     

pOsHistone3启动子在烟草中的表达特性分析

启动子在基因表达调控中发挥重要作用,分析启动子表达特性对于基因功能研究和启动子的开发利用有重要意义。本研究克隆了水稻组蛋白基因OsHistone3的启动子pOsHistone3,在PlantCARE中分析显示包含脱落酸、茉莉酸甲酯等生长调节剂信号应答元件和胚乳、茎尖、分生组织等部位特异表达元件。进一步构建启动子分析载体并对烟草作遗传转化,GUS染色分析显示,pOsHistone3在转基因烟草幼嫩组织如茎尖、嫩叶中GUS活性较高,而在成熟组织中仅在维管组织周围检测到GUS活性,说明pOsHistone3具有组织表达特异性。这些结果初步表明OsHistone3基因作为表观遗传调控的一个重要基因,可能在转录水平参与了植物生长调节剂信号和植株发育调控的过程。     

黄瓜全基因组SnRK2基因的鉴定和序列特征分析

植物SnRK2基因在逆境应答和ABA信号转导及生长发育过程中具有重要功能。但是有关黄瓜(cucumis satovus L.)SnRK2全基因组水平的研究鲜见报道。本文利用生物信息学的方法从黄瓜基因组中鉴定出9个SnRK2基因,并对这些基因的染色体分布、内含子-外显子结构、系统进化、顺式调控元件等进行了系统分析。结果显示,黄瓜的SnRK2基因不均匀地的分布在基因组中,它们的外显子多数为9,编码区序列长度在909-1140bp之间。它们在遗传上分为3个不同的类群,预测编码的蛋白都具有激酶的典型结构。而且,在SnRK2基因上游调控序列中都含有多个不同激素和逆境应答顺式元件,预示它们在逆境应答和激素信号转导过程中具有一定功能。本文为进一步研究黄瓜SnRK2基因在逆境和激素应答中的功能奠定了基础。     

植物抗逆反应中的转录因子网络研究进展

植物生长发育过程中会经历各种生物及非生物胁迫,转录因子所介导的基因表达调控网络在植物抵御各种胁迫反应中起着重要的作用.目前已鉴定的与植物抗胁迫有关的转录因子及家族主要有碱性域亮氨酸拉链(basic-domain leucine-zipper,bZIP)、禽成髓细胞瘤病毒致癌基因同源物类(v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog,MYB)、乙烯应答元件组合蛋白/因子(APELATA2/ethylene-responsive element binding proteins/factors,AP2/EREBP)、WRKY和NAC等.这些转录因子与特定的顺式作用元件结合组成调控网络,特异地调控植物胁迫反应中各种相关抗性功能基因的表达,提高植物对环境胁迫的适应能力.     

雷竹VRN1同源基因克隆及功能分析

拟南芥VERNALIZATION 1(VRN1)基因是一个介导春化途径,调控开花时间的基因。为了研究竹类植物中VRN1同源基因的功能,采用同源克隆技术从雷竹中分离到一个VRN1同源基因,将其命名为PvVRN1。序列分析表明,该基因编码245个氨基酸,与小麦、水稻中VRN1同源基因相似性分别为86.56%和88.98%。实时荧光定量PCR结果表明,PvVRN1在开花雷竹中的表达量高于未开花雷竹;在开花雷竹中,PvVRN1在秆、花、叶芽中表达量相对较高。亚细胞定位分析表明,PvVRN1蛋白质主要存在细胞核中。PvVRN1在拟南芥中的过表达使转基因植株矮小,花瓣和萼片比野生型短,但是在开花时间上与野生型无差异,表明PvVRN1基因可能参与雷竹花形态建成以及其它发育过程。本研究结果可为阐明竹子开花机制提供科学依据。     

粉菠萝FVE同源基因的克隆及表达分析

FWE是植物自主开花途径中的关键基因,主要通过抑制FLC的表达来调控花发育过程。本研究利用粉菠萝似echmeafasciata）茎尖组织转录组序列数据,通过RACE技术克隆获得了粉菠萝中n,E同源基因A毋yE的cDNA全长序列。该序列全长为1672bp,开放阅读框为1404bp,编码由468个氨基酸残基组成的蛋白,该蛋白序列中含有6个保守的WD重复区域。氨基酸序列比对结果表明,4椰E基因编码的氨基酸序列与其它物种中WE的同源序列具有较高的相似性。qRT—PCR（实时荧光定量PCR）分析结果显示,粉菠萝中A椰E基因对外源乙烯的刺激产生了应答。在采用乙烯利灌心处理不同时间的过程中,发现A删E基因的转录水平均在处理后1d时达到最大,推测A椰E可能参与乙烯信号反应,该基因在粉菠萝自主开花途径中的调节作用可能受乙烯影响。     

小金海棠类黄色条纹蛋白基因(MxYSL5)启动子的克隆与表达

为探明小金海棠(Mdus xiaojinensis)类黄色条纹蛋白基因(MxYSL5)的表达和调控机制,应用Tail-PCR技术从小金海棠中克隆了翻译起始位点上游891 bp的启动子序列.生物信息学分析表明,该启动子片段中存在光响应元件、乙烯应答元件、赤霉素响应元件、TATA-box、CAAT-box等顺式作用元件.以GFP为报告基因,构建了含MxYSL5基因启动子的植物表达载体MxYP5-GFP.将MxYP5-GFP用基因枪法转化洋葱(Allium cepa)表皮细胞,瞬时表达结果表明,该启动子能够驱动GFP在洋葱表皮细胞中的表达,可以用于MxYSL5的表达示踪.     

亚洲棉油菜素内酯合成酶基因(GaCPD2)的克隆、表达分析及功能验证

持续光形态建成与矮化基因(constitutive photomorphogenesis and dwarf,CPD)是油菜素内酯(brassinosteroids,BRs)合成中的关键限速酶,为研究棉花中CPD基因表达模式和验证其功能,采用RTPCR方法首次从亚洲棉(Gossypium arboreum L.)石系亚1号中克隆到了一个细胞色素P450单加氧化酶基因GaCPD2(GenBank登录号:KJ183066)。生物信息学分析表明,该基因CDS序列长度1 413 bp,编码470个氨基酸,理论相对分子质量53.98 kD,理论等电点9.40,主要由α-螺旋、β-折叠、延伸链和无规则卷曲组成。多序列比对结果表明,GaCPD2具有细胞色素P450保守结构域,氨基酸序列与其他已报道物种中同源基因的相似性最高为84.0%。荧光定量PCR结果表明,GaCPD2在根、茎、叶、花和纤维组织中均有表达,开花后第10天的纤维中表达量最高,是0DPA的10倍左右。克隆了GaCPD2基因启动子序列,生物信息分析表明,GaCPD2基因启动子包含大量与光响应有关的顺式作用元件以及部分胁迫应答元件,推测其可能受光调控,参与胁迫应答。构建过表达载体转化拟南芥油菜素内酯合成突变体cpd91(Columbia背景),发现转基因株系的叶片展平,株高及育性恢复至野生型,表明GaCPD2基因在BR合成中起着重要作用,为研究油菜素内酯对棉花生长发育的影响提供了基础资料,有助于揭示BR调控植物株型及产量性状的分子机理。     

草酸胁迫下拟南芥三个差异表达microRNA的分析

草酸是多种植物病原真菌(如核盘菌,灰葡萄孢等)的重要致病因子,这些草酸产生菌在侵染植物时,会分泌草酸来酸化寄主组织,使得病原真菌的细胞壁降解酶能更迅速地协同发挥作用,加速细胞的降解,而且草酸可夺取寄主细胞壁的钙离子形成草酸钙结晶从而破坏寄主细胞壁。植物microRNA广泛参与植物生长发育各阶段的基因表达调控,在抗生物或非生物胁迫的应答中发挥着重要的作用。本研究基于植物microRNA芯片研究3周龄拟南芥(Arabidopsis thaliana)在30 mmol/L草酸胁迫下microRNA的表达。获得3个差异表达的microRNA:miRNA-2988(Ptc-miR3911),miRNA-3090(Ath-miR858),miRNA-3131(Ppt-miR1211)。根据psRNATarget,对下调表达的小立碗藓(Physcomitrella patens)Ppt-miR1211的同源物,找到一个最匹配的靶mRNA是At5g35753;另一下调表达的毛果杨(Populus trichocarpa)Ptc-miR3991(与Ath-miR399b同源)的同源物,对应的靶mRNA是一个泛素连接酶(At2g33770);上调表达的AthmiR858有4个靶mRNA,分别为At2g47460(AtMYB12)、At5g49330(AtMYB111)、At1g06180(AtMYB13)和At1g66230(AtMYB20)。草酸胁迫下,qRT-PCR对其中下调表达的两个Ppt-miR1211及Ptc-miR3991同源物的靶基因的表达情况分析表明,At5g35753及At2g33770在草酸胁迫2 h后被诱导表达,于12 h达到峰值,24 h后表达量下降;qRT-PCR还表明:在草酸胁迫1 h后,Ath-miR858确实被诱导表达,于12 h达到峰值,24 h后表达量下降,其靶基因MYB在草酸胁迫早期(2 h内)多数有下调的趋势,表明microRNA对其靶mRNA确有负调控。此外,还对Ath-miR858与Ath-miR399b的启动子进行了生物信息学分析。本研究结果为microRNA在拟南芥抗草酸胁迫中的作用提供了依据。     

玉米HVA22基因启动子的克隆与功能验证

利用转基因技术转化利用外源抗性基因,可提高玉米对非生物逆境的抵抗能力,改良其在不良环境下的稳产性。但是,在过去的研究中,大多采用组成型启动子启动外源抗逆基因过量表达,虽然可以改良转基因株系的抗逆性,但其生长发育受到不同程度抑制,适应性代价较大。用非生物逆境诱导启动子,可培育出只在逆境胁迫下表达的转基因抗逆品种,避免正常条件下抗逆基因过量表达的不良影响。本研究以水稻HVA22蛋白质的氨基酸序列为探针,搜索玉米基因组同源mRNA序列HVA22,用PlantCARE软件分析并同源克隆其上游启动子序列,实时荧光定量PCR验证HVA22基因在非生物逆境胁迫下的差异表达,构建HVA22基因启动子HVA22s启动GUS基因的表达载体,基因枪法转化玉米愈伤组织,GUS染色检测启动活性。结果表明,玉米HVA22s启动子长度1478 bp,含有多种与非生物逆境应答相关的调控元件。HVA22基因在高温胁迫,以及脱落酸和乙烯诱导下上调表达。用HVA22s启动GUS基因转化的玉米愈伤组织,在脱落酸诱导、甘露醇模拟高渗处理、低温和高盐胁迫条件下,GUS染色均可显现靛蓝色斑点,说明HVA22s启动子确有非生物逆境启动功能,进一步验证其启动活性后可运用于玉米抗逆转基因研究。     

番茄LeNCED1基因5''-侧翼序列克隆及LeNCED1p:GUS融合基因构建

从番茄基因组中克隆LeNCED1基因5'-侧翼1456 bp调控序列,经生物信息学分析表明,LeNCED1基因上游调控序列中存在响应昼夜节律的顺式作用元件Circadian、光响应元件BoxⅠ、逆境胁迫响应元件(TC-rich repeats)、ABA响应元件ABRE等,构建了LeNCED1基因上游调控序列与报告基因GUS融合的植物双元表达载体pLeNCED1p:GUS.