甜瓜ACS基因家族表达与相关基因的定点编辑分析

果实软化是甜瓜果实储藏和保鲜的瓶颈,乙烯与果实软化密切相关,而ACS基因是合成乙烯的关键限速酶。本研究在果实呼吸跃变型‘T4’和非呼吸跃变型‘T5’品种中,分析了11个甜瓜ACS基因家族成员的表达模式,获得了果实发育不同阶段差异ACS基因,并对其进行了CRISPR/Cas9遗传转化。结果表明,甜瓜ACS基因家族成员在受试甜瓜品种中具有不同的组织表达模式,在发育的果实中,CmACS1、CmACS2和CmACS5主要在果实成熟和软化过程中高表达;CmACS3、CmACS7、CmACS13、CmACS14和CmACS15表达量低;CmACS5在果实成熟期40 d高表达;CmACS10在两个品种果实发育过程中变化趋势相同;CmACS12在两个品种果实发育过程中变化趋势相反;CmACS2在‘T4’整个果实发育期高表达。结合软肉甜瓜‘老汉瓜’和硬肉甜瓜‘皇后’在果实发育过程中的定量分析表明,不同呼吸跃变类型甜瓜在果实成熟过程中ACS的作用基因和基因表达量均差异显著。此外,通过构建以CmACS1、CmACS2、CmACS5为靶标基因的CRISPR/Cas9基因编辑载体,采用子房注射法转化甜瓜,其中C...     

甜瓜CmMYBL基因调控类黄酮合成的功能分析

MYB类转录因子对植物的次生代谢具有重要的调控作用,广泛地参与了类黄酮代谢途径,在植物果实品质调控及抗病性中发挥作用。本研究以甜瓜品种河套蜜瓜(Cucumis melo L. cv Hetao)为试材,对转录组数据中甜瓜果实成熟期高表达的CmMYBL (v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog like gene)(MELONOMICS登录号:MELO3C003633)基因进行了克隆。利用实时荧光定量PCR技术对其在甜瓜果实发育成熟中的表达模式进行了分析,同时构建了基因的超表达及RNAi表达载体,利用子房注射法转化了甜瓜,经PCR及RT-qPCR方法检测,已经分别获得了2个转基因甜瓜株系。定量分析结果显示,该基因随着果实的成熟其表达量逐渐增加,在成熟时达到最大。对T2代转基因果实中类黄酮合成相关基因分析显示,超表达果实中查尔酮合成酶基因CmCHS (Chalcone synthase)、查尔酮异构酶基因CmCHI (Chalcone isomerase)和黄烷酮-3-羟基转移酶基因CmF3H (Flavanone-3-hydroxyltransferase)的表达量显著高于对照果实,而RNAi果实中CmCHS和CmCHI的表达量显著低于对照果实,CmF3H的表达量略低于对照果实。类黄酮含量分析显示,超表达CmMYBL基因的甜瓜果实中类黄酮含量显著增加,而RNAi果实的类黄酮含量相对较低。本研究初步鉴定出CmMYBL基因对甜瓜类黄酮的合成具有促进作用,为甜瓜类黄酮合成调控的研究提供了理论基础,同时为提高甜瓜果实品质的基因工程提供候选基因。     

甜瓜CmERFIV-3基因cDNA的克隆及功能初步分析

为了研究甜瓜ERF(ethylene-responsive factor)亚家族基因在果实成熟过程中的功能,本研究以甜瓜(Cucumis melo L.)品种河套蜜瓜为材料,克隆得到甜瓜ERF亚家组成员之一Cm ERFIV-3(MELO3C021306)基因c DNA,其开放阅读框(ORF)长为702 bp,编码233个氨基酸。分别构建了Cm ERFIV-3基因的超表达载体p PZPIV-3和RNAi载体p ARTIV-3,采用农杆菌介导的瞬时表达技术将含有重组质粒的农杆菌菌液注射到成熟期甜瓜果实中。结果显示,注射超表达载体的部位与对照相比,23.3%样品出现提前变黄的表型,而注射RNAi载体的部位与对照相比,20%样品出现持绿的表型。实时荧光定量PCR结果表明,注射超表达载体部位的目的基因的表达量是对照的2.37倍,而注射RNAi载体部位的目的基因的表达量是对照的0.24倍。这些结果初步表明Cm ERFIV-3基因参与甜瓜果实成熟过程。     

甜瓜品种河套蜜瓜ACC氧化酶基因1(ACO1)全长cDNA的克隆及序列分析

根据GenBank上登录的甜瓜ACC氧化酶基因1 (Cm-ACO1)序列,设计特异性引物,应用RT-PCR从甜瓜品种河套蜜瓜成熟果实中克隆得到了ACO1的全长cDNA,共1 035 bp,并对其进行了序列分析,结果表明,所克隆的cDNA与已报道的甜瓜品种Cantaloup charentais的ACO1 cDNA序列完全一致.该基因的克隆为进一步研究 ACC氧化酶基因在甜瓜中的表达特性以及功能奠定了基础.     

甜瓜CmDWF1基因的克隆及表达分析

油菜素内酯是调节植物生理活动的重要植物激素,DWF1是油菜素内酯合成途径中重要的合成酶之一。为了研究油菜素内酯合成酶基因DWF1在甜瓜果实发育过程中的功能,从甜瓜中克隆得到CmDWF1基因,并对该基因及其编码蛋白进行了生物信息学分析。利用实时荧光定量PCR方法分析了该基因在甜瓜不同组织器官中的表达。结果表明:CmDWF1基因的开放阅读框片段长为1 701 bp,编码566个氨基酸,预测其编码蛋白的分子质量为66.115 11 ku,理论等电点为6.96,不稳定指数为48.18,总平均亲水性为-0.402,属于亲水性蛋白。CmDWF1蛋白含有FAD-binding-4结构域,推测其具有FAD氧化还原酶特性。该蛋白信号肽序列,在细胞质中的定位系数为9,推测其主要在细胞质中分布。二级结构预测显示,CmDWF1蛋白中α-螺旋的含量相对较高,为37.81%。系统进化分析表明,CmDWF1蛋白与黄瓜的亲缘关系较近;实时定量PCR结果表明,该基因在甜瓜的根、茎及叶中均有表达,但在根中表达量最高,并且在甜瓜果实授粉后25 d内表达量有明显的上升,35～45 d内表达量呈下降趋势。由以上结果可知,CmDWF1基因可能参与甜瓜油菜素内酯的合成,并进一步调节甜瓜的生长发育。     

甜瓜蛋白激酶类基因CmPKC的克隆及原核表达载体的构建

根据已知的甜瓜蛋白激酶类基因CmPKC的部分序列,设计带有酶切位点的引物,采用RT-PCR方法获得该基因的完整cDNA序列,并对其蛋白进行功能预测和理化性质分析;采用实时荧光定量PCR分析不同白粉病抗性材料、不同处理时间点该基因的表达量变化情况;将该基因完整的ORF连接到原核表达载体p EASY-E1上,转化大肠杆菌(E.coli)BL21(DE3),通过不同浓度IPTG诱导表达,获得适宜的诱导表达体系,SDS-PAGE检测表达产物。结果表明克隆获得的CmPKC基因长约为2 830 bp,开放阅读框为2 493 bp,编码831个氨基酸。生物信息学预测该蛋白的跨膜区域有4个信号肽;在甜瓜白粉病不同抗性材料上相对表达量变化趋势不同,在抗性材料上表达丰度出现的时间较感病材料早,且在不同材料上相对表达量变化趋势与已报道的一个甜瓜感病相关MLO家族基因一致,推测我们所获得的基因也可能与感病及开花、生长发育基因相关,且属于早期应答基因。该蛋白适宜的诱导体系是100 mg/m L IPTG诱导4 h,原核表达产物与预期大小一致,表明该基因能够成功表达,为深入探索该基因的功能提供了研究依据。     

K+通道基因MIRK在网纹甜瓜植株中的表达分析

在网纹甜瓜(Cucumis melovar.reticulatus Naud.)叶片中克隆了一个cDNA片段,片段长1 330 bp。这段cDNA序列及由此推测的氨基酸序列分析和多序列比对表明扩增的片段是编码K 通道MIRK(Melon Inward Rectifying K Channel)基因的5′端。由此cDNA片段推测的氨基酸序列包含了6个跨膜片段S1到S6,其间有一个对离子选择性有重要作用的特征序列结构GYGD(Gly-Tyr-Gly-Asp)。进化树分析显示MIRK属于KAT1亚家族,和在葡萄叶片中克隆的K 通道SIRK最相近。半定量RT-PCR试验表明,MIRK在甜瓜植株中根、茎、叶、花、果实等各器官中均有表达,主要在叶片和初期发育的果实中表达,在雌花和茎中也有表达,在根中的表达量最低。MIRK在甜瓜不同器官中的表达模式显示MIRK可能在甜瓜植株发育过程中起重要作用。     

甜荞FaesFUL4基因的克隆与表达分析

本研究采用同源克隆的方法,从甜荞(Fagopyrum esculentum Moench.)品种‘北早生’中分离出调控果实发育的FaesFUL4基因,该基因的cDNA序列全长795 bp,包含一个长为714 bp完整的开放阅读框,共编码237个氨基酸和1个终止密码子。分子系统发生分析和同源蛋白比对结果显示:FaesFUL4蛋白属于A类MADS-box基因家族AP1/SQUA亚家族的euFUL进化系,含有MADS、I、K和C末端四个明显的结构域,且C末端转录激活区含有2个保守的模体(Motif):FUL motif和paleoAP1 motif。基因表达的组织特异性分析表明:FaesFUL4基因主要在甜荞叶片、花序和果实中表达,在根和茎中有微量表达,其在花序中的相对表达量最高。进一步分析基因在果实不同发育时期的表达量发现,其在果实迅速膨大期表达量最高。因此推测该基因不但参与调控花器官的发育过程,且对于维持果实的正常发育具有重要作用。     

甜瓜乙烯受体基因Cm-ETR2的克隆及其在果实发育成熟过程中表达特性的分析

为研究Cm-ETR2基因在甜瓜果实发育成熟过程中的作用机理,根据已报道的甜瓜(Cucumis melo)品种Cantalupensis的Cm-ETR2基因序列,设计特异性引物,通过RT-PCR技术从甜瓜品种河套蜜瓜(Cucumis melo L.cvHetao)成熟果实中克隆得到了乙烯受体基因Cm-ETR2 cDNA,序列分析显示,序列长度为2 304 bp,编码767个氨基酸。利用实时荧光定量RT-PCR方法,对其在河套蜜瓜果实发育成熟过程中的表达特性进行了分析,Cm-ETR2基因在15DAP至30DAP表达基本没有变化,35DAP表达量开始上升,上升趋势一直持续至45DAP,且45DAP表达量为15DAP的9倍。     

西瓜ζ-胡萝卜素脱氢酶基因ZDS的克隆和序列分析

西瓜果实因富含类胡萝卜素而具有一系列瓤色。为研究西瓜果实中类胡萝卜素合成过程,利用西瓜参考基因组数据,从红色西瓜材料LSW-177中克隆了一个ζ-胡萝卜素脱氢酶基因(ZDS)的cDNA全长,命名为ClZDS,该基因编码区为1 731 bp,编码576个氨基酸。亚细胞定位预测显示,ClZDS蛋白可能被定位在叶绿体中;保守结构域和多重序列比对分析显示,西瓜ClZDS蛋白含有高等植物ζ-胡萝卜素脱氢酶特有的NAD结合结构域以及类胡萝卜素结合结构域;系统进化树分析表明ClZDS与同属葫芦科的甜瓜和西葫芦的ZDS蛋白亲缘关系最近,物种间分化程度较小;荧光定量PCR结果显示ClZDS基因在西瓜果实授粉后40 d表达量最高。这些结果为进一步研究ClZDS基因在西瓜果实的类胡萝卜素合成途径中的作用提供了依据。     

矮牵牛DFR-A基因的克隆与表达分析

通过分离矮牵牛DFR-A基因,研究其在不同部位的表达规律和酶活性变化,为花色素苷合成的结构基因分离及其他研究奠定基础。基于已公布的矮牵牛DFR序列,直接从矮牵牛花瓣中分离了DFRA基因序列,利用实时荧光定量PCR技术研究其在不同器官中的表达特性,同时测定了不同器官中的DFR酶活性。（1）矮牵牛DFR-A基因cDNA序列为1473 bp,该基因最大开放阅读框为1143 bp,编码380个氨基酸。（2）DFR-A基因在矮牵牛各种器官中均有表达,但不同组织中表达量存在差异,在花药中的表达量最高,其次是初开和盛开花瓣中,各期花蕾中的表达量都较低,而在叶中表达量最低。（3）DFR酶在叶片及花药中几乎无活性。在初开花瓣中达到最高峰。（4）除花药以外的部位,DFR酶活性与DFR mRNA浓度存在线性相关性。矮牵牛DFR酶活性主要受转录调控,活性在初开花瓣中最高。     

兜兰二氢黄烷酮醇-4-还原酶基因的克隆及其表达特性

克隆同色兜兰二氢黄烷酮醇-4-还原酶基因DFR,分析其序列特征,了解其在不同组织部位的表达情况。采用RT-PCR和RACE技术从花中克隆DFR的全长cDNA,用生物信息学方法分析序列特征,并用半定量RT-PCR研究其在不同组织的表达。分离到DFR,该cDNA全长1267 bp,具有1个1074 bp的完整开放阅读框,编码357个氨基酸。序列分析表明,该DFR蛋白含有1个NADB_Rossmann superfamily保守结构域,1个NADP(H)结合域和1个底物特异性结合域,其与文心兰、石斛兰和大花蕙兰等的DFR同源性在75%~80%。系统进化树显示,该DFR蛋白与兰科植物的DFR蛋白亲缘关系比较近。半定量RT-PCR表明,该DFR在成熟花和营养叶中的表达量最高,在子房、苞叶、萼片和花瓣中的表达量相当,在唇瓣中的表达量次之,在蕊柱中的表达量较唇瓣中的低,在花茎中的表达量最低,在根中几乎检测不到。原核表达结果表明,该DFR在大肠杆菌中获得表达。从兜兰中克隆到花色代谢途径中的关键酶基因DFR,该基因可能参与调控花色素的合成。     

枸杞LbMYB12基因的克隆及表达特性分析

类黄酮是植物中一类重要的次生代谢产物,枸杞黄酮以其强抗氧化作用以及对心脑血管疾病的抑制和改善功能而广为人知。MYB转录因子参与类黄酮代谢过程的调控。本研究采用RACE技术克隆了枸杞LbMYB12基因全长cDNA序列。生物信息学分析表明,LbMYB12基因的完整开放阅读框(ORF)长930 bp,具有MYB蛋白家族保守结构域,蛋白质相对分子量为35.56 kD,等电点为5.05,其二级结构主要为α-螺旋。荧光定量PCR分析表明,LbMYB12基因在枸杞整个植株中均有表达。其中,在根中的表达量最低,在青果中的表达量最高。LbMYB12基因在果实不同发育时期的表达分析表明,开花后早期表达量显著高于成熟期果实。本研究为进一步探讨枸杞LbMYB12转录因子在类黄酮代谢中的作用提供了研究基础。     

津田芜菁BrSIZ1基因克隆、定位及表达

SIZ1是植物细胞蛋白质翻译后修饰SUMO化的E3连接酶,参与植物蛋白相互作用、定位和抗逆反应等。为研究BrSIZ1在津田芜菁中的表达特性,本研究克隆了津田芜菁SIZ1基因全长cDNA序列,命名为BrSIZ1 (GenBank登录号为KY441465),该基因全长2754 bp,其ORF全长2571 bp,编码856个氨基酸残基的多肽。构建了BrSIZ1-GFP表达载体进行亚细胞定位研究,结果显示BrSIZ1-GFP定位于细胞核内,可能在细胞核中发挥其功能。利用荧光定量PCR检测表明,该基因表达量在叶子中最高,幼苗和红色根皮中次之,表达具有组织特异性。而且BrSIZ1在芜菁根皮中的表达受长波紫外线(UV-A)诱导,在4°C、37°C胁迫的幼苗中,表达量增加。     

苹果果实中细胞质型苹果酸酶基因 （NADP-ME）的克隆与表达分析

【研究目的】从苹果果实中克隆细胞质型NADP-苹果酸酶（NADP-ME）基因，并且从基因转录水平上研究该基因与苹果果实酸度的关系。【方法】利用RT-PCR和RACE技术克隆NADP-ME基因，半定量RT-PCR分析该基因在高酸和低酸个体不同发育时期果实中的转录情况，并进行原核表达分析。【结果】成功克隆了细胞质型NADP-ME基因的cDNA全长序列，命名为Mal-ME (GenBank注册号：DQ280492)；该基因表达一个约66kD的蛋白；半定量RT-PCR分析表明：不同发育时期的果实中Mal-ME的转录与苹果酸含量呈负相关，即随着Mal-ME转录水平的增强果实含酸量下降。【结论】成功从苹果果实中克隆了细胞质型Mal-ME基因，Mal-ME在果实发育过程中对苹果酸的积累起负调控作用。     

甜瓜果实成熟相关基因家族的全基因组鉴定及分析

为获得与甜瓜果实成熟相关的基因,选择与乙烯生物合成及信号转导相关的4个基因家族HB(Homeobox)、RIN(Ripening inhibitor)、ETR(Ethylene receptor)、CTR(Constitutive triple reaction),对甜瓜全基因组鉴定,分别获得CmHB家族成员17个、CmRIN家族成员21个、CmETR家族成员3个和CmCTR家族成员20个,通过序列比对和基序分析验证了家族成员鉴定的可靠性。利用转录组测序方法,分析4个基因家族各成员在甜瓜品种河套蜜瓜原种和转反义CmACO1基因的河套蜜瓜品系M9生长期和成熟期果实中的表达量,发现河套蜜瓜原种中13个基因在2个发育时期果实中的表达量存在显著性差异,其中CmHB3、CmHB11生长期的表达量是成熟期的42,9倍,而CmHB4成熟期的表达量是生长期的27倍,其表达量均呈极显著差异。在M9品系中,12个基因在2个发育时期果实中的表达量存在显著差异,其中CmHB3、CmHB11生长期的表达量是成熟期的6,3倍,而CmHB4成熟期的表达量是生长期的41倍,其表达量均呈极显著差异。在生长期,CmHB3、CmHB11的表达量在2个材料中存在极显著差异,CmRIN14、CmRIN15存在显著差异。而在成熟期,CmHB3的表达量在2个材料中存在极显著差异,CmRIN14、CmRIN15存在显著差异。此外,还发现CmRIN14、CmRIN15在2个材料间的表达模式相反,表明其表达模式受CmACO1表达水平的影响。     

一个新的棉纤维表达蛋白cDNA的克隆、表达及功能初步分析

通过陆地棉高品质纤维种质系7235的棉纤维混合cDNA文库随机测序,得到一个开放阅读框(open reading frame,ORF)完整的棉纤维表达蛋白(GhCFE,GenBank登录号:DQ073045)cDNA序列。该cDNA序列全长1274bp,最大的ORF为996bp,编码332个氨基酸,其理论上的等电点pI=6.14,分子量Mw=37.7KD。它的N-末端存在一个长度为27个氨基酸残基的信号肽。RT-PCR分析表明,该基因在根、茎中不表达,在叶片中微弱表达,在不同发育时期的纤维细胞中均表达,且在纤维伸长期表达量最高。进化树显示GhCFE与已报导的3个棉纤维表达蛋白cDNA有很高的同源性。通过构建酵母表达载体,发现该基因对酵母细胞的伸长和细胞壁加厚没有显著影响。利用pBI121质粒构建了含35S启动子的正义表达载体和含棉纤维特异表达启动子E6的正义和反义表达载体,正在通过农杆菌介导的遗传转化,开展该基因的功能验证。     

普通小麦春化基因VRN3的表达分析及过表达载体构建

通过实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析了不同发育特性的普通小麦品种VRN3基因的表达,结果表明：VRN3基因在春性品种新春2号叶片中表达呈上升趋势,在雌雄蕊分化期达到最大值,在强冬性品种京841中表达量很低;VRN3在新春2号和京841茎尖中的表达量均极低。以京841的cDNA为模板扩增VRN3基因全长,连接到pCAMBIA3301载体上,构建VRN3基因过表达载体,通过农杆菌茎尖转化法获得了转基因植株,研究结果为春化基因VRN3对小麦春化发育调控的进一步研究提供依据。     

miR6027在番茄果实中的表达分析及STTM沉默载体的转化

为探究Sl-miR6027在果实成熟过程中的功能,本研究利用生物信息学方法,分析了Sl-miR6027在番茄果实发育过程中的表达模式,同时对Sl-miR6027启动子中存在的顺式作用元件和Sl-miR6027的靶基因进行预测;依据Sl-miR6027成熟序列,设计STTM寡核苷酸序列,构建pCambia-STTM6027沉默载体;采用农杆菌介导法转化番茄,通过PCR筛选阳性转化植株并进行初步的表型分析。结果表明:Sl-miR6027在绿熟期表达量最高;Sl-miR6027启动子中存在20个光应答元件和一些非生物胁迫应答元件;Solyc09g098130为Sl-miR6027潜在的靶基因,二者在果实成熟不同时期表达量呈负相关,且其表达水平受到光照的调节;依据Sl-miR6027成熟序列成功构建出pCambia-STTM6027沉默载体;pCambia-STTM6027转基因番茄表型分析表明Sl-miR6027参与调节红熟期番茄果实颜色。上述结果初步表明Sl-miR6027参与调节番茄果实成熟过程。     

红果醋栗RrFAD2基因的克隆与表达分析

本研究克隆到红果醋栗(Ribes rubrum L.)脂肪酸脱氢酶2(co-3 fatty acid desaturase,FAD2)基因cDNA全长序列,命名为RrFAD2,GenBank登录号为MT795718。RrFAD2全长1470 bp,开放阅读框序列全长1152bp,编码383个氨基酸。生物信息学分析表明,RrFAD2蛋白具有6个跨膜结构域,分子量为43.92 kD,等电点为8.93。利用荧光定量PCR分析RrFAD2基因在红果醋栗不同组织和种子发育中的表达。结果表明该基因在根、茎、叶、花、果实、种子中都表达,在种子中表达量最高,花和根中最低,具有组织特异性。在种子发育过程中,RrFAD2基因的表达先上升后下降,而种子成熟的晚期(花后80 d左右)表达量达到最高。该研究为解析红果醋栗RrFAD2基因功能和研究醋栗不饱和脂肪酸合成提供理论参考。