黄皮西葫芦类胡萝卜素合成酶基因的鉴定及PSY1和LCYE2克隆分析

类胡萝卜素是自然界中分布最为广泛的一大类色素,赋予植物花、果实等器官鲜艳的色彩,其合成过程中含有多种代谢酶基因。为了揭示黄皮西葫芦类胡萝卜素积累的分子机制,为进一步研究西葫芦类胡萝卜素合成酶基因的功能奠定基础,首先基于西葫芦基因组数据库对西葫芦类胡萝卜素合成代谢家族基因进行全基因组鉴定;进一步利用已公开发表的相关转录组数据筛选、qRT-PCR验证并克隆类胡萝卜素合成代谢关键酶基因。结果表明,在西葫芦基因组数据库中共发现48个类胡萝卜素代谢酶基因成员;根据Sweet REBA和Lady Godiva这2种不同颜色果皮材料不同发育时期果肉的转录组数据筛选出类胡萝卜素关键酶基因PSY1和LCYE2等在不同颜色果实发育时期存在显著性差异表达。qRT-PCR定量分析结果显示,除PSY1基因0 d和LCYE2基因2 d外,PSY1、LCYE2基因在黄皮西葫芦不同发育时期果皮中的相对表达量显著高于白皮西葫芦对应时期。对白皮西葫芦和黄皮西葫芦果皮PSY1和LCYE2等基因的全长CDS分别进行克隆、测序分析发现,白皮西葫芦和黄皮西葫芦2个材料的PSY1基因均比西葫芦参考基因组预测编码区序列多了一个51 ...     

‘西伯利亚’百合丙二烯氧化合酶LsAOS基因的克隆及其表达分析

丙二烯氧化合酶(allene oxide synthase,AOS)基因是茉莉酸(JA)合成途径中第一个特异性酶,具有调控植物体内JA合成积累的重要作用。本研究通过RACE技术克隆得到了‘西伯利亚’百合Lilium‘Siberia’中的AOS基因,并将其命名为LsAOS。该基因全长1 542 bp,编码513个氨基酸,其蛋白序列与小果野芭蕉的同源性最高,属于不稳定亲水蛋白。通过对‘西伯利亚’百合4个不同花期,9个不同组织器官进行实时荧光定量PCR(q-PCR)后发现,LsAOS在花蕾期中的表达量最高,随着花朵的逐渐开放表达量逐渐下降;LsAOS在叶片中表达水平最高,其次是内瓣、根、茎等。JA参与植物生长发育的全过程,与植物抗逆性和次生代谢反应有着密不可分的联系。AOS基因是JA途径中的关键基因之一,对JA的合成有着重要的调控作用。     

断营养影响青梗菜硝酸盐含量的转录组学分析

为降低青梗菜硝酸盐含量,在采收前对其进行断营养处理。生理分析发现,断营养5 d青梗菜产量无明显变化,但根、叶柄和叶片的硝酸盐含量分别降低了49.77%,23.90%,33.39%。转录组比较发现,断营养5 d青梗菜根、叶柄和叶片分别鉴定出301,2 270,2 271个差异表达基因(DEGs)。基因本体论(GO)分析表明,这些DEGs均主要富集在氮(N)代谢、碳(C)代谢和活性氧(ROS)代谢过程中。在N代谢过程中,根、叶柄和叶片硝酸盐摄取转运蛋白NPF7.2基因下调表达;叶柄和叶片NPF7.2的上游调控因子ERF104下调表达;叶片硝酸盐再转运蛋白NPF2.13和NPF1.1基因上调表达;根和叶片硝酸盐同化关键酶谷氨酰胺合成酶(GS)基因上调表达。在C代谢过程中,叶柄和叶片蔗糖合成关键酶磷酸蔗糖合酶(SPS)基因上调表达。在ROS代谢过程中,根的超氧化物歧化酶(SOD)基因和抗坏血酸过氧化物酶(APX)基因上调表达;叶柄和叶片细胞色素P450、过氧化物酶体和脂肪氧化酶下调表达;叶片过氧化氢酶(CAT)基因和过氧化物酶(POD)基因上调表达。综上,在青梗菜采收前5 d进行断营养处理,不...     

持绿大豆叶片中叶绿素降解途径关键酶基因的表达分析

为了探究叶绿素降解途径关键酶基因在大豆不同生育时期的表达情况,以期为揭示调控大豆持绿特性的分子机制提供参考,本研究以大豆‘科丰14’和其持绿突变体‘北农108’为试验材料,在其苗期、开花期和成熟前期,利用荧光定量qPCR方法分析了6种叶绿素降解途径中关键酶基因表达量的变化。结果表明,6种关键酶基因在两个品种苗期和开花期的相对表达量并无显著差异,在成熟前期脱镁螯合酶(MDCase)、脱镁叶绿素酶(PPH)和脱镁叶绿酸a加氧酶(PAO)三个酶基因相对表达量显著提高(p0.05),并且在‘科丰14’中的表达量远高于在‘北农108’中的表达量,因此推测在叶绿素降解代谢途径中这三个关键酶基因所调控的代谢过程可能是‘北农108’持绿的重要原因之一。本研究为探究大豆持绿特性的分子调控机制,作用机理提供实践参考,为高光效大豆的遗传改良,探究植物衰老延缓机制,提高产量和品质等提供理论支持。     

舒马栎CHLD基因克隆及其表达分析

叶绿素是植物绿叶的主要呈色物质,镁离子螯合酶是叶绿素生物合成途径中的一个关键酶,对叶片的呈色具有重要影响。本研究从舒马栎叶片中克隆了一个镁离子螯合酶ChlD亚基(CHLD)基因,该基因cDNA全长为2 851 bp,具有完整的开放阅读框,编码804个氨基酸,与其他植物序列具有较高的一致,故命名为QsCHLD。生物信息学分析显示,QsCHLD基因编码的蛋白无信号肽,具有1个跨膜结构域和多个磷酸化位点。基因表达水平检测结果表明,QsCHLD基因在舒马栎绿色叶片中的表达水平显著高于黄色叶片。这一结果为今后通过基因工程手段调控舒马栎叶片呈色提供了科学依据。     

干旱胁迫下枇杷叶片的转录组分析

分析干旱胁迫下枇杷叶片的转录组,挖掘功能基因并对其差异表达基因进行筛选和分析,为枇杷抗旱提供理论依据。利用新一代高通量测序技术测序,对测序结果进行de novo拼接、功能注释和ORF预测,将差异表达基因在COG、GO和KEGG数据库中进行比对注释。测序结果表明,获得转录本共88 530个,平均长度为740.64 bp,ORF41 748条。COG、GO和KEGG数据库将转录本分别划分为24,54个功能类别及291条代谢通路中。25 197个差异表达的基因在30条代谢通路中显著富集,与酶活性、激素合成代谢和信号转导等相关的差异基因积极响应枇杷干旱,其中双萜类、油菜素类固醇和类胡萝卜素3条生物合成途径中的差异基因呈现出较为一致的表达。采用实时荧光定量(qRT-RCR)对选取的差异基因进行验证,其中过氧化物酶、蛋白激酶byr2、丝氨酸苏氨酸蛋白激酶、脱落酸8'-羟化酶、吲哚-3-乙酰乙酸合酶相关基因上调表达,细胞色素P450 734A1基因下调表达。为枇杷提供了较为全面的基因信息和代谢途径数据,为干旱胁迫下枇杷分子调控机制的深入研究奠定了基础。     

UV-B胁迫下Ca 2+对颠茄生理特性与次生代谢产物的调控研究

有害中波紫外线(Ultraviolet B, UV-B; 280~320 nm)辐射影响植物的生长和发育, Ca ²⁺是植物生长发育所必须的大量元素之一, 外源Ca ²⁺不但可以提高植物抗胁迫能力, 还对次生代谢具有调控作用。以颠茄(Atropa belladonna L.)实生苗为材料, 在UV-B辐射(10 μW cm ^-2)背景下, 研究不同浓度外源Ca ²⁺、不同处理时间对颠茄生理特性、氮代谢、次生代谢产物含量以及托品烷类生物碱代谢途径中3个关键酶基因表达量的影响。结果表明, 随着UV-B辐射时间的延长(4 ~12 d), 对颠茄的光合作用、氮代谢以及生物碱的积累产生抑制作用, 加剧了膜脂氧化程度; 经外源Ca ²⁺处理, 叶片初始荧光(F_o)、丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量呈下降趋势, 叶片最大光化学效率(F_v/F_m)、光合色素(总叶绿素、类胡萝卜素)含量、抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性均呈上升趋势, 说明Ca ²⁺有利于缓解UV-B辐射的抑制, 加强对UV-B胁迫的抗性; 在Ca ²⁺处理下, 叶片中硝态氮含量显著降低, 游离氨基酸、可溶性蛋白含量和氮代谢关键酶(NR、GS、GDH)的活性显著提高, 叶片中莨菪碱含量和东莨菪碱含量显著提高; qRT-PCR分析显示, 在外源Ca ²⁺的诱导下, 托品烷类生物碱合成途径中3个关键酶基因(PMT、TR I、H6H)表达量均有不同程度上调趋势。本研究结果可为田间种植提供理论参考。     

植物类胡萝卜素生物合成相关基因的表达调控及其在植物基因工程中的应用

类胡萝卜素是人类饮食结构中不可缺少的重要成分,具有多种重要的保健功能,尤其是有些类胡萝卜素,如β-胡萝卜素是合成维生素A的前体,具有抗癌和提高免疫力等功效。类胡萝卜素还广泛用于医药和化妆品工业。迄今为止,自然界中发现的大多数类胡萝卜素都是微量的中间产物,很难直接利用。本文概述了高等植物类胡萝卜素生物合成途径、类胡萝卜素生物合成关键酶基因的克隆,如异戊烯焦磷酸异构酶、牻牛儿牻牛儿基焦磷酸合成酶、八氢番茄红素合成酶、八氢番茄红素脱氢酶、ζ-胡萝卜素脱氢酶、!-番茄红素环化酶、ε-番茄红素环化酶,并对这些关键酶基因的功能进行鉴定。以水稻、油菜、马铃薯和番茄为例,阐明了类胡萝卜素合成关键酶基因在植物基因工程中的应用。将黄水仙的Psy和Lcy-b以及噬夏孢欧文氏菌(Eriwiniauredovora)CrtI基因同时转入水稻,水稻种子内胚乳类胡萝卜素含量得到提高。另外,在油菜、马铃薯和番茄中转入与类胡萝卜素合成相关的基因,类胡萝卜素含量也发生不同程度的提高,基因表达水平也发生变化。阐述了通过基因操作技术只能得到极少量的类胡萝卜素,只有进一步弄清类胡萝卜素代谢途径,提高外源基因在植物中的特异表达,才能合成大量类胡萝卜素,使类胡萝卜素遗传操作技术成功运用于作物品质改良。     

过量表达小麦超氧化物歧化酶(SOD)基因对烟草耐盐能力的影响

利用前期克隆的小麦超氧化物歧化酶(SOD)基因TaSOD1.1和TaSOD1.2, 构建融合上述基因编码阅读框(ORF)的双元表达载体。采用农杆菌介导的遗传转化技术, 获得了过量表达TaSOD1.1和TaSOD1.2的转基因烟草植株。研究表明, NaCl处理下, 与对照相比, 转基因植株伤害较小, 叶片失绿面积较少, 植株长势明显增强, 叶片的SOD活性均明显提高, 而MDA含量明显降低。转基因植株的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量, 以及可溶性糖和可溶性蛋白含量也表现与SOD活性相同的趋势。表明在烟草中高表达小麦TaSOD1.1和TaSOD1.2基因, 通过外源基因在转录水平上的调节, 能增加植株SOD活性, 减轻盐分胁迫造成的细胞膜质过氧化, 增强植株抵御盐分胁迫的能力。     

水稻叶色白化转绿及多分蘖矮秆突变体hfa-1的基因表达谱分析

hfa-1的白化转绿、多分蘖矮秆表型受单隐性核基因hw-1(t)控制。该基因编码含线粒体交替氧化酶AOX结构的叶绿体蛋白,通过参与叶绿体呼吸电子传递链,对类胡萝卜素生物合成途经及其次生代谢途径进行调控。本研究对hfa-1突变体叶色白化转绿过程中的类胡萝卜素生物合成途径、与该途径有关的植物激素代谢途径的相关基因进行表达分析,并分析了hfa-1突变体在白化、转绿两个时期的基因表达谱。结果表明,类胡萝卜素、植物激素(GA、ABA和SL)生物合成相关基因在hfa-1突变体白化期叶片中表达量减低,暗示hw-1(t)基因的突变抑制了苗期类胡萝卜素合成,同时还对涉及该过程相关多个次生代谢途径产生影响。通过基因表达谱芯片和功能分类分析,发现hfa-1叶色白化转绿过程中上调和下调表达基因涉及的生理过程主要在光合作用、应对内源刺激物和胁迫响应等方面;其中电子传递体Cytb6/f复合蛋白合成相关基因上调表达明显,推测Cytb6/f蛋白复合体在电子传递和质醌库还原氧化上对hw-1(t)起一定的补偿功能。     

‘西伯利亚’百合LiMCT基因的克隆及表达特性分析

2-C-甲基-D-赤藓醇-4-磷酸胱氨酰转移酶(2-C-methyl-D-erythritol-4-phosphate cytidylyltransferase, MCT)是单萜合成途径中的关键酶。为揭示其在‘西伯利亚’百合(Lilium'Siberia')中的作用,明确其表达模式,本试验克隆了‘西伯利亚’百合LiMCT基因,进行同源氨基酸序列的多重比对,生物信息学分析及亚细胞定位。最后采用荧光定量PCR技术(RT-qPCR)对该基因进行时空表达分析。结果表明,LiMCT基因开放阅读框为897 bp,编码298个氨基酸,与日本樱花、蔓花生、小兰屿蝴蝶兰、莴苣、铁皮石斛的MCT蛋白相似度较高。LiMCT蛋白定位在拟南芥原生质体的细胞膜中。在不同花期中,LiMCT基因表达量在半开期和盛开期最高,花蕾期最低。在不同花器官组织中,LiMCT基因在花柱中表达最高,外花被片和花药中较多,在其他部位表达较低。本研究探究了LiMCT蛋白的结构功能及其基因在开花期的时空表达模式,为其在‘西伯利亚’百合单萜合成及其花香释放的调控机制提供科学依据。     

茶树叶绿素合成相关基因克隆及在白叶1号不同白化阶段的表达

高等植物叶绿素的生物合成对其正常光合作用起关键作用。本文根据前期芯片杂交结果, 采用RT-PCR和RACE技术克隆了3个茶树叶绿素合成相关基因, 分别为谷氨酸-tRNA还原酶(CsGluTR)、叶绿素合酶(CsChlS)、叶绿素酸醋氧化酶(CsCAO), 对应的GenBank的登录号为HQ660371、HQ660370、HQ660369。序列分析表明, CsGluTR基因全长2165 bp, 开放阅读框长1665 bp, 编码554个氨基酸, 推测的蛋白分子量约为60.6 kD, 理论等电点为8.78;CsChlS基因全长1463 bp, 其中开放阅读框长1125 bp, 编码374个氨基酸, 推测的蛋白分子量约为40.5 kD, 理论等电点为8.58;CsCAO基因全长2146 bp, 其中开放阅读框长1611 bp, 编码536个氨基酸, 推测的蛋白分子量约为60.8 kD, 理论等电点为8.03。比对分析表明, 3个基因编码的氨基酸序列与其他植物中同源基因的相似性均在70%以上。利用荧光定量PCR技术检测3个基因在不同白化阶段的表达,表明, CsChlS和CsCAO基因具有明显的表达协同性, 它们在叶片中的表达量与叶片的颜色变化高度同步;而CsGluTR在白化叶片和正常叶片中的表达差异相对较小, 同时在新生芽叶转绿过程中最先恢复正常表达水平。说明在白化叶片中, 叶绿素的合成机制受到较大影响, 叶绿素合成受阻导致的叶片内色素类物质含量降低或消失是叶片白化的直接原因。     

苯丙氨酸解氨酶基因家族在大豆中的时空表达研究

苯丙氨酸代谢途径是植物最重要的次生代谢途径之一,其下游产物包括异黄酮、植保素、木质素等多种次生代谢产物。苯丙氨酸解氨酶（PAL）是苯丙氨酸代谢途径的起始酶和关键酶。PAL基因家族包含8个基因,为了明晰这8个基因在大豆植株内的表达情况,通过实时定量PCR研究了PAL家族所有成员在大豆植株内的时空表达差异性。发现PAL基因家族总体的相对表达量在生殖生长时期高于营养生长时期,在叶片和子粒中相对表达量较高。PAL1-1、PAL2-1和PAL2-3基因在各部位相对表达量明显高于其他同家族基因,PAL1-1基因各时期稳定表达,PAL2-1和PAL2-3基因在生殖生长后期先后出现表达峰值。这些结果表明大豆PAL基因家族各成员的相对表达量在时间和空间上存在差异,具有一定时空表达特异性。     

油菜柠檬酸合酶基因的克隆及在逆境下的表达

柠檬酸合酶是植物多种代谢途径的限速酶, 及代谢变化的标志酶。为了解油菜柠檬酸合酶基因的生理功能, 以甘蓝型油菜叶片cDNA为模板, 设计特异性引物, 获得一编码柠檬酸合酶基因的cDNA序列, 全长1 659 bp, ORF区含476个氨基酸残基, 序列比对显示其蛋白序列与拟南芥有较高的同源性(96.0%), 氨基末端含一线粒体靶信号。聚类分析表明, 油菜柠檬酸合酶基因与其他植物内该基因高度同源。对油菜幼苗进行植物生长调节物质、高温和低温、强光照和弱光照、盐、菌核病、干旱和水渍等处理, 采用半定量PCR法对油菜叶片柠檬酸合酶基因的表达模式进行检测, 发现在盐胁迫、暗光和强光的处理下, 柠檬酸合酶基因的表达基本没有变化;在水渍、干旱、IAA和6-BA胁迫下, 其表达有所升高, 但出现峰值的时间不同, ABA对表达模式的影响与IAA相反;感染菌核病后其表达降低;对GA₃的应答呈鞍型。对部分处理采用荧光定量PCR验证, 其结果与半定量PCR结果基本一致。     

不同遮荫处理对翠云草叶色变化的影响

本研究以半年生翠云草盆栽为试验材料,研究不同遮荫处理对翠云草叶色变化的影响。试验设置全光照R0(透光率100%NS)、一层遮荫R1(38%NS)、二层遮荫R2(20%NS)、三层遮荫R3(16%NS)和四层遮荫R4(10%NS)共5个处理。处理3个月后,比较叶片中叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b、叶绿素a/b、类胡萝卜素、花色素苷、苯丙氨酸解氨酶及可溶性糖含量变化。结果显示,叶绿素含量在3层遮荫处理下最高,叶片表现出特殊的蓝绿色;全光照下,叶绿素含量和花色素苷含量均最低,而类胡萝卜素含量最高,说明叶片受到强光胁迫,是类胡萝卜素而不是花色素苷取代了那部分被破坏的叶绿素,因此叶片表现出红色。方差分析表明,不同遮荫处理对翠云草叶片中叶绿素含量影响极显著,对花色素苷含量影响显著,而对类胡萝卜素含量影响不显著。掌握翠云草叶色在不同遮荫条件下的变化规律,有助于在园林中根据景观需要进行合理配置,创造别具特色的园林植物景观。     

生长前期甘蔗叶片糖分含量及蔗糖磷酸合成酶基因表达分析

本研究比较高糖(GT28, ROC22)、中糖(YT71-210)和低糖(GT86-877)基因型甘蔗生长前期叶片中的糖分含量、叶绿素含量、蔗糖代谢相关酶活性及SPS家族基因的表达水平,以探究不同甘蔗基因型生长前期的蔗糖代谢情况,为全面了解甘蔗整个生命周期的蔗糖代谢机制提供依据。结果表明,各甘蔗基因型蔗糖代谢指标与茎中糖分含量有一致性,均呈现高糖品种中糖品种低糖品种趋势。SofSPSA基因家族在甘蔗苗期的叶片蔗糖积累过程中mRNA水平的表达量较低,B、C、D家族基因相对表达水平较高。甘蔗的高、低糖基因型与叶片蔗糖代谢相关酶活性有着密切关系,并影响糖分积累。与低糖品种相比,高糖品种甘蔗叶片的叶绿素含量、SP家族基因的表达水平、糖分含量及蔗糖代谢相关酶活性相对较高,表明高糖品种甘蔗叶片蔗糖代谢水平更加活跃。     

茶树叶绿素合成相关基因克隆及在白叶1号不同白化阶段的表达分析

高等植物叶绿素的生物合成对其正常光合作用起关键作用。本文根据前期芯片杂交结果,采用RT-PCR和RACE技术克隆了3个茶树叶绿素合成相关基因,分别为谷氨酸-t RNA还原酶基因(Cs Glu TR)、叶绿素合酶基因(Cs Chl S)、叶绿素酸醋氧化酶基因(Cs CAO),对应的Gen Bank的登录号分别为HQ660371、HQ660370、HQ660369。序列分析表明,Cs Glu TR基因全长2165 bp,开放阅读框长1665 bp,编码554个氨基酸,推测的蛋白分子量约为60.6k D,理论等电点为8.78;Cs Chl S基因全长1463 bp,其中开放阅读框长1125 bp,编码374个氨基酸,推测的蛋白分子量约为40.5 k D,理论等电点为8.58;Cs CAO基因全长2146 bp,其中开放阅读框长1611 bp,编码536个氨基酸,推测的蛋白分子量约为60.8 k D,理论等电点为8.03。比对分析表明,3个基因编码的氨基酸序列与其他植物中同源基因的相似性均在70%以上。利用荧光定量PCR技术检测3个基因在不同白化阶段的表达,表明Cs Chl S和Cs CAO基因具有明显的表达协同性,它们在叶片中的表达量与叶片的颜色变化高度同步;而Cs Glu TR在白化叶片和正常叶片中的表达差异相对较小,同时在新生芽叶转绿过程中最先恢复正常表达水平。说明在白化叶片中,叶绿素的合成机制受到较大影响,叶绿素合成受阻导致的叶片内色素类物质含量降低或消失是叶片白化的直接原因。     

甜橙柠檬酸合酶基因的克隆及其表达分析

柠檬酸合酶与柠檬酸的积累密切相关。为了研究该基因的功能及其调控,通过设计特异性引物对甜橙柠檬酸合酶基因进行了克隆,采用半定量PCR法对哈姆林叶片、果肉和果皮中该基因的表达模式进行检测。克隆得到甜橙柠檬酸合酶基因的cDNA序列,全长1535bp,ORF区含471个氨基酸残基,序列比对显示,哈姆林甜橙柠檬酸合酶基因与其他植物的该基因高度同源。半定量PCR结果显示果肉和果皮中柠檬酸合酶基因在各个时期的表达基本没有变化,而叶片中其表达水平随果实发育成熟不断降低,与果实中柠檬酸含量变化趋势相同。说明叶片中柠檬酸合酶基因表达与果实酸含量正相关。     

番茄萜类合成酶基因SlTPS7和SlTPS16的克隆与表达分析

萜类化合物(Terpenoiods)是番茄中一类重要的次生代谢产物,也是受虫害诱导而产生最多的一类挥发物;萜类合成酶基因(terpene synthase, TPS)是萜类生物合成途径中的关键酶。以‘Micro Tom’番茄为材料,利用RT-PCR技术克隆番茄SlTPS7和SlTPS16基因,并对获得的基因序列进行生物信息学分析;利用荧光定量PCR技术检测施氮量为0.38、1.534、7.67、15.34和23.01 mmol/L不同浓度氮素营养液中番茄SlTPS7和SlTPS16基因的表达情况。结果显示,SlTPS7和SlTPS16基因开放阅读框(ORF)分别为1 779和1 218 bp,编码592和405个氨基酸;均为酸性不稳定亲水蛋白,其结构以α-螺旋(Alpha helix)及无规则卷曲(Random coil)为主,亚细胞预测显示SlTPS7和SlTPS16可能在细胞膜和叶绿体上表达;在不同浓度氮素处理下,SlTPS7和SlTPS16基因表达情况存在显著差异,适量的减氮处理能够促进番茄叶片SlTPS7、SlTPS16的表达,结果可为氮素对番茄挥发性萜类合成酶基因的调控研究提...