芒果(Mangifera indica)RCCR基因的克隆及其基因沉默载体的构建

红色叶绿素降解产物还原酶(red chlorophyll catabolite reductase,RCCR)是叶绿素降解过程的关键酶,能将叶绿素降解过程中产生的红色叶绿素代谢物(Red chl catabolit)分解代谢为原初荧光叶绿素降解产物(Primary fluorescent chl catabolite)。本研究根据转录组测序得到RCCR部分片段信息设计简并引物,采取3'和5'cDNA末端快速克隆(RACE)的技术方法,分别在三个不同着色芒果品种(红色‘贵妃’品种,黄色‘金煌’品种,绿色‘桂七’品种)中进行RCCR基因全长cDNA序列的扩增克隆得到了芒果果皮RCCR基因的全长cDNA序列。结果发现三个着色品种cDNA序列只有几个碱基的差异,以黄色金煌品种为例分析可得全长cDNA序列为1 134 bp,开放阅读框为975 bp,编码324个氨基酸,分子重量为36.21 k D,等电点为5.13。通过生物软件预测得到了三种三级蛋白结构图。对NCBI上刊载的30种不同植物构建系统发育树发现该基因编码的蛋白与橙子、克莱门柚等水果植物的亲缘关系比其他植物物种的亲缘关系近。近年来,病毒诱导的基因沉默(VIGS)是研究植物基因功能的有力工具,为深入探究RCCR基因在叶绿素降解中的作用,本研究成功构建出RCCR-pTRV2基因沉默载体,为后续研究RCCR基因在芒果果实成熟及果皮着色过程中的作用机理提供理论依据。     

杧果MiPAO基因的克隆表达分析及其基因沉默载体的构建

为了探究杧果PAO基因在杧果果皮叶绿素降解中的作用,利用转录组测序得到PAO部分片段信息设计兼并引物,采取3'和5'cDNA末端快速克隆(RACE)的技术方法,选取了红色贵妃、黄色金煌、绿色桂七等3个不同着色杧果品种为试验材料,分别克隆得到了杧果果皮PAO基因的全长c DNA序列,生物信息学分析后将其命名为MiPAO。结果表明,3个着色品种c DNA序列只有几个碱基的差异,以红色贵妃品种为例,经过分析可得全长c DNA序列的大小为1 979 bp,开放阅读框大小为1 641 bp,总共编码546个氨基酸,其分子质量为61. 82 ku,等电点为6. 54。通过生物软件预测得到了MiPAO蛋白的二级结构和3种三级结构图,同时发现MiPAO蛋白为亲水性蛋白。对NCBI上登录的部分植物的PAO蛋白构建系统发育树发现MiPAO蛋白与橙子的亲缘关系近。成功构建出p TRV2-MiPAO基因沉默载体,希望能为后续研究杧果果皮着色的分子机理和桂七杧果的滞绿原因提供一定的试验支持。     

芒果FLC同源基因的克隆和表达分析

开花抑制基因FLC (FLOWERING LOCUS C)是春化作用中的关键基因,为探索MADS-box转录因子在芒果花器官发育中的作用,本研究利用RT-PCR克隆得到芒果MADS-box转录因子MiFLC的cDNA全长,序列分析显示该基因具有MADS_MEF2_like和K-box结构域,属于MADS-box基因家族,MiFLC基因编码区长576 bp,编码191个氨基酸,蛋白质相对分子质量22.08 kD,等电点为9.18。MiFLC的生物信息学分析表明该蛋白序列的二级结构主要由α螺旋、无规则转曲及延伸链构成,属于亲水性氨基酸。序列分析和系统进化树分析显示,MiFLC基因编码的蛋白与橙子、枳、龙眼、克莱门柚的蛋白序列同源性高,亲缘关系较近。组织特异性表达分析表明,MiFLC基因在芒果不同品种和每个品种的不同组织部位均有表达,在‘桂七’、‘金煌’、‘凯特’3个品种的表达量呈现出一致性,在营养器官中表达量最高,在花器官中表达量较低,表达量顺序依次是叶茎果花。     

芒果HMGR家族基因的鉴定、系统进化和表达分析

羟甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)是甲羟戊酸(MVA)途径的第一个限速酶。为了探索HMGR家族基因在芒果中的作用,本研究鉴定了芒果HMGR家族基因,并对HMGR家族基因的理化性质、系统发育及在芒果中的表达量进行了分析。结果显示,芒果HMGR家族蛋白序列均包含完整的HMG-CoA_red结构域,且HMGR家族蛋白均为疏水性蛋白。系统发育树显示,HMGR家族基因是从苔藓植物开始形成的,且芒果HMGR家族基因均聚在双子叶植物的分支,与物种进化历程一致。HMGR家族基因在芒果品种‘贵妃’和‘台农’成熟果果肉中的表达量结果显示,Mi15g11840.1和Mi19g11720.1基因在‘贵妃’中的表达量显著高于‘台农’,Mi18g12500.1基因在‘贵妃’中的表达量显著低于‘台农’,而Mi04g11220.1基因在两个品种中的表达量差异不显著。本研究为进一步研究芒果HMGR家族基因在MVA途径中的作用提供了科学依据。     

芒果二氢黄酮醇4-还原酶(DFR)基因的克隆及其表达分析

二氢黄酮醇4-还原酶(dihydroflavonol 4-reductase,DFR)是花青素代谢后期重要的酶,是决定花青素从无色到有色的关键调控点。本研究以‘贵妃’芒果的果实为材料,采用同源克隆的方法克隆得到了一个二氢黄酮醇4-还原酶DFR基因。该基因c DNA全长为1 260 bp,开放阅读框为987 bp,编码328个氨基酸。进一步扩增得到其基因组DNA,全长为3 022 bp,分析发现其含有五个内含子,在已报道植物中表现保守。系统发育分析发现芒果DFR蛋白与火鹤花、小麦和大麦等植物具有较近的亲缘关系。对不同着色的果皮中的DFR基因表达进行分析发现,绿色果皮中表达量较高,而黄色果皮中表达量较低,暗示DFR调控花色苷合成的功能待深入研究。     

‘台农’、‘红芒’芒果果皮和果肉原花青素含量差异及其生物学活性评价

为了充分利用芒果资源,明确‘台农’、‘红贵妃’芒果果皮和果肉的原花青素含量及其抗氧化活性和乙酰胆碱酯酶抑制活性,以成熟期‘台农’、‘红贵妃’芒果果皮和果肉为实验材料,用甲醇提取原花青素,盐酸-香草醛法测定其含量。通过羟自由基(·OH)、DPPH自由基、ABTS自由基清除率测定其抗氧化活性,Ellman法确定其乙酰胆碱酯酶抑制活性。结果表明:‘台农’和‘红贵妃’芒果果皮中原花青素含量差异显著,‘红贵妃’果皮原花青素显著高于‘台农’果皮原花青素。同一品种中,果皮原花青素含量显著高于果肉原花青素。‘台农’果皮和果肉中的原花青素对·OH、DPPH自由基和ABTS+·等自由基的清除能力很强,且显著高于‘红贵妃’果皮和果肉中原花青素的自由基清除能力。但是‘台农’、‘红贵妃’果皮和果肉中的原花青素对乙酰胆碱酯酶均具有很强的抑制活性。研究结果表明不同芒果品种原花青素含量差异显著,抗氧化能力也不同,但是均具有良好的乙酰胆碱酯酶抑制活性。本研究为进一步探讨不同品种芒果原花青素生物学活性及其作用机理奠定了基础。     

芒果(Mangifera indica)黄烷酮3-羟化酶基因的克隆及其表达分析

色素苷的合成是红色芒果果实着色的主要代谢途径,黄烷酮3-羟化酶(F3H)基因是花色素代谢途径上的关键酶,属于依赖型2-酮戊二酸的双加氧酶(2-ODD)家族,反应需要2-酮戊二酸、分子氧、铁和抗坏血酸,作用是催化柚皮素C3位羟基化,生成二氢山奈素(dhiydorkaempeforl,DHK)。本研究根据已经报道的F3H基因的序列设计兼并引物,采用RACE方法从芒果的果实中,克隆得到了一个F3H基因,其全长cDNA序列为1 182 bp,开放阅读框为1 092 bp,编码363个氨基酸,分子重量为40.82 k D,等电点为4.88。通过在线软件对其二级结构和三级结构进行了预测。对不同着色芒果品种中的F3H基因的表达进行分析发现:红色的贵妃品种中表达量较高,而绿色的桂七品种中表达量较低。通过系统进化树分析发现芒果中黄烷酮3-羟化酶(F3H)基因编码的蛋白与荔枝、可可、柚子等植物的亲缘关系比较近。     

‘库尔勒香梨’自交不亲和S-RNase等位基因全长的克隆与分析

‘库尔勒香梨’是新疆重点发展的特色果树品种之一,具有自交不亲和性。本研究以新疆轮台国家果树资源圃栽培梨品种‘库尔勒香梨’为试材,利用梨S基因的保守序列设计合成的引物:‘FTQQYQ’/‘antiIIWPNV’初步确定‘库尔勒香梨’S-RNase等位基因型后,设计等位基因特异性引物,利用RT-PCR克隆两个花柱S-RNase等位基因cDNA片段,RACE(cDNA末端快速扩增)技术进行cDNA全长克隆,采用BLAST进行序列比对,Protparam等在线软件分析两个S-RNase等位基因的编码蛋白特性。根据NCBI上已登录的63条梨属S-RNase基因的全长序列,用DNAMAN软件对其氨基酸序列进行比对并用MEGA 4.0构建进化树。本试验从‘库尔勒香梨’中克隆得到了S_(22)-RNase(Gen Bank接受号:KX214125)/S_(28)-RNase(Gen Bank接受号:KX214124)等位基因cDNA的全长序列,为分子手段调控梨自交不亲和性状奠定了基础。S_(22)-RNase基因cDNA全长904 bp,ORF(开放阅读框)长684 bp,编码227个氨基酸;S_(28)-RNase基因cDNA全长921 bp,ORF长687 bp,编码228个氨基酸。BLASTP比对显示,这两个基因都具有保守的RNase-T2基因结构,属于RNase-T2家族。预测相对分子质量分别为25.6 k D和25.9 k D,等电点9.36和9.30,都属于亲水性蛋白。进化分析表明,‘库尔勒香梨’的S_(22)-RNase和S_(28)-RNase处在不同的两个分支上,表明两基因亲缘关系较远。     

芒果八氢番茄红素脱氢酶(PDS)基因的克隆与表达分析

八氢番茄红素脱氢酶(phytoene desaturase,PDS)影响类胡萝 卜素的合成,是合成途径中关键基因.为了研究芒果果实中PDS基因的功能,本试验采用RACE方法从'贵妃'芒果果实中克隆得到了 一个八氢番茄红素脱氢酶(PDS),该基因全长cDNA序列为1 820 bp,开放阅读框为1 650 bp,编码549...     

桃PpATP9与PpATP4基因的克隆与表达分析

为探究桃PpATP9和PpATP4基因在自然越冬过程中的表达情况,以‘21世纪’、‘珲春’、‘中华寿桃’为试材,根据PpATP9 (MF062454.1)与PpATP4 (MF062457.1)全长序列设计引物,从三个桃品种中分别克隆得到243 bp的PpATP9全长基因序列和597 bp的PpATP4全长基因序列。三个桃品种中的PpATP9和PpATP4氨基酸序列与已知序列完全一致,序列高度保守。氨基酸理化分析表明,PpATP9与PpATP4蛋白理论分子量分别为8.051和22.122 kD,理论等电点分别为5.32和9.34,脂肪族氨基酸指数分别为99.12和104.34,均为不稳定蛋白。聚类分析表明PpATP9与苹果(Malus domestica) ATP9基因亲缘关系最近,PpATP4与扁桃(Prunus dulcis L.)和红叶李(Prunus cerasifera) ATP4基因的亲缘关系最近。RT-qPCR结果显示,PpATP9基因在三个桃品种花芽中的表达量与温度变化趋势一致,而在韧皮部中,‘21世纪’与‘中华寿桃’呈先升高后降低趋势,‘珲春’则呈现降低趋势。PpAT...     

芒果DELLA-GAI基因及其启动子的克隆与分析

DELLA蛋白是赤霉素(GA)代谢通路中的受体因子,参与了数种环境信号、激素信号的系统反应。本研究采用同源克隆的手段,参考NCBI登录的‘阿方索’芒果的基因组数据,克隆了‘贵妃’芒果的DELLAGAI基因。其全长cDNA序列长2 120 bp,包含一个1 719 bp的开放阅读框(ORF),编码572个氨基酸,蛋白分子量为62.9 kD,等电点为5.10。由系统进化树分析可知,可可、榴莲、番木瓜、木薯等作物与该基因编码的蛋白聚为一类。经互作蛋白分析发现,芒果DELLA-GAI可能与GID1B、GID1C、SLY1、PIF4、JAZ1、GA3OX1等蛋白存在相互作用。启动子结构分析发现,该启动子主要含有MYB响应元件、光响应元件、植物抗病相关元件、MYC响应元件、MYB识别位点以及脱落酸和水杨酸响应元件。通过检测DELLA-GAI基因在‘贵妃’芒果果实不同发育阶段的表达情况发现,其在果实成熟期和完全成熟期表达量比较高,而在幼果期的表达量比较低。该基因及其启动子的研究与分析为探究‘贵妃’芒果果实色泽及其抗逆境调控机制提供了条件。     

芒果4CL基因的克隆及其表达分析

4-香豆酸:辅酶A连接酶(4CL)是植物类黄酮类化合物和木质素等生物合成途径的一种关键酶,为了研究其在芒果果实中的作用机理,采用RACE方法,从芒果果实克隆得到了一个类黄酮合成相关的4CL基因。该基因全长c DNA序列为1 740 bp,开放阅读框为1 653 bp,编码550个氨基酸,分子量为60.47 k Da,等电点为9.51。对基因组扩增得到了2 318 bp长度的片段分析发现,该基因含有5个内含子,分别在1 013~1 139 bp,1 330~1 415 bp,1 564~1 653 bp,1 722~1 802 bp,1 905~2 000 bp。通过在线软件对其二级结构和三级结构进行了预测,系统发育分析发现该基因编码的蛋白与水曲柳、菘蓝等植物具有较近的亲缘关系。对3种不同着色的芒果品种中的4CL基因的RTPCR进行分析发现:红色的贵妃品种中表达量较高,而绿色的桂七品种中表达量较低。研究表明4CL基因表达芒果果实着色具有密切的相关性。     

Myb类基因Ibmyb在甘薯不同品种中的表达

研究Ibmyb基因在不同甘薯品种中的表达情况。目前Soedarjo等已从甘薯紫色块根的cDNA文库中克隆出了一条全长1243bp的cDNA序列,经测序及同源性比较,推测该基因为花青苷Myb类转录因子基因,命名为Ibmyb。本研究根据Ibmyb基因cDNA序列设计了2对引物,分别对紫叶的‘#13’和紫色块根的‘Benihikari’的叶和块根进行了RT-PCR分析;以Ibmyb cDNA为探针对这两个品种进行了Southern杂交分析。结果表明该基因在这两个甘薯品种的叶和块根中都表达,在甘薯基因组中具有多个拷贝且品种间不存在限制性片段长度多态性。表明Ibmyb可能是一种在甘薯中普遍存在的蛋白。     

芒果赤霉素氧化酶基因GA3ox的克隆、表达及亚细胞定位分析

赤霉素3-氧化酶(gibberellin 3-oxidases, GA3ox)是赤霉素(gibberellic acid, GA)生物合成途径中的关键限速酶之一。芒果中GA3ox基因的功能及其表达模式未见报道。本研究利用RACE技术克隆了一个芒果GA3-氧化酶基因(GA3ox),该基因全长cDNA序列为1 680 bp,编码氨基酸381个,开放阅读框(open reading frame, ORF)为1 146 bp,蛋白分子量为42.6 kD,等电点为5.13,不含信号肽,不含跨膜结构域。系统发育树分析发现,该基因编码的蛋白主要与开心果亲缘关系较近,其次为克莱门柚、甜橙、麻疯树等植物。通过拟南芥原生质体亚细胞定位分析发现,该基因主要定位在细胞质中。通过对乔化、矮化芒果品种不同发育时期的叶片的实时荧光定量PCR分析发现,该基因主要在矮化品种中表达量较高,在乔化品种各个时期表达量较低,且差异不大。矮化品种中主要在开花期表达量最高,坐果期7～8周含量最低,但都高于乔化品种的任何取样时期。该基因的克隆和表达分析为下一步功能的研究及其在芒果株形调控分子机制提供理论依据。     

芒果GGPPS小亚基基因的克隆、进化和表达分析

香叶基焦磷酸(GPP)是香味成分单萜的前体物质,而香味是芒果重要的品质性状。本研究克隆了芒果中GPP合成关键酶基因,即香叶基香叶基焦磷酸合成酶小亚基基因(MinGGPPSssu),并开展了系统进化分析和表达分析。从芒果栽培品种贵妃芒的新鲜叶片中提取DNA和RNA,根据转录组测序拼接结果设计引物扩增得到Min GGPPSssu全长约1 kb的c DNA序列。通过测序、多重比对和聚类分析,证实该片段属于GGPPSssu的全长基因,且为最大的ORF。与近缘物种苦楝GGPPS1(KM108317)氨基酸序列同源性为83%。蛋白质序列分析表明该序列含有1个DDx_(2-4)D保守基元和一个Cxxx C基元。我们选取了拟南芥中12个GGPPS基因、2个FPPS基因、2个SPPS基因、一个GPS基因及其他物种的相关基因,通过聚类分析,将Min GGPPSssu聚类到香叶基香叶基焦磷酸合成酶小亚基所属的枝。表达分析表明,该基因在叶片中表达量最高,茎部表达量较低。果皮和果肉在芒果成熟前后表达量相似,但是在果皮中的表达量约为果肉表达量的3倍,推测其与果皮及叶片香味调控相关。     

芒果GGPPS基因的克隆与表达分析

在植物中,异戊烯焦磷酸(GGPP)是赤霉素、胡萝卜素、叶绿素等异戊二烯类化合物的公共前体物质。从芒果栽培品种贵妃芒的新鲜叶片中提取DNA和RNA,根据转录组测序拼接结果设计引物扩增得到香叶基香叶基焦磷酸合成酶基因(Min GGPPS1)。通过测序、多重比对和聚类分析,证实该片段属于GGPPS的全长基因并且为最大的ORF,全长为1 100 bp。与芒果Min GPS2(AFJ52722.1)氨基酸序列同源性为92%。蛋白质序列分析表明该序列含有两个DDx_(2-4)D保守基元(FARM和SARM)基元和一个Cxxx C基元。我们选取了拟南芥中12个GGPPS基因、2个FPPS基因、2个SPPS基因、一个GPS基因及其他物种的相关基因,通过聚类分析表明,Min GGPPS1属于香叶基香叶基焦磷酸合成酶大亚基。表达分析表明:Min GGPPS1在叶片中表达量最高,茎部表达量最低,青果果皮和成熟果果皮中表达量相似,在成熟果肉中的表达量大约是青果果肉表达量的5倍,暗示Min GGPPS1具有调控果肉后熟的功能。     

富士苹果果实中突触小泡蛋白基因(MdVAMP)的克隆及其表达

花青素是植物中最广泛存在的次生代谢物之一,是不同颜色花和果实色泽的关键色素。花青苷通常在细胞质中合成,于液泡中积累。虽然花青苷的生物合成途径已被深入研究,但它们从细胞质到液泡的转运以及显示红色的机制仍然不清楚。本试验通过RACE技术成功克隆出富士苹果及其芽变中MdVAMP cDNA序列的总长度。该基因cDNA序列全长994 bp,具有660 bp的开放阅读框(ORF),编码219个氨基酸。同源性分析表明,MdVAMP基因与沙梨同源性最高。定量PCR结果表明,MdVAMP基因在‘长富2’苹果及芽变果实摘袋后表达趋势与其花青苷含量变化相一致,芽变果实中MdVAMP基因表达量和花青苷含量均显著高于‘长富2’苹果。进一步在不同富士品种中研究发现,MdVAMP基因表达水平与花青苷含量密切相关。亚细胞定位结果显示MdVAMP主要定位于细胞质。该研究表明,MdVAMP基因可能参与了花青苷的转运和积累,这为进一步研究苹果果皮着色和花青苷转运提供了一定的科学基础。     

苹果MdPDS基因的克隆及表达分析

八氢番茄红素脱氢酶(PDS)是苹果类胡萝卜素生物合成途径的关键酶。本研究运用电子克隆与RACE技术克隆得到‘澳洲青苹’苹果Md PDS基因(Gen Bank登录号:KU508828),该c DNA序列全长2 005 bp,包含1 725个碱基(121~1 845 bp)的完整开放阅读框,编码575个氨基酸。氨基酸同源性分析表明,Md PDS编码的氨基酸序列与其他植物的PDS蛋白具有很高的同源性;其同样含有一个二核苷酸结合域和一个类胡萝卜素结合域。系统进化树分析表明,Md PDS与杏、碧桃和草莓蛋白亲缘关系较近,聚为一类。实时荧光定量PCR结果表明,Md PDS在‘澳洲青苹’苹果不同组织均有表达,其在树皮、果皮及叶片中的表达要明显高于花中的表达。此外,Md PDS在着色期套袋果实果皮中的表达量随果色增加而上升,而在非套袋果皮中的表达则变化不明显。上述结果表明Md PDS在苹果果实色泽发育过程中起着重要作用,也为进一步研究其生物学功能奠定了基础。     

芒果(Mangiferaindica)ζ-胡萝卜素脱氢酶基因ZDS的克隆及生物信息学分析

以‘红玉’芒果采后96 h的果皮为材料,采用RT-PCR技术从芒果(Mangifera indica)果皮中克隆到ζ-胡萝卜素脱氢酶基因(ZDS),其c DNA全长为1 883 bp,具有1 710 bp的开放阅读框(ORF),编码569个氨基酸。对芒果ZDS蛋白的亲水/疏水性进行预测,发现芒果ZDS蛋白所含的氨基酸亲水/疏水性主要介于+2.5~-2.6之间。通过在线软件对其进行了定位预测及二级结构和三级结构进行了预测,发现ZDS定位在叶绿体中,ZDS基因编码的蛋白质有16个螺旋,13个折叠,通过系统进化树分析发现芒果中ZDS基因编码的蛋白与柚子、甜橙、蜜柑等植物的亲缘关系比较近。     

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.