木薯低温诱导基因MeLTI6A的启动子的克隆与序列分析

MeLTI6A（Manihot esculenta low temperature inducible 6A）是木薯低温干旱诱导基因,本研究从MeLTI6A 的序列出发,利用电子克隆设计引物进行PCR扩增的方法获得该基因的启动子,其序列共1 304 bp。生物信息学分析发现该启动子中具有真核生物典型的核心启动子区（TATA-box和CAAT-box）,并利用α-互补,蓝白斑筛选原理验证了该启动子核心序列具有活性;该启动子具有与干旱胁迫相关的激素类（如脱落酸、乙烯）的响应元件和逆境胁迫（如低温、干旱胁迫）的响应元件;还具有与木薯组织特异表达相关的调控元件和其它光响应元件;并通过Real time PCR检测了低温胁迫（4 ℃）下的木薯组培苗中MeLTI6A的表达变化,说明了该启动子区的低温胁迫顺式作用响应元件可能调节MeLIT6A在低温胁迫下的表达。这些说明木薯的MeLIT6A基因可能是通过对干旱胁迫激素信号响应以及逆境胁迫响应起作用,使木薯获得一定的抗胁迫的能力,同时还可能参与了木薯相关组织发育过程的调控。本研究有利于对MeLTI6A基因抗逆境胁迫功能的理解,为探索木薯高效抗逆的分子机制作初步研究。     

花生DREB类转录因子基因AhDREB3的序列及非生物胁迫下表达分析

DREB类蛋白属于AP2/ERF转录因子家族的一个亚家族,在植物非生物胁迫抗性调控中具有重要功能。为了挖掘花生逆境胁迫相关功能基因AhDREB3,从已公布的花生基因中找到干旱应答元件结合蛋白3（AhDREB3）的编码基因全序列,做编码蛋白的进化分析。根据已知序列设计引物,通过荧光定量PCR检测了该基因在低温、高盐和干旱胁迫下及对外源ABA响应和表达。荧光定量PCR结果显示,AhDREB3基因在花生的叶片和根中对低温没有响应,对高盐（叶片和根）和干旱（根）胁迫有较大响应,说明它可能参与了花生对高盐和干旱胁迫的适应性调控。此外,AhDREB3基因的表达在花生叶片和根中对外源ABA响应变化小,暗示了该基因在花生中可能通过不依赖于ABA的方式起作用。     

铁皮石斛DoAGL6基因及启动子克隆与分析

AGL6基因是MADS-box转录因子家族中的一员,是植物特有的转录调控因子,参与花器官形成,对唇瓣的形成起到关键作用。获得铁皮石斛DoAGL6基因及其启动子,并进行生物信息学分析,对DoAGL6基因启动子进行瞬时表达活性验证,可为进一步研究DoAGL6基因的功能提供参考。本研究克隆DoAGL6基因及其上游的启动子序列,利用在线软件对克隆得到的目的基因序列、启动子序列进行预测,分别构建由全长启动子和5'端缺失启动子驱动GUS的重组表达载体并瞬时转化拟南芥及铁皮石斛原球茎,探究其表达活性。结果表明,成功克隆了DoAGL6基因及其启动子,DoAGL6基因编码区长729 bp,编码243个氨基酸,编码蛋白分子式为C₁₂₁₃H₁₉₅₅N₃₅₉O₃₇₅S₁₂,预测亚细胞定位于细胞核中;保守结构域分析表明,DoAGL6具有保守的MADS-box和K-box两个结构域,属于MADS基因家族MIKC亚家族。启动子序列长度为1891 bp,顺式作用元件分析结果显示,DoAGL6基因启动子中除了核心启动元件TATA-box、CAAT-box外,还有许多其他顺式作用元件,如脱落酸响应元件（ABRE）、光反应顺式调节元件（G-Box）、茉莉酸甲酯响应元件（TGACG-motif）、MADS-box蛋白结合位点（GArG-Box）等。成功构建融合表达载体pCAMBIA1300-A1-promoter::GUS、pCAMBIA1300-A2-promoter::GUS、pCAMBIA1300-A3-promoter::GUS,拟南芥和铁皮石斛原球茎瞬时转化及GUS组织化学染色结果表明,随着启动子5'端缺失片段的增长,GUS活性逐渐降低,启动子活性逐渐减弱,即全长启动子A1（-1891~1）的活性最强,5'端缺失片段A2（-1488~1）次之,A3（-784~1）活性最弱。瞬时转化后的拟南芥和铁皮石斛原球茎GUS染色均呈现蓝色,但与对照相比均较浅,说明全长启动子和2个5'端缺失启动子都具有驱动GUS的活性,但启动活性都比CaMV35S启动子的启动活性弱。     

小麦TaPP2C59基因的克隆及表达分析

2C型蛋白磷酸酶(PP2C)是ABA信号途径的关键组分,在ABA信号转导及植物对非生物逆境胁迫的应答过程中发挥着重要作用。为给TaPP2C59基因功能的研究奠定基础,同时为小麦对非生物胁迫应答的信号转导机理研究提供参考,本研究从小麦中克隆了第一个PP2C基因TaPP2C59,并对其在逆境胁迫以及多种信号分子处理下的表达模式进行研究。序列分析表明,该基因开放阅读框(ORF)为855bp,编码284个氨基酸。进化树分析表明,该基因编码的蛋白与水稻OsPP2C45蛋白和拟南芥AtPP2C59蛋白的亲缘关系最近。多序列比对分析表明,TaPP2C59具有PP2C家族蛋白的保守结构特征。实时荧光定量PCR分析表明,该基因的表达显著受ABA、低温和高盐胁迫抑制。因此,可以推测TaPP2C59可能作为负调控因子参与ABA信号及非生物逆境胁迫应答。     

水稻蛋白磷酸酶ABI2基因启动子的克隆和功能分析

分离了水稻PP2C家族中的一个成员OsABI2的启动子,测序鉴定后构建其GUS融合表达载体,通过农杆菌介导的方法获得水稻转基因植株。GUS蛋白组织化学染色结果表明,OsABI2启动子驱动的GUS基因在水稻根茎叶中都有表达,在根中表达量最高,叶中表达量最低,而且根部分生组织区明显高于根部其他组织。另外在萌发的芽中也有明显表达。OsABI2启动子在T1代转基因植株的诱导表达的GUS蛋白活性分析结果表明,在机械损伤、稻瘟病、干旱逆境和ABA、MeJA和SA处理条件下,OsABI2启动子驱动的GUS活性都出现了明显上调。上述研究结果说明,OsABI2很可能参与了发育,生物和非生物逆境胁迫的调控。     

木薯糖转运蛋白MeSWEET18的克隆与功能分析

木薯（Manihot esculenta Crantz）是热带亚热带地区重要的粮食作物。而SWEET家族基因在植物运输糖类、生殖和发育、植物逆境、与病原体互作等方面发挥着重要作用。为了明确SWEET家族基因在木薯生长发育过程中的功能，本研究以木薯华南9号（SC9）作为实验材料，克隆糖转运蛋白基因MeSWEET18并进行生物信息学分析，通过酵母实验验证其糖转运能力；采用qRT-PCR分析该基因在木薯不同器官及不同发育时期的表达情况以及在非生物胁迫下的表达趋势。结果表明：MeSWEET18基因开放阅读框为714 bp，编码237个氨基酸，蛋白分子质量为25.94 kDa，理论等电点为6.57，不稳定系数为37.50，属于稳定类蛋白。MeSWEET18蛋白N端含有保守结构域MtN3＿slv,C端含有PQ-loop super family保守结构域，且具有7个跨膜结构域，是典型的膜蛋白。ProtScale预测表明MeSWEET18蛋白属于亲水性蛋白。系统进化树分析发现MeSWEET18属于CladeⅣ亚类，与AtSWEET16、AtSWEET17亲缘关系最近；氨基酸序列同源分析显示，MeSW...     

野生木薯中蔗糖合酶基因I的启动子克隆与调控区域鉴定

克隆了野生木薯蔗糖合酶I基因的5′侧翼序列,发现其5′UTR区存在一个前导内含子,为了探究该基因启动子的调控区域以及前导内含子的可能功能,构建了6个侧翼序列梯度缺失载体并转化烟草。结果表明:野生木薯蔗糖合酶I基因的前导内含子可单独起始基因的转录,部分启动子序列的缺失会对基因的转录活性产生较大影响;不同缺失载体烟草转化株响应ABA的程度和方向存在差异,可能与ABA响应相关顺式作用元件的分布以及启动子序列与前导内含子的互作相关。该结果将会对木薯蔗糖合酶I基因的遗传改良提供理论指导。     

茶树WRKY转录因子基因CsWRKY57的克隆及表达分析

WRKY转录因子是植物特有的一类转录因子,在植物生长发育及胁迫应答过程中均发挥重要的调控作用。为探究WRKY转录因子与茶树抗旱及耐盐性的关系,本研究基于茶树转录组数据库中的检索结果,以陕茶1号1年生茶树为试验材料,克隆获得了1个WRKY转录因子基因,命名为CsWRKY57。生物信息学分析表明,CsWRKY57基因cDNA全长为1 222 bp,编码303个氨基酸,预测分子量为33.5 kD,理论等电点为5.49;另外,蛋白比对分析显示,CsWRKY57包含1个典型的WRKY核心序列和1个C2H2型锌指结构,属于WRKYIIc家族。实时荧光定量PCR分析结果显示,CsWRKY57基因在高盐、干旱、ABA胁迫下均被诱导表达,且表现出先增加后降低的趋势,表明CsWRKY57基因参与了茶树体内干旱、高盐和ABA的调控途径。转录激活活性试验表明,CsWRKY57无转录激活活性,意味着CsWRKY57可能需要与其他元件结合才能启动基因的表达。     

二穗短柄草2C型蛋白磷酸基因BdPP2C1的克隆及表达分析

从二穗短柄草中扩增得到一个2C型蛋白磷酸酶基因,命名为BdPP2C1。BdPP2C1与拟南芥中PP2C家族进行系统进化分析,结果表明,BdPP2C1与拟南芥A类PP2C家族成员的亲缘关系较近。利用实时荧光定量PCR表达分析系统,分析在非生物逆境胁迫及相关信号分子处理下BdPP2C1基因的表达情况。结果表明:该基因的表达受脱落酸(ABA)和双氧水抑制,并且受渗透和低温胁迫诱导。因此,BdPP2C1是非生物逆境胁迫中的一个应答因子,并且可能受相关信号分子调控。     

燕麦AsSnRK2.7编码蛋白的分子特征及基因表达特异性研究

蔗糖非发酵相关的蛋白激酶2（SnRK2）通过磷酸化在植物胁迫信号转导途径中起关键作用。为发掘并利用燕麦中的 SnRK2基因,本研究基于燕麦转录组数据的注释信息,利用RT-PCR技术从燕麦品种美达中克隆了 AsSnRK2.7基因,借助生物信息学、瞬时表达及实时荧光定量RT-PCR（qRT-PCR）技术分别对该基因或其编码蛋白进行分子特征分析、亚细胞定位和表达特异性研究。结果表明, AsSnRK2.7基因包含一个1 074 bp的开放阅读框,编码357个氨基酸,预测其编码蛋白含有一个STKc_SnRK2结构域和一个PKc_like superfamily结构域,属于SnRK2蛋白激酶家族成员。AsSnRK2.7蛋白一级序列中包含多个SnRK2家族特有的重要功能区。AsSnRK2.7蛋白与水稻的SnRK2蛋白激酶相似性最高,属于Group Ⅰ（SnRK2b）亚家族。亚细胞定位结果显示,AsSnRK2.7蛋白主要定位在细胞核中。qRT-PCR结果显示, AsSnRK2.7基因为组成型表达,在根、茎、叶和穗中的最大表达量分别出现在苗期、分蘖期、抽穗期和灌浆期;此外, AsSnRK2.7基因的表达不被ABA激活,但可以积极应答PEG、盐和低温胁迫。以上结果说明, AsSnRK2.7基因可能作为一个调节因子,通过非依赖ABA途径来调节干旱、盐和低温所引发的信号传导。     

木薯MeLHCB4基因的克隆及表达分析

本研究采用RT-PCR技术克隆了木薯叶绿素a/b结合蛋白基因MeLHCB4编码区序列。通过生物信息学对其基因结构、基因编码蛋白的理化性质等进行分析,并对不同物种的LHCB4氨基酸序列进行比对和构建进化树。结果表明,木薯MeLHCB4基因的CDs序列全长858 bp,编码285个氨基酸,蛋白理论相对分子质量约为30.9 kDa,理论等电点为5.47,该蛋白属于稳定的亲水性蛋白,预测该蛋白可能定位于细胞核或细胞质中。实时荧光定量PCR检测该基因的表达模式发现,MeLHCB4基因主要在木薯叶片和茎中表达,受到茉莉酸甲酯（JA）、水杨酸（SA）和乙烯前体（ACC）等激素的诱导表达,推测其可能参与了JA、SA、ACC信号途径。细菌性枯萎病病原菌侵染木薯叶片12 h后,MeLHCB4的表达量显著提高,表明MeLHCB4参与了木薯对病原菌的响应过程。     

夜来香SAMT基因的分离与原核表达

为探究夜来香（Cestrum nocturnum）花香基因SAMT在花香代谢中的调控作用,以花瓣为材料,采用RT-PCR和RACE技术相结合,克隆夜来香SAMT基因的全长cDNA。结果表明：该cDNA的序列长度为1 493 bp,编码365个氨基酸,其中包含1 098 bp ORF、130 bp 5′UTR和265 bp 3′UTR,将其命名为CnSAMT;生物信息学分析结果表明：该基因所编码的氨基酸序列与烟草、番茄的同源性分别为98％和98％,属于甲基转移酶-7家族;原核表达结果表明：CnSAMT的蛋白表达产物约为42 ku,与软件预测的结果大致相同。采用染色体步移技术,克隆夜来香CnSAMT的5′端调控序列,结果表明：该序列长度为993 bp,且该序列除了含有TATA-box、CAAT-box等启动子核心元件外,还含有光、生长素、脱落酸、热胁迫、缺氧胁迫等外界环境条件响应的顺式作用元件。     

小麦LEAsm基因及其启动子的克隆与功能研究

胚胎发育晚期丰富蛋白(LEA)是一个小的高亲水性的蛋白家族,该蛋白家族在逆境胁迫下大量积累,保护植物免受逆境胁迫。LEA蛋白可分为7组,其中重复的11-氨基酸基序是第3组LEA蛋白的特征。为深入分析第3组LEA蛋白在小麦响应逆境胁迫中的作用机制,利用芯片技术从小麦表达谱中筛选出一个渗透胁迫诱导表达的第3组LEA蛋白基因TaLEAsm,然后根据该基因序列设计引物筛选石麦15的BAC文库,获得1个含有该基因的BAC单克隆,以该BAC单克隆质粒为模板,通过BAC延伸测序克隆了TaLEAsm基因及其启动子序列,并对TaLEAsm序列特征、表达模式和启动子功能进行了初步分析。结果表明,TaLEAsm基因序列仅含有1个105bp的内含子,其开放读码框长675bp,编码224个氨基酸。TaLEAsm含有10个11-氨基酸重复序列,属于第3组LEA蛋白。低温、高盐和渗透胁迫均诱导TaLEAsm基因上调表达,但在根和叶中表达模式不同。在TaLEAsm基因起始密码子上游1 500bp序列中,预测含有14个逆境响应顺式元件。在拟南芥中,TaLEAsm基因启动子能够启动GUS基因表达,渗透胁迫诱导GUS基因明显上调表达。以上结果表明,TaLEAsm为小麦脱水响应基因,其启动子为渗透胁迫诱导启动子。     

大豆GmABCG40基因的功能预测及表达分析

通过在大豆基因组数据库中检索拟南芥At ABCG40在大豆中的同源基因,获得了Gm ABCG40基因序列。通过对Gm ABCG40基因编码的氨基酸序列及启动子序列进行生物信息学分析,结果表明:Gm ABCG40基因CDS序列全长4 284 bp,编码1 427个氨基酸。Gm ABCG40编码的蛋白为疏水性蛋白,具有多个N-糖基化位点、激酶磷酸化位点、N-豆蔻酰化位点、2个ATP/GTP结合位点基序A和1个速激肽家族信号。结构域分析表明Gm ABCG40含有2个核苷酸结合域与2个跨膜结构域,形成NBD1-TMD1-NBD2-TMD2结构,属于ABCG亚家族的成员。Gm ABCG40预测的启动子区域含有与激素、胁迫、光应答、胚乳表达和转录因子结合相关的顺式作用元件。系统进化分析表明Gm ABCG40与菜豆、红豆、木豆、百脉根等豆科植物亲缘关系较近。组织特异性表达分析结果显示Gm DABCG40在叶片中表达量最低,在根中表达量最高,推测其可能参与根中ABA的转运过程。     

甘蔗花穗ScRS31基因的克隆与初步表达分析

应用RT-PCR法从甘蔗（Saccharum L.）花穗中克隆了1个丝氨酸精氨酸丰富蛋白（Serine/ Arginine-rich proteins, SR proteins）家族基因ScRS31,属于RS亚家族成员。该序列全长1 120 bp,包含编码285个氨基酸的完整开放读码框,具有典型的RS亚家族结构特征。生物信息学分析显示,ScRS31编码蛋白是一个不稳定蛋白,表现亲水性;含有41个潜在丝氨酸磷酸化位点,推测通过磷酸化和去磷酸化实现功能调控;与高粱、玉米中的SR蛋白氨基酸序列的同源性最高,分别为97.5％、96.1％。实时荧光定量分析发现,ScRS31在根、花和芽中的表达量远高于其它组织中该基因的表达量。     

小麦TaDHN2基因及其启动子的克隆与功能研究

为给深入研究Ta DHN2基因在小麦抗旱机制中的作用机理奠定基础,并为进一步丰富小麦DHN基因研究内容提供参考,本研究通过筛选石麦15基因组BAC文库和BAC克隆测序方法克隆了Ta DHN2基因及其启动子,并对Ta DHN2基因序列特征、表达模式和启动子功能等进行了分析和探讨。结果表明,Ta DHN2基因含有1个88 bp的内含子,开放读码框长为696 bp,编码1个含有231个氨基酸的脱水素蛋白。Ta DHN2蛋白具有Y-segment、S-segment和K-segment结构域,属于YSK2类型脱水素蛋白。此外,该蛋白含有明显的核定位信号序列S-segment和基序RRKK。Ta DHN2基因受渗透胁迫诱导表达,在根和叶中表达模式类似,叶中表达量显著高于根中。Ta DHN2基因启动子序列长为2 025 bp,预测含有9个脱水响应顺式元件。在转基因拟南芥中,Ta DHN2基因启动子能够启动GUS基因表达,并在渗透胁迫下诱导GUS基因上调表达。以上结果说明,Ta DHN2基因为脱水响应基因,其启动子为渗透胁迫强诱导启动子。     

茶树CsASR基因的克隆及其表达分析

逆境胁迫影响茶树生长发育及茶叶品质,ASR(abscisic acid,stress,ripening-induced)基因在植物抗逆响应中具有重要功能。本研究以龙井43品种茶树为材料,从中克隆了CsASR基因的全长cDNA序列、基因组序列及其启动子序列,分析了该基因的生物信息学特征及在组织间和不同胁迫处理下的表达模式。结果显示,CsASR的cDNA序列全长875 bp,含有546 bp的ORF序列,编码181个氨基酸,蛋白质分子量19.89 kD,理论等电点5.69;CsASR蛋白结构序列中74.5%的序列为无序结构,是一种无序蛋白;CsASR的C-端含有ABA/WDS功能结构域,主要定位于细胞质和细胞核中;茶树CsASR与海枣的ASR相似性最高,为87%,而在进化树中与枣的关系最近。CsASR基因含2个外显子,第1个外显子长363 bp,第2个外显子长183 bp,内含子较大为2 750 bp,内含子中含7种简单重复序列和2种DNA转座子序列。克隆获得起始密码子ATG上游2 554 bp的启动子区序列,该启动子上含有干旱、低温、高温以及ABA等相关的顺式作用元件。CsASR在根中的表达量最低;ABA抑制CsASR的表达,而干旱、NaCl和低温胁迫能够显著上调CsASR的表达。表明CsASR基因可能与茶树抗逆密切相关。     

芒果SEPALLATA3基因的生物信息学与表达分析

SEPALLATA3（SEP3）属于MADS-box基因家族,与植物的成花时间和花器官分化有关。在本研究中,从芒果转录组数据中挖掘获得了2个MiSEP3s基因,分别命名为MiSEP3-1和MiSEP3-2。生物信息学分析显示,MiSEP3-1和MiSEP3-2基因的基因组DNA长度分别为4189 bp和3721 bp,2个基因的开放阅读框长度一致均为732 bp,编码244个氨基酸,蛋白质分子量分别为59.29 kD和59.28 kD。2个MiSEP3s的氨基酸序列中含有典型的MADS结构域和K-box结构域。启动子序列分析显示,2个MiSEP3s基因启动子均包含光响应元件、激素响应元件、逆境响应元件和转录因子结合位点,但调控元件种类和数量存在差异。基因表达模式分析显示,2个MiSEP3s基因在营养期的茎、叶和芽中表达量较低,但在成花转变后期的芽中持续上调表达,在花中达到表达高峰。该结果为MiSEP3基因功能的研究提供参考。     

甘蓝型油菜BnNAC转录因子鉴定与非生物胁迫响应分析

为了明确油菜NAC家族转录因子在非生物胁迫响应中的功能,通过油菜全基因组鉴定获得了379个Bn⁃ NAC转录因子家族成员,系统进化分析将其分为17个亚族。启动子作用元件分析显示BnNAC家族成员广泛参与 光响应、干旱胁迫响应、低温胁迫响应、生物钟调控等进程,同时参与ABA、茉莉酸甲酯、赤霉素、生长素、水杨酸等 激素信号途径。不同胁迫条件下基因表达分析发现,BnNAC家族基因受温度、盐、渗透等胁迫及ABA诱导调控。过 表达BnNAC253 基因使拟南芥对盐胁迫、渗透胁迫和ABA处理更为敏感。     

甘蔗MYB转录因子基因ScMYB52-1的克隆及表达特性分析

MYB转录因子家族成员广泛参与植物的各种生物学过程,在调控植物适应非生物逆境过程中起关键作用。为分离甘蔗（Saccharum spp.）逆境响应MYB基因并研究其功能,本文应用3°RACE的方法,从甘蔗品种ROC22中克隆到一个R2R3-MYB转录因子基因,命名为ScMYB52-1。生物信息学分析表明,该基因cDNA序列长度为1072 bp,开放阅读框（ORF）长度为696 bp,5°非翻译区长54 bp,3°非翻译区长322 bp。该ORF编码231个氨基酸,推导蛋白的分子量为26.65 kDa,含有2个串联的MYB结构域。ScMYB52-1推导蛋白与模式植物拟南芥中的MYB家族蛋白的进化树聚类分析结果表明,ScMYB52-1蛋白与AtMYB52和AtMYB54的亲缘关系较近;进一步的多序列比对分析结果表明,上述三者蛋白质N端的MYB结构域序列高度一致,且三者的预测蛋白质三级结构类似,表明它们可能具有类似的功能。实时荧光定量PCR结果显示,ScMYB52-1在甘蔗组培苗的根中对PEG处理总体上不敏感,在叶中仅在3 h时短暂上调;ScMYB52-1在叶中受外源ABA和NaCl胁迫的诱导,在处理0.5 h均迅速上调表达,表达量分别为对照的3.35倍和2.75倍,并在处理期维持高于对照的水平;在根中受外源ABA和NaCl胁迫的抑制,在处理0.5 h时就开始下调表达,在处理24 h时表达量分别下调为对照的12%和40%,并在处理周期内总体上维持低于对照的水平。亚细胞定位分析表明,ScMYB52-1-GFP重组蛋白定位在烟草叶肉细胞的细胞核中。酵母双杂交自激活活性鉴定结果表明,ScMYB52-1蛋白无自激活活性。以上结果表明ScMYB52-1参与了甘蔗对高盐胁迫的应答,并可能受ABA信号通路的调控,在叶和根中存在差异的调控机制。本研究结果为进一步理解该基因在甘蔗非生物逆境适应过程中的功能及分子调控机制提供了初步的信息。