思茅松1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶(DXS)基因的克隆及功能分析

1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶(DXS)是甲基-D-赤藓醇-4-磷酸(MEP)途径中的第一个酶,也是限速酶。本文根据思茅松(Pinus kesiya var. langbianensis(A. Chev.) Gaussen)树皮转录组数据分析结果,获得思茅松DXS基因片段,然后根据获得的基因片段设计特异引物,运用RT-PCR和RACE技术从思茅松树皮中克隆得到完整的DXS基因(PkDXS1)。PkDXS1基因的cDNA全长序列2888 bp,含有1个2223 bp的开放阅读框(ORF),编码740个氨基酸,该基因推断的蛋白与赤松(Pinus densiflora Siebold & Zucc)DXS蛋白的相似性为99%,与欧洲云杉(Picea abies(L.) H. Karst.)DXS的相似性为97%;经氨基酸序列比对,推断思茅松DXS具有高等植物DXS酶特有的叶绿体转运肽,二磷酸硫胺结合位点和转酮醇酶结构域。半定量RT-PCR检测表明树皮的创伤促进DXS基因的表达。     

毛竹微管蛋白的分子特征及PeTUA3的功能

【目的】微管蛋白是植物细胞骨架的重要组成部分,在植物细胞分裂与生长、细胞形态维持、细胞内物质运输和细胞壁的生物合成等过程中均发挥着重要作用。为全面了解毛竹微管蛋白的分子特征,开展了毛竹微管蛋白全基因组鉴定与分析,并初步研究了Pe TUA3基因的功能,以期为揭示微管蛋白在毛竹生长发育过程的作用提供参考依据。【方法】采用生物信息学的方法开展毛竹中微管蛋白基因的全基因组分析,利用转录组数据和实时荧光定量PCR技术分别分析微管蛋白基因的组织表达模式及其随笋高度增加的表达变化,通过在拟南芥中异位表达及表型观察初步研究Pe TUA3基因的功能。【结果】在毛竹基因组中共获得18条微管蛋白基因序列,编码蛋白具有完整的保守结构域,蛋白长度为430～634 aa,分子量为48.31～69.89 k Da。在与水稻、拟南芥微管蛋白构建的系统进化树中,被聚类到2个亚家族(TUA和TUB),且毛竹各微管蛋白成员与水稻的亲缘关系更近,这些基因分别命名为Pe TUA1-Pe TUA6和Pe TUB1-Pe TUB12。亚细胞定位预测显示PeTUAs均定位在细胞质中,而PeTUBs均定位于细胞核中。基于转录组数据的基因组织特异性表达分析表明,不同微管蛋白基因在毛竹7个不同组织中的表达量存在着一定的差异,如Pe TUA3、Pe TUA6、Pe TUB2和Pe TUB3在各个组织中均有较高的表达,而Pe TUA2和Pe TUB12在各组织中表达量均较低。实时荧光定量PCR结果显示,随着毛竹笋高度的增加,6个TUA亚家族成员基因的表达均呈现上调趋势,而TUB亚家族成员基因中有8个呈现上调趋势,4个表现为波动变化,表明它们在笋的不同发育阶段可能发挥着不同的作用。在拟南芥中正义表达Pe TUA3促进了转基因植株的生长,尤其是对主根的伸长有明显促进作用,而转反义Pe TUA3则抑制转基因植株的生长,主根生长明显受到抑制。【结论】从毛竹中鉴定了6个TUA基因和12个TUB基因,各基因的分子特征存在着一定的差异,并且各基因在毛竹不同组织以及不同发育阶段笋中呈现出不同的模式,说明它们在不同组织以及同一组织的不同生长发育阶段可能发挥着不同的功能;过量表达Pe TUA3能够影响转基因拟南芥的生长,说明Pe TUA3对毛竹的快速生长可能具有重要的作用。     

荔波连蕊茶GA2ox1基因的克隆及表达分析

[目的]GA2氧化酶是赤霉素生物合成代谢过程中关键酶之一,GA2ox家族基因常被用于植物矮化基因工程育种。[方法]根据植物GA2氧化酶基因编码区的保守序列设计引物,以山茶属荔波连蕊茶嫩枝为材料,提取总RNA,进行RT-PCR。采用RACE技术扩增获得1 371 bp的GA2ox基因全长cDNA序列,命名为ClGA2ox1(GenBank登录号KJ502290)。[结果]序列分析表明,ClGA2ox1放阅读框(ORF)为1 002 bp,编码333个氨基酸,5'非编码区59 bp,3'非编码区310 bp。预测的蛋白质分子量为37.31 kD,等电点为5.92,具有GA2ox超基因家族的保守结构域和特有的氨基酸残基。ClGA2ox1蛋白与GenBank中收录的其它植物GA2ox蛋白氨基酸的相似性达到80%。构建系统进化树,结果显示山茶GA2氧化酶与烟草GA2ox蛋白的亲缘关系最为密切。实时定量PCR结果显示,该基因在荔波边蕊茶不同器官及发育不同时期的均有表达,表达量有所不同:ClGA2ox1基因在2年生茎段中的表达量最高,在嫩枝和根中也有较高的表达,而在新抽生的嫩叶中最低。[结论]试验结果为进一步明确ClGA2ox1基因的功能特征及揭示其参与调控植物生长的分子机制奠定基础。     

柳树微管蛋白基因家族研究取得新进展

正2016年2月5日讯:中国林科院林业研究所人工林定向培育研究组以钻天柳为研究材料,日前共鉴定出8个有功能的α-微管蛋白和20个β-微管蛋白基因。研究发现,柳树α-微管蛋白成员数量上的不足由其高表达量得以补充,并维持微管蛋白1:1的平衡,也就是说这8个α-微管蛋白基因形成α-微管蛋白     

绿竹BoGPIAP基因克隆与异位表达研究

糖基化磷脂酰肌醇锚定蛋白(GPIAP)因其结构和功能的多样性,决定了它在各种生物学过程中都发挥着重要作用。采用同源克隆的方法从绿竹(Bambusa oldhamii)中获得一个GPIAP同源基因,命名为BoGPIAP,cDNA全长1 772 bp,其中包括1 356 bp的开放阅读框,编码一个451 aa的的蛋白。蛋白结构分析表明,该蛋白包含1个典型的GPIAP家族保守区域(47-211)和1个CCVS结构域,在N-端和C-端分别具有1个跨膜信号肽和1个GPI锚定信号肽,属于GPIAP家族。构建BoGPIAP与GFP融合的表达载体,在洋葱表皮细胞中瞬时表达,结果显示BoCOBL::GFP融合蛋白定位于细胞膜上,证明BoGPIAP基因编码的蛋白为膜蛋白。分别构建BoGPIAP的正义、反义表达载体并转化烟草(Nicotiana tabacum)。PCR检测结果表明,BoGPIAP已转入烟草。与野生型相比,转反义基因植株细弱,纤维细胞壁明显变薄;而转正义基因植株粗壮,纤维细胞壁明显变厚。表明BoGPIAP可能对竹子纤维细胞壁的发育具有调控作用。     

橡胶树炭疽HK-36菌株α-淀粉酶基因家族生物信息学分析

淀粉酶是生物体内参与淀粉水解的一类重要酶,分析橡胶树炭疽菌HK-36菌株α-淀粉酶基因家族的生物学信息可为深入研究炭疽菌α-淀粉酶基因功能打下基础。本研究借助炭疽菌HK-36菌株基因组测序数据,利用生物信息学方法鉴定其α-淀粉酶基因家族,对比分析该菌α-淀粉酶家族成员的基因结构、预测蛋白的理化性质和结构、在炭疽菌亚细胞的定位、启动子元件,构建蛋白三维模型和邻接法进化树。鉴定到5个CgAmys基因,α-淀粉酶家族成员的基因推定的蛋白含有500～549个氨基酸,分别定位于溶酶体、质膜、内质网、过氧物酶体和线粒体中,多为亲水性、酸性蛋白;CgAmys推定蛋白的N端由延长链和螺旋结构组成,C端基本由延长链组成;CgAmys的编码蛋白包含典型的Glyco＿hydro＿13＿cat＿dom(IPR006047)结构域,属于糖基水解酶家族13;CgAmys基因启动子上含有大量非生物逆境诱导和激素的顺式作用元件,其中光响应、生长素和茉莉酸诱导有关元件数量最多。橡胶树炭疽菌α-淀粉酶家族基因可能在不同生育期受光照和多种激素调控,并参与炭疽菌对多种逆境的应答调控。该研究有助于进一步解析橡胶树炭疽菌CgAmys基因家族在生长发育及逆境胁迫响应中的功能。     

平榛ChWRKY28基因克隆及表达模式分析

[目的]研究平榛ChWRKY28基因序列特征及其在不同非生物胁迫下的表达规律.[方法]以平榛为试材,采用RACE-PCR方法进行基因克隆;利用实时荧光定量PCR方法检测基因在不同组织及不同非生物胁迫下的表达模式.[结果]表明:克隆得到的WRKY基因,全长1 342 bp,基因内部包含1个长963 bp的完整开放阅读框,编码320个氨基酸残基,命名为ChWRKY28.构建的系统发育树表明:该序列与拟南芥AtWRKY28及杨树PtrWRKY93的关系最近,相似性分别为49%和60%.基因表达分析表明:ChWRKY28在雄花序、雌花芽及茎中均有表达,但在茎部(皮)中的表达量高于雄花序和雌花芽中的表达量,具有组织表达特异性;低温、干旱及盐胁迫均能诱导ChWRKY28基因的表达,但受诱导程度存在差异.亚细胞定位分析结果表明:ChWRKY28蛋白分布在细胞核内,是一个核蛋白.[结论]推测ChWRKY28基因可能参与植物响应非生物胁迫的信号转导过程.     

植物微管蛋白基因研究进展

微管蛋白是构成植物微管的主要组成部分,主要由α-微管蛋白和β-微管蛋白构成,植物微管蛋白在植物的生长和发育中起到维持细胞形态、促进细胞内运输、参与细胞运动及细胞分裂的作用。植物微管蛋白基因是一个庞大基因家族,目前已经鉴定出了多种植物微管蛋白,并对其结构和功能进行了较为深入的研究。文中介绍了近年来植物微管蛋白基因家族的进化关系、微管蛋白的基因结构、微管结合蛋白以及微管蛋白功能的研究进展,分析了现阶段植物微管蛋白基因研究中存在的主要问题,并对植物微管蛋白研究的前景进行展望。     

苹果属无融合生殖SERK1基因的克隆与生物信息学分析

[目的]为探讨苹果属植物无融合生殖分子机制。[方法]以苹果属平邑甜茶及杂种后代33#为试材,以苹果基因组CDS序列设计引物,通过PCR扩增技术克隆出SERK同源基因的cDNA全长序列,命名为MhSERK1和MhdSERK1(GenBank登录号JQ231273和JQ231272),利用实时定量RTqPCR的方法检测了这两个基因在平邑甜茶和杂种后代各组织和器官中的表达模式。[结果]序列分析显示MhSERK1和MhdSERK1编码区序列全长为1 899 bp和1 881 bp,分别编码632和626个氨基酸,其氨基酸序列与其他植物的SERK1同源基因所编码的氨基酸同源性都在80%以上,特别是与葡萄科龙眼品种同源性最高,高达92.56%,与模式植物拟南芥、烟草等植物的SERK同源基因都具有很高的同源性。实时定量PCR结果表明,在平邑甜茶和杂种后代不同组织、花器官中SERK1基因的表达量存在差异,其中在子房中的表达量最高,在营养生长的组织中表达量很低,在平邑甜茶花蕾期的子房中表达量最高。[结论]推测该基因在平邑甜茶和杂种后代的生殖发育过程中可能发挥重要作用。     

白蜡虫β1-微管蛋白基因cDNA克隆及序列分析

采用RACE和RT-PCR对白蜡虫雌成虫β1-微管蛋白基因进行了克隆,获得的cDNA全长序列为1 492 bp,完整开放阅读框为1 341 bp,编码447个氨基酸残基,包含β微管蛋白的保守区域和GTP结合位点,理论分子量约为50.20 Kda,等电点为4.75。同源性分析表明:所获得的β1-微管蛋白与其它昆虫的β微管蛋白基因在氨基酸水平上是高度同源的,该基因cDNA序列已经递交到Genbank,获得的登录号为JF731244。     

山鸡椒1-脱氧木酮糖-5-磷酸还原异构酶 DXR基因的克隆和SNP分析

在转录组测序结果分析基础上,以山鸡椒cDNA 为模板,克隆得到山鸡椒1-脱氧木酮糖-5-磷酸还原异构酶DXR 基因cDNA 全长,以山鸡椒基因组DNA 为模板,设计引物、扩增拼接后获得山鸡椒DXR 基因全长,命名为LcDXR。序列分析表明,LcDXR cDNA 全长为1 501 bp,5'非编码区长34 bp,3'非编码区长53 bp,开放阅读框长1 413 bp,预测编码含有470个氨基酸残基的蛋白质,等电点为6.62,分子量为51.12 kD。LcDXR 基因全长为12 601 bp,其中外显子12 个,内含子11 个。对来自10个种源的LcDXR 基因编码区单核苷酸变异位点进行分析表明:在cDNA 区间内共发现10 个SNP(single nucleotide polymorphism)位点,其中有4 个单核苷酸变异导致了所编码的氨基酸的改变,为了分析氨基酸突变导致的蛋白质精细结构的变化,利用Swiss-PDB Viewer 模拟4 个突变位点氨基酸残基的替换。其中江西安远(AY)的突变Lys119Thr 引起了氢键的变化,推测可能对酶的活性产生影响。研究结果为深入研究山鸡椒脱氧木酮糖5-磷酸还原异构酶的活性和功能奠定了基础,同时为山鸡椒遗传育种提供理论依据。     

毛白杨PtLFY在花芽发育中的表达模式与花芽形态分化

以毛白杨花芽为材料,采用RT-PCR技术分离克隆毛白杨PtLFYcDNA序列,测序结果表明该序列全长1314bp,包含1个开放阅读框,编码377个氨基酸。Alignment分析显示该基因与拟南芥等物种LFY/FLO同源基因所编码的氨基酸相似性达到68%～75%。蛋白结构预测分析表明,在PtLFY蛋白N-端和C-端具有2个高度保守的区域,其中PtLFY-C端由7个α-helix组成Helix-turn-helix结构。采用Real-time qRT-PCR技术检测PtLFY在雌雄花芽发育过程中的表达模式,结果显示从9月13日到翌年1月25日,PtLFY在毛白杨雌雄花芽中持续稳定表达,到2月25日表达量少许下调,但该基因在雄花芽中的相对表达量明显高于雌花芽。解剖分析结果表明,雄花芽形态分化进程明显早于雌花芽,这种差异可能与PtLFY在雌雄花芽发育过程的差异表达存在密切联系。研究结果对于阐明PtLFY在毛白杨雌雄花芽发育和开花中的分子作用机制具有重要的理论意义,为进一步开展毛白杨开花调控研究奠定基础。     

小叶杨CCH基因的克隆及其在重金属胁迫下的表达模式

利用生物信息学与分子生物学相结合的策略克隆了小叶杨CCH基因,基因编码区全长258 bp,编码由85个氨基酸残基构成的蛋白质,蛋白N端具有与铜离子结合的保守功能域MXCXXC,且具有铜伴侣蛋白典型的βαββαβ二级结构,命名为PsCCH。系统进化分析表明:PsCCH蛋白与橡胶、麻疯树、葡萄的CCH蛋白的亲缘关系最近(相似性90% 93%)。通过实时定量PCR方法对其在不同浓度铜离子、其它重金属离子及植物生长激素处理下的表达模式进行了分析。结果表明:小叶杨PsCCH的表达受多种重金属及植物激素的调控,在低浓度铜离子、铝离子、锌离子、水杨酸处理下,其mRNA表达先上升而后下降;而在高浓度铜离子、钴离子、汞离子、茉莉酸处理下则是持续下降。     

美国白蜡抗寒基因FaSAD的克隆及进化分析

利用RT-PCR和RACE技术从美国白蜡总RNA中分离出硬脂酰-ACP脱饱和酶(SAD)基因的全长c DNA。该序列所推导的氨基酸序列与已知SAD蛋白序列具有高度的相似性,同时又存在单个氨基酸残基或基序的替换、插入和缺失。半定量PT-PCR表明,SAD基因在白蜡茎中表达量最高,在叶片中最低;Fa SAD蛋白质三级结构预测表明,其是个结构紧密的球形蛋白;进化分析表明,来自同一家族的基因基本上聚到了1个群,但是来自木本植物的所有基因被分成2个大群,没有都被聚到1个独立的群中,Fa SAD基因与猫爪藤的SAD基因相似性最高。     

普通油茶泛素结合酶UBE2-J2的cDNA序列及蛋白质结构分析

泛素结合酶（E2）是泛素/26S蛋白酶体途径中3个关键酶之一,在靶蛋白识别、与泛素连接酶（E3）互作等蛋白的泛素依赖性水解和N-末端规则依赖性水解途径的关键环节中起重要作用。采用Solexa测序技术获得了1条普通油茶E2的全长cDNA序列,命名为 UBE2-J2, 该基因编码239AA,与其它物种的E2具有较高的一致性和相似性;同源建模的结果表明：普通油茶UBE2-J2蛋白具有泛素结合酶催化位点（UBCc）,第8~122位氨基酸碱基为其泛素结合酶基因家族的保守区域,第75~122位氨基酸残基区域中有17个可与泛素形成硫酯键中间产物的残基,其中,87位的半胱氨酸残基是该酶活性中心位点,另有5个残基是与E3酶相互作用的位点。UBE2-J2具有C端延伸结构,故普通油茶UBE2-J2蛋白属于Ⅱ类E2基因家族成员。     

桃水孔蛋白基因克隆及序列分析

为给水孔蛋白(AQP)在低温对花芽发育和休眠调控中的作用研究奠定基础,以低温休眠的桃"满天红"花芽为试材,提取总RNA,根据其它植物AQP基因保守区设计简并引物,采用RT-PCR方法,扩增出3个编码长约147个氨基酸序列的水孔蛋白基因PpPIP1-1、PpPIP1-2和PpPIP2-1。同源性比对结果表明这些序列与其它物种AQP基因具有较高的同源性。这3个AQP基因的氨基酸序列均具有MIP家族的特征信号序列SGXHXNPAVT,还具有植物质膜水孔蛋白(PIP)家族的特征信号序列GGGANXXXXGY和TGI/TNPARSL/FGAAI/VI/VF/YN。经系统发育分析将这3个AQP基因分为2类,分属PIP蛋白的PIP1和PIP2亚家族成员。     

杨树CDPK基因家族的表达分析及功能预测

为探究CDPK基因在木材形成过程中的作用,本研究在基因组水平上对杨树CDPKs基因家族的成员进行分析,找到32个CDPKs及10个CRKs成员。对CDPK基因家族成员在杨树中表达特性进行了分析,发现其家族成员在不同组织、不同发育阶段以及毛白杨次生维管发育不同时期的表达特性不同。分析杨树CDPK基因家族中3个基因Pt CPK1、Pt CPK6、Pt CPK15,其蛋白质一级结构均存在1个跨膜区,其蛋白定位在细胞膜上。     

毛竹捕光色素结合蛋白基因结构及表达模式分析

植物通过光合作用将光能转换为化学能,捕光色素结合(LHC)蛋白与色素形成的复合体在捕获、传递和转化光能过程中发挥着重要作用,因此研究毛竹(Phyllostachys edulis)LHC基因结构及表达模式对于揭示其在毛竹光合作用中的功能具有重要意义。采用生物信息学的方法,对毛竹基因组中的LHC基因进行了系统分析。结果表明,在毛竹中共有29个LHC基因同源序列,其包含的内含子数量为0~5个。序列分析表明,29个LHC基因编码的蛋白分别属于光系统Ⅰ和光系统Ⅱ的捕光色素结合蛋白家族LHCⅠ和LHCⅡ。LHCⅠ包含5个亚家族(Lhca 1-Lhca 5),除了Lhca 4含有3个成员外其他亚家族只有1个成员;而LHCⅡ包含6个亚族(Lhcb 1-Lhcb6),每个亚家族的成员不同,其中Lhcb 1的成员最多为7个。亲疏水性预测表明,不同亚家族成员存在着一定差异。蛋白结构预测发现,29个蛋白均包含导肽和成熟蛋白,具有跨膜结构域,均包含色素结合位点;其中12个蛋白的组成以α-螺旋为主,17个蛋白的组成以随机卷曲为主。基因表达谱分析表明,大多数LHC基因主要在叶片和花序中表达,笋中略有表达,而根和鞭中几乎检测不到表达。研究结果为进一步研究毛竹LHC基因的功能奠定了基础。     

刚毛柽柳 TheIF1A 基因的互作蛋白及其表达模式分析

翻译起始因子是一类翻译起始所必需的特异蛋白因子,前期研究表明柽柳翻译起始因子 (TheIF1A) 基因能对外界盐和干旱等非生物胁迫做出响应,且过表达 TheIF1A基因能提高酵母和烟草的抗旱耐盐能力。为进一步研究TheIF1A基因的抗逆机制,本研究通过酵母双杂交对柽柳翻译起始因子(TheIF1A) 基因的互作蛋白进行了筛选,共获得5个互作蛋白,分别为RNA聚合酶β II亚基 (RNA polymerase beta II subunit)、ATP合成酶CF1α亚基蛋白 (ATP synthase CF1 alpha subunit protein)、细胞色素b6/f 复合物亚基IV(cytochrome b6/f complex subunit IV)、核酮糖1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶小亚基蛋白(ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase small subunit)和组蛋白乙酰转移酶(histone acetyltransferase)。利用实时荧光定量PCR对这5个蛋白基因及 TheIF1A 基因在盐和干旱胁迫处理下的表达模式进行分析,结果表明:这些蛋白基因在盐和干旱胁迫下的表达模式与 TheIF1A基因基本一致,表明TheIF1A可能通过与这些蛋白相互作用来参与逆境胁迫应答。为进一步研究TheIF1A 基因的抗逆机理奠定了基础,有利于完善林木抗逆机制的研究,并为通过基因工程手段提高林木抗逆性提供了候选基因。     

油桐异质型乙酰辅酶A羧化酶accA亚基全长cDNA克隆及序列分析

为了揭示油桐乙酰辅酶A羧化酶accA基因的序列特点和结构功能,从而为该基因的深入研究和开发利用奠定基础,以葡萄桐的近成熟种子为材料,根据油桐转录组测序结果设计引物,采用RT-PCR技术克隆了油桐乙酰辅酶A羧化酶α亚基全长cDNA序列。测序结果表明:该基因cDNA序列全长2 313 bp,编码770个氨基酸;以其推导出的α亚基氨基酸序列蛋白的等电点pI为8.48,相对分子量为85 902.7 Da,稳定系数为37.33。生物信息学分析结果表明:此蛋白含有4个比较明显的跨膜区,是一个不稳定的非分泌蛋白。模体搜索结果表明:在α亚基上有羧基转移酶域和ACCA功能域;其三级结构中有14个α螺旋,整体呈球型,并有一个向外延伸的结构。该基因已登录到GenBank,命名为VfCTα。