高等植物基因克隆的策略

基因克隆是进行植物基因功能研究的先决条件。随着拟南芥、水稻、杨树等植物全基因组序列的公布,标志着基因组进入后基因组研究时代是分子生物学发展的必然趋势,同时为进一步克隆植物中控制重要性状的主效基因提供强大的基因组数据支撑。目前有较多的基因克隆传统及衍生技术,文章综述了图位克隆、同源克隆、转座子标记法、表达序列标签法、差异表达基因克隆等5种应用比较广泛的基因克隆技术,并就其发展方向和策略作了展望。     

杨树扩展蛋白基因家族的生物信息学分析

扩展蛋白是植物细胞壁的重要组成部分,广泛存在于植物基因组中,具有疏松细胞壁组分、增加细胞壁柔韧 性的作用,在植物的生长发育及抗性等多个方面起着重要的作用。全基因组序列分析显示,杨树中的扩展蛋白基 因家族包含36 个成员,分属于EXPA、EXPB、EXLB 和EXLA 4 个亚家族。系统生物信息学分析表明,杨树扩展蛋白 基因具有保守的序列特征和稳定的蛋白结构,包括9 种不同的内含子起源模式以及6 个高频密码子。基因表达分 析显示,该家族基因在杨树木材形成相关的组织/ 器官中表达丰度较高,对林木生殖发育也起着重要的作用。研究 结果展示了杨树扩展蛋白基因家族的基本信息和特点,为深入研究杨树扩展蛋白基因的功能搭建平台。      

三叶青两个受体蛋白基因的克隆及功能分析

植物细胞受体类蛋白是一类重要的结构蛋白，在环境信号感知及细胞间信息传递中起重要作用。本研究克隆了三叶青(Tetrastigma hemsleyanum Diels et Gilg)的两个受体蛋白基因ThRLP1与ThRLK1,并对其进行了生物信息学分析、器官特异性表达分析和在块根发育不同时期的表达分析，以明确两基因与三叶青芽发育和块根形成的相关性。生物信息学分析表明，所克隆的两个基因中一个为细胞外受体类蛋白基因(ThRLP1),其氨基酸序列具有特征的亮氨酸重复序列，亚细胞定位推测在细胞壁；另一个为质膜受体类蛋白激酶基因(ThRLK1),推测氨基酸序列中具有特征的丝氨酸/苏氨酸激酶的催化结构域，亚细胞定位推测在细胞核。器官特异性表达分析发现ThRLP1在块根中的表达量显著低于其他器官，ThRLK1在块根中的表达量显著低于枝蔓但高于其他器官，两个基因的表达水平并没有显示出与芽发育有相关性；块根发育不同时期表达量分析表明，ThRLP1在块根初始膨大期的表达量显著低于其他时期，ThRLK1表达量随块根发育进程而提高，ThRLK1基因的表达与块根发育进程呈现出一定的正相关性。所克隆的两个受体蛋白...     

香蕉钙调神经磷酸酶B亚基样蛋白基因MaCBL1的克隆及序列分析

[目的]为香蕉钙调神经磷酸酶B亚基样蛋白基因MaCBL1调控机理的研究奠定基础。[方法]根据在香蕉果实抑制缩减文库中获得的一个CBL基因片段,采用PCR方法克隆了MaCBL1基因全长cDNA序列并对其进行了初步的生物信息学分析。[结果]MaCBL1基因cDNA序列全长1 078 bp,编码213个氨基酸残基。多重序列比对结果显示,MaCBL1推导的氨基酸序列与其他植物来源的CBL基因的氨基酸序列同源性较高。遗传进化分析表明MaCBL1与其他植物如杨树、甘蓝、沙冬青、棉花和水稻的CBL基因的亲缘关系较近,并在同一个进化枝上。[结论]该研究为进一步研究香蕉钙调神经磷酸酶B亚基样蛋白对香蕉生长发育、果实的成熟调控及对各种逆境反应的调控提供了依据。     

甘蓝型油菜CRABS CLAW基因克隆及其RNA干扰载体的构建

CRABS CLAW(CRC)转录因子是YABBY基因家族成员,在植物花器官发育过程中起重要作用。为进一步研究CRC转录因子在调控油菜花器官发育过程中的作用,本研究以甘蓝型油菜品种宁油10号花蕾RNA为材料,通过反转录PCR克隆到1个580 bp长度的CRC基因,并利用p Hurricane中间载体构建CRC基因的反向重复序列表达框,将CRC基因片段以正向的方式连接在1个可剪切的内含子的5'末端,以反向的方式连接到该内含子的3'末端;然后将Ca MV35S启动子序列和CRC基因的反向重复表达框再克隆到植物双元载体p CAMBIAI1390的p UC18多克隆位点,构建了干扰表达载体p A6-CRCi,经过酶切鉴定和测序分析,所构建的载体正确。     

山核桃APETALA1同源基因的克隆与序列分析

根据植物花分生组织及花器官形成过程中起重要作用的APETALA1（AP1）基因的高度保守区序列,设计合成一对长度为23bp的聚合酶链式反应（PCR）引物,以山核桃Carya cathayensis因组DNA为模板,采用PCR方法扩增出长为486bp的DNA片段,克隆到pMD18-T载体。测序和序列分析结果表明,获得了山核桃AP1同源基因中的1个片段,该片段序列包含2个内含子,长度分别为86bp和291bp,编码区共编码36个氨基酸。其序列已在Gen荷Bank中注册（注册号为EU155118）,在Gen Bank中进行同源性检索结果表明,其氨基酸序列与其他植物AP1同源基因的氨基酸序列同源性高达69％～88％,推测它们在功能上也是相似的。     

苹果周期蛋白依赖性蛋白激酶基因MdCDKB1的克隆及表达

细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶基因CDKB,参与调控苹果(Malus×domestic Borkh.)果实大小的发育。为研究苹果果实大小的发育过程中CDKB的表达,以果实大小明显差异的‘国光’和‘富士’的果实为试材,从幼果果肉中克隆Md CDKB基因,并研究花后不同发育阶段的果实中Md CDKB基因的表达,主要结果如下：克隆得到921 bp的片段,分为两种序列,其ORF均为915 bp,编码304个氨基酸;其核苷酸和蛋白序列的最大一致性序列均为植物的CDKB基因,其最大一致性EST序列分别是‘嘎啦’苹果中的两个EST序列：CV085424(CDKB1;1)和EB138473(CDKB1;2);生物信息学预测表明,其蛋白序列中有植物细胞周期依赖性蛋白激酶B1(CDKB1)的基序PPTALRE,属于植物CDKB家族的成员。因此,这两个序列命名为MdCDKB1;1和MdCDKB1;2。果实中MdCDB1;1和MdCDB1;2表达量的高峰分别在花后21d和7d,与幼果细胞快速分裂期一致,参与细胞分裂;在此过程中,MdCDB1;1的高表达水平和所保持的时间显著高于MdCDB1;2。大果型的‘富士’果...     

猪核转录因子C/EBPβ基因3′末端部分序列的克隆

[目的]研究猪核转录因子C/EBPβ,扩增C/EBPβ3′非翻译区（3′UTR）部分序列。[方法]以报道的猪C/EBPβ基因片段（DQ450678.1）为模板设计引物,应用3′末端快速扩增技术（3′RACE技术）进行扩增。[结果]成功克隆猪核转录因子C/EBPβ的3′UTR,并获得GenBank登录号：FJ869121。[结论]与GenBank中报道的其他哺乳动物相应序列进行比较分析,猪核转录因子C/EBPβ的3′UTR序列与人C/EBPβ基因核苷酸序列BLAST比对,同源性为93%,为克隆其基因组全长及分析其功能奠定了基础。     

毛白杨亚油酸去饱和酶基因的克隆与表达模式分析

以毛白杨为材料,利用现有的杨树基因组EST序列库资源,通过同源序列搜索,经过多次拼接合并获得了理论的杨树亚油酸去饱和酶cDNA序列全长,通过RT-PCR手段首次克隆得到了毛白杨PtFAD3基因编码序列cDNA (GenBank 登录号: DQ354393),该 cDNA 全长 1 199 bp,开放阅读框编码383个氨基酸.通过RT-PCR半定量研究表明PtFAD3在叶片中的表达量最高,茎和根中的表达量依次降低;用低温、干旱、NaCl、ABA分别处理毛白杨组培苗,叶片中的PtFAD3表达量在逆境初期 24 h 之内没发生变化.该研究为毛白杨脂肪酸去饱和酶的研究以及植物脂肪酸基因工程提供了基础.     

欧洲千里光SvAPETALA1基因的克隆及功能分析

  目的  花器官发育是影响花观赏价值的重要因素,AP1类基因调控植物花器官的形成。研究菊科Asteraceae欧洲千里光Senecio vulgaris的SvAP1基因在花器官形成中的重要作用,旨在探究菊科复杂花序结构产生的调控机制。  方法  以欧洲千里光为材料克隆获得了SvAP1基因,通过多序列比对、构建系统进化树、实时荧光定量PCR (qRT-PCR)反应、构建超表达载体、组织学染色观察等方法与技术,对SvAP1基因进行功能预测与分析。  结果  SvAP1基因开放阅读框长度为705 bp,编码234个氨基酸。多序列比对与系统进化分析显示:SvAP1基因属于MADS-box基因AP1类亚家族,C末端具有paleoAP1保守基序(motif)。欧洲千里光组织特异性表达分析表明:SvAP1基因在营养器官和花序中都有表达。转基因龙葵Solanum nigrum的形态学观察和石蜡切片技术分析显示:与野生型龙葵相比,转基因龙葵雌蕊发育异常,表现为子房膨大且雌蕊状组织增多。  结论  欧洲千里光SvAP1基因在龙葵中的超表达影响雌蕊发育,与ABC模型中A类基因超表达对植物花器官发育造成的影响存在差异,即转基因龙葵雄蕊无明显变化且雌蕊未转变为萼片状或叶片状器官。这可能与欧洲千里光花器官调节机制和花序结构的复杂性有关。由此可知,欧洲千里光SvAP1基因可能作为花器官特征基因在花器官形成中具有重要作用。图6表1参35     

无核葡萄D类MADS-box基因的克隆与序列分析

MADS-box基因在多种植物的发育过程特别是花器官和果实发育过程中发挥重要的作用。该试验从无核葡萄c DNA文库中,克隆得到一个D类的MADS-box基因,命名为Vv MADS3,该基因全长839bp,开放阅读框长681bp,编码一个含有226个氨基酸的蛋白。通过序列分析得知,该基因所编码的蛋白与其它植物质中的MADS-box蛋白有很高的同源性。该基因的研究为进一步揭示葡萄无核分子机理和进行无核葡萄育种提供依据。     

白菜型油菜开花调控基因BrFT的生物信息学特性和表达分析

FT基因是调控植物开花的重要基因，为探究FT基因在白菜型油菜光周期途径中调控开花的作用，本研究以拟南芥FT蛋白序列为索引从白菜型油菜基因组中检索到3个BrFT基因，利用生物信息学方法对基因序列特征进行分析，通过qRT-PCR技术研究基因的器官特异性表达，筛选基因在不同白菜型油菜中克隆并检测其在4℃,16 h光照/8 h黑暗条件下的表达模式。结果表明，3个BrFT均由4个外显子和3个内含子组成，分布于A02和A07染色体上，其中BrFT1和BrFT2存在明显的共线关系，3个BrFT蛋白都包含PEBP保守基序。基因上游2 000 bp启动子区域均含有大量的光应答元件，一些参与厌氧诱导、防御和应激反应的调控元件，另外BrFT1和BrFT2含有参与植物生长发育、激素诱导的元件。qRT-PCR检测发现，BrFT在白菜型油菜根、茎、叶、花蕾和花中均有表达，在叶中表达量高于其他器官，且BrFT1表达量高于其余两个成员，克隆到陇油6号、陇油17号、天油2号中的BrFT1基因，序列比对相似性为99.5%。在4℃,16 h光照/8 h黑暗条件下不同白菜型油菜中BrFT1随处理时间均呈现上调表达，但品种间存...     

苦蘵查尔酮合成酶编码基因(PaCHS1)的克隆及表达谱分析

对苦蘵(Physalis angulata L.)成分药理研究的结果表明,苦蘵果实内存在有效抑制肿瘤细胞生长的活性成分。查尔酮合成酶(CHS)在植物黄酮类物质次生代谢过程中起到了重要作用。本研究利用同源克隆的方法获得了苦蘵CHS基因的全长cDNA序列,命名为PaCHS1。序列分析表明,克隆得到的苦蘵PaCHS1基因全长为1 170 bp, 编码389个氨基酸。生物信息学分析表明,PaCHS1是一个不含核定位序列且定位于细胞质和细胞膜为主的蛋白。实验数据也证实了PaCHS1是一个细胞膜和细胞质定位的蛋白。序列对比显示其与多种植物的CHS蛋白序列高度同源,尤其与小金鱼草的MoCHS1亲缘关系最近。实时定量RT-PCR结果表明,在不同组织器官中,PaCHS1均有表达且表达水平有差异。PaCHS1在果实中表达水平最高,而在茎中的表达水平最低。我们又分析了PaCHS1基因在不同激素处理下的表达变化,结果表明,PaCHS1基因的表达水平受到不同激素的调控,茉莉酸(JA)对PaCHS1有强烈的诱导作用,而赤霉素(GA)、乙烯(ethylene)和细胞分裂素(cytokinin)对PaCHS1有强烈抑制作用。对苦蘵PaCHS1基因的克隆和表达图谱研究,可为研究苦蘵以黄酮类物质为代表的次生代谢途径打下基础。     

南瓜基因CmNAC的克隆与序列分析(英文)

[目的]克隆南瓜基因CmNAC并进行序列分析。[方法]以南瓜叶片为材料,根据甘蓝型油菜NAC1、番茄NAC和辣椒NAC保守结构域设计一对简并引物,采用RT-PCR方法扩增得出长度约为440bp大小的DNA片段,将其克隆至pMDl9-T载体上,对重组克隆进行测序,用BLAST和DNAMAN软件对核酸及氨基酸序列进行分析。[结果]所获得的南瓜NAC基因片段由442个碱基组成,编码147个氨基酸,命名为CmNAC;该基因片段具有其它植物NAC基因中存在的保守区,并且属于NAC家族中ATAF1/2亚家族。[结论]实验拟在南瓜中获得和抗逆性相关的NAC基因,为进一步研究该基因的生物学功能和植物基因工程奠定理论基础。     

桂花OfAP1基因的克隆及表达分析

AP1（APETALA1）基因在植物花分生组织及花器官形成过程中发挥着重要作用。以桂花品种‘堰虹桂’Osmanthus fragrans‘Yanhonggui’为材料,根据前期获得的转录组数据中AP1的序列设计引物,利用PCR技术,克隆得到约750 bp桂花AP1 cDNA序列,即OfAP1基因,其中开放阅读框长为720 bp（注册号为MH593222）。氨基酸序列比对发现,与其他物种的AP1基因的同源性高达69%~88%。荧光定量PCR结果表明:在不同组织中,桂花的OfAP1基因在花芽中的表达量显著高于其他组织,根中几乎不表达;在花芽分化过程中,OfAP1在成花转变及花芽分化初期（花瓣、花萼分化期）表达量较高,随后呈下降趋势。这说明OfAP1具有组织表达特异性,同时在桂花成花转变、花芽分化和发育中有重要作用。     

火龙果Actin及UBQ内参基因片段的克隆及序列分析

为给火龙果的功能基因表达和调控研究提供内参基因,根据Actin基因和UBQ基因的保守区设计引物,采用RT-PCR方法克隆火龙果Actin基因和UBQ基因片段。结果表明:克隆的Actin基因和UBQ基因片段大小分别为302bp、192bp,分别编码100个氨基酸和63个氨基酸。Actin基因片段与其他植物Actin基因核苷酸序列的同源性均在78%以上,与氨基酸序列的同源性达88%以上;UBQ基因片段与其他植物UBQ基因核苷酸序列的同源性均在88%以上,与氨基酸序列的同源性达95%以上。     

DNA拓扑异构酶基因PagTOP2b对银腺杨‘84K’生长发育的影响

  目的  DNA拓扑异构酶基因是一类能够改变DNA拓扑结构的酶，在基础生命活动如DNA复制、转录、有丝分裂等过程中发挥重要作用。研究DNA拓扑异构酶基因对杨树Populus生长发育的影响，能够进一步了解DNA拓扑异构酶基因在木本植物中的作用机制，评估其是否可作为林木分子育种的靶标。  方法  从银腺杨‘84K’ Populus alba × P. glandulosa ‘84K’ (84K杨)中克隆得到DNA拓扑异构酶基因PagTOP2b，利用生物信息学方法对其进行序列分析、蛋白理化性质及结构分析。实时荧光定量PCR分析PagTOP2b在杨树不同组织中的表达水平。利用农杆菌Agrobacterium tumefaciens介导的叶盘转化法转化84K杨，得到PagTOP2b过表达转基因植株。通过表型及茎段切片分析过表达PagTOP2b基因对84K杨植株生长的影响。  结果  以84K杨cDNA为模板，克隆得到PagTOP2b基因全长序列，该基因蛋白质编码区(CDS)长度为4 449 bp，编码1 482个氨基酸，根据蛋白结构域分析属于ⅡA型DNA拓扑异构酶。PagTOP2b主要在杨树幼嫩组织中有较高的表达量。过量表达PagTOP2b基因会导致转基因植株高度、基部节间直径和木质部宽度显著增加。  结论  DNA拓扑异构酶作为一类参与基础生命活动的重要功能酶，在杨树中过量表达ⅡA型DNA拓扑异构酶基因PagTOP2b可促进植株的纵向及径向生长，增加植株生物量。图4表1参28     

黄瓜异戊烯基转移酶基因的克隆及序列分析

根据GenBank拟南芥ATIPTs基因序列设计特异性引物,采用PCR方法从黄瓜S94基因组DNA中克隆出异戊烯基转移酶基因保守区片段;再通过对黄瓜基因组BAC文库的筛选,获得基因的全长序列,命名为cs-ipt,GenBank登录号HQ326777.经序列测定及分析表明,该基因编码序列全长1 005 bp,编码334个氨基酸,氨基酸序列中包含有ATP/GTP结合位点GATGTGKS.同源比对表明该基因的核苷酸序列和推导的氨基酸序列与其他植物的ipt基因都有较高的同源性,其中与杨树的同源性最高为65%.     

枣SEP1基因的克隆和表达分析

SEP类基因属于E类MADS-box基因,在植物花器官发育中发挥重要作用。该研究以‘冬枣’为试材,采用同源克隆和RT-PCR技术从枣中分离到1个SEPALLATA1基因,并进行生物信息学及转录表达分析。序列分析表明,该基因包含完整的开放阅读框为735bp,编码244个氨基酸,预测分子量为27.9247kDa。系统进化树显示,该蛋白与其他植物SEP1类蛋白具有较高的同源性,命名为ZjSEP1(登录号为:KU375248)。实时荧光定量分析表明,ZjSEP1在枣不同组织中表达有显著差异,在蕾、花、幼果等生殖器官中高丰度表达,尤其是花发育前期表达最高;该基因在雄性不育和可育品种中表现出不同的表达模式,初步认为ZjSEP1基因可能在枣花器官的形成过程中发挥一定调控作用。     

果蔗Rar1基因反义载体的构建及遗传转化初步研究

摘要：本研究根据其它作物已克隆的RAR1基因的两个氨基酸保守位点设计简并引物，用果蔗cDNA进行PCR扩增，得到果蔗Rar1基因片段序列，推测出的氨基酸序列与其它作物推测出的氨基酸序列的CCCH结构域和一个锌结合域CHORD-Ⅱ具有很高的相似性，初步证明了所克隆的果蔗Rar1基因片段具有正确的序列信息。并构建了果蔗Rar1反义植物表达载体pCAM-RAR1，转化农杆菌后侵染果蔗的愈伤组织并得到初步验证，为转基因植物的获得以及果蔗Rar1基因功能鉴定奠定了基础。