不结球白菜谷胱甘肽还原酶基因NhccGR1的克隆与表达分析

利用cDNA-AFLP技术,从芜菁花叶病毒(TuMV)侵染的不结球白菜(Brassica campestris ssp.chinensis Makino)幼叶中分离到1条编码谷胱甘肽还原酶的基因片段,通过电子克隆得到其cDNA全长为1 503 bp,编码501个氨基酸,命名为Nhc-cGR1。对该基因进行生物信息学分析,并利用实时定量PCR研究其在TuMV侵染和水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)、乙烯(ET)诱导下的表达情况。结果表明:该基因作为病原相关基因参与了TuMV病害响应,并通过增加自身表达量来激活细胞内的信号转导途径,诱导各种防卫反应相关基因的表达;同时,SA和JA抑制该基因的表达,外施ET能诱导其正向表达。     

不结球白菜BcSERK1基因的克隆及表达分析

[目的]本文旨在研究不结球白菜BcSERK1基因及其在胚胎发生中的作用。[方法]采用同源克隆的方法从不结球白菜‘二桩白’中克隆到BcSERK1基因全长序列,利用生物信息学分析其结构特征,并与其他物种进行氨基酸序列比对和进化分析,同时利用基因枪介导的方法进行亚细胞定位;利用小孢子培养技术研究不结球白菜‘二桩白’和‘四九菜心’小孢子培养出胚情况;采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)分析BcSERK1基因在2个品种不同组织和在小孢子胚胎发生早期的表达特征。[结果]BcSERK1含有1个1 878 bp开放阅读框,编码625个氨基酸。与其他物种的氨基酸序列比对和系统进化分析结果显示:BcSERK1在进化过程中保守程度较高,与甘蓝型油菜亲缘关系最近。亚细胞定位结果显示:BcSERK1蛋白定位于细胞膜上。游离小孢子培养结果显示:‘二桩白’出胚率较高,每蕾6.67个胚,而‘四九菜心’不出胚。RT-qPCR结果表明:BcSERK1在2个品种不同组织中均有表达,除根外‘四九菜心’的组织中其表达量均低于‘二桩白’;在小孢子胚胎发生早期,BcSERK1基因在‘二桩白’不同培养时间的表达量均高于‘四九菜心’。[结论]BcSERK1蛋白在进化过程中保守性较高,定位于细胞膜上;SERK1基因在2个不结球白菜品种中的差异表达表明该基因对胚胎发生具有重要作用。     

不结球白菜BcCNL基因的克隆及功能分析

[目的]CC-NBS-LRR(卷曲螺旋-核苷酸结合位点-富含亮氨酸重复,CNL)是高度保守的植物抗病蛋白家族。本文旨在克隆和研究CNL基因在不结球白菜抗霜霉病中的作用。[方法]以‘苏州青’c DNA为模板克隆获得BcCNL基因全长,并进行生物信息学分析、实时荧光定量PCR(RT-qPCR)检测、亚细胞定位及病毒诱导基因沉默(VIGS)验证。[结果]BcCNL基因含有2 790 bp开放阅读框,编码929个氨基酸,蛋白质相对分子质量为226.7,等电点为2.7。系统进化树结果显示,不结球白菜BcCNL蛋白与野甘蓝的进化关系最近,含有RX-CC、NB-ARC和LRR-3结构域;亚细胞定位显示其定位于细胞膜上。霜霉菌侵染后,BcCNL基因在抗病品种‘苏州青’中的表达量高于感病品种‘矮脚黄’; BcCNL基因的沉默降低了‘苏州青’对霜霉病的抗性。[结论]BcCNL蛋白在进化过程中保守性较高,定位于细胞膜上,BcCNL基因的沉默降低了‘苏州青’对霜霉病的抗性。     

不结球白菜抗病基因同源序列的克隆及分析

【目的】利用同源序列法分离不结球白菜抗病基因同源序列。【方法】根据植物抗病基因TIR-NBS-LRR保守区设计简并引物，对不结球白菜基因组DNA及cDNA进行PCR扩增。【结果】获得了10个具有通读氨基酸序列的片段。同源性比较发现，该10个片段均属于TIR-NBS-LRR类抗病基因同源序列（RGA），与已知R基因相应区段的氨基酸序列一致性为50%～66%。与已知抗病基因聚类分析结果显示，该10个RGA序列可以分为5大类。利用RGA950作为探针进行Southern杂交，结果表明，其在基因组中存在多拷贝。【结论】本研究成功获得了不结球白菜RGA序列，为进一步克隆不结球白菜的R基因奠定了基础。     

不结球白菜病程相关蛋白基因BcPR5的克隆及表达分析

[目的]本文旨在研究不结球白菜病程相关蛋白基因Bc PR5的结构与表达特征。[方法]通过RACE技术,从抗病品种‘苏州青’叶片克隆到Bc PR5基因的全长c DNA序列。采用RT-q PCR方法分析该基因在霜霉病菌诱导,水杨酸(SA)、茉莉酸(Me J)和脱落酸(ABA)等激素处理条件下的表达模式。SDS-PAGE技术分析该基因的原核表达特征。[结果]Bc PR5基因的c DNA全长为954 bp,其中开放阅读框长度为732 bp,共编码243个氨基酸,相对分子质量为26.1×103,理论等电点是9.3。氨基酸同源系统进化分析表明,不结球白菜Bc PR5基因与同属植物的进化关系相近,其中与大白菜第6号染色体上的基因同源性最高(100%)。RT-q PCR分析表明,抗病品种‘苏州青’和感病品种‘矮脚黄’在霜霉病菌和非生物胁迫(SA、Me J和ABA)诱导过程中,Bc PR5基因的表达量均呈先升高后降低的趋势,且抗病品种高于感病品种。原核表达结果表明,该蛋白在终浓度为1.0 mmol·L-1的IPTG诱导4 h后能实现融合蛋白的高效表达。[结论]Bc PR5在不结球白菜抗霜霉病防御反应中发挥着重要作用,研究结果为该基因的功能验证提供理论基础。     

不结球白菜硝酸还原酶基因cDNA的克隆及序列分析

采用离体法测定了经50 mmol.L-1的KNO3诱导不同时间后的雪克青、苏州青、矮脚黄、乌塌菜(黄心乌)4个不结球白菜品种叶片硝酸还原酶的活性。结果表明,4个品种的硝酸还原酶活性变化趋势相似,且分别在4、4、6、6 h达到最高峰。苏州青经50 mmol.L-1的KNO3诱导4 h后,提取其叶片总RNA,用RT-PCR方法获得硝酸还原酶基因cDNA的2条片段,长度为1 125 bp和438 bp,分别编码374个和135个氨基酸,命名为nr1125和nr438。nr1125在GenBank的登录号为DQ001901。     

不结球白菜细胞质雄性不育相关基因BcATPA的克隆和表达分析

[目的]本文旨在克隆不结球白菜BcATPA(ATPase alpha subunit)基因并研究其功能及其在不育系和可育系中的表达差异。[方法]构建BcATPA重组质粒,在NCBI数据库进行核苷酸序列分析,得到不结球白菜ATPA基因全长序列。利用实时定量PCR技术检测BcATPA基因在不结球白菜保持系和不育系的不同组织和器官及不同小孢子发育时期的时空表达情况。[结果]获得了不结球白菜ATPA基因全长序列,命名为BcATPA。该基因的核苷酸序列全长为1 806 bp,其最大开放阅读框长度为1 527 bp,编码508个包含F1-ATP酶α亚基保守区域的氨基酸,并且含有ATP结合、walker A motif和walker B motif等位点,而且在287～315的位置含有29个氨基酸的跨膜区域。BcATPA与芸薹属中的芥菜、甘蓝型油菜和拟南芥亲缘关系特别近,二级结构和三级结构预测表明,该基因与ATP结合有关。实时荧光定量PCR结果表明,BcATPA在不育系中的表达水平高于保持系,在花瓣、萼片中表达水平较高。在整个小孢子发育时期,不育系中BcATPA基因表达量逐渐降低;而在保持系中,从四分体时期开始显著下降,因此不育系与保持系表达量差异逐渐加大。[结论]BcATPA基因在不结球白菜不育系和保持系的各个器官和整个小孢子发育时期的表达水平存在差异,研究结果为进一步研究BcATPA基因与细胞质雄性不育之间的关系提供了理论依据。     

不结球白菜BrCBF基因cDNA全序列克隆及结构特征分析

运用RT-PCR和RACE技术从不结球白菜中克隆到1个抗寒相关基因,命名为BrCBF,基因登陆号为DQ402470.其cDNA全长1 003 bp,含有648 bp的完整开放阅读框,编码216个氨基酸,该基因编码的蛋白序列与拟南芥、荠菜、甘蓝型油菜编码的氨基酸序列有极高的同源性,且具有CBF典型的保守结构域AP2.     

不结球白菜响应ABA和低温基因WRKY18的克隆及表达分析

[目的]WRKY转录因子是植物特有的一类转录因子,广泛参与植物的生长发育、生物及非生物胁迫响应。克隆和鉴定不结球白菜共同响应ABA和低温的WRKY基因,对研究不结球白菜抗逆分子机制和改良其抗逆性具有重要意义。[方法]采用电子克隆的方法在NCBI数据库中进行不结球白菜WRKY18基因全长拼接,然后在不结球白菜‘苏州青’中,克隆到1个与低温及ABA响应相关的WRKY基因,通过生物信息学手段和实时定量RT-PCR(qRT-PCR)技术分析了该基因的序列结构特征及其在低温和ABA处理下的表达变化。[结果]该基因全长为1080bp,含有978bp的开放阅读框,编码326个氨基酸,与油菜及拟南芥的WRKY18直系同源,氨基酸序列相似性分别为87%和73%,命名为BcWRKY18。序列分析表明,该编码蛋白为核蛋白,不含跨膜区,无信号钛,具有WRKYGQK基序(motif)约60个氨基酸残基的WRKY保守结构域,为WRKY转录因子家族成员。系统聚类分析指出了BcWRKY18蛋白的保守性及其在开花植物中的进化关系;序列结构和同源建模分析指出了BcWRKY18蛋白的保守结构域、蛋白质的二级及三级结构分布模型;qRT-PCR检测了BcWRKY18基因在ABA和低温胁迫下的表达,表明低温和ABA都能诱导BcWRKY18基因表达,其表达模式都存在相似的过程,且BcWRKY18基因对ABA的响应比对低温的响应更快、更明显。[结论]从不结球白菜中克隆获得1个新的WRKY类转录因子基因BcWRKY18,基因表达分析发现BcWRKY18可能存在对ABA和低温的共响应及自身反馈调控。     

不结球白菜BrCBF基因cDNA全序列克隆及结构特征分析

运用RT-PCR和RACE技术从不结球白菜中克隆到1个抗寒相关基因,命名为BrCBF,基因登陆号为DQ402470.其cDNA全长1 003 bp,含有648 bp的完整开放阅读框,编码216个氨基酸,该基因编码的蛋白序列与拟南芥、荠菜、甘蓝型油菜编码的氨基酸序列有极高的同源性,且具有CBF典型的保守结构域AP2.     

不结球白菜抗坏血酸合成基因BcGME的同源克隆及胁迫下的表达分析

[目的]本文旨在探究逆境下BcGME基因与抗坏血酸(As A)含量的关系,为培育高品质的不结球白菜品种奠定理论基础。[方法]以不结球白菜‘苏州青’为材料,同源克隆了BcGME基因的全长,应用生物信息学分析了其氨基酸序列,通过实时荧光定量PCR技术测定了BcGME基因在过氧化氢胁迫和水淹胁迫下的表达水平,利用高效液相色谱(HPLC)测定了相应的抗坏血酸含量。[结果]BcGME基因包含一个长度为1 137 bp的开放式阅读框(ORF),编码379个氨基酸。推测其蛋白理论相对分子质量为42.97×103,理论等电点p I值为5.84,分子式为C1907H2949N519O570S22,属于不稳定蛋白。总平均疏水指数为-0.440,属于亲水蛋白。亚细胞定位预测该蛋白分布在细胞质中。BcGME氨基酸序列与十字花科大部分植物的相似性为90%以上,不结球白菜BcGME与十字花科的大白菜、甘蓝型油菜、拟南芥相应蛋白的进化距离较近。过氧化氢胁迫下,As A含量在6 h达到峰值,同时BcGME基因的表达量也达到最高;水淹胁迫下,1 d时As A含量最高为12.99μg·g~(-1),随后As A含量急速下降,1 d时的BcGME基因表达量是0 d的1.5倍。[结论]过氧化氢胁迫和水淹胁迫下,不结球白菜植株中BcGME基因的表达量变化趋势与As A含量变化趋势一致,说明GME可能是不结球白菜抗坏血酸合成途径中的关键调控基因。     

不结球白菜S位点受体激酶基因片段的克隆与表达分析

以不结球白菜自交不亲和系03的基因组DNA和柱头cDNA为模板,利用引物SRKF/SRKR扩增获得长度为964 bp和646 bp的SRK基因片段。序列比较分析表明,克隆的基因片段属于SRK基因的激酶域,该序列包含4个外显子和3个内含子,编码215个氨基酸,与芜菁、甘蓝、芥蓝等SRK基因有90%以上的相似性。荧光定量PCR分析结果表明:自交不亲和系03和自交亲和系105不同组织中SRK基因的表达水平存在显著的差异,SRK基因主要在自交不亲和系的柱头中高度表达,自交亲和系中该基因的表达主要分布于叶片、花蕾和柱头组织中。     

不结球白菜BcICE1基因的克隆与功能分析

[目的]本文旨在分析不结球白菜BcICE1基因的表达模式并探索其在冷胁迫中的功能。[方法]以不结球白菜品种‘NHCC001’为材料,采用同源克隆的方法获得BcICE1基因的全长序列,并进行生物信息学分析;对‘NHCC001’进行4℃低温和PEG-6000模拟干旱处理,检测BcICE1基因对胁迫的响应;构建过表达载体pEarly Gate-BcICE1,利用注射法将载体农杆菌菌液导入烟草细胞进行BcICE1基因的瞬时表达并检测;构建酵母诱饵载体p GBKT7-BcICE1,转化AH109验证其转录激活活性;将pEarly Gate-BcICE1农杆菌菌液利用蘸花法进行BcICE1基因的遗传转化,并用RT-qPCR和Western blot对阳性苗进行鉴定。通过RT-qPCR对BcICE1过表达拟南芥中冷胁迫相关基因的表达水平进行分析。[结果]克隆获得不结球白菜BcICE1基因,其含有1 338 bp的开放阅读框,编码466个氨基酸,相对分子质量为47.40×103,等电点为5.42;氨基酸的多序列比对和系统进化树结果表明,BcICE1蛋白与欧洲油菜、荠菜和拟南芥ICE1蛋白同源关系较近。亚细胞定位表明BcICE1蛋白定位在细胞核中,具有转录激活性且对冷胁迫与干旱胁迫有响应。BcICE1过表达株系能增强植株的抗寒性,同时在低温处理后BcICE1过表达植株中冷胁迫相关基因At CBF3和COR15A的表达量显著高于野生型植株。[结论]克隆并获得BcICE1过表达拟南芥植株,功能分析表明BcICE1基因能增强植株抗寒性。     

不结球白菜BrLOS2基因cDNA全序列克隆及结构特征分析

利用RT-PCR和5'/3'RACE方法,从不结球白菜冷诱导12 h的根中,克隆到1个冷适应相关基因BrLOS2,GenBank登录号DQ334724,其cDNA全长1 666 bp,含有1 335 bp的完整开放阅读框,编码444个氨基酸.BrLOS2基因与芜菁、甘蓝型油菜、拟南芥等物种的烯醇酶基因有80%以上的同源性,有1个烯醇酶N端结构域、1个烯醇酶结构域和保守的DNA结合域.二级结构及三维结构分析表明,BrLOS2具有许多其他LOS家族的共同特性.     

不结球白菜BrABF3基因的克隆与功能分析

[目的]本文旨在研究BrABF3基因在不结球白菜开花时间调控中的功能。[方法]以不结球白菜‘苏州青’为材料,通过同源克隆获得BrABF3基因全长序列,再与其他物种中的同源序列进行进化树分析;利用注射法将农杆菌导入烟草叶片研究BrABF3基因的亚细胞定位;利用PlantCARE在线软件分析启动子motif元件;采用荧光定量PCR(RT-qPCR)技术分析BrABF3基因在早花品种‘苏州青’和晚花‘五月慢’品种不同生长期的表达情况。[结果]BrABF3基因含有1 242 bp开放阅读框,编码413个氨基酸,其蛋白定位于细胞核。在进化过程中BrABF3的氨基酸序列与甘蓝型油菜亲缘关系最近。BrABF3启动子序列中含有大量的motif元件,如光响应元件、激素响应元件和胁迫响应元件等。RT-qPCR结果表明,开花前BrABF3基因在晚花品种‘五月慢’中的表达显著高于早花品种‘苏州青’。[结论]本试验克隆并获得BrABF3基因,其蛋白定位于细胞核,而且在晚花品种中高表达,推测该基因可能参与调控不结球白菜的开花时间。     

不结球白菜BcOPR3基因的克隆与功能分析

[目的]12-氧-植物二烯酸还原酶(12-oxo-phytodienoic acid reductase,OPR)是茉莉酸生物合成途径的关键酶,催化12-氧-植物二烯(OPDA)还原反应生成茉莉酸化合物,广泛参与植物生长过程中的防御系统。本文旨在克隆和研究不结球白菜Bc OPR3基因,研究其对信号分子和非生物胁迫应答的影响。[方法]对不结球白菜OPR3基因进行克隆、生物信息分析、亚细胞定位,并对其在霜霉病菌、脱落酸(ABA)、茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)、机械伤害、低温和热激胁迫下的表达水平进行了分析。[结果]Bc OPR3在2个不结球白菜品种中的序列一致,其Bc OPR3蛋白与同科油菜(Brassica napus)的同源性高达98%,进化关系与之最相近;亚细胞定位结果显示Bc OPR3定位在细胞膜上;实时荧光定量PCR(RT-q PCR)检测结果表明,不结球白菜霜霉病菌、ABA、JA、SA、机械伤害、低温和热激胁迫均能诱导Bc OPR3基因表达。霜霉病菌侵染下,Bc OPR3在抗性自交系‘苏州青’和感病自交系‘矮脚黄’中存在差异表达,并且在抗病自交系中表达量较高。[结论]从不结球白菜克隆得到的Bc OPR3,通过表达分析发现,Bc OPR3可能存在对非生物胁迫的共响应,且在不结球白菜中该基因是在细胞膜上起作用。在非生物胁迫下,基因具有不同的应答模式,抗性自交系Bc OPR3基因的高表达是其具有更高抗性的主要原因。     

不结球白菜BrLOS2基因cDNA全序列克隆及结构特征分析

利用RT-PCR和5‘/3‘RACE方法,从不结球白菜冷诱导12 h的根中,克隆到1个冷适应相关基因BrLOS2,GenBank登录号DQ334724,其cDNA全长1 666 bp,含有1 335 bp的完整开放阅读框,编码444个氨基酸.BrLOS2基因与芜菁、甘蓝型油菜、拟南芥等物种的烯醇酶基因有80%以上的同源性,有1个烯醇酶N端结构域、1个烯醇酶结构域和保守的DNA结合域.二级结构及三维结构分析表明,BrLOS2具有许多其他LOS家族的共同特性.     

不结球白菜BrCOR14基因cDNA全序列克隆及结构特征分析

通过设计保守的基因特异引物,运用RT-PCR、RACE技术从不结球白菜中获得1个抗寒相关基因,命名为BrCOR14,登录号为DQ192529,cDNA全长549 bp,含有387 bp的完整开放阅读框,编码128个氨基酸.该基因编码的氨基酸序列与油菜、拟南芥、荠菜编码的氨基酸序列有极高的同源性.