沙棘果肉发育期油脂合成积累的源汇基因协同表达

[目的]探讨沙棘果肉油脂合成积累与源汇基因表达的关系。[方法]以8个不同发育时期的近缘高油品系‘TF2-36’和低油品系‘杂56’果肉为材料,利用氯仿甲醇法测定含油率,采用qRT-PCR技术分析油脂合成源基因(GPD1)和汇基因(DGAT1和DGAT2)在近缘高低油果肉间的表达差异及其对油脂合成积累的影响。[结果]研究表明:(1)沙棘果肉含油率呈先上升后稳定趋势,‘TF2-36’的果肉含油率一直高于‘杂56’;(2)GPD1、DGAT1和DGAT2基因在‘TF2-36’果肉发育期间中均有明显高于‘杂56’的表达量峰值,但GPD1表达量峰值出现在油脂快速合成期,DGAT1和DGAT2表达量峰值出现在油脂稳定积累期。GPD1在发育前期高表达,促进合成更多的TAG前体G3P,而DGAT1和DGAT2在发育后期高表达,则促进了TAG的高积累。[结论]沙棘果肉高油脂积累源于源基因"GPD1"和汇基因"DGAT1和DGAT2"的协同高表达,研究结果为理解沙棘非种子组织(果肉)油脂合成机理提供了理论依据。     

橡胶树HbMYB20基因的克隆及其对拟南芥次生壁发育的调控

【目的】MYB转录因子是调控植物木质素合成和次生壁形成的重要转录因子之一。本文分离克隆到一个与拟南芥AtMYB20高度同源的橡胶树MYB转录因子基因HbMYB20,并在拟南芥中对其功能进行研究,以期了解其在橡胶树木质素合成和次生壁发育的分子调控中的作用,为橡胶树木材形成的分子调控机制研究及其遗传改良奠定基础。【方法】采用 blast分析从树皮转录组中筛选出与拟南芥 AtMYB20序列同一性较高的橡胶树 MYB 基因HbMYB20;设计 ORF区特异性引物,以树皮 cDNA 为模板进行扩增得到该目的基因 cDNA 序列。实时荧光定量PCR检测该基因在橡胶树叶片、胶乳、茎干以及木质部与韧皮部的相对表达量。构建 HbMYB20过表达植物载体,使用农杆菌蘸花法转化拟南芥,获得该基因过表达转基因株系。采用乙酰溴法和间苯三酚染色法,分析转基因、野生型拟南芥茎的木质素含量以及木质素在拟南芥茎基部横截面中的分布。对转基因、野生型拟南芥茎基部横截面切片进行甲苯胺蓝染色,并测量分析导管、木质纤维和维管束间纤维细胞的细胞壁厚度。最后,采用实时荧光定量PCR分析转基因及野生型拟南芥木质素和纤维素合成相关酶基因的表达。【结果】克隆得到1个橡胶树 MYB 转录因子基因 HbMYB20,该基因开放阅读框( ORF)为927 bp,编码309aa 的蛋白,氨基酸序列分析显示,HbMYB20与AtMYB20/43和 AtMYB85/42同源性较高,属 R2R3MYB转录因子 G8亚组成员。表达分析显示 HbMYB20在橡胶树茎干和木质部中高表达,胶乳中表达最低。对 HbMYB20过表达拟南芥分析显示,该基因在3个转基因株系中均表达;相对野生型拟南芥,转 HbMYB20拟南芥植株生长抑制,木质部和维管束间纤维的木质素染色面积较少、染色程度变浅,茎的木质素含量和木质纤维、导管及维管束间纤维的细胞壁厚度均显著低于野生型;同时转基因株系中木质素合成关键酶基因4CL1和 CCoAOMT的表达量以及纤维素合成关键酶基因 CesA8的表达显著下调。【结论】橡胶树 MYB转录因子 G8亚组成员 HbMYB20,在茎和木质细胞中高表达。拟南芥中过表达 HbMYB20导致转基因植株的矮小,细胞壁变薄,阻碍木质部中木质素的合成和积累,同时木质素和纤维素合成相关酶基因的表达显著下降。由此推测 HbMYB20对拟南芥的木质素和纤维素合成都具有负调控作用,可能是1个橡胶树次生壁发育的负调控因子。     

蜡梅CpEXP1基因启动子的克隆及活性分析

【目的】细胞扩展蛋白(EXP)作为植物细胞壁的重要组成部分,参与种子萌发、营养器官发育、果实成熟、器官脱落、植物抗逆等植物生长发育过程中的多个环节。通过研究蜡梅细胞扩展蛋白基因CpEXP1启动子活性功能,为研究CpEXP1基因在蜡梅生长发育过程中的功能提供理论依据。【方法】以蜡梅‘磬口素心’为材料,通过hi-TAIL PCR法从蜡梅基因组DNA中克隆CpEXP1基因上游调控序列,利用生物信息学软件,分析CpEXP1基因启动子序列中潜在的顺式调控元件。构建该基因与GUS报告基因融合的植物表达载体,利用农杆菌介导的叶盘法在烟草叶片中进行启动子活性的瞬时表达研究,并进一步利用花序侵染法在拟南芥中进行稳定表达,利用GUS组织化学染色和GUS报告基因的实时荧光定量PCR检测,分析CpEXP1基因启动子的活性。【结果】获得了长度为2 485 bp的蜡梅细胞扩展蛋白基因CpEXP1上游调控序列(GenBank Accession:MG452931),序列分析表明该启动子中除含有核心元件TATA-box和CAAT-box外,还包含多个与植物非生物胁迫及组织特异表达相关的顺式作用元件。在烟草中的瞬时表达分析表明该启动子具备驱动报告基因GUS表达的功能。进一步对转基因拟南芥植株的GUS组织化学染色和GUS基因表达分析结果显示,CpEXP1基因启动子在转基因拟南芥种子萌发初期活性较强,在子叶以及幼苗真叶中未检测到GUS活性;在花和根中活性较弱;在成熟叶片中可以检测到GUS活性,特别是在衰老叶片叶柄脱落区表达强烈。此外,该启动子在幼果中具有较强活性,随后启动活性逐渐下降,成熟果荚中仅在果柄脱落处能够检测到GUS活性。同时,转基因拟南芥植株中的CpEXP1基因启动子活性受高温(42℃)、低温(4℃)和水杨酸(SA)诱导,特别是对低温胁迫响应强烈,在4℃低温处理后,转基因拟南芥叶片中GUS基因的表达量是处理前的的8.7倍。【结论】CpEXP1基因启动子在转基因拟南芥不同发育阶段、不同器官中的活性具有明显差异,推测该启动子可能在种子发芽、叶片脱落以及果实脱落中发挥作用,同时CpEXP1基因启动子活性可被不同非生物胁迫诱导,可能参与植物抵御非生物胁迫的调控途径。     

84K杨PagMSBP1/2a基因对木质素合成的影响

【目的】膜类固醇结合蛋白(MSBP)是一类定位在细胞质膜上的类固醇受体蛋白,通过响应激素调节信号、参与类固醇代谢影响植物生长发育过程。研究杨树MSBP对生长发育过程的影响,尤其是对木材形成过程的作用,为杨树木材品质改良提供支撑。【方法】以拟南芥MSBP1蛋白序列在毛果杨、银腺杨84K基因组中进行同源序列比对,获取杨树MSBP的核苷酸和氨基酸序列,构建系统进化树并绘制基因结构图谱;利用qPCR分析杨树MSBP基因在84K杨顶芽、根、茎、叶中的相对表达量;在AspWood表达谱数据中分析同源基因在木材形成中的表达模式;构建35 S∷GFP-PagMSBP1/2a植物表达载体,通过农杆菌介导瞬时转化烟草叶片,激光共聚焦显微镜观察其亚细胞定位情况;构建35 S∷PagMSBP1/2a植物表达载体,利用农杆菌介导的叶盘法转化84K杨,通过震荡切片观察转基因和对照植株茎段木质部差异;采用乙酰溴法和间苯三酚染色法,分析转基因和对照植株的木质素含量以及木质素在杨树茎段维管组织中的分布。【结果】同源比对鉴定出杨树7个MSBP成员,根据进化关系和基因结构对杨树基因进行命名,其中与AtMSBP1、AtMSB...     

油茶DGAT1基因植物表达载体的构建

DGAT酶是三酰甘油(TAG)合成的Kennedy途径中唯一的限速酶,因此直接影响三酰甘油(TAG)的累积.本研究在已克隆分离到Co-DGAT1基因全长cDNA序列的前期基础上,利用含有双酶切位点的特异引物扩增出Co-DGAT1基因的开放读码框,定向克隆到植物转化载体pBI121中,并采用冻融法导入农杆菌LBA4404,为进一步通过转基因技术研究该基因的功能奠定了基础.     

甜菜碱合成调控基因共表达载体的构建与抗盐初步研究

甘氨酸甜菜碱是植物体内重要的渗透调节物质,通过逐步克隆方法,将甜菜碱合成途径中编码三个关键酶(PEAMT、CMO和BADH)的基因构建到同一表达载体中,并经过酶切检测,证明得到了正确表达载体质粒———pCBP。将pCBP转入农杆菌GV3101,用真空渗透法转化拟南芥(Col 0)植株,通过抗性筛选获得了转基因植株,PCR检测证实三个目的基因已经转入到拟南芥植株中。抗盐性检测表明,在含NaCl125mmol·L-1的1/2MS培养基上,转基因植株的生长明显优于Col 0。     

超表达牛奶子EutPDS提高番茄果实番茄红素含量

【目的】牛奶子果实中富含番茄红素,八氢番茄红素脱氢酶(PDS)是番茄红素生物合成上游的重要酶。特异性超表达牛奶子Eut PDS基因(Gen Bank登录号:GQ254067),以期提高番茄果实中的番茄红素含量。【方法】通过RT-PCR方法从牛奶子果实中分离EutPDS基因cDNA及基因组全长,Southern杂交分析基因的拷贝数,专用软件分析此基因及蛋白结构。采用番茄2A11启动子构建果实特异性超表达载体,转化根瘤农杆菌GV3101后,借助农杆菌介导的叶盘法转化至‘中蔬四号’番茄。半定量RT-PCR检测转基因植株果实EutPDS基因的表达,高效液相色谱仪、实时定量PCR分别用于分析转基因番茄果实主要类胡萝卜素组分含量和内源类胡萝卜素代谢相关基因表达的变化。【结果】从牛奶子中克隆的EutPDS基因长度为1 920 bp,含有1 749 bp ORF。其基因组序列无内含子,单拷贝。EutPDS编码1个582个氨基酸的蛋白,该蛋白与其他植物PDS有很高的同源性,具有典型的二核苷酸结合域、类胡萝卜素结合域。采用农杆菌介导方法转化番茄叶盘,PCR检测,潮霉素筛选,成功获得了2个EutPDS转基因番茄株系,其果实颜色较对照更红。半定量分析显示外源EutPDS基因在转基因番茄果实中超表达,实时定量PCR分析表明番茄红素生物合成上游2个内源基因Sl PSY和Sl ZDS受影响显著上调,同时1个下游基因Sl LCY-e的表达则显著下调,使得转基因番茄果实中番茄红素含量为野生型的2倍,但β-胡萝卜素含量无显著变化。【结论】在番茄果实中特异性超表达牛奶子EutPDS基因可有效促进番茄果实中番茄红素的合成和积累。     

鹅掌楸LcPAT8基因的克隆及功能初步分析

【目的】基于前期鹅掌楸生长性状与EST-SSR分子标记关联分析结果,克隆分离与鹅掌楸生长性状相关联的SSR位点相对应的基因,通过分析其序列特征、结构特征、与其他物种同源基因的亲缘关系和表达特性,初步了解该基因在鹅掌楸生长发育过程中的作用。同时,利用遗传转化技术对分离的基因进行功能研究,以期为鹅掌楸生长发育的分子机制研究及功能基因挖掘奠定基础。【方法】以鹅掌楸叶芽为材料,借助其叶片转录组数据库,采用RT-PCR和RACE技术克隆分离与鹅掌楸生长性状相关联的642号位点对应的EST序列相关基因,对其进行生物信息学分析。通过实时荧光定量PCR检测该基因在鹅掌楸花芽、盛花期的叶芽、叶片、花瓣、雄蕊、雌蕊中的相对表达量。利用Gateway技术构建该基因的植物过表达载体,使用农杆菌GV3101介导的花絮浸染法转化拟南芥,获得T2代转基因植株,直接观察转基因植株表型。【结果】克隆获得与鹅掌楸生长性状相关联的642号位点相对应的基因,该基因全长1 968 bp(GenBank登录号:KU883608),开放阅读框为1 269 bp,编码422个氨基酸。生物信息学分析表明该基因编码的蛋白序列含有1个典型的DHHC-CRD结构域,属于DHHC型锌指蛋白家族成员,与其他植物预测的蛋白质棕榈酰基转移酶(PAT)高度相似,并根据与NCBI中拟南芥PAT基因的比对结果,将其命名为LcPAT8。组织表达分析表明,LcPAT8基因在鹅掌楸花芽、叶芽等6个组织中均有表达,在雌蕊中表达量最高,花瓣和叶片中的表达量高于叶芽和花芽,而在雄蕊中的表达量最低。利用Gateway技术,成功构建了鹅掌楸LcPAT8基因的植物过量表达载体,获得T2代转基因拟南芥。与野生型拟南芥相比,过表达LcPAT8基因的拟南芥植株的莲座叶片数目以及抽薹时间没有发生明显变化,而野生型植株大部分角果成熟、叶片枯黄掉落时,转基因植株依然生长旺盛,叶片鲜绿并且还有大量花絮,在野生型植株干枯死亡后,转基因植株还有大量侧枝生长、开花。【结论】鹅掌楸LcPAT8基因在雌蕊中表达量最高,其次是花瓣,可能参与花瓣的扩展、心皮及胚的发育;在拟南芥中过表达LcPAT8基因,明显延长了植株的生长期。因此,鹅掌楸LcPAT8基因可能在植物生长发育过程中起着重要的调控作用。     

马尾松PmPIN1基因的克隆及功能分析

【目的】PIN1基因通过调控生长素极性运输的方式在植物根系生长发育中发挥作用。对马尾松PmPIN1基因进行全长克隆和功能分析,有助于在分子水平揭示马尾松的生根机制。【方法】运用PCR和RACE技术成功克隆马尾松PmPIN1基因cDNA序列;利用生物信息学软件分析PmPIN1基因的核苷酸序列及其编码蛋白的氨基酸序列,并构建系统进化树;通过实时荧光定量分析PmPIN1基因在10年生马尾松幼根、1年生枝条、新叶、花中的表达量差异;利用农杆菌侵染法将PmPIN1基因转入烟草获得转基因植株,比较转基因烟草与转pCAMBIA-1302空白载体烟草之间的表型差异;用激光共聚焦显微镜观察PmPIN1-GFP荧光蛋白在转基因烟草根中的表达模式;酶联免疫法测定野生型和转基因烟草的根、根茎结合处及叶中的生长素含量;用不同浓度的生长素极性运输抑制剂1-N-萘基邻氨甲酰苯甲酸(NPA)处理野生型与转基因烟草,分析烟草根、根茎结合处、叶中的生长素含量变化;利用PEG介导法将16318-hGFP-PmPIN1重组载体转化至拟南芥原生质体中进行亚细胞定位分析。【结果】PmPIN1基因全长2914bp,包含2085bp的ORF,编码的蛋白由695个氨基酸组成,N端与C端均有膜运输蛋白。系统进化树显示马尾松与油松在发育树同一支上。通过实时荧光定量发现PmPIN1在不同组织中的表达量差异达到极显著,1年生枝条与幼根中表达量较高,花中最低。农杆菌介导法转化烟草获得的转基因烟草,较转空载烟草株高增长,生根量增加且根系变长。激光共聚焦显微镜观察得出转基因烟草根部中间有明显绿色荧光富集现象。酶联免疫法测定结果表明转基因烟草根、根茎结合处生长素含量高于野生型,且叶较根和根茎结合处减少。不同浓度NPA处理后,野生型烟草根中生长素含量变化达极显著,且生长素含量随NPA处理浓度的增加而减少;处理浓度为10nmol·L~(-1)时,叶中生长素含量最高;处理浓度为2nmol·L~(-1)时,根茎结合处生长素含量增加较多。不同浓度NPA处理后,转基因烟草不同部位生长素含量变化均未达到极显著。亚细胞定位分析表明PmPIN1蛋白主要分布于细胞膜上。【结论】马尾松PmPIN1与油松PIN1亲缘关系最近。PmPIN1属于膜蛋白。PmPIN1转基因烟草可能提高生长素由地上部位向地下部位的运输能力,减少NPA对生长素含量变化的影响,表明PmPIN1可能调控生长素的极性运输;PmPIN1-GFP绿色荧光富集在根部中间部位,PmPIN1在幼根中表达量较高,转基因烟草较转空载植株发根量多,根长长。研究结果表明PmPIN1基因可能在根系发育中发挥重要作用。     

转桑树MAPK5基因拟南芥在不同逆境胁迫下的抗性分析

【目的】植物促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)在响应生物与非生物胁迫中发挥重要作用。本研究通过分析桑树(川桑)B家族MAPK基因MnMAPK5的亚细胞定位和启动子活性,并将其转入拟南芥中进行过表达研究,探讨MnMAPK5在逆境胁迫下的作用机制。【方法】将MnMAPK5的上游启动子连接到p BI121载体上,通过花粉介导法转入拟南芥中,经高温、低温、NaCl和PEG处理后进行GUS染色分析。通过构建过表达载体,将MnMAPK5转化到拟南芥中,用T3转基因植株进行抗逆境胁迫分析。【结果】MnMAPK5基因的编码蛋白定位于细胞质和细胞核中。在拟南芥中检测MnMAPK5启动子驱动的GUS活性的结果显示,MnMAPK5启动子活性受到了高温、低温、高盐和干旱胁迫的诱导。在高盐、干旱、低温和H_2O_2处理条件下,过表达MnMAPK5抑制了转基因拟南芥的萌发和生长。在盐胁迫下,过表达MnMAPK5提高了转基因植株中的MDA含量和POD活性,降低了CAT活性、可溶性糖含量和H_2O_2含量;在干旱胁迫下,过表达MnMAPK5提高了转基因拟南芥中的MDA和H_2O_2含量,降低了CAT和POD活性;在低温下,转基因拟南芥相比野生型植株表现出更低的CAT活性、POD活性、脯氨酸含量和可溶性糖含量;在氧化环境胁迫下,转基因拟南芥的MDA含量显著高于野生型拟南芥,而脯氨酸含量和可溶性糖含量要低。此外,在各个胁迫环境条件下,AtPOD、AtCAT和AtRD22等胁迫相关基因的表达量在转基因植株低于野生型拟南芥。【结论】MnMAPK5启动子在转基因拟南芥中的活性受到了不同非生物胁迫的诱导。过量表达MnMAPK5降低了拟南芥对非生物胁迫的抵抗能力,表明MnMAPK5在逆境胁迫下起着负调控作用。     

毛竹PeIRX10基因在木聚糖合成中的功能

【目的】克隆毛竹木聚糖合成关键酶基因Pe IRX10,并对其进行表达分析和功能初探,为毛竹中木聚糖合成分子机制的探究提供理论依据。【方法】以毛竹为研究对象,根据毛竹基因组数据库中序列信息设计引物,通过RT-PCR克隆得到1个在模式植物拟南芥木聚糖合成中起关键作用的同源基因,命名为Pe IRX10;运用生物信息学的方法对其核苷酸序列及其编码的氨基酸序列进行分析;通过qRT-PCR对毛竹的根、茎、叶、花和笋5个部位进行组织表达特异性分析。利用Gateway克隆技术构建Pe IRX10的植物表达载体,通过蘸花法转化拟南芥irx10l(-/-)irx10(+/-)双突植株,经BASTA筛选及PCR植株表型鉴定获得具有irx10l(-/-)irx10(-/-)双突背景的转基因植株;通过表型观察、茎部切片甲苯胺蓝染色观察、细胞壁单糖成分分析以及木聚糖免疫定位观察探讨该植株中Pe IRX10基因的功能。【结果】从毛竹中克隆得到Pe IRX10(PH01004923G0080,http:∥www.bamboogdb.org/)基因的ORF序列,长度为1 251 bp,编码416个氨基酸,蛋白质的理论分子质量为46 821 Da,等电点为6.26;其氨基酸序列与其他植物的IRX10基因具有很高的相似性(80%),属于GT47家族;qRT-PCR结果表明,Pe IRX10基因在毛竹笋和茎中高度表达。过量表达Pe IRX10基因的转基因拟南芥植株可以互补于拟南芥IRX10双突植株irx10l(-/-)irx10(-/-),表现出正常的株高、茎粗以及叶片大小和数量;转基因拟南芥植株的茎部切片甲苯胺蓝染色观察发现,其维管束间纤维和木质部导管细胞的细胞壁厚度与野生型拟南芥相近;细胞壁单糖分析发现,互补植株木糖含量以及其他单糖(例如阿拉伯糖、半乳糖和葡萄糖等)的含量与野生型相近;木聚糖免疫定位分析表明,Pe IRX10基因的过表达可以使irx10l(-/-)irx10(-/-)双突植株中木质部和束间纤维中LM10信号几乎完全恢复。【结论】在irx10l(-/-)irx10(-/-)双突拟南芥植株中过量表达Pe IRX10基因可以使植株的表型和次生细胞壁缺陷恢复,表明毛竹Pe IRX10基因与拟南芥IRX10基因具有相似的功能,都在木聚糖的合成过程中发挥重要作用。     

杨树油菜素内酯合成基因DET2的克隆与功能分析

[目的]DET2基因编码一个5α-还原酶,是油菜素内酯(BRs)合成过程中的关键限速基因。研究DET2基因在杨树生长发育中的作用,对于进一步研究油菜素内酯在木本植物中的调控机制有重要意义。[方法]从银腺杨84K(Populus alba×P. glandulosa,‘84K’)克隆得到拟南芥AtDET2同源基因PagDET2,利用生物信息学对其进行序列比对、生化特征分析、构建系统发育进化树。通过RT-PCR分析其在杨树中的表达模式。构建由CaMV 35S强启动子驱动的过表达载体,通过农杆菌介导的叶盘转化法转化84K杨,得到PagDET2-OE转基因植株。分析过表达DET2基因对于转基因植株内源BRs含量、植株生长和抗逆的影响。[结果]克隆了包含全长编码区PagDET2基因全长,可编码一个长度为257个氨基酸的蛋白质。其蛋白序列与毛果杨、拟南芥、水稻、棉花、大豆、番茄DET2蛋白同源性较高,说明该基因在进化过程中相对保守。PagDET2在84K杨不同组织中均检测到表达,其在茎中的表达较高。通过ELISA检测植物BRs含量发现,过量表达DET2可以显著提高杨树内源BRs含量。过量表达DET2基因,可以导致转基因植株的高生长,但对盐胁迫更加敏感。[结论]DET2基因作为BRs合成的关键基因,在杨树中过量表达可以显著提高内源BRs含量,促进植株增高。DET2转基因植株的获得为进一步分析BR参与木本植物生长发育的调控机制奠定了基础。     

中间锦鸡儿fad2基因片段克隆、反义表达载体构建及遗传转化初步研究

以我国重要的生物能源灌木--中间锦鸡儿枝叶和种子为材料,根据GenBank中已经发表fad2基因的同源序列,利用PCR技术克隆得到基因片段.在GenBank中Blast(GenBank登录号AY957393)所得基因片段和同属豆科的Glycine max Gmfad2-2a同源性高达88%,位于fad2基因编码区中部.将所得片段经BamHI和SacI酶切后插入表达载体质粒pBI121,构建了反义表达载体pBI121fad2,并利用农杆菌介导法转入烟草叶片,获得了抗卡那霉素和氨苄青霉素的再生烟草植株.初步分析结果表明:与对照烟草相比,转基因烟草种子脂肪酸含量没有明显差异,而亚油酸则减少10.3%.     

油桐DGAT1基因在不同品种及种子发育阶段的表达模式

应用实时荧光定量PCR(real-time quantitative PCR)技术,研究了油桐DGAT1在不同品种以及种子不同发育阶段的表达模式。结果表明:DGAT1在6个不同品种成熟种子中的相对表达量差异不明显,这种表达量与种仁含油率相关性也不明显。在油桐‘ZN L-F52’种子不同发育阶段中,DGAT1均有表达,在6、7、10月份表达量较低,而在8、9月份表达量高,相对表达量呈上调趋势,这与油桐种仁油脂形成规律相符合,说明该基因可能与油桐油脂合成调控有着密切的关系。     

毛果杨Rubisco活化酶基因的克隆与功能分析

【目的】核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(Rubisco)是参与植物光合作用的第1步碳同化的关键酶,而Rubisco活化酶(RCA)能够使Rubisco处于稳定的催化活性状态,从而提高光合效率。本研究从毛果杨中克隆RCA基因并通过遗传转化南林895杨,获得PtRCA高表达的转基因株系,并进行分子检测及相关功能分析,为培育杨树新型高光效抗逆品种提供依据。【方法】基于毛果杨基因组数据库信息克隆PtRCA基因序列,利用生物信息学对PtRCA基因进行功能和结构分析。采用Gateway技术将PtRCA构建到植物表达载体pGWB406中,以南林895杨为受体材料,通过农杆菌介导法进行遗传转化。以转PtRCA基因南林895杨和对照(南林895杨)为材料,测定分析在高温胁迫下转基因植株的基因表达、光合参数和叶绿素荧光参数的差异。【结果】从毛果杨中克隆获得PtRCA的CDS序列长1 323 bp,编码440个氨基酸残基,其蛋白相对分子质量为48 315.9 Da,等电点pI为5.57,为疏水性蛋白,无信号肽以及跨膜结构;通过序列对比,发现PtRCA属AAA+超级家族一员,且与大豆、拟南芥RCA蛋白同源性较高。转PtRCA基因南林895杨RCA表达量均高于对照,且能够利用强光充分进行光合作用,其光饱和点也均高于对照,增加约12.5%~37.5%;光补偿点除3号株系外,其他转基因株系均略低于对照;转基因植株在光饱和点的光合速率比对照增高24.6%~55.7%。转基因株系对CO_2的利用能力和羧化效率均强于对照组,CO_2饱和点除1号和4号株系外,其他株系均比对照低12.5%~25.0%;CO_2补偿点比对照降低53.1%~80.4%;光呼吸比对照低37.7%~79.3%,并且转基因杨树在CO_2饱和点的光合速率比对照增高4.4%~26.4%。另外,转基因杨树表现出耐光氧化的能力,光氧化处理后,对照PSⅡ原初光化学效率下降61.7%,而转基因杨树下降45.0%~53.1%;对照PSⅡ实际光化学效率下降54.1%,而转基因杨树下降38.7%~52.0%;光化学猝灭系数对照下降68.3%,而转基因杨树下降51.0%~65.8%;非光化学猝灭系数对照仅增加3.0%,而转基因杨树增加6.0%~26.5%。【结论】杨树Rubisco活化酶(PtRCA)蛋白与大豆、拟南芥RCA蛋白同源性较高。通过实时定量及相关生理分析表明,转PtRCA基因南林895杨具耐高温特性,利用CO_2和强光进行光合作用的能力较强,催化Ru BP进行羧化反应的效率较高。转PtRCA基因杨树能够充分利用吸收的光子,PSⅡ反应中心效率较高,过剩光能量得到较好的耗散,表现出耐光氧化的能力。研究结果表明,PtRCA基因的高效表达提高了转基因植株的光合效率,并对高温高光强具有调节能力。     

木糖选择系统下xylA&BADH双价基因对二色胡枝子的遗传转化

【目的】建立安全、无抗生素的二色胡枝子遗传转化体系,通过基因工程技术进一步提高二色胡枝子的抗逆性。【方法】采用PCR法从大肠杆菌DH5α菌株中克隆木糖异构酶基因(xyl A);构建含有xyl A和甜菜碱醛脱氢酶基因(BADH)的植物表达载体p BI121-xyl A-BADH;培养基中用木糖取代一定量的蔗糖建立二色胡枝子的木糖选择系统;以农杆菌介导法对二色胡枝子的子叶节进行遗传转化,通过PCR和Southern检测确定转基因植株;对转化植株及非转化植株进行0.5～2 g·L~(-1)Na Cl胁迫,观测植株生长表现,测定1 g·L~(-1)Na Cl胁迫下转化植株和非转化植株的甜菜碱醛脱氢酶活性、叶绿素、电导率。提取转化植株及非转化植株组培苗叶片中的可溶性总糖,用高效液相色谱仪分析糖成分。【结果】测序结果表明,克隆的木糖异构酶基因与Gen Bank公布的大肠杆菌xyl A核苷酸序列的同源性达到100%,PCR及酶切检测表明正确构建了p BI121-xyl A-BADH植物表达载体。在二色胡枝子遗传转化过程中,应在纯木糖培养基上筛选抗性芽,在抗性芽增殖和生根过程中,可以采用蔗糖5 g·L~(-1)、木糖25 g·L~(-1)的糖类混合剂进行进一步筛选。在农杆菌介导的遗传转化中,外植体预培养1天后,采用LBA4404菌株侵染20～30 min,共培养3天,可以获得相对较多的木糖抗性芽。对获得的部分抗性芽进行PCR及Southern检测,得到2个转基因株系,二色胡枝子遗传转化率低于4.7%。耐盐性观测表明,转基因植株能够在含有2 g·L~(-1)Na Cl的培养基上生长并生根,而非转基因植株在相同培养基上则叶子变黄、脱落,且不能生根。无盐胁迫时,转基因和非转基因植株在甜菜碱醛脱氢酶活性、叶绿素含量和电导率方面无显著性差异;盐胁迫后,非转基因植株的甜菜碱醛脱氢酶活性无明显变化,而转基因植株的甜菜碱醛脱氢酶活性大幅度提升,且达到非转基因植株的8～10倍;盐胁迫后,转基因植株的叶绿素含量显著高于非转基因植株,而电导率则显著低于非转基因植株。高效液相色谱的分析结果显示,转基因植株叶片中测出了果糖和葡萄糖,而非转基因植株叶片中测出了葡萄糖和一种未标示的糖类。【结论】建立了二色胡枝子在木糖选择系统下的遗传转化体系,并获得稳定表达的转基因植株。外源甜菜碱醛脱氢酶基因可提高二色胡枝子的耐盐性;来源于大肠杆菌的木糖异构酶基因的导入会影响二色胡枝子的糖代谢。     

南美油藤种子发育过程的代谢组学和转录组学联合分析

【目的】南美油藤种子油中富含不饱和脂肪酸,是一种具有重要经济价值和应用前景的油料植物。目前影响南美油藤种子油脂合成的关键基因、途径及其调控机理尚未清晰。因此,对南美油藤种子的脂质代谢物的动态变化规律及重要脂肪酸代谢相关调控基因的研究,不仅能够为提高其种子油产量和改善油脂品质提供理论基础,也可为其他木本油料植物高效开发利用提供有价值的参考依据。【方法】选用不同生长阶段的南美油藤种子(形成初期、发育初期、中期、后期、成熟期)为研究对象,结合GC-MC代谢组学技术和高通量转录组测序技术,分析种子发育过程中脂质代谢物含量的动态变化规律,并根据种子不同生长阶段的差异表达基因寻找出脂质代谢物生物合成与累积的关联酶基因。【结果】脂质代谢组学分析发现,南美油藤种子中高含量的α-亚麻酸和亚油酸主要在种子成熟阶段合成与累积,是判别南美油藤种子中脂肪酸缓慢累积时期与快速累积阶段的依据。转录组学分析表明,南美油藤种子成熟阶段前后的基因表达存在显著差异。结合代谢组学与转录组学的分析结果显示,与脂肪酸生物合成和累积相关的6个关键酶基因的表达模式与脂肪酸的合成和累积存在显著的相关性,基因家族的不同成员存在生物学功能的差异性和多样性。其中FAD2-3、FAD7、FATA、KAS2、LACS2、LACS8和SAD酶基因表达与脂肪酸总含量及主要脂肪酸含量呈显著正相关,说明7个酶基因表达对南美油藤种子油脂的合成与累积有促进作用;FAD2-2、KCS1、KCS10和LACS1酶基因与脂肪酸总含量及主要脂肪酸含量呈显著负相关,说明4个酶基因的表达对南美油藤种子油脂的合成与累积具有抑制作用。【结论】南美油藤种子成熟前后脂肪酸含量及差异表达基因存在显著差异,可依据种子中α-亚麻酸和亚油酸的含量变化将种子发育过程划分为脂肪酸缓慢累积和快速累积2个时期;南美油藤种子脂肪酸代谢中的6个关键酶基因的表达模式与脂肪酸的合成和累积存在显著的相关性,且同一基因家族的不同成员在脂肪酸的累积过程中可能具有不同的生物学功能。研究结果可为利用分子生物学技术提高南美油藤种子油产量和改变脂肪酸组分提供备选基因和相应的理论基础。     

蜡梅转录因子CpTAF10基因的克隆及功能分析

【目的】 TATA框结合蛋白相关因子TAF10作为基本转录因子之一,在生长发育和胁迫响应过程中发挥着广泛的、重要的生物学作用。对蜡梅中TAF10同源基因 CpTAF10的克隆与功能分析,有利于丰富对植物TAFs基因功能的认识,并为解析蜡梅抗逆形成的转录调节机理提供新的理论依据。【方法】以转录组数据库中获得的蜡梅TAFs家族基因序列,克隆得到 CpTAF10基因的cDNA序列,并对其编码蛋白进行序列特征和进化树分析。采用实时荧光定量PCR 技术分析 CpTAF10基因在蜡梅不同组织及花期中的表达特性,以及高温、低温、盐胁迫及ABA处理后的表达变化。同时,构建 CpTAF10基因的过表达载体,采用花序侵染法进行拟南芥遗传转化,对拟南芥转基因纯合株系进行表型观察和胁迫耐性分析。【结果】获得的 CpTAF10基因 cDNA序列为712 bp,包含405 bp的开放阅读框(ORF),编码134个氨基酸,蛋白理论分子量为15.21 kDa,预测的等电点pI值为5.19。CpTAF10蛋白序列与其他植物同源序列具有较高的同源性,蛋白多序列比对显示CpTAF10蛋白属于TAF10同源蛋白,并含有组蛋白折叠结构域。表达特性分析结果发现,CpTAF10基因在蜡梅的根、茎、子叶、幼叶、成熟叶和花6个不同组织中均有不同程度的表达,其中,在成熟叶中的表达量最高。 CpTAF10在蜡梅花朵的不同花期中,呈现出波动的表达模式,在衰老期表达量最高。在低温、盐胁迫和ABA处理的蜡梅叶片中均能被诱导表达,但其表达变化各不相同。在拟南芥中过表达 CpTAF10基因可提高盐胁迫下拟南芥种子的萌发率,相对于野生型植株,转基因植株的主根和侧根在盐胁迫下均表现出一定的生长优势。【结论】 CpTAF10基因能在低温、盐胁迫和ABA处理后诱导表达,可能参与蜡梅逆境胁迫耐性的分子调控。在拟南芥中过表达 CpTAF10基因显著提高了转基因拟南芥的萌芽率及主根和侧根的生长优势,在一定程度上可增强植物的盐胁迫耐性。     

蜡梅花发育相关基因CpUFO表达特性与功能分析

【目的】UFO是被子植物中首个被发现的F-box蛋白,主要参与调控花分生组织特性和花器官发育。本文通过对蜡梅CpUFO基因表达特性分析及异源表达拟南芥表型分析,初步鉴定CpUFO的功能,为阐明蜡梅花发育分子调控机制提供参考。【方法】基于前期构建的蜡梅转录组数据,克隆蜡梅CpUFO基因并对其编码蛋白进行同源比对及进化树分析。根据qRT-PCR分析CpUFO基因在不同组织、器官及全年花发育各阶段中的相对表达量,比较35S::CpUFO转基因拟南芥株系及Col-0野生型表型差异,并通过qRT-PCR检测过表达拟南芥株系内源开花相关基因的表达特性,分析过表达CpUFO对拟南芥开花时间以及花器官发育的影响。【结果】获得的CpUFO基因c DNA序列为1 665 bp,编码403个氨基酸,含有保守的F-box结构域。CpUFO在外花被片中表达量相对最高,其次是内花被片,在果、茎、叶、腋芽及雌雄蕊中表达水平较低;而在全年花芽中的表达量分析结果显示,低温打破休眠后的露瓣和始花以及盛开期花芽中的表达量显著高于其他时期。与野生型拟南芥相比,35S::CpUFO转基因株系莲座叶数目减少,开花提前,且拟南芥内...     

梨S_(12)-RNase基因启动子植物表达载体的构建及转基因研究

为了检测S12-RNase启动子的表达特性,以pBI101.2为基础,构建了砂梨S12-RNase基因启动子5’端系列缺失植物表达载体PS12-(0～5)-GUS-pBll01.2,并通过农杆菌介导的Floral Dip法转化哥伦比亚野生型拟南芥。卡那霉素和PCR鉴定表明:GUS基因已整合到转基因植株的基因组中,为下一步进行启动子功能的鉴定奠定了基础。