甘薯IbHKT-like基因的克隆与表达分析

植物高亲和钾转运体HKT基因具有Na+(或K+)单向运输或Na+-K+共转运作用.为了探究甘薯高亲和钾转运体HKT的离子转运情况及其对非生物胁迫的响应,本研究克隆得到1个甘薯钾离子转运体IbHKT-like基因.生物信息学分析结果表明,IbHKT-like基因序列全长为1647 bp,编码548个氨基酸.IbHKT-like蛋白有2个TrkH(细菌钾转运系统Trk亚基)保守结构域,10个跨膜片段.进化树分析结果表明,IbHKT-like蛋白与旋花科的矮牵牛InHKT6氨基酸序列十分相似,相似度为90.63％.亚细胞定位结果显示,IbHKT-like蛋白主要定位在细胞质膜,在叶绿体中存在少量分布.组织特异性分析结果表明,IbHKT-like基因在叶中表达量最高.实时荧光定量PCR结果显示,IbHKT-like基因的表达受到低温、干旱、高盐及过氧化氢胁迫的诱导,说明IbHKT-like基因可能在甘薯抵御非生物胁迫中发挥着重要的作用.     

蚕豆耐盐相关基因VfHKT1;1的克隆、生物信息学分析及表达特性

高亲和性钾离子转运蛋白(high affinity K+transporter,HKT)能够调节细胞及整株的Na+/K+转运,在植物盐胁迫调控中发挥着重要作用.采用RT-PCR和PCR方法克隆获得蚕豆VfHKT1;1基因全长编码序列,该基因包含1659 bp的开放阅读框,编码552个氨基酸.系统进化树分析发现,该蛋白属...     

植物体内Na/K转运体研究进展

综述了目前发现的植物体内Na/K转运蛋白主要是HAK和HKT家族基因,其中HAK家族基因主要负责高亲合K的吸收和运输,而HKT家族基因不仅具有高亲合K的吸收和转运的功能,而且还具有大量吸收和转运Na的功能,同时在植物抗盐性上具有一定的作用。     

1个玉米高亲和K~+转运体HKT的生物信息学分析

植物HKTs具有Na(+或K+)单向运输或Na+-K+共转运功能。利用各种生物信息学工具分析了1个从玉米中获得的HKT的氨基酸序列,并预测了其功能。结果表明:目标蛋白属于HKT的亚家族I,与OsHKT1;5和TaHKT1;5蛋白进化关系较近,命名为ZmHKT1;5。该蛋白呈弱碱性,疏水性较强,具有8个跨膜结构,其二级结构含58.67%α螺旋(H),7.07%β折叠(E)和34.26%无规卷曲(L),三级结构为典型的膜蛋白。推测该蛋白可能具有Na+选择性并在玉米的耐盐机制中起作用。     

杜仲ABC转运蛋白基因家族成员鉴定与分析

ABC转运蛋白(ATP—binding cassette transpoter)是一类庞大而古老的跨膜运输蛋白家族,在生物体内参与多种物质的转运积累、有害物质解毒、气孔调节、植物防御等生理活动。杜仲(Eucommia ulmoides Oliv)作为重要的中药材,其药用成分主要为次生代谢产物,次生代谢物转运与积累过程需要ABC转运蛋白的参与。利用生物信息学手段对杜仲ABC转运蛋白基因家族进行鉴定,并分析该家族蛋白质性质和结构、跨膜结构、亚细胞定位、系统进化关系。研究表明,EuABC家族生物信息学预测有76个成员,含有1~7个保守基序;编码蛋白多为稳定蛋白,主要分布于细胞质膜上,二级结构以α-螺旋和无规卷曲为主要构成元件;进化树分析表明,杜仲ABC转运蛋白家族可分为8个亚家族(A~G;I),每组成员数量分别为3、19、14、1、1、1、29、8。研究结果可为进一步研究杜仲次生代谢物质转运与积累奠定基础,也为其他植物ABC转运蛋白家族的研究提供了参考依据。     

海滨锦葵耐盐基因KvSOS1的克隆与表达载体构建

为了克隆盐生植物海滨锦葵耐盐基因Kv SOS1并构建其表达载体,采用RT-PCR和RACE方法从海滨锦葵中克隆了质膜Na+/H+转运蛋白基因Kv SOS1(Gen Bank登录号KJ577576)的全长c DNA序列,长度为3 850 bp,其中开放阅读框长度为3 444 bp。Kv SOS1基因编码1个由1 147个氨基酸残基组成的蛋白,分子量为127.56 ku,理论等电点p I为6.18。疏水性分析结果表明,该蛋白N-末端具有高度疏水性,并含有11个跨膜区,C-末端为1个长约700个氨基酸残基的亲水性尾巴位于细胞质中。Kv SOS1基因编码蛋白与雷蒙德氏棉、可可和陆地棉SOS1蛋白的氨基酸序列同源性很高,分别为86%、82%和82%。系统进化树分析显示Kv SOS1基因编码蛋白与质膜Na+/H+转运蛋白、液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白(NHX)属于不同分支。同时将Kv SOS1基因构建入植物表达载体p BI121中,并成功转入农杆菌LBA4404中。     

苹果CAX基因家族生物信息学和表达分析

[目的] CAX(Ca2+/H+exchanger antiporter)是一类重要的跨膜转运蛋白,在植物体内阳离子转运上起着非常重要的作用.本文对苹果MdCAXs基因进行了生物信息学和组织特异性表达分析,以期为该类基因的功能研究奠定基础.[方法]利用生物信息学的方法对苹果MdCAXs基因家族染色体定位、蛋白质等电点、亲疏水性、跨膜区域、亚细胞定位及保守结构域进行了预测和分析,同时还分析了MdCAXs基因与其他物种CAXs基因的进化关系.采用实时荧光定量PCR法对苹果MdCAXs基因在不同盐处理下根、茎、叶中的表达变化进行分析.[结果]苹果MdCAXs家族包含8个成员,分别属于CAXsⅠ型中的A亚型和B亚型,编码436～817个氨基酸,等电点4.97～7.12,且都为疏水性蛋白;所有MdCAXs基因编码的氨基酸都有11个及以上的跨膜区域,含有CAXs基因5个典型的功能域:N-端自抑制区域(NRR)、C-端功能区域、Ca2+功能域(CaD)、C功能域和D功能域.亚细胞定位预测MdCAXs主要是定位在质膜和内质网上.苹果MdCAXs基因具有组织特异性表达特点,不同种类盐处理根、茎、叶中表达发生不同程度的变化,反映了MdCAXs存在功能上的差异,对不同阳离子有特异性的应答反应.[结论]苹果MdCAXs是一类跨膜转运蛋白,具有植物CAXs基因典型的结构特征,根、茎、叶对不同的盐离子具有不同的表达响应.     

商陆PaHAK1与拟南芥HAK/KUP/KT家族基因的比较分析

为探明商陆高亲和性K+转运体基因(Pa HAK1)的结构、功能及商陆耐低钾的原因,分析比较了商陆Pa HAK1和拟南芥HAK/KUP/KT家族基因中15个基因编码的高亲和性钾离子转运体氨基酸序列、蛋白质结构及其理化性质。结果表明:HAK基因家族编码蛋白均定位于细胞膜上,含有多个跨膜结构且跨膜结构域是蛋白质的保守结构域;Pa HAK1与At KUP3的跨膜结构十分相似,低钾胁迫下Pa HAK1和At KUP3的高表达与其高亲和钾转运吸收功能密切相关。系统进化树分析结果表明,Pa HAK1与拟南芥HAK基因家族中At KUP8亲缘关系最近,其氨基酸序列相似度为76.98%,推测Pa HAK1还可能通过维持细胞内高水平钾量在水分胁迫下发挥重要的调节作用。     

黄瓜质膜型Na~+/H~+逆向转运蛋白基因(SOS1)的克隆与序列分析

采用RACE(rapid-amplification of cDNA ends)方法从黄瓜Cucumis sativusL.中克隆出质膜Na+/H+逆向转运蛋白基因的cDNA(CsSOS1),该cDNA全长3 638bp,其中开放阅读框为3 435bp,编码1 145个氨基酸。氨基酸同源性分析表明,CsSOS1氨基酸序列与水稻OsSOS1和拟南芥AtSOS1的氨基酸序列同源性较高,分别为64%和58%,而与液泡型的Na+/H+逆向转运蛋白氨基酸序列亲缘关系较远。蛋白质跨膜结构分析表明CsSOS1包含11个完全跨膜片段。激光共聚焦显微镜显示CsSOS1基因的编码区与YFP基因融合后,定位在细胞膜上。酵母功能互补试验结果显示CsSOS1参与Na+与H+的转运,表明该基因转化酵母后可以补充酵母SOS1的缺失。     

桉树焦枯病菌SIT转运蛋白的鉴定与表达

【目的】揭示SIT转运蛋白家族在焦枯病菌铁元素摄入机制,以及铁载体-铁转运蛋白在焦枯病菌侵染桉树过程中所扮演的角色。【方法】采用HMMER软件对焦枯病菌SIT转运蛋白进行鉴定,并用InterPro、TMHMM、TCDB数据库等的在线服务对焦枯病菌SIT转运蛋白的结构域、跨膜螺旋和功能进行预测,用MEGA7.0软件进行多菌种比较分析,最后采用qPCR对焦枯病菌侵染桉树48h时SIT基因的转录表达情况进行验证。【结果】桉树焦枯病菌共含有16个SIT转运蛋白,约占总编码蛋白的0.11%,主要分为铁-铁载体转运蛋白、铁载体-铁:H+同向转运蛋白和铁载体-铁转运蛋白;亚细胞定位预测结果显示,除预测CpSit13转运蛋白位于内质网上外,其余均在细胞膜上。桉树焦枯病菌SIT转运蛋白的序列长度为400～603aa,其结构域均为MFS结构域,跨膜螺旋为10～14个。基因表达谱分析显示,有10个SIT基因上调表达,有2个下调表达,有4个表达不显著。其中CpSit1、CpSit5、CpSit8、CpSit14和CpSit16相对分支中其他基因具有较高的转录量。qPCR验证结果与基因表达谱具有较高的一致性。【结论】CpSit1、CpSit5、CpSit8、CpSit14和CpSit16基因在焦枯病菌侵染桉树过程中具有较为重要的作用。     

禾本科植物HKT基因家族研究进展

HKT基因家族在维持植物K+、Na+平衡中发挥着重要作用。文中对禾本科植物HKT基因家族的研究进展进行了综述,并对其未来发展进行了展望。     

杨树NRAMP基因家族全基因组鉴定与生物信息学分析

为研究杨树自然抗性相关巨噬细胞蛋白(NRAMP)家族成员的结构和功能,利用生物信息学方法,从杨树全基因组数据库中筛选并鉴定NRAMP家族基因序列,并对该家族成员的理化性质、二级结构、基因结构、保守基序、染色体定位、进化树和组织表达量进行分析。结果表明：从杨树基因组中共鉴定出6个NRAMP基因家族成员,编码的氨基酸数量差异较大,为503～1 310,亚细胞定位表明其均在质膜上,各个成员跨膜结构数量在10～12。PNT31315的二级结构以无规则卷曲为主,其他家族成员主要的二级结构为α-螺旋。进化树分析表明,杨树NRAMP家族基因全部聚类于第3类,且与玉米、高粱、甘蔗和水稻皆有相似基因,不存在物种特异性。染色体定位分析表明,该家族各基因在染色体上分散分布,只有PNT48459和PNT49289两个基因分布在一个染色体上,且不存在串联重复和片段复制基因。蛋白功能预测结果显示,PNT48459和PNT52668可能与植物金属耐受蛋白结合参与金属离子的吸收与转运,PNT31315可能参与植物激素信号转导。PNT48459、PNT37313和PNT31315在主根中的表达量较高,推测其参与重金属吸...     

木榄Na~+/H~+逆向转运蛋白基因的克隆

根据北滨藜、胡杨、毛白杨、番杏、盐爪爪、盐角草等已发表的逆向转运蛋白的保守区设计简并引物,通过RT-PCR和RACE技术,从木榄(Bruguiera gymnorrhiza)中克隆Na+/H+逆转运蛋白长度为2130bp的cDNA全长序列,开放阅读框1626bp,编码541个氨基酸和一个终止子,含10个跨膜区。蛋白序列同源分析表明它与蓖麻、胡杨、葡萄、百脉根等植物的液泡膜型Na+/H+逆向转运蛋白序列具有很高的同源性(80%以上),表明该序列确属Na+/H+逆转运蛋白家族的基因,在细胞中起到Na+区隔化作用。     

盐爪爪液泡膜H+-ATPase B亚基基因克隆及盐胁迫液泡膜相关基因的表达

[目的]研究藜科盐生植物盐爪爪(Kalidium foliatum)V-H+-ATPase B亚基基因的克隆与液泡膜相关基因的表达分析.[方法]采用RT-PCR和RACE技术克隆盐爪爪V-H+-ATPase B亚基基因(VHA-B),利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分析液泡膜相关基因KfVHA-B、Na+/H+逆向转运蛋白基因KfNHX的表达情况.[结果]KfVHA-B全长1 881 bp,含1 467 bp的ORF阅读框,命名为KfVHA-B(GenBank登录号:EF114316),编码488个氨基酸,推测的蛋白分子量大小为54.01 kD,理论等电点为4.68,含一个保守的ATP结合位点‘323-SGSIT-327’和两个推测的多聚腺苷酸化的信号保守序列;基因编码蛋白的系统进化树分析表明,盐爪爪VHA-B与盐穗木的VHA-B聚类关系最近;qRT-PCR检测了液泡膜相关基因KfVHA-B、Na+/H+逆向转运蛋白基因KfNHX的表达,100、500 mmol/L NaCl处理下,KfVHA-B在转录水平表达量始终保持较稳定,KfNHX基因在转录水平随盐浓度的增加其表达量呈现递增趋势,而且100 mmol/L NaCl处理下72 h时其表达量达到最大.[结论]KfVHA-B可能在盐爪爪应对盐胁迫中起着重要的作用.     

榛属ycf1基因生物信息学分析

为研究ycf1基因家族成员在榛属(Corylus)中的生理功能,利用榛属叶绿体基因组数据库,经过生物信息学分析,获得榛属ycf1基因家族成员的基因结构、定位和编码蛋白,经过多重序列比对进行进化和分类分析。结果表明,榛属叶绿体基因组中的ycf1基因家族成员不含有内含子;TMHMM跨膜区结构分析显示,榛属YCF1蛋白均不含有跨膜区;MEME保守结构域分析显示,榛属YCF1蛋白均含有3个保守结构域。研究结果对解析榛属YCF1蛋白的生物学功能提供重要的线索。     

珠美海棠Mz_2NHX1基因的克隆和序列分析

以珠美海棠幼苗根系的c DNA为模板,根据珠美海棠NHX1(GQ503257)的保守序列设计引物,通过RT-PCR扩增得到目的基因全长1 865 bp,包含1个1 635 bp的开放阅读框,编码544个氨基酸,其核苷酸序列与苹果(GU338395)、玫瑰(KC188664)、杨树(ACU01853)的核苷酸序列同源性分别是95%、93%、91%。其对应的氨基酸序列与拟南芥(AAF21755)、玫瑰(BAD93487.1)和大叶补血草(BAB11940)液泡型Na+/H+逆向转运蛋白的氨基酸序列的同源性分别是79%、87%、79%,说明该蛋白是一种定位于液泡膜的Na+/H+逆向转运蛋白,该基因属于液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因。它编码的蛋白质分子量为60.5 ku,理论等电点(p I)为8.85,二级结构主要由α-螺旋、β-折叠和不规则卷曲构成,其N-末端具有12个跨膜疏水片段,C-末端具有亲水的长链尾巴,在跨膜片段内含有氨基酸保守序列85-LFFIYLLPPI-94,是Na+/H+逆向转运蛋白抑制剂氨氯吡嗪咪的结合位点。     

陆地棉钾吸收相关基因GhHAK1的克隆与功能分析

棉花是一种典型的喜钾经济作物,其产量和品质形成与钾含量密切相关。克隆获得棉花高亲和性钾转运体基因GhHAK1框,系统进化树表明该GhHAK1基因属于第Ⅰ亚族,此分支被认为介导高亲和性K+。膜结构预测显示该基因编码的蛋白跨膜螺旋区域(TMS)有12个,且在第2和第3 TMS之间有一个较长的胞质质环。洋葱表皮亚细胞定位表明,该基因编码蛋白定位在细胞质膜上;继而对部分转GhHAK1基因拟南芥纯合系进行K+营养试验,发现在低钾(0.05 mmol/L)条件下,野生型拟南芥表现明显的缺钾症状,叶片黄化,植株抽薹明显受抑制,而转基因材料则表现植株叶片生长正常,抽薹未受影响,同时转基因拟南芥叶片中K+含量约为野生型拟南芥的2倍左右,根中K+含量约为1.5倍左右。该结果初步表明GhHAK1基因具有介导植株钾高效吸收的功能,为进一步培育适应土壤钾素匮乏及盐渍化环境下生长的棉花新品种提供重要的基因资源。     

大白菜ENT基因家族的鉴定与生物信息学分析

核苷转运蛋白(nucleoside transporter,ENT)是一类具有跨膜运输核苷和核苷类似物的功能蛋白。为深入研究大白菜ENT基因家族的功能,利用生物信息学方法对大白菜基因组中的ENT基因家族成员进行鉴定,并对其基因组信息、蛋白生理生化特征、基因结构、保守结构域、系统进化树等方面进行了研究。结果表明,在大白菜基因组中共鉴定到12个ENT基因,通过系统发育树分析,可以将12个ENT基因分为2类;对大白菜ENT蛋白氨基酸序列多重比对和蛋白跨膜域的分析表明,BrENT蛋白存在11个跨膜域,为跨膜蛋白;通过MEME软件对大白菜ENT蛋白motif的预测还发现了14个比较保守的motif。染色体分析表明,ENT基因在大白菜10条染色体上不均匀分布,而且存在明显的串联重复现象,推测串联复制是ENT基因家族基因扩增的主要方式,研究结果为在基因组范围内研究ENT基因的功能奠定了基础。     

小麦TaMlo8基因的克隆及表达分析

【目的】克隆小麦Mlo基因家族新成员,分析其编码蛋白的结构、进化地位以及其在小麦根、茎、叶组织和生物胁迫下的表达模式。【方法】采用电子克隆、RT-PCR技术,从小麦品种"水源11"中分离出1个Mlo的cD-NA序列基因,对其进行克隆和序列分析;利用InterProScan、TMpred、SignalP等在线分析工具,预测TaMlo蛋白的保守结构域、跨膜结构、信号肽、细胞定位等特征;采用DNASTAR软件分别进行氨基酸序列同源性比对和进化树分析,并利用qRT-PCR技术对其表达谱进行分析。【结果】以玉米ZmMlo8基因为种子序列,克隆了小麦新基因TaMlo8(暂命名)cDNA序列,该序列长1 897bp,ORF为1 497bp,编码499个氨基酸;InterProScan和SignalP预测结果显示,其为Mlo家族成员,含信号肽和7个跨膜区;BLASTX结果显示,TaMlo8与玉米ZmMlo8蛋白的相似性达78%;系统进化树显示,TaMlo8与玉米ZmMlo8处于同一分支下,而与小麦其他Mlo家族成员处于不同的分支上,进一步说明TaMlo8为小麦Mlo家族的新成员;表达谱分析表明,TaMlo8是组成型低表达,在小麦根、茎、叶组织中的表达量基本一致,在小麦与条锈菌互作的非亲和体系中诱导表达,在小麦与白粉菌的感病反应中诱导表达。【结论】克隆到1个小麦Mlo基因新成员TaMlo8,其在小麦与条锈菌的抗性反应和小麦与白粉菌的感病反应中起一定作用,说明TaMlo8基因对条锈菌和白粉菌的抗病路径可能不同,为进一步研究其在小麦生物胁迫反应中的潜在功能奠定了基础。     

棉花2个新的PPR基因的克隆及表达模式分析

【目的】从棉花中克隆2个新的PPR基因,分析其序列结构、基因表达和亚细胞定位,为深入研究这2个基因在棉花中的功能提供依据。【方法】利用棉花EST库,通过RT-PCR从陆地棉徐州142中克隆得到2个PPR基因：GhPPRH1和GhPPRH2;应用生物信息学方法对2个基因编码蛋白序列进行预测分析,利用半定量RT-PCR和实时荧光定量PCR的方法分析目的基因在不同组织及纤维不同发育时期的表达模式;利用棉花子叶瞬时表达系统对上述2个基因编码的蛋白进行亚细胞定位。【结果】GhPPRH1和GhPPRH2均属于PPR基因家族的PLS亚家族;GhPPRH1和GhPPRH2的开放读码框的长度分别为1 917和2 556 bp,编码638和851个氨基酸;GhPPRH1蛋白有18个PPR基序,包含1个E+结构域和1个DYW结构;GhPPRH2蛋白有17个PPR基序,包含1个E结构域,1个E+结构域和1个DYW结构;将GhPPRH1和GhPPRH2蛋白的氨基酸序列与GenBank数据库中的9条同源蛋白以及棉花中已经报道的5个PPR蛋白的氨基酸序列进行比对,构建系统进化树,结果显示,GhPPRH1与水稻RF1b蛋白亲缘关系较近,推测其可能与胞质雄性不育的育性恢复相关,而GhPPRH2与玉米PPR5蛋白亲缘关系最近,推测可能会影响细胞器一些转录本的RNA编辑;半定量RT-PCR和实时荧光定量PCR的结果表明,GhPPRH1和GhPPRH2在根、茎、叶、花及纤维发育不同时期均有表达,GhPPRH1在根中表达较高,而GhPPRH2在根、叶及15 d的纤维中表达较高;亚细胞定位结果显示,GFP标记的GhPPRH1蛋白的绿色荧光与线粒体Marker的红色荧光重叠,表明该蛋白可能定位于线粒体,GFP标记的GhPPRH2蛋白的绿色荧光与叶绿体自发的红色荧光重叠,表明GhPPRH2可能定位在叶绿体。【结论】从棉花中获得2个新的PPR基因,均属于PLS亚家族成员,亚细胞定位显示可能在线粒体和叶绿体中,推测其功能可能与细胞器中RNA的加工、修饰等过程有关。