大豆GmMADS基因的克隆及表达分析

为了探究大豆MADS-box编码基因在生物和非生物胁迫中的调控作用,以SMV抗感大豆品种为试验材料,从大豆中克隆GmMADS基因Glyma.02g121500,进行生物信息学分析和表达特点分析,同时检测不同逆境胁迫下GmMADS基因表达量变化情况。结果表明:GmMADS基因完整ORF长度为735 bp,编码244个氨基酸,pI 6.68,相对分子质量为28.2 kD。抗感品种间基因CDS序列存在1个SNP差异,氨基酸序列无差异。启动子序列包含防卫和胁迫响应元件、植物激素应答元件、光应答元件等许多顺式作用元件。GmMADS与木豆、花生、豇豆、羽扇豆等物种中的同源基因亲缘关系较近。亚细胞定位结果显示GmMADS在细胞核上表达。组织特异性表达分析显示GmMADS在花中的表达量最高。接种大豆花叶病毒后,抗病品种科丰1号GmMADS在2 h表达最高且显著高于感病品种南农1138-2;低温胁迫时,GmMADS表达在2 h上调;盐胁迫时,GmMADS表达在1 h下调;干旱胁迫时,GmMADS表达在2 h下调。本研究对下一步分析该基因功能、阐明该基因在调控大豆抗病和耐逆的分子机制具有重要意义。     

野生大豆胁迫应答LRR类受体蛋白激酶基因的克隆及其表达特性分析

从前期构建的野生大豆在高盐、低温、干旱早期的基因表达谱中,选取了在4℃胁迫早期(1 h)上调表达的LRR-RLK的EST,通过SMART和RACE结合的方法获得了GsLRPK的全长序列:该基因全长2 264 bp,共编码714个氨基酸。生物信息学分析表明其氮端含有1个LRR N-terminal domain及串联排列的LRR-Motif;碳端含有丝/苏氨酸蛋白激酶催化结构域的11个亚基。此外,GsLRPK蛋白氮端22个氨基酸为可能的信号肽序列,并且存在1个跨膜结构域,很可能定位于细胞质膜或细胞器膜。半定量PCR分析显示该基因可受干旱、ABA、4℃低温及高盐胁迫的诱导,可能作为一个"关键节点"在胁迫信号传导通路中发挥重要作用。     

矮化大豆GmEXPA5基因的克隆与表达分析

以矮化大豆HK808的顶芽cDNA为模板,根据植物α-膨胀素基因保守区设计简并引物,并克隆保守区片段,结合RACE 技术克隆得到一个新的膨胀素全长基因,将其命名为GmEXPA5（登录号为JN207916.1）,该基因全长1 233bp,其中开放阅读框636bp,编码211个氨基酸;推导的氨基酸序列经分析发现,该序列含有两个膨胀素保守域domain1（expansin EG45）和domain2（expansin CBD）,无明显的信号肽序列,属于α膨胀素亚家族。构建pEASY-Blunt E1-GmEXPA5重组质粒,获得稳定的原核表达体系,IPTG 诱导后SDS-PAGE 结果表明所表达蛋白与预期蛋白大小一致。实时荧光定量PCR（real-time PCR）表达分析表明GmEXPA5基因在矮化大豆HK808与野生型大豆东农42两种材料的不同器官中均有表达,而在野生型茎尖及茎部的表达量显著高于矮化大豆,推测该基因与大豆矮化性状的形成可能有一定的关系。     

大豆MPBQ-MT基因的克隆与生物信息学分析

以大豆品种合丰25和Bayfield为材料,克隆大豆2-甲基-6-植基-1,4-苯醌甲基转移酶(MPBQMTase)基因,获得1 029 bp的MPBQ-MT基因c DNA序列。通过序列比对发现10个大豆MPBQ-MT基因c DNA区内的潜在SNP位点。采用生物信息学方法分析MPBQ-MT基因编码的氨基酸序列和蛋白质结构。结果表明:MPBQ-MT基因CDS区共编码342个氨基酸,其中缬氨酸(Val)含量最多,占该基因编码氨基酸总数的8.8%;半胱氨酸(Cys)含量最少,占该基因编码氨基酸总数的1.2%;MPBQ-MT蛋白N端包含由58个氨基酸组成的叶绿体转运肽,为亲水性蛋白质。合丰25与Bayfield的MPBQ-MT蛋白质二级结构有所不同,2个品种的MPBQ-MT蛋白质中α-螺旋分别约占25.44%和27.49%,β-转角分别约占9.36%和9.06%,无规则卷曲分别约占40.35%和38.60%。2个品种的MPBQMT蛋白质中片层结构均约占24.85%。两个品种的MPBQ-MT蛋白质均有1个S-腺苷基甲硫氨酸结合位点。对MPBQ-MT蛋白三级结构进行预测,发现去掉转运肽后,MPBQ-MT蛋白质三级结构主要由11个连续的α-螺旋区域和8个连续的片层结构区域组成。结合MPBQ-MT蛋白三级结构对MPBQ-MT基因的生物学功能进一步分析,提出了较为合理的MPBQ-MT作用模型。由系统发生树可知MPBQ-MT蛋白在大豆与菜豆中的亲缘关系较近。     

大豆GmABCG40基因的功能预测及表达分析

通过在大豆基因组数据库中检索拟南芥At ABCG40在大豆中的同源基因,获得了Gm ABCG40基因序列。通过对Gm ABCG40基因编码的氨基酸序列及启动子序列进行生物信息学分析,结果表明:Gm ABCG40基因CDS序列全长4 284 bp,编码1 427个氨基酸。Gm ABCG40编码的蛋白为疏水性蛋白,具有多个N-糖基化位点、激酶磷酸化位点、N-豆蔻酰化位点、2个ATP/GTP结合位点基序A和1个速激肽家族信号。结构域分析表明Gm ABCG40含有2个核苷酸结合域与2个跨膜结构域,形成NBD1-TMD1-NBD2-TMD2结构,属于ABCG亚家族的成员。Gm ABCG40预测的启动子区域含有与激素、胁迫、光应答、胚乳表达和转录因子结合相关的顺式作用元件。系统进化分析表明Gm ABCG40与菜豆、红豆、木豆、百脉根等豆科植物亲缘关系较近。组织特异性表达分析结果显示Gm DABCG40在叶片中表达量最低,在根中表达量最高,推测其可能参与根中ABA的转运过程。     

大豆GmAMS基因及其启动子的克隆和表达分析

bHLH(basic Helix-Loop-Helix)转录因子在植物雄配子发育中具有重要的调控作用。为探究bHLH转录因子在大豆花发育中的作用,以大豆细胞质雄性不育系NJCMS5A的花芽cDNA和叶片DNA为模板,通过RT-PCR克隆得到具有典型bHLH结构域的GmAMS基因及其启动子区域,并进行生物信息学分析和时空表达分析。生物信息学分析结果显示GmAMS基因的编码区序列全长为1 716 bp,编码571个氨基酸。亚细胞定位预测GmAMS位于细胞核中。荧光定量分析结果显示,相对于保持系NJCMS5B,在不育系NJCMS5A的花芽中GmAMS基因的表达水平显著下调。组织化学染色结果表明GmAMS启动子驱动的GUS蛋白主要集中在转基因拟南芥的幼小花药中表达。研究结果为进一步探究GmAMS在大豆花发育中的生物学功能和调控机制奠定了基础。     

大豆GmPHD3基因的克隆及逆境表达分析

为探讨大豆PHD-finger转录因子家族编码基因GmPHD3在抵抗中国南方高温高湿非生物胁迫造成种子劣变过程中的调控作用,分离全长GmPHD3基因并进行生物信息学分析、亚细胞定位和转录激活活性分析,以种子劣变抗性品种湘豆3号和不抗品种宁镇1号叶片及不同组织cDNA为材料,通过RT-PCR,进行组织表达模式分析和高温高湿胁迫下的表达模式分析。生物信息学分析结果表明基因CDS序列长度为738 bp,编码246个氨基酸,包含Alfin和PHD-finger 2个结构域。进化树结果表明该基因与木豆ALFIN-Like 3-like(XM₀20363358.1)的遗传距离较近。亚细胞定位结果显示该蛋白在细胞核内表达。转录激活试验结果表明基因全长有转录激活活性,激活域为N端Alfin结构域,C端PHD-finger结构域无转录激活活性。组织表达模式分析发现该基因主要在成熟期高表达,且2个品种间存在差异。胁迫下的表达模式分析发现随着胁迫时间的延长,基因的表达量逐渐升高。研究结果为进一步阐明高温高湿胁迫下的调控机制研究奠定一定理论基础。     

巴西橡胶树FERONIA类受体激酶基因(HbFER)的克隆及表达分析

植物受体类激酶在植物的生长发育和抗逆等生理过程中起着重要作用。在橡胶树转录组测序的基础上,通过RACE技术和RT-PCR方法,扩增得到橡胶树的一个类受体激酶基因的全长,命名为HbFER。该片段包含1个2 679 bp的开放阅读框,可编码892个氨基酸。生物信息学分析结果表明:该氨基酸序列与拟南芥、番茄、甘蓝和杨树的FER蛋白高度同源,其同源性分别为74.5%、74.7%、73.4%、82.9%。HbFER蛋白除了含有Malectin_like和PTKc结构域外,还含有1个信号肽(含22个氨基酸)和2个跨膜结构域。半定量分析结果表明,HbFER基因在不同组织中的表达水平存在差异,叶片和花中的表达丰度最高,胶乳中的表达丰度最低,且该基因在叶片中的表达受植物激素水杨酸的诱导。     

大豆GmNCED1基因的克隆及表达模式分析

本研究以抗逆性强的大豆旱碱一号为材料,首次从中克隆了编码9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶（9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase,NCED）的GmNCED1基因全长cDNA片段,该基因编码区含有1 836个核苷酸,编码611个氨基酸。通过同源性比对分析发现GmNCED1与花生、菜豆等双子叶豆科植物NCED的同源性高达84%以上。同时,利用荧光定量PCR分析发现高盐、低温、干旱、外源ABA以及NAA处理均可以诱导该基因在大豆叶片及根中表达。本研究初步揭示GmNCED1基因在植物逆境胁迫中的作用,为基因工程育种提供优质的候选基因。     

大豆GmMP基因的功能预测及表达分析

通过在大豆基因组数据库中检索拟南芥AtMP(ARF5)在大豆中的同源基因,获得了GmMP基因序列。对GmMP基因编码的氨基酸序列及启动子序列进行生物信息学分析,结果表明:GmMP基因CDS序列全长2 802 bp,编码933个氨基酸。GmMP编码的蛋白为疏水性蛋白。结构域分析表明:GmMP含有B3和AUXIN RESPONSE FACTOR结构域,同时该基因是ARF家族的成员。GmMP预测的启动子区域含有与激素、胁迫、光应答、生物钟调控和转录因子结合相关的顺式作用元件。系统进化分析表明MP在豆科植物进化过程中比较保守。组织特异性表达分析结果显示GmMP在叶片中表达量最低,在茎尖中表达量最高,推测其可能参与生长素的代谢途径。     

大豆转录因子GmWRKY4分子克隆与表达分析

为研究WRKY家族基因在大豆抵御非生物胁迫中的生物学功能及其作用机制,利用铁丰29,获得了大豆WRKY家族基因GmWRKY4的开放阅读框序列,并对其在不同非生物胁迫处理下的表达模式进行了分析。结果表明,GmWRKY4开放阅读框为1 083 bp、编码360个氨基酸残基;对其编码蛋白GmWRKY4进行保守域及同源性分析发现,属于WRKY转录因子家族第1类,与GsWRKY4高度同源;分析GmWRKY4与拟南芥WRKY转录因子系统进化树发现,与At WRKY3、At WRKY4相似性最高;进一步分析该基因在盐(NaCl处理)、干旱(PEG处理)与低温胁迫处理下的表达模式发现,GmWRKY4可参与对上述3种非生物胁迫的响应;同时分析基因在乙酰辅酶A羧化酶(ACC)、水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)等激素处理下的表达模式发现,GmWRKY4可通过参与ACC、SA、JA信号通路实现对逆境胁迫的响应,为进一步深入研究该基因生物学功能及其作用机制奠定了基础。     

大豆中介体亚基基因鉴定及表达特性分析

中介体复合物在真核生物蛋白编码基因和非编码RNA的转录中非常重要。为了分析大豆中介体亚基的序列特征和基因表达模式,应用BLASTp获取与拟南芥中介体亚基同源的蛋白序列,用Clustal Omega、MAFFT、MEGA等方法进行多序列联配和进化分析,同时应用Me V构建了基因的表达量热图。结果表明:共获得118个基因位点(Locus),186个转录本,在大豆20条染色体上均有分布。Med8的N端具有TBP结构域,Med31的C端具有脯氨酸富集区和假定的核定位信号,Med16的C端有C2-C2型锌指结构域(Zinc-finger motif)。栽培大豆与野生大豆的同源蛋白亲缘关系最近,进化分析符合物种进化规律。大豆不同中介体亚基基因的表达量差异很大,但同一基因在不同组织中的表达差异较小,仅有3个基因在根瘤中特异表达,1个基因在豆荚中特异表达。脱水处理后5个中介体亚基基因表达上调明显,Na Cl处理1和6 h后分别有2和3个中介体亚基基因表达显著上调。这为进一步分析中介体亚基在大豆发育和逆境胁迫中的分子功能奠定基础。     

大豆异黄酮合成关键酶基因的克隆及表达分析

采用RT-PCR法克隆了大豆异黄酮生物合成途径中查尔酮合酶(Chalcone synthase,CHS)和查尔酮异构酶(Chalcone Isomerase,CHI)2个关键酶基因,并利用SOE-PCR技术成功将2个基因融合,将其均构建成原核表达载体,在大肠杆菌中进行了初步的表达研究,为进一步研究CHS和CHI 2种关...     

大豆GAPDH家族基因生物信息学及其逆境组织表达分析

为探究大豆GAPDH家族基因应答非生物胁迫的机制,本研究采用同源分析、保守结构分析等方法对大豆GAPDH基因家族进行全基因组搜索,并对筛选出基因的系统发育关系、基因结构和保守基序、染色体分布、启动子区域的顺式作用元件进行分析,并研究了大豆GAPDH家族基因在不同组织中和非生物胁迫诱导后的表达模式.结果 显示:在全基因组...     

大豆GmbZIP71基因的克隆及EMSA分析

通过PCR扩增的方法从大豆品种Harosoy中克隆到1个新的b ZIP基因(Gmb ZIP71),基因表达分析表明Gmb ZIP71在叶片、生长点、花、花芽、荚和根等多个器官中表达。将Gmb ZIP71构建到原核表达载体p ET29b上,导入大肠杆菌BL21(DE3)中,对其进行IPTG诱导。结果表明:在IPTG浓度为0.25 mmol·L-1,诱导时间为4 h,诱导温度为28℃时,重组蛋白得到表达,分子量大约为48 k Da,SDS-PAGE电泳结果表明重组蛋白主要以包涵体形式存在,用His蛋白纯化系统回收得到Gmb ZIP71-His重组蛋白,EMSA(electrophoretic mobility shift assay)实验表明Gmb ZIP71重组蛋白可以在体外与ACGT顺式作用元件结合。     

大豆核孔蛋白GmNup96基因的克隆及生物信息学分析

从大豆品种天隆1号的叶片中克隆Gm Nup96基因的c DNA序列,对其编码的氨基酸序列、蛋白质理化性质、一级结构、二级结构、亚细胞定位等进行了生物信息学分析。结果表明:Gm Nup96基因编码1 022个氨基酸,为具有一定亲水能力的酸性蛋白,不具有信号肽,相对分子量为116.199 7 k Da;二级结构预测结果显示,Gm Nup96序列存在α-螺旋(46.87%)、无规则卷曲(26.32%)、延伸链(17.03%)和β-转角(9.78%),并无其它二级结构;系统进化树分析表明,大豆Gm Nup96基因与野生大豆、芸豆、绿豆、红小豆之间的亲缘关系更近。     

大豆对羟苯丙酮酸双加氧酶基因的克隆与表达分析

采用电子克隆与实验克隆结合的方法获得了大豆对羟苯丙酮酸双加氧酶基因的cDNA序列,GenBank登录号为EF608178.利用多种生物信息学工具分析了该cDNA序列及其编码的蛋白质序列,分析了其启动子特征和电子表达谱.结果表明:该cDNA序列含有1个编码443个氨基酸的完整的开放读码框,3'端具有2个加尾信号和polyA尾巴.启动子区除含有通用核心元件外,还含有许多与光反应有关的作用元件;不同物种之间对羟苯丙酮酸双加氧酶的氨基酸序列同源性较高;该基因在光合作用和贮藏器官中的表达量高.     

甘蔗苏氨酸脱氨酶基因的克隆与表达分析

应用电子克隆技术,以烟草AAG59585序列为探针,获得了甘蔗苏氨酸脱氨酶(threonine deaminase)基因的全长cDNA,命名为ScTD。经RT-PCR扩增和验证,该基因序列与电子克隆结果一致性高达99%。序列分析结果表明:ScTD基因全长2 120 bp,具有完整的开放阅读框(ORF,164~1 681 bp),编码505个氨基酸,该基因编码蛋白定位于微体,为可溶性蛋白,不存在信号肽,二级结构原件多为α-螺旋,含有多个保守功能域,主要在氨基酸合成中发挥作用。电子表达分析结果显示,该基因在甘蔗根尖、根颈、花序、叶片、全株、芽和茎中组成型表达,其中在花序和根中的表达量最高。荧光定量PCR结果分析表明:该基因在甘蔗各组织中均有表达,且在根中的表达量最高。此外,该基因的表达受水杨酸胁迫后表达量最高,约为对照组的43.16倍,其次为聚乙二醇和茉莉酸甲酯,分别为6.90倍和4.40倍,推测该基因的表达与甘蔗抗病虫和抗渗透胁迫有关。此结果为甘蔗ScTD基因的克隆和功能验证以及在甘蔗基因工程中的应用奠定基础。     

大豆OPR基因家族全基因组鉴定与表达分析

为了揭示大豆12-氧-植物二烯酸还原酶(12-oxo-phytodienoic acid reductase, OPR)家族成员GmOPRs在大豆生长发育中和非生物胁迫下发挥的作用,本研究运用生物信息学方法进行大豆OPR基因家族全基因组鉴定及表达分析。结果显示：大豆基因组中共有12个OPR家族基因成员,分布在8条不同染色体上。系统发育进化分析、基因结构分析和保守基序分析结果显示,GmOPRs可分为两个亚组,含有外显子4～5个,内含子3～5个,GmOPR蛋白之间保守基序分布相似。共线性分析鉴定表明共有4对基因存在共线关系,均为片段复制。GmOPRs启动子区域含有响应厌氧、干旱和低温等非生物胁迫以及JA、ABA等多种激素的顺式作用元件。不同的大豆品种及不同的组织中,GmOPRs的表达模式有差异。GmOPR1、GmOPR4和GmOPR9受干旱胁迫影响后表达量下降,GmOPR7、GmOPR8、GmOPR11和GmOPR12随着盐胁迫影响时间的增长表达量增加,表明GmOPRs基因通过多种表达模式响应干旱和盐胁迫。GmOPRs在系统发育进化和基因结构上比较保守,基因家族数量的扩增主要归因于片段重复...     

大豆膨胀素GmEXPA4基因的克隆及表达分析

根据其他植物膨胀素基因保守区设计简并引物,以大豆矮化突变体HK808幼芽的cDNA为模板,克隆到530bp的膨胀素基因保守区片段,并结合RACE 技术克隆得到expansin基因全长序列,将其命名为GmEXPA4基因。生物信息学分析结果表明,该基因属于膨胀素中的α-expansin亚家族。GmEXPA4基因的实时荧光定量相对表达分析表明,该基因在东农42及其矮化突变体HK808中的各个时期都有表达,且与植物的生长量密切相关。