木薯2C型蛋白磷酸酶基因MePP2C55的克隆及表达分析

2C型蛋白磷酸酶(protein phosphatase 2C,PP2C)基因是ABA信号途径中主要组成部分,为分析其在木薯非生物胁迫和块根采后生理性变质(post-harvest physiological deterioration,PPD)中的作用,采用RT-PCR技术从木薯叶片(SC124)中克隆得到MePP2...     

木薯SCARECROW-LIKE(SCL)基因克隆、生物信息学及非生物胁迫下表达分析

[目的]克隆木薯SCARECROW-LIKE(MeSCL)基因,对其进行生物信息学分析,并检测其在非生物胁迫下的表达情况,为深入研究木薯MeSCL基因响应非生物胁迫的调控机制提供理论参考.[方法]以木薯品种D346为材料,采用RT-PCR克隆MeSCL基因编码区(CDS)序列,并利用生物信息学分析软件进行序列特征分析,采用实时荧光定量PCR检测其在干旱、盐、氧化和低温胁迫下木薯叶片中的表达情况.[结果]克隆获得的MeSCL基因编码区(CDS)序列全长1655 bp,与参考序列(GenBank登录号LOC110627921)仅存在2个碱基的差异,开放阅读框(ORF)的长度为1560 bp,编码519个氨基酸,编码蛋白分子量为57.84 kD,等电点(pI)为6.08,脂肪系数为80.46%,总平均亲水性指数为-0.195,为亲水性蛋白,含有1个信号肽、6个从内部到外部的跨膜螺旋区和5个从外部到内部的跨膜螺旋区,定位于细胞核和内质网中,属于GRAS蛋白家族成员,具有该家族的保守结构域.MeSCL蛋白三级结构模型显示,该蛋白含有14个典型的α螺旋、10个β-折叠和36个β-转角.MeSCL蛋白与橡树HbSCL蛋白的相似性最高,为90.80%,与蓖麻RcSCR、胡杨PeSCL、毛果杨PtSCR、可可树TcSCR和哥伦比亚锦葵HuSCL蛋白的相似性在80.00%左右.MeSCL基因受干旱、盐、氧化和低温胁迫诱导表达量整体呈升高趋势,但在不同处理时间的表达量存在明显差异,其中,干旱和氧化胁迫下,MeSCL基因均在处理24 h时表达量最高,分别是对照的6.05和11.17倍,而盐和低温胁迫下,MeSCL基因均在处理6 h时表达量最高,分别是对照的11.76和3.80倍.[结论]MeSCL基因参与木薯植株的非生物胁迫响应,正向调控其抗非生物胁迫能力.     

木薯ERF转录因子基因MeERF5克隆及表达分析

【目的】克隆木薯ERF转录因子基因MeERF5,并分析其在多种逆境胁迫下的表达模式,为深入研究MeERF5基因在木薯逆境胁迫应答中的调控机制提供参考。【方法】PCR扩增木薯品种华南8号的MeERF5基因编码区(CDS)全长序列,对其进行生物信息学分析,并利用根癌农杆菌介导法进行蛋白亚细胞定位。通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测MeERF5基因在木薯不同组织及多种逆境胁迫处理下的相对表达量。【结果】克隆获得MeERF5基因CDS序列为948 bp,与Phytozome数据库中的参考序列(登录号:Manes.01G085200.1)的核苷酸序列相似性为100.00%,其编码315个氨基酸残基,蛋白分子量为77.84 kD,理论等电点(pI)为5.08,属于酸性蛋白,其二级结构中α-螺旋占16.51%,β-转角占3.81%,无规则卷曲占62.22%,延伸链占17.46%,亚细胞定位于细胞质。通过多序列比对及系统进化分析发现,MeERF5蛋白含有1个AP2/ERF保守结构域,与同属大戟科的橡胶树ERF蛋白氨基酸序列相似性最高(76.8%),亲缘关系最近。MeERF5基因在木薯不同组织中均有表达,其中,在茎中的相对表达量最高,在腋芽中的相对表达量最低。MeERF5基因能快速响应低温胁迫、干旱胁迫、氧化胁迫、盐胁迫及ABA处理,均出现诱导表达上调的现象,其中,在氧化胁迫下,MeERF5基因的相对表达量持续上升;在干旱胁迫、盐胁迫及ABA处理下,MeERF5基因的表达量先上升后降低;在低温胁迫下,MeERF5基因在处理5 h时的相对表达量达到最大值,之后有所下降,但在处理48 h时再度上升。【结论】克隆获得的MeERF5基因属于AP2/ERF类转录因子,参与木薯多种非生物胁迫应答过程。     

青杄类伸展蛋白基因PwELP1的克隆及表达分析

【目的】克隆青杄类伸展蛋白(extensin-like proteins,ELPs)基因PwELP1并分析该基因的表达特性,为研究ELP基因家族的功能奠定基础。【方法】以青杄cDNA文库为模板,用RACE-PCR方法克隆青杄类伸展蛋白编码基因PwELP1的cDNA全长,利用DNAMAN确定PwELP1的编码框及蛋白氨基酸的翻译,运用clustalx软件与Espript工具进行多序列比对,利用MEGA 5软件的邻位相连法构建系统树,并对编码蛋白进行生物信息学分析;利用RT-qPCR检测PwELP1基因在青杄不同组织中表达的特异性、花粉和种子不同萌发时期及幼苗受到不同逆境处理时的表达差异,分析该基因的组织发育及逆境响应表达特点。【结果】PwELP1基因全长832bp,其编码一个由159个氨基酸组成的蛋白,该蛋白的N端与C端均有比较保守的结构域;此蛋白二级结构由1个α-螺旋、5个β-折叠与3个β-转角结构构成,对其三级结构的预测印证了这一结果,同时发现该蛋白中还存在部分无规则卷曲。其分子质量为17.03ku,理论等电点为5.81。PwELP1在青杄花粉中的表达量较高,且在花粉萌发后期(30~36h)以及种子萌发初期(第2天)表达量高;PwELP1的表达不同程度地受低温、高温、茉莉酸甲酯(MeJA)、H_2O_2、脱水以及脱落酸(ABA)等非生物逆境胁迫处理的诱导,尤其是H_2O_2、高温和ABA,处理初期表达量就显著升高。【结论】PwELP1在青杄花粉和种子萌发过程中可能发挥重要功能,并可参与青杄对非生物逆境胁迫的响应过程。     

木薯赤霉素途径DELLA蛋白基因克隆及其对干旱胁迫的响应

赤霉素(GA)信号转导途径是通过DELLA抑制蛋白来调控的.笔者利用拟南芥DELLA蛋白基因序列,通过电子克隆方法首次克隆了1个木薯DELLA蛋白基因,长度为1 857 bp,具有完整的蛋白编码框的cDNA序列,命名为MeGAI.生物信息学分析显示,该蛋白具有与拟南芥DELLA蛋白一样的保守结构域,如DELLA结构域、VHYNP结构域、POLY(S/T)结构域、核定位信号、VHVID结构域、亮氨酸结构域、GRAS结构域;该基因在干旱胁迫下的表达模式研究结果表明,该基因在干旱胁迫下是下调表达的;GA生物合成重要基因GA20-氧化酶基因在干旱胁迫下的表达模式研究结果表明,两者在干旱胁迫下的表达模式具有良好的相关性,这说明GA途径可能参与木薯抗旱机制.     

木薯MeHSF7基因克隆及表达分析

[目的]克隆木薯热激转录因子(HSF)基因MeHSF7并分析其在抗逆响应和采后生理性变质(PPD)过程中的表达情况,为研究MeHSF7基因在响应干旱胁迫及延缓生理性变质的调控机制提供理论参考.[方法]通过同源克隆从木薯叶片克隆MeHSF7基因,对其生物信息学和组织表达特性进行分析,并明确其在干旱和脱落酸(ABA)处理下及PPD过程中的表达模式.[结果]克隆获得的MeHSF7基因开放阅读框(ORF)为1206 bp,编码401个氨基酸残基,与参考序列(Manes.02G087400.1)仅存在2个碱基差异,位于第2染色体上,含有1个内含子和2个外显子.MeHSF7蛋白理论分子量46.1 kD,理论等电点(pI)5.95,为不稳定蛋白,定位于细胞核,无跨膜区域,含有HSF蛋白的保守结构域DBD(DNA结合功能域)、HR-A Core和HR-B Core,属于HSFA亚家族,与橡胶树和麻疯树HSF蛋白的氨基酸序列同源性最高,分别为79.20%和64.95%,在系统发育进化树上与橡胶树HSF蛋白聚在同一小分支,表明二者亲缘关系较近.MeHSF7基因在不同组织中的表达量均较低,但不同组织间存在明显差异,在松散性胚性愈伤组织、分化胚组织、须根和根顶端分生组织中的表达量相对较高,在叶柄中的表达水平最低.MeHSF7基因启动子区域含有ABA响应元件(ABRE)、干旱诱导元件(MBS)和光响应元件(ACE、Box 4)等.干旱处理下,MeHSF7基因表达量随处理时间的增加整体上呈升高趋势,在处理7 d后达峰值;在ABA处理下,处理5和7 d后MeHSF7基因表达量较处理0和3 d后明显上调,尤其在处理5 d后达峰值,表明MeHSF7基因表达受干旱和ABA处理的诱导.在木薯块根的PPD过程中,MeHSF7基因表达量随暗培养时间的增加而升高,处理6、12和48 h的表达量分别是处理0 h的2.1、2.2和3.2倍.[结论]MeHSF7基因可能在转录水平通过依赖于ABA信号通路的途径响应干旱胁迫及木薯块根的氧化胁迫,可作为候选基因用于研究其在木薯抗逆和采后储存中的调控功能.     

黄瓜光敏色素互作因子的鉴定及表达分析

【目的】对黄瓜光敏色素互作因子（Phytochrome-interacting factor,PIF）家族基因进行系统分析和表达特征分析,为探究其在黄瓜生长发育与胁迫响应中的作用机理提供参考。【方法】基于黄瓜全基因组数据,通过生物信息学方法鉴定黄瓜PIF家族基因,并对家族基因的外显子—内含子结构、染色体定位、基因复制事件、系统进化树、保守基序及组织和胁迫相关表达模式等进行系统分析。【结果】从黄瓜基因组中鉴定出6个PIF基因,其不均等地分布于黄瓜的6条染色体上。基因复制事件分析结果表明,黄瓜PIF基因存在一个片段重复事件（CsPIF1a和CsPIF1b）。系统发育分析表明,来自黄瓜、拟南芥、辣椒、玉米和水稻的PIF蛋白可分为4个不同的组（PIF1、PIF2/3/6、PIF4/5、PIF7/8）。保守基序分析揭示了许多保守基序的存在,与PIF蛋白的分类一致。基因结构分析表明,CsPIF基因有5或6个内含子,与其他植物相比,内含子数量相对稳定。CsPIF基因在黄瓜各组织均有一定的表达,但在不同组织中表达量差异明显,CsPIF1a、CsPIF1b和CsPIF7分别在雌花、叶和卷须中表达量最高,...     

光核桃AmUspA蛋白的表达特性及功能研究

为探究UspA蛋白在光核桃(Amygdalusmira Koehne)中的表达条件及其在逆境胁迫防御反应中的调控作用,利用数据库中碧桃(Prunus persica)的基因序列设计一对特异性上下游引物,通过PCR扩增技术从光核桃叶片中克隆出普遍胁迫蛋白基因AmUs?pA.生物信息学分析结果表明:该基因ORF全长528b...     

木薯MeERF1.2基因克隆及表达分析

【目的】乙烯响应因子（Ethylene response factor,ERF）是乙烯信号转导通路的重要成员,克隆并分析其在木薯块根采后生理性变质（Post-harvest physiological deterioration,PPD）过程中的表达情况,能为进一步研究乙烯信号在木薯PPD过程中的功能提供参考。【方法】以木薯栽培品种华南8号（SC8）为材料,采用RT-PCR技术克隆木薯MeERF1.2基因,对其进行相关生物信息学分析,如遗传进化关系、结构域、蛋白质结构预测、理化性质等。对MeERF1.2基因在细胞中的亚细胞定位进行确认,并用qRT-PCR技术分析MeERF1.2基因在木薯块根PPD过程中的表达水平。【结果】克隆得到的MeERF1.2基因全长为660 bp,编码的氨基酸残基数为219,分子量和等电点分别为25.04 kD和5.61,含有AP2家族结构域,和橡胶HbERF1B-like的亲缘关系最近,序列相似性达到88.74%。MeERF1.2基因定位于细胞核。和对照0 h相比,MeERF1.2基因的表达量在木薯块根的采后过程中表现为显著上升趋势,即MeERF1.2基因的表...     

耐盐杜梨蛋白磷酸酶基因PbPP2C的克隆及表达分析

2C型丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶(PP2C)是植物体内脱落酸ABA信号传导关键负调控酶,在植物耐非生物胁迫中发挥着重要的作用。本研究利用RT-PCR技术,克隆出编码杜梨PP2C蛋白的基因Pb PP2C,其核苷酸序列全长1 353 bp,开放阅读框长1 263 bp,编码422个氨基酸残基,这些残基中包括了与二价金属离子结合的MED、DGH、DG和D结构域。系统发生分析结果表明,该氨基酸与拟南芥AHG3亲缘关系最近。实时荧光定量PCR分析结果表明:盐胁迫条件下,Pb PP2C基因在根、茎、叶中的表达12 h达到峰值,同时在根中72 h达到第二个峰值;干旱胁迫条件下,Pb PP2C基因在根、茎、叶中表达72 h达到峰值。说明Pb PP2C与杜梨耐盐和耐干旱胁迫存在紧密关联。     

木薯MebZIP2基因克隆及其功能分析

【目的】bZIP转录因子在植物生长发育、淀粉合成和非生物胁迫等方面发挥重要作用。克隆木薯MebZIP2基因并进行亚细胞定位、表达分析和酵母单杂交分析,为进一步研究MebZIP2基因的功能提供参考。【方法】从木薯SC205中扩增MebZIP2基因编码区（CDS）序列,对其进行生物信息学分析,并构建pNC-GreenSubN融合表达载体,通过农杆菌介导转染烟草表皮细胞,观察荧光信号以确定MebZIP2蛋白的亚细胞定位情况。在木薯不同组织和块根不同发育阶段分析MebZIP2基因表达特征,利用酵母单杂交研究其与淀粉合成基因启动子的互作情况。【结果】MebZIP2基因CDS序列长度为465 bp,编码154个氨基酸,蛋白分子量为17 891.35 Da,理论等电点为5.23,属于不稳定亲水性蛋白。MebZIP2含有bZIP保守结构域,其氨基酸序列与橡胶树bZIP蛋白的相似性最高,为74.22%。MebZIP2基因启动子区域含有光响应元件,赤霉素、水杨酸和茉莉酸等激素响应元件,以及胚乳表达和胁迫响应元件。MebZIP2蛋白亚细胞定位于细胞核和细胞膜。MebZIP2基因在根尖分生组织、须根、茎和块根...     

AP2/ERF蛋白调控植物的非生物胁迫应答机制

AP2/ERF蛋白是植物所特有的转录因子,参与植物生长发育以及调控生物和非生物胁迫反应。研究表明,AP2/ERF蛋白不仅与其它类型转录因子共同形成复杂的转录调控网络,通过多种信号转导途径调控功能基因的表达,而且可以作为外界信号的感应因子调控植物的非生物胁迫应答。主要从AP2/ERF蛋白在植物激素合成、蜡质合成、低氧胁迫应答、ROS清除以及蛋白质修饰等方面综述了AP2/ERF蛋白在植物非生物胁迫应答中的研究进展,并展望了今后的研究方向。     

木薯MePYL12基因克隆及采后生理性变质过程的表达分析

[目的]脱落酸受体PYL家族基因为ABA信号通路的重要成员.研究PYL基因在木薯块根的采后生理性变质(post-harvest?physiological?deterioration,?PPD)和非生物胁迫中的功能,能够为进一步研究ABA信号在木薯抗逆和PPD过程中的功能奠定基础.[方法]本研究从木薯品种SC124中通...     

玉米蛋白磷酸酶2C基因ZmPP2C26两个可变剪接体的功能分析

【目的】探讨蛋白磷酸酶2C在植物生长发育和逆境抗性中的作用。【方法】利用逆转录PCR扩增玉米蛋白磷酸酶2C基因ZmPP2C26的两个可变剪接体,用生物信息学工具预测其推导蛋白的特性后,转化野生型拟南芥,并进行功能验证和亚细胞定位。【结果】在较短剪接体中切除的213nt第一内含子,在较长剪接体中被保留。第一个内含子的剪接位点为5′-CC..CG-3′,与植物中通常的组成型剪接位点5′-GT..AG-3′不同。保留内含子及其侧翼序列的G/C含量较高,相当于其他内含子及其侧翼序列的2倍。两个剪接体在野生型拟南芥中的异源表达均可增加其对干旱胁迫的敏感性。两个剪接体推导蛋白的预测三维结构均与PP2C相似,较长剪接体保留内含子编码的71个冗余氨基酸序列保持随机螺旋状态,预测为叶绿体定位信号肽。绿色荧光蛋白标记法定位表明,较长剪接体定位于细胞核、细胞膜和细胞器,而较短剪接体定位于细胞核和细胞膜。【结论】ZmPP2C26基因转录后加工过程中发生内含子保留型可变剪接。第一个内含子的保留没有改变其编码蛋白的PP2C功能,但有可能使其作用由细胞核和细胞膜延伸至叶绿体。     

木薯环指蛋白基因MeRFP8克隆及表达

采用RT-PCR方法,首次从木薯华南8号(SC8)克隆一个环指蛋白RFP基因家族成员MeRFP8.该基因c DNA包含1059 bp的开放阅读框,编码一个由352个氨基酸残基组成的蛋白质.该蛋白质分子质量为39.23 ku,理论等电点为4.84,C末端含有保守的结构域RING finger domain(Ring-H2 zinc finger),属于C3H2C3型环指蛋白.利用实时荧光定量PCR分析MeRFP8基因在木薯SC8及其同源四倍体叶片的表达水平,结果显示:5℃低温胁迫24 h内,SC8和其四倍体MeRFP8基因先下调表达,后上调表达,呈"V"字型.而且MeRFP8基因在SC8的表达变化水平比其同源四倍体大.推测MeRFP8基因可能参与木薯的低温响应.     

木薯蔗糖磷酸合成酶基因克隆及组织表达分析

通过同源克隆从木薯品种辐选01(RS01)中获得SPS基因保守序列,利用RACE扩增技术获得全长cDNA序列并使用相关软件进行生物信息学分析,并采用实时荧光定量PCR分析木薯SPS基因在不同时期、不同组织中的相对表达量。结果表明:克隆获得的木薯SPS基因cDNA序列全长3 857bp,开放阅读框(ORF)长3 228bp,编码1 076个氨基酸,命名为MeSPS(GenBank登录号KX822780);同源性分析表明,MeSPS基因与麻风树、蓖麻和荔枝的SPS基因序列同源性较高,分别为89%、89%和87%;其氨基酸序列与其他植物SPS氨基酸同源性在77%~92%;经qRT-PCR分析结果表明,MeSPS在苗期的相对表达量较高;在同一生长时期,MeSPS在叶片中相对表达量高于茎段和块根。     

木薯PYL13基因克隆及表达分析

[目的]解析木薯脱落酸(ABA)受体PYR/PYL/RCARs家族基因(MePYL13)在木薯块根采后生理性变质(PPD)过程中的功能作用,为后续探索ABA信号通路在木薯PPD中的功能及作物抗逆育种打下基础.[方法]从木薯品种SC8中克隆MePYL13基因,应用生物信息学分析方法对其编码蛋白的理化性质、亲疏水性、保守结构域及二、三级结构等进行预测,对基因上游启动子进行元件分析,通过亚细胞定位观察MePYL13蛋白在植物细胞中的定位情况,并利用实时荧光定量PCR检测MePYL13基因在木薯PPD过程中的相对表达量.[结果]克隆获得的MePYL13基因编码区(CDS)长度663 bp,编码220个氨基酸,蛋白分子量23.957kD,理论等电点(Ip)为6.74.MePYL13蛋白与巴西橡胶树(XP 021654464.1)PYL家族蛋白的氨基酸序列同源性最高,为91.55%,表明MePYL13蛋白氨基酸序列具有高度保守性.从MePYL13基因启动子鉴定获得与非生物胁迫逆境相关的响应元件,包括厌氧诱导元件(ARE,AAACCA)、光响应元件(ATCT-motif,AATCTAATCC)、干旱MYB元件(MBS,TAACTG)及ABA应答元件(ABRE,AAACAGA)和分生组织表达相关元件(CAT-box,GCCACT)等;MePYL13蛋白在木薯细胞的细胞核和细胞质上均有表达.随着PPD进程的推移,MeP YL13基因相对表达量整体上呈上升趋势,至PPD后期(48 h)其相对表达量是0h时(PPD前)的16倍,即MePYL13基因受木薯块根PPD的显著诱导.[结论]MePYL13基因是PYR/PYL/RCARs家族成员,可能在木薯块根PPD过程中发挥正向调控作用,为培育木薯PPD改良品种提供了潜在基因资源.     

NtGNL2基因克隆及蛋白结构分析

ARF-GEFs家族基因是近年来极性生长研究的热点。该家族有多个亚家族,而在植物中以GBF亚家族为典型代表。NtGNL2(Nicotiana tabacum GNOM-Like2)是通过同源克隆,并结合3'Race技术在烟草中克隆获得的GBF家族成员,在植物上报道的GBF家族成员并不多,然而,该亚家族成员的蛋白序列及功能都高度保守。为了验证新获得的Nt GNL2基因的保守性,通过同源比对和系统发生关系分析了NtGNL2与其他多个植物GBF家族成员的亲缘关系;同时对NtGNL2基因各个保守结构域进行了蛋白序列的分析。结果表明,NtGNL2与其他植物GBF成员高度保守。     

玉米转录因子ZmbZIP77基因克隆及表达分析

碱性亮氨酸拉链蛋白(Basic Leucine Zipper,bZIP)是广泛存在于真核生物中的一类转录因子,广泛参与植物多种生理进程.从玉米(Zea mays L.)中克隆出1个碱性亮氨酸拉链蛋白家族成员ZmbZIP 77,对该基因进行生物信息学分析,并采用实时荧光定量PCR技术分析了其在玉米不同组织部位及不同胁迫处理下的表达谱.结果表明,ZmbZIP77与其他bZIP家族成员一样,均含有1个保守的GBF1(Plant G-box binding factor 1)结构域,暗示它和该家族中其他成员具有相同或相似的功能;根据bZIP序列的同源性,植物bZIP序列可以分为3类,ZmbZIP77位于第Ⅱ类,与小麦Wlip9a和拟南芥AtbZIP10亲缘关系最近;玉米ZmbZIP77基因在根中表达量最高,胚芽鞘次之,在叶中表达量最低;高温、干旱和脱落酸均能显著诱导玉米根中ZmbZIP 77的表达,提示Zm-bZIP 77可能在玉米组织发育及逆境胁迫响应中起到重要作用.     

桃Q型C2H2锌指蛋白基因家族的鉴定及其在低温胁迫下的表达分析

【目的】从桃基因组鉴定Q型C2H2锌指蛋白基因家族成员,并进行生物信息学与低温表达分析,为桃抗逆性研究提供理论依据。【方法】采用生物信息学方法分析桃46个Q型C2H2锌指蛋白家族成员的理化性质、系统进化和基因结构等,并利用实时荧光定量分析其低温胁迫下的表达特征。【结果】桃Q型C2H2锌指蛋白家族成员氨基酸数量介于155～607,且主要位于细胞核中。染色体定位揭示该家族成员不均匀地分布在8条染色体上。系统进化分析将桃和拟南芥的Q型C2H2基因聚为16个亚组。基因结构分析表明：同一亚族成员结构相似,外显子数量基本相同。顺式作用元件分析表明：大多数Q型C2H2锌指蛋白家族成员启动子序列上游2 000 bp区域包含大量激素及非生物胁迫响应元件。qRT-PCR分析表明：低温胁迫下,桃Q型C2H2锌指蛋白家族成员中有16个成员为上调表达,且以PpC2H2-18基因最为显著。【结论】该家族成员均含有较高的保守基序和结构域,且可参与植物生长发育以及生物和非生物胁迫等,为桃的抗寒育种提供了参考。