小麦磷转运蛋白基因TaPT4的克隆和表达分析

在富集低磷响应基因的小麦根系cDNA差减杂交文库中,测序后获得1个与大麦磷转运蛋白基因HvPT4高度同源的表达序列标签TaPT4-EST。经BLAST分析获得该EST对应的全长cDNA,将其命名为TaPT4。TaPT4的cDNA全长为1 927bp,编码537个氨基酸残基,编码蛋白含有12个跨膜保守域。系统进化分析表明,TaPT4除与HvPT4具有较高的相似性外,还与呈高亲和特征的黑麦磷转运蛋白基因PT和小麦磷转运蛋白基因PT1高度同源。TaPT4在叶中的表达为组成型,在根中的表达受到低磷诱导;此外,无论在低磷处理还是正常供磷条件下,TaPT4在根中的表达均表现明显的昼夜节律特征,表现为随照光时间延长而表达增高,进入暗期后表达减弱。上述结果表明TaPT4可能是归属于高亲和特征的小麦磷转运蛋白,在增强小麦在低磷逆境下的磷素吸收中发挥着重要作用。     

小麦DREB基因的克隆及植物表达载体构建

脱水应答元件结合蛋白在高等植物应答干旱、高盐和低温胁迫中发挥重要的作用。根据GenBank中小麦(Triticum aestivum L.)DREB基因的cDNA序列设计引物,采用RT-PCR技术从小麦中克隆了DREB基因837 bp的编码区。为进一步研究小麦DREB基因的功能,以pMD18-T-DREB质粒为模板,PCR扩增DREB基因片段,构建了该基因的植物表达载体。经菌液PCR和测序鉴定后,转化到农杆菌LBA4404中,为通过转基因技术深入研究小麦DREB基因的功能奠定了基础。     

小麦锌指蛋白基因TaZAT6的克隆、特征分析及其在不同磷水平下的表达

 【目的】在克隆小麦锌指蛋白基因TaZAT6的基础上,深入研究该基因的分子特征和在不同磷水平下的表达特性。【方法】通过对富集石新828不同低磷胁迫时间点特异表达基因的cDNA差减文库克隆测序,获得1锌指蛋白型转录因子基因EST。利用RT-PCR技术,在低磷处理24 h的石新828和冀7369根系中克隆了该锌指蛋白基因TaZAT6,并采用该技术进一步研究该基因应答介质中Pi的特征。【结果】TaZAT6开放阅读框为717 bp,编码238个氨基酸残基,编码的蛋白质中含有1个保守的核定位区、2个C2H2锌指蛋白域和1个DLN保守盒。系统进化分析表明,TaZAT6可能与另外2个小麦锌指蛋白基因ZAT22和ZAT23具有共同的祖先。TaZAT6的表达表现为明显的低磷诱导特性,恢复至正常磷水平下其表达降低至磷胁迫前水平。与磷低效品种冀7369相比,石新828根叶中TaZAT6具有更强应答低磷胁迫能力。小麦高亲和磷转运蛋白基因TaPT2对生长介质中Pi的响应特点与TaZAT6相似,表明TaZAT6可能参与了对TaPT2的转录调节。【结论】低磷胁迫条件下,石新828中 TaZAT6具有较强应答Pi能力,由此进一步调控下游基因表达,可能与该品种在低磷下表现磷高效具有密切联系。     

小麦低磷响应基因的筛选与表达分析

利用Affymetrix wheat microarray分析了郑麦9023在低磷和正常磷水培条件下,苗期根部基因在转录水平的差异。结果表明,1)筛选得到1 889个差异表达基因,其中1 298个上调表达,591个下调表达。2)基因功能分析显示,这1 889个基因参与了信号转导、蛋白存储、逆境胁迫、能量代谢、病程相关和其他与植物生长发育有关的过程。3)利用qRT-PCR对其中30个基因的表达情况进行了验证,显示与基因芯片结果基本相同的表达趋势。4)在低磷及磷恢复条件下,对其中5个候选基因(TaSPX3,TaIPS1.3,TaGST_Like,TaPDF19,TaG6PDH1_Like)在不同小麦品种中的表达进行分析,显示这5个基因受到低磷胁迫的强烈诱导,恢复供磷后表达显著回调。但是,这些候选基因在不同品种间横向表达趋势有差别,反应了不同基因型小麦对低磷胁迫的响应机制存在差异。预测这5个候选基因的功能涉及信号转导、氨基酸代谢、糖代谢、抗逆响应等重要的代谢或调控途径,在小麦应对低磷逆境机制中发挥重要作用。     

小麦植酸酶基因TaPHY1的克隆、分子特征和表达特性研究

利用小麦植酸酶基因PAPhya1进行同源查找,获得1个与该基因高度同源、尚未开展分子特征和生物学功能研究的小麦新型植酸酶基因TaPHY1.TaPHY1的全长cDNA序列为1771 bp,编码548个氨基酸残基,TaPHY1含有紫色酸性磷酸酶(PAP)类植酸酶通常含有的保守域Metallophos、Purple acid...     

小麦的非生物胁迫耐性研究进展

温度的变化、水分的缺失以及盐渍化的土壤等非生物逆境都会对小麦的生长产生一定的影响。从小麦(Triticum aestivum L.)耐寒性、耐旱性和耐盐碱性3个方面介绍了小麦耐非生物胁迫的研究进展。     

不同磷效率小麦品种光合碳同化和物质生产特性研究

 【目的】通过对不同磷效率品种的光合碳同化与物质生产特性研究，阐明磷高效小麦品种高效吸收磷素的生理机制。【方法】以具有典型特征的不同磷效率小麦品种为材料，研究了丰、缺磷条件下的光合生理参数、碳酸酐酶活性和RuBPCase活性。【结果】缺磷条件下，各测定时期的叶绿素含量（Chl）、气孔导度（gs）、叶肉导度（gm）、碳酸酐酶活性（CA）和光合速率（Pn）以及可溶蛋白含量（SP）和RuBPCase活性均大致以磷高效品种（H）最高，中效品种（M）次之，低效品种（L）最低；不同磷效率品种各测试时期的LAI和作物生长率（CGR）、净同化率（NAR）和光合势（PP）也以H最高，M次之，L最低。【结论】磷胁迫条件下，H较高的Pn是由于其具有较强的光反应活性、较强的CO2传输能力和较高的暗反应效率综合作用的结果；其光合碳同化特性和物质生产能力的相对改善，主要是由于植株磷吸收数量较多，使细胞内部磷胁迫程度相对较低及由此导致的光合机构功能相对提高所致。     

Bar表达框基因载体高频转化栽培小麦

    为探讨无载体主干序列(细菌DNA)的表达框基因直接转化栽培小麦的可行性和有效性,对栽培小麦(Triticum aestivum L.)进行了bar表达框基因的基因枪转化.通过试材培养、外植体分离、bar表达框基因分离提取和纯化、基因枪轰击、诱导分化与再生培养、再生苗核酸抽提、转基因检测及除草剂涂抹试验等方法,筛选到23株全部来自幼胚愈伤的独立再生苗,其中18株显示bar表达框基因的整合,且均表现抗除草剂效应.基因型鄂麦12号的转化频率(1.55%)高于鄂恩1号(0.87%),两基因型在1100 psi轰击压下的转化频率均高于900 psi,其中鄂麦12号达到3.51%,明显优于鄂恩1号,且高于常规小麦基因枪的平均转化频率0.50%～1.00%.鄂麦12号幼胚在1100 psi轰击压下转化bar表达框基因可获高转化效应.表明受体基因型、外植体类型、轰击压等因素在优化表达框基因转化体系中具重要作用.推断表达框基因转化方法具有片段小、环境安全、转化效率高、整合模式简单、表达高效等优势,在作物遗传转化中具有广泛应用前景.     

渍害胁迫对小麦幼苗糖代谢的影响

为揭示渍害胁迫下幼苗期小麦(Triticum aestivum L.)糖代谢的变化,以正常生长条件下和渍害胁迫下不同处理阶段(0、1、3、5、7d)的叶片为供试材料,比较分析了幼苗期小麦叶片中叶绿素的含量、可溶性糖和淀粉含量及蔗糖转运蛋白(sucrose transporters,SUT)基因的表达水平.结果表明,渍害胁迫初期(1d),叶绿素含量、可溶性糖含量和淀粉含量均显著高于相应的对照组,TaSUT1基因的表达量与对照组无显著差异;随着胁迫时间的持续,叶绿素含量则显著低于对照组,叶片光合作用受到显著抑制,同化产物显著减少,表现为可溶性糖含量和淀粉含量均呈现较大的降幅,同时处理组TaSUT1基因的表达水平也显著低于对照组.由此可见,短期渍害胁迫处理能够促进幼苗期小麦叶片的糖代谢过程,利于其生长发育;但长期的渍害胁迫处理严重破坏了幼苗期小麦叶片内的糖代谢系统,导致处于营养生长初期阶段的小麦幼苗因营养物质供应短缺而生长缓慢.     

小麦TaAlaAT基因的克隆及镉胁迫下表达分析

为了研究AlaAT基因在小麦应对镉胁迫中的功能,以镉处理小麦为试验材料,利用mRNA差异显示技术DDRT-PCR、RT-PCR从小麦cDNA中克隆得到AlaAT基因全长,将其命名为TaAlaAT。用生物信息学方法对TaAlaAT的基因序列和蛋白质氨基酸序列进行分析,进一步用MEGA 6.0软件构建进化树;用qRT-PCR研究TaAlaAT基因在小麦不同组织中以及镉胁迫后的相对表达水平。序列分析结果表明,该基因全长为1 628 bp,包含1个长度为1 440 bp的完整开放阅读框(open reading frame, ORF),其编码479个氨基酸,蛋白质分子量约为53.41 ku,等电点为6.97,该蛋白质属于天冬氨转氨酶家族,与水稻(Oryza sativa L.)AlaAT蛋白的相似性较高。qRT-PCR结果表明,TaAlaAT在小麦中具有组织特异性,在根部的表达水平最高,在镉胁迫处理后,TaAlaAT基因表达量呈现先升高后降低的趋势。由研究结果可以看出,TaAlaAT基因能够响应镉胁迫。     

小麦逆境胁迫相关基因Ta14S的克隆及表达分析

【目的】克隆与逆境胁迫相关的基因,通过对目的基因的表达分析进一步解析植物的抗逆机制,为小麦抗逆育种提供候选基因和理论依据。【方法】基于cDNA芯片数据获得的水分胁迫诱导上调表达基因EST序列,运用RACE技术进行cDNA全长克隆,采用生物信息学软件分析克隆基因的编码蛋白特性,并利用实时荧光定量PCR分析该基因在不同组织及不同胁迫处理条件下的表达模式。【结果】通过RACE扩增获得小麦cDNA全长序列（GenBank登录号：JN650603）,命名为Ta14S。该基因序列全长为1 056 bp,其中,5′端非编码区11 bp,3′端非编码区253 bp,开放阅读框为792 bp,编码263个氨基酸。序列比对发现其蛋白质序列包含1个蛋白激酶C的底物结构域、1个类膜蛋白结合域、1个转录因子结合域和1个核输出信号结合域,具有植物14-3-3蛋白的结构特征;运用实时荧光定量PCR进行Ta14S表达分析,该基因在小麦苗期根中表达量最高,在PEG和低温胁迫的任何时间点均稳定上调表达,在ABA和高温胁迫的6 h内其相对表达量均显著高于对照,推测Ta14S可能参与小麦ABA信号通路中对逆境胁迫的抗性反应。【结论】获得小麦Ta14S的全长cDNA序列,其编码蛋白包含与蛋白质互作的典型功能域;通过对Ta14S在干旱、高温、低温、ABA胁迫过程中的表达特性分析表明,Ta14S在小麦逆境胁迫中发挥着重要的调控功能。     

小麦转录因子TabHLH041基因的克隆与表达分析

利用RT-PCR方法从小麦品种辽春10号中克隆得到1个b HLH转录因子基因Tab HLH041,并对其表达特性进行分析,以期为研究b HLH转录因子在小麦发育中的功能奠定基础。结果表明,Tab HLH041c DNA开放阅读框(ORF)长1 179 bp,编码392个氨基酸,Tab HLH041蛋白在C端含有1个b HLH结构域;该基因包括4个外显子和3个内含子。系统发育分析发现,Tab HLH041蛋白与大麦b HLH蛋白亲缘关系最近。实时荧光定量PCR分析表明,总体上该基因的表达具有昼夜节律性,在光照条件下表达量呈下降趋势,在黑暗条件下表达量呈上升趋势。在低温条件下,Tab HLH041基因的表达呈现前期被诱导、后期被抑制的特征,处理24 h时低温的抑制作用最明显;在高盐、外源ABA和干旱处理条件下,Tab HLH041基因的表达持续受到抑制。综上,Tab HLH041基因可能参与光周期及逆境胁迫的信号转导途径。     

小麦TaLTR基因的克隆及初步表达分析

以小麦山融3号为试验材料,克隆了TaLTR cDNA序列(Low temperature-responsive RNA-bind-ing protein)。序列分析表明,TaLTR序列包含完整的ORF区,编码蛋白含有162个氨基酸,其氨基端包含一个RRM(RNA recognition domain)超家族保守的结构域,羧基端则富含甘氨酸;经半定量RT-PCR分析,表明TaLTR参与低温、干旱、盐胁迫逆境反应。     

小麦DHAR基因的克隆及生物信息学分析

以电子克隆和RT-PCR克隆获得了1个小麦脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)基因,并对其编码的蛋白质序列进行了生物信息学分析.结果表明,该基因cDNA序列长1 187 bp,编码263个氨基酸,蛋白质分子量为28 908.2 Da,PI为6.84;具有GST-N家族和GST-C-DHAR结构域,分别属于硫氧还蛋白超家族和GST-C末端超家族;该蛋白序列无信号肽,是亲水性蛋白,定位于细胞质叶绿体中,二级结构中以无规则卷曲(40.30％)和α螺旋(37.64％)为主,并含有少量的片层结构(17.11％);该蛋白序列与大麦、二穗短柄草、玉米、水稻、拟南芥的同源蛋白序列相似性较高,其中与大麦胞质DHAR(BAJ97007.1)蛋白进化距离最近.     

小麦逆境胁迫相关基因TaC2DP1的克隆及表达分析

【目的】克隆与逆境胁迫相关的基因,并对其序列特征、进化关系和表达特性进行分析,探讨该基因在小麦抗逆调控过程中的生物学功能,为进一步解析植物的抗逆机制提供候选基因和理论依据。【方法】以cDNA芯片数据获得的水分胁迫诱导上调表达基因EST序列为探针,对小麦EST数据库进行搜索,筛选与探针同源性在97％以上的EST序列,通过电子克隆结合RT-PCR获得该基因cDNA全长,采用生物信息学软件分析比较克隆基因的保守结构域及序列特征;采用MEGA6.0软件构建该基因的系统进化树;将测序正确的该基因片段通过EcoRⅠ和HindⅢ限制性内切酶酶切连接至原核表达载体pMAL-c2X,重组质粒转化大肠杆菌BL21,经终浓度为0.3 mmol·L^-1 IPTG诱导1-5 h后,用SDS-PAGE分析融合蛋白的表达;采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析该基因在小麦不同组织间的表达差异及其在低温、干旱、高温和ABA处理下的表达模式。【结果】成功获得小麦cDNA全长序列,命名为TaC2DP1。该基因序列全长为1 356 bp,包含一个1 209 bp的开放阅读框（ORF）,5′端非编码区50 bp,3′端非编码区97 bp,编码402个氨基酸,推导编码蛋白质的预测分子量为43.41 kD,等电点为4.30,属于酸性蛋白,BLAST分析表明,该蛋白含有一个与钙离子结合的结构域,称为C2结构域（C2-domain）。多序列比对及进化树分析表明,TaC2DP1与乌拉尔图小麦TuC2亲缘关系最近,二者具有高度的同源性,其编码的氨基酸一致性达到91%;蛋白质结构预测分析显示TaC2DP1无跨膜螺旋和双硫键,亚细胞定位于细胞质中;成功构建了该基因的原核表达载体pMAL-c2X-TaC2DP1,在IPTG诱导下得到90 kD左右的蛋白,与理论值一致。通过实时荧光定量PCR进行TaC2DP1表达分析,显示该基因在小麦的根、茎、叶、幼穗、未成熟籽粒、胚及胚乳中均有表达,其中在幼穗中表达量最高,在花后5 d籽粒中表达量最低。TaC2DP1可被植物激素ABA诱导而上调表达;干旱胁迫过程中,TaC2DP1受胁迫诱导呈稳定上调表达趋势;高温和低温胁迫过程中,TaC2DP1均在胁迫后的0.5 h迅速诱导上调表达,分别为对照的21和17倍。推测该基因可能参与小麦ABA 信号通路中对逆境胁迫的抗性反应。【结论】获得小麦TaC2DP1的全长序列,其编码蛋白含有与钙离子结合的C2结构域;在低温、干旱、高温和ABA逆境胁迫下,TaC2DP1属于依赖于ABA胁迫响应基因调控网络,可能在干旱、低温和热胁迫中发挥重要作用。     

小麦胚乳14-3-3基因的克隆及其重组蛋白的原核表达

【目的】克隆小麦籽粒胚乳14-3-3基因,并进行体外表达,为进一步研究其对籽粒生长发育的调控作用奠定基础。【方法】根据已有同源基因保守序列,设计插入限制性酶切位点的特异性扩增引物,采用RT-PCR方法扩增发育的小麦胚乳14-3-3基因,克隆测序后转入表达载体,在大肠杆菌中进行表达,并进行纯化。【结果】从开花后灌浆13-15 d的小麦品种济麦22籽粒胚乳中克隆到1个14-3-3基因,序列分析表明为非ε型,含1个777 bp的开放阅读框,编码蛋白259 aa,分子量约29 kD。核苷酸序列分析表明与小麦、水稻、玉米、大麦、大豆等主要农作物和模式植物拟南芥的14-3-3基因有较高的同源性,最高达98%,编码蛋白氨基酸长度也一致（260 aa左右）;在大肠杆菌中高效表达的重组蛋白约为30 kD,分子量大小与根据核苷酸序列推导的编码蛋白一致。从基因序列的同源性、编码蛋白的氨基酸长度、表达蛋白的分子量大小分析都说明克隆到的基因为14-3-3基因,并准确插入表达载体,得到了高效正确表达。将克隆的基因插入pET29c载体,热激转化大肠杆菌BL21-CodonPlus(DE3)-RP,得到了高效表达,但主要以包涵体形式（80%）存在。对重组蛋白进行了纯化,可溶性重组蛋白利用S-蛋白琼脂糖树脂得到纯化的蛋白,包涵体重组蛋白经变性溶解、复性后,也利用S-蛋白琼脂糖树脂得到了高度纯化的重组蛋白。【结论】利用RT-PCR技术从发育的小麦胚乳中克隆到1个14-3-3基因,并在大肠杆菌中得到了高效表达,重组蛋白经过纯化得到了纯度较高的活性蛋白。     

小麦avenin-like的克隆、原核表达与品质效应研究

【目的】研究普通小麦不同品种的类燕麦贮藏蛋白（avenin-like）基因序列的多样性及其表达产物的加工品质效应。【方法】利用特异性引物对来源于不同地区的12个小麦品种（系）进行PCR扩增、克隆、测序及序列分析;构建JN542444原核表达载体后转入表达菌株Escherichia coli Rosetta gami B(DE3),IPTG诱导融合蛋白表达,并通过His-Trap HP柱纯化蛋白后进行微量掺粉试验。【结果】克隆获得22条avenin-like新基因序列（GenBank登录号JN542443-JN542464）,长度均为855 bp,且均具有可编码284个氨基酸残基的完整的开放阅读框,无内含子;半胱氨酸数目及位置相对保守,除JN542452含有17个Cys外,其余avenin-like所编码的蛋白质序列均含有18个Cys,且位置相同,预测可能形成7个分子内二硫键和4个分子间二硫键;发现3条罕见的avenin-like假基因（JN542448、JN542455和JN542456）,均因终止密码子的提前出现引起基因沉默;7份小麦品种共享一条avenin-like亚基,并与GenBank中来自普通小麦的HM027636完全一致,暂将该亚基命名为“Avenin-likeⅠ”;系统演化分析表明avenin-like编码蛋白与LMW-GS关系最近,与ω-gliadin的亲缘关系最远;SDS-PAGE检测融合蛋白成功表达,对纯化蛋白进行微量掺粉试验,发现Avenin-likeⅠ型蛋白亚基对小麦加工品质具有显著的正向效应。【结论】avenin-like在供试小麦品种中具有很低的多态性,且Avenin-likeⅠ型亚基能提高面粉加工品质。     

小麦质膜蛋白基因TaPM19-1的克隆及其对非生物胁迫的响应

【目的】分析小麦质膜蛋白基因TaPM19-1的特征及其对非生物胁迫的响应,并探讨其在小麦抗逆调控过程中的生物学功能。【方法】利用RACE技术克隆了该基因cDNA全长,采用生物信息学方法分析克隆基因编码蛋白的特性,并通过半定量RT-PCR分析该基因在非生物胁迫条件下的表达特性。【结果】TaPM19-1的cDNA全长1 090 bp,无内含子,编码蛋白包含182个氨基酸,分子量为19.02 kD,包含有典型的AWPM19保守域;依据氨基酸序列将来源于不同植物的16个AWPM19类蛋白分为3组,TaPM19-1与2个来源于大麦及1个二穗短柄草的AWPM19类蛋白亲源关系最近,同属于第三组。高级结构分析显示,TaPM19-1可形成4个由α-螺旋组成的跨膜域,N端位于膜内,包含由27个氨基酸组成的信号肽,C端近40个氨基酸位于膜内。表达分析显示,TaPM19-1除在发育后期的种子中有较高水平表达外,其它组织中未检测到表达;在所检测的2个小麦品种根系中,TaPM19-1的表达受ABA诱导,但在叶片中的表达量极低;水分胁迫条件下,该基因在根系和叶片中均呈现较强的诱导表达特性;在高盐和高温胁迫条件下,该基因在洛旱2号小麦中均可诱导表达,而在中国春小麦中未检测到该基因表达;在低温胁迫条件下,未检测到TaPM19-1的表达。【结论】获得了小麦质膜蛋白基因TaPM19-1的cDNA全长,其编码蛋白可形成典型的跨膜结构特征;该基因受植物激素ABA的诱导,在洛旱2号中也可被干旱、高盐和高温胁迫诱导,但在中国春中对高盐和高温胁迫无响应。推测TaPM19-1在洛旱2号和中国春中存在不同的转录调控机制。     

小麦F-box蛋白基因的电子克隆和生物信息学分析

为探讨F-box蛋白在小麦发育过程中的调节作用,利用电子克隆技术获得了一个小麦F-box蛋白基因,采用生物信息学方法,对其编码的蛋白质从序列特征、理化性质、跨膜结构域、亚细胞定位、高级结构及功能域等方面进行了预测和分析。结果表明,小麦F-box蛋白由362个氨基酸组成,在N端和C端分别存在一个F-box保守结构域和一个DUF295保守结构域(功能未知),该蛋白质二级结构中以α-螺旋(23.48%)、扩展束(25.41%)和无规则卷曲(47.24%)为主,在94-115位点处可能存在一个由内向外的跨膜区,N端不存在信号肽序列,亚细胞定位于细胞质中;该F-box蛋白与二穗短柄草、玉米和水稻的F-box蛋白相似性较高,进化距离较近。     

辣椒CaCBF1A基因的克隆及非生物胁迫下表达分析

为揭示Ca CBF1A基因在辣椒抗逆机制中发挥的功能,对辣椒Ca CBF1A基因进行克隆与分析。以豫椒101为材料,根据参考基因组序列设计引物,通过PCR技术从辣椒基因组c DNA中获得CBF基因Ca CBF1A。经生物信息学分析,该基因具有一个完整的ORF(471 bp),编码156个氨基酸。Ca CBF1A编码的蛋白质包含保守的AP2 DNA结合域。对其亚细胞定位、跨膜结构进行分析,预测其定位在叶绿体中,存在跨膜结构。荧光定量PCR检测结果表明,低温、高温和盐胁迫均可诱导Ca CBF1A基因的表达,其表达量在迅速达到峰值后又降低,说明Ca CBF1A是一个逆境胁迫快速响应基因,推测其在辣椒抗逆机制中起着重要的作用。