玉米蔗糖转运蛋白基因ZmERD6 cDNAs 的克隆与逆境条件下的表达

在前期的研究中发现一个玉米苗期早期应答干旱的EST序列,与拟南芥ERD6序列同源性较高。本研究应用电子克隆与同源克隆技术分离出这个基因,并命名为ZmERD6。研究表明ZmERD6具有大小两个转录本,分别被命名为ZmERD6-L和ZmERD6-S。ZmERD6-L开放阅读框1 515 bp,编码505个氨基酸,ZmERD6-S开放阅读框1 386 bp,编码463个氨基酸。序列分析表明,ZmERD6-L和ZmERD6-S蛋白结构中含有两个MFS (major facilitator super-family)结构域,属于MFS家族的蔗糖转运子(sugar transporter)亚族。跨膜结构预测表明两个蛋白都具有多个跨膜区,ZmERD6-L蛋白含12个而ZmERD6-S含11个跨膜区。利用半定量RT-PCR分析ZmERD6在ABA、干旱、盐和冷胁迫处理以及不同组织中的表达情况,表明ZmERD6基因在不同胁迫下能被诱导表达,在不同组织中表达有差异。通过在玉米基因组数据库中的查询和比对获得ZmERD6基因上游2.5 kb的序列,生物信息学预测表明该序列具有启动子的核心序列及上游增强子序列、抑制子序列,同时还具有冷、茉莉酸甲酯等激素调控序列。     

玉米热激蛋白基因ZmHSP90-1的克隆及表达分析

HSP90是普遍存在于原核和真核细胞中的一种高度保守的分子伴侣。本研究从玉米中克隆了一个HSP90同源基因, 命名为ZmHSP90-1基因, 并对其进行了初步的序列分析。该基因cDNA序列全长2 371 bp, 开放阅读框2 094 bp, 编码697个氨基酸, 蛋白质分子量约79.98 kD。蛋白结构预测及同源比对分析表明, ZmHSP90-1基因编码蛋白含ATPase位点和HSP90保守结构域, 并与拟南芥、水稻等多种物种的热激蛋白高度同源; 进化树分析表明ZmHSP90-1与拟南芥AtHSP90.1基因关系较近, 蛋白序列相似性达88.3%。目的蛋白亚细胞定位显示, ZmHSP90-1蛋白在细胞质中表达。实时荧光定量PCR分析表明, ZmHSP90-1对非生物胁迫高温、高盐、ABA、低温、干旱均具有明显的应答反应。推测ZmHSP90-1是玉米的一个胁迫相关基因。     

菊花CmWRKY4基因克隆及表达分析

WRKY转录因子在植物生长发育和逆境胁迫应答中具有重要作用。本研究克隆了一个菊花WRKY基因CmWRKY4,编码区长1 344 bp,编码447个氨基酸,预测分子量约为49.69 kD,等电点为6.62。推测的氨基酸序列中含有2个高度保守的WRKY结构域。亚细胞定位预测CmWRKY4蛋白定位于细胞核。进化树分析发现,CmWRKY4和拟南芥At WRKY3,AtWRKY20和At WRKY25聚在一个分支。组织特异性表达模式分析表明CmWRKY4在检测的组织中都有表达,在根中表达量最低,在叶中表达量最高。Cm WRKY4基因的表达受干旱诱导,说明菊花CmWRKY4基因可能参与菊花对干旱胁迫的应答。     

玉米ZmNACx基因克隆及表达分析

NAC转录因子在植物发育和逆境应答中具有重要的作用。本研究从玉米中克隆了一个NAC基因ZmNACx。该基因开放阅读框长900 bp,编码299个氨基酸,预测分子量约为33.539 k D,等电点为8.18。推测的氨基酸序列中含有1个高度保守的NAM结构域。亚细胞定位预测ZmNACx蛋白定位于细胞核。进化树分析发现,ZmNACx和Os NAC1分为一个分支。组织特异性表达模式分析表明在检测的所有组织中ZmNACx都有表达,在根中表达量最高,在叶中表达量最低。ZmNACx基因的表达受干旱诱导,说明玉米ZmNACx基因可能参与玉米对干旱胁迫的应答。     

谷子逆境应答相关的钙依赖蛋白激酶基因SiCDPK1的克隆与表达

CDPK是一类重要的钙信号感受蛋白和响应蛋白,在植物非生物胁迫应答方面具有重要的作用。为探究耐旱作物谷子CDPK在抗逆胁迫中的应答机制,本文利用RT-PCR技术从谷子幼苗cDNA中克隆到一个与逆境胁迫相关的CDPK基因,命名为SiCDPK1 (GenBank登录号为KC249975.1)。以拟南芥CDPK基因序列为查询序列,预测谷子基因组含有28个CDPK基因。其系统发育分析表明,谷子CDPK基因家族由4个亚类组成,其中SiCDPK1属于第II亚类,其全长1596 bp,编码531个氨基酸,预测蛋白分子量为59.5 kD,等电点pI为5.94,含有典型CDPK的保守结构。启动子调控区含有与多种逆境胁迫相关的调控元件。实时定量结果显示,SiCDPK1基因受PEG、ABA、高盐、自然干旱胁迫诱导表达。本试验为谷子抗逆应答机制的深入研究奠定了良好的理论基础。     

碱茅Put-HVA1基因的克隆及在酵母和拟南芥中的表达

本研究从碱茅(Puccinellia tenuiflora)cDNA文库中分离得到Put-HVA1基因,其开放读码框(ORF)长534bp,共编码177个氨基酸,其预测分子量约为18.167kD,理论等电点约为7.80。氨基酸序列比较结果表明,Put-HVA1氨基酸序列与水稻、玉米的HVA1蛋白氨基酸序列的同源性分别为69%和56%。另外,将Put-HVA1基因构建到酵母表达载体pYES2和植物双元表达载体pBI121上,并分别转化至酵母(INVSc1)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)。对pYES2-Put-HVA1转化酵母进行盐碱、氧化胁迫、渗透胁迫及干旱处理,结果表明:重组酵母提高了对盐碱、氧化、渗透胁迫及干旱等逆境的适应能力。对部分转基因株系进行了抗盐性试验,表明转Put-HVA1基因拟南芥在150mmol/L NaCl和5mmol/L NaHCO3胁迫下长势优于野生型拟南芥,表现出一定的耐受性。     

水稻双组分系统基因干旱胁迫表达谱分析

利用全基因组表达芯片,系统分析干旱胁迫条件下水稻双组分信号系统(two component system,TCS)相关基因在其不同发育阶段、不同组织以及抗旱能力不同的株系中的表达谱变化特征.结果表明,双组分信号系统基因在干旱胁迫环境下的表达具明显的时空特异性,表现为不同组织的TCS基因干旱胁迫表达谱差异较大,而同一组织内表达谱相似,其中生殖生长期(幼穗分化期和孕穗期)两个叶片材料中TCS基因表达谱最为接近;与细胞分裂素信号传导负向调控相关的A型应答调控器在旱胁迫下表达下调,而与CK信号传导正向调控相关的B型应答调控器呈现明显上调趋势,推测与干旱胁迫下CK信号传导增强有关,同时乙烯受体基因在干旱胁迫环境下的表达下调,从激素间相互关系的角度更好地印证了上述推测;与拟南芥细胞分裂素受体基因(AHK2、AHK3和AHK5)序列相似的磷酸感应激酶基因HK5和HK3在干旱胁迫下表达上调,与拟南芥中不依赖细胞分裂素的AHK5序列接近的HK6则表达下调,进一步验证上述推测;干旱胁迫下抗旱能力不同的水稻株系其TCS基因表达谱没有明显差异,推测TCS基因差异表达可能源于对干旱胁迫反应,而其表达对抗旱能力的增强还有待进一步研究.     

玉米ZmGRAS31基因的克隆及功能研究

GRAS 蛋白家族是一类植物特有的转录调控因子,在多种植物中均有报道。为了探究玉米 GRAS 基因家族在逆境胁迫下的功能,本研究从玉米根中克隆获得 ZmGRAS31 (AC: NC_024462),该基因全长 1422 bp,编码 473 个氨基酸。生物信息学分析表明 ZmGRAS31 蛋白分子量为 51,700.38 Da,理论等电点为 4.73,具有 GRAS 转录因子家族特有的保守结构域,但不具跨膜结构,亲水性较差。玉米原生质体瞬时表达实验表明 ZmGRAS31 定位于细胞核内。实时荧光定量 PCR (qPCR)分析表明,在低温、脱水、高盐、干旱处理下, ZmGRAS31 在玉米幼苗均上调表达;不同浓度NaCl 处理过表达 ZmGRAS31 转基因拟南芥植株,其根长优于野生型,由此推测该基因可能参与玉米非生物胁迫应答。     

玉米干旱诱导表达基因ZmCKS2的克隆与表达分析

在本实验室前期研究的干旱胁迫相关的抑制差减文库(SSH)中,发现一个玉米干旱胁迫诱导表达的EST序列,与拟南芥AtCKS2和AtCKS1基因有较高的同源性。应用生物信息学手段和同源克隆的方法,分离得到该基因,命名为ZmCKS2。序列分析表明该基因开放阅读框区267bp,编码88个氨基酸。ZmCKS2蛋白含有真核生物中高度保守的CKS(cyclin-dependent kinase regulatory subunit)结构域。应用在线分析软件预测该基因上游2kb序列表明,该序列具有启动子的核心序列和增强子序列,同时还具有与干旱等多种逆境胁迫相关的调控序列。应用实时荧光定量PCR分析表明该基因在幼穗中表达量最高,且受干旱和MeJA诱导上调表达,受低温和外源ABA诱导下调表达。     

马铃薯StNAC72基因克隆及表达分析

NAC转录因子在应答非生物胁迫中具有重要的调节作用。本研究以宁薯4号叶为材料,应用RT-PCR技术从已建立的转录组测序数据库中获得了马铃薯StNAC72基因全长序列,对其序列特征进行生物信息学分析;并应用real-time PCR技术分析了干旱和干旱后复水处理下根、匍匐茎和叶中该基因的时空表达特征。结果表明,StNAC72基因开放阅读框长1 074 bp,编码357个氨基酸,含有典型的NAM结构域。进化树聚类分析显示,该基因与拟南芥AtNAC072/RD26亲缘关系最近,属于NAC蛋白的SNAC(stressassociated NAC)组成员。转录水平表达分析显示,StNAC72基因表达量存在组织表达差异;干旱处理致使匍匐茎和叶中StNAC72均表现出上调表达模式,干旱处理后匍匐茎中StNAC72表达量较无处理的匍匐茎中上调近10倍;根中该基因对胁迫应答变化不明显,但表达量相较对照根中上调近1倍。干旱后复水处理促使StNAC72表达量下调,且以匍匐茎中该基因对胁迫应答最为显著,说明该基因可能参与干旱及水分刺激信号传导过程。研究结果为应用StNAC72改良马铃薯抗逆能力提供了基础理论数据。     

津田芜菁泛素化相关蛋白基因BrRUB1的克隆及表达分析

RUB1(related to ubiquitin 1)是植物和酵母中一种泛素类似蛋白质,是Cullin家族的一个成员。为阐释津田芜菁Br RUB1基因的表达特性,本研究克隆了津田芜菁RUB1基因的全长c DNA序列,命名为Br RUB1,Gen Bank登录号为KF501173。其ORF全长471 bp,编码156个氨基酸;亚细胞定位结果显示,Br RUB1-GFP定位于细胞核,表明Br RUB1蛋白可能在细胞核中发挥其功能。q RT-PCR检测Br RUB1的表达表明,该基因表达量在花蕾中最高,花瓣中次之,具有组织特异性。而且Br RUB1在芜菁根皮中的表达受长波紫外线(UV-A)诱导。     

甘蔗S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因(ScSAM)的克隆及表达

利用RT-PCR和RACE技术从甘蔗品种新台糖22号(ROC 22)中克隆获得SAM基因的cDNA序列,命名为ScSAM,GenBank登录号为KC172558。用生物信息学方法预测分析其序列,cDNA全长1466 bp,含有1个1191 bp的完整开放阅读框(ORF),编码396个氨基酸,与高粱和玉米等植物的SAM蛋白有很高的相似性。系统进化树分析显示,甘蔗ScSAM与高粱的SAM蛋白亲缘关系较近。Real-time PCR分析表明ScSAM为组成型表达,在根中的表达量最高,是叶中表达量的3.6倍。其在黑穗病菌胁迫和低温(4℃)、聚乙二醇(PEG)、NaCl非生物胁迫下均被诱导表达,但表达模式不同;在H₂O₂胁迫下其表达被抑制。推测其可能参与甘蔗抗黑穗病过程,且在甘蔗抗寒、抗旱、抗盐和抗氧化等胁迫过程中也起某种作用。     

玉米非生物逆境响应基因ZmASK1的克隆及表达特性分析

类Shaggy/GSK-3蛋白激酶基因在植物发育和逆境应答中起着十分重要的作用。通过RT-PCR方法从玉米中克隆了一个与Shaggy/GSK-3蛋白激酶基因同源的全长cDNA, 命名为ZmASK1(abiotic stress-induced kinase)(GenBank accession No., AY722707)。推测ZmASK1蛋白含有426个氨基酸, 分子量为48.5 kD, 等电点为8.7。半定量RT-PCR分析表明, ZmASK1可以被甘露醇、高盐和脱落酸(ABA)诱导。另外, 在不同的组织中, ZmASK1的表达模式也不一样, 在子房中的表达量最高。这些结果表明, ZmASK1可能在植物逆境反应及生殖生育过程中起多重作用。本文是玉米类Shaggy/GSK-3蛋白激酶基因参与胁迫和发育过程的首次报道。     

小麦CpFBA基因的多样性及其对低温处理的响应

叶绿体果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(chloroplast fructose-1,6-biphosphate aldolase,CpFBA)是Calvin循环碳固定过程中的一个关键酶。该酶在光合作用中具有重要的功能,在一些非生物胁迫响应中也起重要的调控作用。本文用RT-PCR、RACE方法从小麦返白系中克隆到三个小麦CpFBA(TaCpFBA)的cDNA序列,预测其中两个编码388AA、另一个编码309AA;在对照矮变1号中克隆到两个TaCpFBA的cDNA序列,预测分别编码388AA和373AA。两个材料中得到的388AA序列完全一致,预测1-37位氨基酸残基是叶绿体定位导肽序列。根据cDNA全长序列设计引物,从返白系和矮变1号中分别扩增得到TaCpFBA的基因组DNA序列,两个序列均包含六个外显子。构建TaCpFBA-eGFP融合表达载体并转化拟南芥原生质体,对基因表达产物进行了亚细胞定位,证明TaCpFBA基因表达产物定位于叶绿体中。用Real TimePCR对小麦CpFBA在低温条件下的表达模式进行了初步研究,结果表明,低温条件下矮变1号中CpFBA的表达先升高后降低,而在低温敏感的小麦返白系中,CpFBA的表达先降低后逐渐升高,揭示了小麦CpFBA在不同的低温响应机制中的表达差异。     

小麦新品种“川农16”低分子量谷蛋白亚基新基因的分子克隆

采用PCR方法从小麦（Triticum aestivum L.）新品种“川农16”中克隆得到一个低分子量谷蛋白亚基（LMW-GS）新基因LMWCN16-2（GenBank No.AY296753）。该基因具有LMW-GS基因的典型结构特征，编码区全长906 bp，编码301个氨基酸。推导氨基酸序列比较显示，LMWCN16-2与已报道的LMW-GS基因，尤其是Glu-A3位点编码的基因序列有很     

两个谷子CIPK基因在非生物逆境胁迫下的表达分析

CIPK是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,该蛋白在植物响应逆境胁迫过程中发挥重要作用。本文利用生物信息学方法从谷子基因组中鉴定出2个CIPK基因, 命名为SiCIPK6和SiCIPK16。序列分析表明SiCIPK6基因组序列长1994 bp,编码451个氨基酸;SiCIPK16基因组序列长1885 bp,编码473个氨基酸,2个基因均无内含子和可变剪切。生物信息学分析显示这2个基因在蛋白质序列和结构上与其他物种CIPK基因一样非常保守。实时定量PCR分析表明SiCIPK6和SiCIPK16在ABA、低温、高温、干旱、高盐诱导下表达量均有所上调, SiCIPK6基因在ABA、干旱和盐处理时表达量上调幅度较大,而SiCIPK16基因在低温、干旱和高温处理时表达量上调幅度较大。半定量PCR检测结果表明SiCIPK6和SiCIPK16两个基因在拔节、孕穗、灌浆期时均有表达,在相应生育时期受到干旱胁迫时它们表达量均有所提高。推测SiCIPK6和SiCIPK16基因在谷子的干旱或其他逆境胁迫中起一定作用。     

水稻胆碱单加氧酶基因的克隆与表达分析

高等植物中甜菜碱由胆碱经两步氧化反应合成,其中由胆碱单加氧酶(CMO)催化第一步氧化反应,甜菜碱醛脱氢酶(BADH)催化第二步氧化反应.采用生物信息学技术和RT-PCR的方法从水稻幼苗组织中分离得到了水稻CMO基因的cDNA克隆,将其命名为OsCMO.该基因含有10个外显子和9个内含子,其开放阅读框编码一条长为410个氨基酸残基的多肽,与拟南芥、山菠菜、苋、碱蓬和甜菜等植物的胆碱单加氧酶的氨基酸序列的一致性50%～62%.mRNA分析表明OsCMO基因在水稻幼苗组织中的表达受高盐、低温和干旱等胁迫的上调诱导表达,表明该基因可能在抵御非生物胁迫中发挥重要作用.     

1个新棉花bHLH类基因GhbHLH130的克隆及表达分析

近年来,已发现碱性/螺旋-环-螺旋(basic/Helix-Loop-Helix,bHLH)类转录因子家族在植物的生长发育调控中发挥重要作用。本研究通过电子克隆方法得到1个新的棉花bHLH类转录因子基因的全长序列,利用反转录-PCR技术从陆地棉中分离出1个bHLH类转录因子基因,并命名为GhbHLH130。该基因包含1个552 bp的开放阅读框,编码184个氨基酸残基。序列分析表明GhbHLH130蛋白包含1个螺旋-环-螺旋(Helix-Loop-Helix)保守结构域,属于bHLH转录因子家族。实时荧光定量分析结果表明GhbHLH130基因的表达受干旱、高盐、低温以及外源脱落酸的显著诱导。亚细胞定位结果表明GhbHLH130基因在细胞核内表达。本研究结果表明GhbHLH130基因可能作为调控基因参与棉花的逆境应答响应过程。     

枸杞LbCO基因的克隆与生物信息学分析

CONSTANS(CO)基因是高等植物叶片中光周期途径的关键成分,生物钟及光信号控制CO基因的表达。本研究以宁夏枸杞(Lycium barbarum L.)品种之一‘宁杞7号’叶片为实验材料,通过转录组测序结果筛选,利用RT-PCR技术扩增得到‘宁杞7号’的CO基因cDNA全长序列,命名为LbCO。利用生物信息学手段对所获得的序列进行结果及功能预测,结果显示:LbCO基因的cDNA序列全长1224 bp,编码407个氨基酸,分子质量为44.83 k D,理论等电点pI=5.58,不稳定指数为39.66,是一种稳定的非分泌蛋白。该蛋白亚细胞定位于细胞核,二级结构中无规则卷曲占比最高(54.48%),其次为α-螺旋(28.99%)。系统进化分析表明枸杞LbCO蛋白与其它物种的CO蛋白具有较高的同源性,其中与辣椒属CO蛋白亲缘关系最近。本研究为后续进一步探讨该基因编码的蛋白在调控枸杞花期研究方面提供理论参考。