一个新的水稻逆境响应基因OsMsr1的表达与克隆

为深入了解植物的逆境反应机理和发现新的水稻耐逆基因, 采用Affymetrix水稻表达芯片(含51 279个转录本)分析了超级稻两优培九母本培矮64S不同生长发育时期、不同组织器官全基因组在低温、干旱、高温逆境胁迫下的表达水平, 筛选出众多表达水平显著升高与降低的基因。OsMsr1 (Oryza sativa L. multiple stresses responsive gene 1, GenBank登录号为EU284112) 是其中一个受高温、低温与干旱诱导、在各生长发育时期与组织器官均显著上调的基因, 用实时定量PCR方法对其表达水平进行了进一步的分析, 所得结果与基因芯片结果基本吻合, 因此, 此基因为一多逆境响应基因。用RT-PCR方法扩增获得了包含其完整ORF (open reading frame)的cDNA克隆。根据其ORF序列进行预测, 此基因编码一个包含89个氨基酸残基的小分子蛋白, 分子量约为10 kD, pI约为5。搜索有关数据库, 在水稻、玉米、小麦与拟南芥中找到有高相似性的基因, 但功能未知, 也未发现相同与类似的已知功能的基因保守结构域。对其可能的启动子序列分析, 发现5个与逆境反应有关的顺式作用元件。因此, 我们认为该基因为一新的水稻耐逆候选基因, 进一步的研究正在进行。     

一个新的水稻逆境响应基因OsMsr1的表达与克隆

为深入了解植物的逆境反应机理和发现新的水稻耐逆基因, 采用Affymetrix水稻表达芯片(含51 279个转录本)分析了超级稻两优培九母本培矮64S不同生长发育时期、不同组织器官全基因组在低温、干旱、高温逆境胁迫下的表达水平, 筛选出众多表达水平显著升高与降低的基因。OsMsr1 (Oryza sativa L. multiple stresses responsive gene 1, GenBank登录号为EU284112) 是其中一个受高温、低温与干旱诱导、在各生长发育时期与组织器官均显著上调的基因, 用实时定量PCR方法对其表达水平进行了进一步的分析, 所得结果与基因芯片结果基本吻合, 因此, 此基因为一多逆境响应基因。用RT-PCR方法扩增获得了包含其完整ORF (open reading frame)的cDNA克隆。根据其ORF序列进行预测, 此基因编码一个包含89个氨基酸残基的小分子蛋白, 分子量约为10 kD, pI约为5。搜索有关数据库, 在水稻、玉米、小麦与拟南芥中找到有高相似性的基因, 但功能未知, 也未发现相同与类似的已知功能的基因保守结构域。对其可能的启动子序列分析, 发现5个与逆境反应有关的顺式作用元件。因此, 我们认为该基因为一新的水稻耐逆候选基因, 进一步的研究正在进行。     

苹果MdCaM的克隆及其对果实采后非生物胁迫的响应

为解析苹果钙调蛋白基因MdCaM在非生物胁迫过程中的功能.以秦冠苹果为材料,克隆了苹果MdCaM基因,并利用MEGA 5.0软件对其编码的蛋白进行了聚类分析,利用qPCR分析了MdCaM在采后损伤、低氧、高温等胁迫条件下的表达模式.结果表明,不同物种间钙调蛋白具有较高的同源性,MdCaM与拟南芥的钙调蛋白CaM1基因关系较近;qPCR结果表明,MdCaM在损伤、低氧胁迫(0 O2或3％ O2)后均呈先升高后恢复正常水平的表达模式,损伤后6h达到峰值,低氧(0 O2)处理1h后达到峰值;高温(20℃/40℃)诱导后其表达量高于同期对照组,并在处理后12 h达到峰值,表明该基因可能参与了高温胁迫下的全程响应.因此推测,MdCaM基因可能在苹果适应损伤、高温、低氧等逆境胁迫过程中发挥重要作用,可能参与了苹果生长发育过程中的逆境调控.为后继研究MdCaM的功能和作用机制奠定基础.     

水稻内源油菜素甾醇对施氮量的响应及其对颖花退化的调控作用

为探明油菜素甾醇(brassinosteroids,BRs)是否介导氮肥对水稻颖花退化的影响。水稻品种扬稻6号和甬优2640种植于盆钵,全生育期设置3种施氮水平,观察了不同氮肥处理下水稻减数分裂期幼穗中氮含量、BRs、过氧化氢(H2O2)和总抗氧化能力(totalantioxidantcapacity,T-AOC)水平及其与颖花退化的关系。结果表明,颖花退化率的降低与稻穗中增加的24-表油菜素甾酮(24-epicastasterone,24-epiCS)和28-高油菜素内酯(28-homobrassinolide,28-homBL)含量密切相关。当稻穗的氮含量为1.25%时,幼穗中BRs(24-epiCS和28-homBL)含量显著增加,颖花退化率显著降低。稻穗中T-AOC水平与BRs含量变化趋势相同,且均与水稻颖花退化率显著负相关,而H_2O_2含量与BRs含量和T-AOC变化趋势相反。施用外源BRs(24-epiCS或28-homBL)可显著提高稻穗中内源BRs(24-epiCS和28-homBL)含量与T-AOC水平,并显著降低稻穗中H_2O_2含量和颖花退化率,施用BRs合成抑制剂则效果相反。表明BRs可以介导氮肥对水稻颖花退化的调控,在减数分裂期适宜的稻穗含氮量(1.25%)可有效提高幼穗中的BRs含量,并通过提高抗氧化能力来抑制颖花退化。     

甘蓝型油菜MAPK7基因家族及其启动子的克隆与表达分析

从甘蓝型油菜中克隆了MAPK7基因家族3个成员BnMAPK7-1、BnMAPK7-2和BnMAPK7-3的全长cDNA序列,它们最长标准mRNA分别为1593、1434和1547 bp。系统进化分析表明,甘蓝型油菜MAPK7基因全部来自白菜,而且BnMAPK7-1/-2的是由白菜Bra03723祖先基因加倍产生的,而BnMAPK7-3则由白菜中Bra037234的祖先基因进化形成的。同时,克隆获得BnMAPK7-1/-2的启动子序列,该启动子里含有多个与光诱导相关的元件、激素响应元件和逆境胁迫响应元件。实时荧光定量PCR (qRT-PCR)显示甘蓝型油菜MAPK7基因家族在所有的组织器官中均表达,并发现该基因家族的表达受植物激素(MeJA、ABA、SA)、信号分子(H₂O₂)、逆境(高温)以及伤害(损伤和核盘菌)的诱导,初步证明甘蓝型油菜MAPK7基因在植物逆境胁迫应答中起一定作用。实现了甘蓝型油菜MAPK7-1/-3基因的原核表达,并证明它们编码的蛋白主要以包涵体形式存在,为后续的研究提供了基础。     

基于转录组测序的铝胁迫下甘蓝型油菜新内参基因的发掘与引物开发

为了研究甘蓝型油菜在铝胁迫条件下内参基因的稳定性,在受到主要铝毒害的根组织内发掘新内参基因,以甘蓝型油菜耐铝品种赣油杂7号和铝敏感品种蓉油18的苗期根组织为研究材料,对营养液培养的试验材料分别设置对照组(0 h)和2个时间梯度(3,24 h)的铝胁迫(100μmol/L AlCl3,pH值4.5)处理组.首先,采用有参...     

小麦wzy2-1基因的克隆及功能分析

脱水素是一类植物胚胎发育后期丰富蛋白(late embryogenesis abundant protein, LEA蛋白),属于LEA D-11家族,植物受非生物胁迫会大量表达。利用同源克隆技术,从郑引1号小麦中克隆了1个Kn型脱水素基因,命名为wzy2-1。该基因全长1740bp,编码579个氨基酸,含有9个保守的K片段,与大麦的Dhn5基因具有较高同源性。生物信息学预测该蛋白属于高度亲水性的无序蛋白。通过该蛋白对大肠杆菌的保护作用研究表明,WZY2-1蛋白能够提高大肠杆菌对低温、高温、高盐以及高渗胁迫的耐受性。荧光实时定量PCR分析表明,wzy2-1基因受低温、盐渍、干旱诱导表达,但不受外源ABA诱导,说明wzy2-1基因属于非ABA依赖型脱水素基因。     

红麻海藻糖生物合成关键酶基因HcTPPJ的克隆及响应逆境的表达分析

海藻糖生物合成关键酶基因TPP在植物响应各种非生物胁迫过程中具有重要作用。为了明确红麻TPP基因在应对非生物胁迫过程中的作用,本研究根据转录组CL541.Contig2Unigene序列设计特异性引物,通过PCR获得红麻TPP基因的cDNA全长序列。生物信息学分析表明,该基因最大开放读码框为1128 bp,编码一个含有375个氨基酸的蛋白质。序列一致性分析发现,该蛋白质氨基酸序列与其他物种TPPJ氨基酸序列的一致性为71.18%,故将该基因命名HcTPPJ。表达模式分析表明,该基因在根、茎、叶中均有表达,在盐、干旱胁迫下,随着胁迫时间的延长,HcTPPJ表达显著上调,表明该基因参与红麻的盐、干旱胁迫响应过程。在盐、干旱胁迫下, HcNCED3显著上调表达,而外源喷施脱落酸时,HcTPPJ表达变化不明显。由此推测,在红麻响应盐、干旱胁迫过程中,该基因的表达可能不受脱落酸信号分子的调控。这将为进一步阐明该基因在红麻响应盐、干旱胁迫过程的作用奠定基础。     

大蒜几丁质酶基因AsCHI1的鉴定及其对盐胁迫的响应

本研究旨在研究大蒜几丁质酶基因的序列特征及其对盐胁迫的响应,鉴定其抗逆功能.以大蒜品种'苍山四六瓣'为研究材料,通过RT-PCR技术分离得到AsCHI1基因.采用BioXM 2.6、ProtParam、DNAMAN、SignalP 5.0、SOPMA、SWISS-MODEL、NCBI和MEGA5等软件分析核苷酸及其编码...     

梅花PmCBF基因的克隆及表达

CBF转录因子在植物冷驯化中起着重要调控作用。以欧洲甜樱桃CBF基因为信息探针,从李属基因组数据库中得到一个候选序列,设计特异引物,通过PCR扩增和RT-PCR验证,发现与预测序列一致。该基因全长711bp,可编码225个氨基酸,序列分析发现其具有CBF基因的特征序列,包含保守的AP2/EREB DNA结合域以及CBF特征短多肽序列PKK/RPAGRxKFxETRHP和DSAWR。同源性分析显示,PmCBF和欧洲甜樱桃、矮扁桃CBF基因一致性较高,均在90%以上,与欧洲甜樱桃的氨基酸同源性达100%。实时荧光定量PCR分析发现:4℃低温胁迫下,PmCBF在转录水平的表达情况和其他植物CBF基因一致;4℃处理后PmCBF基因的表达开始上升,4 h时达最大,初步表明PmCBF在低温胁迫下上调表达。     

一个玉米类ABC1基因ZmABC1-10的克隆及其对镉等非生物胁迫的应答

镉是一种非必需的重金属元素, 对动植物有严重毒害作用。几个与ABC1(activity of the bc1 complex)家族有关的基因参与植物镉胁迫的应答。本研究从玉米中克隆并鉴定了一个类ABC1基因, 命名为ZmABC1-10。该基因cDNA全长2 519 bp, 包含一个2 250 bp的开放阅读框, 编码一个预测的叶绿体膜蛋白。启动子顺式元件扫描发现该基因含有大量的非生物胁迫、光以及植物激素应答元件。表达模式分析表明, 该基因主要在叶片、茎秆等绿色组织中表达。镉处理实验表明, 该基因能够被诱导并且受植物发育时期的调控。除镉之外, 该基因还受多种非生物因素包括ABA、H₂O₂、干旱和黑暗的共同调控。此外, 本研究利用基因组序列信息共鉴定出19个玉米ABC1基因。对植物界8个代表性物种中148个ABC1蛋白进行系统发育分析表明, 在长期进化过程中植物ABC1蛋白已经发生了分化; 物种特异性扩张是植物中该家族进化的主要动力。这些结果表明ZmAbc1-10是一个镉应答因子并且可能在植物对非生物胁迫的适应中发挥重要作用。     

转cry1Aa基因抗虫棉整合结构解析及转化体特异性检测方法的建立

【目的】cry1Aa基因是2011年本实验室在我国棉花商品种子中发现的1种未经批准的转基因成分,本研究旨在通过整合结构解析,建立特异性检测方法,对市售棉种进行初测,明确该外源基因在我国棉种中的存在情况。【方法】通过Genome walking、长链PCR分离获得了转cry1Aa基因棉花转化体(定名为NN6转化体,简称NN6)的外源基因整合结构,同时基于插入位点基因组及外源DNA连接区,建立了NN6转化体特异性的定性聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction,PCR)方法和实时荧光定量PCR方法。【结果】NN6整合结构主要包括cry1Aa、aad和Npt II基因,插入棉花基因组7号染色体37 169 450位,产生91 bp基因组缺失;所构建的定性PCR检测方法能特异、快速地对棉花单株和种子单粒中NN6转化体的纯/杂合状态进行鉴定,实时荧光定量PCR检测限为44拷贝,能满足国内外对转基因标识的需要;对含有cry1Aa基因的3个市售棉种进行检测,其纯合度分别为1.51%,5.21%和21.09%。【结论】本研究解析了NN6的整合结构,并建立特异性检测方法,为我国转基因棉花新品种选育及转基因安全管理提供技术手段。     

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。     

甘蔗谷胱甘肽硫转移酶基因SoGST-1a的克隆与表达分析

克隆甘蔗谷胱甘肽硫转移酶(Glutathione S-transferase,GST)基因,并分析其序列特征和表达谱,为甘蔗抗旱育种提供基因来源。本研究采用电子克隆和RT-PCR技术从甘蔗品种‘新台糖22号’中克隆到一个甘蔗GST基因,命名为SoGST-1a。通过生物信息学软件分析其序列特征,采用实时荧光定量PCR检测其表达谱。序列分析表明该基因cDNA全长702 bp,编码224个氨基酸,预测的蛋白分子式为C₁₁₁₇H₁₇₅₀N₃₀₀O₃₂₈S₆,蛋白分子量为24.82 kDa,等电点为5.96。蛋白疏水性分析推测其为亲水性蛋白。保守结构域预测表明SoGST-1a蛋白具有2个GST结构域。系统进化树分析表明该基因与玉米Zeta类GST蛋白亲缘关系最近。荧光定量PCR分析显示,干旱胁迫下SoGST-1a基因下调表达。研究结果表明,SoGST-1a基因可能在甘蔗干旱胁迫中并不发挥一定作用。这些结果为深入了解SoGST-1a基因的生物学功能奠定了基础。     

甘蔗脂氧合酶基因ScLOX1的克隆与表达分析

LOX属于脂氧合酶超家族(lipoxygenase superfamily),是脂肪氧化途径的重要因子,广泛参与植物生长发育的调节和对外界刺激的抵御。本研究基于甘蔗(Saccharumspp.)转录组数据库,通过RT-PCR技术,首次从新台糖22号(ROC22)蔗芽中克隆获得ScLOX1基因(GenBank登录号为MK106188)的cDNA全长序列。生物信息学分析显示,ScLOX1基因cDNA序列长度为2813 bp,开放读码框全长2664 bp,编码887个氨基酸,其编码蛋白的理论等电点为6.23,不稳定系数为39.77,亲水性平均值为-0.437,无信号肽和跨膜结构,但含有PLATLH2和Lipoxygenase活性位点,与高粱(Sorghum bicolor) LOX (XP002466613.1)的氨基酸序列相似性高达95.96%。预测ScLOX1基因的编码蛋白为酸性稳定亲水性非分泌蛋白,属于type I类非传统9-LOX。qPT-PCR分析结果显示,ScLOX1基因在蔗芽组织中特异性表达。接种甘蔗黑穗病菌(Sporisorium scitamineum)后, ScLOX1基因的表达量在抗病品种崖城05-179中短暂上升,但在感病品种ROC22中显著下降。分别对瞬时表达ScLOX1基因的本氏烟(Nicotiana benthamiana)植株叶片接种烟草茄病镰刀菌蓝色变种(Fusarium solani var. coeruleum)和青枯菌(Ralstonia solanacearum),表型观察、3,3’-二氨基联苯胺(3,3’-diaminobenzidine,DAB)染色和烟草免疫相关基因的表达情况分析显示,ScLOX1基因的过表达能够增强本氏烟对烟草茄病镰刀菌蓝色变种的防御,但对烟草青枯菌的作用与对照相比无明显差异。研究还发现,ScLOX1基因的表达受茉莉酸甲酯和水杨酸抑制下调,但受脱落酸、氯化钠和聚乙二醇诱导上调。以上结果为深入研究甘蔗ScLOX1基因的功能提供参考资料。     

羊踯躅八氢番茄红素脱氢酶基因的克隆及表达分析

旨在研究羊踯躅八氢番茄红素脱氢酶基因的功能,为其花瓣着色的分子机理研究提供一定的理论依据.以羊踯躅瓣为材料,采用RT-PCR和RACE方法从花瓣cDNA中克隆获得到2098 bp的八氢番茄红素脱氢酶基因cDNA序列,命名为RmPDS.序列分析表明,RmPDS基因包含一个长度为1743 bp编码580个氨基酸的开放阅读框...     

天然棕色棉查尔酮合成酶基因(GhCHS1)的克隆和实时定量表达分析

根据植物查尔酮合成酶基因保守区序列设计引物,以发育18d的天然棕色棉纤维为材料,用RT-PCR结合RACE技术分离得到了一个查尔酮合成酶基因的全长cDNA(GenBank登录号:EU921263),将该基因命名为GhCHS1。实时荧光定量PCR检测显示,GhCHS1基因在棕色棉纤维细胞中优先表达,且在棕色棉纤维中的表达量远高于其近等基因系白色棉,但是该基因在绿色棉中几乎检测不到。这些试验结果暗示,该基因可能在棕色棉纤维色素形成中发挥重要作用。     

甘蔗Ca~(2+)/H~+反向运转体基因的克隆与表达分析

CAX(Ca~(2+)/H~+antiporter)是植物细胞膜Ca~(2+)主动运输体系的一个大类。本研究以高粱的CAX1基因(GenBank登录号为XM_002441593)为探针,利用电子克隆并结合RT-PCR技术,获得甘蔗CAX1基因的1条cDNA序列,命名为Sc CAX1(GenBank登录号为KT799799)。生物信息学分析显示,ScCAX1基因全长784 bp,包含1个645 bp的开放阅读框,编码1个214个氨基酸的蛋白质。ScCAX1蛋白被定位于叶绿体类囊体膜,为稳定的疏水性蛋白,不存在信号肽。蛋白二级结构元件多为α-螺旋,具有1个Na_Ca_ex superfamily。实时荧光定量PCR分析表明,甘蔗ScCAX1基因的表达具有组织特异性,在各组织中均表达,但在茎中表达量最低,叶中的表达量最高。在PEG、NaCl、SA、ABA和Me JA胁迫过程中,ScCAX1基因的表达均受到调控。其中ABA、SA和PEG胁迫下表达量上调,均在胁迫24 h达到最大值。SA胁迫24 h的表达量为对照的5.47倍,而ABA胁迫24 h的表达量为对照的3.5倍。NaCl胁迫6 h的表达量达最大值,为对照的2.14倍。推测ScCAX1基因能够响应逆境胁迫,其表达可能与甘蔗的抗盐、抗渗透胁迫性状有关。