‘库尔勒香梨’PsPL基因的克隆与表达分析

【目的】分离和克隆‘库尔勒香梨’(Pyrus sinkiangensis Yu)果胶裂解酶(pectate lyase,PL)基因Ps PL,了解其在香梨果实不同时期转录水平上的表达差异,为香梨果实成熟软化机制研究提供理论依据。【方法】以‘库尔勒香梨’果肉组织为试验材料,通过RT-PCR和RACE技术得到Ps PL c DNA全长序列,并利用生物信息学方法对其进行分析和功能预测。运用实时荧光定量(q RT-PCR)技术,分析Ps PL基因在香梨果实生长发育后期及货架期的表达特性和差异。【结果】Ps PL基因c DNA全长序列为1 245 bp,Gen Bank收录号为KJ547669,该基因共编码414个氨基酸,属于果胶裂解酶家族基因,与其他植物PL基因编码的氨基酸序列有较高的同源性,与苹果同源性最高,达到97%;Ps PL在不同时期香梨果实中的表达差异很大,在生长发育后期表达量很低,盛花后150 d表达量最高。【结论】同源克隆了‘库尔勒香梨’Ps PL基因,可能在该梨果实软化过程中起到作用。     

蓝莓不同硬度果实VcPLs基因克隆和功能研究

【目的】探究果胶裂解酶基因在蓝莓硬肉品种和软肉品种果实硬度差异中的作用,为选育高硬度蓝莓品种提供参考。【方法】以蓝莓硬肉品种Star和软肉品种O’Neal不同发育时期的果实为材料,测定果实硬度、细胞壁物质含量和果胶裂解酶活力,分析比较果肉细胞解剖结构,克隆果胶裂解酶基因并研究其表达模式,转化番茄验证VcPL的功能。【结果】S4（膨大期）到S6（红果期）时期是果实硬度快速下降关键时期,果肉细胞在发育初期细胞壁轮廓清晰,Star果肉细胞出现结构破损的时期晚于O’Neal,果实硬度与可溶性果胶含量、果胶裂解酶活力均呈极显著负相关,VcPL41和VcPL65编码区序列长度分别为1230 bp和1209 bp,Star和O’Neal中VcPL65氨基酸序列完全相同,VcPL41的序列在品种间有4个氨基酸差异。2个基因在Star中快速上调表达的时期晚于O’Neal。超表达VcPL41和VcPL65的番茄果实硬度显著小于对照组,可溶性果胶含量显著高于对照组。【结论】蓝莓硬肉品种Star和软肉品种O’Neal果实硬度差异受果胶裂解酶活力和可溶性果胶含量影响,VcPL41和VcPL65能够加速果实成熟软...     

‘冬枣’FT同源基因克隆及表达分析

【目的】克隆‘冬枣’(Ziziphus jujuba Mill.‘Dongzao’)FT基因,预测其功能,明确该基因在‘冬枣’不同组织器官和发育时期的表达模式。【方法】以‘冬枣’为试材,分离克隆‘冬枣’FT同源基因全长序列,命名为Zj FT,运用生物信息学软件对该基因序列进行生物信息学分析;利用QRT-PCR探究了‘冬枣’FT基因在不同组织以及叶片全生育期的表达模式。【结果】‘冬枣’FT基因编码区为525 bp,共编码了174个氨基酸;理论PI是9.68,分子质量为18.112 ku;系统进化树分析表明,该氨基酸序列与苹果Md FT基因亲缘关系最近,其次为黑杨Pn FT、荔枝Lc FT、葡萄Vv FT,属于PEBP家族;Zj FT各个氨基酸残基对应的二级结构有α-螺旋(32.7%)、延伸链(23.9%)、β-折叠(8.18%)和无规则卷曲(35.22%),3D结构中有2个α-螺旋和5个β-折叠;Zj FT在枣树不同生长阶段的各个器官中都有所表达,在果实中表达量最高。【结论】从‘冬枣’中成功克隆FT基因,Gen Bank登录号为KR872844,该基因与其他植物的FT蛋白具有高度的保守性;FT基因在枣生殖器官中的表达量高于营养器官,在果实中表达量最高,其次为花;该基因在全年叶片不同月份的表达量随月份降低,呈现逐月下降的趋势。     

番茄果胶裂解酶基因SlPL参与调控裂果机制研究

以裂果率差异极显著的番茄为材料,分析了SlPL(Solyc03g111690)基因的表达差异,进一步利用基因遗传转化对其进行功能验证。结果表明,SlPL在易裂番茄‘NT189’中的表达量显著高于耐裂番茄‘NT91’;在番茄果实中的表达量显著高于根、茎、叶、花等器官,且在果实转色期和红熟期表达量较高;通过灌水处理和ABA处理诱导果实开裂,发现在相同处理时期,易裂果材料果实中SlPL表达量总体显著高于耐裂果材料。通过遗传转化获得SlPL过表达（OEPL）和敲除（pl）的株系,与野生型相比,OEPL更易裂果,且果实硬度显著降低,pl果实硬度升高。OEPL果实中原果胶含量显著低于野生型,水溶性果胶含量显著高于野生型,pl果实中原果胶和总果胶含量显著高于野生型;OEPL果实中果胶裂解酶活性显著高于野生型,pl果实中果胶裂解酶活性显著低于野生型。基因表达分析发现,OEPL果实中细胞壁代谢相关基因SlPG2、SlPME2.1、SlCel2、SlGH9C5和乙烯合成途径相关基因SlACS4、SlACO1的相对表达量显著高于野生型,pl果实中则相反。pl果实中乙烯响应因子SlERF2的相对表达量显著高于...     

草莓果实中脱落酸受体基因FaABAR/CHLH表达变化及其影响因素分析

 为了探讨脱落酸调控草莓果实成熟的信号识别机制,以‘北农香’草莓花后1 ~ 4周的果实为试材,在克隆脱落酸受体基因FaABAR/CHLH的基础上,通过荧光定量PCR研究了果实发育过程中该基因表达量的变化及其影响因素。结果表明,草莓果实中脱落酸受体FaABAR/CHLH基因编码一个含有1 381个氨基酸的蛋白,且该蛋白含有一个金属离子螯合酶H亚基超家族保守区。在果实发育的前期（小绿、大绿和浅绿果期）,FaABAR/CHLH基因表达量维持较高水平;随着果实的加速褪绿,其表达量迅速降低,至白果期降到最低点;随着果实着色启动,其表达量又迅速上升。ABA和高pH能促进FaABAR/CHLH基因在转录水平上的表达,而蔗糖则抑制该基因转录水平。草莓果实中脱落酸受体基因FaABAR/CHLH表达水平的变化进一步揭示了ABA在调控果实成熟中的重要作用。     

杨梅果糖激酶基因MrFRK2的克隆及在成熟期果实中的表达分析

以‘荸荠’和‘东魁’杨梅果实为研究材料,利用RT-PCR和RACE技术克隆得到果糖激酶基因MrF RK2的全长c DNA序列。MrF RK2全长1 279 bp,ORF阅读框全长996 bp,3′端非编码区227bp,5′端非编码区56 bp,编码332个氨基酸残基。通过氨基酸序列分析发现Mr FRK2含有pfk B碳水化合物磷酸果糖激酶家族高度保守的1个ATP结合域和2个底物结合域;Mr FRK2与杨树Pt FRK2相似性最高,达到85%。利用实时荧光定量PCR技术分析基因表达的结果表明,Mr FRK2在‘东魁’杨梅果实的发育早期大量表达,在成熟后期表达量下降,果实成熟初期Mr FPK2表达量‘东魁’显著高于‘荸荠’。果实成熟期间果糖含量‘东魁’显著高于‘荸荠’,与果实成熟期间Mr FPK2的表达量相反。这表明,MrF PK2在杨梅果实成熟期间果糖降解过程中可能起一定作用。     

砂梨(Pyrus pyrifolia)过敏原蛋白基因(Ppmal)的克隆与表达分析

【目的】分离和克隆梨过敏原蛋白基因Ppmal(Gen Bank登录号为KP008110),探讨其在梨果实发育过程中的功能。【方法】以砂梨品种‘翠冠’[Pyrus pyrifolia(Burm.f.)Nakai]为试材,在盛花期后30 d对植株果柄进行涂抹赤霉素处理,利用同源克隆和RACE方法克隆目的基因全长序列,并通过实时荧光定量技术和半定量技术分析该基因在梨不同组织以及梨果实发育过程中的表达变化。【结果】Ppmal的全长是906 bp,含有480 bp的开放阅读框(ORF),编码159个氨基酸,预测的蛋白质相对分子质量为17.56 k D,等电点为5.62。生物信息学分析显示该基因没有信号肽序列,没有跨膜结构域,具亲水性。与其他物种的过敏原蛋白基因核苷酸序列同源性超过75%,与苹果和西洋梨编码的氨基酸序列同源性分别高达97.48%和96.23%,进化树分析表明该基因与苹果的进化关系最近。同时,定量结果显示经过赤霉素处理后的果实中该基因的表达量随着果实的生长发育呈现先降低后升高的趋势,并且具有组织差异表达的特点,其表达量在叶片中最大,其次是嫩叶,再次是花,枝条最低。【结论】获得梨Ppmal基因全长,对该基因在砂梨品种‘翠冠’发育过程中的表达分析显示,Ppmal受到赤霉素的调控,并在砂梨果实膨大期发生上调表达。     

草莓果实发育过程中糖代谢相关基因的表达分析

 为了分析草莓（Fragaria × ananassa Duch.）果实发育过程中可溶性糖积累与相关基因表达量的关系,以‘杜克拉’草莓7个发育时期的果实为试材,利用实时荧光定量RT-PCR的方法,分析果实发育中蔗糖转运蛋白及糖代谢关键酶（酸性转化酶、蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶）4个基因的表达量以及可溶性糖含量的变化趋势。结果表明,蔗糖、葡萄糖和果糖含量随着果实发育都呈逐渐增加的趋势,尤其蔗糖积累与果实成熟的关系较密切。随着果实发育,蔗糖磷酸合成酶基因表达量呈逐渐增加的趋势,尤其在果实发育的后期增加较快;蔗糖合成酶和酸性转化酶基因表达量除了白熟期和转色期外,呈逐渐降低的趋势;蔗糖转运蛋白基因表达量呈先升后降,降后又升的变化趋势,尤其在白熟期前急剧增加。结合可溶性糖和基因变化趋势分析表明,蔗糖转运蛋白和蔗糖磷酸合成酶在草莓果实发育过程中发挥着重要的作用。     

草莓FaMDHAR和FaGR的克隆与表达分析

为了探讨草莓中单脱氢抗坏血酸还原酶（Monodehydroascorbate reductase,MDHAR）和谷胱甘肽还原酶（Glutathione reductase,GR）基因的功能,采用同源克隆的方法从‘丰香’草莓中克隆得到cDNA全长序列,并采用实时定量PCR方法对其在不同组织和不同发育阶段果实中的表达模式进行分析。结果表明：草莓MDHAR基因cDNA（FaMDHAR,GenBank登录号：KP025946）全长1 305 bp,编码434个氨基酸,分子量约为47 kD,含有保守的FAD结合结构域,定位于细胞质中。GR基因cDNA（FaGR,GenBank登录号：JQ339738）开放阅读框全长1 491 bp,编码496个氨基酸,分子量为53 kD,定位于细胞质中。FaMDHAR在各组织中均有表达,在成熟果实中表达量最高,叶和花次之,根中最低;在果实发育过程中FaMDHAR在绿果期有相对较高的表达,随后急剧增加,到白熟期最高,之后下降并维持在相对稳定水平。FaGR在叶和花中表达较高,在成熟果实中较低;在果实发育过程中,表达量从小绿期呈现增加趋势,至转红果期达最高,随后逐渐下降,在成熟果实中较低。果实发育过程中酶活性变化呈现出与各自基因表达量相似的变化规律。经过4 ℃低温处理24 h后的草莓叶片中,FaMDHAR相对表达量较对照显著增加,而FaGR无显著变化。草莓中FaMDHAR和FaGR表达存在时空差异,并对低温逆境响应存在差异。     

梨PbChiⅡ基因的克隆及荧光定量表达分析

以鸭梨为试材,采用qRT-PCR技术克隆鸭梨果实几丁质酶基因PbChi Ⅱ,并对几丁质酶氨基酸序列进行聚类分析;同时采用荧光定量PCR的方法对鸭梨植株不同器官及水杨酸(salicylic acid,SA)和梨轮纹病菌(Botryosphaeria berengeriana de.Not.f.sp.piricola(Nose)Koganecawa et.Sokwwa)处理后几丁质酶基因的表达量进行了分析,以期为该基因的进一步研究与利用提供参考依据。结果表明:PbChi Ⅱ基因长度为969bp,核苷酸序列及推导的氨基酸序列与沙梨的同源性均达到100%,该基因属于第Ⅱ类几丁质酶基因;PbChi Ⅱ在根和果实中表达量较大。在鸭梨果实中,SA和病原菌可诱导该基因表达,且表达量在48h达到最高,初步推测PbChi Ⅱ可能参与SA介导的植物抗病防卫反应的信号通路及轮纹病菌引起的防卫反应。     

草莓果实成熟软化相关基因研究进展

对草莓果实细胞壁水解酶和伸展蛋白在成熟软化时的功能和作用进行了阐述,并对已报道的相关编码酶（或结构蛋 白）的基因进行了描述和评价。指出纤维素酶、果胶裂解酶和伸展蛋白是参与草莓果实成熟软化的关键因子;并提出利用RNA 干扰等生物技术对关键基因进行调控,降低相关酶的mRNA表达,提高草莓果实硬度的研究思路。     

草莓果实ABA积累关键酶基因FaNCED1和FaBG1转录水平的分析

为探讨草莓果实发育过程中ABA积累的酶学调控机制,文章以花后1～4周的‘杜克拉’草莓7个时期果肉为试材,利用实时荧光定量PCR分析ABA积累关键酶基因FaNCED1和FaBG1转录水平。结果表明,在整个草莓果实发育过程中,果肉中FaNCED1基因表达水平明显地分为两个持续上升阶段,即从小绿期至白熟期和始红期至全红期,但二者之间还存在一个短暂下降期,即白熟期至始红期;果肉中FaBG1基因表达水平呈逐渐降低的趋势。结合果肉中ABA含量分析发现,FaNCED1基因转录水平呈现与ABA水平相似的变化趋势。本研究主要得出以下结论:(1)退绿和着色是草莓果实发育成熟过程中两个突出事件;(2)果肉中ABA水平两次持续快速积累分别与草莓果实退绿和着色相偶联;(3)果肉中ABA含量主要由FaNCED1基因决定,而与FaBG1基因关系不大。以上结果为从分子水平调控草莓果实中ABA含量,进而调控果实的发育奠定研究基础。     

FaASR基因超表达促进草莓果实着色

以‘甜查理’草莓为试材,在克隆草莓ASR同源基因的基础上,对草莓中FaASR基因进行生物信息学、时空表达分析,通过调控草莓果实中ASR基因表达水平,分析果实的着色、蔗糖、ABA、色素和果实硬度等生理指标的变化,以及与色素代谢相关基因CHS、UFGT的表达水平,揭示ASR基因调控草莓果实成熟的机制。草莓ASR含有一个典型的与果实成熟和抗逆有关的ABA/WDS区域,ASR基因过量表达可以促进草莓果实提前上色,促进果实内源ABA积累、蔗糖含量增加和果实变软,并且促进与果实花色苷积累相关的关键基因CHS和UFGT的转录水平。该研究有助于深入揭示果实发育信息传递的分子机制,也为今后草莓的分子改良育种奠定重要的基础。     

草莓果胶裂解酶RNA干扰表达载体构建

为提高草莓果实硬度,延长货架期,利用草莓果胶裂解酶(PL)382bp的一段保守序列构建了RNA干扰植物表达载体;利用农杆菌介导将其成功转入到草莓中,通过PCR检测出2株阳性转化植株。     

Fruit yield and quality of strawberry plants transformed with a fruit specific strawberry pectate lyase gene

Two transgenic strawberry lines (Pel 1 and Pel 3) containing the open reading frame of a fruit specific strawberry pectate lyase gene (FaplC) under the control of the CaMV35S promoter have been obtained to evaluate the role of this gene on fruit softening. Ripen fruits from both lines showed a significant down-regulation of FaplC, being the percentage of silencing of 84 and 71% on Pel 1 and Pel 3, respectively. The agronomic behaviour of transgenic plants was evaluated during two consecutive years. Fruit set increased in the two transgenic lines when compared with control plants, although Pel 1 showed a significant reduction on fruit weight. Firmness of full ripen fruits from Pel lines was significantly higher than control fruits, while color and soluble solids were not affected. The increase of firmness in Pel lines was maintained when ripe fruits were stored for 3 days at 25 °C. Histological analysis of ripe fruits showed lower intercellular spaces and a higher degree of cell to cell contact area in transgenic fruits when compared with controls. Altogether, these results suggest a direct relationship between pectate lyase gene expression and strawberry fruit softening.     

‘南通小方柿’乙醇脱氢酶基因DkADH1的克隆及表达分析

以‘南通小方柿’果实为材料,采用同源克隆的方法,获得了柿乙醇脱氢酶基因DkADH1,其全长为1 377 bp,开放阅读框为1 137个核苷酸,编码379个氨基酸,具有ADH基因典型的结构域和功能域,与番茄、苹果等双子叶植物亲缘性较近。以‘南通小方柿’不同组织为材料,采用qRT-PCR方法对DkADH1及单宁生物合成途径中的相关基因的表达进行分析,同时测定了不同时期果实的单宁含量,结果表明在果实发育过程中,可溶性单宁含量逐渐降低,而不溶性单宁含量不断升高;DkADH1基因在茎、叶、花、果实等器官中均有表达,在果皮中表达量最高。随着果实的成熟,DkADH1表达量总体呈上升趋势。柿果实中单宁合成途径中的相关基因DkF3′5′H和DkMYB4随着乙醇处理果实时间的延长表达量呈下降趋势,推测‘南通小方柿’DkADH1能够抑制单宁合成相关基因的表达,从而降低果实可溶性单宁含量。     

草莓FaRGA1基因沉默改变开花和匍匐茎抽生特性

RGA是赤霉素信号途径中抑制赤霉素介导反应的核心成分DELLA蛋白的一种,在植物生长发育中扮演重要角色。本研究中预测了栽培草莓FaRGA1的理化特征及二级结构,分析了FaRGA1蛋白保守结构域。系统进化树分析表明FaRGA1蛋白与森林草莓FveRGA1蛋白同源性较高,两者互为直系同源基因。构建了草莓RGA1基因的RNAi载体,以栽培草莓品种‘晶玉’为试材,通过农杆菌介导的遗传转化获得FaRGA1基因被沉默的转基因株系3个。与非转基因对照植株相比,3个FaRGA1沉默株系均表现出连续2年不开花且持续抽生匍匐茎的特性,且短缩茎明显伸长并发生木质化。本研究中发现FaRGA1基因在栽培草莓中对匍匐茎形成具有抑制作用并促进开花,这为今后基于FaRGA1的草莓分子育种奠定了基础。     

‘丰香’草莓果实发育过程中抗氧化物质与活性氧代谢研究

 以草莓栽培品种‘丰香’（Fragaria × ananassa‘Toyonaka’）为试材,探讨其果实发育过程中抗氧化物质与活性氧的变化。结果表明,在果实发育过程中,果实产生的超氧阴离子（）逐渐增加,超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性,维生素E、总酚、类黄酮含量以及抗氧化能力显著降低,MDA含量增加。其中,维生素E、总酚和类黄酮是草莓果实发育过程中主要的抗氧化物质,与草莓果实的抗氧化能力密切相关,并在抑制和H2O2的产生方面起着重要作用,而花青素和抗坏血酸在草莓发育过程中所起的抗氧化作用较小。     

森林草莓6mA甲基转移酶基因鉴定及功能分析

通过生物信息学手段，鉴定出森林草莓（Fragaria vesca）基因组中两类可能的6mA甲基转移酶基因5个（3个MT-A70、2个DAMT基因）。对细菌、真菌、动物和植物中的6mA甲基转移酶基因的系统进化分析及染色体定位表明，森林草莓MT-A70基因可分为3个亚家族，且在动、植物分化前就已经存在：两个DAMT基因由物种特异的串联重复产生，且结构变化快，推测其在进化历程中功能发生了分化。转录组数据及实时定量荧光PCR分析显示，各个基因均具有时空表达特异性和非生物胁迫响应。其中1个DAMT基因表达量在果实中较高且随果实成熟上调，推测可能参与调控果实成熟。此外，这5个基因在冷胁迫下表达水平有不同程度下调：而在热胁迫下各基因表达量变化显著不同。由此推测6mA甲基转移酶基因可能参与了森林草莓的生长发育和对冷、热胁迫的响应。