甘蔗CIPK基因的同源克隆与表达

CIPK(calcineurin B-like-interacting protein kinase)是植物特有一类的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,该蛋白在植物响应逆境胁迫中发挥着重要的作用,尤其与非生物逆境胁迫(干旱、高盐、ABA等)的信号传导密切相关。根据玉米CIPK15基因(EU957447.1,2247 bp)核酸序列保守区域设计1对同源克隆PCR引物,以甘蔗品种崖城05-179的c DNA为模板,通过RT-PCR扩增得到甘蔗CIPK基因的一条全长c DNA序列(Gen Bank登录号为KM114052)。序列分析结果表明,甘蔗Sc CIPK基因全长1782 bp,具有完整的开放阅读框(ORF,91~1631 bp),编码513个氨基酸,该基因具有CIPK基因的2个特征结构域(Kc-like superfamily和AMPKA-C-like superfamily)。生物信息学分析显示该基因编码的蛋白定位于内质网,为可溶性蛋白,不存在信号肽,二级结构元件多为α-螺旋,含有多个保守功能域,主要参与中间代谢。实时定量PCR表达分析表明,该基因表达具有组织特异性,虽在甘蔗各组织中均有表达,但在芽中的表达量最高。该基因在PEG、Na Cl、ABA、SA和Me JA的胁迫诱导过程中,受ABA胁迫后表达量最高,约为对照的5.3倍,推测该基因的表达与甘蔗抗干旱和抗渗透胁迫有关。     

小麦TaNF-YB6基因亚细胞定位和非生物胁迫表达分析

本研究以小麦山融3号为材料,克隆出基因Ta NF-YB6,其全长为435 bp,预测该基因编码蛋白分子量为16.06 k D,等电点为8.48。生物信息学分析显示,该基因与其他植物中NF-YB家族成员具有较高同源性,其中与一粒小麦Tm NF-YB5同源性最高,为74.15%。亚细胞定位结果显示,该基因编码蛋白在细胞膜和细胞核中均有分布。利用Real-time PCR对该基因在多种非生物胁迫下进行表达分析,结果表明:该基因不受Na Cl的诱导,但受PEG6000、Me JA、SA和ABA的诱导,并表现出不同的表达模式,可能在小麦抵御多种非生物胁迫过程中发挥作用。下游胁迫响应基因表达量检测显示,该基因可能在ABA依赖和ABA不依赖两条非生物胁迫响应途径中发挥作用,尤其在与RD20相关途径中发挥重要作用。     

立枯丝核菌不同融合群G蛋白β亚基基因克隆与分子进化分析

为了揭示立枯丝核菌不同融合群菌株G蛋白β亚基基因的差异,利用同源克隆的方法,克隆了立枯丝核菌8个融合群共13个菌株的G蛋白β亚基基因,并进行分子进化分析。序列分析结果发现,不同融合群的立枯丝核菌的G蛋白β亚基基因的内含子和开放阅读框数目一致,编码氨基酸均为347个。但氨基酸序列存在14个位点的突变。同源性分析表明,立枯丝核菌各个融合群G蛋白β亚基基因之间的同源性较高,同一亚群的菌株同源性达到100%,不同融合群之间存在差异。分子进化分析表明,不同物种的G蛋白β亚基基因在进化上仍具有一定的保守性,不同融合群菌株的G蛋白β亚基基因序列聚为一个分枝且与同属担子菌门的物种同源性最高。该研究揭示了立枯丝核菌不同融合群G蛋白β亚基基因的特征,为该菌基因功能和分子检测研究奠定了基础。     

木薯MeCIPK1基因克隆及表达分析

CIPK蛋白是一类植物特有的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,已在多个物种中被证实参与逆境胁迫应答。本研究利用PCR技术从木薯栽培种KU50中克隆得到一个CIPK家族基因,命名为Me CIPK1,该基因的开放阅读框全长为1 137 bp,编码379个氨基酸。生物信息学分析表明Me CIPK1蛋白含有CIPK家族保守的丝氨酸/苏氨酸激酶结构域和NAF结构域,与橡胶树和麻疯树中的氨基酸序列同源性最高。利用荧光定量PCR研究Me CIPK1在多种处理下的表达模式,结果表明Me CIPK1在转录水平受到ABA、高盐胁迫、干旱胁迫和低温的抑制作用,同时受到氧化胁迫的诱导作用,故此推测Me CIPK1在木薯应答多种非生物胁迫的过程中可能会发挥重要作用。本研究结果为后期深入分析木薯Me CIPK1基因的功能提供理论基础。     

花生果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因AhFBA1的克隆与表达

以花生品种花育33为试材, 根据cDNA文库中已知的果糖-1,6-二磷酸醛缩酶 (fructose-1,6-bisphosphate aldolase, FBA) 基因全长序列设计引物, 通过RT-PCR克隆到该基因, 命名为AhFBA1。AhFBA1全长为1489 bp, 开放阅读框为1200 bp, 编码400个氨基酸。预测该基因编码的蛋白含有Glycolytic保守结构域, 可能定位于叶绿体中。蛋白序列比对和进化树分析表明, 花生与大豆(Glycine max)、苜蓿(Medicago truncatula)、鹰嘴豆(Cicer arietinum)和菜豆(Phaseolus vulgaris)等豆科植物中的FBA序列相似性最高, 亲缘关系最近。荧光定量PCR结果显示, 在高盐和干旱胁迫下, AhFBA1在花生叶和根中的表达均受明显诱导, 说明该基因可能参与花生对高盐和干旱胁迫的适应性调控; AhFBA1在花生根和叶中均受ABA的明显诱导, 说明该基因对花生非生物胁迫的调控可能是依赖ABA的。     

银杏GbASR基因的克隆、生物信息学及表达分析

为了明确银杏ASR(ABA-stress-ripening)在应答非生物逆境胁迫中的作用,以便为ASR基因功能、环境胁迫研究提供材料。本研究以银杏(Ginkgo biloba)为材料,利用分子生物学技术对ASR基因进行了克隆,构建pCAMBIA1300-ASR-GFP融合表达载体,进行亚细胞定位分析。采用序列比对方法分析GbASR蛋白结构域及系统进化;利用qRT-PCR方法进行组织特异性表达及非生物逆境胁迫下的基因表达分析。结果表明,银杏ASR基因编码区全长546 bp,共编码182个氨基酸;蛋白质等电点为5.33,分子量大小为20111.24 Da,为亲水性稳定蛋白;GbASR蛋白含有1个高度保守的ABA/WDS结构域,且与火炬松PtASR蛋白同源性较高;GbASR蛋白定位于细胞核。此外,GbASR基因在银杏幼苗根、茎、叶各组织中均有表达,且在叶部有较高的表达;在高盐、干旱和高温胁迫下,GbASR基因均受诱导,且在不同胁迫处理时间0 h、6 h、24 h和48 h的表达存在显著的差异。以上分析说明GbASR基因参与响应高盐、干旱和高温等非生物胁迫,这为植物的育种及解释ASR基因功能提供依据。     

大豆立枯丝核菌G蛋白β亚基基因的克隆与分析

由立枯丝核菌[Rhizoctonia solani Kuhn,有性世代:Thanatephorus cucumeris(Frank)Donk]引起的大豆纹枯病(soybean sharp eyespot)是一种重要病害.G蛋白β亚基(guanine nucleotide binding protein beta-subunit)作为重要的信号传导因子,在植物病原菌致病分子机制中起着重要作用.为了解G蛋白β亚基基因的结构与功能,根据同源物种G蛋白β亚基相关序列设计引物,利用PCR和RT-PCR技术克隆了大豆立枯丝核菌G蛋白β亚基的基因序列和开放阅读框(G-protein beta-subunit of soybean Rhizoctonia solani,简写为gbsrs1,GenBank登录号为EU663628).该片段全长1 864 bp,含有4个内含子和5个外显子;开放阅读框(ORF)长1 047 bp,编码348氨基酸残基,与多种真菌G蛋白β亚基的氨基酸序列相似程度较高,达79.72%-99-43%;该蛋白质具有2个α-螺旋和7个β-折叠的二级结构,形成无规则卷曲连接的桶形三级结构.将gbsrs1的ORF连接于原核融合表达载体pGEX-4T-2中,经IPTG诱导,获得了相应蛋白的表达.gbsrs1的克隆和特性研究为了解大豆立枯丝核菌的致病机理、有效防治纹枯病奠定了基础.     

玉米ZmCIPK20基因克隆及表达分析

CIPK蛋白激酶是植物非生物胁迫信号传导途径中的重要元件。为克隆玉米CIPK蛋白激酶基因ZmCIPK20全长c DNA序列,并分析其在盐胁迫下的表达模式,采用RT-PCR技术克隆基因,用生物信息学方法对获得的序列进行分析,采用荧光定量PCR方法研究ZmCIPK20在盐胁迫下的表达。本研究从玉米中克隆了一个编码CIPK蛋白激酶基因ZmCIPK20,该基因c DNA全长1 800 bp,5'-非编码区长203 bp,3'-非编码区长202 bp,编码区长1 395 bp,编码464个氨基酸,预测分子量为50.993 kD,等电点为8.55。推测的氨基酸序列中含有1个丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶催化结构域S_TKc和1个NAF结构域。进化树分析发现,ZmCIPK20和SbCIPK分为一个分支。荧光定量PCR检测表明,ZmCIPK20基因受盐胁迫诱导表达,在根中下调表达,在叶中上调表达,说明玉米ZmCIPK20基因可能参与玉米对盐胁迫的应答,为揭示该基因的生物学功能提供依据。     

雪菜BjSnRK2E基因的克隆及表达分析

环境胁迫是造成作物品质和产量损失的重要因子。Sn RK2家族基因编码植物体内一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,是影响植物抗逆境胁迫能力的关键调控基因。采用电子克隆与RT-PCR相结合的技术,从雪菜(Brassica juncea Coss.Var.Multiceps Tsen et Lee)克隆了一个Sn RK2基因,命名为Bj Sn RK2E(Gen Bank登录号为MF423121)。序列分析显示,该基因全长1 218 bp,编码区为1 089 bp,编码362个氨基酸。Scan Prosite预测显示,Bj Sn RK2E蛋白包含一个ATP结合位点和一个丝氨酸/苏氨酸激酶结构域。多序列比对和进化树分析表明,Bj Sn RK2E蛋白与其他植物的Sn RK2蛋白分享较高的相似性,与拟南芥的At Sn RK2.6和马铃薯St Sn RK2.3蛋白亲缘关系最近,处在同一进化分枝。实时定量RT-PCR检测结果显示,Bj Sn RK2E基因在根部的表达量最高,其次是茎,叶片的表达量最低;Bj Sn RK2E基因积极参与高盐、干旱和ABA胁迫应答反应,推测该基因功能与植物抗逆境胁迫有关。     

大豆立枯丝核菌G蛋白ß亚基基因的克隆与分析

由立枯丝核菌[Rhizoctonia solani Kühn,有性世代：Thanatephorus cucumeris (Frank) Donk] 引起的大豆纹枯病(Soybean sharp eyespot)是一种重要病害。G蛋白β亚基(Guanine nucleotide binding protein beta-subunit)作为重要的信号传导因子,在植物病原菌致病分子机制中起着重要作用。为了解G蛋白β亚基基因的结构与功能,根据同源物种G蛋白β亚基相关序列设计引物,利用PCR和RT-PCR技术克隆了大豆立枯丝核菌G蛋白β亚基的基因序列和开放阅读框(G-protein beta-subunit of Soybean Rhizoctonia solani,简写为gbsrs1,GenBank登录号为EU663628)。该片段全长1 864 bp,含有4个内含子和5个外显子;开放阅读框(ORF)长1 047 bp,编码348氨基酸残基,与多种真菌G蛋白β亚基的氨基酸序列相似程度较高,达79.72%~99.43%;该蛋白质具有2个α-螺旋和7个β-折叠的二级结构,形成无规则卷曲连接的桶形三级结构。将gbsrs1的ORF连接于原核融合表达载体pGEX-4T-2中,经IPTG诱导,获得了相应蛋白的表达。gbsrs1的克隆和特性研究为了解大豆立枯丝核菌的致病机理、有效防治纹枯病奠定了基础。     

甘蔗ABA信号转导关键酶SoSnRK2.1基因的克隆与表达分析

蔗糖非酵解型蛋白激酶(SnRK)是植物体内ABA信号转导途径的关键调控酶, 在植物的抗逆境生长过程中发挥着重要的作用。本研究通过RT-PCR和RACE-PCR技术克隆出编码甘蔗SnRK2蛋白的基因SoSnRK2.1。该基因cDNA序列全长为1385 bp, 包含一个1002 bp的开放阅读框(ORF)。根据氨基酸序列预测SoSnRK2.1基因编码333个氨基酸残基, 与其他高等植物中相关蛋白的氨基酸具有高度的相似性, 尤其是与禾本科的玉米和水稻。构建该基因的原核表达载体pET-SoSnRK2.1, 在IPTG诱导下可得到38 kD 左右的蛋白, 与理论值一致。实时荧光定量PCR分析表明, SoSnRK2.1基因在ABA、干旱(PEG)+ABA、干旱(PEG)、NaCl、低温(4℃)和H₂O₂外源胁迫下均呈诱导表达的趋势。推测该基因参与调控干旱、高盐和低温等胁迫过程, 在甘蔗抗逆境胁迫中起重要作用。     

白菜型油菜WRKY基因片段的克隆与表达分析

WRKY转录因子能广泛地参与植物的生物与非生物胁迫反应。为了研究WRKY转录因子在ABA诱导下的表达调控,首先利用同源克隆法在白菜型油菜中克隆WRKY基因和Actin基因片段, 用BLAST和DNAMAN软件对核酸及氨基酸序列进行分析;通过荧光定量PCR技术检测白菜型油菜WRKY基因在ABA处理条件下的相对表达趋势;然后利用相对定量PCR技术（real-time relative quantification PCR,以下简称RT-qPCR）检测WRKY基因在ABA(100 μM)诱导不同时段的差异表达。在白菜型油菜中克隆到一段中克隆到一段长度为680 bp的WRKY基因片段和一段长度为933 bp的β-actin基因片段。RT-qPCR实验结果表明,BcWRKY能被ABA诱导表达,且在诱导1 h后表达量最高。本实验文成功地克隆了白菜型油菜的WRKY转录因子基因和Actin基因片段,并证明了白菜型油菜WRKY基因的表达受ABA的影响。     

香蕉MaCSase基因的克隆和表达分析

旨在克隆香蕉(Musa acuminata L. AAA group cv. Brazilian)半胱氨酸合成酶(cysteine synthase, CSase)基因,并进行序列特征、器官表达特异性和逆境胁迫下表达特性分析。通过对香蕉根的cDNA文库的测序和分析,获得了一段香蕉半胱氨酸合成酶基因的片段,运用RACE扩增技术获得基因全长,命名为MaCSase,并进行序列分析,最后利用荧光定量PCR技术分析该基因在香蕉不同器官中的表达特异性及在外源胁迫下的表达特性。序列分析显示,该基因全长1367 bp,存在1个完整的开放阅读框1065 bp,编码355个氨基酸。通过和已知植物的半胱氨酸合成酶基因相比,同源性达到79%以上。其中与水稻、苜蓿、葱、玉米的CSase编码的氨基酸序列的同源性分别为86%、85%、84%、84%,器官特异性分析表明,MaCSase在香蕉的根、球茎、叶片、花和果实中均有所表达,其中在球茎中表达量最高。通过对其在高盐胁迫下的表达分析显示,该基因在香蕉根中的表达随着处理时间的增加呈现上升趋势,在胁迫6 h时被大量诱导。     

小麦转录因子基因TaMYB70的分离和表达分析

为了探究小麦MYB转录因子基因TaMYB70的功能,采用同源克隆方法分离TaMYB70（MK024291）基因cDNA序列,运用生物信息学手段分析该基因序列特征,采用实时荧光定量反转录PCR（qRT-PCR）检测其在不同逆境胁迫下的表达模式。结果表明,分离得到的TaMYB70部分序列长度为1 272bp,包含一个长度为1 008bp的开放阅读框,编码335个氨基酸残基。TaMYB70蛋白含有2个螺旋-转角-螺旋结构的Myb-type HTH DNA结合结构域。TaMYB70氨基酸序列与粗山羊草、二穗短柄草等植物MYB44同源性较高,与拟南芥R2R3-MYB转录因子第22亚族成员属于同一分支。qRT-PCR分析表明,TaMYB70在脱落酸胁迫下表达量升高,在PEG和NaCl胁迫下表达量下降,该转录因子可能参与小麦逆境胁迫应答。     

小麦耐盐相关基因TaSTK的克隆

利用RACE方法,从小麦耐盐突变体RH8706-49中扩增获得小麦丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（Triticum aestivum serine-threonine protein kinase）基因TaSTK的全长cDNA序列,含1 958 bp,其中开放阅读框1 431 bp,编码476个氨基酸。其编码区基因组DNA全长为4 095 bp,含5个外显子。该基因的全长cDNA序列及基因组序列均已提交GenBank数据库（登录号：DQ103756和DQ341377）。经过NCBI比对发现该基因的氨基酸序列与丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、酪氨酸蛋白激酶、蛋白激酶都具有较高的同源性。Northern杂交检测表明,TaSTK在小麦中属于盐诱导增强型基因,并且在耐盐材料RH8706-49中诱导增强程度高于敏盐材料H8706-34。TaSTK的杂交信号非常弱,表明TaSTK在小麦幼苗的叶片组织中属于低表达的基因类型。     

陆地棉一个丝氨酸/苏氨酸激酶蛋白基因的克隆与表达分析

通过RT-PCR获得一个编码棉花丝氨酸/苏氨酸激酶类似蛋白全长的cDNA片段,其编码的氨基酸序列与拟南芥ATPK3的相似度达到82%,这个基因暂被命名为GhPK1。基因全编码区包括1038个核苷酸,编码346个氨基酸的蛋白。GhPK1的编码产物在265~270个氨基酸处有一个跨膜区并可能结合在内质网膜上。GhPK1在种子和纤维中的表达水平较其它组织高。另外,GhPK1的表达量在受到盐胁迫后上升,说明GhPK1可能参与了盐胁迫反应。     

葡萄VvMSA基因的克隆及表达特性分析

为了解VvMSA基因的功能,以抗性葡萄品种Vidal Blanc组培苗为试材,克隆得到VvMSA基因,对其序列进行了生物信息学分析,并利用实时定量PCR分析了其组织表达特性和多种非生物胁迫和信号应答表达特性。结果表明,VvMSA基因片段大小为450 bp,编码149个氨基酸序列。生物信息学分析结果显示,VvMSA蛋白分子量约为16.703 k Da,等电点为5.68,不稳定系数为41.71,推测为不稳定蛋白。VvMSA含有65个氨基酸组成的ABA/WDS保守结构域。在进化上属于单独一个分支,它和已报道过的番茄Le ASR1分别属于同一个祖先进化出的2个分支。实时荧光定量PCR分析显示,VvMSA在葡萄不同组织中均有表达,花中表达量最高。多种逆境胁迫因子如盐、干旱和低温等能诱导VvMSA不同程度的上调表达,盐胁迫3 h时诱导表达量最高。同时,VvMSA受逆境胁迫信号分子NO和H_2S不同程度诱导表达上调,而SA则抑制VvMSA表达。激素ABA、GA_3、IAA和ET均能不同程度诱导VvMSA表达上调,并且VvMSA盐处理下的表达模式与ABA诱导的类似。综合以上结果推断VvMSA可能通过调控ABA信号途径来调节葡萄对盐胁迫应答。     

油菜柠檬酸合酶基因的克隆及在逆境下的表达

柠檬酸合酶是植物多种代谢途径的限速酶, 及代谢变化的标志酶。为了解油菜柠檬酸合酶基因的生理功能, 以甘蓝型油菜叶片cDNA为模板, 设计特异性引物, 获得一编码柠檬酸合酶基因的cDNA序列, 全长1 659 bp, ORF区含476个氨基酸残基, 序列比对显示其蛋白序列与拟南芥有较高的同源性(96.0%), 氨基末端含一线粒体靶信号。聚类分析表明, 油菜柠檬酸合酶基因与其他植物内该基因高度同源。对油菜幼苗进行植物生长调节物质、高温和低温、强光照和弱光照、盐、菌核病、干旱和水渍等处理, 采用半定量PCR法对油菜叶片柠檬酸合酶基因的表达模式进行检测, 发现在盐胁迫、暗光和强光的处理下, 柠檬酸合酶基因的表达基本没有变化;在水渍、干旱、IAA和6-BA胁迫下, 其表达有所升高, 但出现峰值的时间不同, ABA对表达模式的影响与IAA相反;感染菌核病后其表达降低;对GA₃的应答呈鞍型。对部分处理采用荧光定量PCR验证, 其结果与半定量PCR结果基本一致。     

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。