受MeJA诱导的烟草GTs基因启动子的克隆及转化

利用已克隆的1个受甲基茉莉酸(MeJA)诱导的糖基转移酶(GTs)基因,以PCR扩增得到该基因启动子序列,长度约为1.4kb,用改造后的双元载体pCAMBIA1301与GTs基因启动子连接,构建了含目的启动子与GUS基因的融合基因质粒pCAP-GUS.通过根癌农杆菌介导的烟草叶盘转化法转化烟草W38,经PCR检测验证得到了含有融合基因的转基因烟草植株,为进一步研究GTs基因的功能奠定了基础.     

马铃薯sgt2基因启动子的克隆及其活性分析

糖苷生物碱(SGAs)是一类存在于茄科和百合科植物的重要次生代谢物,与植物的抗逆性和产品品质有密切关系.茄啶葡糖基转移酶(SGT2)是SGAs合成代谢途径的末端关键酶之一,研究其编码基因的启动子序列对于SGAs生物合成代谢调控有重要的作用和意义.本研究采用染色体步移技术,克隆到马铃薯茄啶葡糖基转移酶基因(sgt2)起始密码子上游2 098bp的启动子序列,已注册到GenBank(注册号:KC331038).构建该启动子驱动报告基因gfp∶∶gus的植物双元表达载体p1304sgt2p,采用农杆菌介导的烟草叶片瞬时表达,通过GUS组织化学染色分析sgt2p启动子的活性.结果表明:gus基因在转化烟草叶片中高效表达,克隆的启动子具有活性.     

马铃薯sgt3基因启动子克隆及其功能鉴定

【目的】克隆马铃薯茄啶鼠李糖基转移酶基因(sgt3)的启动子序列并对其进行功能鉴定.【方法】采用染色体步移技术(genome walking)进行启动子的克隆,构建了该启动子驱动报告基因gfp::gus的植物双元表达载体p1304sgt3p,以pCAMBIA1304为阳性对照表达载体,采用农杆菌介导的烟草叶片瞬时表达及稳定遗传转化,结合GUS组织化学染色对其进行功能鉴定.【结果】电泳图表明为1条长约2 500bp的特异扩增条带,瞬时表达和稳定遗传表达的烟草叶片的GUS组织化学染色结果均显示gus基因在转化烟草叶片中高效表达,并且低于阳性对照,非转化烟草叶片中无表达.【结论】成功克隆到sgt3基因起始密码子上游2392bp的启动子序列并且该启动子具有活性.     

茉莉酸羧基甲基转移酶基因的克隆及其高效表达载体的构建

以拟南芥花为材料,应用RT-PCR方法克隆拟南芥茉莉酸甲酯合成途径中重要的限速酶--茉莉酸羧基甲基转移酶基因,并进行生物信息学分析,以pCAMBIA1304+为基本载体构建其植物高效表达载体pCAM-BIA1304-AtJMT克隆到的AtJMT编码区序列为1 170 bp,编码389个氨基酸的多肽.生物信息学分析该蛋白理论分子量为43.37 kD,等电点为5.18.三级结构预测表明其具有典型的羧基甲基转移酶蛋白功能域甲基供体的结合位点,蛋白质三维模型具有典型的甲基转移酶的蛋白立体结构.获得的工程菌可用于遗传转化长春花等,为萜类吲哚生物碱代谢工程新型策略奠定基础.

Abstract：

Jasmonic acid carboxyl methyltransferase (JMT) is one of the most important key enzymes involved in the biosynthetic pathway of methyl jasmonate (MeJA) in Arabidopsis thaliana. The JMT gene of A. thaliana (AtJMT) was isolated through RT-PCR with a pair of specific primers that were designed according to the sequences of the JMT reported. We characterized it by bioinformatic analysis and constructed its over-expression vector. The computational analysis of the coding sequence showed that it had 1170 bp nucleic acids, encoding 389 amino acids (aa) polypeptide with a predicted molecular weight of 43. 37kD and an isoelectric point of 5.18. Bioinformatic analysis demonstrated that AtJMT contained the typical functional domains of JMT, methyl donor binding sites. The 3-D structure of AtJMT had the typical structure of known methyltransferase protein. The engineered bacteria can be used to genetically transform Catharanthus roseus, to promote the bioaccumulation of TIAS. The cloning, characterization and construction of plant expression vector will be a fundamental work to facilitate new strategies of the metabolic engineering of TIAS.     

杂交鹅掌楸LhFB1基因启动子的克隆及活性分析

【目的】研究杂交鹅掌楸LhFB1基因启动子(pLhFB1)的活性,为研究该基因功能及相关机制提供参考。【方法】利用染色体步移法(Genome Walking)克隆LhFB1基因上游5′侧翼调控区序列,利用生物信息学软件PlantCARE分析其包含的顺式作用调控元件。构建pCAMBIA1300-pLhFB1重组载体,对本氏烟草幼苗期叶片进行瞬转注射和GUS染色表达。花序浸染法将重组载体转化至野生型拟南芥,GUS组织染色分析其在T_2代转基因植株开花期根、茎、叶和花组织中的表达量,并用qRT-PCR对GUS组织染色进行活性验证。【结果】pLhFB1启动子序列长1 780 bp,含有多个TATA-box和CAAT-box及压力响应、激素响应、光信号转导、代谢循环元件。瞬转结果表明,烟草叶片注射部位有蓝色斑点,说明启动子有活性。遗传转化结果表明,转pLhFB1启动子拟南芥根、茎、叶和花组织中都有不同程度的蓝色,且根和茎中的蓝色斑块较深。qRT-PCR结果说明,pLhFB1启动子在拟南芥根、茎、叶和花组织都有表达,与GUS染色结果基本相符。【结论】克隆得到pLhFB1启动子序列,其在转拟南芥植株各组织中都有活性,但以根和茎中较强。     

白桦BpGT14基因启动子克隆及表达活性分析

本文利用SiteFinding-PCR方法克隆了白桦BpGT14基因起始密码子ATG上游2 169 bp序列,并通过PLACE启动子预测工具对其进行元件分析。结果表明,该启动子片段含有启动子核心元件及多种逆境及激素响应元件,同时具有植物苯丙烷及木质素生物合成的MYB类转录因子的重要结合基序。研究选取了其中含有启动子核心元件的1 156 bp片段构建了pBpGT14∷GUS植物表达载体,利用农杆菌侵染的方法将pBpGT14∷GUS报告基因瞬时转化烟草植株,鉴定该启动子在烟草中的表达活性及对非生物胁迫和激素的响应模式。对转基因烟草植株进行GUS染色,结果表明该启动子具有启动活性,且在茎段处活性较高;进一步分析非生物胁迫对烟草中GUS酶活性的影响,表明该启动子对ABA、NaCl、PEG及高温处理均有明显响应,且对于NaCl及PEG处理响应迅速。为了更好的鉴定白桦BpGT14基因启动子在白桦细胞中的启动活性及响应模式,本文构建了pBpGT14∷GFP载体并瞬时转化白桦茎段悬浮细胞,进行研究。GFP转录水平分析结果与GUS酶活性结果基本一致,但其中部分时间点仍存在差异。选取PEG处理3、6、12及24 h的转GFP基因白桦茎段悬浮细胞,在显微镜下观察其绿色荧光蛋白,以此揭示该启动子对干旱的响应模式。结果表明,该启动子在白桦茎段悬浮细胞中启动了GFP的表达,在处理初期(3 h),荧光效果明显;随着处理时间的增加,细胞脱水明显,且在细胞壁表现高亮度荧光。      

植物基因启动子的克隆及分析的研究进展

植物基因的表达受到其转录因子调控。在转录因子的调控过程中,启动子的顺式作用原件与转录因子相结合发挥着重要作用。所以,对于启动子结构和功能方面的研究可为今后启动子作用机制的研究奠定基础,更为启动子在基因表达调控中的作用提供重要依据。本文综述了克隆植物启动子的常用技术方法,比较分析其优缺点,并对启动子研究方法进行总结,展望应用前景。     

牛MyoG基因启动子的克隆与序列分析

根据G enB ank中已公布的人、猪和小鼠的MyoG基因的5′侧翼和部分第一外显子序列设计PCR引物,用touch-dow n PCR技术扩增了牛MyoG基因的启动子序列,构建了重组克隆载体pGEM-T-MyoG,并通过PCR扩增、限制性酶切对阳性克隆进行了鉴定、测序及生物信息学分析。结果表明,牛MyoG基因的启动子序列(G en-bank中注册号为AY 882581)长度为672 bp,其与猪、人和小鼠相应序列的同源性分别为94%,91%和88%,且其在不同物种之间具有一定的保守性。牛MyoG基因启动子的克隆与序列分析为进一步研究牛MyoG基因的表达调控奠定了基础。     

玉米醇溶蛋白基因Zein启动子克隆与序列分析

启动子是细胞内控制基因转录与表达的时空特异性的重要因子。玉米醇溶蛋白基因Zein启动子控制Zein基因在胚乳中特异性表达,分离Zein启动子将为外源基因在胚乳中特异性表达等遗传操作提供基础。以玉米自交系鲁2548基因组DNA为模版,PCR扩增得到401 bp的15 kuβ-Zein启动子,PCR产物T-A克隆并测序。序列分析结果显示,作者克隆的Zein启动子序列与NCBI已报道的15 ku-Zein基因(GenBank M72708)启动子序列同源性为96%。启动子功能预测及顺式元件分析表明,所克隆的启动子序列可能具有胚乳特异性启动子功能。有关功能验证试验正在开展之中。本研究为外源基因胚乳特异性表达基因工程奠定了基础。     

山核桃MADS-like基因的克隆与分析

MADS-box基因在植物花发育的整个阶段起到了极为关键的作用。根据山核桃Carya cathayensis雌花芽454测序得到的基因片段,采用c DNA末端快速扩增(RACE)技术,获得了1条Cc MADS-like基因。序列分析结果表明:Cc MADS-like开放阅读框(ORF)长度为609 bp,编码202个氨基酸,具有典型的MADS-box结构域,包括高度保守的MADS盒和K区以及I区、C区。Cc MADS-like与拟南芥Arabidopsis thaliana,金鱼草Antirrhinum majus,美洲黑杨Populus deltoides,欧洲大叶杨Populus trichocarpa等的同源基因所编码的蛋白质同源性分别达到48%,65%,69%,71%。山核桃不同组织实时荧光定量聚合酶链式反应(q RT-PCR)结果表明:Cc MADS-like基因在花芽中表达量远远高于其他组织,暗示该基因极有可能参与山核桃成花发育。酵母单杂交实验表明,Cc MADS-like蛋白具有转录激活活性。     

大豆rbcS基因启动子的克隆及在转基因烟草中的功能缺失分析

【目的】进一步验证栽培大豆rbcS基因启动子功能,为植物基因工程相关研究提供启动子资源。【方法】从栽培大豆中克隆了rbcS基因5′端上游1 538bp的DNA序列,根据光诱导表达调控元件及顺式作用功能元件所在的位置,设计含1 089,712和190bp 3个5′端缺失体,并将rbcS基因启动子(1 538bp)及3个5′端系列缺失体序列分别与gus基因融合,构建植物表达载体并命名为pGmrbcS、pA、pB和pC,用农杆菌介导法转化烟草,通过gus基因活性变化检测不同缺失体的表达特性。【结果】克隆了1 538bp的大豆rbcS基因启动子序列及1 089,712和190bp的5′端缺失体启动子片段。GUS活性检测表明,在pGmrbcS转基因烟草的叶中GUS活性最高,且与pCAMBIA1301转基因烟草叶片中CaMV35S启动子驱使gus基因的表达量相当,而茎、根中GUS活性较低。GUS定量分析表明,T1代转基因烟草光下培养时,3种缺失体启动子叶片中的GUS表达活性均与CaMV35S启动子相当,其中pB活性最高,是CaMV35S启动子活性的1.4倍,pA、pC活性低于pB,分别为pB活性的84%和71%;含pA的转基因烟草于黑暗中萌发的幼苗叶片gus基因不表达,光下萌发幼苗叶片有gus基因表达,而含有pB、pC的转基因烟草,在黑暗和光下萌发的幼苗叶片中均有gus基因表达,且表达量以pB最高。【结论】含有长度为1 089bp(pA)光诱导元件的rbcS基因缺失体启动子具有光诱导和组织特异表达特性,长度为712bp(pB)的缺失体启动子的启动活性最高。     

海岛棉GbHCT14基因启动子克隆及上游调控因子筛选

为探究GbHCT14基因CDS区及启动子序列在棉花纤维发育中的作用,通过中国农业科学院棉花研究所数据库检索到GbHCT14基因CDS区及上游非编码区-2 000 bp片段序列,克隆CDS区及启动子,并检测启动子活性。构建cDNA文库,利用酵母单杂交技术筛选阳性克隆,获得候选转录因子,并进行生物信息学分析。结果表明:1)GbHCT14基因的CDS区全长1 144 bp,其翻译产物为亲水性稳定蛋白,预测定位在叶绿体,没有信号肽以及跨膜结构域。2)GbHCT14基因启动子预测到5个MYB结合位点参与植物苯丙烷代谢途径的调节,1个TCA-element参与水杨酸调节,6个ABA响应元件。3)GbHCT14启动子能够驱动GUS蛋白表达,具有启动活性。4)酵母单杂交初步筛选出16个候选基因,包括Gbar_D01G020710、Gbar_A09G017360、Gbar_A09G009680、Gbar_A11G003660、Gbar_A12G004430、Gbar_D04G021210、GbM_D09G1212、GbM_A11G0186、GbM_A03G0171、GbM_A09G1247、GbM_D10G0411、GbM_D10G1024、GbM_D02G1379、GbM_A11G1190、GbM_D12G0471和genome_Gbar-ZJU_D08。利用生物信息学分析预测表明,上述候选基因参与棉花纤维细胞壁的伸长、泛素化反应、细胞分裂、花发育以及果实成熟的过程,其中GbM_A09G1247与WAK2为相似基因,WAK2功能蛋白与果胶结合后促进细胞壁的伸长,而HCT家族基因则是影响果胶合成的关键因素之一。5)GbHCT14和WAK2基因在棉花开花后25 d内高表达,两者在棉花纤维发育调控存在相关性。综上,GbHCT14基因CDS区及启动子序列为首次获得,GbHCT14基因启动子具有启动活性,并且筛选到与裂合酶、转移酶、植物激素、质子泵和功能蛋白相关的16个上游调控的候选转录因子。     

百合LhTPS基因启动子的克隆及序列分析

为明确百合LhTPS基因的启动子序列特征,利用反向PCR技术和DNAMAN、PlantCARE等分析软件,对8个不同百合品种萜烯合酶基因LhTPS的启动子进行克隆和生物信息分析。结果表明:1)克隆得到的LhTPS基因启动子序列长度在1 376~1 414 bp,相似性为90.26%,核苷酸多态性位点404个,大于5 bp的插入缺失有6处;2)不同百合品种的LhTPS启动子序列均包括核心元件和应答元件,应答元件又分为生长发育、光响应、胁迫响应及激素响应4类,其中与MeJA反应相关的顺式作用元件(CGTCA-motif、TGACG-motif、MYC和MYB)所占比例最大;3)根据启动子序列信息,可将8个百合品种分为4组,即东方百合组、亚洲百合组、喇叭百合组和东喇百合组,分类结果与传统分类结果一致。综上,LhTPS基因启动子序列的首次获得,为日后进行LhTPS启动子活性和功能分析奠定了基础,也为阐明百合萜类挥发物形成的调控机制奠定了理论基础。     

火龙果HpGST基因克隆及表达分析

为探究火龙果（Hylocereus）谷胱甘肽S-转移酶基因（HpGST）的功能,克隆了HpGST基因的cDNA序列,并进行生物信息学及表达分析。结果显示：HpGST序列全长为666 bp,编码221个氨基酸,编码蛋白属于非分泌型不稳定亲水性蛋白,亚细胞定位预测其于细胞质中发挥作用;系统进化树显示其与藜麦亲缘关系较近,属谷胱甘肽转移酶Tau家族;实时荧光定量PCR分析结果显示,HpGST在火龙果不同色泽类型品种果肉中均有表达,在有色素累积的紫肉和粉肉类型中表达量均显著高于无色素累积的白肉类型,表达趋势均为先上升后下降,其表达量与甜菜素含量呈现正相关,且在不同色泽类型品种中表达趋势与甜菜素累积趋势高度一致,推测HpGST基因在火龙果甜菜素合成与分布中发挥重要作用。     

细粒棘球蚴RTN4基因的克隆及序列分析

【目的】克隆细粒棘球蚴(Eg)内质网膜蛋白4(Reticulon-4,RTN4)抗原基因,对其序列进行生物信息学分析。【方法】采集感染Eg的绵羊肝脏和肺脏,提取Eg头节总RNA为模板,对RTN4基因进行RT-PCR扩增,将PCR产物克隆到pMD19-T载体后测序,对其核苷酸序列及氨基酸序列进行生物信息学分析。【结果】Eg RTN4cDNA全长654bp,编码217个氨基酸,蛋白质分子质量为25.3ku,等电点为8.83。编码氨基酸序列中含有1个N端酰基化位点、2个酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点和4个蛋白激酶C磷酸化位点。经生物信息学软件预测,RTN4蛋白的抗原表位区主要集中在第1-47位、第71-147位和第171-217位区域;含有2个高度疏水区,2个跨膜区,膜外区分别位于第1-47位和第171-217位。【结论】成功克隆了Eg RTN4基因,预测了其编码蛋白抗原的结构和表位。     

猪FAM213B基因mRNA和启动子的克隆及序列分析

【目的】获得猪FAM213B基因完整mRNA和启动子序列,研究猪FAM213B基因表达,为探讨母猪妊娠的建立和胚胎发育调控机制奠定基础。【方法】通过5'RACE和3'RACE技术,获得基因完整mRNA序列,分析不同物种该基因氨基酸序列相似性;通过PCR克隆启动子区,并通过双荧光素酶报告基因载体系统转染猪子宫内膜细胞,研究其转录活性。【结果】猪FAM213B基因mRNA全长808 bp,其中5'UTR、CDS区和3'UTR长度分别为67、609(含终止密码子)和132 bp(不含poly A序列),在17~106位氨基酸之间存在硫氧还蛋白折叠结构域;与猪FAM213B基因其他2个潜在转录本相比,三者都包含硫氧还蛋白折叠结构域,但蛋白三级结构存在较大差异;猪FAM213B氨基酸序列与山羊、牛和绵羊高度相似,相似性分别为94.03%、93.03%和91.54%。克隆获得2 261 bp(-2 231/+30)的基因启动子序列,将其连接至双荧光素酶报告基因载体,转染猪子宫内膜细胞,发现获得的启动子片段能够启动下游报告基因的转录,在启动子区存在潜在的典型NFκB等转录因子结合位点。【结论】本研究获得猪FAM213B基因转录本长度为808 bp,其蛋白存在硫氧还蛋白折叠功能结构域,其启动子序列(-2 231/+30)在猪子宫内膜细胞中具有较强的转录活性。     

马铃薯StTrxF基因的克隆与功能分析

为探究马铃薯硫氧还蛋白基因(StTrxF)的耐盐生理机制,通过RT-PCR方法从马铃薯品种中薯5号中克隆得到全长549bp硫氧还蛋白基因(StTrxF)。该基因编码182个氨基酸,预测蛋白质分子量为44.17ku,理论等电点(pI)为5.23,具有典型的Thioredoxin结构域。由StTrxF基因推导的氨基酸序列与番茄、拟南芥、芝麻和赤霞珠等TrxF蛋白质氨基酸序列的同源性为96.02%～59.28%。构建植物过表达载体,导入拟南芥中,获得转基因拟南芥纯系植株。通过对转基因拟南芥植株的耐盐离体和盆栽鉴定,表明转基因植株的耐盐性显著提高。同时盐胁迫下,转基因植株的超氧化物歧化酶(SOD)活性和脯氨酸含量显著提高,丙二醛(MDA)含量显著降低。结果表明,表达StTtxF基因通过增加转基因植株脯氨酸含量,提高SOD活性,降低MDA含量,以维持细胞渗透平衡并激活ROS清除系统,具有提高转基因拟南芥植株耐盐性的显著效果。     

芒果PAL基因的克隆与序列分析

苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonialyase,PAL)是酚类物质合成的第一个酶,是催化苯丙烷类反应的第一酶。根据已经报道的PAL基因的序列设计兼并引物,采用3′RACE和5′RACE方法,克隆得到了芒果果实PAL基因的全长cDNA序列。该基因开放阅读框为2160 bp,编码719个氨基酸,分子重量为79.18 kD。对基因组扩增得到了2200 bp长度的片段分析发现,该基因未含有内含子序列。通过系统发育分析发现,该基因编码的蛋白与问荆、杉木、银杏等植物具有较近的亲缘关系。对不同芒果品种的PAL基因的表达进行分析发现,红色的贵妃品种中表达量较高,而绿色的桂七品种中表达量较低。     

拟南芥AtWRKY33基因启动子的克隆及表达分析

以野生型拟南芥为材料,采用PCR技术克隆得到了拟南芥AtWRKY33基因起始密码子ATG上游1 629 bp启动子序列,并利用该启动子驱动GUS基因在野生型拟南芥中表达,对获得的转基因拟南芥采用重金属Cd处理不同时间,进行GUS染色及定量分析。结果表明：AtWRKY33基因启动子与GUS融合表达载体成功构建并正常启动GUS基因表达;拟南芥植株中的AtWRKY33基因在根中大量表达;定性与定量实验均显示经重金属Cd处理后的拟南芥幼苗中AtWRKY33基因随着时间增加而被显著诱导表达。说明该基因响应重金属Cd胁迫。     

铁皮石斛可溶性酸性转化酶基因克隆与表达分析

【目的】克隆铁皮石斛Dendrobium officinale可溶性酸性转化酶基因SAI,分析该基因生物学信息及时空表达特异性。【方法】基于同源序列克隆铁皮石斛SAI基因c DNA全长,采用生物信息学方法进行序列分析,并采用qRTPCR进行组织特异性表达分析。【结果】铁皮石斛SAI基因全长为1 595 bp,c DNA编码区1 368 bp,Genbank登录号为KU598852。该基因编码455个氨基酸,蛋白相对分子质量为50 700。NCBI BLASTx分析表明,该基因氨基酸序列与柑橘Citrus unshiu酸性转化酶基因、甜橙C.sinensis酸性β-呋喃果糖苷酶基因序列相似性最高,达77%,与其他植物酸性转化酶基因的相似性均高于68%。聚类分析表明,铁皮石斛SAI基因与玉米Zea mays液泡转化酶基因、甘蔗Saccharum officinarum SAI基因亲缘关系最近。该基因编码的蛋白质属于非跨膜结构的亲水性热稳定蛋白,定位于液泡中。SAI基因在2年生铁皮石斛的茎中表达量最高,3年生的叶中表达量最低。【结论】成功克隆铁皮石斛液泡酸性转化酶基因,该基因在铁皮石斛不同组织不同生育时期的表达量差异较大。