花生病程诱导蛋白基因AhPIP1和启动子的克隆、序列分析及原核表达

本文采用RACE法克隆了花生病程诱导基因(pathogenesis-induced protein gene)全长,命名为AhPIP1,并在GenBank登录,登录号为EU860093.序列分析表明该基因的开放读码框579 bp,编码193个氨基酸.以YY20基因组DNA为模板PCR扩增获得AhPIP1基基因组序列长1 883 bp,包含3个外显子和长度分别为602 bp和600 bp的2个内含子.同源性比较发现AhPIP1与辣椒病程诱导蛋白CaPIP1(ABF72432,AAT35532)相似性达82%.采用Genome Walldng方法获得AhPIP1启动子,序列分析表明该启动子序列长513 bp,包含干旱胁迫、病程胁迫应答元件和生长素、赤霉素应答元件.构建pET32a-AhPIP1原核表达载体,转化表达受体菌Ecoli BL21,原核表达获得大小约40 kD AhPIPl融合蛋白,与推测的AhPIP1基因编码产物的大小一致,表明AhPIP1基因在大肠杆菌中能够表达.     

柠条锦鸡儿CkLEA4-3基因克隆及表达分析

胚胎发育晚期蛋白是植物在逆境胁迫下产生的一种应激蛋白质,具有较高的亲水性和热稳定性,与植物抗逆功能密切相关。本研究从已构建的柠条锦鸡儿干旱胁迫抑制削减杂交文库(SSH)中筛选到一条LEA蛋白编码基因的部分序列,用RACE技术扩增得到该基因cDNA全长。序列比对与系统进化分析显示,该基因没有特定结构域,它与拟南芥LEA4(AT3G53040)基因同源性最近,故命名为CkLEA4-3。该基因cDNA长971 bp,开放阅读框架长636 bp,编码211个氨基酸,推测蛋白分子量为22.44 kD,等电点为5.76,是一种亲水蛋白。利用荧光定量PCR技术检测发现,CkLEA4-3基因在干旱、ABA、NaCl和脱水处理下均受到不同程度的诱导,推测CkLEA4-3基因可能与柠条锦鸡儿响应逆境胁迫有关。     

蝴蝶兰一个C3型PEPC基因的克隆及其低温胁迫下的表达分析

为研究蝴蝶兰对低温胁迫响应的分子调控机理,本研究采用RT-PCR及RACE的方法从蝴蝶兰叶片中克隆了一个C3型PEPC基因PhPEPC (登录号为:MK482383),该基因cDNA全长序列为3 448 bp,开放阅读框长度为2 898 bp,编码965个氨基酸;该蛋白包含一个PEPC酶结构域,具有2个PEPCase活性位点,86个磷酸化位点和7种motifs,为一酸性亲水性蛋白。系统进化分析显示,蝴蝶兰PhPEPC蛋白与兰科植物小兰屿蝴蝶兰、铁皮石斛、深圳拟兰等的PEPC蛋白亲缘关系最近。分析表明,PhPEPC基因在蝴蝶兰根中表达水平最高,在花器官中的表达水平次之,在叶和花梗中的表达水平最低;在13℃/8℃的昼/夜温度条件下,PhPEPC基因的表达水平先升高后降低,当恢复培养3 d时,该基因的表达水平又趋于升高。结果表明,蝴蝶兰PhPEPC基因参与了对低温胁迫的调控。本研究结果将有助于理解蝴蝶兰对低温胁迫的适应机制,并为蝴蝶兰新品种的遗传改良提供依据。     

红麻非生物逆境胁迫响应基因HCWRKY71表达分析及转化拟南芥

WRKY转录因子在植物响应非生物逆境胁迫过程中具有重要的调控作用。本研究根据红麻转录组unigene序列(CL3883.Contig4),设计引物进行PCR扩增,经sanger测序获得全长为957 bp的HcWRKY71基因cDNA序列。该基因开放读码框为957 bp,编码1个含有318个氨基酸的蛋白,具有1个WRKY功能保守结构域,属于II类WRKY转录因子。在盐胁迫下,HcWRKY71基因表达量随NaCl溶液浓度升高而增加;在干旱胁迫下,HcWRKY71基因表达量随干旱胁迫时间的增加呈现先下降再上升然后再下降的趋势;在重金属镉胁迫下,HcWRKY71基因表达量随CdCl2溶液浓度的增加而降低。表明该基因表达受盐、干旱和重金属镉胁迫的诱导。利用农杆菌介导花序浸染法将该基因转化拟南芥发现,HcWRKY71基因提高了转基因拟南芥幼苗的耐盐性,这为进一步研究HcWRKY71基因的耐逆机制奠定了坚实的基础。     

红果醋栗RrFAD2基因的克隆与表达分析

本研究克隆到红果醋栗(Ribes rubrum L.)脂肪酸脱氢酶2(co-3 fatty acid desaturase,FAD2)基因cDNA全长序列,命名为RrFAD2,GenBank登录号为MT795718。RrFAD2全长1470 bp,开放阅读框序列全长1152bp,编码383个氨基酸。生物信息学分析表明,RrFAD2蛋白具有6个跨膜结构域,分子量为43.92 kD,等电点为8.93。利用荧光定量PCR分析RrFAD2基因在红果醋栗不同组织和种子发育中的表达。结果表明该基因在根、茎、叶、花、果实、种子中都表达,在种子中表达量最高,花和根中最低,具有组织特异性。在种子发育过程中,RrFAD2基因的表达先上升后下降,而种子成熟的晚期(花后80 d左右)表达量达到最高。该研究为解析红果醋栗RrFAD2基因功能和研究醋栗不饱和脂肪酸合成提供理论参考。     

陆地棉苗期低温响应基因GhZAT10的克隆及功能研究

【目的】挖掘棉花耐冷相关基因,为培育棉花耐冷品种奠定基础。【方法】克隆陆地棉基因GhZAT10(Zinc finger of Arabidopsis thaliana 10),通过实时荧光定量聚合酶链反应(Quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)分析冷处理前后该基因在根、茎、叶的表达;通过生物信息学方法分析Gh ZAT10基因结构及其编码的蛋白质性质及进化关系;通过Gateway技术构建蛋白表达载体35S::GhZAT10-GFP进行亚细胞定位;利用病毒诱导的基因沉默技术研究低温胁迫下GhZAT10在棉花耐冷反应中的功能。【结果】GhZAT10基因开放阅读框长度为813 bp(base pair,碱基对),编码270个氨基酸;GhZAT10在根中表达量高于茎和叶,低温胁迫下在3种组织中均上调表达。GhZAT10蛋白无信号肽,不包含跨膜螺旋,且其活性与其磷酸化调控关系密切。陆地棉GhZAT10与可可、拟南芥、甜橙中的ZAT10蛋白亲缘关系较近;GhZAT10蛋白定位在细胞核;沉默GhZAT10基因使棉花的耐冷能力减弱。【结论】GhZAT10蛋白属于C_2H_2型锌指蛋白,在陆地棉冷胁迫响应信号途径中具有积极作用。     

烟草耐低温胁迫早花NtMYB15的克隆及功能分析

为研究哪些基因参与低温胁迫诱导烟草提前开花,本研究根据烟草芯片数据和PCR扩增获得烟草NtMYB15基因的全长846 bp CDS序列。蛋白序列比对结果显示该基因在进化过程中高度保守。将该基因322 bp的片段克隆至RNAi载体p Hellsgate12中,并通过叶盘法将该基因转入烟草K326中。对两个独立的转基因株系及非转基因植株进行低温胁迫处理,结果表明,与非转基因植株相比,RNAi转基因植株的开花时期被延迟。因此,本研究将为培育烟草耐早花品种提供有价值的研究信息。     

棉花亲环素基因(GhCYP1)克隆及在干旱胁迫下的表达分析

本研究从已构建的棉花(Gossypium hirsutum)干旱胁迫抑制性差减杂交(suppressive subtractive hybridization,SSH)cDNA文库分离得到一个含有植物亲环素保守结构域的EST片段,测序并结合cDNA末端快速扩增(5'-RACE)技术获得了1个779bp的cDNA序列。序列分析表明,该cDNA5'非翻译区为70bp,3'非翻译区为187bp,并含有一个编码174个氨基酸蛋白的开放阅读框。Blast分析表明,该基因的编码产物为一个亲环素蛋白,将该基因命名为为GhCYP1,序列提交到GenBank,登录号为GQ292530。半定量RT-PCR分析表明,干旱胁迫处理后,该基因在叶片中的表达量迅速提高,并在胁迫2h达到最高,这一研究暗示该基因的表达与棉花抗旱胁迫相关。     

草莓生长素响应基因FvIAA17的克隆及表达分析

Aux/IAA蛋白作为转录抑制因子在植物生长发育过程中有重要的调控作用。为了研究草莓生长素诱导基因FvIAA17在草莓生长发育过程中的功能,以森林草莓为试验材料,克隆草莓FvIAA17基因,并对其序列特征进行生物信息学分析,利用Real-time PCR技术分析了FvIAA17在草莓不同组织及外源激素处理下的表达模式。结果表明,FvIAA17基因开放阅读框为594 bp,编码197个氨基酸;预测其分子质量和等电点分别为21. 85 ku和7. 56,具有Aux/IAA家族蛋白典型结构域和保守序列;该基因启动子区含有脱落酸、茉莉酸甲酯及胁迫相关的顺时作用元件。进化分析表明,FvIAA17基因与苹果生长素诱导基因Md IAA1亲缘关系最近;亚细胞定位预测分析表明,FvIAA17蛋白定位于周质内。Real-time PCR结果表明,FvIAA17基因表达量受到外源激素IAA、ABA的显著诱导,说明该基因可能参与了生长素、脱落酸调控草莓发育的信号转导过程。本研究为后继研究草莓FvIAA17的功能和作用机制提供参考依据。     

巴西橡胶树水解酶基因克隆与表达分析

磷是植物生长发育所需的大量重要元素,而缺磷是提高橡胶产量的重要限制因子,研究橡胶树耐低磷胁迫的分子机制,对提高橡胶树磷养分的利用效率具有重要意义。利用低磷胁迫差减文库获得的EST,通过RT-PCR和RACE技术克隆橡胶树应答低磷胁迫基因,并利用实时荧光定量PCR技术进行表达分析。结果表明,从橡胶树中克隆到1个应答低磷胁迫的水解酶基因Hbhyd,全长1860 bp,包含1个1479 bp的完整阅读编码框(ORF),编码56.1 kD(492aa)蛋白,经NCBI同源性分析,HbHyd编码的氨基酸序列与蓖麻水解酶的氨基酸序列一致性为84%。利用荧光定量PCR分析Hbhyd的表达水平,可知在低磷磷胁迫处理下,HbHyd在橡胶树根中表达量明显上调。Hbhyd基因在橡胶树应答低磷胁迫过程中上调表达,该基因的克隆有助于提高橡胶树磷素吸收利用效率。     

甜菜M14品系BvM14-RIN4基因的克隆及应答盐胁迫分析

为了研究甜菜单体附加系M14品系RIN4基因耐盐功能,本研究以甜菜M14品系为实验材料,通过PCR技术获得BvM14-RIN4基因cDNA全长序列,对BvM14-RIN4基因进行了生物信息学分析、组织特异性和应答盐胁迫分析。BvM14-RIN4基因ORF长度为264 bp,编码87个氨基酸,蛋白分子量为 9.67 kDa,理论等电点为9.64,初步鉴定该蛋白为亲水性蛋白;BvM14-RIN4蛋白质二级结构主要由延伸链和无规卷曲组成;BvM14-RIN4蛋白质三级结构预测出该蛋白的保守结构域和疏水区;系统进化树分析结果表明BvM14-RIN4蛋白与菠菜SoRIN4和藜麦CqRIN4蛋白亲缘关系最近;荧光定量PCR结果显示,BvM14 -RIN4基因在根中表达量是叶的2.26倍,说明其具有组织特异性;该基因在200 mmol/L NaCl处理后的根中上调表达,说明它参与甜菜M14品系应答盐胁迫过程。本研究在挖掘甜菜M14品系优质基因和开展甜菜遗传改良工作等方面具有重要意义,为后续该基因的功能研究提供了重要参考。     

天麻种子共生萌发中SCPL基因的克隆与分析

天麻种子细小,无胚乳,自然条件下需与内生真菌共生才能萌发。近年来,研究发现丝氨酸羧肽酶(serine carboaypeptidase,SCP)及其类蛋白(serine carboaypeptidase-like proteins,SCPL)可以参与种子萌发中储藏蛋白的水解,以及植物激素油菜素内酯和脱落酸的信号传导,在种子萌发的过程中具有重要作用。本研究以共生萌发的天麻(Gastrodia elata Bl.)种子为材料,采用RACE技术获得丝氨酸羧肽酶基因全长cDNA,命名为GeSCPL。该基因全长cDNA为1 665 bp,编码463个氨基酸。亚细胞定位显示该蛋白主要表达于胞外和液泡中,具有S10结构域,属于S10超家族,并存在4种修饰方式,可能属于羧肽酶C,且与其他科属植物的丝氨酸羧肽酶基因相似性较高。qPCR结果表明,在与真菌的共生萌发过程中,天麻原球茎中GeSCPL基因的表达量下降。本研究首次获得了天麻种子GeSCPL全长cDNA序列,为进一步研究天麻种子共生萌发的分子机制提供科学依据。     

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。     

大豆GmZAT12基因的克隆和表达分析

锌指蛋白是真核生物中被广泛研究的转录因子,在植物生长发育和逆境应答中发挥重要作用。为了揭示大豆锌指蛋白基因功能,从商豆1201中克隆获得GmZAT12基因的CDS全长序列,并对其编码的蛋白质进行生物信息学分析。通过烟草表皮注射系统检测GmZAT12蛋白的亚细胞定位情况,采用实时荧光定量(qRT-PCR)技术对GmZAT12基因在大豆不同组织和非生物胁迫中的表达模式进行分析。结果表明,GmZAT12全长516 bp,共编码171个氨基酸,分子质量为19.264 28 ku,理论等电点(pI)为9.02;主要构成元件为无规则卷曲和α螺旋;含有20个磷酸化位点,其中以丝氨酸磷酸化位点为主。序列分析结果表明,GmZAT12蛋白含有2个保守的C2H2锌指结构域;亚细胞定位结果显示,GmZAT12蛋白定位于细胞核。qRT-PCR表达分析结果显示,GmZAT12基因在大豆根、叶片和种子中表达量较高,在花和茎中表达量较低;GmZAT12基因受到高温、低温、NaCl和ABA诱导表达,推测该基因可能参与大豆非生物胁迫应答。     

播娘蒿油酸脱氢酶基因(DsFAD6)的克隆和表达分析

采用RACE-PCR的技术克隆了播娘蒿的油酸脱氢酶基因(DsFAD6),它是催化油酸转化为亚油酸的一个关键酶基因.DsFAD6 cDNA全长序列的开放阅读框长1 344 bp,编码一个由447个氨基酸残基组成的蛋白质,推测的蛋白质相对分子质量为51.16 kD,等电点为9.27.序列分析表明DsFAD6的氨基酸序列具有3个高度保守的组氨酸盒子,该结构在去饱和酶中是高度保守的,且在N端预测到信号肽,初步认定该酶定位于质体.序列比对和系统发生分析显示DsFAD6与十字花科植物FAD6基因具有较高一致性.RT-PCR分析表明,DsFAD6在根、茎、叶、花蕾、花及幼嫩角果中均表达,但在茎、叶和幼嫩角果中表达较高.胁迫诱导表达中,DsFAD6在播娘蒿叶片中表达明显受伤害胁迫诱导,但在冷胁迫下呈负相关.     

中间锦鸡儿CiMYB60基因克隆及表达分析

本研究以中间锦鸡儿作为实验材料,利用PCR技术分别对CiMYB60基因的cDNA与gDNA进行了克隆。测序结果表明:CiMYB60基因的开放阅读框为1 035 bp,编码345个氨基酸,其基因组DNA序列长度为1 485 bp,含有2个内含子和3个外显子。生物信息学分析显示:CiMYB60所编码蛋白的N端包含2个MYB结构域,因此认为其属于典型的R2R3-MYB类蛋白。克隆得到CiMYB60基因的ATG上游序列1 848 bp,分析显示该启动子中包含一些与光反应、组织特异性表达、激素和非生物胁迫相关的响应元件。对CiMYB60基因的表达模式进行分析发现在脱水、NaCl和UV-B处理下其表达量随胁迫处理时间的延长而降低。上述研究结果表明CiMYB60基因可能参与中间锦鸡儿对非生物胁迫等逆境胁迫的响应过程,为进一步研究该基因在非生物胁迫中的功能和表达调控提供了一定的参考。     

玉米分子伴侣基因ZmBiP2在逆境下的功能分析

BiP(binding protein)基因编码的蛋白是一类重要的分子伴侣,在动植物的逆境胁迫响应过程中具有重要的作用。从玉米抗旱自交系旱21中分离到分子伴侣基因ZmBiP2,序列分析结果显示,该基因开放阅读框长1989 bp,编码含663个氨基酸的蛋白,包含热激蛋白家族特有的TVIGIDLGTTYSC保守结构域和ATP结合位点。实时荧光定量PCR结果显示,Zm Bi P2基因在玉米的雄穗和子房中表达量最高;在盐、甘露醇胁迫条件下,该基因在植株的地上部分上调表达。过量表达Zm Bi P2基因的拟南芥转基因株系在种子萌发时期对盐和甘露醇胁迫的耐受能力减弱,在苗期对盐胁迫敏感。推测在植物响应非生物胁迫的过程中,过量表达的ZmBiP2蛋白可能发挥负调节蛋白的功能。     

茉莉花MK基因及启动子克隆与表达分析

甲羟戊酸激酶在植物萜类化合物合成中具有重要作用。本研究以茉莉花转录组测序数据为基础,利用逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)技术,从双瓣茉莉花中获得甲羟戊酸激酶(mevalonate kinase,MK)基因,命名为JsMK(GenBank登录号为MH311040)。测序结果显示JsMK全长cDNA为1608 bp,包含开放阅读框(ORF)1164 bp,编码387个氨基酸。生物信息学分析结果表明该基因编码的蛋白可能定位于细胞质中,为非亲水性稳定蛋白,含有与其他MK蛋白所共有的3个保守区,以及GHMP家族特有的N端保守区和C端保守区。Blast比对和系统进化树分析结果表明,JsMK蛋白与野生油橄榄、长春花等多种植物的MK蛋白同源性较高。采用染色体步移技术(Genenome walking technique)扩增MK基因5’端上游调控序列,获得709 bp启动子序列,PlantCare分析表明该序列含有大量基本顺式作用元件TATAbox、CAATbox,还存在生长素(IAA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、脱落酸(ABA)等激素响应激素及多个光响应顺式调控元件。利用实时荧光定量PCR检测Js MK在IAA、MeJA、ABA处理下的表达水平。结果表明,JsMK同时受IAA、MeJA及ABA不同程度的诱导表达,其中MeJA对其诱导最明显。本研究通过从茉莉花中克隆并分析JsMK基因及其启动子序列,为进一步研究JsMK基因在萜类合成调控的功能提供科学依据。     

转录组与蛋白组技术结合分析水稻耐低温分子机制

低温冷害是影响水稻生长发育最严重的非生物胁迫之一。鉴定水稻耐冷相关功能基因、解析其调控耐冷性的分子机制,对水稻耐冷性分子育种有重要意义。本研究以强耐冷的粳稻品种‘丽江新团黑谷’(LTH)和低温敏感的籼稻品种‘三黄占2号’(SHZ-2)为材料,通过全基因组转录和蛋白表达谱分析这两个品种对低温响应的差异,鉴定LTH和SHZ-2差异表达的基因和蛋白及其信号通路。研究显示,两个材料中差异表达基因主要富集在蛋白代谢途径、糖代谢途径和膜转运相关途径等生物学过程,并发现抗病相关防卫基因在抗病但不耐冷的SHZ-2中上调,而在耐冷但不抗病的LTH中没有显著上调,表明水稻抗病性与耐冷性存在内在关系。此外,还发现LTH和SHZ-2之间存在很多在转录水平和翻译水平表达差异不一致的基因。本研究从转录和翻译水平对耐冷和低温敏感两个水稻品种在低温胁迫下的响应进行分析,研究结果促进对水稻苗期耐冷性分子调控机制的全面认识,并为下一步水稻耐冷基因的鉴定和耐冷性分子机制的深入研究奠定基础。