玉米半乳糖代谢相关酶蛋白基因的克隆及表达

随着全球气温的逐年升高,玉米的生长发育在部分地区常遭受高温胁迫危害,严重影响了玉米的产量和品质,而玉米半乳糖代谢相关酶基因的表达又与高温胁迫相关.为了了解玉米半乳糖代谢通路中相关的酶基因的结构及表达信息,在高温胁迫条件下,以具有不同耐受高温胁迫能力的两个玉米品种为材料,基于转录组测序技术,对其花粉细胞中与半乳糖代谢相关...     

玉米自交系响应花粒期高温胁迫差异表达基因的分析

为了探明玉米重要自交系花粒期高温胁迫下转录组基因的表达差异,发掘玉米响应高温胁迫的关键基因和蛋白质,明确高温胁迫引起玉米减产的机理,从而利用分子生物学技术手段提高玉米耐高温胁迫性。首先,利用Ampha~(TM)Z30花粉活性分析仪检测高温胁迫和正常生长条件下玉米自交系昌7-2、郑58的花粉活性。然后收集花粉提取总RNA,利用Illumina Hiseq2000~(TM)高通量测序技术分别对昌7-2、郑58花粒期高温胁迫材料和正常生长条件下的对照材料进行全转录组测序,序列结果分析后获得差异显著表达基因。通过差异基因维恩图(VENN图)重叠区域分析、GO功能分类和富集统计、KEGG pathway通路分类和富集分析以及转录因子分析,获得玉米花粒期高温胁迫相关的重要差异表达基因和蛋白质。花粉活性检测结果显示,高温胁迫后和正常生长条件下,昌7-2花粉活性分别为24. 37%,42. 89%,郑58花粉活性分别为35. 57%,64. 83%。高温胁迫后在昌7-2花粉转录组中共检测到4 176个显著差异表达基因,郑58花粉转录组中共检测到5 487个显著差异表达基因。KEGG pathway通路分类和富集分析结果显示,高温胁迫后郑58的花粉转录组中有2 062个差异表达基因富集到399个相关通路上,昌7-2的花粉转录组中有1 943个差异表达基因富集到352个相关通路上。转录因子分析结果表明,共获得55个转录因子家族,其中,有45个转录因子包含10个以上差异表达基因。研究表明,通过对玉米自交系花粒期高温胁迫后花粉转录组测序获得了大量的差异显著表达基因信息,昌7-2、郑58对高温胁迫响应机制存在明显差异,热激蛋白(Hsps)、热激转录因子(Hsfs)、生长素(IAA)基因和磷脂酰基醇-4,5-二磷酸基因家族(PIP2)在响应玉米花粒期高温胁迫过程中起着重要作用。     

高温胁迫下不同玉米花粉组蛋白Zm-H3基因的克隆及表达分析

为了解组蛋白H 3基因(Zm-H3)在不同耐高温玉米(Zeamays L.)材料中的差异表达情况,以中地88(耐高温)和先玉335(不耐高温)2个玉米品种为材料,在高温条件下取其花粉提取总RNA,再通过mRNA纯化、反转录、文库构建及高通量测序等步骤,克隆了一个玉米组蛋白Zm-H3.生物信息学分析表明,该基因位于玉米第...     

玉米ZmGRAS31基因的克隆及功能研究

GRAS 蛋白家族是一类植物特有的转录调控因子,在多种植物中均有报道。为了探究玉米 GRAS 基因家族在逆境胁迫下的功能,本研究从玉米根中克隆获得 ZmGRAS31 (AC: NC_024462),该基因全长 1422 bp,编码 473 个氨基酸。生物信息学分析表明 ZmGRAS31 蛋白分子量为 51,700.38 Da,理论等电点为 4.73,具有 GRAS 转录因子家族特有的保守结构域,但不具跨膜结构,亲水性较差。玉米原生质体瞬时表达实验表明 ZmGRAS31 定位于细胞核内。实时荧光定量 PCR (qPCR)分析表明,在低温、脱水、高盐、干旱处理下, ZmGRAS31 在玉米幼苗均上调表达;不同浓度NaCl 处理过表达 ZmGRAS31 转基因拟南芥植株,其根长优于野生型,由此推测该基因可能参与玉米非生物胁迫应答。     

甜菜素合成相关基因BvDDC1的克隆与表达分析

甜菜素是一种重要的天然色素,具有广阔的应用前景。为探究调控甜菜素合成关键基因BvDDC1功能,本研究测定了不同生长阶段甜菜‘Yellow chard’的甜菜素含量和BvDDC1的相对表达量,同时采用同源克隆技术获得BvDDC1基因序列,并对其进行生物信息学分析及功能预测。结果表明:甜菜叶片中甜菜素含量随甜菜生长时间的延长呈现上升趋势,且BvDDC1在不同时期甜菜叶片中均有表达,呈现先上升后下降的趋势。甜菜素含量越高,BvDDC1表达量越高。BvDDC1序列全长为1509 bp,编码502个氨基酸,编码蛋白不具有跨膜结构,预测其在膜外发挥作用。系统进化树显示与菠菜亲缘关系较近,同源性最高。本研究结果可为解析甜菜素生物合成提供科学依据。     

玉米ZmBRI1基因的克隆、表达及功能分析

油菜素内酯(BRs)是一种重要的甾族类激素,在植物的生长过程中起着重要的作用。本研究利用同源克隆的方法,从玉米B73自交系中获得了一个新的油菜素内酯受体蛋白编码基因ZmBRI1,该基因全长为3369 bp,编码1122个氨基酸。亚细胞定位分析表明,ZmBRI1蛋白定位于细胞膜上,而且ZmBRI1在各个玉米的各个组织器官中都有表达,其中在幼嫩的组织中表达最高。利用转基因技术将ZmBRI1导入BR不敏感突变体bri1-5中,获得的转基因植株修复了其表型,特别是植株高度、叶片形态和果荚大小。与突变体bri1-5比较,油菜素内酯(brassinolide,BL)处理显著抑制转基因株系根系生长;丙环唑(propiconazole,Pcz)处理显著抑制了下胚轴生长;同时转基因株系DWF4和CPD基因的表达量下降。此外,在野生型(Ws)中过表达ZmBRI1,显著提高了拟南芥在ABA抑制条件下的种子萌发率和植株生长,下调了ABA响应基因RD29A、RD29B、ABI5和RAB18的表达。因此,ZmBRI1不仅参与了植物的形态建成和BR的信号传导,而且参与调控了植物对ABA信号的响应。     

玉米液泡ATP酶亚基A基因的克隆及表达分析

V-ATPase在植物应对非生物胁迫中起着十分重要的作用, 对其关键亚基基因的克隆及分析有助于阐释其在逆境下的调节及响应机制。本文利用RACE技术从玉米自交系CN165花期水分胁迫下的总RNA中克隆出液泡ATP酶亚基A基因, 命名为ZmVHA-A。该基因cDNA全长2 414 bp, 含5′-UTR(293 bp)、3′-UTR(257 bp)及编码区(1 863 bp), 编码620个氨基酸。序列比对及结构域预测结果表明, ZmVHA-A基因编码的氨基酸序列与亲缘关系比较接近的禾本科作物如水稻、小麦和大麦的氨基酸序列同源性分别达92.7%、89.8%和89.8%, 且在编码蛋白的氨基酸序列上有两个与核苷酸的磷酸基团相互作用的保守结构域“GAFGCGKT”和“PSVNWLISYS”, 可见该亚基是相对保守的。Northern杂交分析结果表明, ZmVHA-A基因在花丝中被水分胁迫诱导表达且在苗期对盐胁迫、冷处理和ABA处理具有不同的表达响应方式, 因此认为VHA-A基因是一个比较保守的功能亚基,并且通过转录表达调节参与了V-ATPase对逆境胁迫的适应。     

盐胁迫下玉米离子变化及转录组分析

为了研究玉米在盐胁迫下体内离子变化以及功能基因的响应,为今后培育耐盐玉米品种奠定基础.本研究以4份玉米自交系为研究对象,在200mmol/L的NaCl溶液胁迫14天后,对玉米地下、地上部分中的Na+、K+、Ca2+含量进行测定并分析;同时,进行了转录组分析,研究玉米在盐胁迫下功能基因的表达情况.结果显示,4个自交系中叶...     

基于RNA-seq技术的玉米SNP和InDel标记分析

高温已对玉米(Zea mays L.)生产造成了巨大危害.为了给耐高温胁迫玉米品种选育提供可用的分子遗传标记,本研究以耐高温和高温敏感的两个玉米品种为实验材料,通过花粉总RNA提取、mRNA纯化、反转录、转录组文库构建及测序等工作,对获得的转录组数据进行SNP和InDel分子标记分析.结果显示:高质量碱基数据量平均为6...     

玉米A亚族bZIP转录因子基因ZmbZIP81的克隆、表达与功能分析

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper, bZIP)蛋白是真核生物所特有的一类转录因子,对于植物在逆境下的基因表达调控具有重要作用。为丰富对玉米bZIP转录因子功能的认识,本研究以从玉米中克隆到的一个A亚族bZIP转录因子编码基因ZmbZIP81为对象展开。ZmbZIP81基因位于玉米第6染色体,编码区全长2492 bp,由4个外显子和3个内含子组成,编码蛋白含254个氨基酸。研究表明ZmbZIP81基因表达受外源ABA、NaCl和干旱胁迫诱导。过表达该基因的拟南芥植物表现出ABA不敏感和NaCl胁迫抗性增强的表型,推测ZmbZIP81可能作为ABA信号途径的负调控因子参与植物抗逆基因表达调控网络。     

玉米蛋白激酶基因ZmPti1-1的cDNA克隆及其表达特性

应用电子克隆的方法获得了玉米的一个Pti1（Pto-interacting 1）同源基因的全长cDNA,命名为ZmPti1-1（GenBank接受号为EF158035）。推断ZmPti1-1蛋白含有362个氨基酸,分子量为39．00kDa,p1为8．14,包含蛋白激酶催化结构域保守的11个亚结构域。在水杨酸（Salicylic acid,SA）、甘露醇、氯化钠、脱落酸（Abscisic acid,ABA）和4℃低温的诱导下,ZmPti1-1在玉米幼苗叶片中的表达量明显上调。同时,在玉米不同发育时期、不同组织器官内,ZmPti1-1的表达水平也有很大差异,在子房中表达量最高,在雄蕊中检测不到表达。试验结果表明,ZmPti1-1是一个玉米类Pti1基因,响应生物胁迫和非生物胁迫的诱导。     

玉米小分子热激蛋白ZmHSP17.7基因的克隆与功能分析

植物热激蛋白是一类代表性高温响应蛋白。以玉米种质POB21为材料,克隆了一个CDS序列长度为477 bp的小分子热激蛋白基因。该基因编码的蛋白含158个氨基酸,具有HSP20蛋白典型的ACD结构域,预测的等电点为5.36,分子量为17.746 k D,被命名为Zm HSP17.7。在水稻、拟南芥等植物基因组中都有其同源基因,进化和亚细胞定位分析表明,此基因属CI类小分子热激蛋白家族成员。Northern杂交分析表明,高温快速诱导Zm HSP17.7基因表达,15%PEG模拟干旱胁迫不诱导该基因表达,但在复合胁迫下干旱增强了高温的诱导效果。外源ABA也不影响该基因的表达。与野生型拟南芥相比,超表达Zm HSP17.7的转基因拟南芥在种子萌发和植株生长过程中表现出更强的高温和干旱耐受性,说明该基因可以在植物防御高温、干旱及复合胁迫中发挥一定作用。     

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。     

玉米籽粒发育相关基因ZmMADS-RIN的克隆及表达分析

玉米籽粒发育及产量是玉米重要的经济性状。本研究以玉米骨干自交系郑58为试材,采用同源克隆法得到一个与玉米籽粒发育相关的基因ZmMADS-RIN。该基因的cDNA全长859 bp,开放阅读框为768 bp,编码255个氨基酸,与玉米B73中所对应的cDNA的编码区序列相比,共有6个SNPs位点的差异,3个氨基酸残基发生了变化。生物信息学分析表明,ZmMADS-RIN蛋白的相对分子量为29.23 kD,理论等电点(pI)为8.84,是一种亲水性蛋白,不含信号肽序列,也不含跨膜结构;具有5个磷酸化位点;二级结构中含有50.20%的α-螺旋(alpha helix)、27.45%的无规则卷曲(random coil)、14.51%的延伸链(extended strand)和7.84%的β-转角(beta turn);该蛋白位于细胞核内;其氨基酸序列中含有高度保守的MADS结构域、相对保守的K结构域、低保守的I结构域和最不稳定的C结构域,是典型的MIKC型MADS-box蛋白;系统进化树分析表明,ZmMADS-RIN蛋白属于AGL6分枝,与水稻基因OsMADS6的相似性最高,为89%。ZmMADS-RIN基因在玉米自交系郑58的籽粒中特异表达,在根及不同时期的叶片中没有检测到表达信号。荧光定量PCR结果显示,ZmMADS-RIN基因的表达量在玉米籽粒发育的不同阶段呈一定规律的变化,在授粉后0~20 d,呈上调表达趋势,授粉后25 d表达量迅速下降至较低水平,而在授粉后30~40 d则检测不到其表达。推测该基因可能与玉米籽粒的发育有关。     

水蛭素的全基因合成及克隆

报道了水蛭素全基因的合成及克隆。根据已知水蛭素氨基酸序列及酵母菌体内蛋白质表达特性,设计了水蛭素的全基因序列,采用化学合成及酶学相结合的方法,合成了该基因片段,并逐段克隆至载体ｐＢＳ上,得到全长水蛭素基因。序列测定表明,克隆后ＤＮＡ顺序同原设计序列。     

转录组及代谢组联合解析玉米响应花粒期高温胁迫机制

为了探明我国玉米主要推广品种郑单958、先玉335花粒期高温胁迫下基因表达及代谢物差异,挖掘玉米响应高温胁迫的关键基因及代谢物,利用Illumina HiSeq^TM 2500高通量测序技术分别对郑单958、先玉335高温胁迫7,14 d的穗位叶及对照叶进行高通量转录组测序,利用广泛靶向代谢组测序技术对样品进行高通量代谢物测序。转录组测序共获得214.81 Gb干净序列。郑单958高温胁迫7 d后检测到49个差异表达基因,其中24个为上调基因。继续高温胁迫14 d共检测到306个差异表达基因,其中130个为上调基因。高温胁迫7 d与高温胁迫14 d对比组中检测到1 462个差异表达基因,其中647个为上调基因。先玉335高温胁迫7 d后共检测到381个差异表达基因,164个上调基因。继续高温胁迫14 d后共检测到299个差异表达基因,226个为上调基因。高温胁迫7 d与高温胁迫14 d对比组中共检测到2 481个差异表达基因,其中1 275个上调基因。在郑单958、先玉335高温胁迫7 d后对比组中检测到6 646个差异表达基因,其中3 253个上调基因。在郑单95...     

玉米非生物逆境响应基因ZmASK1的克隆及表达特性分析

类Shaggy/GSK-3蛋白激酶基因在植物发育和逆境应答中起着十分重要的作用。通过RT-PCR方法从玉米中克隆了一个与Shaggy/GSK-3蛋白激酶基因同源的全长cDNA, 命名为ZmASK1(abiotic stress-induced kinase)(GenBank accession No., AY722707)。推测ZmASK1蛋白含有426个氨基酸, 分子量为48.5 kD, 等电点为8.7。半定量RT-PCR分析表明, ZmASK1可以被甘露醇、高盐和脱落酸(ABA)诱导。另外, 在不同的组织中, ZmASK1的表达模式也不一样, 在子房中的表达量最高。这些结果表明, ZmASK1可能在植物逆境反应及生殖生育过程中起多重作用。本文是玉米类Shaggy/GSK-3蛋白激酶基因参与胁迫和发育过程的首次报道。     

玉米发芽期响应盐胁迫的转录组分析

玉米种子发芽期对盐分较为敏感,为了进一步明确玉米发芽期对盐胁迫的应答机制,本研究利用高通量转录组测序技术,对玉米耐盐自交系昌7-2在150 mmol/L NaCl胁迫下的胚芽进行转录组测序和数据分析。结果表明：共有40 290个Unigenes获得功能注释,其中差异表达基因615个。在差异表达基因的GO富集分析中,对富集程度明显的前20个类别做出功能分析。有21个DEGs富集到苯丙烷类的生物合成途径,是KEGG富集分析最显著的通路。对差异表达基因进行COG分类,共得到25个不同的COG功能注释。通过对目标基因的挖掘共得到13个较重要的转录因子,涉及到MYB、WRKY、AP2、bZIP、bHLH和NAC等6个家族。本研究为挖掘玉米耐盐相关基因、解析玉米响应盐胁迫的分子调控机制提供科学依据。     

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。     

桑树MaMYB308基因的克隆及表达分析

为研究桑树MYB转录因子在桑树非生物胁迫及发育中的功能,本研究以桑树品种'桂优62号'为材料,克隆了桑树MYB转录因子MaMYB308的全长cDNA序列,运用生物信息学手段对其氨基酸序列进行分析,采用酵母单杂交验证其自激活性,采用实时荧光定量PCR方法检测基因在不同组织和非生物胁迫下的表达模式.研究结果显示,MaMYB...