谷子F-box家族基因的鉴定、分类及干旱响应

蛋白参与细胞周期调控、细胞凋亡及信号转导等多种生命活动对维持植物正常生长发育和介导非生阿物胁迫响应等过程发挥重要作用。谷子具有显著的耐旱耐瘠薄等特性本研究根据谷子转录组分析结果从个家族成员中鉴定出个在干旱胁迫下表达量上调的基因根据序列相似性将其分为类同一类基因具有相似的内含子外显子结构染色体定位分析发现这些基因分别分布在谷子的条染色体上其中第条染色体上含基因最多有个。结构域分析结果表明个蛋白均含保守的结构域而端含、、、、和等结构域。启动子元件分析表明谷子个基因均含逆境应答元件其中和元件的数量最多个说明这些基因对干旱应答反应可能主要受、转录因子调控。转录组分析结果表明基因对干旱胁迫的响应远远高于其他成员对干旱、高盐、、和都有响应亚细胞定位结果显示蛋白定位在细胞核中。本研究为进一步深入了解基因的功能提供了依据。F-box蛋白参与细胞周期调控、细胞凋亡及信号转导等多种生命活动, 对维持植物正常生长发育a和介导非生阿物胁迫响应等过程发挥重要作用。谷子具有显著的耐旱耐瘠薄等特性, 本研究根据谷子转录组分析结果, 从525个F-box家族成员中鉴定出19个在干旱胁迫下表达量上调的F-box基因; 根据序列相似性将其分为6类, 同一类基因具有相似的内含子-外显子结构; 染色体定位分析发现, 这些基因分别分布在谷子的8条染色体上, 其中, 第2条染色体上含F-box基因最多, 有6个。结构域分析结果表明, 19个F-box蛋白均含保守的F-box结构域, 而C端含FBD、WD40、FBA、ZnF、Kelch和LRR等结构域。启动子元件分析表明, 谷子19个F-box基因均含逆境应答元件, 其中, MYB和MYC元件的数量最多(9~78个), 说明这些基因对干旱应答反应可能主要受MYB、MYC转录因子调控。转录组分析结果表明, SiF-box18基因对干旱胁迫的响应远远高于其他F-box成员, 对干旱、高盐、ABA、SA和JA都有响应; 亚细胞定位结果显示, SiF-box18蛋白定位在细胞核中。本研究为进一步深入了解SiF-box18基因的功能提供了依据。     

梭梭HaNAC2基因克隆、表达分析及亚细胞定位

本研究从梭梭中克隆得到1个NAC转录因子,命名为HaNAC2。同源性比对分析结果显示该基因含有典型的NAC蛋白结构域。系统发育分析结果推测该蛋白属于NAC家族第Ⅰ组的SENU5亚家族,组织特异性分析结果表明该基因在梭梭同化枝中表达量最高,荧光定量PCR结果显示该基因的表达量随干旱胁迫时间的增加而升高,推测其表达受干旱胁迫诱导。本研究克隆了该基因的启动子并进行分析,结果发现HaNAC2基因的启动子含有启动子固有元件,如TATA-box,CAAT-box等,还含有一些调控元件如MYB结合位点、组织特异性表达响应元件、光响应元件和一些其他的调控序列。通过PEG介导的原生质体转化法进行亚细胞定位分析,结果显示该蛋白定位于细胞核。本研究初步探索了HaNAC2基因的表达及定位,为进一步研究该基因在梭梭抗旱中的功能打下基础。     

黄瓜独脚金内酯信号转导基因CsMAX2的克隆与表达分析

独脚金内酯(strigolactone, SL)是一类新型植物激素,MAX2基因是独脚金内酯信号转导途径中的关键基因。本研究从黄瓜中克隆了CsMAX2基因,其编码715个氨基酸。生物信息学分析表明CsMAX2是一类亲水性蛋白,具有保守的F-box/LRR-repeat结构域,与南瓜中的MAX2基因亲缘关系最近,并且该蛋白与SL合成通路中的D27、CCD7与CCD8等蛋白均有互作关系。启动子分析表明该基因有多个响应非生物胁迫与激素应答的顺式作用元件。表达特性分析表明,CsMAX2在黄瓜的幼茎和幼叶中表达量较高;CsMAX2在黄瓜根与叶中积极响应干旱胁迫诱导上调表达;在盐胁迫条件下,Cs MAX2基因在根与叶中的表达量相反;同时发现CsMAX2也参与了ABA信号转导途径。本研究初步分析了Cs MAX2基因的蛋白特性及表达特性,为CsMAX2在黄瓜独脚金内酯信号转导途径中响应非生物胁迫提供了帮助。     

胡杨CBF基因家族的鉴定及表达特性分析

CBF(C-repeat binding factor)基因家族是AP2转录因子家族的一类成员,在植物抵御低温胁迫与提高抗寒性中发挥着重要作用。为探究胡杨CBF基因家族的特性,本研究在胡杨基因组水平上共搜索到8个PeuCBFs成员,分布于6条scaffolds上,其中PeuCBF1和PeuCBF5的氨基酸和编码序列相同。对PeuCBFs在胡杨8个组织和5种非生物胁迫下的表达特性进行分析,发现PeuCBFs主要在幼叶或雌雄花序中表达;PeuCBFs的表达受低温胁迫的显著诱导,同时受盐、干旱和ABA胁迫诱导,但是受高温胁迫抑制。研究结果概括了胡杨CBF基因家族的基本特性,为进一步解析PeuCBFs的功能提供了参考。     

厚藤胚胎发生晚期丰富蛋白基因IpLEA的克隆与功能分析

LEA(Late embryogenesis abundant)基因是生物体中广泛存在的一类广泛响应逆境胁迫的功能基因,主要参与调控植物对缺水等逆境胁迫的耐受。为了探索厚藤LEA基因的抗逆分子机制,本研究通过前期对厚藤(Ipomoea pes-caprae L.)c DNA文库的筛选,获得了一个编码厚藤LEA基因的全长c DNA,命名为IpLEA(Gen Bank登录号:MF680612)。通过在酵母中表达,表明IpLEA能够提高转基因酵母的耐盐性及抗氧化能力。以厚藤成年植株及幼苗为材料进行实时荧光定量RT-PCR分析的结果表明:IpLEA基因在厚藤各组织中广泛表达;在厚藤幼苗中的表达受到高盐、甘露醇胁迫和ABA处理的诱导。推测IpLEA基因参与厚藤应答高盐、干旱等逆境胁迫,并响应ABA信号的传递。本研究为今后厚藤IpLEA基因的进一步功能发掘和厚藤响应极端逆境的机理研究提供了理论依据。     

烟草SnRK2基因家族的克隆及表达分析

农作物生产过程中会面临多种非生物胁迫的影响,会极大地影响作物的产量以及品质。非生物胁迫形式多种多样,干旱胁迫是其中一种主要形式。烟草是重要的经济作物,主要在中国西南地区种植,但经常会遭受极端干旱胁迫。Sn RK2基因家族参与植物抗旱过程,能够受逆境胁迫诱导表达,这种表达是SnRK2基因家族功能的重要体现。为了进一步研究烟草SnRK2家族基因的功能,本研究克隆了烟草SnRK2基因家族GroupⅠ的基因,并检测了烟草SnRK2基因家族的组织表达特异性及诱导表达特异性。结果表明,烟草SnRK2基因中Ntab0922420基因的表达量最高,同时烟草SnRK2基因家族成员更容易在茎与叶中表达。烟草经过低温、盐、干旱胁迫以及ABA处理后,部分SnRK2基因成员表现出受胁迫诱导,其中ID为Ntab0894060的基因受干旱显著诱导。这些工作将为研究烟草SnRK2基因家族功能鉴定基础,并为培育抗逆烟草品种提供遗传资源。     

过量表达星星草(Puccinellia tenuiflora)液泡型H~+-ATP酶c亚基基因提高转基因酵母的耐盐性

植物液泡型H+-ATP酶(V-ATPase)在次级转运与应对多种逆境胁迫中具有重要作用。本研究克隆并解析了能够生长在盐碱地上的野生星星草V-ATPase c亚基基因(Put VHA-c)的功能。本研究利用荧光蛋白(GFP)标记结合内涵体染色的方法研究了Put VHA-c蛋白在酵母细胞中的定位,并利用转基因酵母分析了Put VHA-c基因在盐胁迫中的作用。共定位实验显示Put VHA-c-GFP融合蛋白主要定位在酵母细胞的内涵体上。Northern杂交和实时定量PCR显示在星星草悬浮细胞中Put VHA-c基因的表达能够被盐胁迫所诱导。研究结果结合过表达Put VHA-c的转基因酵母具有更高的耐盐性的发现,说明Put VHA-c基因参与着盐胁迫的应答。     

陆地棉基因GhWRKY40-1的克隆及表达分析

【目的】WRKY转录因子通过激活下游一系列抗逆应答基因的表达而提高植株的综合抗性。本研究旨在研究WRKY转录因子在陆地棉中的功能。【方法】通过基因芯片筛选鉴定出1个逆境诱导的陆地棉WRKY转录因子基因,由于此基因编码蛋白含有1个典型的WRKY结构域,且与拟南芥At WRKY40具有较高相似性,故命名为GhWRKY40-1。采用电子克隆及反转录-聚合酶链反应技术获得GhWRKY40-1基因c DNA全长,并对其进行序列分析及结构与功能预测。【结果】GhWRKY40-1的开放阅读框为981 bp,编码326个氨基酸,预测蛋白相对分子质量为35.78×103,等电点为8.39。GhWRKY40-1在拟南芥原生质体中瞬时表达定位于细胞核,且具有转录激活活性。RT-PCR结果表明,GhWRKY40-1受甘露醇诱导上调表达。【结论】推测GhWYKY40-1可能参与干旱胁迫应答反应,并且在植物逆境胁迫中发挥重要作用。上述分析为进一步从分子水平上验证其抗逆生物学功能以及揭示棉花非生物胁迫抗逆机制奠定了基础。     

基于表达谱分析陆地棉DUF642基因家族抗逆功能

【目的】DUF642(Domain of unknown function 642 genes)是1个未知功能基因家族,在植物逆境胁迫响应中发挥重要作用。本研究旨在分析其在棉花抗逆反应中的功能。【方法】基于陆地棉基因组数据,系统地鉴定DUF642基因家族。利用生物信息学方法分析基因结构、理化性质、亚细胞定位、亲缘关系、启动子顺式作用元件等。应用转录组数据和实时定量聚合酶链式反应技术分析该家族基因在不同组织和多种逆境(冷、热、干旱、盐和黄萎病菌)胁迫下的表达规律。【结果】陆地棉基因组中包含23个DUF642基因,分布于14条染色体和1条Scaffold;编码的蛋白含有1～2个保守的DUF642结构域,多定位在细胞膜。DUF642家族基因可分成4个亚组,在进化上相对保守。DUF642基因具有较为广泛的组织表达类型,其中根和叶中表达较高。通过启动子和胁迫表达分析,推测Gh DUF642-09参与棉花抗盐胁迫;GhDUF642-08和GhDUF642-19参与棉花抗黄萎病;GhDUF642-02、GhDUF642-14和Gh DUF642-17参与棉花生长发育和抗逆胁迫。【结论】本研究结果为进一步研究DUF642基因家族功能和棉花抗逆分子机制提供了重要的理论依据。     

小麦TaHPPR基因的克隆与表达分析

为研究羟基苯丙酮酸还原酶(HPPR)在小麦逆境胁迫中的作用,本研究利用同源克隆法获得1个小麦HPPR基因,命名为TaHPPR,并对其组织表达特性和逆境胁迫表达特性进行了分析。以‘太原806’、‘小白麦’、‘京冬8’及‘京411’为供试材料,用荧光定量方法获得组织表达和逆境胁迫表达数据。序列分析表明：TaHPPR基因含有1个975 bp的完整开放阅读框,编码324个氨基酸;TaHPPR蛋白含有一个NAD-binding domain结构域。系统进化分析表明：TaHPPR基因与二粒小麦处于同一分支,其亲缘关系最近。荧光定量表达分析表明：TaHPPR基因在小麦根、小穗（除去雄蕊）、叶鞘均有表达,其中,根中表达量最高;在低温、干旱、高盐和ABA胁迫处理下TaHPPR基因表达均有所下降;在高抗盐品种‘京冬8’中,TaHPPR基因表达升高,而在敏感品种‘小白麦’和较敏感品种‘京411’中,TaHPPR基因表达受到抑制。亚细胞定位结果显示,TaHPPR蛋白主要在线粒体中表达,过表达TaHPPR基因可能增加小麦的抗盐性。本研究分析了TaHPPR在小麦逆境应答及不同品种中盐胁迫处理下的表达特性,为研究小麦抗逆育种分子机制提供新基因资源和新的思路。     

水稻基因OsATS的克隆及功能鉴定

植物胚胎特异性蛋白ATS3和植物的渗透胁迫响应有密切关系,本文对水稻OsATS基因的抗逆相关功能进行了初步研究。qRT-PCR检测发现,水稻在盐胁迫后OsATS基因表达量显著增加。构建OsATS基因过表达载体,转化拟南芥植株,抗逆性检测表明, OsATS基因的过表达可以显著提高拟南芥在萌发阶段和成株阶段的耐盐性。随后将过表达载体p1300-35S:OsATS和RNA干涉载体pTCK303-OsATS-RNAi转入水稻,抗逆性分析表明,OsATS过表达水稻株系在萌发阶段和苗期的耐盐性显著提高,而OsATS基因RNAi水稻株系耐盐性则明显下降。qRT-PCR和生理指标检测表明,OsATS基因的表达可能通过调节OsP5CS1、OsLEA3-1、OsPDH基因的表达,调控了水稻细胞中的脯氨酸、LEA蛋白质含量,进而影响了水稻植株整体的耐盐性。本研究初步揭示了OsATS基因的抗逆功能,后续可通过调整该基因的表达量,改良水稻的抗逆性。     

菜用大豆质膜水通道蛋白的干旱表达谱及亚细胞定位分析

PIPs(plasmamembrane intrinsic proteins)是质膜内在蛋白,属于水通道蛋白的一个亚类,因其广泛参与植物逆境胁迫应答过程而备受关注。本研究对大豆GmPIPs基因进行了全基因组分析,主要包括成员鉴定、蛋白特性、保守结构域、进化关系、顺式作用元件、组织表达特性、干旱表达谱以及亚细胞定位分析。结果表明:从全基因组水平共鉴定到22个GmPIPs。多序列比对显示所有GmPIPs基因编码的氨基酸均含有高度保守的特征结构域:6个跨膜螺旋(TM-TM6)和2个氨基酸元件NPA盒(Asp-Pro-Ala box)。进化分析显示大豆GmPIPs主要划分为2个亚家族。顺式作用元件分析显示多数GmPIPs基因上游启动子区含有逆境和激素应答元件。组织表达分析显示多数GmPIPs基因在各个组织中广泛表达。QRT-PCR分析发现在根中高表达的8个GmPIPs候选基因均受干旱胁迫的诱导表达。其中,GmPIP2;6干旱应答最为明显。进一步的亚细胞定位显示GmPIP2;6蛋白定位在细胞膜上。以上研究结果为后续GmPIPs基因抗旱功能的研究及生产利用提供了理论依据。     

梭梭HaNAC1基因的亚细胞定位、转录激活及表达分析

HaNAC1为本课题组前期从梭梭幼苗中克隆得到的一个NAC家族(ATAF亚家族)转录因子编码基因,本研究将对该基因进行进一步的活性验证和功能分析。通过烟草叶片细胞中的绿色荧光蛋白瞬时表达系统对表达蛋白进行亚细胞定位,结果表明HaNAC1蛋白位于细胞核中。构建AH109酵母pGBKT7-HaNAC1表达载体,证明该转录因子在酵母中具有转录激活活性。利用实时荧光定量PCR方法测定HaNAC1在盐、旱胁迫条件下的表达水平,结果显示该基因的表达量与盐胁迫的浓度呈现正相关,表明HaNAC1参与调节梭梭的盐胁迫响应。本研究探索了HaNAC1的定位和表达,为梭梭抗逆体系的功能基因挖掘及胁迫应答机理提供科学依据。     

甘薯蔗糖转运蛋白基因IbSUT3的克隆及功能分析

蔗糖作为光合产物的主要运输形式,其跨膜运输主要由蔗糖转运蛋白介导。本研究采用RACE技术,仍甘薯[Ipomoeabatatas (L.)Lam.]中兊隆得到甘薯蔗糖转运蛋白基因IbSUT3(GenBank登录号为MN233361)。IbSUT3基因全长1607 bp,开放阅读框为1518 bp,编码505个氨基酸。IbSUT3蛋白预测分子量为53.82 kD,等电点(pI)为9.19,含有12个跨膜结构域。序列比对表明, IbSUT3属于Group Ⅰ亚族,与其他物种的SUTs蛋白高度相似,但与Group Ⅳ亚族的蔗糖转运蛋白在进化上具有明显差别。利用酵母表达体系SUSY7/ura3证明IbSUT3编码有功能的蔗糖转运蛋白。亚细胞定位収现, IbSUT3蛋白定位在烟草原生质体膜上。实时荧光定量PCR结果表明, IbSUT3基因在甘薯不同组织中均有表达,但在叶片中表达最高;非生物胁迫(低温、高盐、干旱)和外源脱落酸均可诱导IbSUT3基因在叶片中的表达,表明该基因响应多种非生物胁迫,参与植物对脱落酸的响应。     

中间锦鸡儿CiATAF1基因的亚细胞定位及表达分析

为研究NAC转录因子在非生物胁迫条件下的表达,以中间锦鸡儿为材料,克隆并分析了NAC转录因子家族CiATAF1基因。该基因ORF全长为873 bp,编码291个氨基酸,由2个内含子和3个外显子构成,具有典型NAC结构域。染色体步移法获得CiATAF1基因启动子826 bp,该启动子含有光、激素、厌氧诱导等多种响应元件。经拟南芥叶片原生质体瞬时表达分析亚细胞定位,CiATAF1基因主要定位于细胞核中。荧光定量分析表明:CiATAF1基因表达具有组织特异性,相比于中间锦鸡儿根和茎,在叶部表达量最高;在干旱、盐、冷、ABA处理下,CiATAF1基因表达量增加,推测该基因可能与非生物胁迫应答相关。CiATAF1同模式植物拟南芥及豆科其他植物的同源基因做多重序列分析,序列一致性为81.14%,表明ATAF1基因序列结构相对保守。生物信息学分析CiATAF1蛋白质属于不稳定的亲水蛋白,二级结构主要由α-螺旋、β折叠、无规则卷曲构成。研究结果对挖掘中间锦鸡儿抗非生物胁迫的基因和深入分析逆境胁迫机理具有重要意义。     

棉花GhGGB基因的克隆与表达分析

蛋白异戊二烯化修饰与植物的抗旱性有关,GGB作为Ⅰ型香叶酰基转移酶的β亚基参与植物的抗逆途径。本研究以‘TM-1’棉花叶片的c DNA为模板,PCR克隆得到GhGGB基因,其开放阅读框为1 131 bp,编码377个氨基酸,为亲水性蛋白。此外,通过RT-qPCR技术检测和分析了GhGGB在不同棉花抗旱品种中根、茎、叶中的表达模式,以及GhGGB基因对不同胁迫处理的响应。结果表明GhGGB基因在不同抗旱性的棉花品种中无特异性表达;在相同培养条件下,GhGGB基因受不同胁迫处理后其表达量存在部分差异,其中对干旱处理尤为显著。随干旱胁迫时间的延长,GhGGB基因的表达量逐渐上升。本研究结果为解析棉花的抗逆分子机制提供了基础。     

胡杨耐盐基因PeuHKT1的克隆与表达分析

阳离子转运载体HKT(high-affinity K~+transporter)类蛋白既是高亲和的K~+转运载体,也是一种Na~+转运体,具有Na~+和K~+转运的双重功能,对调节细胞内Na~+/K~+动态平衡起着决定性作用。胡杨长期生长在盐渍化和干旱的土壤环境,对高盐和干旱形成了极强的适应能力,是典型的耐盐抗旱植物,成为研究多年生林木抗逆适应机制的理想材料。以胡杨根系为材料,本研究克隆鉴定了一个胡杨Peu HKT1基因,该基因含有3个外显子和2个内含子;其c DNA全长为1 076 bp,包括13 bp的5'端非翻译区(5'UTR)和232 bp的3'端非翻译区(3'UTR);长831 bp的开放阅读框(open reading frame,ORF)可编码276个氨基酸;其编码蛋白含有丰富的α-螺旋,存在多个跨膜结构域,蛋白质相对分子量(MW)为31.54 k D;理论等电点(p I)9.36;实时定量PCR技术构建了Peu HKT1基因在高盐胁迫条件下的动态表达模式,探讨了该基因参与胡杨高盐胁迫响应的信号转导途径。     

拟南芥NSP家族基因序列分析及响应干旱胁迫表达分析

芥子油苷是十字花科植物中的一种重要的次生代谢产物,它被酶水解的降解过程与植物响应逆境胁迫有关。NSP蛋白是一类能与黑芥子酶结合从而改变芥子油苷降解途径最终生成腈类物质的特异蛋白,其与ESP家族蛋白在功能上存在冗余。本研究以拟南芥NSP家族基因为对象,对家族成员基因序列、蛋白质序列、启动子序列进行生物信息学分析,并使用实时荧光定量PCR技术检测了该家族基因在干旱胁迫下的表达量。结果表明:该家族成员基因分布于3条染色体上,外显子数目2～4个;AtNSP5蛋白亚细胞定位于细胞核,其他成员定位于细胞质;结构域预测显示,该家族蛋白均含有4个Kelch结构域,除AtNSP5外,其他四个成员还含有1～2个Jacalin结构域;启动子序列中均含有CAAT-box、TATA-box核心元件及数量不一的逆境响应元件;干旱胁迫表达量分析显示,该家族中AtNSP5基因受干旱胁迫诱导表达,其他成员响应干旱胁迫不显著。本研究为进一步研究NSP蛋白在植物响应干旱胁迫中的分子机制提供依据,并为植物抗旱基因工程提供潜在候选基因。     

紫花苜蓿转录因子MsNF-YB4的克隆及其耐盐作用的评价

核因子Y的B亚基(NF-YB)可以在植物的生长、发育和抗逆响应中调节多种基因的表达,在植物的各种生理活动中发挥重要作用。紫花苜蓿是重要的牧草,具有较强的抗逆能力。本研究从紫花苜蓿中克隆了一个NF-YB基因,即MsNF-YB4(Gen Bank登录号为KX966286)。该基因的开放阅读框长度为405 bp,编码134个氨基酸残基。经过比对发现,该基因与蒺藜苜蓿的NF-YB4(Mt NF-YB4)在m RNA的编码区内同源性为92%,而在蛋白水平上的同源性为94%。通过比对分析,发现MsNF-YB4含有典型的NF-YB转录因子保守结构域。我们通过qPCR的方法对MsNF-YB4基因的表达模式进行了分析,结果发现,在盐碱和干旱胁迫下,根瘤和根中的表达量显著上调,暗示该基因在盐碱和干旱胁迫的响应中发挥作用。我们构建了植物表达载体pCBC-MsNF-YB4,并通过农杆菌介导法获得了过量表达MsNF-YB4基因的转基因烟草。对T1代转基因烟草的耐盐性测试结果表明,MsNF-YB4基因的表达提高了转基因烟草的耐盐性,转基因烟草幼苗可以在含有1.4%Na Cl的培养基上生长。这些结果表明,MsNF-YB4在紫花苜蓿的盐胁迫响应中发挥重要作用。     

木薯MeAnn1基因的克隆及表达分析

以华南8号木薯为材料,采用RT-PCR技术,克隆得到1个具有完整阅读框的木薯膜联蛋白基因,命名为MeAnn1(Gen Bank序列号为:KM975562),该基因CDS序列长度为951 bp,编码317个氨基酸。生物信息学分析发现,其理化性质、蛋白保守结构域及多个蛋白功能位点与已报道的植物膜联蛋白一致。进化树分析表明,木薯MeAnn1与Ptr Ann6、At Ann1、At Ann2、At Ann6和Ann Bj1具有较近的亲缘关系,具有59.9%~84%的序列相似性。细胞定位结果表明MeAnn1蛋白主要定位于细胞质和细胞核中。实时荧光定量PCR分析表明,木薯膜联蛋白基因MeAnn1的表达受多种非生物胁迫的诱导,其中低温胁迫下基因表达量上调幅度最大,为对照表达量的24倍;但对H2O2胁迫不敏感。本研究结果有助于进一步研究MeAnn1基因的功能及木薯抗逆的分子机理。