基因表达系列分析法(SAGE)的改进及其在植物功能基因组研究中的应用

基因表达系列分析方法(SAGE)是一种新的基因表达分析方法,与基因芯片技术一样具有高通量的特点,可测定特定组织的基因表达水平,在全基因组水平上同时定量检测数万个基因表达模式;可在未知目的基因的前提下,分析来自一个细胞的全部转录本信息;对已知或未知基因表达进行定性和定量分析。目前,虽然在疾病、发育、细胞凋亡、药物筛选等多个领域已有利用SAGE方法进行的研究,但该方法在植物功能基因组研究中的应用相对较少。本文主要综述了该方法在RNA用量、PCR循环次数、SAGE效能和可靠性、标签长度和未知标签分析等方面的改进及其在植物中构建SAGE文库、筛选新基因、基因表达图谱分析等方面的应用,从而为其在植物功能基因组研究中的进一步应用提供理论参考。     

基因枪转化MAR序列介导水稻bar基因的表达分析

以水稻（Oryza sativa L.) 成熟胚愈伤组织作为水稻遗传转化受体，采用带有MAR（matrix attachment region)和不带MAR的两种植物表达质粒进行基因枪轰击转化bar基因，获得抗basta转基因水稻。分析了MAR序列介导在转基因水稻中对转基因表达的影响。研究结果表明，利用MAR序列介导bar基因表达，获得的转基因系的数量比对照提高66．7％，单块抗性愈伤组织再生植株数比对照提高27．3％，MAR序列介导bar基因表达的转基因系中，bar基因的表达水平比对照高，并且不同转基因系间bar基因表达差异比对照小。     

猪胚胎骨骼肌LongSAGE文库的构建

基因表达系列分析(SAGE,serial analysis of gene express)技术(Velculescu et al.,1995)是一种高通量基因表达分析技术,目前已在人、动物、植物、微生物等许多研究领域广泛应用(Renu and Narendra,2004)。LongSAGE是Saha et al.(2002)对原始SAGE技术的进一步改良。本研究将该技术用于猪骨骼肌转录谱分析,成功地构建通城猪胚胎骨骼肌LongSAGE文库。     

杂种鸡与亲本之间差异表达基因及其与杂种优势的关系

利用mRNA差异显示技术，对白洛克肉鸡、中国丝羽乌骨鸡及其正反交组合8周龄肝脏组织的基因表达进行了分析。发现了3个杂种鸡特异表达的基因和1个杂种鸡表达增强的基因，进一步克隆、测序和比对分析初步表明：杂种特异表达的cDNA片断分别为鸡细胞质异柠檬酸脱氢酶基因和2个未知功能的新基因；杂种表达增强的cDNA片断为鸡蛋白酶体亚基p112基因。功能基因和调控基因在杂种鸡的特异表达和增强表达可能与部分屠体性状杂种优势形成有关。     

(英文)

为了揭示猪杂种优势的分子机理，利用mRNA差异显示技术研究梅山猪，大白猪和梅大杂交猪背最长肌中基因表达的差异, 分离14条在杂种与纯种背最长肌中差异表达的表达序列标签(EST), 并用半定量RT-PCR鉴定。核苷酸序列分析表明, 这14个EST与已知的基因或表达序列标签没有明显的同源性，随后这14条EST 被提交到GenBank数据库。组织表达谱分析揭示了这些EST在心、脾、 肝、肾 、 小肠、 卵巢、 肺等绝大多数组织中表达, 说明这些基因对生命过程很重要。这些研究结果表明梅山×大白杂交组合的杂种与纯种之间的不同基因差异表达的方向存在巨大差异，猪杂种优势可能是在一定阶段有诸多不同的必不可少的基因向各种方向差异表达共同作用的结果。     

内含子数量改变GUS基因的瞬时表达调控

内含子是基因的重要组成部分,它与功能基因表达之间的关系越来越被重视。本研究以pCAM-BIA3301为载体,利用玉米泛素启动子Ubi1和水稻肌动蛋白启动子Actin1构建两个GUS基因表达载体p33U1和p33A1,同时设置3个对照载体。通过基因枪轰击法将上述载体转入水稻胚性愈伤组织,探讨内含子对外源目的基因表达的调控作用。组织化学检测结果表明：CaMV35S启动子调控下的iGUS（带内含子）基因能够顺利表达;同样,Actin1启动子（带内含子）调控下的不带内含子的GUS基因也可以正常表达,而当Actin1启动子（带内含子）驱动iGUS基因时,则导致GUS染色反应不能发生。Ubi1启动子（带内含子）调控GUS基因的瞬时表达也得出类似结果,证明表达框中内含子的数量为1个或两个时,对GUS基因的表达起到了不同的调控作用。本研究结果对植物表达载体构建及功能基因表达都具有指导意义。     

毛竹qRT-PCR分析中内参基因的选择

实时荧光定量PCR(quantitative Real-time PCR,qRT-PCR)是目前研究基因表达的常用方法,而在特定的实验材料及条件下选择合适的内参基因是准确分析目标基因相对表达量的首要条件。本研究以毛竹(Phyllostachys edulis)的根、茎、叶和笋等器官和组织为实验材料,通过qRT-PCR技术对5种常用内参基因:甘油醛-3-磷酸脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)、肌动蛋白(actin,ACT)、热休克蛋白(heat shock protein,HSP)、18S核糖体RNA(18S ribosomal RNA,18S r RNA)和真核起始因子4α(eukaryotic initiation factor 4α,e IF-4α)在毛竹不同器官和组织中的表达情况进行了分析。经Ge Norm、Norm Finder和Best Keeper 3个软件对比分析发现,对5种常用内参基因而言,在利用qRT-PCR分析比较毛竹不同叶片之间的基因表达差异时,可选取e IF-4α作为校正内参基因;比较笋不同部位之间的基因表达差异时,可选取18S r RNA或ACT作为校正内参基因;而比较毛竹根、茎、叶不同器官组织分化中的基因表达差异时,可选取18S r RNA作为校正内参基因。而上述发现与多数文献中把ACT作为毛竹唯一内参基因的研究不一致。本研究为在毛竹qRT-PCR分析中选择合适的内参基因提供了理论依据。     

提高外源基因在转基因植物中表达效率的途径

利用转基因技术获得具有目的性状的转基因植株,是进行作物品种改良的有效方式.但基因沉默等现象降低了外源基因在转基因植物中的表达效率.从外源基因的DNA修饰水平、翻译后蛋白的定位、以及转基因方式等方面综述了国内外植物基因工程中的相关研究;分析了外源基因表达效率低的原因;提出了克服基因沉默并实现外源基因高效表达的途径.     

甜瓜VQ家族基因鉴定及白粉病菌响应分析

VQ家族基因是植物特有的一类基因,其编码蛋白主要与WRKY蛋白相互作用协同调控下游基因表达,在植物生长发育及抵御各种外界环境胁迫中起重要作用。为揭示甜瓜VQ家族基因在抗白粉病中的功能,本研究采用生物信息学方法从甜瓜基因组中鉴定到26个VQ家族基因,这些基因不均匀地分布在甜瓜11条染色体上。系统进化分析表明,该家族成员分布于不同的分支中,分别与拟南芥VQ家族蛋白不同成员聚在一起。基因结构分析表明,甜瓜VQ家族基因序列均无内含子,只有1个外显子。组织表达分析表明,1个甜瓜VQ家族基因组成性表达,23个甜瓜VQ家族基因组织特异性表达。此外,白粉病菌侵染之后,6个VQ家族基因呈现不同程度的响应。本研究结果为进一步研究甜瓜VQ家族基因在甜瓜抗白粉病中的功能奠定了理论基础。     

猪骨骼肌NDUFS7基因的克隆、染色体定位和表达谱分析

摘要：本研究用辐射杂种克隆板对猪的NDUFS7基因进行了染色体的物理定位，克隆了该基因的完整CDS序列，用相关软件进行了基因结构和功能的预测，并用半定量RT-PCR技术分析了NDUFS7基因在猪的11种组织以及在33天、65天、90天胚胎和成年猪的骨骼肌中的表达情况。分析结果首次将NDUFS7基因定位于猪的2号染色体２q21-q24， 与标记 SW395紧密连锁。该基因的CDS全长648bp，编码215个氨基酸，预测编码的产物具有一个高度保守的与能量生成有关的NouB结构域和３个酶的磷酸化位点。同时，RT-PCR结果显示，NDUFS7基因在猪的11种组织中均有表达，但表达量有差异；在不同发育阶段的骨骼肌中，65天和90天胚胎时的表达量较高，而33天胚胎和成年猪的表达量相对较低。     

一种改良的从LongSAGE标签中鉴定猪新基因的GLGI方法

将长的基因表达序列标签(LongSAGE)和结合标签的基因序列延伸(GLGI)技术相结合,对GLGI的方法进行改良。(1)将原始GLGI方法中正向引物中长为10bp的SAGE标签特异序列改为17bp的LongSAGE标签;(2)针对不同LongSAGE标签,在PCR反应中给定相应不同的退火温度;(3)在PCR反应中用普通的DNA聚合酶代替高保真酶(Pfu);(4)在PCR反应的克隆中,使用普通的T载体和感受态细胞代替原始方法中特异的载体和感受态细胞。利用改良的GLGI方法分离的EST位于cDNA的3′末端并带有加尾信号和ploy(dA)尾巴。该方法在鉴定低丰度表达的基因时比普通的EST测序方法具有更高的灵敏性。     

三倍体毛白杨PtDRG02基因启动子的瞬时表达分析

本研究利用PCR技术从三倍体毛白杨（（Populus tomentosaxP．bolleana）xP．tomentosa）基因组DNA中扩增获得抗病相关PtDRG02基因的一个启动子区（包括其下游5’端非编码区序列）,命名为Ptp01。以β-葡萄糖苷酸酶（舢）基因为报告基因,构建了PtDRG02基因启动子植物表达载体Ptp01／gus。以根癌农杆菌EHA105及LBA4404感受态细胞为受体,转化植物表达载体Ptp01／gus进行瞬时表达,并对启动子进行了功能活性分析,结果表明该启动子能够驱动gus报告基因在毛白杨叶片组织中表达,但表达强度弱于花椰菜花叶病毒（CaMV）35S启动子。     

泸定百合过氧化氢酶(Ls-Cat1)基因的克隆及表达分析

过氧化氢酶(CAT)参与植物的多种胁迫反应。为探究百合中的CAT基因与百合抗镰刀菌病害的关系,根据百合尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)诱导的泸定百合(Lilium sargentiae Wilson)SSH文库中筛选到的CAT基因中间序列片段,通过RACE结合RT-PCR技术从泸定百合中克隆到1个CAT基因全长c DNA序列,该基因全长1 743 bp,包含1个1 479 bp的开放阅读框,编码492个氨基酸,命名为LsCat1(Gen Bank登录号:KU355272)。序列比对分析表明,Ls-Cat1编码的氨基酸序列中包含已确定的CAT保守基序。系统进化树分析显示,Ls-Cat1与其它物种CAT基因编码的氨基酸序列具有较高的相似性。qPCR结果显示,Ls-Cat1经百合镰刀菌诱导后明显上调表达,推测该基因可能与百合抗镰刀菌病害相关。本研究结果为揭示百合对镰刀菌枯萎病的抗病分子机制提供了一定的理论依据。     

高粱病程相关基因非表达子1(NPR1)基因家族鉴定及胁迫应答分析

非表达因子基因(NPR1)是植物系统获得抗性的激活子,也是植物响应病原菌侵染过程中的核心因子之一,在植物抗病性方面发挥着非常重要的作用。为明确高粱NPR1基因家族成员及SbNPR1的表达特性,本研究通过生物信息学及实时荧光定量PCR(RT-qPCR)方法,对高粱NPR1基因家族进行鉴定和表达分析。结果表明,共鉴定到5个高粱NPR1基因SbNPR1~SbNPR5,其氨基酸序列长度介于480~621 aa之间,理论分子量介于50.496 81~67.648 06 kDa之间,理论等电点介于5.64~6.11之间;系统进化分析显示,SbNPR1与甘蔗Sh253P03亲缘关系最近;基因结构分析表明,该家族各个成员之间的外显子和内含子数量差异变化较小;RT-qPCR分析表明,SbNPR1基因在高粱不同器官中的表达具有组织特异性;经激素独脚金内酯(GR24,1 μmol·L^-1)和水杨酸(SA,1 mmol·L^-1)处理后,SbNPR1的表达分别被抑制和诱导;20%的聚乙二醇(PEG6000)和250 mmol·L^-1的NaCl处理下,SbNPR1的表达呈现先升高后降低的趋势,在0.5 h表达量达到最大值,之后下调;而经甘露醇(D-mannitol,300 mmol·L^-1) 处理后,SbNPR1基因表达量在3 h后开始下降;高粱经病原相关分子模式(PAMPs)flg22(100 nmol·L^-1) 和几丁质(Chitin, 8 nmol·L^-1)处理后,SbNPR1受到flg22的诱导表达,在12 h时表达量最高,而在Chitin作用下,SbNPR1的表达受到抑制。本研究为进一步探索NPR1家族在调节高粱抗性、信号转导、植物激素以及胁迫调控等过程中的作用提供了基础。     

谷子硫解酶基因家族鉴定及表达模式分析

硫解酶(thiolase)是脂肪酸代谢的关键酶,在植物次生代谢合成、生长发育以及抵抗非生物胁迫中均发挥重要作用.为探究谷子硫解酶基因家族的基本特征,本研究利用生物信息学方法,对谷子硫解酶基因家族成员进行了鉴定,对蛋白理化性质及系统进化、基因结构、染色体位置、启动子、基因进化进行了分析;采用转录组测序进行了根、茎、叶、穗...     

云锦杜鹃RhLIS基因的克隆与表达分析

芳樟醇合酶(LIS)是植物香气化合物中芳樟醇合成途径的关键酶。为探究杜鹃花(Rhododendron spp.) LIS基因的功能及表达特性,解析芳樟醇的合成机理,本试验以云锦杜鹃(Rh. fortunei)为试材,利用反转录PCR(RT-PCR)技术和cDNA末端快速扩增(RACE)技术克隆LIS基因全长cDNA序列,并应用顶空固相微萃取(SPME)与气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术,分析云锦杜鹃不同花期的花瓣及其他组织中LIS基因的表达水平和芳樟醇含量的变化关系。结果表明,从云锦杜鹃花苞cDNA中克隆得到RhLIS基因,含有完整的cDNA开放阅读框(ORF)序列长1 887 bp,编码628个氨基酸,与其他物种的LIS蛋白质氨基酸序列具有40%~50%的同源性;实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析结果表明,在不同花期的花瓣中,云锦杜鹃RhLIS表达水平先升高后降低,在盛开期的表达量最高,雄蕊中的表达量远高于雌蕊,幼叶高于老叶,花瓣高于花蕊和叶片。检测分析花香成分中芳樟醇的释放量,结果显示在云锦杜鹃不同花期的花瓣中,芳樟醇含量变化趋势与LIS基因的表达水平相一致,在半开期达到最大值,花蕊中芳樟醇含量均远低于花瓣;云锦杜鹃LIS基因的表达量与芳樟醇含量呈高度正相关。本研究结果为杜鹃花芳香品种的培育和改良提供了理论依据。     

辣椒CDPK基因家族的鉴定、进化与表达分析

钙依赖性蛋白激酶(CDPK)在植物细胞钙信号转导中起重要作用。为筛选鉴定辣椒CDPK基因家族,探讨其基因功能及进化模式,本研究利用生物信息学方法,在辣椒品种遵辣1号基因组中对其进行系统鉴定分析;同时,与辣椒品种CM334基因组进行比较分析。结果表明,遵辣1号基因组中共鉴定获得30个CDPK基因,分布在11条染色体上,命名为CaCDPK01~CaCDPK30。其中,有6对CaCDPK基因发生了片段复制。辣椒CDPK基因家族可分为4个亚族,亚族间基因数目及结构差异较大,Ⅳ亚族最保守。CaCDPKs在辣椒不同组织及成熟的不同阶段中具有表达特异性,部分基因对之间表达趋势相关性较高。在2个辣椒品种中,CDPK基因也发生了明显分化。本研究为深入解析CaCDPKs基因功能及进化模式奠定了重要的理论基础。     

根瘤菌结瘤基因的表达调控研究概况

根瘤菌结瘤基因的表达调控在根瘤菌与植物的共生结瘤过程中起着十分重要的作用。随着研究的深入,发现根瘤菌的结瘤过程不仅与根瘤菌结瘤基因表达调控有关,而且与寄主植物的信号分子如黄酮类物质有关。根瘤菌结瘤基因的表达调控有一个复杂的过程,本文将简要地介绍这方面的研究成果。     

MpCYS4基因对苹果褐斑病病原菌侵染的响应表达及其转化株系抗性鉴定

为探究半胱氨酸蛋白酶抑制剂(cystatin)基因MpCYS4在苹果响应苹果褐斑病病原菌侵染过程中的功能,以苹果矮化砧木M26野生型和MpCYS4过表达株系#1、#3、#4为材料,利用实时荧光定量PCR分析苹果褐斑病病菌侵染后MpCYS4基因在苹果叶片中的表达变化;同时,对转MpCYS4基因苹果叶片的褐斑病抗性进行鉴定,并对MpCYS4融合蛋白进行体外诱导纯化和抑菌活性分析。结果表明,MpCYS4基因的表达受褐斑病侵染诱导,其过量表达提高了苹果叶片对褐斑病的抗性,且经体外纯化的MpCYS4融合蛋白能够有效抑制褐斑病病原菌孢子的萌发和菌丝生长,表现出显著的抑菌活性。本研究结果为进一步探索MPCYS4的生物学功能及其抗病作用机制奠定了基础。