高羊茅FaRVE8基因的克隆、亚细胞定位及表达分析

生物钟是一个复杂的调控网络,在环境的不断变化中促进植物的生长,REVEILLE8 (RVE8)是生物钟的重要基因。为探讨其分子机理,采用RT-PCR和RACE方法,克隆高羊茅叶片FaRVE8基因,结果显示,FaRVE8全长为1881 bp,有1236 bp的开放阅读框,编码411个氨基酸,同属于MYB样因子。遗传进化树表明其与禾本科植物二穗短柄草、节节麦、大麦的同源蛋白亲缘关系较近。利用荧光定量分析高羊茅叶片中FaRVE8在不同光照处理下的表达特征,结果表明,FaRVE8在不同光照处理下均有表达,且呈现出明显的昼夜节律。亚细胞定位显示FaRVE8定位在细胞核中,可能在细胞核中发挥重要作用。以上研究表明,FaRVE8在调节生物节律中有重要作用,为进一步探讨FaRVE8基因的功能和分子调控机制奠定基础。     

高羊茅赤霉素2-氧化酶编码基因的克隆及功能验证

赤霉素(GA)是一类重要的植物激素,在植物的生长发育过程中发挥着重要作用。许多赤霉素代谢途径关键酶的编码基因已经被克隆和研究,但在高羊茅(Festuca arundinacea)中尚未见报道,利用RACE技术获得了高羊茅赤霉素2-氧化酶基因(FaGA2ox)。结果表明:FaGA2oxcDNA全长1566bp,包含1026bp开放阅读框,编码一个由341个氨基酸组成的蛋白质。FaGA2ox转基因烟草(Nicotiana tabocum)表现出赤霉素缺陷的表型,叶片面积明显变小,且叶片褶皱,叶片颜色暗绿,节间长度明显变短。综上所述,FaGA2ox在烟草中的过量表达可以导致植株矮化,为进一步利用该基因转化高羊茅培育矮化植株奠定基础。     

梨树冠层光响应基因PpPRR5b的克隆与功能分析

连锁的转录-翻译反馈路径在调控生物钟输出途径中起重要作用,而伪应答调控蛋白PRR则是其关键的遗传组分。尽管PRR基因在非生物反应、细胞延伸和光周期开花反应等方面的调控作用已被证实,但它们在其它光相关的农艺性状(如光合作用)中的作用还有待进一步阐明。本研究从梨叶组织中克隆了一个拟南芥AtPRR5的同源基因,命名为PpPRR5b。该基因全长2019 bp,共编码672个氨基酸。PpPRR5b蛋白相对分子量为74.23kD,理论等电点为6.28,定位于细胞核,具有亲水性。二级结构预测结果显示,PpPRR5b主要以无规则卷曲为主(占60.01%)。烟草叶片瞬时表达结果表明,随着红光强度的增强,超量表达PpPRR5b基因的叶组织能显著抑制净光合速率、气孔导度及胞间CO₂浓度水平。本研究初步证实PpPRR5b具有响应光信号,抑制光合作用的功能。     

香蕉UEV基因家族鉴定及其表达分析

泛素结合酶变体蛋白(Ubiquitin-conjugating E2 enzyme variant, UEV),又被称为类泛素结合酶蛋白家族。 UEV参与激素信号、DNA 损伤和非生物胁迫等多种生物学功能,但尚未见其调控香蕉(Musa acuminata)果实成熟的研究报道。本研究在香蕉中共鉴定到13个UEV基因,MaUEV基因编码区域介于471 bp(MaUEV6)—1637 bp(MaUEV8),编码氨基酸数量介于127 aa(MaUEV6)—495 aa(MaUEV8),分子量介于14212.34 Da—56209.83 Da,13个MaUEV基因的等电点均小于7。8个MaUEV基因为稳定蛋白,5个MaUEV基因为不稳定蛋白,13个MaUEV基因均为亲水性蛋白。13个MaUEV基因均由α-螺旋、β-转角、扩展链结构、无规则卷曲组成。亚细胞定位分析发现除MaUEV3定位在叶绿体、细胞质和细胞核外,其他基因都定位在细胞核。对MaUEV基因结构分析发现,除了MaUEV4没有内含子外,其余12个MaUEV基因均由内含子和外显子组成。对MaUEV基因家族在香蕉后熟过程中的表达分析发现,MaUEV9表达量在香蕉后熟过程中逐渐下降并在成熟时显著下调,MaUEV13在香蕉后熟过程中逐渐增加并在成熟时表达量显著上调,据此推测MaUEV9 和MaUEV13在香蕉后熟过程中起着不同的作用。本研究可为后续深入阐明UEV基因家族不同成员在香蕉后熟过程中的作用奠定基础。     

FBXL家族在哺乳动物生物节律中调控作用的研究进展

F-box富含亮氨酸重复蛋白3基因(F-box and leucine rich repeat protein 3,FBXL3)能编码含F-box结构域的蛋白,属于F-box蛋白家族成员,在细胞核中发挥功能。F-box富含亮氨酸重复蛋白21基因(F-box and leucine rich repeat protein 21,FBXL21)位于细胞质中,其功能与FBXL3基因功能存在拮抗作用。FBXL3与FBXL21蛋白在哺乳动物体内产生分子昼夜节律的负反馈循环中均都起重要作用。FBXL3通过形成SCF(SKP1-CUL1-F-box)复合物行使E3泛素连接酶功能,并通过泛素化促进隐花色素(Cryptochrome, CRY)蛋白的降解参与生物钟调控,FBXL21通过泛素化使CRY蛋白积累参与生物钟调控,两者对于CRY蛋白的拮抗作用能够稳定哺乳动物生物钟。本文首先介绍了生物节律以及生物钟分子的组成,然后综述了FBXL家族基因在昼夜节律循环中的调控作用及其突变后对季节性发情性状的影响,有助于后续探索FBXL家族基因突变后影响绵羊季节性发情性状的具体分子机制,为利用现代生物技术改变绵羊发情的季节性提供新思路。     

多年生黑麦草LpPIL5基因特征分析及转录调控

光敏色素互作因子(PIFs)属于bHLH家族的一个亚家族,在植物光信号、激素信号传导和调控植物耐逆性等方面发挥重要作用。本研究从多年生黑麦草中克隆出一个PIF基因,其与拟南芥AtPIF5的亲缘关系最近,因此命名为LpPIL5-like(LpPIL5)。LpPIL5基因编码区序列(CDS)全长为1410 bp,具有5个外显子,编码470个氨基酸,具有典型的bHLH结构域和APB功能域,且其蛋白定位于细胞核。LpPIL5的启动子区域(1500 bp)具有ABRE、MBS和G-box等多种光、激素和逆境响应顺式作用元件。表达模式分析结果显示LpPIL5在叶片中表达量较高,而在根、茎、叶鞘等部位表达量较低。LpPIL5基因的表达受昼夜节律调控,且在光下的表达量显著高于黑暗。此外,聚乙二醇(PEG)、NaCl、CdCl₂和高温逆境及6-苄基腺嘌呤(6-BA)和脱落酸(ABA)等激素处理显著抑制了叶片中LpPIL5基因表达,而在根中,LpPIL5基因的相对表达量在处理的12 h后明显增加,处理24 h时,显著高于对照。     

生物钟基因在绒山羊皮肤中表达模式的比较

文章旨在研究绒山羊皮肤生物钟基因clock、tim、per1和cry1的表达模式,进而分析其在绒山羊皮肤组织中的作用及相互关系。生物钟基因形成一个转录-翻译反馈环,通过钟基因在绒山羊皮肤生长周期进行高表达,激活per1和cry1基因的转录-转化过程,从而在mRNA和蛋白水平的调控下进行有节律的表达。结果表明,这些生物钟基因在绒山羊皮肤中的表达量依次为:clocktimper1cry1;皮肤次级毛囊兴盛期,高振幅clock、per1、tim、cry1的节律表达分别出现在一天中的04∶00、08∶00、08∶00、16∶00;皮肤次级毛囊休止期,这些基因的高振幅节律表达分别出现在一天中的08∶00、04∶00、04∶00、16∶00。另外,cry1、per1基因的表达在生物钟基因正反馈循环中被激活,tim基因的表达在生物钟基因的负反馈循环中被激活。因此,clock、tim、per1和cry1调控下运行的钟基因反馈环是绒毛生长呈周期性现象的基础。     

桑树翻译调控肿瘤蛋白(TCTP)基因的克隆及其在温度胁迫下的表达变化

翻译调控肿瘤蛋白(TCTP)是一类广泛存在于真核生物中且具有多种重要生物学功能的蛋白质家族。利用RT-PCR和RACE技术从广东桑(Morus atropurpurea)品种中桑5801号植株的根部克隆了一种TCTP蛋白的编码基因,命名为Ma-TCTP(Gen Bank登录号:KP228013)。Ma-TCTP基因c DNA全长841 bp,包括507 bp的ORF以及101 bp的5'-UTR和233 bp的3'-UTR,ORF编码168个氨基酸,蛋白质分子质量为18.736 2 k D,等电点为4.53。实时荧光定量PCR检测Ma-TCTP基因在桑树的根部、茎部和叶片中均有表达,其中在根部组织中的表达量最高,茎中次之,叶片中最低。在低温(4℃)和高温(35℃)胁迫下,Ma-TCTP基因在桑树根部、茎部和叶片组织的表达量均大幅上升,其中在叶片中的表达量升高最为明显,推测Ma-TCTP基因可能参与桑树对温度逆境胁迫的生理应激响应过程。     

FBXL家族在哺乳动物生物节律中调控作用的研究进展

F-box富含亮氨酸重复蛋白3基因（F-box and leucine rich repeat protein 3，FBXL3）能编码含F-box结构域的蛋白，属于F-box蛋白家族成员，在细胞核中发挥功能。F-box富含亮氨酸重复蛋白21基因（F-box and leucine rich repeat protein 21，FBXL21）位于细胞质中，其功能与FBXL3基因功能存在拮抗作用。FBXL3与FBXL21蛋白在哺乳动物体内产生分子昼夜节律的负反馈循环中均都起重要作用。FBXL3通过形成SCF（SKP1-CUL1-F-box）复合物行使E3泛素连接酶功能，并通过泛素化促进隐花色素（Cryptochrome，CRY）蛋白的降解参与生物钟调控，FBXL21通过泛素化使CRY蛋白积累参与生物钟调控，两者对于CRY蛋白的拮抗作用能够稳定哺乳动物生物钟。本文首先介绍了生物节律以及生物钟分子的组成，然后综述了FBXL家族基因在昼夜节律循环中的调控作用及其突变后对季节性发情性状的影响，有助于后续探索FBXL家族基因突变后影响绵羊季节性发情性状的具体分子机制，为利用现代生物技术改变绵羊发情的季节性提供新思路。     

信号分子H2O2调节抗氧化系统提高高羊茅耐热性研究

采用盆栽试验,利用10 mmol/L的H₂O₂对冷季型草坪草高羊茅进行叶面喷施处理,研究外源低浓度H₂O₂对高羊茅叶片中抗氧化系统的调控作用及其对高羊茅抗热性的影响。结果表明,H₂O₂可能作为信号分子预先增加抗氧化酶的活性,改变抗氧化剂的浓度,从而减轻随后发生的热胁迫对草坪草造成的氧化伤害;在胁迫过程中POD和CAT活性在H₂O₂预处理后增加不显著,热胁迫本身增加了POD的活性,但是降低了CAT活性,POD对于提高高羊茅的耐热性可能具有更重要的作用;外源H₂O₂显著影响了高羊茅叶片中的AsA-GSH循环,其中处理植株中的APX、GPX和GR的活性在热胁迫过程中增加20%～110%,GSH/GSSG下降了80%,与高羊茅抗热性的提高密切相关。可见信号分子H₂O₂可以通过调控高羊茅的抗氧化系统提高其抗热性。     

Involvement of circadian clock in crowing of red jungle fowls (Gallus gallus)

The rhythmic locomotor behavior of flies and mice provides a phenotype for the identification of clock genes, and the underlying molecular mechanism is well studied. However, interestingly, when examining locomotor rhythm in the wild, several key laboratory‐based assumptions on circadian behavior are not supported in natural conditions. The rooster crowing ‘cock‐a‐doodle‐doo’ is a symbol of the break of dawn in many countries. Previously, we used domestic inbred roosters and showed that the timing of roosters' crowing is regulated by the circadian clock under laboratory conditions. However, it is still unknown whether the regulation of crowing by circadian clock is observed under natural conditions. Therefore, here we used red jungle fowls and first confirmed that similar crowing rhythms with domesticated chickens are observed in red jungle fowls under the laboratory conditions. Red jungle fowls show predawn crowing before light onset under 12:12 light : dim light conditions and the free‐running rhythm of crowing under total dim light conditions. We next examined the crowing rhythms under semi‐wild conditions. Although the crowing of red jungle fowls changed seasonally under semi‐wild conditions, predawn crowing was observed before sunrise in all seasons. This evidence suggests that seasonally changed crowing of red jungle fowls is under the control of a circadian clock.     

Cry1基因在雄性绵羊生殖轴系的表达与定位

隐花色素1(Cryptochrome 1,Cry1)基因作为生物钟调控环路的负调控因子,对生物节律的稳定发挥着重要作用,因此研究Cry1基因在哺乳动物生殖轴系的表达对揭示哺乳动物季节性繁殖的调控机理有着重要意义。本实验应用qPCR和免疫组织化学等方法研究了Cry1基因在雄性绵羊生殖轴系(松果体、下丘脑、垂体、睾丸和附睾)的分布和表达情况,并通过生物信息学分析对Cry1蛋白的结构做了预测。结果显示:在绵羊生殖轴系各组织中均有Cry1表达,其中在下丘脑中的表达最高,睾丸次之,各组数据间差异显著。免疫组化结果显示Cry1蛋白在松果体和下丘脑中成弥散性表达,胞膜、胞质及胞核均有阳性表达。在垂体上Cry1蛋白主要位于毛细血管的管壁细胞和血管周围的腺细胞上。Cry1蛋白还在睾丸组织的基膜和间质细胞,以及附睾管腔上皮细胞、管周肌样细胞和腔面精子上呈阳性表达。生物信息学分析发现Cry1蛋白无信号肽信息和跨膜结构,主要位于细胞质和细胞核中,与牛、鹿的亲缘关系最近。Cry1基因参与了绵羊的繁殖,为生物钟调控哺乳动物的季节性繁殖提供了一定的研究基础。     

桑树光合系统Ⅰ psaE基因的克隆及表达分析

利用桑树(MorusL.)表达序列标签(EST),采用RT-PCR方法克隆了桑树光合系统Ⅰ(PSⅠ)psaE基因的全长cDNA序列,命名为MpsaE(GenBank登录号:GU645972)。序列分析表明,该基因序列全长705bp,存在97bp的5′端非翻译区和170bp的3′端非翻译区,其开放阅读框(ORF)长438bp,编码含有146个氨基酸的蛋白,预测蛋白分子质量为15.38kD,等电点为8.08。同源性分析表明,MpsaE编码蛋白与柑桔(Citrus sinensis)、毛果杨甙(Populus trichocarpa)和欧美杨(Populus eu-ramericana)psaE基因编码的蛋白具有较高的同源性,相似性达到98%。基于MpsaE与其它18个物种的psaE基因编码氨基酸序列构建的系统进化树显示,桑树与柑桔、蓖麻(Ricinus)、毛果杨甙和欧美杨的亲缘关系较近。半定量RT-PCR分析表明,MpsaE基因mRNA在桑树不同组织及部位的转录水平有明显差异:在叶片中的转录水平较高,其中幼叶(刚展开的第1片叶)和中部叶片(8-10位叶)的转录水平最高,其次为上部叶片(2-3位叶)、顶芽和下部叶片;在根部的转录水平最低。初步推测MpsaE基因是桑树PSⅠ参与某些光合生理反应的一个亚基。     

光照和温度影响昆虫昼夜节律生物钟的分子机制

昼夜节律是生物界最普遍的生物钟节律。模式昆虫果蝇(Drosophila)的昼夜生物钟即是一种"转录-翻译-抑转录"调节机制。其中,光照是一种调控生物钟的重要授时因子,能引起时间相位的延迟和提前;环境温度也是一个重要的授时因子,只需1~2℃的改变就可影响生物钟的时间相位。温度诱导生物钟的机制与光照相似,都需要隐花色素(CRY)蛋白的参与,周期蛋白(PER)-永恒蛋白(TIM)-CRY蛋白复合体在光线和温度的诱导路径中都发挥着重要作用。温度与光照可以协同发挥作用,共同调节生物钟,但光照与温度在诱导生物钟基因per和tim表达方面也存在着差异:光照条件下per与tim基因的表达节律变化为平行关系;而温度条件下per的表达峰比tim的表达峰早出现。家蚕(Bombyxmori)滞育是一种非常典型的对环境温度和光照进行主动适应的机制,因而家蚕有可能成为研究这2种授时因子协同作用的模式生物。     

白三叶TrSAMDC1克隆及表达分析

S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶(SAMDC)在植物抵御逆境胁迫中发挥着重要作用。通过分子生物学技术克隆得到一个全长为1559 bp的白三叶S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶基因,并命名为TrSAMDC1。对该序列进行生物信息学分析表明:TrSAMDC1开放阅读框长度为1077 bp,编码358个氨基酸;预测其编码的蛋白为不稳定的亲水性蛋白,无跨膜结构,无信号肽,二级结构的主要构件为无规则卷曲,三级结构为同源二聚体,可能定位于细胞质中;系统进化树表明TrSAMDC1与其他豆科植物SAMDC亲缘关系很近,在进化上高度保守。分析该基因在重金属镉(CdSO₄)、低温(4 ℃)、高温(35 ℃)、干旱(PEG-6000)和盐(NaCl)等非生物胁迫以及100 μmol·L^-1脱落酸(ABA)和1 mmol·L^-1生长素(IAA)等激素处理下的表达模式发现TrSAMDC1的表达具有组织器官和时空特异性:所有处理都能显著上调叶片的相对表达量,并且在大多数处理12 h后达到峰值。而根系表达量虽较对照有差异,但对各种处理的敏感程度显著低于叶片。推测该基因能在调节植物的生长发育以及植物应对非生物胁迫尤其是高温和重金属镉胁迫中发挥重要作用,以上结果为进一步研究该基因奠定了基础。     

结缕草肉桂醇脱氢酶基因家族全基因组序列鉴定和表达分析

肉桂醇脱氢酶(cinnamyl alcohol dehydrogenase, CAD, EC 1.1.1.195)是植物木质素合成途径的关键酶,通过消耗NADPH,将松柏醛等复杂醛转化成相应的醇单体,在植物生长发育过程和逆境应答中起到重要作用。本研究从结缕草基因组中鉴定获得了16个肉桂醇脱氢酶(ZjCAD)基因,对其进行了系统进化与基因结构的生物信息学分析。半定量PCR分析显示5个ZjCAD基因在叶片中特异表达,木质素染色结合不同种源材料ZjCAD基因的表达分析进一步表明ZjCAD6的表达与叶片木质素含量正相关,提示ZjCAD6可能为控制结缕草叶片木质素合成的关键基因。ZjCAD6基因全长2736 bp,有3个内含子和4个外显子,开放阅读框为1074 bp,编码357个氨基酸。ZjCAD6蛋白含有两个Zn²⁺结合位点与一个NADP(H)结合结构域,与已报道的其他植物具催化活性的CAD蛋白特征一致。上述结果为进一步研究结缕草叶片木质素含量及其机械强度等性状形成的分子机理提供了重要的参考。     

诱发滞育的温度和光照条件对家蚕胚胎生物钟信号主要基因表达的影响

为了深入研究温度和光照等昼夜节律授时因子对家蚕滞育的调控机制,以常规诱导滞育发生的温度与光照条件处理胚胎发育后期蚕卵,调查家蚕胚胎生物钟信号环路主要基因Cry1、Cry2、Per和Tim的表达对授时因子振荡变化的响应。结果显示:光照能够上调Cry1基因在家蚕胚胎发育后期的表达,温度则可改变该基因表达的振荡周期相位;温度在改变Cry2基因振荡表达相位的同时,低温(15℃)还能上调该基因在家蚕胚胎发育后期的表达;温度升高可缩短Per基因表达的振荡周期;黑暗诱导Tim基因振荡表达,温度则能够改变Tim基因表达的振荡周期相位。结果提示:家蚕胚胎中可能存在与其他昆虫类似的以CRY1为光感受器因子的生物钟信号环路,Cry1、Cry2、Per和Tim是家蚕胚胎期能够响应昼夜节律授时因子光照和温度而诱导滞育发生的生物钟基因。