小麦TaMBD3基因的克隆和表达

DNA甲基化(m5C)在基因表达调控过程中发挥重要作用,而甲基结合域蛋白(MBD)是能特异识别甲基化位点的反式作用因子.为了探讨小麦中MBD基因的结构与功能,以拟南芥MBD基因的EST为基础,通过电子克隆结合RT-PCR方法分离克隆了包含ORF的小麦甲基结合域蛋白基因TaMBD3.序列分析显示,TaMBD3具有典型的甲基结合域,其中包含了能与甲基化DNA相结合的保守氨基酸残基.组织表达特性分析表明,TaMBD3在幼穗和茎中的表达量高于其它组织器官.采用电子定位的方法,将TaMBD3基因初步定位在6AS1-0.35-0.65和C-6BL3-0.36两个区域.     

TaMBD2基因cDNA全长克隆及其在小麦叶片和种子中的表达

为探讨甲基结合蛋白(MBD)在小麦生长发育过程中的生物学功能,通过RACE技术克隆了小麦TaMBD2基因的cDNA全长,并分析了该基因在小麦叶片、种子发育及萌发过程中的表达特性。RACE克隆及序列分析表明,TaMBD2基因cDNA全长为1 511 bp,其中5 UTR 164 bp,3 UTR 405 bp,ORF 942 bp。对该基因编码氨基酸序列的分析发现,TaMBD2编码蛋白中包含有1个典型的甲基结合域和1个CW型锌指结构域;通过RT-PCR分析发现,TaMBD2基因在叶片中的表达随着小麦的生长发育而逐渐增强;在种子发育过程中,该基因在花后20和30 d时的表达量最高;在种子萌发过程的胚和胚乳中,该基因的表达水平变化不大。     

小麦糖转运蛋白基因TaSWEET6的克隆与表达分析

植物SWEET基因家族是一类糖转运蛋白,参与生殖发育、衰老、逆境响应等多个生理过程。为研究小麦SWEET基因对逆境胁迫的响应及其在花药发育过程中的功能,采用同源克隆的方法从普通六倍体小麦中克隆出TaSWEET6基因(GenBank登录号为KU936097)后对其进行染色体定位、同源蛋白序列比对和系统进化树分析,同时分析TaSWEET6基因于普通六倍体小麦在正常生长情况下及非生物胁迫条件下不同组织器官中和光温敏雄性不育小麦BS366在不同发育时期的花药中的表达模式。序列分析结果表明,TaSWEET6基因包含1个732bp的完整开放阅读框,编码243个氨基酸。跨膜结构分析得知,TaSWEET6蛋白包含2个Mtn3_slv跨膜结构域和1个起连接作用的跨膜-螺旋。系统进化树分析表明,TaSWEET6蛋白与大麦处于同一分支,其亲缘关系最近。中国春缺四体定位表明,TaSWEET6基因位于7D染色体上。表达分析表明,TaSWEET6基因在小麦根、茎、叶、种子、小花(除去雄蕊)、各时期雄蕊中均有表达,小孢子时期雄蕊表达量最高;在低温、干旱、NaCl和ABA胁迫处理下,TaSWEET6基因表达均有上调;光温敏雄性不育系BS366在不育环境(低温短日照)下,TaSWEET6基因在雄蕊发育关键时期(二分体时期)高度表达。说明小麦TaSWET6基因可能参与了多种逆境应答反应,并在小麦雄蕊发育过程中发挥着重要作用。     

低温条件下小麦叶绿体基因启动子甲基化的变化

为建立小麦叶绿体基因启动子甲基化的检测体系,检测低温胁迫下小麦叶绿体编码基因甲基化的变化规律并分析叶绿体编码基因表达的调控模式,以低温敏感型小麦返白系及其对照矮变1号为材料,选取4个在低温条件下两个材料间表达有差异的叶绿体基因petN、trnC、petD和rrn16S,通过亚硫酸盐测序法(BSP-seq)分别测定低温处理后这些基因(TaMET1,TaDRM和TaCMT)启动子的甲基化率,并用qPCR的方法对这4个基因以及预测定位于叶绿体的三个DNA甲基转移酶基因进行表达量检测。结果显示,叶绿体基因组总的甲基化水平在低温条件下持续增加,基因间启动子甲基化水平变化并不完全一致,基因型之间也略有差异。4个基因的表达量与甲基化水平的相关性不同,petN的表达对甲基化比较敏感,低温诱导甲基化率增加,基因的表达量则下调,但其余3个基因的表达与甲基化率的变化无直接相关性。返白系中三个DNA甲基转移酶基因的表达在低温条件下都呈上调趋势,但矮变1号中的TaMET1与TaCMT基因表达下调。结果为深入研究低温下小麦叶绿体基因甲基化的变化规律及其对叶绿体基因的调控机理奠定了基础。     

小麦TaHTAS-5A基因的克隆、表达分析及亚细胞定位

非生物胁迫对小麦的生长发育具有不良影响,克隆与非生物胁迫相关的基因,并对其结构及表达特性进行分析,可以为进一步探索小麦的抗逆机制和抗逆育种奠定基础。本研究利用同源克隆技术从普通小麦品种中国春中克隆了水稻E3泛素连接酶基因OsHTAS的同源基因TaHTAS-5A(GeneBank登录号:MF967573),并利用生物信息学方法对其基因序列特征进行分析;利用qRT-PCR技术对该基因在小麦不同组织及不同逆境胁迫下的表达模式进行分析;同时,对该基因的表达产物进行了亚细胞定位。结果表明,小麦TaHTAS-5A基因含有220bp的5′UTR、1 242bp的ORF以及126bp的3′UTR,共编码413个氨基酸;基因组分析表明,该基因全长3 819bp,共包含4个外显子和3个内含子;缺体-四体定位表明该基因位于小麦5A染色体上;蛋白结构分析显示,TaHTAS-5A蛋白的N端包含四个跨膜结构域,C端包含一个E3泛素连接酶特有的RING finger保守结构域,具有植物E3泛素连接酶的结构特征;qRT-PCR结果显示,TaHTAS-5A对高温、低温和ABA都有响应,对干旱和盐响应不敏感;TaHTAS-5A在小麦的根、茎、叶和幼穗等不同组织中均有表达,但表达量有差异,在叶和穗中的表达量明显高于根部和茎部;亚细胞定位结果表明,TaHTAS-5A位于细胞膜上。本研究为进一步探究小麦TaHTAS-5A基因的功能奠定了基础,也为小麦非生物胁迫抗性改良提供了一定的理论依据。     

△^6-脂肪酸脱氢酶基因克隆及其共转化表达载体的构建

采用RT—PCR的方法从海南玻璃苣中克隆了△^6-脂肪酸脱氢酶基因(△^6-dsa)。DNA序列测定结果表明，△^6-dsa全长1347bp编码448个氨基酸。△^6-dsa序列在genbank中采用BLAST程序进行同源序列分析，结果表明，△^6-dsa核苷酸序列与克隆自美国德克萨斯州的玻璃苣△^6-脂肪酸脱氢酶基因的核苷酸序列完全相同。△^6-dsa克隆进T—easy Vector后形成质粒pG△^6-DSA。把质粒pG△^6-DSA上的△^6-脂肪酸脱氢酶基因片段克隆进含有T—DNA和35S启动子的质粒pGIN22中，形成含有目的基因的表达载体pGIN23。把表达载体pGIN23与另一个含有T—DNA、启动子、筛选标记基因的表达载体pLPN28进行亚克隆，使得筛选标记基因和△^6-dsa分别插入到同一质粒的2个相互独立的T—DNA内，构建成共转化表达载体pLIN61。     

小麦 TaSABP2基因的克隆及表达分析

为挖掘小麦抗逆基因,进一步解析小麦抗逆机制,采用电子克隆结合RT-PCR的方法,从小麦叶片中分离出 TaSABP2基因;利用生物信息学手段分析其序列特征;运用实时荧光定量反转录PCR(qRT-PCR)技术检测其在不同条件下的表达情况。结果表明,小麦 TaSABP2基因的cDNA全长为878 bp,包含一个长度为807 bp的开放阅读框,编码268个氨基酸。 TaSABP2基因的编码蛋白包含Abhydrolase及PLN02211两个结构域及一个酶活性中心(VVLVGHSLGG),属于Abhydrolase超家族的成员。其蛋白二级结构由四种形式构成,包括40.3%的α-螺旋、16.42%的延伸链、4.48%的β转角、38.81%的无规则卷曲。通过与其他植物的氨基酸序列进行多重序列比对,发现功能区域的氨基酸序列较为保守。qRT-PCR结果表明, TaSABP2基因的表达具有较强的组织特异性,植物激素ABA和BR处理及干旱和盐胁迫处理,均能诱导该基因的表达量迅速增加。以上结果表明, TaSABP2基因在小麦抵抗逆境胁迫过程中起到一定作用。     

小麦核氧还蛋白基因TaNRX1的序列特征及表达分析

核氧还蛋白(nucleoredoxin,NRX)是一类广泛存在于植物中的氧化还原调控蛋白。为探讨NRX基因在小麦发育调控过程中的生物学功能,利用生物信息学及RT-PCR方法,鉴定并克隆了小麦核氧还蛋白基因 TaNRX1,将其3个部分同源基因分别命名为 TaNRX1-2AL、 TaNRX1-2BL和 TaNRX1-2DL。序列分析显示,3个部分同源基因均包含4个外显子和3个内含子,且CDS序列高度一致(98%),分别编码576、580和577个氨基酸;蛋白特性分析发现,TaNRX1包含3个TryX_like_TryX_NRX保守域,属于植物NRXI亚类;三级结构预测显示,TaNRX1可折叠形成一个C型的特定空间结构,其中包含4个由反向平行β-折叠及外围α-螺旋构成的结构单元。利用qRT-PCR技术进行的时空表达特性分析显示,在籽粒发育过程中 TaNRX1基因整体呈下调表达趋势,但在小麦品种矮抗58籽粒发育过程中有两次表达回升出现,这可能与矮抗58具有较强的抗逆特性有关;在不同组织间 TaNRX1基因存在差异表达,其中在节间和穗下节中的表达量最高,在成熟种子中的表达量最低。     

用基因枪法将小麦病程相关蛋白基因TαPR-1导入小麦的研究

为验证小麦病程相关蛋白基因TαPR-1的功能，利用gus基因瞬间表达技术对基因枪法转化小麦幼胚的两个重要参数金粉用量和轰击距离进行了优化。研究结果表明,金粉用量为250．0μg．轰击距离9cm的轰击参数最为理想，GUS瞬间表达率和平均蓝点数分别可达89．8％和33．7个。采用此轰击参数．将TαPR-1基因导入扬麦158幼胚．经3～5mg／L Bialaphos筛选获得49株抗性再生植株．经PCR、Southern杂交分析．其中2株为阳性植株．转化率为0．11％。对转基因小麦植株进行苗期离体叶段和田间成株白粉病接种鉴定．初步结果表明，转基因植株对白粉病抗性与对照相比无明显差别。     

小麦Mlo基因的克隆及白粉病菌诱导下的表达模式分析

为了研究Mlo基因在感、抗小麦品种中的表达情况,根据小麦基因芯片的Mlo探针序列,利用电子克隆与RT-PCR方法在感病小麦品种豫麦13和抗病品种红蚰麦中分别克隆到Mlo基因的同源序列。两条核苷酸序列全长均为1 605 bp,都含有一个完整的ORF(Open reading frame)。核苷酸序列分析显示二者的DNA序列只有一个核苷酸的差异,与大麦Mlo的相似性均为90%。编码的氨基酸序列包含有7个跨膜结构域,前18个氨基酸是信号肽序列,第414~435位是编码蛋白的活性中心,第451、459、462、475、483位点上有糖基化位点,细胞定位分析将其定位在膜上。从头建模分析构建的二者三维结构有明显差异。利用定量PCR对该基因在白粉菌诱导早期的表达模式进行分析,结果两基因的表达都受白粉菌的诱导,但在红蚰麦中的表达高峰出现在18 h,豫麦13中的表达高峰出现在72 h,表达时间的差异可能决定了两者对白粉菌的不同抗性反应。     

大豆γ-生育酚甲基转移酶基因的克隆与表达分析

采用电子克隆与实验克隆相结合的方法获得了大豆γ-生育酚甲基转移酶基因的cDNA序列,GenBank登录号为AY960126。序列分析结果表明,该cDNA序列含有1个编码350个氨基酸的完整的开放读码框,5′非翻译区具有2个同框终止密码子,3′端具有2个加尾信号和polyA尾巴。启动子区除含有通用核心元件外,还含有许多与光反应有关的作用元件。编码的蛋白质序列含有1个信号肽和γ-生育酚甲基转移酶的特征基序,该蛋白定位于叶绿体中。氨基酸序列比对和系统发育分析结果显示,不同物种之间γ-生育酚甲基转移酶氨基酸序列同源性较高。电子表达分析和RT-PCR组织表达分析结果表明,该基因的表达量与组织中叶绿体含量具有很高的关联,但强光逆境对该基因的表达无影响。     

普通小麦TaADF8基因的克隆及表达分析

肌动蛋白解聚合因子(actin-depolymerizing factor,ADF)普遍存在于真核细胞中,为低分子量的肌动蛋白结合蛋白,在调控细胞内肌动蛋白纤维的聚合和解聚中起关键作用。为给深入研究TaADF8基因在小麦中的功能机理奠定基础,并为进一步丰富小麦ADF基因研究内容提供理论参考,本研究利用电子克隆策略从小麦品种CP53中克隆出TaADF8基因(GenBank登录号为KJ864962)后对其进行序列分析,并进一步采用荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)技术对其在小麦不同组织间的表达差异及不同非生物胁迫下的表达模式进行分析。核酸序列分析表明,该基因全长695bp,拥有完整的ORF,编码142个氨基酸。氨基酸序列分析表明,该蛋白含有保守的ADF同源区和PIP2结合结构域,且在氨基端有核定位信号。进化和聚类分析表明,小麦TaADF8基因与大麦HvADF2基因、HvADF3基因和水稻OsADF3基因亲缘关系较近,蛋白相似度分别为75.35%、93.66%和67.86%。qRT-PCR表达特性分析显示,该基因为组成型表达,在根、茎、叶、颖壳和雄蕊中均表达,且在根、叶和雄蕊中表达量较高;该基因表达受低温的强烈诱导,同时也受水分、高盐和外源脱落酸胁迫诱导。     

小麦转录因子TaDREB6基因的克隆及鉴定

为了克隆小麦干旱应答基因,构建了干旱诱导的小麦cDNA文库,并从文库中分离了一个DREB类转录因子基因TaDREB6.序列分析表明,TaDREB6具有一个837bp的开放阅读框和242bp的3非编码区,推测的氨基酸序列中含有一个高度保守的AP2/EREBP结构域.采用该基因特异引物PCR技术对一套中国春缺体-四体材料进行扩增,将TaDREB6定位于3A染色体上.这是首次将一个小麦DREB基因定位在特定的染色体上.RT-PCR分析表明,TaDREB6基因受干旱胁迫诱导表达;亚细胞定位结果表明,TaDREB6-hGFP融合蛋白定位于细胞核中.上述结果说明,小麦TaDREB6基因编码的蛋白可能在细胞核内对干旱胁迫应答反应起调控作用.     

南美油藤PvFAD7基因的克隆及其表达模式和功能分析

3 FAD基因是α-亚麻酸合成途径中的一个关键限速酶基因，通过调节该基因的过量表达，可提高植物中α-亚麻酸含量。对南美油藤ω-3脂肪酸脱氢酶基因PvFAD7的克隆及其表达模式和功能分析，有利于探明南美油藤种子高含量α-亚麻酸的合成机制，为下一步利用遗传改良生产植物α-亚麻酸奠定理论基础。基于前期南美油藤种子转录组数据，从南美油藤新鲜叶片同源克隆获得南美油藤脂肪酸脱氢酶基因PvFAD7的DNA全长序列，并对其进行生物信息学分析。通过实时荧光定量PCR分析该基因在南美油藤不同器官（成熟叶、新叶、茎、根、果皮、幼嫩种子和成熟种子）中的表达模式，并利用亚细胞定位技术观察该基因的编码蛋白在烟草叶表皮细胞中的定位情况。通过构建过表达载体，介导农杆菌遗传转化获得过表达PvFAD7基因的转基因阳性烟草植株，并对收获的种子利用气相色谱法进行脂肪酸组分的测定。南美油藤PvFAD7基因DNA全长序列为2 222 bp，编码461个氨基酸，包括8个外显子和7个内含子。蛋白多序列比对结果显示南美油藤PvFAD7编码蛋白与同科植物蓖麻和橡胶树同源性最高。生物信息学分析结果表明，PvFAD7蛋白有4个组氨酸保守区，...     

青稞F7-OMT基因的克隆及原核表达分析

类黄酮7-O-甲基转移酶(F7-OMT)具有甲基转移酶功能,能催化底物类黄酮甲基化产生植物抗毒素,提高植物的抗菌性。为了给进一步研究该酶蛋白的功能奠定基础,以青稞"94-19-1"为材料,采用同源克隆方法得到青稞F7-OMT基因编码片段。生物信息学分析表明,青稞F7-OMT开放阅读框(ORF)全长为1173bp,编码390个氨基酸,蛋白分子质量为42 207.8Da,等电点pI为5.36,无信号肽序列,具有甲基转移酶2(Methyltransf_2,pfam00891)和二聚化(Dimerization,pfam08100)保守域。通过亚克隆将F7-OMT连接到表达载体pET-32a上,构建pET-32a-F7-OMT融合表达载体,在E.coli BL21(DE3)pLysS中诱导表达,并采用亲和层析纯化法得到纯化蛋白。     

茶树DNA甲基转移酶基因CsDRM2的克隆及表达分析

DNA甲基化作为表观遗传修饰的主要途径之一,能够通过对基因组 DNA 的修饰参与植物对外界环境胁迫的响应, DNA甲基化需要DNA甲基转移酶的参与.实验室前期研究表明,茶树在冷驯化过程中发生了甲基化反应.通过RACE克隆,获得了茶树中DNA甲基转移酶CsDRM2基因的cDNA全长序列(NCBI登录号KR057963).CsDRM2序列全长2328bp,含1815bp的开放阅读框,编码604个氨基酸,预测蛋白质分子量为67.39 kD,理论等电点(PI)为4.85.生物信息学分析结果显示,茶树CsDRM2蛋白与芝麻和烟草的亲缘关系最近,CsDRM2的氨基酸序列与其他植物的DRM2相似性均高于65%.CsDRM2基因表达分析的结果发现,随着冷驯化的进行,CsDRM2基因的表达量呈现出增加的趋势,参与茶树冷驯化过程的甲基化响应.     

小麦逆境胁迫基因TaSKIP的克隆、定位及初步表达分析

非生物逆境是小麦生长、发育及产量形成的主要限制因子之一。为揭示小麦抗逆胁迫响应机制,并为培育转基因抗逆种质奠定基础,本研究利用同源克隆的方法从普通六倍体小麦中国春中克隆出TaSKIP基因并进行序列分析及基因定位,同时对TaSKIP基因在PEG6000胁迫下的表达模式进行分析。结果表明,共克隆得到3个TaSKIP基因,其中2个基因被定位于6A和6D染色体上。序列分析表明,TaSKIP-6A编码区长为1 827bp,编码608个氨基酸,TaSKIP-B和TaSKIP-6D编码区长均为1 824bp,编码607个氨基酸。氨基酸序列比对分析表明,小麦TaSKIP蛋白与水稻、玉米和大麦等禾本科植物SKIP蛋白的同源性均大于88%,而且含有相同的SKIP/SNW结构域。实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,qRTPCR)检测结果表明,TaSKIP在模拟干旱胁迫条件下表达量上调,暗示该基因在小麦非生物逆境胁迫响应中起重要作用。     

霍山石斛HMGR基因的克隆及其定量表达分析

获得甲羟戊酸生物合成途径中的关键酶基因——3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶基因的信息是确定该基因与倍半萜类石斛碱含量相关性的重要基础工作。本研究采用RT-PCR结合RACE技术,以霍山石斛原球茎为材料,克隆得到霍山石斛HMGR基因的全长c DNA序列,其在Gen Bank中的登录号为KF011508。HMGR基因全长2 240 bp,包含144 bp的5′-UTR,407 bp的3′-UTR(含poly A),开放阅读框为1 689 bp,共编码562个氨基酸。生物信息学分析表明:该蛋白可能是定位于细胞质的一种疏水性不稳定蛋白,无信号肽,不含卷曲螺旋结构,具有14个功能位点、27个磷酸化位点,其二级结构由α螺旋、β折叠和无规则卷曲组成。系统进化树分析表明,该基因与黄姜HMGR基因亲缘关系最近,聚为同一类,主要负责催化萜类化合物生物合成途径中的辅酶A和甲羟戊酸的生成。q PCR结果显示:霍山石斛HMGR基因在茎中的表达量最高,而根中的表达量最低。     

小麦近等基因系TcLr19中TaABCF基因的克隆及表达分析

为了挖掘新的抗小麦叶锈病基因,以被无毒小麦叶锈菌诱导的TcLr19为研究对象,通过cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA ends,RACE)技术在TcLr19中克隆到抗病相关基因TaABCF,并对其进行表达分析。序列分析表明,TaABCF基因的DNA和cDNA序列长度分别为3 100bp和1 885bp,包含4个内含子和5个外显子,含有两个核苷酸结合域,具有WalkerA、WalkerB和WalkerC保守序列。系统发育分析表明,TaABCF基因与来自乌拉尔图小麦的EMS53714.1基因亲缘关系最近。实时荧光定量分析表明,TaABCF基因在小麦TcLr19与小麦叶锈菌FHPL非亲和互作前期表达提高,而在感病小麦Thatcher与小麦叶锈菌FHPL的亲和互作后期表达受抑制,且在脱落酸(ABA)和茉莉酸甲酯(MeJA)处理下的表达早于水杨酸(SA)处理,说明TaABCF基因参与小麦的抗叶锈反应,且对ABA和MeJA的响应要早于SA。     

干旱胁迫下甘蓝型油菜全基因组DNA甲基化分析

为实现油菜抗旱稳产，了解甘蓝型油菜DNA甲基化及其在干旱胁迫应答过程中可能起到的作用，分别以 抗旱和干旱敏感油菜品系为材料，利用扩增片段单核苷酸多态性和甲基化检测技术（AFSM）对其在干旱和复水处 理下的叶和根组织进行全基因组DNA甲基化分析。结果发现：两个材料在三个处理条件下共鉴定到22 157个甲基 化位点，以5mCCGG全甲基化位点为主，主要发生在基因的编码区，其次是启动子区。干旱胁迫诱导油菜全基因组 DNA甲基化水平的变化，不同材料组织之间存在差异。干旱胁迫诱导叶组织整体甲基化水平升高，根组织差异不 明显；复水处理导致叶组织整体甲基化水平下降，根组织的甲基化水平在两个材料间存在差异。差异甲基化位点 的基因主要参与光合作用，类囊体、核糖体、质体和核膜等细胞组成，转运及转运蛋白活性等分子生物学功能。