巴西橡胶树中碱性转化酶HbNINa基因的克隆和表达模式分析

检索橡胶树EST和基因组数据库,发现了1个在叶片中高丰度表达的中碱性转化酶基因.采用RT-PCR和RACE技术获得了该基因的cDNA和基因组序列,命名为Hb NINa.序列分析结果显示,HbNINa基因cDNA序列的编码区(CDS)序列长度为1 719 bp,对应的基因组序列为3 696 bp.序列分析表明,该基因编码571个氨基酸多肽,推测其分子量大小为65.7 ku,等电点为6.36.HbNINa蛋白包含植物中碱性转化酶的全部保守结构域.基因组结构分析显示Hb NINa基因包含4个外显子和3个内含子.QPCR分析结果表明,HbNINa基因在在胶乳中表达水平极低,而在其他组织如树皮、树叶和雌花中的表达丰度相对较高.在叶片发育过程中,Hb NINa在叶片发育的初期高丰度表达,推测HbNINa可能参与叶片蔗糖利用,进而在橡胶树叶片发育过程中起重要作用.     

巴西橡胶树磷酸蔗糖磷酸化酶基因的克隆和表达模式分析

蔗糖是橡胶生物合成的主要碳源,而磷酸蔗糖磷酸化酶(SPP)是蔗糖合成最后步骤的关键酶,克隆橡胶树SPP家族基因并研究其表达特性,将有助于揭示橡胶树中蔗糖合成代谢的分子调控.本研究利用拟南芥和杨树的SPP氨基酸序列为探针,搜索橡胶树EST和基因组数据库,并设计引物进行PCR扩增,得到1个橡胶树SPP基因的cDNA和基因组序列,命名为HbSPP1.序列分析显示,HbSPP1基因组含有8个外显子、7个内含子,其cDNA序列的编码区(CDS)为1278 bp,编码424个氨基酸,蛋白分子量为48.1 ku,等电点为6.02.进化上,HbSPP1基因与杨树SPP基因的亲源关系比拟南芥要近.组织特异性表达分析发现,HbSPP1在叶片中的表达丰度最高.另外,在叶片不同发育阶段中,HbSPP1在稳定期叶片中的表达明显低于幼期叶片.     

巴西橡胶树葡萄糖/核糖醇脱氢酶基因的克隆和表达分析

割胶显著刺激新开割橡胶树胶乳产量,前期的比较蛋白质组学的研究中,已通过双向电泳的方法分离到一个随割胶下调的葡萄糖/核糖醇脱氢酶(GRDH,glucose/ribitol dehydrogenase)。通过搜索本实验室的橡胶树EST数据库和PCR扩增得到该蛋白点对应的全长c DNA序列并命名为Hb GRDH1。序列分析显示,c DNA的编码序列(CDS)为882 bp,推测编码294个aa,分子量大小为32.2 ku,等电点为5.18,基因组序列包含4个外显子和3个内含子。通过Realtime PCR和Solexa高通量转录组测序分析发现,Hb GRDH1主要在胶乳和雌花中表达,在叶片发育稳定期呈现明显的下调表达趋势;在新开割树胶乳中,前4刀该基因表达变化不明显,而第5刀开始呈现上调表达趋势;在胶乳中,乙烯利处理对该基因表达前12 h无明显影响,在24 h时呈明显的下调表达。本研究结果有助于进一步阐明橡胶树中Hb GRDH1基因的功能,特别是其参与橡胶树胶乳再生调控的分子机理。     

巴西橡胶树SUMO活化酶基因HbSAE1的克隆及表达

根据一个从巴西橡胶树胶乳cDNA文库中获得的EST片段的序列设计引物,通过RACE的方法获得了橡胶树编码SUMO活化酶(SUMO-activating enzyme,SAE)的cDNA,命名为HbSAE1。序列分析结果表明HbSAE1长为2 411 bp,含有1917 bp的阅读框,214 bp的5'-UTR和280 bp的3'-UTR,编码638个氨基酸,分子量为70.79 ku,等电点为5.41。半定量RT-PCR分析结果表明HbSAE1基因在花、树皮、叶、胶乳中均有表达,其中在胶乳中表达量最高。     

乙烯利诱导橡胶树胶乳cDNA消减文库的构建

为解析乙烯利刺激巴西橡胶树橡胶增产的分子机制,应用抑制性消减杂交技术(suppression subtractive hybridization,SSH)成功构建了乙烯利刺激条件下橡胶树胶乳与未处理橡胶树胶乳差异表达的cDNA消减文库。经蓝、白斑筛选,共得到了118个阳性克隆。菌落PCR分析结果表明,92%左右的阳性克隆含有大小200～500bp的插入片段。随机选取25个克隆进行了测序,并用基因检索工具(Genbank)对获得的EST进行了Blastx分析,结果表明,5个EST属于无任何序列线索的未知序列,6个属于未知功能的推测蛋白基因,2个属于未知功能的蛋白基因,3个与已知功能基因具有较高的同源性。应用半定量PCR技术,对编号203片段进行的表达分析结果表明,该片段为乙烯利诱导特异表达基因,在乙烯利处理后24h范围内随处理时间的增加而表达量增强,叶片中没有检测到该基因的表达。     

巴西橡胶树HbHEX1基因的克隆及表达分析

根据一个巴西橡树胶乳cDNA文库中的EST片段的序列信息设计引物,通过RACE的方法获得了橡胶树编码homeobox蛋白的cDNA(命名为HbHEX1)。序列分析结果表明,HbHEX1长为1612bp,含有873bp的阅读框,292bp的5'-UTR和447bp的3'-UTR,编码290个氨基酸,分子量为33.02KD,等电点为6.35,含有保守的homomeodomain,属于HD-ZIP类。该氨基酸序列与蓖麻、马铃薯、胡萝卜的同源异型盒蛋白的同源性分别为92%、77%和72%。半定量RT-PCR分析结果表明HbHEX1基因在花和愈伤组织中基本上没有表达,在体细胞胚、芽、叶、胶乳和树皮中有表达,其中在胶乳中表达量最高。     

橡胶树5-烯醇式丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶基因的克隆及其响应非生物胁迫的表达分析

5-烯醇式丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶(EPSPs)是植物合成芳香族氨基酸的一个重要酶,与许多抗逆相关的次生代谢物的合成有关.本研究利用RACE技术从橡胶树热研7-33-97中获得了全长为2025 bp的HbEPSPS基因cDNA序列,开放阅读框为1572 bp,编码523个氨基酸;使用ProtParam tool预测该基因编码的蛋白质分子量为56.01u,等电点(pI)为7.91.该基因由8个外显子和7个内含子构成,全长4600 bp.实时荧光定量PCR结果表明,HbEPSPS基因在橡胶树叶片、皮、花、胶乳和胚中均表达,其中以叶片中的表达量为最高.激素、干旱、盐和低温等非生物胁迫都能诱导HbEPSPS基因表达量上调,其中茉莉酸甲酯、乙烯和PEG的上调作用最为显著.橡胶树HbEPSPS基因的克隆及其在非生物胁迫下的表达调控研究将为橡胶树抗逆相关的研究提供理论依据.     

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。     

橡胶树α-维管蛋白基因HbTUA1的克隆及表达分析

利用橡胶树胶乳EST文库克隆到一个TUA基因,命名为HbTUA1（GenBank登录号：KC333454）。该基因cDNA全长1 580 bp,其中5′UTR长45 bp,3′UTR长167 bp,编码区长1 368 bp,编码449个氨基酸。HbTUA1蛋白具有TUA类蛋白保守的GTP结合域。荧光定量PCR分析显示,HbTUA1基因在橡胶树胶乳中的表达量最高,其次是树皮和芽,而在种子和叶片中的表达量最低;在胶乳中,HbTUA1基因的表达显著受割胶和伤害诱导,在不同死皮程度的橡胶树中也存在明显差异。初步表明HbTUA1基因可能参与橡胶树胶乳再生与胁迫应答调控。     

茉莉酸刺激的橡胶树胶乳cDNA消减文库的构建及其序列分析

采用抑制性消减杂交(suppression subtractive hybridization,SSH)技术,构建了外源茉莉酸刺激条件下橡胶树胶乳与未处理橡胶树胶乳差异表达的cDNA消减文库,经蓝白斑筛选共得到121个含有插入片段的阳性克隆。通过菌落PCR的方法分别对阳性克隆的插入片段进行扩增,结果表明,95％左右阳性克隆插入片段的大小在200-600 bp之间。随机选取25个克隆进行测序,并对所得的25条表达序列标签(EST)序列用Blastn(基本局域联配搜寻工具)检索基因文库(genbank),其中10条EST片断可找到碱基序列相似性大于80％以上的同源基因序列,其余15条EST为没有任何功能线索的未知序列。外源茉莉酸刺激条件下橡胶树胶乳cDNA消减文库的构建和在此基础上克隆橡胶树胶乳中JA信号的候选应激基因,将为开展茉莉酸调控橡胶树胶乳代谢和橡胶生物合成的分子机理研究打下基础。     

木薯蔗糖合酶(SuSy)基因的表达分析及SuSy1和SuSy4编码序列的克隆

依据拟南芥6个蔗糖合酶基因序列搜索木薯基因组数据库,获得了6个木薯蔗糖合酶基因亚型。将6个木薯蔗糖合酶基因亚型的外显子-内含子结构进行分析,结合其它物种蔗糖合酶基因的氨基酸序列构建进化树,将木薯蔗糖合酶基因可分为三类,分别为Su Sy1/Su Sy4,Su Sy2/Su Sy3和Su Sy5/Su Sy6。以木薯KU50的功能叶和5个不同时期块根的RNA为模板,利用RT-PCR的方法对蔗糖合酶基因家族进行表达分析,确定了Su Sy1和Su Sy4高表达的亚型,克隆并获得了Su Sy1和Su Sy4基因的编码区序列,对获得的序列进行同源性和功能结构域分析表明,2条序列的氨基酸同源性为97%,并且有相同的功能结构域。     

缺磷条件下蔗糖对水稻磷素吸收利用起重要作用

 研究了水稻缺磷条件下蔗糖对其生长、磷素吸收利用的影响。结果表明,外加蔗糖可以提高水稻缺磷条件下的生物量,可以促进水稻缺磷条件下的磷素吸收;利用磷转运蛋白基因OsPT2启动子+ GUS报告基因转基因水稻材料,进一步探讨了蔗糖在水稻缺磷条件下促进磷素吸收利用的分子机理。结果表明,水稻磷转运蛋白OsPT2参与了蔗糖促进缺磷水稻的磷素吸收与转运。     

巴西橡胶树一个新的法尼基焦磷酸合酶基因的克隆及表达分析

利用同源克隆的方法在橡胶树中获得一个新的法尼基焦磷酸合酶基因,命名为Hb FPS2。序列分析显示,Hb FPS2基因组序列长4 171 bp,由12个外显子和11个内含子组成,c DNA全长1 288 bp,包含1 029 bp的开放阅读框、105 bp的5′-UTR和154 bp的3′-UTR,编码342个氨基酸,推测分子量为39.6 ku,等电点为5.27。氨基酸序列比对显示,Hb FPS2具有FPS家族保守的5个结构域。进化分析结果表明,Hb FPS2和Hb FPS1亲缘关系最近,与大戟科的蓖麻、大戟、麻风树法尼基焦磷酸合酶聚为一个亚类。定量PCR结果表明,Hb FPS2在橡胶树根、树皮、叶、花和胶乳等组织中均有表达,在花和胶乳中表达量较高,在根中表达量最低;茉莉酸和乙烯处理均能提高Hb FPS2基因的表达量,处理9 h时基因表达量分别提高了36倍和8倍。结果为分析法尼基焦磷酸合酶基因表达特性及其在天然橡胶生物合成途径中的作用机制奠定基础。     

Polyphosphate Accelerates Transformation of Nonstructural Carbohydrates to Improve Growth of ppk-Expressing Transgenic Rice in Phosphorus Deficiency Culture

Crop yield and quality are often limited by the amount of phosphate fertilizer added to infertile soils, a key limiting factor for sustainable development in modern agriculture. The polyphosphate kinase(ppk) gene-expressing transgenic rice with a single-copy line(ETRS) is constructed to improve phosphate fertilizer utilization efficiency for phosphorus resource conservation. To investigate the potential mechanisms of the increased biomass in ETRS in low phosphate culture, ETRS was cultivated in ...     

Transformation of Sucrose to Starch and Protein in Rice Leaves and Grains under Two Establishment Methods

Six rice varieties, PR120, PR116, Feng Ai Zan, PR115, PAU201 and Punjab Mehak 1 were raised under aerobic and transplanting conditions to assess the effects of planting conditions on sucrose metabolising enzymes in relation to the transformation of free sugars to starch and protein in flag leaves and grains. Activities of sucrose synthase, sucrose phosphate synthase and acid invertase increased till flowering stage in leaves and mid-milky stage(14 d after flowering) in grains and thereafter declined in concomitant with the contents of reducing sugar. Under aerobic conditions, the activities of acid invertase and sucrose synthase(cleavage) significantly decreased in conjunction with the decrease in non-reducing sugars and starch content in all the varieties. Disruption of starch biosynthesis under the influence of aerobic conditions in both leaves and grains and the higher build up of sugars possibly resulted in their favoured utilization in nitrogen metabolism. Feng Ai Zan, PR115 and PR120 maintained higher levels of sucrose synthase enzymes in grains and leaves and contents of metabolites(amino acid, protein and non-reducing sugar) under aerobic conditions, while PR116, Punjab Mehak 1 and PAU201 performed better under transplanting conditions, thus showing their adaptation to environmental stress. Yield gap between aerobic and transplanting rice is attributed primarily to the difference in sink activity and strength. Overall, it appear that up-regulation of sucrose synthase(synthesis) and sucrose phosphate synthase under aerobic conditions might be responsible in enhancing growth and productivity of rice varieties.     

强割对不同排胶特性的橡胶树品系胶乳生理生化参数的影响

以不同排胶特性的巴西橡胶树 PR107 和 CATAS 8-79 无性系的成龄树为材料，研究强割处理对胶乳中橡胶生 物合成相关生理参数和基因表达的影响。结果表明，强割处理的 PR107 和 CATAS 8-79 品系的胶乳中，HblMYC1 基因 表达量均呈现先上升后降低的模式，且在强割第 3~4 刀时达最大值，后期的 HblMYC1 基因表达量低于初始水平。胶乳 干胶含量的变化趋势与 HblMYC1 基因表达量的趋势一致，而排胶时间、胶乳产量和干胶产量这 3 个生理参数也呈现先 上升后降低的趋势，但在强割的第 5~6 刀时达才到最大值，后期恢复到初始水平。对强割处理胶乳中的各项生理参数 及 HblMYC1 基因表达量进行相关性分析，发现 PR107 品系的胶乳产量、干胶含量与干胶产量三者间均呈极显著正相关， 干胶含量与 HblMYC1 基因表达呈极显著正相关；CATAS 8-79 品系的排胶时间与胶乳产量呈极显著正相关，排胶时间、 胶乳产量、干胶含量三者与干胶产量呈极显著正相关。研究结果表明，在强割条件下的胶乳生理参数和 HblMYC1 基因 表达量之间存在相关性，且能够更快速反映出橡胶树品系的橡胶生物合成特性，为利用分子生物学技术指导制定适宜 的橡胶树割胶制度提供理论依据。     

施氮量对花生叶片蔗糖代谢及产量的影响

以花生品种花育17为材料，在大田高产栽培条件下，研究了不同施氮量对花生叶片蔗糖代谢及产量的影响。结果表明：施氮对花生叶片蔗糖合成具有调节作用，适量施氮有利于提高磷酸蔗糖合成酶和蔗糖合成酶活性，促进叶片蔗糖合成；在一定施氮量范围内，增加氮肥用量，能提高花生产量各构成因素的水平，从而提高荚果产量。但过量施氮，产量各构成因素水平下降，经济系数显著降低，荚果产量降低。由本文得知：花生高产的最适施氮量为157.8 kg/hm2左右。     

橡胶树 HMGS 编码基因的分离鉴定

羟甲基戊二酸单酰辅酶 A 合成酶（HMGS）将乙酰辅酶 A 转化为羟甲基戊二酸单酰辅酶 A,是甲羟戊酸代谢 途径的限速酶之一。本研究从橡胶树热研 879 和热研 7-33-97 品系的胶乳中分离出 HbHMGS1 和 HbHMGS2 基因。相比 HbHMGS1 基因在胶乳和树皮中的共表达模式,胶乳中高丰度表达的 HbHMGS2 基因可能是乳管细胞中参与天然橡胶合 成的主效基因,而 HbHMGS1 是功能冗余基因。HbHMGS2 基因在橡胶树高产品系热研 879 胶乳中的表达量亦高于测序 品系热研 7-33-97,表明 HbHMGS2 基因的高水平表达可能有助于橡胶的合成。其上游启动子的顺式作用元件差异可能 与该基因在热研 879 和热研 7-33-97 的差异表达有关。HbHMGS2 基因的转录亦受茉莉酸诱导,可能参与了茉莉酸信号 调控天然橡胶的合成过程。HbHMGS2 基因在大肠杆菌中成功表达为后续研究该基因的功能、利用该基因生产活性物质 提供新的基因资源。