马尾松PmMADS13基因的克隆与表达分析

SOC1/TM3是MADS-box家族一员,它能介导多条开花途径的信号整合,从而调控开花的时间和花器官的发育。为了解SOC1类基因在马尾松生殖生长中的作用,从转录组测序结果中筛选到一条SOC1类同源基因,设计特异性引物,采用c DNA末端快速克隆(RACE)技术,获得该基因的全长cDNA序列为1 147 bp,包括666 bp的开放阅读框(ORF),共编码220个氨基酸,命名为PmMADS13。氨基酸序列比对分析表明,此蛋白包含典型的MADS-box和K-box结构域,C末端具有高度保守的SOC1 motif基序;进化树分析表明马尾松PmMADS13与油松的DAL9基因、辐射松的MADS9基因、火炬松的MADS13基因的亲缘关系最近,属于SOC1/TM3亚家族;RT-PCR分析显示,PmMADS13在马尾松生殖器官雌花、雄花中均有高表达,其次是茎端和针叶,在根部组织中的表达量最低。推测PmMADS13是参与马尾松成花的重要基因。     

马尾松RCA基因的克隆和序列分析

1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶(Rubis CO)活化酶(RCA)是体内活化光合作用限速酶—Rubis CO的重要酶。本研究通过反转录PCR和c DNA末端快速扩增技术,从马尾松中分离得到了Pmrca1(登录号KF420118)和Pmrca2(登录号KF420119)两条RCA基因c DNA序列。两条序列均包含完整的编码区与5'端和3'非翻译区,长度分别为1 816 bp和1 953 bp,编码Pm RCA1和Pm RCA2两个蛋白,长度分别为480和440个氨基酸。序列分析发现两个蛋白质都具有RCA和AAA+蛋白家族(ATPase associated with various cellular activities)特异性结构域和定位于叶绿体的转运肽,Pm RCA1还具有RCA大同工型特有的由两个半胱氨酸(Cys)残基组成的保守结构。多重序列比对显示,这两个蛋白质序列分别与红花槭的RCA大同工型和小同工型的相似性达到78%。将Pm RCA1和Pm RCA2与20种不同物种RCA构建进化树,发现其与地中海松属于同一分支。研究结果为进一步分析马尾松RCA的功能和光合作用机制奠定了基础。     

马尾松幼苗PmMADS4基因的克隆及表达分析

MADS-box家族基因编码的转录因子,在植物、动物及微生物的发育过程中起着重要调控作用,本研究从马尾松幼苗转录组测序结果中筛选到1条具有完整开放阅读框的MADS-box基因序列,设计特异性引物并克隆获得该基因,通过生物信息学方法分析该基因的序列特征、编码蛋白的理化特性、结构域以及进化关系等,并应用荧光定量PCR技术分析该基因在马尾松幼苗不同组织中的表达活性。结果表明,克隆得到的MADS-box基因开放阅读框为672 bp,命名为Pm MADS4。Pm MADS4编码223个氨基酸,含有MADS保守域和K-box次级保守域。蛋白质理论分子量为24854.15 kD,理论等电点为7.83;其蛋白质结构主要由大量的α-螺旋(58.74%)和大量随机卷曲(31.84%)构成;亚细胞预测该基因主要在细胞核(43.5%)、线粒体(17.4%)、高尔基体(13.0%)和细胞质(13.0%)中发挥生物学作用。系统进化分析显示,Pm MADS4属于MADS-box家族基因中MIKC型的GMADS分支。组织特异性表达分析发现,Pm MADS4在马尾松幼苗的顶芽和茎中高表达,表达量分别是根部的239倍和123倍;在根部、初生叶和针叶中的表达量相对较低,表明Pm MADS4可能广泛参与马尾松幼苗地上部分分生组织的发育过程。本研究结果为Pm MADS4基因在马尾松幼苗生长发育调控方面的深入研究提供了数据基础。     

马尾松PmCOMT基因的克隆及实时定量表达分析

在木质素生物合成里,咖啡酸-O-甲基转移酶(caffeic acid-O-methyltransferase, COMT)起重要作用。本论文以马尾松幼苗作为材料,并通过PCR技术以及RACE技术从马尾松材料中克隆出Pm COMT基因的cDNA全长。该cDNA全长为1660bp,其中预测完整ORF全长为1125bp,可编码374个氨基酸的蛋白。蛋白相对分子质量为41.81 kD;等电点(pI)为5.03,总平均亲水性为-0.311。通过生物信息学的方法对其进行分析表明,Pm COMT基因具有典型的甲基转移酶的保守结构域。通过实时荧光定量表达分析表明,COMT基因在马尾松的不同组织均有表达,其中在新梢中的表达量最高,树皮中表达量最低。     

马尾松体细胞胚胎发生相关基因PmSERKl的克隆与表达分析

体细胞胚胎发生不仅是植物微繁、种质保存的有效手段,同时也是研究高等植物胚胎发育和遗传转化的模式系统之一。本研究从马尾松未成熟合子胚诱导的胚性细胞团中成功克隆了体胚发生受体激酶基因PmSERK1。该基因全长2303bp,包含完整的开放阅读框,编码626个氨基酸,其蛋白分子量约为69kD。序列分析发现PmSERK1与其它植物的SERK基因高度同源。系统进化树重建表明,PmSERK1与已知参与体胚发生的关键SERK基因聚为一类,如MtSERK1、CuSERK1、AtSERK,和DcSERK。表达分析显示：PmSERK1在主要的组织器官（根、茎、针叶等）略有表达;但在诱导培养的非胚性愈伤中没有检测到表达,而在经继代培养的胚性愈伤中表达很高且逐渐增加,且在培养20d时达到最高。另外,在再生的子叶胚中,PmSERK1的表达量也很高。综上所述表明,PmSERK1是与体胚发生相关的关键SERK基因的直系同源基因,可以作为愈伤组织胚性的标记基因。     

马尾松PmSnRK2.3基因的克隆与实时荧光定量表达分析

蔗糖非发酵相关蛋白激酶在植物胁迫应答过程中起着重要的作用。本研究以拟南芥SnRK2基因家族为材料,检索本实验室马尾松转录组数据库,获得一条马尾松SnRK2基因,经同源比对命名其为PmSnRK2.3。PmSnRK2.3基因的ORF全长1 089 bp,编码362个氨基酸,蛋白相对分子质量为40.86 kD,理论等电点(p I)为4.96,总亲水性平均数为-0.330,预测该蛋白为亲水蛋白。生物信息学研究表明,PmSnRK2.3具有典型的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶保守结构域和多处磷酸化位点。另外,实时荧光定量结果表明SnRK2.3基因在马尾松中的表达存在组织差异性,在叶中表达量最高,根中最低;经过ABA和PEG胁迫后的马尾松幼苗PmSnRK2.3基因表达量总体高于对照组,并在24 h内表现出一定的波动。研究表明,SnRK2.3基因在出现干旱和ABA胁迫时表达量上调,很可能在马尾松抗旱性能方面起着一定的作用。     

马尾松体细胞胚胎发生相关基因PmSERK1的克隆与表达分析

体细胞胚胎发生不仅是植物微繁、种质保存的有效手段,同时也是研究高等植物胚胎发育和遗传转化的模式系统之一。本研究从马尾松未成熟合子胚诱导的胚性细胞团中成功克隆了体胚发生受体激酶基因PmSERK1。该基因全长2303bp,包含完整的开放阅读框,编码626个氨基酸,其蛋白分子量约为69kD。序列分析发现PmSERK1与其它植物的SERK基因高度同源。系统进化树重建表明,PmSERK1与已知参与体胚发生的关键SERK基因聚为一类,如MtSERK1、CuSERK1、AtSERK1和DcSERK。表达分析显示:PmSERK1在主要的组织器官(根、茎、针叶等)略有表达;但在诱导培养的非胚性愈伤中没有检测到表达,而在经继代培养的胚性愈伤中表达很高且逐渐增加,且在培养20d时达到最高。另外,在再生的子叶胚中,PmSERK1的表达量也很高。综上所述表明,PmSERK1是与体胚发生相关的关键SERK基因的直系同源基因,可以作为愈伤组织胚性的标记基因。     

马尾松纤维素合成酶基因PmCesA1的克隆及其分析

植物纤维素合成酶(Ces A)是林木中纤维素合成过程中的重要酶,与木材形成密切相关。本研究以马尾松嫩枝的总RNA反转录得到的c DNA为模板,利用反转录PCR和RACE技术克隆得到马尾松Ces A1基因的全长c DNA序列,命名为Pm Ces A1。序列长度为3 142 bp,包含有一个长为2 955 bp的开放阅读框(open reading frame,ORF),编码984个氨基酸。序列分析表明:Pm Ces A1序列与已报道的火炬松(Pinus taeda)Ces A1基因(AY789650.1)的相似性达99%。对Pm Ces A1所编码蛋白的氨基酸序列聚类分析,结果显示马尾松与松科植物具有较近的亲缘关系。采用实时定量PCR测定了Pm Ces A1在马尾松的嫩枝、叶和根中的表达量,发现以嫩枝中的表达量最高(2.53)。本研究获得的全长基因可以用来构建正义表达载体,再通过遗传转化得到转基因植株,可进一步分析该基因在植株内的表达情况和作用机制,为马尾松纤维素合酶的研究和获得高纤维得率的马尾松良种提供帮助。     

马尾松PmPIN2基因的克隆及实时定量分析

PIN2基因在植物生根机理中起关键作用,对马尾松PIN2基因进行研究,可为解决马尾松无性系生根困难、促根壮苗培育提供帮助。本研究以马尾松幼苗全株为试材,利用PCR技术和RACE技术克隆了马尾松PIN2基因全长,并通过相关软件和实时荧光定量进行生物信息学和组织特异性分析。结果发现PIN2基因全长3 706 bp,包括2 103 bp完整ORF序列,编码700个氨基酸。生物信息学分析表明,PIN2蛋白为疏水性蛋白,相对分子量76.43 k D,等电点(p I)为9.06,总亲水性平均数0.023,PmPIN2编码的蛋白与PIN家族具有同样典型结构域。实时荧光定量分析结果显示,PmPIN2基因在马尾松根、茎、叶、花中均有表达,其中根中的表达量最高,花中最低。PIN2基因是参与植物生根过程的重要基因,对马尾松PmPIN2基因的研究为PIN基因家族在生根机制方面的作用探究提供帮助。     

马尾松FLO/LFY基因的克隆及其功能分析

FLO/LFY及其同源基因是控制花分生组织形成和开花时间的基因之一。本研究通过反转录PCR克隆技术和cDNA末端快速扩增技术(RACE),从马尾松中分离得到了PmLFY和PmNLY两条FLO/LFY基因的cDNA序列。两条序列均包含完整的编码区与"5'端"和3'非翻译区,长度分别为1 555 bp和1 236 bp,对应的编码氨基酸长度是411 aa和310 aa。序列分析发现PmLFY和PmNLY两个蛋白均属FLO/LFY蛋白;分别有13和11个丝氨酸激酶位点。对PmLFY和PmNLY两个蛋白与其他物种的FLO/LFY蛋白构建进化树,发现PmLFY蛋白与辐射松最为接近,与加勒比松、挪威云杉等较为接近,属同一分支;PmNLY蛋白只存在于裸子植物之间,与辐射松,华山松等松科关系较近,但与PmLFY分化较明显;裸子植物之间LFY-like与NLY-like分化十分明显,裸子植物的NLY蛋白与被子植物的FLO/LFY更为接近。通过组织特异性分析发现,PmLFY和PmNLY主要集中在冬芽中表达,且在侧芽的表达量高于顶芽,分别相对于顶芽表达量的1.8和1.3倍。研究结果为进一步分析马尾松FLO/LFY的功能和开花作用机制奠定了基础。     

马尾松GGPPS基因与产脂力相关性分析

牻牛儿牻牛儿基焦磷酸合酶(GGPPS)是萜烯类物质合成的关键酶之一,推测与树脂合成能力相关。本研究根据马尾松GGPPS基因设计荧光定量引物,检测不同单株中基因表达水平,并与其产脂力进行相关性分析,结果显示两者相关系数为0.733,在0.01水平上显著相关。同时,将马尾松GGPPS基因的正义、反义片段分别转化拟南芥,检测发现转化正义片段的拟南芥植株中可检测到外源GGPPS基因表达,并且叶片中两种主要的二萜组分含量较野生型显著提高。转化反义片段的植株中,内源GGPPS基因表达则受到显著抑制,多种二萜组分含量显著降低。拟南芥转化结果说明GGPPS是二萜组分合成过程中的重要基因,并且马尾松GGPPS正义片段的转化能显著地促进二萜组分的合成。本研究结果为高产脂马尾松选育的分子辅助育种提供了有益的技术参考。     

马尾松PmTIR1基因的克隆及编码蛋白质的结构预测

TIR1(transport inhibitor response 1)基因在生长素信号转导途径中发挥重要作用。本研究采用PCR技术和RACE技术,利用Primer Premier5进行引物设计,从马尾松中克隆出TIR1基因的全长c DNA序列,命名为Pm TIR1。此c DNA全长2 446 bp,包括1 725 bp完整的ORF,能够编码含有574个氨基酸的蛋白,此蛋白相对分子质量为64 240.3 u,等电点为6.76。利用Clustal X、ANTHEPROT和DNAMAN等软件分析Pm TIR1序列及其编码的氨基酸序列,结果表明:马尾松Pm TIR1蛋白氨基酸序列与火距松TIR1蛋白同源性高达99%,Pm TIR1蛋白含有F-box结构域和多个LRR结构域;Pm TIR1蛋白的F-box结构域可能与SCFTIR1中SKP1结合,它符合F-box家族的特点。利用实时定量技术得知Pm TIR1在马尾松嫩根、嫩茎、嫩叶中都有表达,在嫩叶中表达量最高、嫩根中次之、嫩茎中最低。本研究可为生长素调控马尾松生长发育相关机理提供理论依据。     

香蕉MaCSase基因的克隆和表达分析

旨在克隆香蕉(Musa acuminata L. AAA group cv. Brazilian)半胱氨酸合成酶(cysteine synthase, CSase)基因,并进行序列特征、器官表达特异性和逆境胁迫下表达特性分析。通过对香蕉根的cDNA文库的测序和分析,获得了一段香蕉半胱氨酸合成酶基因的片段,运用RACE扩增技术获得基因全长,命名为MaCSase,并进行序列分析,最后利用荧光定量PCR技术分析该基因在香蕉不同器官中的表达特异性及在外源胁迫下的表达特性。序列分析显示,该基因全长1367 bp,存在1个完整的开放阅读框1065 bp,编码355个氨基酸。通过和已知植物的半胱氨酸合成酶基因相比,同源性达到79%以上。其中与水稻、苜蓿、葱、玉米的CSase编码的氨基酸序列的同源性分别为86%、85%、84%、84%,器官特异性分析表明,MaCSase在香蕉的根、球茎、叶片、花和果实中均有所表达,其中在球茎中表达量最高。通过对其在高盐胁迫下的表达分析显示,该基因在香蕉根中的表达随着处理时间的增加呈现上升趋势,在胁迫6 h时被大量诱导。     

马尾松转录组测序和分析

本研究首次构建了马尾松均一化cDNA文库,采用Illumina高通量测序技术对转录组进行了测序,利用生物信息学方法开展基因表达谱的研究、功能基因的预测。EST序列拼接获得83680个contig,其中33772个contig被注释为相应的331669对生物学功能,10647个contig被注释具有酶功能。根据KEGGpathway数据库,对马尾松转录组的contig进行Pathway生物学通路的注释和预测,共识别出10647个contig具有对应的1029种酶功能,并关联到135条生物学通路。SSR查找发现,从83680个contig中找到889个SSR位点,占contig总数的比例为1.06%。其中,三核苷酸重复所占比例最高,达到48.37%,其次是六核苷酸重复,为19.12%,比例最低的是四核苷酸重复,仅为4.72%,二核苷酸重复和五核苷酸重复基本相同,分别为14.62%和13.16%。SSR不同重复基元类型中,出现频率最高的为AT/AT,其次是AGC/CTG和AAG/CTT。     

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...     

陆地棉GhDAHP基因的克隆与表达分析

棉花黄萎病是制约棉花产业健康发展的一种重要病害,在生产上未发现有效的根治办法,使用现代基因工程技术,从基因库中挖掘抗黄萎病相关基因,为棉花抗黄萎病育种工作的提供理论基础。本研究根据在GenBank中检索到抗黄萎病基因SDAHP(GU479467,1,3-脱氧-阿拉伯庚酮糖-7-磷酸合成酶),从陆地棉基因组数据库中检索到3个同源基因(NM_016893351.1,XM_016849738.1和XM_0168151150.1),根据3个同源基因核苷酸序列设计引物,以陆地棉cDNA为模板进行克隆,获得3个目的基因,依次命名为GhDAHP-1、GhDAHP-2和GhDAHP-3。利用ProtParam和Prot Scale等在线软件对目的基因进行生物信息学分析;RT-PCR分析黄萎病菌诱导后目的基因在陆地棉叶片中的表达量。结果表明:GhDAHP-1序列全长1983 bp,氨基酸总数为539,分子质量约59.45378 kD,理论等电点pI为8.7;GhDAHP-2序列全长1832 bp,氨基酸总数516,分子质量约57.02998 kD,理论等电点pI为7.68;GhDAHP-3序列全长1652 bp,氨基酸总数517,分子质量约56.95491 kD,理论等电点pI为8.52。系统进化树分析,GhDAHP与雷蒙德氏棉(Gossypium raimindii)、木本棉(Gossypium arboreum)的亲缘关系最近。棉花叶片在黄萎病菌的处理下,GhDAHP基因表达量呈现先升高后降低的趋势,推测受到黄萎病诱导后,GhDAHP基因可能参与了黄萎病菌侵染的防卫过程。     

棉花GhbHLH基因的克隆与表达分析

bHLH(basic helix-loop-helix,bHLH)家族基因在植物生长发育和非生物胁迫应答中发挥着重要的作用。本研究从前期构建的棉花cDNA文库中发掘得到一个新的GhbHLH基因,该基因开放阅读框全长600 bp,编码199个氨基酸,序列分析表明,该基因具有典型的helix-loop-helix结构域。荧光定量PCR表明,GhbHLH在棉花根、茎、叶和纤维中均有表达,并且能够受高盐、PEG、低温、ABA和Me JA等的诱导表达,亚细胞定位结果表明,GhbHLH在细胞核内表达。推测该基因可能作为调控因子在棉花非生物胁迫应答中发挥作用。     

矮牵牛DFR-A基因的克隆与表达分析

通过分离矮牵牛DFR-A基因,研究其在不同部位的表达规律和酶活性变化,为花色素苷合成的结构基因分离及其他研究奠定基础。基于已公布的矮牵牛DFR序列,直接从矮牵牛花瓣中分离了DFRA基因序列,利用实时荧光定量PCR技术研究其在不同器官中的表达特性,同时测定了不同器官中的DFR酶活性。（1）矮牵牛DFR-A基因cDNA序列为1473 bp,该基因最大开放阅读框为1143 bp,编码380个氨基酸。（2）DFR-A基因在矮牵牛各种器官中均有表达,但不同组织中表达量存在差异,在花药中的表达量最高,其次是初开和盛开花瓣中,各期花蕾中的表达量都较低,而在叶中表达量最低。（3）DFR酶在叶片及花药中几乎无活性。在初开花瓣中达到最高峰。（4）除花药以外的部位,DFR酶活性与DFR mRNA浓度存在线性相关性。矮牵牛DFR酶活性主要受转录调控,活性在初开花瓣中最高。     

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。     

芒果GGPPS基因的克隆与表达分析

在植物中,异戊烯焦磷酸(GGPP)是赤霉素、胡萝卜素、叶绿素等异戊二烯类化合物的公共前体物质。从芒果栽培品种贵妃芒的新鲜叶片中提取DNA和RNA,根据转录组测序拼接结果设计引物扩增得到香叶基香叶基焦磷酸合成酶基因(Min GGPPS1)。通过测序、多重比对和聚类分析,证实该片段属于GGPPS的全长基因并且为最大的ORF,全长为1 100 bp。与芒果Min GPS2(AFJ52722.1)氨基酸序列同源性为92%。蛋白质序列分析表明该序列含有两个DDx_(2-4)D保守基元(FARM和SARM)基元和一个Cxxx C基元。我们选取了拟南芥中12个GGPPS基因、2个FPPS基因、2个SPPS基因、一个GPS基因及其他物种的相关基因,通过聚类分析表明,Min GGPPS1属于香叶基香叶基焦磷酸合成酶大亚基。表达分析表明:Min GGPPS1在叶片中表达量最高,茎部表达量最低,青果果皮和成熟果果皮中表达量相似,在成熟果肉中的表达量大约是青果果肉表达量的5倍,暗示Min GGPPS1具有调控果肉后熟的功能。