谷子脂转移蛋白cDNA的克隆及特性研究

摘要：首次报道了从谷子(Stetaria italica )未成熟种子cDNA文库中克隆到1个与其它物种脂转移蛋白（LTP）具有较高同源性的脂转移蛋白基因Siltp。将核苷酸序列和推断的氨基酸序列在GenBank中进行比较，发现Siltp与大麦脂转移蛋白LTP7a2b和LTPcw-19,玉米脂转移蛋白，欧洲油菜的脂转移蛋白基因的核苷酸序列的同源性分别为72%,70%,60%,54%；氨基酸序列的同源性分别为79%,73%，65%，57%。序列分析表明，编码区含363个碱基 ，编码121个氨基酸，其中包括26个氨基酸的信号肽序列，分子量为9.3 kD。基因组Southern杂交结果表明，Siltp在基因组中以单拷贝存在。Northern杂交研究Siltp的时空表达特异性，发现Siltp仅在茎、叶、穗中表达。利用软件PAUP对17种植物的LTP进行进化分析，从进化系统树可以看出LTP有4个分支，其中，小麦发生分化较早，其它几种单子叶植物如玉米、谷子、大麦和水稻分化较晚，说明发生了早期的基因复制事件。在整个系统图中，双子叶比较分散，说明LTP基因的进化是个复杂的过程；禾本科作物的脂转移蛋白基因是由一个原始基因分化而产生的不同分支，Siltp与大麦LTP亲缘关系最近。     

胚柄特异性表达顺式元件结合蛋白酵母单杂交文库的构建

旨在构建酵母单杂交文库用于筛选与胚柄特异基因G564启动子顺式元件结合的转录因子。本研究根据植物胚柄特异表达基因G564启动子关键序列(GAAAAGCGAA)合成了5次串联重复序列,并与报告质粒pHIS2.1连接构建诱饵载体pHIS2.1-G564-5A;以纯化的拟南芥(Arabidopsis thaliana)幼嫩种子mRNA为模板,合成SMARTTMⅢ和CDSⅢ锚定末端dscDNA;并将dscDNA与线性化融合表达载体pGADT7-Rec2以及诱饵载体pHIS2.1-G564-5A共转化到酵母Y187,构建酵母单杂交文库。文库的共转化效率为5.53×105cfu/μg。对文库中的阳性克隆进行测序,获得117条可读序列。对其进行基因功能注释并进一步分析基因的功能发现,具有DNA结合功能的蛋白14个,具有蛋白质结合功能的蛋白8个。上述22个蛋白包括TATA结合蛋白1(TBP1),支架结构相关区(SAR)DNA-结合蛋白,胚珠发育蛋白,G-box结合因子1(GBF1),组蛋白H3等。本研究为分离和克隆胚柄中特异表达的转录因子提供了候选基因。     

谷子SiPSY1基因与米色形成相关性分析

为明确谷子八氢番茄红素合成酶基因与谷子米色形成的相关性,本研究从黄色和白色2种不同米色谷子中克隆出SiPSY1基因的cDNA全长序列,并进行生物信息学分析,同时,利用实时荧光定量PCR方法检测该基因在谷子米色形成过程中的表达模式。结果表明,SiPSY1基因编码序列(CDS)全长为1 248 bp,共编码415个氨基酸。SiPSY1蛋白的理论分子量为46.866 kDa,等电点为8.97,为不稳定亲水性蛋白。该蛋白的二级结构由α螺旋(57.35%)、不规则卷曲(29.64%)、延伸链结构(9.88%)和β转角(3.13%)四种结构组成。SiPSY1蛋白与玉米ZmPSY1的同源性较高,二者的亲缘关系较近。在谷子米色形成的初期和中期,黄色米色品种籽粒中SiPSY1基因的表达水平显著高于白色米色品种,而在米色形成后期,该基因在白色米色品种中的表达水平显著提高,并高于在黄色米色品种中的表达水平。随着籽粒成熟米色的形成,SiPSY1基因在黄色米色品种七月黄中的表达量呈先上升后显著下降的趋势,在白色米色品种中呈逐渐上升的趋势。通过对SiPSY1基因结构和表达特性的分析,初步推测谷子米色差异及形成与SiPSY1基因结构无关,而与基因的表达特性有一定的相关性。本研究结果为进一步阐明SiPSY1基因的功能以及谷子米色形成的分子机制奠定了基础。     

番茄中一个LSm1蛋白同源基因LeLSm1的克隆及表达分析

从番茄品种超级大明星中克隆LSm1蛋白同源基因LeLSm1。LeLSm1基因全长cDNA共有1 038个核苷酸,包含一个387个核苷酸的编码区,以及318个核苷酸的5′非编码区和333个核苷酸的3′非编码区,编码一个含128个氨基酸的蛋白质,分子质量为14.5 ku,等电点为4.94。LeLSm1编码的氨基酸序列包含LSm1蛋白的保守功能域,与截形苜蓿、拟南芥和水稻等植物的类似LSm蛋白具有高度的同源性,在氨基酸水平上的一致性依次为82.8%、82.0%和72.1%。用PCR方法克隆了LeLSm1基因,其全长转录区共4 751 bp,其中包含5个外显子和4个内含子。Southern杂交结果显示,LeLSm1是单拷贝基因。半定量RT-PCR分析表明,LeLSm1在番茄五叶期和结果期的根、茎、叶以及花和果实中均有表达,且表达量无明显差异,是一个组成型表达基因。     

谷子CIPK基因(Seita.5G145900)对非生物逆境的响应

在谷子基因组中鉴定出一个CIPK(Seita.5G145900,命名为SiCIPK19)基因。为揭示SiCIPK19对逆境胁迫的响应,对其基因结构、蛋白特征、功能、进化等性状进行了系统的分析和预测,并用实时定量PCR(RT-qPCR)检测了其在谷子苗期不同逆境及关键生育期干旱胁迫下的表达。结果表明,SiCIPK19基因位于谷子5号染色体,基因组序列长1 353 bp,编码450个氨基酸,基因无可变剪切,且不含内含子。功能域分析和多序列比对发现,SiCIPK19蛋白具有非常保守的序列结构,与其他植物CIPK蛋白也非常相似。RT-qPCR分析表明,SiCIPK19基因被聚乙二醇6000(PEG 6000)、ABA、高盐和低温胁迫强烈诱导。此外,SiCIPK19基因在谷子拔节期、抽穗期和灌浆期干旱条件下参与了对干旱胁迫的响应,推测该基因参与谷子对非生物逆境的应答,尤其在抽穗期和灌浆期干旱胁迫应答中发挥重要作用。本研究结果为进一步分析CIPK基因逆境应答机制,以及利用基因工程方法改善谷子抗逆性和提高产量提供了理论支持。     

高赖氨酸蛋白基因SBgLR的克隆及其对提高玉米种子中蛋白质和赖氨酸含量的作用

从马铃薯(Solarium tuberosum L．)中克隆的SBgLR基因由3个外显子和2个内含子组成，编码211个氨基酸，其赖氨酸重量比为18．93％，是一个天然存在的高赖氨酸蛋白基因。构建了两个含SBgLR基因组DNA的植物表达载体，用基因枪转化法将其导入玉米(Zea mays L．)的胚性愈伤组织，经PCR、点杂交和Southern blot检测，表明外源基因已整合到玉米的基因组中，并稳定地遗传至下一代。通过检测R1转基因玉米种子的蛋白质和赖氨酸含量发现，96．7％的植株蛋白质的含量都提高，提高幅度为5．4％～58．1％；93．3％的植株赖氨酸含量也有提高，提高幅度为3．2％～54．8％。R2植株种子中97．2％的植株蛋白质和赖氨酸含量都有提高，提高幅度分别为19．2％～55．1％和3．2％～51．6％，得到6个蛋白质和赖氨酸均提高30％以上的株系。实验结果表明SBgLR基因可以提高玉米种子中的蛋白质和赖氨酸含量。     

谷子SBP蛋白基因家族的鉴定及表达分析

为了深入分析SBP基因家族在谷子中的功能作用,本研究在谷子全基因组水平,通过NCBI blast及HMMER search等生物信息学方法进行了谷子SBP基因家族鉴定,分析了SBP蛋白理化性质及系统发育,利用RT-qPCR分析了谷子SBP基因在PEG和ABA胁迫下的表达情况。结果表明,谷子SBP基因家族有19个成员,位于9条染色体上,编码的氨基酸序列长度为199~1 118 aa。谷子SBP蛋白系统发育树结果显示,该蛋白家族可分为两大类:第一类分为六个亚类,第二类仅有一个SBP蛋白。谷子SBP蛋白家族成员的外显子数从2~11个不等,且均为亲水性蛋白。亚细胞定位预测结果显示,除SBP7外,所有的SBP蛋白在细胞核中均有信号。谷子SBP蛋白与拟南芥SBP蛋白在进化关系上较远,而与高粱、水稻SBP蛋白进化关系较近。谷子SBP基因家族启动子区域的顺式作用元件主要为植物激素、干旱、光照及病原菌、创伤类的响应元件。RT-qPCR分析结果显示,PEG和ABA胁迫诱导下,SBP基因在叶和茎中的表达均上调,表达量增幅表现为:叶>茎。PEG胁迫后SBP基因的表达增长量显著高于外源ABA诱导;其中,SiSBP13的表达量增幅最大,PEG胁迫4 h叶和茎中的表达量分别达到未胁迫时的180倍和15倍,ABA诱导4 h茎中的表达量最高达到未胁迫时的8倍,而叶中的表达量持续升高,24 h时达到未胁迫时的28倍。本研究为下一步深入研究SiSBPs基因在谷子生长发育阶段中的功能奠定了基础,也为谷子功能基因的挖掘利用提供了候选基因。     

酵母单杂交方法初步鉴定甘蔗SPSⅢ启动子区域调控序列

蔗糖磷酸合成酶(SPS,EC 2.4.1.14)是植物糖分积累的关键酶基因,在甘蔗中其家族成员SPSⅢ在成熟蔗茎中表达量高,是禾本科作物的特异成员.本研究应用酵母在甘蔗中单杂交系统,筛选SPSⅢ5’侧翼-1410～-1181 bp的光响应元件ATCT-motif和分生组织特异性元件CAT-box的调控序列,获得了54个含有cDNA片段的文库质粒,测序分析显示,14个cDNA序列为非重复性.NCBI的Blast同源性结果显示,除E1-3、E9-1和E0-3外,其余克隆都与甘蔗(Sacharum spp.)近缘物种的蛋白有很高的同源性,达到90％以上.通过SMART和SBASE,对推演的氨基酸序列进行蛋白质功能结构域预测与分析,显示编号为E0-3、E2-3、F2-1、F4-2和G8-2的5个克隆对应的氨基酸序列具有转录因子特征结构域.研究结果为分离调控SPSⅢ基因表达的转录因子提供了候选基因.     

水稻簇生穗控制基因ts的定位及育种利用研究

从水稻(Oryza sativa L.)育种材料广恢128、粳稻Kitaake、蜀恢955和蜀恢881的复合杂交F2群体中发现了一个簇生穗突变体,该突变体命名为TS(top-spikelet-two-grain mutant)。TS最显著的变异为穗部一、二次枝梗顶端表现为2~3个小穗簇生在一起。为了明确TS中所含簇生基因ts的遗传机理及其在水稻育种中的利用价值,本研究利用TS与G2480B(indica)杂交的F1、F2群体进行簇生性状的形态观察和遗传分析;利用3个携带有ts基因的转育纯系分析ts基因的应用前景。结果表明,F1群体表现为全部显性,F2群体出现3∶1显隐性状分离,突变性状受1对隐性单基因控制,能够稳定遗传。采用简单序列重复(simple sequence repeat,SSR)标记技术,将突变基因ts定位于第6染色体上的长臂端,位于RM20323和RM6298之间,遗传距离分别为5.1和5.6 cM。3个转育纯系中,L332在保持簇生性状的同时,与亲本G2480B相比,其产量性状无显著差异,蒸煮食味品质较优。ts基因的表达与水稻的单株穗数、每穗粒数、结实率、千粒重和单株产量无显著相关性。以上结果为ts基因在水稻育种上的利用提供了一定的理论基础。     

Overlap-PCR克隆秦川牛HCRTR1基因及其在大肠杆菌中的表达

通过Overlap-PCR方法克隆了秦川牛(Bos tarus)的增食欲素受体1(HCRTR1)基因编码区全长,获得1 278 bp编码区全长序列(GenBank登录号:DQ874350),将其克隆至pMD-18T载体上,经测序表明获得的cDNA序列与GenBank公布的序列同源性均为98%.阳性质粒经BamH Ⅰ和Hind Ⅲ双酶切后,将目的片段定向克隆到pET32a( )表达载体上,转化B121(DE3)感受态大肠杆菌(Escherichia coli),经鉴定正确后,用IPTG诱导目的蛋白的表达.SDS-PAGE表明,秦川牛HCRTR1基因在大肠杆菌中没有表达,进一步生物信息学分析表明,HCRTR1基因的表达产物为具有7个跨膜螺旋的G蛋白偶联受体,复杂的蛋白质结构使得其不能在原核表达系统中获得表达.