短芒大麦钙依赖蛋白激酶基因的克隆与功能分析

【目的】克隆强抗寒性牧草短芒大麦钙依赖蛋白激酶(Calcium-dependent protein kinase,CDPK)基因,分析其生理生化特性,为理想抗逆工程基因的筛选和利用奠定基础。【方法】采用RACE-PCR技术,获得短芒大麦CDPK基因全长cDNA序列;采用Northern杂交分析该基因在逆境条件下(低温(4℃)、干旱(200 g/L PEG6000)、盐(300 mmol/L NaCl)、激素(100μmol/L ABA))的表达模式;采用农杆菌介导的方法,对该基因编码蛋白进行亚细胞定位,并对转基因烟草的离子渗漏率和脯氨酸含量进行测定。【结果】获得了短芒大麦CDPK基因的编码序列,将其命名为HbCDPK;HbCDPK编码的蛋白是一个膜定位钙依赖蛋白激酶,该基因在短芒大麦根、幼苗叶片和成熟胚中均有表达;在低温、干旱、盐和ABA胁迫条件下处理不同时间,HbCDPK的表达丰度有差异,其在低温胁迫条件下的表达信号最强;转HbCDPK基因烟草相对离子渗漏率降低,脯氨酸含量升高。【结论】HbCDPK基因参与了低温胁迫信号转导,具有提高植物抗寒性的潜能。     

短芒大麦DREB1基因的克隆与特性分析

在已知短芒大麦DREB1基因3′端序列的前提下,根据其他植物中DREB1转录因子基因序列,首次克隆了短芒大麦全长DREB1基因(899 bp,具有1个编码220个氨基酸的完整阅读框)。序列分析和生物信息学分析表明,该基因具有转录因子的典型特征及AP2/EREBP结构域,并且具有6个丝氨酸、2个苏氨酸、2个酪氨酸磷酸化位点,这可能与翻译后在冷胁迫抗性中发挥作用有关。     

盐胁迫下短芒大麦cDNA文库的构建

为了克隆与研究盐胁迫相关的基因,以盐胁迫后的短芒大麦叶片为材料,用Trizol一步法提取总RNA。Oligo(dT)纤维素柱纯化mRNA。反转录合成第一链cDNA和第二链cDNA。cDNA纯化后,与λZAP表达载体连接,体外包装后得到盐胁迫下短芒大麦cDNA文库,其重组率达96％,滴度为2×10~7pfu/mL,插入片段长度0.5～3.0kb。     

短芒大麦DREB2基因的克隆及其转基因烟草的鉴定

以短芒大麦为材料,应用RT-PCR技术扩增获得792 bp的DREB2基因,构建了重组植物表达载体pBI-DREB2。通过农杆菌转化法将其导入烟草,并利用PCR、PCR-Southern和RT-PCR技术对获得的20株卡那霉素阳性转基因烟草进行分子鉴定。结果表明:短芒大麦DREB2基因已整合到烟草基因组中,并能在转录水平上表达。     

拟南芥热激转录因子AtHsfA6a的克隆与细胞定位分析

【目的】研究拟南芥热激转录因子AtHsfA6a在植物细胞中的定位及其作用机制。【方法】用RT-PCR方法从野生型拟南芥总RNA中,扩增获得了849 bp的拟南芥热激转录因子AtHsfA6acDNA片段,经过测序,结果与公布的序列完全相同。将该片段与绿色荧光蛋白(GFP)基因的cDNA重组,并克隆到表达载体pCHF3上,经PCR与酶切检测表明构建的表达载体正确。按照Clough等的方法转化拟南芥,经Kanamycin筛选和PCR检测,得到转基因植株;用激光共聚焦扫描荧光显微镜观察转基因植株幼苗的根部。【结果】在正常条件下,融合蛋白存在于细胞质中。【结论】在正常条件下拟南芥热激转录因子AtHsfA6a在细胞质中表达。     

转录因子AtWRKY28亚细胞定位及在非生物胁迫下的表达分析

WRKY转录因子在调控植物逆境诱导反应、生长发育及信号转导等方面发挥着重要的分子生物学功能。对转录因子AtWRKY28进行了亚细胞定位,并采用荧光定量PCR技术,对其进行表达分析。结果表明：AtWRKY28在细胞核中行使功能且其表达受多种非生物逆境胁迫因子的影响,其中受机械损伤、高盐的诱导尤为明显,说明该基因可能在响应逆境胁迫中发挥一定的功能。此外,对启动子序列的生物信息学分析发现,AtWRKY28基因的启动子包含多个与非生物逆境反应相关的顺式作用元件。     

短芒大麦耐盐碱新品系的生理生化和分子生物学分析

 以经60 Co物理诱变种子、EMS诱变和耐盐反复筛选后已稳定 6代的短芒大麦耐盐碱突变体N1、T3 、T4、T5及其亲本野生短芒大麦为材料 ,进行耐盐碱生理生化指标 (脯氨酸、质膜透性 )测定及RAPD分析。发现突变体与野生型相比 ,不仅在生理生化指标上有明显的差异 ,而且在DNA水平上发生了突变。研究结果为耐盐碱突变体的真实性提供了有力的证据 ,表明突变体N1、T3 、T4、T5是耐盐碱短芒大麦新品系。     

玉米肌动蛋白解聚因子ZmADF4基因克隆、转录活性及表达分析

【目的】克隆玉米肌动蛋白解聚因子4（ZmADF4）基因,并对其转录活性和表达模式进行分析,为探究玉米ADF家族基因的功能及调控机制提供参考依据,也为玉米抵抗逆境胁迫研究提供潜在的基因资源。【方法】采用同源克隆技术克隆玉米叶片ZmADF4基因,运用生物信息学软件分析其编码蛋白的理化性质、保守结构域及二、三级结构;通过原生质体瞬时转化进行亚细胞定位;利用酵母自激活分析该基因转录活性,下载RNA-Seq数据分析其在不同组织中的表达特性,并利用实时荧光定量PCR检测其在不同逆境胁迫下的表达情况。【结果】从玉米叶片克隆获得的ZmADF4基因,编码区（CDS）长度为420 bp,编码139个氨基酸残基,蛋白分子量为15.855 kD,理论等电点（pI）为7.66,属于亲水性蛋白,具有典型的植物ADF蛋白家族的保守结构域ADF_gelsolin,主要定位于细胞质中。ZmADF4基因不具有转录自激活效应,且在根、茎、叶、花丝、花药、胚、胚乳和果皮等组织中呈差异性表达,在茎、果皮和叶片中表达量较高。ZmADF4基因对高温胁迫、低温胁迫、高盐胁迫、干旱胁迫及脱落酸处理均有响应,其中高温胁迫下,整体呈上调表达趋势,而低温胁迫和脱落酸处理下,整体呈下调表达趋势,干旱和高盐胁迫下则呈先上调再下调表达的趋势。【结论】ZmADF4基因属于ADF基因家族成员,不仅参与玉米茎、果皮和叶片的生长发育调控,还参与低温、高温、干旱、脱落酸、盐胁迫等逆境响应调控。     

棉花GhGT-2转录因子的克隆及其功能分析

【目的】棉花是重要的纤维作物,其生长常遭受非生物逆境危害,严重影响棉花的生长和产量。Trihelix转录因子在植物抵御各种逆境胁迫中扮演重要作用。克隆棉花Trihelix转录因子基因并分析其表达特性和功能,为最终利用转基因手段改良棉花抗逆性奠定基础。【方法】通过BLAST分析比对,从棉花EST数据库中获得1个高度同源基因,通过基因序列分析,发现其属于Trihelix转录因子GT-2亚家族,命名为GhGT-2。以棉花叶片总RNA为模板,根据EST序列设计引物,利用RT-PCR结合RACE技术,获得GhGT-2的编码序列。使用MEGA5对蛋白序列及其同源序列进行多序列比对分析,并构建同源物种间系统进化树,通过SMART网站（http://smart.embl- heidelberg.de/）进行蛋白结构预测。以陆地棉品种新陆早26号为研究材料,在棉花15 d苗龄时（一对真叶期）,分别对其植株进行非生物胁迫和ABA处理0、1、3、6和12 h,然后采集相应时段棉苗叶片。另外采集同一品种棉花的不同发育时期的根、茎、叶、花、开花后当天胚珠以及开花后12 d（12 days post anthesis,DPA）纤维等不同组织样品,利用实时荧光定量PCR方法分析GhGT-2在棉花不同组织间的表达差异及其在低温、干旱、高盐和ABA处理下的表达模式。将GhGT-2克隆至GFP表达载体pBI221,和GAL4 DNA结合结构域载体,在拟南芥原生质体中验证GhGT-2在细胞内的定位情况和转录激活活性。利用凝胶迁移试验（EMSA）检测DNA结合元件。【结果】克隆了棉花GhGT-2的cDNA全长序列。该基因cDNA全长1 579 bp,开放阅读框为1 428 bp,编码475个氨基酸的蛋白,推导编码蛋白质的分子量为54.07 kD,等电点为8.96。SMART蛋白结构预测发现,该蛋白含有2个Trihelix家族典型的SANT蛋白结合域。系统进化树分析表明,GhGT-2属于Trihelix转录因子GT-2亚家族,与拟南芥AtGTL1、白杨PtaGTL1 GT2-Box、GT3-Box、GT-1b（BoxⅡ）和MYB元件MBS1、MRE1、MRE3、MRE4亲缘关系最近。实时荧光定量PCR表明,GhGT-2在棉花的根、茎、叶、花、开花后当天胚珠以及开花后12 d（12 DPA）纤维中均有表达,其中,在叶中表达量最高,在根中表达量最低。在冷胁迫下,GhGT-2除在3 h时表达量接近0 h外,在1、6和12 h的表达量均低于0 h,呈现抑制表达特征。在高盐、干旱和ABA处理3种胁迫下,GhGT-2在1 h的表达量均低于0 h,但3、6和12 h的表达量均高于0 h,表现为先抑制后上调表达特征。推测该基因可能参与棉花ABA信号通路中对逆境胁迫的抗性反应。利用拟南芥原生质体分析,GhGT-2主要定位于细胞核中,转录激活活性不明显。凝胶阻滞（EMSA）分析发现,GhGT-2可以结合GT元件。【结论】获得棉花GhGT-2的全长cDNA序列,其编码蛋白含有2个SANT蛋白结合域,属于棉花Trihelix转录因子GT-2亚家族。在干旱、高盐和ABA逆境胁迫下,GhGT-2属于依赖于ABA胁迫响应基因调控网络,推测GhGT-2在陆地棉的非生物胁迫适应过程中可能具有重要的作用。     

玉米逆境响应转录因子ZmGBF1的克隆及表达分析

从玉米中克隆了ZmGBF1基因,该基因长1 134 bp,编码377个氨基酸。进化树分析表明,玉米ZmGBF1与小麦TaGBF1、TuGBF3和高粱SbCPRF1亲缘关系最近。实时荧光定量PCR分析表明,ZmGBF1在玉米胚芽鞘中表达量最高,叶片次之,根中表达量最低;ZmGBF1基因表达受到盐、干旱、高温、低温、脱落酸和水杨酸诱导,且在干旱和高温条件下ZmGBF1的表达量与对照相比呈显著差异,暗示ZmGBF1可能参与玉米对干旱和高温的响应过程。     

野大麦幼根和幼叶悬浮细胞系的原生质体培养

以野大麦（Ｈｏｒｄｅｕｍｂｒｅｖｉｓｕｂｕｌａｔｕｍ（Ｔｒｉｎ．）Ｌｉｎｋ）的幼根、幼叶为外植体,诱导愈伤组织,建立悬浮细胞系。利用胚性悬浮细胞系进行质壁分离处理再游离原生质体,在不同的光照条件下进行原生质体培养,并由原生质体再生出小细胞团。     

小麦TaARF20基因克隆及表达分析

【目的】克隆TaARF20基因,并分析其表达特性,为解析小麦生长素响应因子（ARF）基因家族成员的调控机制提供理论依据。【方法】以普通小麦为材料,利用同源克隆技术获得TaARF20基因的cDNA全长序列,利用生物信息学软件分析其序列特征,并通过亚细胞定位试验明确TaARF20蛋白的作用部位。将TaARF20基因与表达载体PcoldTF连接,转化大肠杆菌中进行原核表达。采用实时荧光定量PCR检测TaARF20基因在普通小麦不同组织及普通小麦和多子房小麦不同发育时期幼穗中的表达模式。【结果】TaARF20基因包含1个内含子和2个外显子,编码区（CDS）长度为1116 bp,编码371个氨基酸残基,蛋白分子量约40.38 kD,理论等电点（pI）为4.96,脂溶性系数为19.80,疏水性系数为0.985,不稳定系数为50.51,属于不稳定蛋白,定位在细胞核中,含有ARF家族蛋白的保守结构域和B3 DNA结合域,主要由α-螺旋（18.06%）、无规则卷曲（59.57%）和延伸连（22.10%）组成。启动子区含有激素响应、光响应和低温响应等多个顺式作用元件。TaARF20蛋白与二粒小麦ARF20的氨基酸序列相似性最高,亲缘关系也最近。TaARF20融合蛋白在原核系统中成功表达。TaARF20基因在小麦的根、叶、幼穗和籽粒中均有表达,但在幼穗中的相对表达量最高。对于长度为3和4 cm的幼穗来说,普通小麦TaARF20基因的相对表达量低于多子房小麦,但对于长度为5、6、8和9 cm的幼穗,普通小麦TaARF20基因的相对表达量高于多子房小麦。【结论】TaARF20基因在小麦穗生长发育中发挥重要调控作用,推测其是调控穗型、穗大小或穗粒数的关键基因。     

普通小麦-柔软滨麦草易位系抗条锈病基因的遗传分析和微卫星标记

【目的】M853-2是一个通过杂交和回交选育的普通小麦-柔软滨麦草易位系,苗期对中国小麦生产上流行的条锈菌(Puccinia striiformsf.sp.tritici)主要生理小种表现良好抗性。研究易位系M853-2抗条锈菌的遗传规律,对揭示其遗传机制和抗源的筛选具有重要意义。【方法】以感病品种铭贤169和易位系M853-2作亲本,通过杂交制备F2代种子,用人工接种方法研究M853-2及其杂交后代对小麦条锈菌不同生理小种的苗期抗性,并进行了遗传分析,最后对其中一个接种群体进行了SSR标记。【结果】M853-2对条中29的抗锈性遗传受2对显性和1对隐性基因的独立控制,对条中30的抗锈性遗传受2对隐性和1对显性核基因以及3对隐性胞质基因的共同作用,对条中31的抗锈性遗传受2对显性(互补作用)基因的独立控制,对Su-4的抗锈性遗传受1对显性和1对隐性核基因以及2对显性(互补作用)胞质基因的共同控制,对Su-11的抗锈性遗传受1对显性基因的独立控制,将该抗锈基因暂命名为YrElm2,并对该接种群体利用BSA法进行了SSR标记。从305对SSR引物中筛选到1个位于4BL上的SSR标记Xgwm495,连锁分析表明,YrElm2与Xgwm495的遗传距离为7.60 cM,该抗病基因位于4BL上。【结论】普通小麦-柔软滨麦草易位系M853-2对小麦条锈病有良好的抗性,对所接种的菌系CY29、CY31和Su-11表现为核基因遗传,对CY30和Su-4表现为与核质互作有关的抗病性遗传,说明易位系M853-2可以作为抗源在我国小麦抗锈育种中应用。     

斜带石斑鱼BAG-1基因克隆及表达分析

【目的】明确斜带石斑鱼（Epinephelu coioides）BAG-1基因（EcBAG-1）的结构特征、组织表达分布及在脂多糖（LPS）和聚肌胞苷酸（PolyI:C）刺激后的表达变化,进一步揭示鱼类BAG-1在病原感染中的作用机制,也为了解鱼类的抗病免疫提供参考依据。【方法】依据EcBAG-1基因EST序列设计特异...     

草莓FaSKP1-1基因的克隆与表达分析

为研究草莓中SCF复合体的功能,以栽培草莓品种‘74’为试材,采用同源克隆的方法分离出2个SKP1基因。这2个基因核苷酸序列全长均为519bp,核苷酸序列相似性为98.46%,氨基酸序列相似性为98.84%,并具有特殊的‘GVDED’尾巴结构,分别命名为FaSKP1-1a和FaSKP1-1b(基因登录号分别为KU975057和KU975058)。RT-PCR和dCAPS分析发现FaSKP1-1a和FaSKP1-1b在草莓根、茎、叶、花托、花粉、花柱、果实中均高表达,在花瓣中表达量低。上述结果表明FaSKP1-1可能在草莓SCF复合体的形成过程中发挥重要作用。     

枸杞查耳酮异构酶LcCHI1基因的克隆与表达分析

为探究枸杞查耳酮异构酶CHI1基因在不同组织中的表达模式和功能,利用同源克隆的方法获得1个枸杞（Lycium chinense）LcCHI1基因（Genbank No. OR026273）,通过生物信息学方法分析其理化性质、结构及进化关系,利用荧光定量PCR（qRT-PCR）技术对其组织表达的特异性进行分析,并进行原核表达分析。结果表明：1）枸杞查耳酮异构酶LcCHI1基因的cDNA序列全长695 bp,开放阅读框为633 bp,编码210个氨基酸,含有１个保守的Chalcone_3 family结构域。2）氨基酸序列比对显示,LcCHI1蛋白符合Chalcone蛋白结构特征且与其他物种Chalcone蛋白具有高度的相似性。聚类分析表明,LcCHI1蛋白与茄科的CHI蛋白单独聚成一支。3）LcCHI1在枸杞花、嫩叶与嫩枝中表达量较高,在根中表达量较低。随着枸杞果实的发育,LcCHI1表达呈先升高后降低趋势,在变色果中表达量最高。4）在原核表达载体中构建LcCHI1重组蛋白,经SDS-PAGE电泳分析在63 ku处出现表达蛋白。综上,LcCHI1基因在枸杞花和变色果中表达较高,并能进行原核蛋白表达,研究结果为枸杞类黄酮合成途径中CHI基因的功能验证奠定基础。     

陆地棉盐胁迫应答基因GhWRKY41的克隆与分析

为研究转录因子GhWRKY41在陆地棉盐胁迫应答过程中的作用,基于差减文库分析结果,利用RT-PCR和RACE技术,克隆了GhWRKY41基因(GenBank登录号为HM002635)。该基因cDNA长度为1 630bp,含有ORF(Open reading frame)为1 068bp,编码355个氨基酸的多肽,包含2个内含子。通过瞬时表达分析亚细胞定位,结果表明,转录因子GhWRKY41定位于细胞核,符合转录因子特性。转基因株系发芽试验结果表明,过量表达GhWRKY41基因,可显著提高转基因棉花在干旱、盐和低温胁迫下的发芽率;利用Real-time PCR技术,证明在盐和干旱胁迫条件下,转基因株系中GhWRKY41基因的表达量显著上升。GhWRKY41基因在根、茎和叶片中表达存在差异,根系中胁迫6h上调达到最高,茎中则胁迫48h达到最高,而叶片中仅6和24h上调表达。进一步比较转基因棉花与野生型棉花的纤维品质性状,结果表明GhWRKY41的过表达可以提高转基因棉花的衣分。因此,GhWRKY41参与了棉花响应盐和干旱胁迫应答过程,且过表达可提高转基因棉花耐盐性和耐旱性。     

玉米抗病相关基因NPR1的同源克隆及表达分析

NPR1是植物系统获得性(systemic acquired resistance,SAR)抗病反应中的关键基因,对植物的广谱抗性起重要调控作用。以玉米自交系"齐319"为材料,通过PCR方法克隆到一个玉米NPR1基因(命名为Zm NPR1)。序列分析结果显示Zm NPR1包含两个保守结构域POZ/BTB位点和Ankyrin repeat锚蛋白重复位点。蛋白质聚类分析表明Zm NPR1与水稻Os NPR2的同源性最高。亚细胞定位结果显示Zm NPR1定位于洋葱表皮细胞的细胞核中。半定量PCR结果显示,Zm NPR1和玉米防卫基因PAL(编码苯丙氨酸解氨酶)响应水杨酸、玉米矮花叶病毒和玉米小斑病原菌的诱导并显著上调表达;而Zm NPR1和PAL的表达水平受到茉莉酸甲酯的明显抑制。这表明Zm NPR1在玉米中参与到水杨酸介导的抗病反应通路。     

CoCl2胁迫下青稞苯丙氨酸解氨酶基因的克隆与表达分析

为阐明青稞幼苗对钴胁迫抗逆基因的响应模式,以青稞‘昆仑15号’为材料,克隆青稞苯丙氨酸解氨酶（PAL）基因,采用电子同源法克隆青稞苯丙氨酸解氨酶基因cDNA序列,并分析相关抗逆基因的表达变化情况。结果表明,该基因开放阅读框（ORF）序列有2 142bp,编码713个氨基酸,命名为HvPAL,其GenBank登录号为MK695675。经分析HvPAL编码的氨基酸序列有3个高度保守结构域,包含典型的植物苯丙氨酸解氨酶活性中心的保守氨基酸序列,与禾本科植物大麦和小麦的氨基酸序列有较高的相似性（90%）。PAL氨基酸的分子系统进化树显示青稞属于禾本科植物。采用实时荧光定量PCR法分析,与对照相比,70mg/L Co~(2+)处理下青稞幼苗SOD基因表达为最高（P0.05),150mg/L Co~(2+)处理下PAL、GSH和P5CS基因的表达量达到最大值（P0.05),200mg/L Co~(2+)处理下POD基因表达量最大（P0.05）。综上,青稞幼苗中POD、PAL、GSH、P5CS和SOD基因协同表达来抵抗和适应Co~(2+)胁迫。