大豆丙二烯氧化物合酶基因(GmAOS)及其启动子的克隆与分析

利用RT-PCR、RACE和LA PCR相结合的方法,从大豆中克隆了GmAOS基因及其启动子序列(登录号：EU366252),GmAOS基因共1 789 bp碱基,等电点8.97,分子量58.3 kD,在3种不同抗性大豆材料中均有2个拷贝。生物信息学分析表明,GmAOS酶的N末端有典型叶绿体定位信号肽,基因序列上有多个丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸的磷酸化位点。该研究克隆到ATG上游472个碱基的GmAOS基因启动子部分序列,其含有赤霉素的响应元件(TAACAA),可诱导性抗性基因响应元件(W box),细菌和盐诱导的响应元件(GAAAAA),茉莉酸诱导的响应元件(G box)。GmAOS能强烈响应茉莉酸的诱导,且在黄皮小青豆(高抗斜纹夜蛾)中表达量高于徐疃大豆,两种材料抗虫性的差异可能是由GmAOS基因受诱导后的表达量差异引起的,即GmAOS基因与作物抗虫性相关,可做为培育高诱导抗性材料的候选基因。     

甘蔗S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因(ScSAM)的克隆及表达

利用RT-PCR和RACE技术从甘蔗品种新台糖22号(ROC 22)中克隆获得SAM基因的cDNA序列,命名为ScSAM,GenBank登录号为KC172558。用生物信息学方法预测分析其序列,cDNA全长1466 bp,含有1个1191 bp的完整开放阅读框(ORF),编码396个氨基酸,与高粱和玉米等植物的SAM蛋白有很高的相似性。系统进化树分析显示,甘蔗ScSAM与高粱的SAM蛋白亲缘关系较近。Real-time PCR分析表明ScSAM为组成型表达,在根中的表达量最高,是叶中表达量的3.6倍。其在黑穗病菌胁迫和低温(4℃)、聚乙二醇(PEG)、NaCl非生物胁迫下均被诱导表达,但表达模式不同;在H₂O₂胁迫下其表达被抑制。推测其可能参与甘蔗抗黑穗病过程,且在甘蔗抗寒、抗旱、抗盐和抗氧化等胁迫过程中也起某种作用。     

环境胁迫和激素诱导甘蔗ACC合成酶基因家族三个成员的表达

ACC合成酶（ACS）是高等植物乙烯生物合成途径中的限速酶。在克隆到甘蔗ACC合成酶基因家族3个成员Sc-ACS1、Sc-ACS2和Sc-ACS3的基础上，分别以它们作为探针，检测了激素诱导和环境胁迫对甘蔗苗期该3成员表达的影响。结果表明，乙烯利诱导Sc-ACS1在叶中表达，在根中不表达；Sc-ACS2在根、叶中表达；Sc-ACS3主要在根部表达，在叶中不表达。在甘蔗叶片中，Sc-ACS1对冷胁迫、暗培养和LiCl胁迫均有应答，并受植物生长激素IAA诱导而表达；Sc-ACS2无论是在生长激素诱导还是环境胁迫下，其mRNA均维持较低水平。     

西葫芦种皮纤维素合成酶基因CpCesA的克隆及表达分析

裸仁西葫芦因其种皮退化无需脱壳而备受关注,纤维素是植物细胞壁的主要组成成分,是影响西葫芦种皮形成的重要因素,而纤维素合成酶(CES)在植物纤维素合成过程中起关键作用。为深入探究西葫芦CpCesA基因对种皮形成的调控机制,本研究通过克隆获得CpCesA的基因序列,利用生物信息学方法分析其结构和编码蛋白的理化性质。利用实时荧光定量PCR检测种皮不同发育时期和西葫芦不同组织部位CpCesA的表达模式。通过克隆获得CpCesA开放阅读框序列全长2 952 bp,生物信息学分析表明,其编码的蛋白质在葫芦科作物中有很强的保守性,且具有纤维素合成酶家族蛋白的保守结构域,属于质膜蛋白。实时荧光定量PCR结果显示：在种子发育过程中,Cp Ces A在裸仁西葫芦种皮中的表达量比有壳西葫芦普遍显著偏低,有壳西葫芦在授粉后10 d CpCesA表达量达到最高,而裸仁西葫芦则在授粉后20 d达到最高后开始下降。不同品种种皮发育相同时期、同一品种不同发育时期Cp CesA表达量表现均不同,这表明CpCesA与西葫芦种皮的发育和形成有着密切关系。组织表达分析表明,Cp CesA在两种西葫芦叶片、茎、根、花瓣等不同组...     

苎麻纤维素合成酶基因cDNA的克隆及表达分析

以苎麻 [Boehmeria nivea (Linn.) Gaud.] 栽培种湘苎3号为材料, 通过简并引物RT-PCR结合RACE技术首次成功克隆苎麻纤维素合成酶基因BnCesA1 5′端450 bp序列以外的全部cDNA 序列, 序列长3 276 bp, 编码一段938个氨基酸的蛋白质。经基因比对及蛋白质结构分析确证是苎麻纤维素合成酶基因。半定量RT-PCR分析显示：BnCesA1在苎麻根、茎、叶和芽组织中均有表达, 其表达量为茎＞叶＞芽＞根, 相对表达量依次为 0.791、0.381、0.319和0.183。从其表达模式可以推测该基因同时参与了苎麻细胞初生和次生细胞壁纤维素的合成。     

基于全基因组牛樟芝中萜烯合成酶的鉴定与表达分析

萜烯合成酶(terpene synthases, TPS)是一类异戊二烯环化酶,是真菌萜类化合物生物合成的关键酶之一。为深入了解牛樟芝的萜烯合成酶基因功能,本研究利用BLAST比对获得14个牛樟芝萜烯合成酶(AcTPS)基因,并通过生物信息学方法对其产物蛋白进行功能预测,利用半定量PCR分析不同碳氮源培养基对牛樟芝萜烯合成酶基因表达的影响。结果表明,14个AcTPS蛋白的氨基酸数量为317～2 693个;理论等电点平均pI值为5.96,有6个蛋白(AcTPS6, Ac TPS9, AcTPS10, AcTPS11, AcTPS13, AcTPS14)不稳定系数>40,均为不稳定蛋白;AcTPS12脂肪系数>100,为疏水性蛋白。基因表达谱数据显示,10个牛樟芝萜烯合成酶有6个基因在不同培养基上表达量差异显著,其中AcTPS7只在葡萄糖和土豆蛋白胨培养基中表达,AcTPS10在葡萄糖培养基的表达量高,AcTPS3、AcTPS8及AcTPS6在番茄浸粉培养基中表达量显著,AcTPS2在麦芽浸粉培养基中表达量较高,推测不同培养基能够调控牛樟芝萜烯合成酶的表达。本研究结果为深入研究...     

甘蔗CDK基因的cDNA全长克隆与表达分析

植物细胞周期依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent kinases,CDKs)是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,与周期蛋白(Cyclins)协同作用,是重要的细胞周期性调控因子。本研究从甘蔗受花叶病毒侵染的转录组数据库中获得一条与高粱(Sorghum bicolor)CDK基因(Gen Bank登录号为XP_002466536.1)高度同源的Unigene序列,通过RT-PCR扩增获得长度为1799 bp的甘蔗Sc CDK基因(Gen Bank登录号为KR258796)。序列分析显示Sc CDK基因含一个完整的开放阅读框(65~1603 bp),编码512个氨基酸,且具有CDK典型保守结构域,如ATP结合位点、磷酸结合位点及活化环A-loop。此外,生物信息学预测显示该基因编码的蛋白定位于细胞核,为可溶性蛋白,不存在信号肽,二级结构元件多为无规则卷曲,主要参与蛋白翻译。实时荧光定量PCR分析表明,Sc CDK基因的表达具有组织特异性,其在蔗芽上的表达量最高,其次是在蔗肉、蔗根、叶鞘和蔗皮中;在PEG、Na Cl和ABA的胁迫诱导过程中,Sc CDK均表现上调作用,且受ABA胁迫后表达量最高,约为对照组的1.9倍。推测该基因的表达与甘蔗抗干旱和抗渗透胁迫有关,同时受ABA的诱导,参与细胞周期分裂。     

马蓝色氨酸合成酶基因的克隆、序列及表达分析

通过对马蓝转录组数据分析,从马蓝叶片cDNA中克隆得到了色氨酸合成酶基因完整的编码序列(CDS),长度为807 bp,命名为BcTSA(GenBank登录号:MG857654),可编码269个氨基酸,并对其蛋白质理化性质、结构域、跨膜区、信号肽、磷酸化位点、糖基化位点、编码蛋白的二、三级结构、亚细胞定位进行了分析。蛋白序列多重比对结果显示与其他植物的TSA蛋白序列具有一定的同源性,并通过qRT-PCR法检测BcTSA基因在不同器官的表达与外源激素茉莉酸甲酯(MeJA)、脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)诱导表达情况。推测其编码的蛋白为亲水蛋白,相对分子质量为28.9 kD,理论等电点(pI)为5.65,无跨膜区;亚细胞定位分析结果显示,BcTSA定位在叶绿体中的可能性大,没有信号肽;有18个磷酸化位点,存在6个潜在的糖基化位点,二级结构主要由α-螺旋构成;BcTSA氨基酸序列与其它15种物种氨基酸序列的保守区域达到81.35%的相似性;BcTSA基因在马蓝不同组织中均有表达,在叶中的表达量最高,根中最低;另外,发现BcTSA基因响应外源诱导子对代谢的调控。BcTSA基因的克隆与序列分析,有助于研究BcTSA基因的功能,对提高马蓝有效成分的含量具有重要意义。     

番茄查尔酮合成酶基因的鉴定及生物信息学分析

类黄酮(Flavonoids)是植物体内一类重要的次生代谢产物,它以结合态(黄酮苷)或自由态(黄酮苷元)形式存在于水果、蔬菜、豆类和茶叶等许多植物中,对植物的生长发育有着重要的调节作用。查尔酮合成酶(Chalcone synthase,CHS,EC2.3.1.74)是植物类黄酮合成途径的第一个关键酶,在调控类黄酮的生物合成以及类黄酮的成分起着决定作用。本研究基于番茄全基因组测序数据,利用生物信息学方法,鉴定了查尔酮合成酶基因家族成员,分析其内含子-外显子的结构特征、系统发育关系,序列结构的保守性以及染色体上的分布。研究表明:查尔酮合成酶(SlCHS)是含有8个成员的多家族基因,蛋白质序列编码位于160(SlCHS05)～438(SlCHS08)个氨基酸之间;相似性在33.7%(SlCHS02和SlCHS06)～92.0%(SlCHS04和SlCHS07)之间,表明这些序列之间具有较高的遗传多样性;此外,结构分析发现这些基因均含有较少的内含子(0～2个);序列比对表明这些基因具有较高的保守性;它们不均匀分布在番茄的1、5、6、9和12号染色体上。该研究不仅有助于未来了解该基因家族的进化起源提供参考,而且可为我们进一步分析该基因家族成员的功能奠定基础。     

高粱淀粉合成酶基因家族鉴定与表达分析

对高粱淀粉合成酶基因家族的理化性质、系统进化树、基因结构、蛋白结构和顺式作用元件进行研究,通过转录组数据对该家族基因进行表达模式分析,运用生物信息学的方法在高粱全基因组中鉴定出11个淀粉合成酶基因,包括颗粒结合型淀粉合成酶和可溶性淀粉合成酶两类。结果表明,SbGBSSⅠ在胚乳中高表达;SbSSⅠ、SbGBSSⅡ和SbSSⅢb在开花14 d的根、茎、叶和幼苗中高表达,其中在叶片中的表达量最高;SbSSⅠ、SbGBSSⅡ、SbSSⅢb在花序展开的三个时期中高表达。     

甘蔗CIPK基因的同源克隆与表达

CIPK(calcineurin B-like-interacting protein kinase)是植物特有一类的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,该蛋白在植物响应逆境胁迫中发挥着重要的作用,尤其与非生物逆境胁迫(干旱、高盐、ABA等)的信号传导密切相关。根据玉米CIPK15基因(EU957447.1,2247 bp)核酸序列保守区域设计1对同源克隆PCR引物,以甘蔗品种崖城05-179的c DNA为模板,通过RT-PCR扩增得到甘蔗CIPK基因的一条全长c DNA序列(Gen Bank登录号为KM114052)。序列分析结果表明,甘蔗Sc CIPK基因全长1782 bp,具有完整的开放阅读框(ORF,91~1631 bp),编码513个氨基酸,该基因具有CIPK基因的2个特征结构域(Kc-like superfamily和AMPKA-C-like superfamily)。生物信息学分析显示该基因编码的蛋白定位于内质网,为可溶性蛋白,不存在信号肽,二级结构元件多为α-螺旋,含有多个保守功能域,主要参与中间代谢。实时定量PCR表达分析表明,该基因表达具有组织特异性,虽在甘蔗各组织中均有表达,但在芽中的表达量最高。该基因在PEG、Na Cl、ABA、SA和Me JA的胁迫诱导过程中,受ABA胁迫后表达量最高,约为对照的5.3倍,推测该基因的表达与甘蔗抗干旱和抗渗透胁迫有关。     

基于转录组的甘蔗ScJAZ基因家族鉴定及表达分析

Jasmonate ZIM domain(JAZ)蛋白是茉莉酸信号转导途径的关键因子,参与植物抵御生物和非生物逆境胁迫信号的响应和调控.本研究基于课题组构建的多个甘蔗转录组数据库鉴定了 19个具有完整编码区的甘蔗ScJAZ家族基因(ScJAZ15～ScJAZ33),并分析了相应编码蛋白的理化性质、结构特征、进化分类及在...     

甘蔗细胞壁蔗糖转化酶基因SoCIN2的克隆和表达分析

细胞壁蔗糖转化酶(CIN)主要参与韧皮部质外体的蔗糖卸载,在调控果实发育中起作用。为探究CIN在调控甘蔗糖分积累过程中的作用,本试验从低糖甘蔗品种B8中克隆到一个1个CIN基因,命名为SoCIN2基因。结果显示,SoCIN2基因全长为2 269 bp,其中开放阅读框为1 857 bp,编码618个氨基酸。So CIN2蛋白分子量为67.59 kD,理论等电点为5.25;定位于细胞壁上,不含信号肽序列;具有保守的NDPNG、FRDP和MWECP结构域,属于糖基转移酶GH32家族。系统进化分析表明,甘蔗SoCIN2蛋白与高粱SbCIN2遗传距离最近。荧光定量PCR结果表明,在甘蔗根、茎、叶和芽中SoCIN2基因均表达,其中在叶中基因表达量最高,茎中最低。甘蔗+1叶中SoCIN2基因表达量显著高于茎中。在伸长期和成熟期,茎中SoCIN2基因的表达模式相同,成熟茎中基因表达量显著高于未成熟茎中基因表达量,表明SoCIN2基因可能在调控甘蔗成熟茎中蔗糖积累中起作用。     

酸枣肌醇半乳糖苷合成酶ZjGolS2基因的克隆及表达分析

肌醇半乳糖苷合成酶是催化棉子糖系列寡糖合成的关键酶,在植物抗逆生理过程中具有重要作用.本研究根据酸枣高温胁迫转录组数据,成功从酸枣幼苗叶片中克隆到1个肌醇半乳糖苷合成酶基因ZjGolS2,包含一个1 017 bp的开放阅读框,编码338个氨基酸,蛋白分子量为38.82kD,GenBank登录号为XM_016044622...     

甘蔗ScHAK11基因启动子的克隆与初步分析

钾转运体ScHAK11基因是甘蔗钾转运体基因家族的重要成员。本研究以甘蔗为材料,通过染色体步移方法对ScHAK11上游启动子片段(pScHAK11)进行克隆,获得ScHAK11起始密码子ATG上游启动子序列,序列长度为2 018 bp。序列分析表明,该序列包含多个真核生物启动子核心元件TATA-box、CAAT-box以及与逆境胁迫、光响应、激素诱导、分生组织和叶肉栅栏组织表达等顺式作用元件,推测pScHAK11启动子受到多种激素和逆境胁迫诱导表达,并通过分生组织和叶肉栅栏组织等顺式调控元件参与对甘蔗组织发育的调控。将p ScHAK11启动子序列与包含GUS基因的载体pBI121连接进行活性分析,发现pScHAK11启动子片段能驱动GUS基因在烟草茎和根中瞬时表达。荧光定量PCR结果表明,ScHAK11主要在甘蔗叶片和根系表达,且其表达受发育时期的影响,该结果与pScHAK11启动子驱动的GUS基因在烟草中的表达结果不一致,结果表明p Sc HAK11启动子是组织特异型启动子。本研究结果有助于深入了解ScHAK11基因表达调控的分子机制,为研究ScHAK11基因的转录调控机制奠定基础。     

甘蔗脂氧合酶基因ScLOX1的克隆与表达分析

LOX属于脂氧合酶超家族(lipoxygenase superfamily),是脂肪氧化途径的重要因子,广泛参与植物生长发育的调节和对外界刺激的抵御。本研究基于甘蔗(Saccharumspp.)转录组数据库,通过RT-PCR技术,首次从新台糖22号(ROC22)蔗芽中克隆获得ScLOX1基因(GenBank登录号为MK106188)的cDNA全长序列。生物信息学分析显示,ScLOX1基因cDNA序列长度为2813 bp,开放读码框全长2664 bp,编码887个氨基酸,其编码蛋白的理论等电点为6.23,不稳定系数为39.77,亲水性平均值为-0.437,无信号肽和跨膜结构,但含有PLATLH2和Lipoxygenase活性位点,与高粱(Sorghum bicolor) LOX (XP002466613.1)的氨基酸序列相似性高达95.96%。预测ScLOX1基因的编码蛋白为酸性稳定亲水性非分泌蛋白,属于type I类非传统9-LOX。qPT-PCR分析结果显示,ScLOX1基因在蔗芽组织中特异性表达。接种甘蔗黑穗病菌(Sporisorium scitamineum)后, ScLOX1基因的表达量在抗病品种崖城05-179中短暂上升,但在感病品种ROC22中显著下降。分别对瞬时表达ScLOX1基因的本氏烟(Nicotiana benthamiana)植株叶片接种烟草茄病镰刀菌蓝色变种(Fusarium solani var. coeruleum)和青枯菌(Ralstonia solanacearum),表型观察、3,3’-二氨基联苯胺(3,3’-diaminobenzidine,DAB)染色和烟草免疫相关基因的表达情况分析显示,ScLOX1基因的过表达能够增强本氏烟对烟草茄病镰刀菌蓝色变种的防御,但对烟草青枯菌的作用与对照相比无明显差异。研究还发现,ScLOX1基因的表达受茉莉酸甲酯和水杨酸抑制下调,但受脱落酸、氯化钠和聚乙二醇诱导上调。以上结果为深入研究甘蔗ScLOX1基因的功能提供参考资料。     

红皮香蕉CHS基因的克隆和表达模式分析

为研究查尔酮合成酶基因(CHS)在红皮香蕉[Musa acuminata ’Red Green’(AAA)]果实花青素生物合成过程中的作用,探究红皮香蕉中查尔酮合成酶(CHS)的生物学作用,为红皮香蕉果实颜色形成的分子机制研究提供理论基础。以小果野蕉(Musa acuminata)基因组为参考,对红皮香蕉[Musa acuminata ’Red Green’(AAA)]和天宝香蕉(Musa spp., AAA Group)进行差异转录组分析,结果中筛选出4个CHS差异表达基因,分别命名为MaCHS2-1、MaCHS2-2、MaCHS2-3、MaCHS2-4,将其克隆出来并进行生物信息学分析,以及不同的组织中的表达模式分析。结果表明：这4个MaCHS基因长度均为1 200 bp左右,均可以编码392个氨基酸,不存在任何信号肽,均属于非分泌蛋白。4个MaCHS的基因结构,保守基序高度相似,是查尔酮合成酶超家族成员。启动子中均含有与查尔酮合成酶调控功能相关的顺式作用元件,包括脱落酸响应元件(ABRE),MYB转录因子结合位点顺式元件,MYC转录因子结合位点顺式元件等。系统进化关系显示4个Ma...     

甘蔗独脚金内酯生物合成关键基因ScD27的克隆与表达分析

独脚金内酯(strigolactones,SLs)是一类新型植物激素,D27基因是独脚金内酯生物合成途径中最上游的调控基因,且该基因调控SLs的合成是一个可逆的过程。本研究根据水稻、玉米、高粱、二穗短柄草4种禾本科作物的D27基因核苷酸序列保守区域设计引物,以甘蔗品种ROC22的c DNA为模板,利用RT-PCR和RACE技术,从甘蔗中克隆出D27基因的c DNA全长序列,命名为Sc D27,Gen Bank登录号为KP987221.1。该基因序列全长1379 bp,包含一个867 bp的完整开放阅读框(ORF),编码288个氨基酸残基。Sc D27编码的蛋白质分子量为71.58 k D,理论等电点为5.04,是一种非分泌性蛋白,主要分布于叶绿体上,该蛋白的保守区可能具有2个锌指蛋白结构域(Zn F_TAZ和Zn F_A20),且不存在信号肽;该基因编码的氨基酸序列具有较高的保守性,与高粱、谷子、大麦、短穗二柄草等禾本科植物的D27氨基酸序列相似性在70%以上;Sc D27基因在甘蔗各组织部位均有表达,其中茎尖和腋芽中表达量较高,叶、茎和根中的表达较低。此外,Sc D27基因在甘蔗茎尖中的表达受PEG、盐胁迫、磷缺乏和营养缺乏的诱导,推测Sc D27基因是甘蔗独脚金内酯生物合成途径中响应非生物胁迫的关键基因。     

甘蔗ScWRKY4基因的克隆与表达特性分析

WRKY是植物中特有的转录因子家族之一, 在植物对生物和非生物逆境胁迫的应答反应中起重要调控作用。本研究基于课题组前期构建的甘蔗(Saccharum spp.)转录组数据库, 从新台糖22 (ROC22)中成功克隆到1个WRKY基因, 命名为ScWRKY4 (GenBank登录号为MG852087)。序列分析发现, ScWRKY4基因cDNA全长1265 bp, 包含1个741 bp的完整开放读码框, 编码246个氨基酸, 该蛋白具有1个WRKYGQK保守结构域和C₂H₂锌指结构域, 属于IIc类WRKY转录因子。生物信息学预测分析发现, ScWRKY4蛋白为碱性的不稳定亲水性蛋白, 不存在信号肽和跨膜结构域, 蛋白二级结构元件缺少β螺旋。在本氏烟(Nicotiana benthamiana)叶片瞬时表达中, ScWRKY4蛋白定位于细胞核。酵母杂交实验结果显示, ScWRKY4不具有转录激活活性。实时荧光定量PCR分析表明, ScWRKY4基因在甘蔗的根、叶、芽和皮中的表达量无明显差异, 在蔗肉中的表达量最高, 为对照蔗根的18.38倍; 黑穗病菌侵染0~72 h, ScWRKY4在抗病品种崖城05-179中下调表达, 在感病品种ROC22中表达较稳定; 受到外源激素脱落酸、水杨酸和茉莉酸甲酯以及非生物胁迫因子氯化钠和聚乙二醇胁迫后, ScWRKY4基因均被诱导上调表达。上述研究结果表明, ScWRKY4基因可能不参与甘蔗对黑穗病的抗性反应或在该防御方面起负调控作用, 但积极响应甘蔗对盐和干旱胁迫的应答。