青花菜转录因子基因BoWRKY3的克隆与表达分析

以青花菜为材料,从叶片中分离WRKY转录因子基因BoWRKY3(登录号:JN120758),并进行序列分析;利用逆转录聚合酶链式反应(RT‐PCR)对霜霉菌侵染前后叶片BoWRKY3的表达模式进行分析.测序结果表明:BoWRKY3的基因组DNA全长为1136bp,有3个内含子,长度分别为81、101和96bp;编码区全长为858bp,编码285个氨基酸,具WRKYGQK保守区和CX5CX23HX1H锌指结构.RT‐PCR结果表明,BoWRKY3的表达受霜霉菌诱导,表达量在接种6~36h时最高,暗示该基因与青花菜霜霉病抗性相关.序列比对结果表明,BoWRKY3与十字花科同源基因的差异最小,而与禾本科作物的序列差异最大,关系最远.     

青花菜病程相关蛋白基因BoPR1的克隆与表达分析

病程相关蛋白(Pathogenesis-related protein,PR)是参与植物抗病性的重要物质,在诱导系统抗性过程中起着重要作用。本研究以青花菜为材料,在克隆BoPR1基因的基础上,利用荧光定量PCR技术研究它们在根肿菌和核盘菌侵染下的表达模式。序列分析结果表明,BoPR1基因组全长为489bp,无内含子,编码162个氨基酸,具1个信号肽和1个SCP结构域。系统发育分析的结果表明,BoPR1与甘蓝型油菜和白菜的PR1遗传距离最小,亲缘关系最近,在进化树上聚为一组;与醉蝶花PR1遗传距离最大,亲缘关系最远。荧光定量PCR结果显示,BoPR1基因的表达受根肿菌诱导,在接种5d时的表达量最高,为对照的11.84倍;BoPR1基因的表达则不受核盘菌诱导。     

青花菜病程相关蛋白基因 BoPR2 的克隆与表达

病程相关蛋白基因以家族形式存在于植物中,在抗病反应中起着重要作用。以青花菜为试材,利用PCR法克隆到1个PR2基因,定名为BoPR2。测序结果表明,BoPR2基因组全长1188bp,具1个内含子,编码区全长1092bp,编码351个氨基酸;序列比对和系统发育分析结果显示,BoPR2与野甘蓝、甘蓝型油菜和白菜PR2的相似度最高,在发育树上聚为一组,与亚麻荠、荠菜的相似度最低,亲缘关系最远;实时定量PCR结果表明,BoPR2的表达受芸薹根肿菌诱导,在10d时的相对表达量最大,约为对照的6倍;但BoPR2的表达不受核盘菌的诱导。BoPR2基因的克隆与表达分析,为青花菜抗病机理研究及开展分子育种奠定了基础。     

青花菜BoBURP2基因的克隆与表达分析

BURP是植物特有蛋白,在生长发育和抗逆反应中起着重要作用。本研究以青花菜为材料,利用PCR克隆到1个BURP基因,命名为BoBURP2。测序结果表明,BoBURP2的基因组DNA全长为1 218bp,具1个内含子,编码区全长为840bp,编码279个氨基酸;序列比对结果表明,该基因与BURP家族成员RD22具有较高的同源性。系统发育分析结果表明,BoBURP2与甘蓝、芜菁和甘蓝型油菜的同源序列相似性最高,在发育树上聚为一组,与醉蝶花的相似性最低,亲缘关系最远。RT-PCR结果表明,BoBURP2的表达受NaCl和干旱胁迫的诱导,表达量分别在24h和48h时达到最大值,暗示该基因与这2种逆境响应相关。青花菜BoBURP2的克隆与表达分析,为后续基因功能的鉴定和抗逆分子育种奠定了基础。     

青花菜C3H型锌指蛋白基因BoCCCH2的克隆与表达

以青花菜为材料,在克隆C3H型锌指蛋白基因BoCCCH2的基础上,研究该基因在不同器官及霜霉菌和灰葡萄孢菌侵染叶片中的表达模式。测序结果表明,BoCCCH2没有内含子,编码区全长为1 740bp,编码579个氨基酸,推导的蛋白质具2个ANK结构域和2种CCCH锌指结构,锌指结构的类型分别为C—X8—C—X5—C—X3—H和C—X5—C—X4—C—X3—H.反转录聚合酶链反应表明:BoCCCH2在根、叶、花茎、嫩角果、花蕾和花中均有表达,其中在根中的表达量最高;经霜霉菌和灰葡萄孢菌侵染后,该基因表达量均有不同程度的增加,其中在霜霉菌侵染下,表达量在24h后开始增加,72h时下降,而在灰葡萄孢菌侵染下,6h时的表达量最大,12h时开始缓慢下降。聚类结果表明,BoCCCH2与其他十字花科植物的同源序列聚为一类,支持率达100%,而与豆科、大戟科和蔷薇科等植物的序列处于不同分支。对BoCCCH2基因的克隆和表达分析为该基因功能研究奠定了基础。     

青花菜BoBURP1基因的克隆与表达分析

BURP是一类存在于植物中的特有蛋白,在生长发育和逆境响应等方面起重要作用。试验从青花菜中克隆到一个BURP基因,命名为BoBURP1,在生物信息学分析的基础上,用RT-PCR研究了它在不同器官中的表达模式。研究结果表明,BoBURP1的基因组DNA全长2 030 bp,具2个内含子;编码区全长为1 872 bp,编码623个氨基酸;推导的蛋白质分子量为70.795 6 ku,等电点为8.65。系统发育分析结果表明,BoBURP1与12种不同植物的同源蛋白可分为3组,BoBURP1与十字花科植物同源序列的相似性最高,在进化树上聚为一组。RT-PCR结果表明,BoBURP1在根、茎、叶、花蕾、花和角果中均有表达,叶、花蕾和花的表达量最高,而根和茎中的表达量最低。     

泥鳅和大鳞副泥鳅细胞色素P450c17-Ⅰ(CYP17-Ⅰ)基因的克隆及组织表达分析

采用3'-和5'-RACE法克隆了泥鳅和大鳞副泥鳅CYP17-Ⅰ基因的cDNA全长序列,通过实时荧光定量PCR技术分析其表达情况。结果表明,泥鳅CYP17-Ⅰ基因cDNA全长1 706 bp,开放阅读框(open reading frame, ORF) 1 563 bp,编码520个氨基酸;大鳞副泥鳅CYP17-Ⅰ基因cDNA全长1 763 bp,ORF长1 545 bp,编码514个氨基酸。2种鳅CYP17-Ⅰ氨基酸序列都有1个信号肽、1个跨膜区、1个保守的蛋白结构域和3个功能保守区。相似度分析显示,2种鳅之间CYP17-Ⅰ相似度为99%,与其他鱼类的相似度也超过70%。系统进化分析显示,2种鳅之间关系最为接近,其系统发育关系基本符合传统的分类地位。qRT-PCR结果显示,CYP17-Ⅰ在2种鳅的肠、肌肉、心脏、胃、肝脏、精巢、卵巢、脾脏等8个组织均有表达,在精巢和卵巢中表达量相对较高。     

青花菜P450CYP79F1全长克隆、表达及其与不同器官中莱菔硫烷含量的相关性分析

【目的】克隆青花菜细胞色素家族P450CYP79F1,分析其序列特征,阐明其在不同发育时期器官中的表达情况及其与莱菔硫烷含量的关系,为进一步揭示莱菔硫烷合成机理提供科学依据,为青花菜品种改良和新品种选育奠定基础。【方法】通过5′和3ˊ端RACE克隆技术获得青花菜CYP79F1全长序列,利用DNAMAN 6.0进行基因拼接、氨基酸序列分析和蛋白二级结构预测,结合在线分析程序和软件进行基因和编码蛋白生物信息学分析;利用荧光定量PCR技术研究CYP79F1在不同发育器官中的表达情况;结合HPLC方法测定各相应时期器官中莱菔硫烷含量,包括青花菜发育时期的根、茎、叶,成熟花球,抽薹期花蕾（顶端蕾、成熟蕾、开花前1 d的蕾和花）和种子;对CYP79F1表达量与和莱菔硫烷含量进行相关性分析。【结果】获得了CYP79F1全长序列,GenBank登录号为MG012890,该基因全长2 014 bp,包含一个1 620 bp的开放读码框（ORF）,编码540个氨基酸;编码的蛋白与甘蓝、白菜、芥蓝和油菜等同源蛋白的相似性均在95%以上;生物信息学分析表明该基因编码的酶蛋白有2个信号肽和2个跨膜结构域,为亲水性稳定蛋白,Wolf Psort预测其亚细胞定位于细胞质中;CYP79F1在根和茎中的表达量较高,叶中表达量最低,在花器官发育时期,自顶端蕾到花发育过程中呈现逐渐降低的表达趋势,种子中该基因表达量与花处于同一水平。Pearson相关性分析显示,青花菜发育时期的根、茎、叶、成熟花球、抽薹期花蕾和种子中莱菔硫烷含量与CYP79F1表达量无显著相关关系,但抽薹期花蕾自顶端花蕾到花中莱菔硫烷生成量与CYP79F1表达量呈显著正相关关系（R=0.96,P<0.05）,CYP79F1在调控莱菔硫烷的生成方面起重要作用,尤其是在生殖器官花蕾的发育过程中,能够显著上调莱菔硫烷的生成量。【结论】CYP79F1在青花菜不同发育器官中对莱菔硫烷的生成发挥着重要调控作用,可能与青花菜不同器官中莱菔硫烷含量多样性密切相关。     

霜霉威胁迫下黄瓜CsWRKY30表达及功能分析

【目的】从前期转录组测序结果中筛选获得一个在霜霉威(propamocarb)胁迫条件下差异上调表达的基因CsWRKY30,对其进行克隆并分析其在霜霉威胁迫下的功能,了解黄瓜低霜霉威残留的分子机制。【方法】通过PCR技术扩增CsWRKY30全长,利用NCBI和PlantCARE在线工具分别进行该基因编码蛋白的保守结构域分析和启动子序列分析;利用实时荧光定量PCR分析CsWRKY30在霜霉威胁迫及其他胁迫条件下的相关表达模式;通过与GFP蛋白融合对CsWRKY30蛋白进行亚细胞定位;通过花序侵染法将CsWRKY30构建的植物过表达载体转化到哥伦比亚野生型拟南芥中,对获得的纯合转基因株系在霜霉威胁迫条件下的功能进行鉴定。【结果】CsWRKY30的CDS序列全长为1 014 bp,其编码的337个氨基酸中包含1个由60个氨基酸组成的WRKY结构域。CsWRKY30表达模式分析结果显示,黄瓜遭受霜霉威胁迫时,CsWRKY30在低霜霉威残留品系D0351中表达量显著上调,而在高霜霉威残留品系D9320中表达量并没有发生改变;在霜霉威胁迫的0.5-9 h间,该基因在D0351中的表达量一直明显高于对照,然而在24 h以后,该基因的表达不再显著上调。组织特异性表达分析表明,CsWRKY30主要在黄瓜果实中表达。蛋白亚细胞定位结果表明,CsWRKY30定位于细胞核。对CsWRKY30转基因拟南芥进行霜霉威胁迫发现,在未处理条件下,CsWRKY30 转基因拟南芥与野生型拟南芥表型上无明显差异;在2 mmol?L^-1霜霉威处理条件下,CsWRKY30转基因拟南芥萌发率及主根长均明显高于野生型拟南芥。在其他逆境作用下,CsWRKY30对霜霉威和多主棒孢霉菌条件积极响应,对干旱和高盐没有作用,同时受到脱落酸（ABA）信号诱导。【结论】黄瓜CsWRKY30在霜霉威胁迫条件下发挥重要作用,过量表达CsWRKY30可显著提高转基因拟南芥对霜霉威胁迫的抵抗能力。     

四种鱚属鱼类线粒体Cyt b基因的序列变异及系统发育研究

测定和分析了4种鱚属(Sillago)鱼类:斑鱚(Sillago aeolus)、亚洲鱚(S. asiatica)、多鳞鱚(S. sihama)和少鳞鱚(S. japonica)线粒体细胞色素b基因序列片段,比较了不同鱚属鱼类种间的序列差异,探讨了彼此间系统发育关系和分类地位。结果显示,4种鱼类平均核苷酸组成为T 29.9%、C 29.2%、A 21.5%、G 19.3%,种间平均净遗传距离在0.157到0.280之间。最大似然法构建的系统树显示,少鳞鱚和亚洲鱚首先聚类、再与多鳞鱚和斑鱚相聚,斑鱚是最晚分化出的鱼类。基于Cyt b基因序列核苷酸分歧速率计算得出4种鱼类发生遗传分化时间在距今785—1400年前的第三纪中新世(Miocene)。     

沙柳SpsNAC042基因克隆及逆境表达分析

采用同源克隆的方法获得沙柳SpsNAC042基因,通过生物信息学分析、组织特异性表达分析、逆境表达分析。结果表明,SpsNAC042基因的开放阅读框序列长度为900 bp,共编码299个氨基酸,测定为亲水性不稳定蛋白。组织特异性表达分析得出花中的基因相对表达量最高,幼叶、茎9~15节间、根、成熟叶的表达量依次降低,茎尖的表达量最低。SpsNAC042基因在干旱处理下与对照组相比整体呈增长趋势,并在8 h处达到最高;在低温处理下,基因表达量迅速积累,在2 h处达到最高,然后维持在较低水平表达;在盐和高温处理下SpsNAC042基因缓慢积累,后期迅速增高,最终在24 h处达到最高。研究表明SpsNAC042基因参与逆境应答反应,为深入开展沙柳NAC基因对生物和非生物胁迫应答研究提供了参考价值。     

花楸树热激蛋白SpHSP70-2基因的克隆及表达分析

探究花楸树响应高温胁迫的分子机制,为遗传改良和耐热品种的选育提供基础,依托花楸树叶片转录组测序数据,采用反转录PCR（RT-PCR）方法克隆得到HSP70家族中的1个基因,命名为SpHSP70-2,同时对该基因进行了生物信息学分析,利用荧光定量PCR（qRT-PCR）方法对其组织特异性和应答高温胁迫的表达模式进行了分析。结果表明,经克隆得到的SpHSP70-2基因与花楸树叶片转录组测序数据的基因序列一致,SpHSP70-2开放阅读框（ORF）长度为1 704 bp,编码567个氨基酸。SpHSP70-2蛋白具有HSP70特征结构域:核苷酸结合结构域（NBD）和底物结合结构域（SBD）;SpHSP70-2基因无内含子;SpHSP70-2二级结构中具有ɑ螺旋（32.63%）、延伸链（23.28%）、β转角（7.23%）和随机卷曲链（36.86%）;SpHSP70-2蛋白为疏水性蛋白,有11个跨膜螺旋,无信号肽;SpHSP70-2与同科的苹果、白梨的HSP70同源性最高,为90%以上;SpHSP70-2在花楸树的果实中表达量最大,在茎、根中表达量次之,在花中的表达量最小;在42℃高温胁迫处理下,SpHSP70-2表达量呈现先升高后下降趋势,在2 h时达到极值,随后表达量略缓慢下降,说明SpHSP70-2基因参与调控花楸树对高温胁迫的响应。研究结果为今后花楸树响应热胁迫的分子机制研究和引种驯化方面提供基础。     

thanatin 串联抗菌肽原核表达研究

抗菌肽thanatin是一类广谱性的阳离子抗菌活性肽,对病原性真菌有很好的杀灭效果。为了提高thanatin抗菌肽表达丰度,将3个thanatin单体拷贝基因进行串联,与MBP蛋白进行融合表达,表达的产物经过酶切纯化后,通过Western blot和质谱鉴定,结果表明3×thanatin在大肠埃希菌中成功表达,对核盘菌的抑菌活性测定结果表明,原核表达的3×thanatin最低抑菌浓度为6.6 μmol·L^-1, 而化学合成的thanatin抗菌肽对核盘菌的抑菌浓度约为64 μmol·L^-1,3×thanatin抗菌肽对核盘菌的抑菌活性提升了约1个数量级。     

濒危红树植物莲叶桐叶绿体基因组及其系统进化

对濒危红树植物莲叶桐的叶绿体基因组及与其近缘物种之间的叶绿体基因组进行比较进化分析。结果表明,莲叶桐叶绿体基因组序列全长157 762 bp,包括1个大的单拷贝区(LSC)86 641 bp,1个小的单拷贝区(SSC)18 603 bp和2个反转重复区(IRs)26 260 bp。叶绿体基因组的GC含量为39.3%,含有133个基因,包括83个蛋白质编码基因、42个tRNA基因和8个rRNA基因。17个基因位于反转重复区,包括6个蛋白编码基因、7个tRNA和4个rRNA。登录号为:MG838431。通过最大似然法对16个双子叶植物（包含5个樟科植物、2个腊梅科植物、3个毛茛科植物、1个小檗科植物、1个报春花科植物、1个蔷薇科植物、1个桑科植物,1个安息香科植物以及莲叶桐）和1个外类群植物水稻的叶绿体基因组序列进行聚类分析,莲叶桐与樟科和腊梅科植物聚为一支。聚类结果将莲叶桐科划入樟目,更支持《中国高等植物图鉴》中分类方式。随后对莲叶桐及其近缘种叶绿体基因组进行了共线性分析,进一步验证了其叶绿体基因组之间具有高度保守性。研究结果为莲叶桐的系统进化提供了新的证据。     

HIGS-SsCCS转基因拟南芥的菌核病抗性鉴定

【目的】菌核病是由核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）引起的一类真菌病害,核盘菌寄主范围广泛,严重危害多种作物的品质。本研究利用寄主诱导基因沉默（HIGS）的方法在寄主中诱导核盘菌致病相关基因的沉默从而增强寄主的菌核病抗性,为菌核病抗病育种提供新的思路。【方法】铜锌超氧化物歧化酶是一种重要的抗氧化剂,以核盘菌铜锌超氧化物歧化酶铜伴侣基因（copper chaperone for copper/zinc superoxide dismutase,SsCCS）为靶基因,通过生物信息学分析该基因的结构特点,并利用MEGA6.0软件构建系统发育树;通过分别比对拟南芥及核盘菌基因组,选择特异的干扰片段进行扩增;采用农杆菌介导的浸花序法,将HIGS载体转入拟南芥Col-0,通过DNA鉴定以及标记筛选出稳定的HIGS-CCS转基因拟南芥;选取4—5周龄的HIGS-CCS转基因拟南芥植株叶片接种核盘菌野生菌株1980,于接种24 h后统计病斑面积,分析转基因株系的菌核病抗性;通过qRT-PCR分析核盘菌侵染转基因植株过程中SsCCS的表达情况;同时在接种6、12、24 h后利用DAB染色的方法检测转基因植株与核盘菌互作过程中H₂O₂的积累。【结果】生物信息学分析结果表明,SsCCS（SS1G_00102）全长为1 010 bp,编码序列长759 bp,共编码253个氨基酸,该蛋白分子质量为27 176.96 Da,等电点（PI）为5.04,与灰霉病菌BcCCS（EDN25358）亲缘关系最近,氨基酸同源性达到87%,与拟南芥AtCCS（AT1G12520.1）亲缘关系较远;通过与核盘菌以及拟南芥基因组比对,选择314 bp特异干扰片段,成功构建SsCCS的HIGS表达载体,转化拟南芥。T₁及T₂代转基因拟南芥接种核盘菌24 h后的病斑面积均小于野生型拟南芥。从T₂代中获得3个稳定表达的T₃代HIGS-CCS转基因拟南芥株系：HIGS-CCS-5、HIGS-CCS-8、HIGS-CCS-13;与野生型拟南芥相比,转基因拟南芥在接种核盘菌24 h后,病斑面积显著减小46%—61%;qRT-PCR结果显示核盘菌在侵染转基因植株过程中,SsCCS的表达量显著低于侵染野生型拟南芥。DAB染色结果表明,在侵染过程中,转基因拟南芥植株中H₂O₂的积累明显少于野生型拟南芥,ROS水平降低。【结论】利用HIGS方法在拟南芥中干扰核盘菌SsCCS的表达能够显著提高拟南芥的抗病性,研究结果为油菜等农作物菌核病抗病改良提供了参考。     

苹果抗性相关的谷胱甘肽转移酶基因MdGSTU1的生物信息学和表达分析

【目的】克隆苹果（Malus domestica Borkh.）中抗苹果轮纹病相关的编码谷胱甘肽转移酶基因MdGSTU1,研究其在不同组织器官及不同逆境处理条件下的表达特性,为解析该基因的抗逆功能奠定基础。【方法】基于抗轮纹病相关的EST序列,通过在NCBI进行比对,得到一个谷胱甘肽转移酶（GST）基因相关的EST片段;然后在苹果基因组数据库中进行比对,获得该GST的编码框序列（coding sequence,CDS）,同时,设计RACE引物,克隆该基因的UTR序列;利用MEGA5.0软件对该GST蛋白与拟南芥GST家族蛋白成员进行系统进化树分析,使用DNAMAN软件对该蛋白的分子量、等电点等进行预测,并对其氨基酸序列进行分析;采用荧光定量PCR检测该基因在不同组织中的表达以及该基因在盐、模拟干旱和苹果斑点落叶病原菌处理条件下的表达特性;克隆该基因的启动子,利用PlantCARE软件在线分析该基因启动子上的顺式作用元件。【结果】进化树分析显示该GST与拟南芥中GST家族的U亚家族成员亲缘关系最近,故被命名为MdGSTU1;MdGSTU1的CDS为666 bp,编码221个氨基酸残基,其蛋白分子量为25.41 kDa,等电点为5.28;RACE结果显示该基因3'UTR区域为135 bp;蛋白序列及结构分析显示,其与拟南芥GST家族蛋白相同,该蛋白也包含保守的谷胱甘肽-S-转移酶的N端及C端结构域;PCR结果显示,MdGSTU1在根、茎、叶、花、果各组织中均有表达,但根中的表达水平最高,同时,该基因能够被150 mmol·L^-1 NaCl和20%的PEG诱导表达,均在1 h时表达量达到最高值;另外,苹果斑点落叶病原菌也能诱导MdGSTU1的表达,表达量在病菌处理8 h时达到最大;启动子分析显示MdGSTU1启动子区域含有多个抗性相关的作用元件,其中包括ABA响应元件、厌氧响应元件、GA响应元件、SA响应元件、JA响应元件以及防御和逆境响应元件;此外,该启动子上还包含多个MYB转录因子结合位点。【结论】MdGSTU1属于植物tau亚家族（GSTU）成员,生物及非生物逆境胁迫均可诱导该基因的表达。