茶树氧甲基转移酶基因的克隆及原核表达

获得了一类茶树氧甲基转移酶基因cDNA全长并构建了该基因的原核表达载体。以从茶树叶片中提取的总RNA为模板,结合RT-PCR与RACE克隆技术获得氧甲基转移酶(O-methyltransferase)基因cDNA全长1 280 bp,其开放阅读框为1 068 bp,编码355个氨基酸,推测的蛋白分子量为39.1 kD,理论等电点为5.68。其氨基酸序列与葡萄和蓖麻氧甲基转移酶基因相似性分别为73%、71%。将该基因片段连接到原核表达载体pET-28a中,转化大肠杆菌BL21后诱导重组蛋白的表达,经IPTG诱导,SDS-PAGE检测到1条与预测融合蛋白分子量相符的外源蛋白。     

茶树N-甲基转移酶基因启动子克隆及功能分析

咖啡碱是茶叶中重要的功能物质,N-甲基转移酶（NMT）是其生物合成的关键酶。本研究以英红9号茶树新梢为材料,利用hiTAIL-PCR克隆NMT1基因启动子,并采用Plant CARE等在线软件分析其顺式作用元件。根据其元件组成,设计5'递减的启动子与GUS基因一起组建了融合载体转入烟草,利用GUS染色和定量PCR方法,分析了克隆的启动子功能及其对环境因子的响应。结果表明,克隆的NMT1基因启动子长767βbp,含有TATA-box、CAAT-box等真核生物启动子基本元件及多个与植物非生物胁迫相关的响应元件。以5'递减的NMT1启动子替换pBI121中的CaMV35S启动子,构建出与GUS融合的pA、pB、pC、pD载体。在烟草叶片中进行瞬时表达,不同长度的NMT1启动子均具驱动GUS表达功能,且长度越长驱动能力越强。以含全长NMT1启动子载体pA对烟草转基因,转基因烟草各组织均检测到GUS基因的表达且表达量叶>茎>根,叶片中的表达量为根部的3倍。对转基因烟草进行不同程度光照、温度、模拟干旱和脱落酸处理后,除40℃温度条件外,其他处理的叶片中GUS基因表达在处理前后均存在显著变化,表明NMT1启动子功能受外界环境因子的胁迫影响。     

茶树丙氨酸氨基转移酶基因的克隆与表达分析

丙氨酸氨基转移酶(Alanine Aminotransferase,Ala AT)是与碳氮代谢相关的一种重要酶类。采用反转录PCR的方法克隆了茶树Cs Ala AT1的c DNA序列,该序列全长1 747 bp,包含一个完整的ORF(1 626 bp),编码541个氨基酸,推导的蛋白质分子量为59.4 k D,理论等电点(p I)为5.82。同源比对结果表明,Cs Ala AT1含有丙氨酸氨基转移酶亚家族保守的辅酶磷酸吡哆醛结合位点,其氨基酸序列与拟南芥At Ala AT1蛋白的相似性为84%。二级结构预测显示该蛋白由α-螺旋(40.67%)、无规则卷曲(29.57%)、β-折叠(13.68%)和延伸链(16.08%)组成,定位于线粒体,不含信号肽与跨膜结构。实时荧光定量PCR(RT-PCR)检测发现Cs Ala AT1在茶树各组织中均有表达,在根中的表达量最高;Cs Ala AT1基因表达对氮素的响应研究表明,成熟叶中Cs Ala AT1受氮素诱导上调表达,高浓度(1 mmol·L-1 NH4NO3)氮素的诱导效应比低浓度(0.1 mmol·L-1 NH4NO3)氮素诱导效应更强烈;在根中,处理24 h后,高氮诱导Cs Ala AT1上调表达,低氮诱导Cs Ala AT1下调表达。     

合成茶树咖啡碱相关的N-甲基转移酶基因家族的克隆及序列分析

咖啡碱是茶叶中重要的功能成分,它以黄苷为底物,以S-腺苷甲硫氨酸（SAM）为甲基供体,通过N-甲基转移酶（NMT）类催化的一系列甲基化反应合成的产物。根据NMT基因高度相似的特性,利用长片段PCR法和侧翼序列克隆技术分离了白叶一号6种NMTs的基因组DNA全长,其中有2种为已报道的茶树咖啡碱合成酶基因TCS1、TCS2,1种为假基因,另3种基因分别被命名为TCS3、TCS4、TCS5,基因结构分析发现这6种基因均由4个外显子和3个内含子组成。山茶属植物的NMTs可聚为5类,其中TCS4和TCS5为与其他基因的相似性相对较低的一类。这些结果为今后更好地从基因组水平上剖析茶树咖啡碱的遗传机制提供有用参考。     

茶树WRKY转录因子基因CsWRKY57的克隆及表达分析

WRKY转录因子是植物特有的一类转录因子,在植物生长发育及胁迫应答过程中均发挥重要的调控作用。为探究WRKY转录因子与茶树抗旱及耐盐性的关系,本研究基于茶树转录组数据库中的检索结果,以陕茶1号1年生茶树为试验材料,克隆获得了1个WRKY转录因子基因,命名为CsWRKY57。生物信息学分析表明,CsWRKY57基因cDNA全长为1 222 bp,编码303个氨基酸,预测分子量为33.5 kD,理论等电点为5.49;另外,蛋白比对分析显示,CsWRKY57包含1个典型的WRKY核心序列和1个C2H2型锌指结构,属于WRKYIIc家族。实时荧光定量PCR分析结果显示,CsWRKY57基因在高盐、干旱、ABA胁迫下均被诱导表达,且表现出先增加后降低的趋势,表明CsWRKY57基因参与了茶树体内干旱、高盐和ABA的调控途径。转录激活活性试验表明,CsWRKY57无转录激活活性,意味着CsWRKY57可能需要与其他元件结合才能启动基因的表达。     

茶树甜菜碱醛脱氢酶基因(CsBADH1)的全长cDNA克隆与表达分析

甜菜碱是一种能在逆境下大量积累的无毒性渗透相溶物质,而甜菜碱醛脱氢酶(BADH)是甜菜碱合成途径中的关键酶之一。本实验采用SMART-RACE技术获得了茶树甜菜碱醛脱氢酶基因的全长cDNA序列,命名为CsBADH1(GenBank登陆号:JX050145),并对其进行相关的生物信息学分析。结果表明:CsBADH1的cDNA序列全长1 972 bp,其开放阅读框(ORF)为1 518 bp,编码505个氨基酸,预测分子量为54.8 kD,理论等电点(PI)为5.652,是疏水性很强的蛋白,且具有BADH基因典型的高度保守十肽基序(VTLELGGKSP)和与醛脱氢酶(ALDHs)功能有关的半胱氨酸残基(C)。系统进化树分析表明,茶树BADH氨基酸序列与人参(Panax ginseng)的亲缘关系最近,相似度达87%,其余相似性也大部分在80%以上。实时荧光定量PCR分析结果显示:该基因在经历一定时间的冷驯化后表达量升高,说明CsBADH1基因可能参与茶树的冷驯化作用。     

小麦TaPP2C59基因的克隆及表达分析

2C型蛋白磷酸酶(PP2C)是ABA信号途径的关键组分,在ABA信号转导及植物对非生物逆境胁迫的应答过程中发挥着重要作用。为给TaPP2C59基因功能的研究奠定基础,同时为小麦对非生物胁迫应答的信号转导机理研究提供参考,本研究从小麦中克隆了第一个PP2C基因TaPP2C59,并对其在逆境胁迫以及多种信号分子处理下的表达模式进行研究。序列分析表明,该基因开放阅读框(ORF)为855bp,编码284个氨基酸。进化树分析表明,该基因编码的蛋白与水稻OsPP2C45蛋白和拟南芥AtPP2C59蛋白的亲缘关系最近。多序列比对分析表明,TaPP2C59具有PP2C家族蛋白的保守结构特征。实时荧光定量PCR分析表明,该基因的表达显著受ABA、低温和高盐胁迫抑制。因此,可以推测TaPP2C59可能作为负调控因子参与ABA信号及非生物逆境胁迫应答。     

金鱼草花青素糖基转移酶基因的克隆与表达特性分析

以白苏子(Perilla frutescens)花青素糖基转移酶基因为探针,通过电子克隆和RT-PCR的方法从金鱼草(Antirrhinum majus L.)叶片中克隆到花青素糖基转移酶基因(Am GT1)的全长c DNA,并对其表达特性进行分析。结果表明:Am GT1全长892 bp,编码277个氨基酸;进化分析表明Am GT1的氨基酸序列与白苏子的同源性最高为79%,与其他花青素糖基转移酶蛋白的同源性在42%~62%之间,表明Am GT1是从金鱼草中克隆的新的花青素糖基转移酶基因。实时定量RT-PCR分析表明:该基因在金鱼草叶片中的表达量最高,根中的表达量最低;该基因虽然在红色、粉色、黄色、白色花朵中均有表达,但在红色花朵中的表达量最高,且存在一个从紧蕾期到松蕾期的跃变。     

白鸡冠茶树CsPPH基因全长cDNA克隆与表达分析

脱镁叶绿素酶（Pheophytinase,PPH）是叶绿素降解过程中的一个关键酶,它能使脱镁叶绿素a转化为脱镁叶绿酸a,脱镁叶绿酸a是叶绿素降解途径中最后一个保持植物绿色的产物,被认为是叶片衰老和黄化的关键步骤。以新梢白化茶树白鸡冠叶片为材料,克隆获得CsPPH基因cDNA的全长序列（登录号：MK359094）,并对其进行生物信息学分析。结果表明,CsPPH全长为1 298 bp,包含的ORF序列为1 241 bp,编码413个氨基酸。序列分析表明,该基因编码的蛋白质为稳定疏水蛋白,其预测分子量为45 741.50 Da,理论等电点为6.12。预测该基因主要定位于叶绿体中。qRT-PCR结果显示,遮荫抑制白鸡冠叶片CsPPH的表达,叶绿素升高,叶色变绿;光照促进白鸡冠叶片CsPPH的表达,叶绿素降解,导致叶片白化。     

茶树Na+/H+逆向转运蛋白基因CsNHX1、CsNHX2的克隆及表达分析

Na⁺/H⁺逆向转运蛋白（Na⁺/H⁺ antiporter,NHX）在植物生长发育与逆境响应过程中扮演着重要角色。本研究以龙井长叶茶树品种为材料,克隆获得了茶树CsNHX1和CsNHX2基因cDNA全长序列,GeneBank登录号分别为：MG722977和MG515211。生物信息学分析结果显示,CsNHX1和CsNHX2的cDNA全长分别为1β691βbp和1β757βbp,均包含1个1β626βbp的开放阅读框,编码541个氨基酸,预测分子量为59.5βkD和59.7βkD,理论等电点为7.07和8.79;蛋白序列分析结果显示,CsNHX1和CsNHX2属于典型的跨膜蛋白,均含有保守的Na⁺/H⁺ Exchanger结构域;进化树分析显示,CsNHX1和CsNHX2均为IC类中定位于液泡膜上的Class I成员。qRT-PCR结果显示,干旱、低温和盐胁迫能够显著诱导CsNHX1和CsNHX2上调表达;外源ABA处理下,CsNHX1和CsNHX2表达水平整体变化趋势不显著;高温胁迫处理下,茶树CsNHX1表达水平显著降低,而CsNHX2表达水平逐渐增加,表明茶树CsNHX1和CsNHX2参与了茶树对多种环境胁迫的响应过程,但对于不同逆境胁迫的应答模式存在一定差异。     

茶树CsPAL3基因cDNA全长克隆及其表达分析

苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine ammonia-lyase,PAL）由多基因家族编码,是花青素等多酚物质合成途径的起始酶,对其合成具有调控作用。本研究以紫化茶树武夷奇种C18茶树为材料,采用RACE技术克隆获得CsPAL基因cDNA,命名为CsPAL3（登录号为KY865305）,分析其生物信息学特征,并检测不同叶色茶树品种（系）中的花青素总量及茶树PAL家族成员基因的表达情况。结果表明,获得CsPAL3基因全长cDNA为2β518βbp,包含一个完整的2β130βbp开放阅读框（Open Reading Frame,ORF）,编码709个氨基酸。序列分析表明,该基因编码的蛋白质为稳定亲水性蛋白,预测分子量为77.40βkD,理论等电点为6.26;Blast分析序列发现CsPAL3与芒果的MiPAL相似性最高,为87%。而在同源进化树分析中与芍药的PiPAL亲缘关系较近。紫化茶树的花青素总量和CsPALa、CsPALc、CsPAL3（CsPALe）基因表达量均高于常规绿叶茶树和白化茶树。这表明茶树CsPALa、CsPALc、CsPAL3（CsPALe）基因上调表达可能促进茶树花青素合成积累,使得茶树叶片呈现紫色。     

茶树磷转运蛋白基因CsPT4的克隆、亚细胞定位及表达分析

茶园中磷肥的利用效率取决于茶树体内与磷元素吸收、转运及生理利用等相关蛋白的协同调控,而磷转运蛋白(Phosphate transporter proteins,Phts)在此过程中起着关键的调控作用。本研究以茶树品种龙井长叶(Camellia sinensis cv.Longjing-changye)为试验材料,采用同源克隆的方法首次克隆获得茶树磷转运蛋白编码基因Cs Pht1:4(Cs PT4)的全长c DNA。该基因全长1 642 bp,开放阅读框(ORF)1 620 bp(Gen Bank登录号:KY132100),编码539个氨基酸。生物信息学分析显示,Cs PT4基因编码蛋白分子量为59.12 k D,理论等电点(p I)为8.51;具有典型的Pht1家族特性:"6-亲水-6"跨膜结构。亚细胞定位结果显示,该蛋白分布于质膜上,与Softberry软件预测结果一致。荧光定量PCR表明:Cs PT4在正常生长的茶树根、茎、嫩叶、老叶中均有表达,在老叶中的表达量较高,在根部表达量最低。低磷处理,根和叶中Cs PT4上调表达水平均先上升后下降;根部Cs PT4表达量48 h内各个时间点均高于叶部。缺磷处理,根和叶中Cs PT4上调表达水平均升高;根部和叶部分别在72 h和48 h达最大值。本研究为茶树响应低磷的分子机制提供了参考。     

茶树体胚APX基因克隆及其在体胚发生过程中的表达与酶活性分析

以铁观音茶树体胚为材料,克隆了茶树抗坏血酸过氧化物酶基因CsAPX(Genbank登录号为MG799534.1)。CsAPX基因包含一个长度为753 bp的开放阅读框(ORF),共编码250个氨基酸,并对其进行相关生物信息学分析。APX酶活性测定结果表明在球形胚至子叶胚阶段APX酶活性呈现下降趋势,并在子叶胚阶段到达最低值,随着体胚进一步的分化,在子叶胚、成熟胚和萌发胚阶段,茶树APX酶活性不断上升,总体呈"先降后升"的趋势。在体胚发生过程中CsAPX基因的表达分析显示,CsAPX基因在茶树体胚发生的5个阶段均存在显著差异表达,总体呈"升—降—升"的趋势,其中在萌发胚阶段的CsAPX基因的表达水平显著高于其他4个阶段,推测CsAPX基因在体胚发生过程中的萌发胚阶段发挥着重要的作用。     

茶树无色花色素还原酶基因克隆及表达分析

采用EST测序技术和3′RACE技术,获得了茶树儿茶素代谢途径中的一个重要酶—无色花色素还原酶的全长基因,在GenBank的登录号为EF205148,序列全长1 301 bp,其中开放阅读框长1 029 bp,编码342个氨基酸,3′端有一个明显的多聚腺苷酸加尾信号,推测的蛋白分子量约为37.5 kD,理论等电点为5.81。将该基因重组到表达载体pET-32a(+)中进行原核表达,经IPTG诱导、SDS-PAGE检测,结果表明茶树无色花色素还原酶基因能在大肠杆菌BL21中表达,电泳检测到一条大约60 kD的外源蛋白,与预测的融合蛋白分子量相符。同源性分析表明茶树无色花色素还原酶基因编码的氨基酸序列与其他植物具有较高的相似性,例如与亚洲棉、草莓和葡萄的相似性分别为70%、68%、71%。利用半定量PCR技术检测总儿茶素含量不同的4个茶树品种中与类黄酮合成相关的黄酮醇合成酶(FLS)、二氢黄酮醇-4-还原酶(DFR)、无色花色素还原酶(LAR)、花色素合成酶(ANS)等7个基因的表达情况,结果表明DFR和LAR基因的表达量与茶树中总儿茶素含量呈一定的相关性,而其他基因则与其相关性不大。     

茶树GAGP基因克隆及表达分析

采用SSH技术分析了VA菌根处理后福鼎大白茶根系基因差异表达情况,获得了差异序列,序列比对显示,在下调表达序列中可能包含了10种未知功能的基因;在上调表达序列中可能包含了5种可能的基因。采用RACE技术获得GAGP基因长3β146βbp（GenBank,登录号KJ946251）,具有2β769βbp开放阅读框（1^st~2β769^th）,编码923个氨基酸。分子生物信息学分析表明,GAGP蛋白分子量约106.9βkD,等电点为8.42,定位于线粒体内。定量PCR分析表明,GAGP在茶树叶片中表达强度存在明显的品种差异,GAGP对生物性和非生物性胁迫均有明显响应。     

低磷胁迫下茶树根系CS基因的克隆及表达分析

柠檬酸合成酶（Citrate Synthase, CS）是茶树体内合成柠檬酸的关键性酶。克隆了茶树根系柠檬酸合成酶基因片段,GenBank登录号为FJ814766,且利用半定量RT-PCR方法,研究该基因在低磷下的表达变化。结果表明,当供磷浓度为0（缺磷）时,根系CS基因的表达略有增强,这可能是茶树对低磷的一种适应机制。     

茶树根系Actin基因克隆及表达分析

采用SSH技术分析了VA菌根处理后福鼎大白茶根系基因差异表达情况,获得了差异序列,序列比对显示,在下调表达序列中可能包含了10种未知功能的基因;在上调表达序列中可能包含了5种可能的基因。采用RACE技术获得了Actin基因全长序列,Actin基因长1β606βbp (GenBank, 登录号KJ946252),具有1β131βbp开放阅读框（1^st~1β131^st）,编码377个氨基酸。分子生物信息学分析表明,Actin蛋白分子量约30.69βkD,等电点为5.27,定位于细胞核等亚细胞区位。研究还显示,Actin在不同品种中表达无显著差异,对非生物性胁迫响应也较弱。