新牧1号苜蓿两个抗逆相关基因启动子的克隆及分析

采用实时荧光定量PCR分析了新牧1号苜蓿（Medicago varia Xinmu 1）MvNHX1和MvDREB1基因在盐胁迫下的表达情况。此外,根据已获得的MvDREB1和MvNHX1基因序列设计特异引物,并以新牧1号苜蓿的基因组DNA为模板,克隆得到了这两个基因的启动子。利用生物信息学方法,分析这两个基因启动子的类型和结构,结果表明,MvNHX1和MvDREB1基因的启动子序列中均含有通用启动元件和上游调控元件,如CAAT框、TATA框、光响应元件、低温响应元件等,但部分响应元件的种类和数量不同。通过对两个基因启动子的克隆、分析及比较为进一步研究这两个基因的表达调控机制奠定了基础。     

紫花苜蓿MsLEA4启动子的克隆及表达分析

为了深入研究紫花苜蓿（Medicago sativa）MsLEA4基因的功能,本试验采用染色体步移技术从紫花苜蓿基因组中扩增出MsLEA4启动子序列,构建GUS植物超表达载体,并根据序列分析结果对紫花苜蓿进行相应逆境胁迫。结果表明：紫花苜蓿MsLEA4启动子含有响应脱落酸（abscisic acid,ABA）调控的顺式作用元件ABRE,响应赤霉素（gibberellin,GA）调控的顺式作用元件P-box,参与胚乳合成的顺式作用元件GCN4和Skn-1,以及涉及光调控和光周期的顺式作用元件;外源ABA、GA、持续光照以及黑暗均能诱导MsLEA4基因的表达;GUS基因只在拟南芥花和荚果中表达。因此,MsLEA4基因能参与紫花苜蓿的逆境调控,与该基因启动子序列中所含的一系列顺式作用元件相关。本研究为进一步探索MsLEA4基因在紫花苜蓿逆境胁迫、光调控以及组织特异性表达中的作用奠定了基础。     

日本结缕草ZjPPH2基因的克隆、亚细胞定位及表达分析

利用RACE技术从日本结缕草中克隆得到1个脱镁叶绿素脱镁叶绿酸水解酶基因ZjPPH2(GenBank登录号:MG870086)。其开放阅读框为1140bp,编码379个氨基酸。构建系统进化树发现,ZjPPH2蛋白与高粱亲缘关系最近。通过染色体步移的方法得到ZjPPH2基因ATG上游1699bp序列,PLACE在线预测结果表明,其启动子序列上具有响应ABA、MeJA、SA的调控元件及若干光响应元件。亚细胞定位结果显示,ZjPPH2定位于叶绿体。荧光定量数据表明,ZjPPH2基因在衰老叶片中的表达量最高,且受ABA、MeJA、SA及黑暗处理的调控。     

紫花苜蓿MsRBP基因的克隆、分析及烟草的遗传转化

采用RACE技术以一段紫花苜蓿(Medicago sativa)盐诱导基因的EST(expressed sequence tag)序列为模板设计引物克隆此基因的全长序列.序列分析结果表明,该基因全长1551 bp,包含一个1230 bp的最大开放阅读框,编码409个氨基酸,包含3个RNA结合蛋白结构域(RRM domain),命名为MsRBP(GenBank accession No.JN986878.1).亚细胞定位分析表明此基因编码蛋白定位于细胞核.经同源比对和进化树分析,MsRBP基因编码的氨基酸序列与截形苜蓿(Medicago truncatula)、大豆(Gl ycine max)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)等物种中的某些RNA结合蛋白的氨基酸序列具有很高的相似性.RT-PCR (Real-time PCR)分析结果表明,在NaCl,ABA和PEG胁迫下MsRBP基因的表达水平均上调,推测该基因可能在紫花苜蓿逆境胁迫调控中发挥重要作用.经构建植物超表达载体pBI21-MsRBP,采用农杆菌介导法对烟草(Nicotiana tabacum)进行遗传转化,获得了抗性转化再生植株.通过PCR,RT-PCR及GUS组织化学染色分析表明:MsRBP基因在烟草的基因组中能够进行转录和表达.本研究为该基因的功能鉴定与调控机制研究奠定了基础.     

草地早熟禾PpGA2ox基因启动子的克隆及功能分析

为了研究草地早熟禾(Poa pratensis L.)GA2-氧化酶基因(PpGA2ox)的启动子,利用染色体步移的方法从草地早熟禾中克隆得到1109bp的PpGA2ox基因启动子序列。Plant CARE在线预测结果表明该启动子序列中存在CAAT-box、TATA-box等启动子基本顺式作用元件以及响应干旱胁迫和茉莉酸甲酯诱导的调控元件。构建PpGA2ox基因启动子与GUS报告基因融合的植物表达载体转化拟南芥,阳性植株GUS组织化学染色结果表明PpGA2ox基因启动子可以驱动GUS基因在拟南芥中表达并且表达具有组织特异性。与对照相比,激素处理及非生物胁迫下GUS基因表达量发生变化,推测PpGA2ox基因的表达可受到激素及非生物胁迫调控。     

紫花苜蓿MsHSP17.7基因的克隆及功能分析

热激蛋白是一类普遍参与抗逆的保护性蛋白,在植物生长发育及逆境调控中起重要作用。为了解紫花苜蓿(Medicago sativaL.)热激蛋白基因特性及功能,本研究通过同源克隆法获得热激蛋白基因MsHSP17.7,该基因包含477bp开放阅读框,编码158个氨基酸,蛋白分子量为17.67kDa。序列比对发现MsHSP17.7与截形苜蓿(Medicago truncatula)和豌豆(Pisum sativum)中的2个小分子热激蛋白同源性较高,相似度分别是93.38%,83.13%。组织差异性表达显示,MsHSP17.7在茎中表达最多,叶和花次之,在根中最少;实时定量PCR分析显示,MsHSP17.7受高温、高盐诱导表达,在过氧化诱导下表达量变化不明显。对T3代转基因拟南芥(Arabidopsis thaliana)实时定量PCR分析显示,该基因在高盐和过氧化胁迫下均能大量表达,结果表明MsHSP17.7基因可能参与了高盐与过氧化逆境下的胁迫应激调控。     

sikFBA4基因启动子的克隆及低温表达模式分析

天山雪莲生长于常年积雪覆盖高海拔处的高山区域,具有很强的极端低温生境适应能力,属于研究植物低温适应的良好模式植物。前期的研究表明,sikFBA4基因可以显著提高番茄的抗寒能力。为进一步研究sikFBA4基因的耐寒响应模式,以天山雪莲为材料,采用实时荧光定量PCR分析sikFBA4在低温胁迫下的表达模式;利用高效热不对称PCR法(Hi-Tail PCR)克隆sikFBA4启动子序列并进行生物信息学分析。为分析PsikFBA4序列克隆的完整性及转录表达特性,将PsikFBA4与GUS基因融合在烟草中进行瞬时表达。结果表明,sikFBA4在低温胁迫条件下的表达发生瞬时显著上调,并在1 h达到峰值,而后表达下调。通过启动子克隆分析,在PsikFBA4序列-1648 bp位置处具有冷响应元件LTRE;进一步的GUS染色和酶活力测定结果表明,低温能够显著提高GUS基因的表达活性,说明sikFBA4属于低温诱导型基因。SikFBA4基因启动子的克隆、序列分析以及表达分析,为进一步探究雪莲果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(sikFBAs)基因的表达与调控机制奠定了基础。     

紫花苜蓿GDP解离抑制蛋白基因cDNA的克隆、分析及烟草转化

采用RT-PCR方法,克隆得到紫花苜蓿(Medicago sativa L.)GDP解离抑制蛋白基因cDNA核心区域序列,命名为MsGDI1。序列分析结果表明,该cDNA核心区域全长1575 bp,包含一个1332 bp的最大开放阅读框,编码444个氨基酸。半定量RT-PCR分析结果表明,在盐胁迫和铝胁迫条件下,MsGDI1基因的表达随着胁迫时间的增加而上升,该基因可能与紫花苜蓿抗盐耐铝机理有关。借助于新构建的该基因超表达载体,用农杆菌介导方法转化烟草(Nicotiana tabacum L.)。转基因烟草植株PCR检测的结果表明,MsGDI1基因已经成功插入到烟草基因组中,为进一步研究该基因的功能奠定了基础。     

紫花苜蓿BAN基因的克隆及其生物信息学分析

BANYULS(BAN)基因编码的花青素还原酶是缩合单宁合成有关的一个关键酶.利用同源克隆的原理,采用RACE的方法,从紫花苜蓿中克隆得到了BAN基因(MsBAN),并对其进行了初步的分析.该基因cDNA全长1313bp,包括开放阅读框1017bp,编码339个氨基酸,在N端存在一个NADP结合位点“VIGGTGFVASLLIKQLLEKGY”.实时荧光定量PCR结果表明,该基因在紫花苜蓿荚果中表达量最高,花中最弱.在NaCl和PEG诱导下,MsBAN基因表达量明显高于对照.在外源激素ABA和GA3处理下,该基因被诱导表达.表明单宁可能在紫花苜蓿的抗逆性调控中也起到一定的作用.     

青香蕉苹果α-法尼烯合酶基因启动子的克隆及序列分析

α-法尼烯的合成及α-法尼烯合酶基因的表达调控机制的研究在苹果等虎皮病的防治中具有重要作用。本实验利用Tail-PCR技术克隆了青香蕉苹果中α-法尼烯合酶基因的启动子序列,长度为1235bp。序列分析结果发现,该启动子序列含有明显的启动子特征序列TATA-box和CAAT-box,还有含有GARE-motif,TATC-box,TGA element等赤霉素和生长素等激素响应元件,HSE,ARE等热胁迫响应元件,大量的光反应元件G-box,GA-motif,GAG-motif,以及MYB结合位点MBS。序列分析表明该启动子可能受到激素、温度和光的调节。     

紫花苜蓿二氢黄酮醇还原酶基因(MsDFR)的克隆与分析

二氢黄酮醇还原酶(dihydroflavonol reductase,DFR)是缩合单宁生物合成途径中的关键酶,在单宁的合成中起着重要的作用。根据同源克隆的原理,利用RACE技术,从“中苜一号”苜蓿中克隆得到DFR基因(MsDFR),并对其进行了序列分析及不同胁迫条件下的表达模式分析。结果表明,MsDFR基因cDNA全长1 402 bp,包括开放阅读框1 023 bp,编码340个氨基酸,在N端存在1个NADP结合位点“VTGASGFIGSWLVMRLMERGY”,中部存在1个底物特异性结合的氨基酸基序“TLNVTEDQKPLWDESCWSDVEFCRRV”。实时荧光定量PCR结果表明,该基因在荚果中表达量较高,根中较弱;在NaCl和GA₃诱导下,MsDFR基因表达受到抑制;在黑暗条件下,该基因被诱导表达。由此推测“中苜一号”苜蓿中可能存在不依赖于GA₃信号的单宁合成途径。     

紫花苜蓿不同品种低温胁迫下抗寒基因cas18的表达分析

根据Genbank登陆的紫花苜蓿,抗寒基因cas18（L07516）的mRNA序列设计引物,提取低温胁迫下紫花苜蓿叶片中的RNA,以反转录的cDNA为模板,进行PCR反应,扩增产物经回收、连接、转化和酶切鉴定为阳性重组子,其序列长度为755bp。经比较,与Genbank登陆的紫花苜蓿cas18基因序列的同源性达到80%以上,表明所克隆的基因序列为紫花苜蓿cas18基因部分序列。低温胁迫下,紫花苜蓿中cas18基因的表达量在供试的7个品种间存在显著的差异,不同品种cas18基因编码区也存在部分序列上的差异,推测这可能是导致不同品种抗寒能力差异的原因。     

新牧1号苜蓿两种抗逆相关启动子的功能分析

前期已成功克隆了新牧1号苜蓿MvP5CS与MvNHX1基因和二者的启动子序列。在此基础上,本试验分别构建了含有Mvp5cs和Mvnhx1启动子的调控GUS报告基因的植物表达载体,并通过农杆菌介导法得到了含有Mvnhx1与Mvp5cs启动子的转基因烟草植株。PCR检测证明了两种启动子已稳定的整合到烟草基因组中;GUS组织染色证明两种启动子均具有启动基因表达的功能。通过测量GUS活性来探究两种不同的诱导型启动子在4种非生物胁迫下(干旱、盐、脱落酸、赤霉素)的表达活性。结果表明,1)Mvnhx1与Mvp5cs启动子均响应盐、脱落酸、赤霉素、干旱胁迫,与CaMV35S启动子相比,差异显著。2)Mvnhx1启动子在盐胁迫、脱落酸胁迫下所起诱导作用要优于Mvp5cs启动子。在48 h 100 mmol/L、150 mmol/L NaCl胁迫处理时,Mvnhx1启动子GUS活性分别是Mvp5cs启动子的2.03和3.23倍,差异显著。在25 μmol/L、 50 μmol/L ABA处理下,Mvnhx1启动子的活性整体高于另两种启动子,差异显著。3)Mvp5cs启动子在干旱胁迫、赤霉素胁迫所起诱导作用优于Mvnhx1启动子。干旱胁迫时,Mvp5cs启动子的GUS活性在36 h是同时间Mvnhx1启动子的2.22倍。70 μmol/L GA处理时,Mvp5cs启动子在36 h达到最大值,是同时间段Mvnhx1启动子的1.79倍。     

紫花苜蓿γ-生育酚甲基转移酶(γ-TMT)基因的克隆与逆境下的表达分析

紫花苜蓿是目前全国乃至世界上种植最多的牧草,在畜牧业生产中发挥着重要的作用。γ-生育酚甲基转移酶(γ-TMT)是维生素E合成途径中一种重要的合成酶,催化γ-生育酚向α-生育酚的转化,改变维生素E组成,利于动物和人体的吸收。本实验通过RACE-PCR技术,得到紫花苜蓿γ-TMT基因的全长cDNA序列,命名为MsTMT。测序和生物信息学分析表明,此序列全长1 306 bp,包含1个长为939 bp的完整开放阅读框(ORF),编码312个氨基酸。MsTMT属于甲基转移酶家族(AdoMet-MTases),有1个腺苷脱氨基酶信号(SLSTDDP),包含有2个保守的S-腺苷甲硫氨酸结合结构域(XXDXGCGIG,VXXPGGXXIX)。Real-time PCR检测结果表明MsTMT基因在紫花苜蓿各组织中均有表达,叶片中表达量最高。受NaCl、PEG以及黑暗诱导后,该基因表达上调;低温胁迫后该基因表达下降;外源ABA不影响该基因的表达。     

启动子Actin1的克隆及植物表达载体的构建

通过提取水稻叶片基因组DNA,设计PCR扩增特异引物,克隆单子叶特异表达启动子Ac-tin1基因,与T载体连接,转化E.coliDH5α,得到重组子,经酶切和序列分析鉴定,该片段分子大小为1238bp,通过序列对比分析发现与已发表的Actin1碱基序列有99.60%的同源性。特异启动子基因驱动的抗真菌肽(AFP)基因植物表达载体,就可以进行早熟禾黑麦草等单子叶牧草的遗传转化,为单子叶牧草和草坪草的抗真菌病研究提供方法。     

我国西北地区3个广泛种植苜蓿品种的萌发和生长对干旱胁迫的响应

采用聚乙二醇(PEG-6000)进行水分渗透胁迫,模拟研究了不同干旱胁迫环境对我国西北地区3个广泛种植的苜蓿品种:甘农一号杂花苜蓿(Medicago varia cv.Gannong No.1)、牧歌紫花苜蓿(Medicago sativa cv.Amerigraze401+Z)、新疆大叶紫花苜蓿(Medicago sativa cv.Xinjiang Daye)的萌芽和幼苗部分保护酶活性及幼苗叶片含水量的影响。结果表明,随着PEG-6000浓度的升高(PEG-6000浓度5%~25%),甘农一号杂花苜蓿、牧歌紫花苜蓿、新疆大叶紫花苜蓿的种子萌芽、幼苗叶片含水量及部分保护酶活性皆受到不同程度的影响。其中,3个苜蓿品种的发芽率、发芽指数、活力指数、发芽势皆明显降低,幼苗叶片含水量基本无显著变化,幼苗本体保护酶活性变化各不相同。利用隶属函数法分析得出3个苜蓿品种种子萌发期抗旱性强弱次序为:甘农一号杂花苜蓿>新疆大叶紫花苜蓿>牧歌紫花苜蓿,根据综合评价均值来看,甘农一号杂花苜蓿和新疆大叶紫花苜蓿抗旱性较强,而牧歌紫花苜蓿稍弱。     

喷施微肥对紫花苜蓿营养品质的影响

对紫花苜蓿进行微肥喷施试验，结果显示：喷施微肥能极显著提高其粗纤维含量，显著降低其粗脂肪、无氮浸出物和磷含量；提高粗蛋白质含量，显著影响粗灰分含量。