橡胶树中碱性转化酶基因 HbNIN8 的克隆与表达分析

蔗糖是高等植物光合产物的重要存储方式,而转化酶和蔗糖合酶是水解蔗糖的主要酶。研究基于橡胶树的基 因组和转录组数据,采用 RT-PCR 技术克隆到一个中碱性转化酶基因 HbNIN8 的全长 cDNA。该基因预测编码 630 个氨 基酸。同源和亚细胞定位分析表明,HbNIN8 属于 α 类中碱性转化酶,叶绿体定位。应用毕赤酵母真核表达获得其重组 蛋白,分析了其酶活性特点,HbNIN8 在毕赤酵母中重组蛋白的最适 pH 为 7.5,最适温度为 45 ℃。实时荧光定量 PCR 分析表明,HbNIN8 主要在叶片中表达,其表达量随着叶片的成熟而逐渐增加,在稳定期叶片中达到最大,在成熟叶片 中,HbNIN8 的表达呈现明显的昼夜差异,晚上的表达水平相对高于白天。因此,HbNIN8 很可能是负责将叶绿体中的 蔗糖水解为单糖,从而调控橡胶树叶绿体内蔗糖和淀粉的分配。     

橡胶树中碱性转化酶基因 HbNIN8 的克隆与表达分析

蔗糖是高等植物光合产物的重要存储方式,而转化酶和蔗糖合酶是水解蔗糖的主要酶。研究基于橡胶树的基因组和转录组数据,采用 RT-PCR 技术克隆到一个中碱性转化酶基因 HbNIN8 的全长 cDNA。该基因预测编码 630 个氨基酸。同源和亚细胞定位分析表明,HbNIN8 属于 α 类中碱性转化酶,叶绿体定位。应用毕赤酵母真核表达获得其重组蛋白,分析了其酶活性特点,HbNIN8 在毕赤酵母中重组蛋白的最适 pH 为 7.5,最适温度为 45 ℃。实时荧光定量 PCR分析表明,HbNIN8 主要在叶片中表达,其表达量随着叶片的成熟而逐渐增加,在稳定期叶片中达到最大,在成熟叶片中,HbNIN8 的表达呈现明显的昼夜差异,晚上的表达水平相对高于白天。因此,HbNIN8 很可能是负责将叶绿体中的蔗糖水解为单糖,从而调控橡胶树叶绿体内蔗糖和淀粉的分配。     

巴西橡胶树胶乳蛋白质组学研究综述

巴西橡胶树胶乳高速离心后大致可分为橡胶粒子、C-乳清和黄色体3种组分,这些组分中含有约200种不同的蛋白质。随着蛋白质组学的发展,巴西橡胶树胶乳蛋白质组学的研究已相继展开。本文综述近年来巴西橡胶树胶乳蛋白质组学的研究,提出了其存在的问题并进行了展望。     

巴西橡胶树MADS-box基因家族6个成员的染色体物理定位

MADS-box基因家族广泛分布于真核生物中,巴西橡胶树的MADS-box基因家族主要参与花形态建成,对生殖生长起到重要的调节作用。目前,MADS-box基因家族的26个相关基因已被克隆分析,但它们在染色体上的具体位置还未确定。本研究以巴西橡胶树‘热研7-33-97’品种为材料,将MADS-box基因家族的6个成员（HbAGL8、HbAG15、HbAGL30、HbTT16、HbAP1和HbSVP1）定位在细胞核染色体上,通过双探针荧光原位杂交技术（FISH）对巴西橡胶树MADS-box基因家族的这6个成员在细胞核染色体上进行物理定位分析。结果表明：MADS-box基因家族的6个基因分别位于不同的染色体上,其中HbAGL15、HbAG8、HbAG30和HbSVP1基因定位在第4、5、7和8号染色体长臂上,其信号位点到着丝粒的平均百分距离是11.85、39.71、48.94和6.70;HbTT16和HbAP1基因定位在第1和13号染色体短臂上,其信号位点到着丝粒的平均百分距离是22.19和18.01。本研究结果揭示了巴西橡胶树MADS-box基因家族的6个成员在细胞核染色体上的实际位置,展现家族基因之间的分布特点和连锁遗传关系,不仅丰富了橡胶树分子细胞遗传学信息,也为橡胶树的分子辅助育种和比较基因组学研究提供了分子细胞遗传学的科学理论依据。     

HbNIN2基因在巴西橡胶树嫩皮和中脉中的RNA原位杂交分析

在橡胶树（Hevea brasiliensis）中,转化酶基因HbNIN2被证明是决定产胶细胞乳管中蔗糖代谢的关键基因,同时在叶片、树皮等多种组织中均有表达。为进一步研究HbNIN2基因的功能,利用原位杂交（in situ hybridization）技术对HbNIN2基因在橡胶树嫩皮和中脉两种组织中的表达区域与表达特点进行研究。结果显示,在橡胶树嫩皮中,HbNIN2基因主要在韧皮部中表达,而在中脉中,HbNIN2基因在除木质部外的其它部位均有表达,同时在两种组织的乳管细胞中HbNIN2基因均有明显的表达信号。比较而言,HbNIN2基因在中脉中的表达量远高于嫩皮。结合其它研究结果,推测HbNIN2基因可能参与橡胶树乳管蔗糖代谢、叶片生长发育调控等。     

橡胶树2个胶乳转化酶基因的原核表达

转化酶是控制橡胶树胶乳蔗糖代谢和影响胶乳(橡胶)产量的关键酶。将已克隆的2个橡胶树胶乳转化酶基因(HbNIN1、HbNIN2)的编码区插入到原核表达载体pET28a上,经酶切和测序鉴定,成功获得了读框准确的转化酶表达载体(pET-HbNIN1和pET-HbNIN2);再将表达载体转化大肠杆菌表达菌株BL21(DE3),对其培养温度、IPTG诱导浓度和培养时间进行优化表达。结果表明,携带2个转化酶基因表达载体(pET-HbNIN1和pET-HbNIN2)的大肠杆菌转化子分别在28℃和37℃条件下,经浓度1.0 mmol/L IPTG诱导6 h实现了目标蛋白(HbNIN1和HbNIN2)的原核高效表达,表达量大于菌体总蛋白的20%,目标蛋白主要以包涵体形式存在。该结果为进一步研究这2种转化酶蛋白的分子特性和抗体制备奠定基础。     

巴西橡胶树中碱性转化酶HbNINa基因的克隆和表达模式分析

检索橡胶树EST和基因组数据库,发现了1个在叶片中高丰度表达的中碱性转化酶基因.采用RT-PCR和RACE技术获得了该基因的cDNA和基因组序列,命名为Hb NINa.序列分析结果显示,HbNINa基因cDNA序列的编码区(CDS)序列长度为1 719 bp,对应的基因组序列为3 696 bp.序列分析表明,该基因编码571个氨基酸多肽,推测其分子量大小为65.7 ku,等电点为6.36.HbNINa蛋白包含植物中碱性转化酶的全部保守结构域.基因组结构分析显示Hb NINa基因包含4个外显子和3个内含子.QPCR分析结果表明,HbNINa基因在在胶乳中表达水平极低,而在其他组织如树皮、树叶和雌花中的表达丰度相对较高.在叶片发育过程中,Hb NINa在叶片发育的初期高丰度表达,推测HbNINa可能参与叶片蔗糖利用,进而在橡胶树叶片发育过程中起重要作用.     

巴西橡胶树胶乳核酸含量与产量及死皮关系的研究

初步研究了无性系ＲＲＩＭ６００健康与死皮橡胶树乳胶的核酸、蔗糖、无机磷和硫醇的含量及核糖核酸酶的活性，分析了它们与胶乳产量和死皮之间的关系。认为死皮树胶乳中核糖核酸酶活性的增强和核酸含量的下降是割面局部组织衰老现象的反映。     

巴西橡胶树胶乳亮氨酸氨肽酶基因克隆及表达

以巴西橡胶树(Hevea Brasiliensis)无性系热研7-33-97的胶乳为材料,根据已报道的植物亮氨酸氨肽酶基因的保守序列设计简并引物,应用RACE技术克隆同源基因(HbLAP1).用生物信息学软件(DNA-MAN,DNAStar,ScanProsite,ClustalW)对HbLAP1进行生物信息学分析,通过Northern-blot分析HbLAP1的表达.结果表明,HbLAP1的cDNA全长1 985 bp,包括1个1 581 bp的阅读框,编码526个氨基酸的蛋白质,一个105 bp的5'非编码区和一个299bp的3'非编码区(括16个腺苷酸尾巴);HbLAP1是一种可溶性的细胞质氨肽酶结构域,割胶显著下调舶HbLAP1的表达.HbLAP1可能是乳管细胞茉莉酸信号途径的负调控因子.     

国外巴西橡胶树死皮的研究

防治橡胶树死皮迄今仍是世界难题。根据现有文综述国外对橡胶树死皮的症状、分类、病因和防治等方面的研究。     

橡胶树HAD家族蛋白酸性磷酸化酶基因VSP2的表达分析

植物营养储藏蛋白VSP2是HAD家族蛋白(haloalcanoic acid dehalogenase super family,HAD)的主要成员之一。该蛋白具有酸性磷酸化酶的功能,在橡胶树氮素储存和植物凝集素防御胁迫中发挥着重要的作用。在前期研究中,利用c DNA-AFLP获得了1条与橡胶树棒孢霉落叶病抗病性相关的差异表达片段EST-IAN-24,通过Blast比对分析,发现该基因片段与其他物种的VSP2基因具有较高同源性。采用PCR和RT-PCR技术,克隆获得了一个橡胶树VSP2基因的c DNA和基因组序列,并将该基因命名为Hb VSP2。基因序列分析显示,该基因编码区全长(CDS)975 bp,含有4个内含子和5个外显子,编码324个氨基酸,推测该蛋白的分子质量为30.01 ku,等电点为4.80。该基因蛋白是HAD家族蛋白中的酸性磷酸酶,具有DXDXT基序特征。q RT-PCR定量分析发现,受多主棒孢病菌侵染后,Hb VSP2基因在橡胶树抗、感品种中的表达量存在着明显的差异,抗病品种(IAN873)的表达量显著高于感病品种(PR107),且在接种12 h达到了峰值;此外,该基因在水杨酸、茉莉酸甲酯、乙烯的处理下均能诱导其表达,对茉莉酸甲酯的敏感性明显高于其他2个激素。本研究初步表明,Hb VSP2基因可能参与橡胶树与多主棒孢病菌的互作并且与抗病性相关。     

巴西橡胶树多聚遍在蛋白基因的表达分析

研究中发现橡胶树胶乳中的橡胶粒子膜上存在遍在蛋白（Ubiquitin),天然橡胶就是在橡胶粒子上合成的,一些与橡胶合成相关的酶或蛋白就位于橡胶粒子膜上,为了探讨多聚遍在蛋白（Polyubiquitin)基因在天然橡胶合成中可能的调节作用,对橡胶树Polyubiquitin基因的表达进行了研究,Northern blot分析表明,Polyubiquitin基因在橡胶树叶片,树皮和胶乳中都表达,在胶乳中的表达量比叶片和树皮中的高。用外源乙烯和茉莉酸处理的末开割橡胶树和开割橡胶树进行处理后,均可引起Polyubiquitin基因表达增强,未开割橡胶树对外源乙烯和茉莉酸处理比开割橡胶树的反应敏感。     

橡胶树前纤维蛋白(profilin)基因家族的鉴定及表达分析

肌动蛋白细胞骨架可能在橡胶树乳管伤口堵塞过程中发挥重要作用。前纤维蛋白（profilin）是肌动蛋白动态平衡的重要调节子,但对橡胶树profilin基因家族系统研究的报道较少。通过分析橡胶树基因组和转录组数据,鉴定到6个橡胶树profilin基因,对其基本特性及蛋白保守基序、结构特征、进化关系和表达模式等进行分析。基因结构分析表明,橡胶树profilin基因都包含3个外显子2个内含子,编码的蛋白序列含有profilin蛋白特有的保守基序KYMVIQGE和VIRGKKG。进化分析显示,橡胶树profilin并未严格分为营养型和生殖型2种类型。profilin蛋白二级结构以无规则卷曲为主,三级结构均包含3个α螺旋和7个β折叠。表达分析结果显示,4个profilin基因在胶乳中高表达,橡胶树排胶和碘化钾处理调控这4个profilin基因表达,推测profilin基因参与橡胶树排胶过程。该研究结果为进一步阐明橡胶树profilin基因在乳管伤口堵塞和排胶中的作用奠定基础。     

橡胶树叶片转化酶提取方法的比较

比较液氮研磨样品与蛋白抽提液研磨样品对6种提取橡胶树叶片转化酶方法的效果。结果表明：液氮研磨法对转化酶活性影响很大,特别是中性/碱性转化酶和细胞壁结合的酸性转化酶已基本失活,而可溶性酸性转化酶活性丧失也比较严重。利用蛋白抽提液研磨样品,用Hepes-NaOH法提取的可溶性转化酶的酶活性最高,达472.44 μmol（glucose）/[g（FW）·h]; 虽然磷酸-柠檬酸法获得的粗酶液的蛋白含量较低, 但其酶活性高达441.61 μmol（glucose）/[g（FW）·h]; Tris-HCl法提取的细胞壁结合酸性转化酶的酶活性最高, 达35.83 μmol（glucose）/[g（FW）·h]。从转化酶的比活力看,磷酸-柠檬酸法最佳,所提取的可溶性转化酶比活力约为Hepes-NaOH法的4倍。本研究结果为进一步完善橡胶树叶片转化酶的提取方法提供重要的指导意义。     

巴西橡胶树YABBY基因家族鉴定及表达分析

YABBY基因家族是一类植物特有的转录因子,在植物叶片和花器官的发育以及非生物胁迫应答中起重要的调控作用。本研究从橡胶树基因组中鉴定得到11个HbYABBY家族成员,并从基因结构、启动子顺式作用元件、染色体定位、系统进化及基因表达等方面进行分析。结果显示11个橡胶树HbYABBY基因分布在9条染色体上,编码蛋白的长度在132~241个氨基酸,分子量在14.75~26.41 kDa,启动子区域含有丰富的光响应元件。该基因家族具有显著的组织表达特异性,叶片和花中高表达,而在胶乳和根中基本不表达。叶片的发育过程中,除HbCRC1上调表达,另外9个HbYABBY基因均显著持续下调表达,表明HbYABBY深度参与橡胶树叶片发育调控。转录组测序和荧光定量检测均发现所有HbYABBY成员受高温诱导持续下调表达,但不受低温胁迫诱导,暗示了HbYABBY在橡胶树的高温胁迫中发挥调控作用。本研究以热带经济林木巴西橡胶树为研究对象,对YABBY转录因子基因家族的理化特征、表达及功能进行了初步分析,为该基因家族功能的深度研究提供了理论依据和参考。     

橡胶树 HMGS 编码基因的分离鉴定

羟甲基戊二酸单酰辅酶 A 合成酶（HMGS）将乙酰辅酶 A 转化为羟甲基戊二酸单酰辅酶 A,是甲羟戊酸代谢 途径的限速酶之一。本研究从橡胶树热研 879 和热研 7-33-97 品系的胶乳中分离出 HbHMGS1 和 HbHMGS2 基因。相比 HbHMGS1 基因在胶乳和树皮中的共表达模式,胶乳中高丰度表达的 HbHMGS2 基因可能是乳管细胞中参与天然橡胶合 成的主效基因,而 HbHMGS1 是功能冗余基因。HbHMGS2 基因在橡胶树高产品系热研 879 胶乳中的表达量亦高于测序 品系热研 7-33-97,表明 HbHMGS2 基因的高水平表达可能有助于橡胶的合成。其上游启动子的顺式作用元件差异可能 与该基因在热研 879 和热研 7-33-97 的差异表达有关。HbHMGS2 基因的转录亦受茉莉酸诱导,可能参与了茉莉酸信号 调控天然橡胶的合成过程。HbHMGS2 基因在大肠杆菌中成功表达为后续研究该基因的功能、利用该基因生产活性物质 提供新的基因资源。     

橡胶树HbREF3基因的克隆及功能初步分析

橡胶延伸因子（REFs）是橡胶粒子上的一种主要膜蛋白,在橡胶生物合成途径中具有延伸橡胶烃和稳定橡胶粒子等重要作用。对橡胶树不同组织的转录组测序发现,HbREF3在胶乳中具有特异性的高表达,且其在HbREFs基因家族中表达水平也相对较高,仅次于表达丰度最高的HbREF1。HbREF3的开放阅读框为528 bp,编码175个氨基酸,对应的蛋白相对分子质量为19.62 kDa,理论等电点（pI）为5.28。系统进化树分析表明,HbREF3与橡胶树其他HbREFs虽均属于分组Ⅰ,但与HbREF1明显属于不同分支。HbREFs均含有REF保守结构域,但在保守motif的分布上,不同HbREFs蛋白含有保守motif数量不等,HbREF3比HbREF1多了一个motif。生信预测分析表明,该蛋白属于亲水性蛋白,无跨膜结构域,具有14个磷酸化位点。亚细胞定位分析发现HbREF3蛋白定位在内质网上,推测其可能参与橡胶粒子的形成和胶乳的再生。本研究结果为进一步阐明HbREF3基因在橡胶树胶乳再生中的作用机制奠定了基础。