大豆中3个Dof转录因子的生物信息学及表达分析

植物Dof转录因子在植物应对非生物胁迫过程中发挥重要作用。为探明Dof转录因子参与大豆对非生物胁迫的响应,对大豆中3个Dof转录因子(GmDof2.1、GmDof3.1和GmDof4.6)的基因序列进行生物信息学分析。3个Dof基因分别位于不同染色体上,它们所编码的蛋白序列长度为212～305个氨基酸残基,均具有1个保守的Dof结构域。3个Dof蛋白主要定位于细胞核中且含有不同数量的磷酸化位点。启动子序列分析表明,GmDof2.1启动子序列中含有3种与逆境和激素响应相关的元件(ARE、DRE1和MBS),GmDof3.1启动子序列中含有6种与逆境和激素响应相关的元件(ABRE、ARE、CGTCA-motif、TGACG-motif、W-box和WUN-motif),GmDof4.6启动子序列中含有7种与逆境和激素响应相关的元件(ABRE、ARE、CGTCA-motif、GARE-motif、MBS、TGACG-motif和WUN-motif)。实时荧光定量PCR结果显示,3个Dof基因均可不同程度的响应高盐、干旱、低温和高温胁迫。GmDof2.1和GmDof3.1在大豆根中的表达量最高,GmDof4.6在大豆茎中的表达量最高。由此推测3个Dof转录因子可能在大豆应对非生物胁迫过程中发挥转录调控作用。     

毛竹PheNAC1基因负调控拟南芥对盐胁迫的耐受性

NAC (NAM, ATAF和CUC)转录因子在植物生长发育、衰老及抵御非生物胁迫等过程中具有重要的作用。为探究NAC基因在毛竹(Phyllostachys edulis)生长发育过程中的功能和响应环境胁迫的分子机制,本研究以毛竹为材料,克隆获得PheNAC1基因的全长CDS序列,并对其序列和表达模式进行分析。结果表明,PheNAC1基因编码区为954 bp,编码318个氨基酸。同源性分析表明,PheNAC1与水稻的OMTN3具有较近的亲缘关系(序列相似性为82.28%)。亚细胞定位结果预测PheNAC1定位在细胞核,转录激活活性分析显示其不具有转录激活活性。PheNAC1基因的启动子区含有胁迫响应元件,如：脱落酸(abscisic acid, ABA)有关的脱水胁迫元件(STRE)、厌氧诱导相关元件(ARE)等,表明其可能参与毛竹的胁迫响应。组织特异性表达分析显示,PheNAC1在毛竹叶中表达丰度最高,根和茎中次之;在成熟叶和衰老叶片中的表达显著高于幼叶。在干旱胁迫和盐胁迫后,分别在1和3 h显著上调表达。在笋采后衰老过程中显著上调表达。过表达PheNAC1基因的拟南芥对盐胁迫的耐受...     

水稻OsGPRP家族基因克隆及其对非生物胁迫的响应

富含脯氨酸和甘氨酸的蛋白基因GPRPs广泛分布于高等植物中,在植物的生长发育和逆境适应中具有重要的作用。为了克隆水稻中的OsGPRP基因,利用生物信息学分析,结合RT-PCR和测序等方法,共获得了3个水稻OsGPRP的cDNA序列,分别编码197,180,170个氨基酸,其蛋白序列均含有3个典型的植物GPRP蛋白保守结构域:N端的XYPP重复、中部富含A的疏水区和C端的HGK重复。为了初步探讨这些OsGPRP基因的功能,利用在线工具Plant CARE database分析,结果发现有3个水稻OsGPRP基因的启动子中包含有许多与植物生长发育、激素和逆境胁迫响应相关的顺式作用元件。为了进一步探究OsGPRP基因在水稻适应非生物逆境胁迫过程中的生物学功能,利用实时荧光定量PCR分析了3个OsGPRP基因在水稻幼苗适应干旱和低温胁迫过程中的响应情况。结果显示,这些OsGPRP基因对干旱和低温胁迫均有不同程度的响应;在干旱胁迫下,这些OsGPRP基因在水稻幼苗不同组织中的表达量均表现出上升的趋势,表达模式较为相似;而在低温胁迫下,其表达模式却存在一些明显的不同,其中,OsGPRP1和OsGPRP3的表达量上升,而OsGPRP2的表达量却下降。结果表明,3个OsGPRP基因在水稻适应非生物逆境中具有重要的作用。     

甘薯蔗糖转运蛋白基因IbSUT3的克隆及功能分析

蔗糖作为光合产物的主要运输形式,其跨膜运输主要由蔗糖转运蛋白介导。本研究采用RACE技术,仍甘薯[Ipomoeabatatas (L.)Lam.]中兊隆得到甘薯蔗糖转运蛋白基因IbSUT3(GenBank登录号为MN233361)。IbSUT3基因全长1607 bp,开放阅读框为1518 bp,编码505个氨基酸。IbSUT3蛋白预测分子量为53.82 kD,等电点(pI)为9.19,含有12个跨膜结构域。序列比对表明, IbSUT3属于Group Ⅰ亚族,与其他物种的SUTs蛋白高度相似,但与Group Ⅳ亚族的蔗糖转运蛋白在进化上具有明显差别。利用酵母表达体系SUSY7/ura3证明IbSUT3编码有功能的蔗糖转运蛋白。亚细胞定位収现, IbSUT3蛋白定位在烟草原生质体膜上。实时荧光定量PCR结果表明, IbSUT3基因在甘薯不同组织中均有表达,但在叶片中表达最高;非生物胁迫(低温、高盐、干旱)和外源脱落酸均可诱导IbSUT3基因在叶片中的表达,表明该基因响应多种非生物胁迫,参与植物对脱落酸的响应。     

毛竹(Phyllostachys edulis)PheGT8和PheGT16基因的克隆与表达分析

三螺旋转录因子在植物响应非生物胁迫过程中具有潜在的作用。本研究通过对毛竹(Phyllostachys edulis)中2个三螺旋转录因子基因进行生物信息学分析,并对其在不同胁迫条件下的表达水平进行研究,初步解析毛竹三螺旋转录因子基因的功能。本研究克隆得到2个毛竹三螺旋转录因子基因PheGT8和PheGT16,发现这两个基因在低温、干旱、盐胁迫以及脱落酸(abscisic acid,ABA)、吲哚-3-乙酸(indole-3-acetic acid,IAA)、水杨酸(salicylic acid,SA)和茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)处理时,表达均呈现了不同程度的上调或下调,表明这两个基因参与了毛竹应对非生物胁迫的应答过程,具有潜在的调控作用。     

银杏GbASR基因的克隆、生物信息学及表达分析

为了明确银杏ASR(ABA-stress-ripening)在应答非生物逆境胁迫中的作用,以便为ASR基因功能、环境胁迫研究提供材料。本研究以银杏(Ginkgo biloba)为材料,利用分子生物学技术对ASR基因进行了克隆,构建pCAMBIA1300-ASR-GFP融合表达载体,进行亚细胞定位分析。采用序列比对方法分析GbASR蛋白结构域及系统进化;利用qRT-PCR方法进行组织特异性表达及非生物逆境胁迫下的基因表达分析。结果表明,银杏ASR基因编码区全长546 bp,共编码182个氨基酸;蛋白质等电点为5.33,分子量大小为20111.24 Da,为亲水性稳定蛋白;GbASR蛋白含有1个高度保守的ABA/WDS结构域,且与火炬松PtASR蛋白同源性较高;GbASR蛋白定位于细胞核。此外,GbASR基因在银杏幼苗根、茎、叶各组织中均有表达,且在叶部有较高的表达;在高盐、干旱和高温胁迫下,GbASR基因均受诱导,且在不同胁迫处理时间0 h、6 h、24 h和48 h的表达存在显著的差异。以上分析说明GbASR基因参与响应高盐、干旱和高温等非生物胁迫,这为植物的育种及解释ASR基因功能提供依据。     

普通小麦MYB转录因子Tamyb59的克隆及表达分析

为进一步挖掘小麦逆境胁迫响应基因在植物非生物逆境胁迫应答中的作用,探究小麦逆境胁迫响应机制,从前期转录组结果中筛选出1个编码MYB蛋白的基因,暂命名为Tamyb59,通过PCR技术扩增Tamyb59的全长;利用NCBI和DNAMAN软件进行基因序列比对和保守结构域的分析;利用Expasy和TMHMM等在线软件进行氨基酸组成、亲水系数分析;采用MEGA 6. 0软件构建系统进化树;构建pMDC83-GFP融合表达载体,进行基因表达的亚细胞定位分析。采用qRT-PCR分析了基因在不同非生物胁迫处理过程中不同组织的表达特性,并利用SAS数据处理软件进行差异显著性分析。结果表明:该基因含有典型的SANT保守结构域,CDS序列全长为522 bp,编码173个氨基酸,编码蛋白分子质量为19. 7 ku,理论等电点为7. 61。基因系统进化分析结果表明,Tamyb59与山羊草、粳稻、玉米等9种植物MYB转录因子有52. 0%～85. 6%的同源性,其中与谷子的MYB蛋白同源性最高。亚细胞定位结果显示,Tamyb59基因编码蛋白定位在细胞核。利用qRT-PCR分析了基因在不同非生物胁迫处理过程中不同组织的表达特性,组织表达特异性分析显示,Tamyb59基因在小麦根中的表达量较高,茎、叶和幼穗中表达量较低; PEG和盐胁迫处理过程中,Tamyb59基因的表达均呈现先上升后下降的趋势,说明Tamyb59基因对不同非生物胁迫有不同的响应。     

中间锦鸡儿CiMYB60基因克隆及表达分析

本研究以中间锦鸡儿作为实验材料,利用PCR技术分别对CiMYB60基因的cDNA与gDNA进行了克隆。测序结果表明:CiMYB60基因的开放阅读框为1 035 bp,编码345个氨基酸,其基因组DNA序列长度为1 485 bp,含有2个内含子和3个外显子。生物信息学分析显示:CiMYB60所编码蛋白的N端包含2个MYB结构域,因此认为其属于典型的R2R3-MYB类蛋白。克隆得到CiMYB60基因的ATG上游序列1 848 bp,分析显示该启动子中包含一些与光反应、组织特异性表达、激素和非生物胁迫相关的响应元件。对CiMYB60基因的表达模式进行分析发现在脱水、NaCl和UV-B处理下其表达量随胁迫处理时间的延长而降低。上述研究结果表明CiMYB60基因可能参与中间锦鸡儿对非生物胁迫等逆境胁迫的响应过程,为进一步研究该基因在非生物胁迫中的功能和表达调控提供了一定的参考。     

StSRK2E-like基因的序列分析及表达载体构建

SnRK2作为脱落酸(abscisic acid,ABA)信号转导途径的关键因子,对应答非生物胁迫防御机制的形成具有重要作用。为验证马铃薯SnRK2s的功能,本试验以‘青薯9号’为材料,利用RT-PCR对SnRK2家族中的StSRK2E-like基因进行克隆。序列分析显示,该基因CDS序列为1089 bp,编码蛋白全长为362 aa,相对分子质量为41.06 kD,脂溶指数为89.67,亲水指数为-0.321,为亲水性蛋白;进化分析显示该基因与番茄中同源基因的亲缘关系最近,相似性高达98.44%;该基因上游2000 bp启动子序列中除了含有TATA-box和CAAT-box核心元件,还含有干旱相关元件(MBS)及激素响应元件(TCA-element,ABRE,TGA-element),推测该基因参与干旱和激素胁迫应答。用RT-qPCR定量检测不同干旱胁迫时间下马铃薯根、茎和叶中StSRK2E-like基因表达水平。结果显示:StSRK2E-like基因在胁迫处理下的表达量显著低于对照,该结果表示该基因对干旱胁迫敏感;且随胁迫时间增加,对照组茎和叶中StSRK2E-like基因的表达量下调显著,胁迫组叶中下调显著(P<0.05),推测该基因在马铃薯抵御干旱胁迫过程中扮演着重要角色。StSRK2E-like基因的具体功能需要进一步研究。本试验成功构建pJAM1502-StSRK2E-like表达载体,为后续进行StSRK2E-like基因的功能验证提供试验基础。     

黄瓜CsWRKY23基因的生物信息学及表达分析

WRKY转录因子是植物中广泛存在的一种转录因子,参与植物的生物胁迫与非生物胁迫。采用RTPCR克隆黄瓜CsWRKY23基因cDNA序列,对序列进行结构域、基因结构分析,构建系统发育树,通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析该基因在黄瓜根、叶组织中的表达。结果表明:CsWRKY23的cDNA开放读码框全长1 431bp,含有5个外显子,4个内含子;编码476个氨基酸,含有两个WRKY结构域,编码蛋白的分子量为52.2kDa、等电点为6.43;系统发育分析表明CsWRKY23与拟南芥AtWRKY33同源。qRTPCR结果表明该基因响应低温胁迫,并在根、叶组织中的表达均上调。本研究为进一步鉴定该基因在非生物胁迫的功能奠定了基础。     

梭梭HaFT-1、HaFT-9基因启动子克隆及胁迫响应分析

14-3-3蛋白是一类普遍存在于真核生物中的分子伴侣,研究表明梭梭14-3-3蛋白HaFT-1和HaFT-9功能与胁迫响应密切相关。为进一步分析HaFT-1和HaFT-9基因胁迫响应机制,本研究采用染色体步移技术扩增HaFT-1和HaFT-9基因5’端上游调控序列,分别获得961和879 bp启动子序列。序列分析表明二者启动子除含有基本的启动子核心元件外,还包含多种逆境响应元件。分别构建HaFT-1和HaFT-9基因启动子-GUS重组载体瞬时转化烟草、棉花、梭梭幼苗,GUS染色结果显示：二者启动子在正常生长条件或高温、脱水、NaCl胁迫及ABA处理下均能调控GUS表达,并且HaFT-1启动子对以上处理的响应更加明显;在高温胁迫下,梭梭幼苗中二者启动子调控的GUS表达具有组织特异性。RT-qPCR结果显示,在梭梭幼苗中,高温、脱水、NaCl胁迫及ABA处理下HaFT-1和HaFT-9基因表达趋势与以上GUS染色结果基本一致。本研究为进一步阐明HaFT-1和HaFT-9基因在胁迫响应中的作用机制提供了科学依据。     

苹果β-淀粉酶基因MdBAM3的克隆和低温响应表达分析

淀粉酶(BAM)介导的淀粉降解广泛参与植物生长发育和非生物胁迫响应等生物学过程。从前期苹果低温诱导转录组研究中分离到1个参与淀粉代谢的差异表达基因片段,克隆其cDNA全长并进行序列分析。结果表明该基因与拟南芥AtBAM3同源,命名为MdBAM3 (GenBank登录号:KX276144.1)。该基因开放阅读框长度1 641 bp,编码546个氨基酸。该蛋白含有完整的葡萄糖基水解酶结构域,保守的葡萄糖基水解酶结构域外环和内环结构,以及2个谷氨酸催化残基,该蛋白包含40个氨基酸残基的cTP (Chloroplast transport peptides),表明MdBAM3蛋白是定位于叶绿体的β-淀粉酶。利用实时荧光定量PCR技术分析模拟低温(4℃)和自然低温条件下MdBAM3的表达响应及组织表达模式,该基因受4℃模拟低温诱导快速表达;自然低温下该基因在叶芽、花芽、韧皮部中的表达均显著上调,在叶芽中表达量最高,具有组织特异性,且随植株休眠的进行呈先升后降的趋势,推测MdBAM3在苹果低温胁迫响应中具有重要功能。     

木薯碱性/中性转化酶MeNINV1基因启动子的克隆及激素应答表达分析

为了解木薯碱性/中性转化酶基因MeNINV1对激素的应答模式及调控机制本研究采用PCR技术,从木薯基因组中分离出MeNINV1基因启动子序列。分析结果显示该启动子长度1 714 bp,含有TATA box和CAAT box保守元件,以及四个激素响应元件:ERE(乙烯应答)、ABRE(ABA应答)、TAC-element(SA应答)和P-box(GA应答)。根据启动子上存在的参与激素应答相关的顺式作用元件信息,选用30μmol/L GA3、30μmol/L ABA、100μmol/L SA和1%乙烯利四种外源激素胁迫处理木薯SC8组培苗,利用实时荧光定量PCR技术,研究MeNINV1基因在不同激素处理下的表达模式。结果表明,MeNINV1基因的表达受激素的调控,因此推断碱性/中性转化酶基因MeNINV1启动子上的激素应答元件响应激素诱导,调控基因的表达。研究结果为进一步研究激素信号如何调控木薯块根蔗糖的分解代谢提供理论基础。     

百子莲ApCathB启动子克隆及其对超低温保存的响应分析

组织蛋白酶B基因(ApCathB)是影响百子莲胚性愈伤组织超低温保存冻存率的关键基因,为探究ApCathB如何响应超低温保存复合逆境,利用染色体步移法扩增获得ApCathB的启动子序列,使用PlantCARE在线软件分析该启动子中含光、激素和非生物胁迫相关的顺式作用元件。将ProApCathB::GUS表达载体转化拟南芥,获得转基因植株,GUS组织化学染色表明ApCathB启动子在拟南芥幼苗时期和小花等部位活性较高,在成熟叶中较低。转基因拟南芥萌发60 h幼苗在超低温保存处理过程中,GUS基因和蛋白的表达量在脱水处理后显著提高,暗示ApCathB启动子受到脱水处理的诱导进而响应超低温保存复合逆境,这为进一步研究ApCathB在百子莲超低温保存中的功能及其相关调控机制提供了数据参考。     

大豆胁迫相关蛋白GmSAP3基因的克隆和表达分析

胁迫是影响植物生长发育和农作物产量的重要因素.胁迫相关蛋白(stress associated protein,SAP)是一类锌指蛋白,广泛参与植物发育和胁迫响应.为了研究大豆SAP基因的功能,本研究以'商豆1201'为材料克隆了GmSAP3基因,并进行了生物信息学分析,采用RT-PCR分析该基因在大豆不同组织和温度胁迫下的表达模式.结果 表明,GmSAP3基因CDS序列全长为513 bp,编码170个氨基酸,GmSAP3蛋白等电点pI为6.79,分子量为18.30568kD;序列分析发现,GmSAP3含有2个保守结构域(zf-A20和ZnF-AN1),序列比对和进化分析发现GmSAP3与GmSA P26亲缘关系最为接近.RT-PCR结果表明,GmSAP3在大豆不同组织中均有表达,其中根和叶片表达较高;GmSAP3受高温胁迫诱导表达,推测该基因在大豆胁迫响应中具有重要作用.本研究为GmSAP3基因功能研究提供了一定的理论支持.     

毛竹PheWRKY76基因序列及相关表达分析

WRKY转录因子家族在植物生长发育和非生物胁迫应答中发挥着重要的作用。本研究以毛竹(Phyllostachys edulis)为材料,克隆PheWRKY76基因并进行相关分析,该基因的开放阅读框全长909 bp,编码302个氨基酸,具有典型的WRKY结构域。PheWRKY76在毛竹的根、茎、叶、花和笋中均有表达,并且受到高盐、干旱和低温等胁迫诱导表达。在不同年龄毛竹的叶片中,随着植株年龄的增加,PheWRKY76基因表达量增加,在不同发育程度的叶片中,老叶PheWRKY76基因表达量较新叶中高,推测该基因可能作为调控因子参与了毛竹的非生物胁迫应答和生长发育调控。     

拟南芥中AtACO3基因启动子DNA甲基化的调控机制

RNA介导的DNA甲基化途径(RdDM)在基因表达调控过程中起重要作用。沉默抑制因子(repressor of silencing 1, ROS1)能负调控RdDM途径。定量RT-PCR(quantitative RT-PCR, RT-qPCR)被利用检测拟南芥(Arabidopsis thaliana)中ABA途径相关基因AtACO3表达水平,结果表明非生物胁迫诱导后AtACO3表达水平显著上调。重亚硫酸盐测序结果证明非生物胁迫诱导该基因启动子重复序列的DNA去甲基化,并导致该基因的转录激活。进一步研究证实ROS1在诱导该基因启动子DNA去甲基化的过程中起作用。本研究揭示了非生物胁迫诱导逆境响应基因AtACO3表达的分子机制,为探索植物适应非生物胁迫的表观遗传调控机制提供了科学依据。     

毛果杨MGT基因家族全基因组水平鉴定及表达分析

为探究MGT基因家族在毛果杨生长发育及响应胁迫中的作用,本研究在毛果杨全基因组范围,通过生物信息学分析PtrMGT基因家族成员的数量、进化关系、染色体位置、基因结构、编码蛋白基本特征、启动子顺式作用元件,并对各成员的组织表达特异性以及对NaCl胁迫与ABA处理的响应特性进行了分析。结果表明：PtrMGT家族共含有10个基因,可分为4个亚族;有2对同源基因且Ka/Ks值均小于1;家族成员启动子区含有数量不等的非生物胁迫响应元件,共12种、146个元件;PtrMGT家族编码的蛋白均含有GMN序列,同一亚族基因编码蛋白的序列相对保守;PtrMGT家族成员在毛果杨根、茎和叶表达量具有差异;NaCl胁迫下,PtrMGT家族基因在根、茎和叶中表达量在0～48 h内均表现为先上升后下降的变化趋势;ABA处理下,大部分成员表达量先升后降,小部分成员表达量持续下降,表明PtrMGT家族基因对NaCl胁迫与ABA处理产生响应且响应模式出现分化。本研究为深入研究PtrMGT基因家族功能提供理论基础。     

谷子磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因(PEPC)对逆境胁迫的响应

为解析谷子磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC,Phosphoenolpyruvate carboxylase)在非生物逆境胁迫下的响应特征。从谷子基因组中鉴定出一个Si PEPC(Seita. 1G020700)基因,利用相关软件对其氨基酸序列、蛋白特征、功能、信号途径、顺势应答元件等参数特征进行分析和预测,随后分析了该基因在幼苗期逆境胁迫下的动态表达模式及在拔节期、抽穗期、灌浆期不同光照处理和干旱胁迫下的表达。结果表明,该基因位于谷子1号染色体,基因组序列长6 652 bp,编码965个氨基酸,基因无可变剪切、不含内含子;功能域分析显示,该基因含PEPC基因的特征结构域;多序列比对发现,该PEPC蛋白与其他植物PEPC蛋白非常相似,具有非常保守的序列结构。实时荧光定量PCR分析表明,Si PEPC(Seita. 1G020700)在ABA、低温、PEG、高盐胁迫下表达量均有所上调,其中,在ABA处理时,表达量呈现波动,在12 h被诱导达到峰值。在低温处理时,表达量持续上升,在24 h达到峰值;在PEG和Na Cl处理时表达量整体呈上升趋势,均在12 h达到峰值,在24 h其表达量均急剧下降。进一步研究表明,Si PEPC基因在拔节期和抽穗期正常光照强度下参与了对干旱胁迫的响应,推测Si PEPC(Seita. 1G020700)基因参与了谷子对非生物逆境的应答,可能在干旱和其他逆境胁迫信号途径中起关键作用。