大豆GmNCED5基因非生物胁迫响应及生物信息学分析

为探究大豆9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)基因GmNCED5对非生物胁迫的响应及原理,为植物基因工程及大豆抗逆育种提供理论基础,本研究检测GmNCED5在非生物胁迫下的表达量,并对该基因及其启动子序列进行生物信息学分析.实时荧光定量PCR结果显示,干旱、高盐、高温、低温及外源脱落酸(ABA)处理均可以不同程...     

大豆酰基载体蛋白硫酯酶基因及其启动子表达方式的初步分析

利用实时定量PCR方法,检测大豆酰基载体蛋白硫酯酶(acyl-ACP thioesterase)基因在大豆各组织中的表达方式,结果显示该基因在大豆根、茎、叶、花中的表达活性低,而种子中的表达活性较高。利用PCR方法,克隆大豆acyl-ACP thioesterase基因5’端上游2 057 bp序列,命名为AP。在线启动子预测软件分析结果表明AP序列中含有多种典型的种子特异表达元件,如RY repeat、SEF1 motif、SEF3 motif、SEF4 motif、E-box、ACGT等顺式作用元件,推测大豆acyl-ACP thioesterase基因启动子具有种子特异表达活性。     

大豆GmGBP1启动子受激素和外源环境诱导的研究

采用PCR方法克隆大豆光周期GmGBP1基因启动子,构建含有GmGBP1启动子驱动报告基因GUS的融合性表达载体pBI121-pGmGBP1::GUS,通过花序浸泡法,转化野生型拟南芥获得pBI121-pGmGBP1::GUS转基因植株,对T3代转基因拟南芥进行GUS染色,研究了GmGBP1启动子受激素和外源环境诱导的表达规律。结果表明:大豆GmGBP1启动子受水杨酸(SA)和干旱(PEG)以及高温等外源环境的诱导,与生物信息学预测GmGBP1启动子序列存在的逆境胁迫响应元件的结果相一致。     

大豆GmDof2.2 提高转基因烟草对盐胁迫的敏感性

Dof转录因子参与植物对非生物胁迫应答。本研究对大豆GmDof2.2进行克隆及耐盐性功能鉴定。实时荧光定量PCR结果显示GmDof2.2在大豆幼苗中可以响应非生物胁迫,GmDof2.2基因开放阅读框全长867 bp,编码288个氨基酸的蛋白,其分子量31.4 kDa,等电点10.23,蛋白质序列中含有一个保守的Dof结构域。GmDof2.2启动子区含有3种胁迫响应相关的顺式作用元件（ARE、MBS和WUN-motif）和3种激素响应相关顺式作用元件（ABRE、P-box和TCA-element）。将GmDof2.2构建植物表达载体并转化烟草,共获得4株GmDof2.2异源表达的转基因烟草株系（OE1-OE4）,OE1中GmDof2.2的表达量最高,其次为OE2。盐胁迫处理后,转基因烟草萎蔫程度高于野生型烟草,转基因烟草叶片的叶绿素、可溶性糖及脯氨酸含量均显著低于野生型烟草,而丙二醛含量则高于野生型烟草。表明GmDof2.2的异源表达提高了转基因烟草株系对盐胁迫的敏感性。本研究为大豆Dof转录因子抗逆机制研究及应用提供理论依据。     

巴西橡胶树HbWRKY1基因5′调控序列的克隆及功能初步鉴定

为深入研究巴西橡胶树HbWRKY1基因的表达调控机制,采用染色体步移法克隆了HbWRKY1基因的5′调控区序列。结果表明,该序列具有预测的核心启动子区域位于-6~-57 bp,转录起始位点位于翻译起始位点上游41 bp处;该序列具有TATA-box,CAAT-box和GATA-box等多个典型的真核生物启动子基本的顺式作用元件,同时还具有低温响应元件LTR,赤霉素反应元件GARE-motif,生长素响应元件TGA-element和脱落酸响应元件ABRE等参与激素调控元件,此外还有与MYB结合的MBS元件,热胁迫反应的HSE,厌氧诱导元件ARE和增强诱发厌氧反应的GC-motif等顺式作用元件。构建了不同长度的HbWRKY1启动子片段的植物表达载体并转化本生烟草, 通过潮霉素抗性和PCR鉴定,获得了转基因植株。对获得的转HbWRKY1不同长度启动子片段的转基因T1植株GUS染色发现,植株的茎、叶柄、主叶脉和根中均可呈现蓝色,表明HbWRKY1基因的5′调控区可以启动GUS基因的表达, 具有启动子的活性。     

木薯低温诱导基因MeLTI6A的启动子的克隆与序列分析

MeLTI6A（Manihot esculenta low temperature inducible 6A）是木薯低温干旱诱导基因,本研究从MeLTI6A 的序列出发,利用电子克隆设计引物进行PCR扩增的方法获得该基因的启动子,其序列共1 304 bp。生物信息学分析发现该启动子中具有真核生物典型的核心启动子区（TATA-box和CAAT-box）,并利用α-互补,蓝白斑筛选原理验证了该启动子核心序列具有活性;该启动子具有与干旱胁迫相关的激素类（如脱落酸、乙烯）的响应元件和逆境胁迫（如低温、干旱胁迫）的响应元件;还具有与木薯组织特异表达相关的调控元件和其它光响应元件;并通过Real time PCR检测了低温胁迫（4 ℃）下的木薯组培苗中MeLTI6A的表达变化,说明了该启动子区的低温胁迫顺式作用响应元件可能调节MeLIT6A在低温胁迫下的表达。这些说明木薯的MeLIT6A基因可能是通过对干旱胁迫激素信号响应以及逆境胁迫响应起作用,使木薯获得一定的抗胁迫的能力,同时还可能参与了木薯相关组织发育过程的调控。本研究有利于对MeLTI6A基因抗逆境胁迫功能的理解,为探索木薯高效抗逆的分子机制作初步研究。     

巴西橡胶树HbWRKY1基因5'调控序列的克隆及功能初步鉴定

为深入研究巴西橡胶树HbWRKY1基因的表达调控机制,采用染色体步移法克隆了HbWRKY1基因的5'调控区序列.结果表明,该序列具有预测的核心启动子区域位于-6～-57 bp,转录起始位点位于翻译起始位点上游41 bp处;该序列具有TATA-box,CAAT-box和GATA-box等多个典型的真核生物启动子基本的顺式作用元件,同时还具有低温响应元件LTR,赤霉素反应元件GARE-motif’生长素响应元件TGA-element和脱落酸响应元件ABRE等参与激素调控元件,此外还有与MYB结合的MBS元件,热胁迫反应的HSE,厌氧诱导元件ARE和增强诱发厌氧反应的GC-motif等顺式作用元件.构建了不同长度的HbWRKY1启动子片段的植物表达载体并转化本生烟草,通过潮霉素抗性和PCR鉴定,获得了转基因植株.对获得的转HbWRKY1不同长度启动子片段的转基因T1植株GUS染色发现,植株的茎、叶柄、主叶脉和根中均可呈现蓝色,表明HbWRKY1基因的5'调控区可以启动GUS基因的表达,具有启动子的活性.     

大豆GmbZIP33基因启动子的克隆及瞬时表达分析

启动子作为基因调控的重要元件,决定着下游基因表达的时空和强度特性。为研究大豆GmbZIP33基因启动子功能,在前期克隆获得GmbZIP33基因(Glyma.03G219300.1)序列的基础上,通过N-PCR(nested PCR)技术克隆了GmbZIP33 CDS上游启动子区序列(2 316 bp)。利用PlantCARE在线分析软件进行顺式作用元件的预测,发现该序列上除含有TATA-box和CAAT-box等核心调控元件外,同时包括与抗逆、光响应、激素响应、蔗糖应答元件和多个与组织特异性表达相关的元件。为研究GmbZIP33启动子的表达调控特性,构建了该启动子调控报告基因GUS表达的载体,并利用农杆菌介导的花序浸染法将其转入拟南芥中,发现该启动子驱动下的GUS基因在不同组织(莲座叶、花、荚果和根)的维管束中均特异性表达;对转基因拟南芥进行实时荧光定量PCR检测发现,GUS基因在花中表达量最高,荚果中次之,表明GmbZIP33基因可能受到多种因素和蔗糖的调节并参与花荚发育的调控。     

8个大豆Dof转录因子的生物信息学分析及干旱诱导表达

为探究大豆Dof转录因子的功能,本研究对大豆中8个Dof转录因子的基因序列进行生物信息学分析,通过实时荧光定量PCR检测编码基因在干旱胁迫下的表达,并分析主要应答基因的启动子序列中的顺式作用元件。研究结果显示:8个Dof转录因子编码基因分别位于大豆5、8、11、13、15和16号染色体上,编码蛋白序列的氨基酸残基为213～403个,等电点为6.61～9.36,主要定位于细胞核中。GmDof2与番茄SlDof5.4具有较近的亲缘关系,GmDof1、GmDof8、GmDof3和GmDof5之间具有较近的亲缘关系,GmDof7与黄瓜CsDof1.4具有较近的亲缘关系,而GmDof4和GmDof6具有较近的亲缘关系。GmDof1和GmDof3的表达量在干旱胁迫下上升幅度最明显,启动子序列中均含有多种逆境相关的顺式作用元件。研究结果证明大豆Dof转录因子具有在植物抗旱基因工程中的应用前景。     

大豆GmPR10基因启动子的克隆及序列分析

GmPR10基因是病程相关蛋白PR10(pathogenesis-related proteins 10)在大豆中的同源基因。为探明大豆GmPR10基因的表达调控规律,应用PCR技术从大豆抗疫霉根腐病品种绥农10号中克隆了GmPR10基因上游2 235 bp的启动子序列pGmPR10,定向替换pBI121载体的CaMV35S组成型启动子,构建植物表达载体pBI121/pGmPR10/GUS,并转化农杆菌侵染烟草叶盘。GUS染色结果表明,pGmPR10受聚乙二醇(PEG)、低温(4℃)、水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)和脱落酸(ABA)诱导表达,因此推测GmPR10基因可能参与植物激素调节植物生长发育的过程,以及生物胁迫和非生物胁迫条件下植物对环境响应的过程。此外,利用PLACE和Plant CARE在线启动子预测工具分析pGmPR10,结果表明:pGmPR10含有启动子的一般结构TATA-box和CAAT-box,光应答元件,生长素和细胞分裂素响应元件,热激元件,低温应答元件,干旱应答元件以及ABA、SA、JA应答元件等。     

大豆class III酸性内切几丁质酶基因及其启动子表达方式

利用实时定量PCR方法,检测大豆class III 酸性内切几丁质酶基因在大豆各组织中的表达,结果显示该基因在大豆根、茎、叶中的表达活性低,而花和种子中的相对表达活性极高。利用PCR方法,克隆大豆class III 酸性内切几丁质酶基因5’端上游2000bp序列,命名为CP。在线启动子预测软件分析,结果表明CP序列中含有多种典型的种子特异表达元件和花特异表达的元件,如SEF4 motif、E-box、G-box、(CA)n、AACA、ACGT、CCAA;52-box、ntp303-box、GTGA、TACPyATbox。推测大豆class III 酸性内切几丁质酶基因启动子具有调控下游基因在花和种子中大量表达的特性。       

茶树CsANS基因及其启动子的克隆与生物信息学分析

采用RACE技术,获得茶树武夷奇种C18叶片花青素合成途径中的花青素合成酶(ANS)基因的c DNA全长序列。采用染色体步移技术获得该基因的启动子序列。采用实时荧光定量PCR技术检测该基因在不同遮光处理下的表达动态。结果表明,Cs ANS全长c DNA为1 000 bp,其中ORF(Open Reading Frame)为957 bp,编码320个氨基酸,含有DIOX-N和20G-Fell-Oxy保守功能结构域;分离得到Cs ANS基因上游调控序列1 010bp,其含启动子核心元件TATA-box及ACE、GT1-motif、Sp1(光响应元件)、circadian(生物钟相关元件)等与花青素合成途径相关的重要顺式作用元件。荧光定量PCR分析表明,该基因在全光照处理(CK)时表达量较高,75%遮光时表达量较低。说明该基因的表达受光照强弱的控制。     

玉米ZmCOL3pro217启动子的克隆及功能分析

ZmCOL3是玉米开花期光周期调控网络中一个重要的功能基因,研究发现自然群体中该基因的启动子存在遗传变异,推测这些变异可能参与玉米开花调控。研究从热带血缘玉米材料CIMBL119中克隆了ZmCOL3启动子,命名为ZmCOL3pro217。序列比对发现,该启动子序列与温带血缘玉米B73序列存在1个217 bp大片段置换。生物信息学分析表明,ZmCOL3pro217含有分生组织特异性、光响应、胁迫响应等多个顺势作用元件,预测ZmCOL3pro217可能具有组织特异性,并通过响应光和胁迫反应参与玉米开花调控。进一步构建ZmCOL3pro217驱动gus报告基因表达载体,转化玉米,实时荧光定量PCR、酶联免疫吸附剂测定、GUS组织化学染色等研究结果发现,转基因植株中ZmCOL3pro217驱动gus基因在根和叶器官中高表达,而在茎、花丝和子粒中几乎不表达,证实ZmCOL3pro217是1个新的组织特异性表达启动子。     

大豆GmPM31基因生物信息学、组织表达及高温高湿响应分析

sHSPs家族基因GmPM31具有典型的ACD结构域,为了预测和研究GmPM31的功能,本研究以田间劣变抗性春大豆湘豆3号为材料,分离GmPM31及其启动子序列,对该基因的结构及启动子上的顺式作用元件进行生物信息学分析,采用qRT-PCR方法对GmPM31的组织表达模式及高温高湿处理下的表达量变化进行分析.结果 表明:GmPM31基因的ORF全长为459 bp,编码153个氨基酸,包含1个ACD保守域结构.蛋白质系统进化树分析结果显示,GmPM31与CI(Class Ⅰ)亚家族的sHSPs同源性较高,表明GmPM31属于Class Ⅰ sHSPs家族成员.GmPM31基因启动子中有多个逆境胁迫响应元件,包括激素应答相关元件ABRE、ERE和AAGAA-motif等,干旱和冷胁迫相关的MYB和MYC转录因子作用元件,高盐胁迫相关元件Box Ⅲ,厌氧胁迫相关元件ARE等.qRT-PCR结果显示,GmPM31在成熟种子中大量表达,其次在幼荚和叶片中表达,在根、茎和花中表达量极低.种子发育过程中,GmPM31表达量呈现先上升后下降的趋势,在开花后第45天表达量达到最大.高温高湿胁迫处理96和168 h时种子中GmPM31的表达量显著高于对照组,说明高温高湿胁迫诱导种子中GmPM31上调表达.研究结果表明GmPM31参与了春大豆种子的发育以及高温高湿胁迫响应过程.     

大豆GmWRKY35基因的克隆及其增强烟草耐旱能力研究

大豆易遭受干旱、盐、低温等非生物胁迫,严重导致产量下降。利用分子生物学技术提高作物抗性是作物育种的有效途径。锌指蛋白是植物中常见的重要转录因子,能够调控多种胁迫诱导基因的表达,有效提高综合抗性。在这项研究中,利用RT-PCR方法克隆大豆(Glycine max L.)GmWRKY35基因。其cDNA为1 500 bp,编码一个499个氨基酸的蛋白质,预测其分子量为54.89 kD,等电点(p I)为6.74。亚细胞定位分析表明,GmWRKY35定位于细胞核。实时荧光定量PCR分析显示,GmWRKY35转录能被干旱诱导。把GmWRKY35基因通过农杆菌介导转化烟草(Nicotiana tabacum L.)中。在干旱胁迫下,与野生型烟草相比,转基因烟草植株表现出主根较长,叶子萎焉少,POD和SOD活性较高,MDA含量和电解质渗漏率较少。主要功能验证表明,GmWRKY35基因在烟草中表达增强了干旱胁迫耐受性。这项研究表明大豆RING-H2型锌指蛋白在植物逆境中有重要作用,同时也为大豆抗性育种提供一个优良的候选基因。     

大豆脯氨酸生物合成相关基因Glyma01g24530的功能预测及表达分析

干旱胁迫下的脯氨酸积累在许多植物中都存在,人们普遍认为脯氨酸含量的提高促进了植物对干旱胁迫的抵抗能力。拟南芥中研究发现,△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶基因P5CS1是一种限速酶用来催化脯氨酸生物合成,对脯氨酸非常重要。本研究通过生物信息学及荧光定量PCR对大豆中的P5CS1同源基因Glyma01g24530进行了初步的功能分析和表达模式验证。结果发现:Glyma01g24530具有保守的N端乙酰谷氨酸合成酶激酶结构域和N端乙酰谷氨酸合成酶激酶结构域,系统进化树显示与各植物中P5CS家族成员相似性很高,启动子顺式作用元件序列分析表明该基因存在逆境胁迫、光反应等元件。表达模式分析显示Glyma01g24530可以被干旱、盐诱导表达,并在多数组织中表达。     

白木香查尔酮合成酶基因(AsCHS1)启动子克隆及激素应答元件功能的初步鉴定

利用染色体步移法克隆了白木香查尔酮合成酶基因(As CHS1)ATG上游1 082 bp的启动子序列,该启动子序列中AT含量高达69.03%,符合真核生物启动子的序列特征。通过启动子预测软件分析可知,该序列的转录起始位点位于翻译起始位点-65 bp处,并且其上游-25~30 bp区域存在TATA-box等典型的真核生物启动子核心元件,同时含有一些顺式作用元件如赤霉素应答元件GARE-motif、茉莉酸甲酯应答元件CGTCA-motif、水杨酸应答元件TCA-element等激素调控元件,光应答元件BoxⅠ、G-Box、ACE,厌氧诱导元件ARE等。通过构建p C-1 082pro As CHS1植物表达载体,借助农杆菌将重组载体转化到烟草叶片中。蛋白定量结果表明,该序列可以驱动GUS的表达,具有启动子活性;脱落酸显著增强该启动子的活性,乙烯则显著抑制该启动子的活性。     

白木香愈创木烯合酶基因(AsSGS)启动子的克隆及功能初步鉴定

利用染色体步移的方法克隆了一种白木香倍半萜合酶——愈创木烯合酶基因(AsSGS)791 bp的启动子序列,序列分析表明,获得的序列中A/T含量达64.6%,与真核生物启动子序列的特征相符合。该序列除具有启动子核心序列TATA-box和增强子元件CAAT-box等典型的真核生物启动子基本元件外,还含有如赤霉素反应元件GARE-motif、ABA的应答元件G-Box、生长素响应元件TGA-element和脱落酸响应元件ABRE等参与激素调控元件,光应答元件Box I、GA-motif、TCT-motif,热胁迫反应的HSE,厌氧诱导元件ARE和增强诱发厌氧反应的GC-motif等顺式作用元件。利用农杆菌介导的本生烟草瞬时表达系统对所获得的启动子功能进行鉴定,结果表明,所有缺失片段都能驱动β-葡萄糖苷酸酶(GUS)基因表达,GUS活性与启动子片段的长度呈正相关。     

陆地棉脱水素基因GhDHN1启动子序列分析

为了筛选棉花抗逆转基因育种的候选启动子,根据陆地棉脱水素基因GhDHN1的cDNA序列和陆地棉基因组序列,利用生物信息学分析方法,获得棉花陆地棉脱水素基因GhDHN1启动子序列。结果表明,该启动子上多个位点含有启动子的基本元件TATA-box和CAAT-box,并含有非生物逆境胁迫响应元件、响应植物激素顺式作用元件、多种光调控相关的顺式作用元件以及胚乳表达顺式调控元件等。推测GhDHN1基因的启动子受光诱导,同时受低温和干旱胁迫等非生物逆境的诱导,参与棉花的生长发育。     

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。