拟南芥蛋白激酶SnRK1.1的激酶活性分析

本研究分别纯化了细菌内的蛋白激酶SnRK1.1融合蛋白和拟南芥中的蛋白激酶SnRK1.1蛋白,使用合成的SP11多肽片段作为底物,通过体外激酶试验结合放射性同位素γ32P检测了SnRK1.1蛋白对底物SP11的磷酸化活性。与GST蛋白相比,GST-SnRK1.1融合蛋白能够显著磷酸化底物SP11多肽片段;与野生型Col-0纯化产物相比,从转基因拟南芥中免疫沉淀得到的GFP-SnRK1.1蛋白也能够显著磷酸化底物SP11多肽片段。最终,本研究成功建立了蛋白激酶SnRK1.1的体外磷酸化检测体系,为深入研究SnRK1.1的功能及其SnRKs家族成员参与调控的信号通路奠定了基础。     

拟南芥AtTCP4基因克隆及原核表达

为进一步研究转录因子TCP4在植物生长发育过程中的调控作用和下游靶基因。利用生物信息学分析转录因子TCP4家族及其蛋白序列,扩增AtTCP4基因CDS序列、构建原核表达载体并诱导纯化获得蛋白,利用凝胶电泳迁移试验(EMSA)验证AtTCP4蛋白与拟南芥功能基因LOX2启动子区域的顺式作用元件结合。生物信息学分析表明,拟南芥TCP蛋白含有非典型的螺旋-环-螺旋(bHLH)结构域;系统进化树表明,AtTCP4属于Ⅱ类TCP蛋白;蛋白三级结构预测表明:转录因子TCP4可以形成同源或异源二聚体。特异性引物扩增获得AtTCP4基因的CDS序列,其开放阅读框(ORF)长为1 263 bp。构建原核表达载体pET-28a-AtTCP4并转化到Rosetta(DE3)感受态中,经IPTG诱导、纯化和Western Blot检测证明获得AtTCP4蛋白。EMSA试验验证AtTCP4蛋白能够结合到功能基因LOX2的顺式作用元件。转录因子TCP4结合功能基因LOX2启动子区域,影响植物激素茉莉酸的生物合成,调控植物的生长发育过程。     

水稻OsDREB1A的原核表达及重组蛋白活性分析

OsDREB1A是水稻冷信号传导途径中重要的转录因子。本研究将水稻日本晴OsDREB1A基因通过双酶切方法连接至MSC-TOPOII载体,并重组构建到表达载体PGEX-4T-1,获得融合蛋白表达质粒PGEX-4T-1-OsDREB1A,转化表达菌E.coli BL21(DE3)Condon Plus,诱导表达后通过亲和层析柱Glutathione agarose 4B纯化获得了分子量大小正确的OsDREB1A-GST融合蛋白,EMSA检测发现低温18℃诱导纯化的融合蛋白可以在体外成功结合CRT/DRE顺式元件。为进一步研究OsDREB1A在冷信号传导中的生物学功能奠定了基础。     

大薯病程相关蛋白1(PR1)基因及其启动子序列的克隆与分析

为了研究大薯Da PR1基因的表达模式及调控机理,本研究利用逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)技术,从高抗炭疽病大薯材料Da94中获得1个病程相关蛋白1(pathogensis-related protein 1,PR1)基因,命名为Da PR1。测序显示该基因包含长度为501 bp的完整开放阅读框(ORF),预测编码166个氨基酸。生物信息学分析表明该基因编码的蛋白具有典型SCP-PR1-like保守结构域,Blast比对表明Da PR1蛋白与多种植物的PR1蛋白高度同源。实时荧光定量PCR检测表明,Da PR1基因在高抗种质中受炭疽菌显著诱导,在侵染48 h时其相对表达量达到最大。通过巢式PCR扩增Da PR1上游转录调控序列的5'端,获得1 203 bp的Da PR1基因启动子,序列分析表明该区域除了含有基础的启动子元件CAAT-box和TATA-box外,还存在茉莉酸(JA)、赤霉素(GB)等激素响应元件及真菌诱导响应元件(W-box)。本研究通过克隆和分析Da PR1基因及其启动子序列,为进一步研究该基因的功能及其表达调控机制奠定了基础。     

芒果MiFTs基因家族克隆及其酵母双杂诱饵载体的构建

成花诱导是开花植物生长发育过程中最为重要的一环,而开花整合因子Flowering Locus T(FT)在这一过程中起非常重要的调控作用。目前,FT基因调控芒果成花的作用机制尚不清楚。本研究以‘四季蜜芒’为材料,克隆验证了从转录组测序数据中挖掘获得的3个FT同源基因,命名为MiFT1、MiFT2和MiFT3。生物信息学分析显示,3个MiFTs基因编码区长度分别为588 bp、540 bp和516 bp,分别编码氨基酸196个、180个和172个,分子量分别为48.97 kD、44.71 kD和42.27 kD,等电点分别为4.99、5.06和5.06,3个基因均含有一个保守的PEBP结构域。将MiFT1、MiFT2和MiFT3基因定向克隆到酵母表达载体pGBKT7上,通过菌落PCR和测序进行验证,并成功转化酵母菌株Y2H Gold感受态细胞。对诱饵质粒酵母菌进行自激活和毒性检测,发现pGBKT7-MiFT1、pGBKT7-MiFT2和pGBKT7-MiFT3在酵母菌种均不具备自激活性和毒性。此酵母诱饵蛋白表达载体被成功构建,为后续蛋白互作筛选提供参考。     

割手密DREB2类转录因子的克隆与比较分析

DREB类转录因子是一类植物中特有的,在非生物逆境胁迫中起重要作用的调控因子。本研究以割手密为材料,采用同源基因克隆的方法克隆获得2个DREB2类转录因子基因Ss DREB2-1和Ss DREB2-2(Gen Bank登录号分别为KU963264和KU963265)。序列分析表明,这2个基因的长度分别为814 bp和709 bp,分别编码262和227个氨基酸;预测其蛋白质分子量分别为28.66 k D和24.95 k D,等电点(PI)分别为5.42和6.47。氨基酸亲水/疏水性分析表明,这2个转录因子属于亲水性蛋白。多序列比对分析表明,两基因序列的相似性为98.7%。原核表达分析表明,这2个基因编码区能正常表达出目的蛋白,说明得到的这2个基因为功能基因而非假基因。     

棉花bZIP转录因子FD基因的发掘和GhFD基因的组织表达分析

在叶片中合成由FLOWERING LOCUS T(FT)编码的成花素蛋白通过韧皮部运输到顶端分生组织(SAM),与b ZIP转录因子FD相互作用形成复合物,激活花分生组织身份基因的表达,从而调节植物开花和其他的一些生物学过程。本研究以棉花全基因组数据库为基础,发掘并得到18个棉花FD基因的序列并确定它们在各基因组染色体上的位置。生物信息学分析显示,棉花FD蛋白质分子量在15.69~28.24 k D之间,理论等电点在9.24~10.38之间,是一种非分泌性蛋白;亚细胞定位预测显示,棉花FD蛋白分布于细胞核上,是典型的核蛋白;氨基酸序列分析表明,棉花FD是一种亲水性蛋白,还存在着糖基化位点和磷酸化位点以及4个保守基序;进化分析表明,棉花FD1和FD2与葡萄Vv FD基因亲缘关系最近。组织表达分析表明,陆地棉10个Gh FD基因在不同组织中具有表达特征多样性,Gh FD5-D在纤维中的表达量最高,其余Gh FD基因均在SAM中的表达量最高,不同的表达特征表明它们可能具有不同的功能。这些结果为进一步解析棉花FD基因的功能和作用机理积累了有价值的资料。     

阳春砂WRKY40的克隆、分析及原核表达

转录因子可有效调控植物次生代谢产物的生物合成,本研究从姜科药用植物阳春砂(Amomum villosum Lour.)中克隆获得两个WRKY转录因子基因,命名为AvWRKY 40-1和AvWRKY 40-2。两个基因的编码框分别为852 bp和885 bp,分别编码283和294个氨基酸。Av WRKY 40-1和Av WRKY 40-2编码的蛋白序列一致性为75%,在GenBank中均比对上拟南芥的WRKY 40,且均含有WRKY转录因子家族所共有的WRKKYGQK七肽序列及CX5CX23HNH锌指结构域。系统发育进化树表明:Av WRKY 40-1和Av WRKY 40-2与菠萝(Ananas comosus)的AcWRKY 71亲缘关系最近,且与单子叶植物的WRKY聚为一支。两个基因在阳春砂果皮和种子团中的表达有差异,并且与阳春砂转录组中筛选出来的萜类合酶基因表达相关性也存在差异,AvWRKY 40-1表现出与萜类合酶基因更高的相关性。成功构建了两个基因的重组表达载体pDEST 17-Av WRKY 40-1和pDEST 17-Av WRKY 40-2,经诱导表达得到其融合蛋白。本研究首次克隆阳春砂的WRKY类转录因子基因并获得其融合蛋白,为后续Av WRKY 40-1和Av WRKY 40-2的功能鉴定及其对萜类的代谢调控研究提供基础。     

新疆野扁桃AlsCBF1-A基因的克隆及生物信息学分析

以野扁桃为实验材料,提取叶片的RNA,设计基因特异性引物,利用RT-PCR克隆转录因子CBF的c DNA全长,命名为Als CBF1-A(登录号KU975456);并对其基因和蛋白进行了生物信息学分析。结果表明,该转录因子基因的CDS区长699 bp,编码232个氨基酸,编码蛋白相对分子质量约为26.027 2 k D,p I 4.84;由无规则卷曲(C),α-螺旋(H),β-折叠(E)组成,分别占52.17%,21.74%和26.09%;有较强的亲水性,无跨膜区和信号肽存在,有8处丝氨酸磷酸化位点、2处苏氨酸磷酸化位点、2处酪氨酸磷酸化位点;同源性分析表明Als CBF1-A基因在高等植物中保守性较高。本研究显示CBF转录因子可能与野扁桃的抗寒性相关,此研究为野扁桃抗寒分子机理的进一步研究提供了帮助。     

转基因烟草中半胱氨酸跨膜基因CYS生物信息学分析

在烟草中过量表达MYB转录因子LrAN2,能够激活上调花青素生物合成代谢通路,但富含半胱氨酸跨膜结构域蛋白A (CYS)的表达量明显降低。作为植物中一种重要的生物氨基酸,CYS的生物学研究鲜有报道。本研究克隆烟草的CYS基因,其全长为282 bp,编码氨基酸数94个。预测编码的蛋白分子量和等电点分别为24 019.84 Da和5.23,并且序列中没有保守区。实验结果显示该蛋白具有亲水性,主要由α-螺旋(19.35%)和无规则卷曲(65.59%)构成,CYS蛋白质不通过跨膜区,在膜外进行作用。系统发育树显示,烟草CYS基因与辣椒CYS基因亲缘关系最近,其次是番茄的HTC基因和WIH2基因。本研究结果克隆并分析CYS基因编码区序列,为CYS基因的功能研究提供参考依据。     

海岛棉GBNBS基因的原核表达以及表达产物的活性分析

 分别构建含有GBNBS基因全长序列以及去除富含亮氨酸重复区(Leucine-rich repeat, LRR)的部分序列的原核表达载体P3161和NBCD,SDS-PAGE凝胶电泳检测发现在IPTG诱导下,重组载体P3161和NBCD在BL21菌株中可以分别表达90 kDa和60 kDa的目的蛋白,Western blot证明它们为目的基因表达产物。分离纯化这两种蛋白并分析酶活功能,发现GBNBS全长蛋白具有ATPase活性,而去除LRR的缺失蛋白的ATPase活性则大幅降低。GBNBS基因的原核表达以及表达产物的活性研究为进一步了解该基因抗性功能与抗性机制奠定基础。     

盾叶半夏凝集素基因的克隆及功能分析

为克隆盾叶半夏凝集素基因,并对其功能进行分析。采用RACE技术从盾叶半夏中克隆得到盾叶半夏凝集素基因的全长cDNA序列,命名为ppl。同时,构建了ppl基因的原核表达载体,并成功实现了33 k Da重组蛋白在E.coli BL21中的表达。纯化后的重组蛋白PPL用于凝血和体外抗癌试验。该基因的全长cDNA序列为1 504 bp,其中开放性阅读框(ORF)813 bp,编码270个氨基酸,具有3个甘露糖结合识别位点。PPL具有凝血活性,这种凝血活性可受甘露糖抑制。PPL对人鼻咽癌细胞(CNE)、人宫颈癌细胞(Hela)及人乳腺癌细胞(Bcap-37)的生长均具有抑制作用,其中对Hela细胞的抑制效果最好。为进一步研究PPL蛋白的功能奠定了理论基础。     

灰葡萄孢BcKMO基因的原核表达分析

为构建灰葡萄孢犬尿氨酸单加氧酶(Bc KMO)基因的原核表达载体并进行高效表达,获得纯化的Bc KMO蛋白。以灰葡萄孢野生型BC22为试材,通过反转录PCR扩增Bc KMO基因,回收Bc KMO基因片段克隆到p MD19-T载体中,测序正确后,酶切p MD19-T-Bc KMO和带有GST标签蛋白的p GEX4T-1质粒,将目的片段进行连接,构建Bc KMO基因的原核表达载体p GEX4T-1-Bc KMO-GST。经酶切和测序鉴定正确后,将构建好的原核载体转化大肠杆菌BL21。经IPTG诱导,在大肠杆菌BL21菌株中成功表达了与GST标签蛋白融合的Bc KMO蛋白,大小约71 k Da。SDS-PAGE分析表明,该蛋白在0.2 mmol/L IPTG诱导12 h时高效表达;Western Blot结果发现目的蛋白能与GST特异性抗体起特异性反应,表明Bc KMO基因的体外诱导表达成功。     

利用 DDRT-PCR 鉴定芸芥自交不亲和系与自交亲和系的差异表达 cDNA

芸芥与芸薹属植物具有亲缘关系，也是芸薹属植物的重要育种资源。自交亲和性是芸芥的一种重要变异性状。为了探明芸芥自交亲和基因的表达器官，并分离与自交亲和性有关的 cDNA 片段，以芸芥的一对近等基因系，自交亲和系（SC）与自交不亲和系（SI）为试材，利用差异显示 RT-PCR 技术分别对开花前和开花后的叶片、花药和柱头进行鉴定。结果表明，不论开花前还是开花后，芸芥自交亲和系与自交不亲和系的叶片或花药间的扩增带型是一样的，但在近等基因系的柱头间得到了差异表达条带。这证明芸芥自交亲和基因不是组成型表达，而是组织特异性表达，柱头是其唯一的表达器官。在开花前的自交亲和系中共得到了2条 cDNA 片段，一条小于100 bp，另一条为750～1000 bp，在开花后的自交亲和系中得到了1条300 bp 的 cDNA 片段。据分析这3条 cDNA 片段可能与芸芥的自交亲和性密切相关。在开花前的自交不亲和系中共得到了2条 cDNA 片段，一条为500 bp，另一条为750 bp，同时在开花后的自交不亲和系中得到了1条500～600 bp 的 cDNA 片段。这些 cDNA 片段可以用来区分芸芥的自交亲和系与自交不亲和系，还可用于克隆自交亲和基因。     

苦荞漆酶基因的克隆与生物信息学分析

利用RT-PCR技术从苦荞中克隆出2条漆酶（laccase）基因,运用生物信息学技术对2个基因序列进行分析,预测结构域、二级和三级蛋白结构,进行蛋白同源比对及进化树分析。结果表明,FtLAC-1基因序列开放阅读框为1695bp,编码564个氨基酸,FtLAC-2基因序列开放阅读框为1707bp,编码568个氨基酸。FtLAC-1和FtLAC-2蛋白预测分子量分别为61.41和62.47kDa,理论等电点分别为9.45和9.41,为亲水性蛋白,2个基因序列相似性较低,氨基酸序列同源性不高。qRT-PCR分析出其在苦荞不同组织器官存在差异性表达。结论为进一步探索FtLAC-1和FtLAC-2在苦荞薄果壳形成中的功能提供理论基础。     

小麦TaPK7基因单核苷酸多态性与抗旱性的关系

以抗旱性不同的45份六倍体小麦和5份小麦的二倍体近缘种为材料, 通过测序检测TaPK7基因的单核苷酸多态性, 研究了TaPK7基因多态性与抗旱性的关系, 旨在为发掘利用小麦抗旱基因资源奠定基础。50份材料TaPK7序列总长220 448 bp, 其中有64个SNP和9个InDel, 二者的频率分别为1 SNP/3 445 bp和1 InDel/24 494 bp。编码区的核苷酸多样性π值小于非编码区, 可能是由于编码区承受的选择压力较大。同义突变(Ka)与非同义突变(Ks)比值是0.415, 表明该基因受负向选择影响, 属于相对保守基因。在编码区检测到16个单核苷酸突变, 多存在于抗旱材料中。共检测到21种单倍型, 其中5种为强抗旱材料单倍型, 2种为干旱极敏感材料单倍型, 11种中等抗旱材料单倍型, 另外3种单倍型中同时包括抗旱材料和干旱敏感材料, 初步揭示了TaPK7基因的单核苷酸多态性与抗旱性相关。     

大豆微卫星诱发突变的分子分析

Microsatellite or SSR marker is an efficient tool for plant genotype identification, molecular mapping and marker-assisted selection. Objective of this study is to analyze the mutagenized microsatellite variations in soybean genome and reveal nature of these mutations. In the present study, mutations at fifteen microsatellite loci were detected in genomic DNAs of soybean mutant E182 induced by EMS (ethyne metyl sulfate) using PCR amplification of 485 pairs of SSR primers. These fifteen mutagenized microsatellite loci with repeat number variation were Satt005, Sattll7, Satt185, Satt282, Satt290, Satt420, Satt452, Satt483, Satt569, Satt579, Satt600, Satt602, Sat-086, Sat-107 and Sat-135, respectively. Sequencing results of these fifteen loci indicated that microsatellite sequences at Satt282, Satt483, Satt579, Satt600 and Satt602 loci were respectively deleted 1 -, 3 -, 8-, 20 - and 1 - trinucleotide (all [ATT]1-20 except for [CAA]8 [TAA]12 at Satt600 locus) repeats, which made allele sizes at these five loci decrease 3, 9, 24, 60 and 3 bp, respectively. And while microsatellite sequences at the other ten mutated loci, Satt005, Sattll7, Satt185, Satt290, Satt420, Satt452, Satt569 and Sat-086, Sat-107, Sat-135, were respectively inserted 1-, 6-, 6-, 3-, 4-, 3-, 8- trinu-cleotide repeats (ATT)1-8 and 12-, 6-, 16- dinucleotide repeats (AT)6-16, making allele sizes at these ten loci increase 3, 18, 18, 9, 12, 9, 24, 24, 12, 32 bp, respectively. On the other hand, eleven events of base mutations were detected in flanking regions at seven (Sat- 107, Satt185, Satt282, Satt420, Satt569, Satt579 and Satt600) of fifteen mutated microsatellite loci. These base mutations consisted of 6 transitions (4T→C and 2 A→G), 2 transvertions (A→T and T→A), 1 insertion (T) and 2 deletions (A and T). The experimental results proved that EMS mutagenesis could cause different types of mutations at microsatellite multilocus in soybean genome, including repeat number variations in microsatellite regions and random base mutations in flanking regions. We found three mutational biases, which were frequent insertion mutations of repeat units, initiating positions of microsatellite sequences of repeat unit insertions/deletions and both flanking-base T ↓ A of these insertion/deletion positions. In addition, the resolution capacity of high-quality agarose gels was sufficient to distinguish differences of only three base pairs in this experiment.     

毛果杨半胱氨酸蛋白酶基因PtCP3的基因克隆和原核表达分析

为研究毛果杨半胱氨酸蛋白酶基因PtCP3的酶学特征和生理功能,本实验对PtCP3进行了基因克隆和原核表达分析。从毛果杨(Populus trichocarpa Torr.Gray)中克隆得到半胱氨酸蛋白酶基因PtCP3,将其克隆至pMD-18T载体。进一步构建原核表达载体pET30a-PtCP3,并在大肠杆菌(Escherichia coli)中成功诱导表达重组蛋白,然后通过包涵体洗涤法对目的蛋白进行纯化。测序结果表明,PtCP3基因CDS序列全长1074 bp,含有木瓜蛋白酶的保守催化位点和组织蛋白酶B的保守结构域。序列分析结果显示,半胱氨酸蛋白酶基因PtCP3编码357个氨基酸,预测N-末端含有长度为27个氨基酸残基的信号肽序列,去除信号肽后蛋白酶大小为36.515 kDa,理论等电点为7.44。SDS-PAGE电泳结果显示,可以检测到大小约为42 kDa的目的条带,并可通过包涵体洗涤法在体外得到了高表达量、单一的重组蛋白PtCP3。     

绵羊KAP1.1基因多态性与毛纤维直径的相关性分析

以768只中国美利奴羊(新疆军垦型)为材料,采用测序和PCR技术分析KAP1.1(B2A)基因单核苷酸多态性及其与羊毛纤维直径的相关性。结果表明:中国美利奴羊(新疆军垦型)KAP1.1基因存在30个碱基的插入/缺失和6种基因型,分别为(341 bp)AA基因型、(311 bp)BB基因型、(281 bp)CC基因型、(341 bp/311 bp)AB基因型、(341 bp/281 bp)AC基因型和(311 bp/281 bp)BC基因型。AA、BC、AC、AB和CC基因型间的毛卷曲度、细度离散、毛长、污毛重、净毛率和密度差异不显著(P>0.05),而BB基因型羊只的平均纤维直径显著小于AA、BC、AC、AB和CC基因型羊只的平均纤维直径(P<0.05)。以上结果表明,KAP1.1基因可作为绵羊毛纤维直径的主要候选基因之一,BB基因型可作为分子标记用于预测绵羊毛纤维直径。