核桃转录因子JrDof3的克隆及渗透胁迫表达分析

【目的】Dof转录因子普遍存在于植物,含有特殊的C2-C2型单锌指结构(C2-C2-Dof domain),在调控植物生命过程中发挥着重要作用,参与激素应答、碳固定和氮同化与吸收、开花结实等过程。但目前有关Dof转录因子响应逆境胁迫的研究报道较少,旨在探讨核桃Dof转录因子响应逆境胁迫的表达情况,探讨其响应逆境的潜在能力,为核桃抗逆优良品种选育及产业科学管理筛选重要的候选基因,并提供理论基础。【方法】从‘香玲’核桃转录组中鉴定出1条Dof基因(命名:JrDof3),对JrDof3基因上游启动子包含的顺式作用元件进行分析,预测其潜在的逆境响应功能;对该基因进行BLASTP搜索获得同源蛋白,利用MEGA构建进化树;采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)方法对JrDof3基因在盐、干旱及ABA胁迫下的表达进行分析。【结果】JrDof3基因的完整开放读码框(ORF)长为873 bp,编码的多肽包含291个氨基酸,蛋白分子量为30.54 ku,理论等电点为9.36。系统发育分析发现JrDof3蛋白与来自壳斗科栎属的欧洲栓皮栎Quercus suber QsDof2.4蛋白具有较近的进化关系。其上游1 299 bp启动子包含逆境响应相关的DOF、MYB、MYC、WRKY等顺式作用元件和激素响应相关的ARFAT等元件。非生物胁迫下的表达分析发现JrDof3基因受NaCl、PEG6000及ABA诱导,且分别在处理24 h、3 d、48 h被诱导最为明显,分别为对照的6.56、7.82、6.08倍。【结论】JrDof3基因能积极响应渗透(盐和干旱)胁迫,并受上游启动子调控;且其逆境响应调控可能涉及ABA信号通路;JrDof3可作为核桃逆境响应调控的重要候选基因。     

毛果杨PLD基因家族全基因组水平鉴定及其盐胁迫下的表达分析

[目的]对木本模式植物毛果杨PLD基因家族的进化中的选择压力、启动子中顺式作用元件、组织表达特性以及盐胁迫下表达模式进行分析,为挖掘PtrPLD在非生物胁迫中作用提供参考.[方法]利用拟南芥PLD基因家族蛋白序列比对得到毛果杨基因组同源基因,再经过保守结构域鉴定后确定PtrPLD基因;利用软件ClustalW和MEGA...     

毛竹PeDWF4基因克隆及表达模式分析

[目的]通过对毛竹PeDWF4基因结构特点和表达特征的研究,揭示其在响应逆境胁迫过程中的作用。[方法]采用同源序列比对的方法,从毛竹基因组数据库中获得DWF4同源基因信息并克隆,通过生物信息学方法分析该基因的结构、理化特征,以及基因编码蛋白的保守结构域、进化关系等,应用RT-PCR技术分析基因在毛竹不同组织中的表达情况,使用实时荧光定量PCR技术分别分析高盐、干旱、低温和强光等胁迫条件下该基因在叶片中的表达模式。[结果]从毛竹中克隆获得1个DWF4同源基因PeDWF4,编码区长度为1 503 bp,对应的基因组序列为6 149 bp,包含8个外显子和7个内含子,内含子完全符合GT-AG剪接原则。PeDWF4编码1个500 aa的碱性蛋白,属于细胞色素P450家族的单加氧酶。组织特异性表达分析表明,PeDWF4在毛竹不同组织中均检测到表达,其中,叶片中表达丰度最高,其次是根,茎、叶鞘和笋中的表达量较低。在Na Cl(400 mmol·L-1)和干旱胁迫条件下,叶片中PeDWF4的表达均先受到诱导,后受到抑制,其中,Na Cl处理下,表达量在2 h时达到最高(为对照的3. 5倍),6 h时最低(为对照的20%);干旱处理下,表达量在1 h时达到最高(为对照的2倍),8 h时最低(为对照的60%)。强光(1 200μmol·m-2·s-1)和低温(4℃)胁迫均诱导PeDWF4的表达,其中,强光处理2 h时表达量达到最高(为对照的4. 5倍),随后降低,8 h时仍为对照的2倍;低温处理下,叶片中PeDWF4表达量在1 h时达到最高(约为对照的3倍),随后持续下降,8 h时仍为对照的2倍。[结论]从毛竹中克隆了BL生物合成关键限速酶基因PeDWF4,该基因在毛竹中呈现组成型表达,在叶片中的表达受到Na Cl、干旱、低温和强光等非生物胁迫的影响,基因表达的变化表明PeDWF4可能有助于毛竹适应逆境胁迫。     

蜡梅转录因子CpTAF10基因的克隆及功能分析

【目的】 TATA框结合蛋白相关因子TAF10作为基本转录因子之一,在生长发育和胁迫响应过程中发挥着广泛的、重要的生物学作用。对蜡梅中TAF10同源基因 CpTAF10的克隆与功能分析,有利于丰富对植物TAFs基因功能的认识,并为解析蜡梅抗逆形成的转录调节机理提供新的理论依据。【方法】以转录组数据库中获得的蜡梅TAFs家族基因序列,克隆得到 CpTAF10基因的cDNA序列,并对其编码蛋白进行序列特征和进化树分析。采用实时荧光定量PCR 技术分析 CpTAF10基因在蜡梅不同组织及花期中的表达特性,以及高温、低温、盐胁迫及ABA处理后的表达变化。同时,构建 CpTAF10基因的过表达载体,采用花序侵染法进行拟南芥遗传转化,对拟南芥转基因纯合株系进行表型观察和胁迫耐性分析。【结果】获得的 CpTAF10基因 cDNA序列为712 bp,包含405 bp的开放阅读框(ORF),编码134个氨基酸,蛋白理论分子量为15.21 kDa,预测的等电点pI值为5.19。CpTAF10蛋白序列与其他植物同源序列具有较高的同源性,蛋白多序列比对显示CpTAF10蛋白属于TAF10同源蛋白,并含有组蛋白折叠结构域。表达特性分析结果发现,CpTAF10基因在蜡梅的根、茎、子叶、幼叶、成熟叶和花6个不同组织中均有不同程度的表达,其中,在成熟叶中的表达量最高。 CpTAF10在蜡梅花朵的不同花期中,呈现出波动的表达模式,在衰老期表达量最高。在低温、盐胁迫和ABA处理的蜡梅叶片中均能被诱导表达,但其表达变化各不相同。在拟南芥中过表达 CpTAF10基因可提高盐胁迫下拟南芥种子的萌发率,相对于野生型植株,转基因植株的主根和侧根在盐胁迫下均表现出一定的生长优势。【结论】 CpTAF10基因能在低温、盐胁迫和ABA处理后诱导表达,可能参与蜡梅逆境胁迫耐性的分子调控。在拟南芥中过表达 CpTAF10基因显著提高了转基因拟南芥的萌芽率及主根和侧根的生长优势,在一定程度上可增强植物的盐胁迫耐性。     

小兰屿蝴蝶兰R2R3-MYB转录因子分析

[目的]本研究为了探讨在植物发育和抗逆过程扮演着重要角色的MYB转录因子的潜在功能。[方法]利用拟南芥MYB转录因子家族蛋白序列(At MYBs)和已报道的蝴蝶兰R2R3-MYB转录因子家族蛋白序列(Pe MYBs),采用本地化软件BLASTP对小兰屿蝴蝶兰全基因组数据库进行搜索,并利用Pfam数据库验证MYB结构域,获得小兰屿蝴蝶兰MYB转录因子家族编码序列(Pe MYBs)125条,包含1R-MYB结构域的Pe MYBs蛋白序列27条,R2R3-MYB结构域96条,R1R2R3-MYB结构域2条。重点对96条R2R3-MYB结构Pe MYBs蛋白序列特点进行生物信息学分析。[结果]依据拟南芥的分类标准将小兰屿蝴蝶兰R2R3-MYB类转录因子划分为20个亚群,预测获得同源性较高的直系和旁系同源基因;各基因在四种器官(花、叶、根、茎)中的表达情况各异,39个Pe MYBs基因在4种器官中均表达,48个基因在不同器官中有特异性不表达现象,一些基因呈现器官特异性表达特点,推测其可能参与相应组织特定发育时期的调控。[结论]预测获得125条Pe MYBs蛋白序列,并对部分Pe MYB转录因子可能的调控功能进行了预测,将为细致研究蝴蝶兰MYB转录因子调控植物生长发育和逆境胁迫响应的分子机理提供一定的数据基础。     

‘84K’杨组氨酸激酶基因PaHK3b的克隆及功能分析

[目的]本研究克隆了银腺杨‘84K’(Populus alba×P. glandulosa ‘84K’)组氨酸激酶基因PaHK3b启动子及编码区,并对其表达进行检测及功能鉴定,为深入研究PaHK3b基因在杨树生长发育的调控作用提供线索,为杨树分子育种及品种改良奠定基础。[方法]根据毛果杨(P. trichocarpa Torr.Gray)基因组信息,设计引物克隆‘84K’杨组氨酸激酶基因PaHK3b启动子及CDS序列,并对其保守结构域和启动子顺式作用元件进行分析;同时,对‘84K’杨进行植物激素处理(10μmol·L~(-1)ABA、10μmol·L~(-1)6-BA、10μmol·L~(-1) IBA、10μmol·L~(-1)GA3及10μmol·L~(-1)水杨酸(SA))及非生物胁迫处理(42℃高温、0℃低温、200 mmol·L~(-1) NaCl和5%PEG6000),利用实时定量PCR(qRT-PCR)方法检测PaHK3b基因表达情况与表达响应差异,并采用原核表达方法初步确定PaHK3b基因的生物学功能。[结果]PaHK3b基因编码框区长度为3 060 bp,编码1 019个氨基酸,PaHK3b蛋白具有CHASE、HisKA和REC等典型的细胞分裂素受体结构域。PaHK3b基因启动子序列中不仅含有大量TATA框和CAAT框常见核心元件,还包含低温响应元件LTR、防御与胁迫响应元件TC-rich repeats、赤霉素响应元件GARE-motif、水杨酸响应元件TCA-element等顺式作用元件,这些元件与杨树的激素响应和逆境胁迫响应密切相关。qRT-PCR分析表明:PaHK3b基因在叶片中表达最高,根部中等,茎中最少;另外,与正常条件下相比,在高温、低温、NaCl及PEG处理时,PaHK3b基因表达量与对照明显增高,分别为对照的2.67、2.61、2.28、1.87倍;用IBA诱导处理时,基因表达量与对照相比差异不大,而在6-BA、ABA、GA3及SA处理时,基因表达量与对照相比均呈下调表达;在添加5%PEG6000的LB液体培养基中,转入PaHK3b基因原核表达载体的大肠杆菌菌株生长速度显著高于对照,在添加50～150 mmol·L~(-1)NaCl的LB固体培养基上,转入PaHK3b基因原核表达载体的大肠杆菌菌株单克隆生长均好于对照。[结论]‘84K’杨PaHK3b基因启动子含有逆境和激素响应元件,表明PaHK3b基因与杨树植物激素信号及非生物胁迫信号响应密切相关。经非生物胁迫处理、激素处理及原核表达证实,杨树PaHK3b基因参与杨树植物激素信号响应,并在其抗逆境胁迫过程中发挥重要调控作用。     

毛竹PeCPD基因克隆与表达分析

[目的]通过对毛竹(Phyllostachys edulis(Carri.)H. deLehaie)CPD基因的分子特征和表达模式进行研究分析,为揭示CPD在参与毛竹笋生长调控、光诱导以及响应胁迫过程中的作用提供参考依据。[方法]在毛竹基因组数据库(BambooGDB)中查找CPD的同源序列,设计引物并克隆PeCPD。通过生物信息学的方法分析PeCPD的基因结构、顺式调控元件、其编码蛋白的基本理化性质、保守结构域、进化关系以及该基因在不同组织中的表达模式等,利用实时定量PCR方法分析该基因在不同高度笋、昼夜节律光照条件下以及干旱、低温胁迫处理下叶片和根中的表达模式。[结果]获得了毛竹CPD同源基因PeCPD(PH01003419G0030),cDNA全长为1 584 bp,包含5′和3′端非编码区分别为110 bp和64 bp,编码区为1 410 bp,对应的基因组长度为2 796 bp,外显子和内含子数量分别为6个和5个。克隆获得了PeCPD编码区,与BambooGDB中PH01003419G0030序列完全一致,编码一个470 aa的蛋白,分子量约为52.2 kDa,理论等电点为9.063。同时获得了PeCPD上游序列(1 999 bp),与数据库中序列完全一致,分析发现,其中除了启动子基本元件外,还含有多种与环境相关的作用元件,如参与低温应答的LTR、干旱响应的MBS和光响应元件AE-box、TCT-motif等。基于CPD氨基酸序列的系统进化分析表明,毛竹与水稻、玉米、谷子和二穗短柄草等单子叶植物聚类到一个大的分支,其中与二穗短柄草的亲缘关系最近。基于转录组数据的基因表达热图分析发现,PeCPD在毛竹7个不同组织中的表达存在明显差异,其中在20 cm笋中的表达量最高,根中表达量最低。实时定量PCR分析表明,随着笋的增高,PeCPD表达量呈上升趋势;在昼夜节律光照条件下,PeCPD表达量随着光照时间延长而上升,随着黑暗时间延长而下降;干旱和低温胁迫条件下,叶片和根中PeCPD的表达量均呈先上升后下降的趋势。[结论]从毛竹中获取得到了CPD同源基因PeCPD,该基因为组成型表达,且随着笋的增高其表达量呈上升趋势,可能通过参与BRs的生物合成对竹笋的生长起调控作用;PeCPD在叶片中的表达呈现昼夜节律变化,表明该基因可能会参与毛竹的光形态建成;干旱和低温胁迫条件下,PeCPD表达量的变化有助于提高毛竹适应逆境胁迫的能力。     

干旱胁迫下柠条锦鸡儿叶片SSH文库构建及CkWRKY1基因克隆

为研究柠条锦鸡儿抗旱的分子机制,挖掘干旱响应相关基因,成功构建干旱胁迫下柠条锦鸡儿叶片的抑制性差减杂交(SSH)文库,获得1 286条高质量的EST序列,平均长度475 bp,拼接得到Unigenes 645条.对这些Unigenes进行Blast比对注释后发现很多抗旱相关基因,例如LEA蛋白、DHN蛋白编码基因,MYB、bZIP、WRKY、NAC和bHLH转录因子等.通过RACE技术克隆其中1个WRKY转录因子的cDNA全长,命名为CkWRKYI,GenBank登录号为JX987095.CkWRKY1编码330个氨基酸的蛋白质,氨基酸序列中有1个“WRKYGQK”的WRKY转录因子家族保守序列,属于第Ⅱ类WRKY转录因子.利用实时荧光定量PCR技术检测发现,CkWRKY1基因在干旱处理后mRNA的表达水平明显上升,预示该转录因子可能与柠条锦鸡儿抗旱的分子机制相关.     

蜡梅转录因子CpBBX24基因的克隆及功能分析

【目的】BBX (B-box)是锌指结构蛋白转录因子家族中一个重要的亚家族,在植物生长发育、植物信号转导及逆境胁迫响应中具有重要的调控作用。对蜡梅BBX24基因的克隆与分析,有利于丰富植物中对BBX基因家族的认识,为蜡梅抗逆调节机制提供新的理论依据。【方法】以蜡梅转录组数据库中获得的蜡梅CpBBX24基因cDNA序列为基础克隆基因全长,使用DNAStar和MEGA进行序列分析和进化树构建。采用qRT-PCR进行蜡梅不同组织及不同花期表达特性分析,以及ABA、 MeJA、干旱、高盐、高温和低温等处理后表达分析。同时,使用Gateway技术构建植物表达载体,花絮侵染法转化拟南芥,对T3代纯合系进行表型观察及非生物胁迫耐性分析。【结果】获得CpBBX24的cDNA序列长为1 374 bp,包含729 bp的开放阅读框(ORF),编码242个氨基酸,分子量为26.54 kD,等电点为4.93。序列分析表明CpBBX24蛋白在N端有两个串联的B-box结构域,其C端不包含CCT结构域。表达特性分析表明,CpBBX24在蜡梅根、茎、子叶、幼叶、成熟叶各器官,外瓣、内瓣、雌蕊、雄蕊等组织中均有表达,...     

茶树2个MYB转录因子基因的克隆及表达分析

MYB类转录因子是一类包含一段保守的DNA结合结构域的基因家族,广泛地参与植物发育和植物次生代谢的调节。根据前期芯片杂交和文库筛选得到的2个MYB转录因子的部分序列,采用RT-PCR和RACE技术分离得到它们的全长基因:CsMYB1和CsMYB2,在GenBank的登录号分别为HQ660373和HQ660374。序列分析表明:CsMYB1基因全长1132bp,开放阅读框长879bp,编码292个氨基酸,推测的蛋白分子量约为32.9ku,理论等电点为8.13;CsMYB2基因全长1020bp,其中开放阅读框长675bp,编码224个氨基酸,推测的蛋白分子量约为25.4ku,理论等电点为9.05。2个基因编码的蛋白均具有明显的R2R3MYB结构域,且在R3结构域的下游都含有1个相对保守的C1(LIXXGIDPXTHR)基序。同源性分析表明:茶树CsMYB1和CsMYB2编码的氨基酸序列与其他植物的MYB类转录因子具有较高的相似性,其中CsMYB1编码的氨基酸序列与陆地棉MYB1的相似性为57%,CsMYB2编码的氨基酸序列与葡萄MYBC2的相似性为75%。利用荧光定量PCR技术检测2个转录因子基因在遮荫处理条件下的表达规律,及其在茶树不同组织中的表达特性,结果表明:CsMYB1和CsMYB2在不同组织中均有表达,但表达量具有明显区别,其中CsMYB2在叶片中的相对表达量是根中的100多倍;而遮荫处理能明显降低叶片中的花青素含量,并提高CsMYB1的表达,但对转录因子CsMYB2的影响不大。     

超积累型东南景天Sa12F279基因的抗逆表达响应及功能关联分析

[目的]对超积累型东南景天ABC转运蛋白家族成员Sa12F279开展生物信息学分析及表达分析,为探究ABC类转运蛋白在镉、干旱、盐碱等非生物胁迫中的功能提供参考。[方法]通过对超积累型东南景天转录组数据库进行比对分析,获得1个ABC家族成员的基因。通过生物信息学方法分析Sa12F279基因的进化关系、蛋白结构域构成、核心结构域同源比对及在组学数据中相关的互作蛋白分类;借助实时定量PCR技术分析该基因在盐碱、干旱及ABA激素胁迫下根中的表达变化。[结果]通过比对分析获得ABC家族成员Sa12F279基因,该基因的开放阅读框长度为4 497 bp,编码蛋白长度为1 498个氨基酸,相对分子量为167.1 KD,等电点为6.92。进化分析显示:Sa12F279基因与C亚类成员聚为一簇,且在结构域构成上符合ABC家族的保守排布。共表达网络分析显示:Sa12F279与567个基因存在功能上的关联,对这些基因进行功能注释发现,其中39.8%的基因执行代谢相关功能,29.3%的基因与细胞内进程相关,10.2%的基因涉及生物调控,7.1%的基因参与转运活性。对镉胁迫前后转录组数据分析显示,Sa12F279基因在根、茎、叶3种组织中,取样点24 h和96 h的表达量均呈现对镉胁迫下调响应。实时定量结果显示:该基因对ABA激素、盐碱和干旱不同胁迫的应答模式存在差异,且应答响应较平缓。在ABA激素处理下,呈现先下调后上升的趋势;在盐胁迫下,呈现早期响应不显著而于胁迫后期出现上调应答;在干旱处理下,呈现先升后降又升的趋势。[结论]鉴定了超积累型东南景天ABC家族的1个Sa12F279基因,揭示了该基因在不同非生物胁迫下的表达模式。     

平榛ChWRKY2转录因子的克隆及在低温胁迫下的表达分析

根据平榛花芽转录本高通量测序的结果,采用RACE-PCR技术克隆到一个全长675 bp,编码179个氨基酸的平榛WRKY基因,命名为ChWRKY2。ChWRKY2蛋白序列中只含有一个WRKY结构域,锌指结构为C-X4-C-X23-H-X1-H,属于WRKY家族第Ⅱ类成员。对ChWRKY2基因进行实时荧光定量PCR表达分析,结果表明:平榛雌花芽中ChWRKY2在12月份的表达量最高,随后表达量逐渐下降。4℃低温胁迫处理根蘖苗4 h后,叶片中ChWRKY2的表达量快速升高,并在8 h达到最大表达量。此外,ChWRKY2在不同器官中的表达具有差异性,雄花序中表达量最高,其次是雌花芽,树皮(韧皮部)中表达量最低。     

巨桉EgrZFP6基因在非生物逆境胁迫响应中的功能

【目的】通过对巨桉非生物逆境响应相关基因EgrZFP6(Eucgr.A01232)蛋白结构和基因功能的初步研究,探讨该基因在巨桉非生物逆境响应中所发挥的作用,为桉树抗逆育种提供理论基础。【方法】首先利用CDD在线软件分析EgrZFP6编码蛋白序列的结构域,并利用NCBI中的Blast软件搜索与EgrZFP6蛋白序列相似程度较高的其他物种中ZFP蛋白,用Clustalx进行多序列比对,联合分析、比较它们的结构域。然后,构建EgrZFP6∷s GFP融合载体,采用基因枪轰击洋葱表皮方法对EgrZFP6蛋白表达进行亚细胞定位;同时,构建35S∷EgrZFP6超表达载体,采用花序侵染法进行拟南芥遗传转化;对获得的超表达拟南芥转基因纯合株系,分析其正常条件、低温、干旱和高盐等非生物逆境处理下的表型变化;利用酵母双杂交法筛选到与EgrZFP6互作蛋白Egr ERF4(Eucgr.F01164),并对低温、干旱和高盐等非生物胁迫下巨桉植株中Egr ERF4的表达情况用实时荧光定量RT-PCR方法进行分析。【结果】巨桉EgrZFP6编码蛋白为1个典型C2H2型锌指结构蛋白,有2个包含QALGGH序列的植物特有锌指结构域,1个乙烯响应元件结合因子相关双性抑制子EAR基序和1个L-box基序;亚细胞定位结果表明EgrZFP6表达蛋白定位在细胞核中;与野生型对照相比,EgrZFP6超表达的拟南芥转化植株中,主根伸长生长受到一定抑制,对低温敏感性增强,PEG(1 g·L-1以上)处理能促进侧根增加和伸长,植株根伸长对高盐抑制作用的耐受性有一定程度提高。乙烯响应相关转录因子基因Egr ERF4编码蛋白能够与EgrZFP6编码蛋白互作;正常巨桉植株不同低温(-8,-4,0,4℃)2 h处理下,除-8℃外,Egr ERF4表达均呈现被诱导趋势;4℃低温不同时间(0.5,2,6,12,24,48 h)处理下,基因也被诱导表达;干旱条件下,随处理时间延长,基因表达被严重抑制,而高盐(200 mmol·L-1)胁迫则能促进Egr ERF4表达。【结论】EgrZFP6转录因子可能通过与Egr ERF4互作参与巨桉低温、高盐和干旱胁迫响应。在低温胁迫下发挥负调控作用;而在干旱和高盐逆境条件下能通过改变植株根构型,一定程度上提高对逆境的适应能力。     

巨桉低温胁迫响应基因EgrCR的表达与功能

【目的】通过对巨桉中冷响应基因EgrCR(Eucgr.B02857)的蛋白序列特征、亚细胞定位、低温等非生物逆境条件下的表达以及拟南芥中该基因超表达株系的表型分析,探讨EgrCR基因在巨桉响应低温等非生物逆境中的作用。【方法】利用Protparam,PSIPRED,TMHMM,Mat Inspector和MEGA等生物信息学软件,预测EgrCR编码蛋白结构特征、启动子上的重要顺式作用元件,并构建其同源蛋白序列进化树;同时,采用基因枪轰击洋葱表皮方法进行基因编码蛋白亚细胞定位分析;组织特异性表达及低温等非生物逆境及昼夜节律下的表达分析,分别采用半定量和定量RT-PCR方法。通过构建35S::EgrCR超表达载体转化拟南芥,观察转基因株系在不同低温(0,4℃)处理下的表现,研究该基因对低温响应的功能特性。【结果】EgrCR编码的蛋白序列含有144个氨基酸,二级结构中包含4个α螺旋、3个β折叠,没有预测到结构域、跨膜域的存在。在进化的亲缘关系上,EgrCR与毛果杨中的同源蛋白亲缘关系最近,氨基酸序列相似度达到68%。在其启动子序列上含有多个与植物逆境响应相关的顺式作用元件。亚细胞定位结果表明其编码蛋白在核中表达。正常条件下,EgrCR主要在茎和叶中表达。不同低温(0,2,4,6,8℃)处理和4℃低温下随处理时间(2,6,12,24,48 h)的延长,EgrCR受到强烈的诱导。ABA(100μmol·L~(-1))对EgrCR表达没有明显影响,而NaCl(200 mmol·L~(-1))处理下则表现为先抑制后促进。昼夜节律也影响EgrCR的表达,光照下基因表达被诱导,黑暗条件下基因表达受抑制。拟南芥中EgrCR超表达转基因株系4℃处理条件下,花青素苷积累现象减轻;0℃处理3天再恢复生长1周后,超表达株系能快速恢复生长,表现出较强的耐低温能力。【结论】EgrCR基因参与巨桉低温胁迫响应,还可能参与巨桉的高盐胁迫响应,昼夜节律对其表达也有影响。     

山新杨钾离子通道基因PdbSKOR的克隆与功能分析

【目的】植物SKOR是典型的外向整流型Shaker类钾离子(K+)通道蛋白,介导根部K+向地上部的长距离运输。本研究克隆并鉴定杨树K+通道基因Pdb SKOR,在转录水平探讨其组织特异性表达特征及对缺钾、高钾、干旱和低温胁迫的响应情况,并明确其电生理学功能。【方法】通过同源克隆法,在山新杨中鉴定并克隆1个K+通道基因Pdb SKOR;运用MEGA 7.0软件构建山新杨等14种不同科属木本植物SKOR通道成员的系统进化树;利用实时荧光定量PCR分析Pdb SKOR的组织特异性表达特征及在转录水平根部Pdb SKOR对缺钾、高钾(60 mmol·L-1KCl)、干旱(15%PEG6000)和低温(4℃)处理的响应情况;借助膜片钳系统研究Pdb SKOR的电生理功能。【结果】在山新杨中克隆1个K+通道基因Pdb SKOR(Gen Bank No. MT335814),其编码蛋白含有6个离子通道跨膜域(S1—S6)、环核苷酸结合域、Ankyrin锚蛋白域和KHA二聚体功能结构域,属于典型的Shaker类K+通道; 14种木本植物SKOR蛋白的氨基酸一致性高达81.09%,S6跨膜区的氨基酸一致性最高(96%);不同科属植物的SKOR同源蛋白在遗传进化关系上差异较大,而同一科属植物的遗传距离较近,山新杨PbdSKOR与同属杨柳科的红皮柳的同源蛋白Spu SKOR的遗传距离最近;在Pdb SKOR启动子区域预测到18种顺式作用元件,主要包括发育调控、激素响应和胁迫响应等相关的调控元件;实时荧光定量PCR表明Pdb SKOR在3年生山新杨根部的相对表达量最高,其次是盛开期花和花序,在茎部、叶片和果絮中的表达量相对较低; Pdb SKOR在组培幼苗根部的表达水平也是最高的,且在转录水平对高钾处理没有响应,但对缺钾、干旱和低温胁迫处理较为敏感,其中,Pdb SKOR在幼苗根部的表达水平受缺钾或干旱处理的抑制均显著降低,受低温胁迫诱导而显著增强;膜片钳研究表明当细胞膜电位为+20 m V时,PdbSKOR离子通道即被激活,并记录到典型的外向整流电流,并随胞外K+浓度的降低而增大,且正向电压越大,内向整流的电流越强,表明PdbSKOR是一个电压依赖的外向整流型K+通道。【结论】从山新杨中克隆并鉴定了1个K+通道基因Pdb SKOR;山新杨PdbSKOR与红皮柳Spu SKOR在系统进化关系上最近; Pdb SKOR主要在山新杨根部(成年树和幼苗)表达,幼苗根部Pdb SKOR在转录水平受缺钾、干旱和低温胁迫的调控; PdbSKOR是山新杨根部主导K+外排的通道。     

桃果实醇酰基转移酶基因的克隆及对外源乙烯的响应表达

为研究桃果实酯类香气的生物合成,克隆了桃醇酰基转移酶基因AAT,并研究了外源乙烯对该基因mRNA转录水平的影响。根据桃基因组测序结果,采用RACE和反转录PCR技术克隆到1个与醇酰基转移酶基因同源的cDNA,序列全长1 486 bp,CDS区长度为1 353 bp,编码450个氨基酸,命名为PpAAT2。PpAAT2蛋白属于PLN02481超级家族,含有植物转移酶基因2个高度保守结构域HXXXD和D(N)F(V)GWG。基因位于桃第5条染色体,BAC注释为1条包含1个内含子的mRNA序列转录链,CDS区有2处碱基突变,其中,555 bp处碱基由C突变为G,导致丙氨酸突变为缬氨酸。AAT基因响应乙烯表达,0℃冷藏桃施加外源乙烯促进AAT基因表达水平;该基因在叶片、花和成熟果肉中均表达,且在叶片和花中的表达丰度比果实高,推测其在不同的生理过程中均发挥作用。     

杨树BAG基因的鉴定及表达模式分析

【目的】杨树是我国人工林的重要组成部分,也是公认的模式木本植物。植物BAG蛋白作为保守的分子伴侣,在生长发育和抗逆性中起到关键作用。研究杨树BAG蛋白家族的进化与表达模式,鉴定BAG基因的生物学功能对于林木遗传改良具有重要的指导意义。【方法】以拟南芥7个BAG蛋白为诱饵,搜索毛果杨、水稻和小立碗藓在线数据库(https://phytozome.jgi.doe.gov)获得这3个物种同源的BAG蛋白。利用生物信息学构建毛果杨、拟南芥、水稻和小立碗藓BAG蛋白的系统进化树,分析这些蛋白的生化特性及进化关系。结合杨树芯片(http://bar.utoronto.ca)数据,利用qRT-PCR检测杨树BAG基因的组织和逆境(旱和热胁迫)表达模式。【结果】毛果杨包含14个BAG基因,按照国际命名法(以染色体位置进行排序),将其命名为PtrBAG1—PtrBAG14。系统进化树表明杨树、拟南芥、水稻和小立碗藓BAG蛋白相对保守,大体可以分为2个亚家族。第1个亚家族中,大部分BAG蛋白N端含有UBL结构域,可能作为分子桥梁参与降解某些蛋白;第2个亚家族的大部分BAG蛋白含有IQ结构域,意味着这些蛋白可能与Ca²⁺信号相关。杨树BAG基因在不同逆境处理(热胁迫和干旱胁迫)条件下有不同的表达模式。热处理诱导所有BAGs基因表达发生变化,其中BAG1、BAG4、BAG6、BAG7和BAG8表达被激活,而另9个BAG基因的表达被抑制;特别是,热诱导BAG4和BAG6表达上调超过90倍。干旱胁迫条件下,大部分BAG表达变化幅度很小。组织表达模式分析表明,大部分杨树BAG基因在根、叶、芽、小苗、雌花序、雄花序和木质部中表达量很低,只有BAG2和BAG12在木质部中大量表达。【结论】杨树BAG家族共有14个成员,大体分为2个亚家族,在进化上与本文选用的陆生植物拟南芥和水稻BAG蛋白有更高的相似性。杨树14个BAG基因可能都参与了热胁迫调控,但不同成员在抗热过程中起不同作用。相比而言,大部分杨树BAG基因可能并不参与抗旱。值得指出的是,杨树BAG4和BAG6可能在热胁迫中作用最明显,而BAG2和BAG12可能参与木材形成。     

杨树类锌指基因ZFL的功能分析

以毛果杨叶片cDNA为模板,采用PCR技术分离出杨树ZFL基因,序列分析结果表明该基因序列开放读码框315 bp,共编码104个氨基酸,推导的蛋白质分子量为11.202 kDa,理论等电点9.83,命名为PtrZFL.对ZFL基因进行实时荧光定量PCR表达分析,结果表明:甘露醇、NaCl、H202、ABA、低温胁迫都能诱导PtrZFL基因的表达,且PtrZFL表达量在ABA处理3h时达到最高,然后随处理时间延长而逐渐降低;低温(4℃)胁迫在6h后能显著诱导PtrZFL基因表达,并随着低温处理能一直保持较高水平的表达.根据毛果杨基因组信息设计引物,获得了PtrZFL基因上游1000bp的启动子序列,序列分析结果表明该启动子包含有多个与胁迫相关的元件,如抗冻、缺水、抗寒、脱落酸响应元件ABRE、MYB和WRKY.GUS活性检测发现,该启动子在转基因拟南芥整株中都有表达,但在根部和成熟叶片中表达较强,其他位置表达微弱.     

青杄MYB转录因子基因PwMYB20的克隆及表达分析

【目的】MYB转录因子家族是植物中最大的一类转录因子,在植物生长发育及抗逆调控网络中发挥重要作用。对青杄中MYB同源基因Pw MYB20的克隆与分析,有利于进一步探究Pw MYB20在植物生长发育及逆境响应中的功能,挖掘与利用青杄中的优质基因。【方法】采用RACE-PCR技术,从青杄c DNA文库中克隆得到Pw MYB20基因,并通过PCR技术克隆验证。利用Prot Param、Prot Scale、Fold Index等生物信息学软件对Pw MYB20理化性质进行分析预测。通过BLAST在线工具得到植物同源蛋白,并对其进行比对分析和进化树分析。采用实时荧光定量PCR技术分析Pw MYB20基因在不同组织中的表达性,以及干旱、低温、盐、ABA等非生物逆境胁迫处理后的表达变化。通过亚细胞定位及转录激活活性验证试验,揭示其生物学特性。【结果】通过RACE-PCR克隆得到Pw MYB20 c DNA全长966 bp,含675 bp的完整开放阅读框,编码225个氨基酸。Prot Param工具计算蛋白分子式为C1104H1740N340O330S8,分子质量为25.3 k Da,等电点为9.11;Protscale工具疏水性分析发现,Pw MYB20的疏水位点与亲水位点均匀分布,推测该蛋白为亲水蛋白;Signal P工具预测发现该蛋白没有信号肽结构域;利用Fold Index工具对蛋白质固有无序化进行分析,结果表明该蛋白固有无序化序列较多,推测在生理环境下蛋白的动态活性较大;TMHMM工具预测发现该蛋白没有跨膜结构域。通过对比分析发现Pw MYB20属于MYB家族基因,编码1个R2R3-MYB蛋白。进化树分析结果显示,青杄Pw MYB20与白云杉Pg MYB20聚为一簇。实时荧光定量PCR结果表明,Pw MYB20在种子中的表达量最高,其次是在针叶中,在花粉中的表达相对较少。Pw MYB20对干旱、4℃和ABA处理均有响应,而对Na Cl处理响应相对较弱。在干旱处理下,Pw MYB20表达量先上升后下降;4℃低温处理3 h和12 h时Pw MYB20的表达量上升,在4℃处理6 h时存在波动,呈现上升—下降—上升的趋势;Pw MYB20的表达受ABA处理持续诱导。亚细胞定位分析表明,Pw MYB20是一个主要定位于细胞核中的蛋白质。转录激活活性分析结果显示,Pw MYB20的C端存在转录激活活性,而Pw MYB20全长及其N端没有转录激活活性。【结论】青杄Pw MYB20,作为一个转录因子发挥作用,其转录激活活性位于C端;受干旱、低温和ABA诱导,普遍参与了植物应对逆境胁迫的响应过程。     

光皮桦BlBLH1基因的克隆、表达及互作蛋白筛选

【目的】BLH基因家族是广泛存在于植物中的转录因子,其与KNOX等转录因子的互作被认为在植物的次生壁发育中起重要调控作用。本研究拟克隆光皮桦BlBLH1基因,分析其表达模式,并筛选能与其互作的蛋白。【方法】利用Blast等软件在光皮桦基因组序列中鉴定获得BlBLH1序列,克隆验证后对其进行多序列比对、系统进化等生物信息学分析;利用实时荧光定量PCR分析BlBLH1在光皮桦不同组织、器官和应拉木形成中的表达模式;通过酵母双杂交技术筛选BlBLH1互作的蛋白,并采用双分子荧光互补实验(BiFC)进一步验证其与部分蛋白在拟南芥细胞内的互作。【结果】BlBLH1基因序列全长为2 128 bp,开放阅读框(ORF)为1 830 bp,编码609个氨基酸,具有SKY、BEL和HD 3个保守结构域。系统进化分析显示,BlBLH1与拟南芥BLH1有最近的同源关系。表达分析显示BlBLH1在雄花序中的表达量最高;在木质化茎段中的表达量次之;在应拉木诱导过程中,BlBLH1在应拉木中的表达量均显著高于对照。通过酵母双杂交筛选获得结构蛋白、酶、转录因子等47个与BlBLH1互作较强的蛋白;BiFC验证结果表...