两个烟草多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白基因的克隆和表达分析

为了研究多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(PGIP)在烟草中的生物学功能,运用生物信息学方法,结合RT-PCR和SMART RACE技术,从烟草中克隆到2个多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(PGIP)基因c DNA和DNA全长序列,分别命名为Nt PGIP1(Gen Bank登录号:KF317203)和Nt PGIP2(Gen Bank登录号:KF317204)。Nt PGIP1基因全长为1 413 bp,编码338个氨基酸;Nt PGIP2基因全长为1 185 bp,编码329个氨基酸;两基因均没有内含子序列,核苷酸序列有50%的一致性,编码的氨基酸序列有54%的一致性。两基因编码蛋白均含有植物PGIP蛋白特有的重复保守序列LXXLXXLXXLXLXXNXLXGXIPXX。对PGIP基因在烟草不同组织表达量分析发现,两基因在根、茎、叶和芽中均有表达,其中均在茎中表达量最高,其次是根,叶中表达量很低。     

石蒜LrCMO基因的克隆及表达分析

以石蒜(Lycoris radiata)为试材,采用同源克隆和RACE的试验方法,克隆得到LrCMO基因全长cDNA,并对其进行了基因表达分析。结果表明:LrCMO基因全长1 472 bp,其中开放阅读框(ORF)为1 281 bp,编码427个氨基酸残基,预测编码蛋白质的分子量为47.92 kD,理论等电点为5.72;LrCMO是一个稳定的疏水蛋白,不具有跨膜结构,含有叶绿体导肽;LrCMO基因编码的氨基酸与植物其他CMO蛋白具有较高的一致性,且与海枣PdCMO、香蕉MaCMO及油棕EgCMO亲缘关系最高,聚为一类。实时荧光定量PCR分析表明,LrCMO在根、鳞茎和叶片中有表达,且在鳞茎中的表达量最高;LrCMO受聚乙二醇(PEG)处理的诱导表达,其基因相对表达量在处理后12 h达到最高。随着处理时间的延长,LrCMO基因相对表达量逐渐下调至对照水平。     

氯吡脲对葛根Ptexp1基因表达的影响及其与产量品质形成的关系

为研究氯吡脲对葛根Ptexp1基因表达影响及其与产量和品质的相互关系,揭示氯吡脲对葛根产量和品质影响的分子机制,本研究以‘桂葛1号’粉葛幼叶为材料,采用PCR同源克隆和RACE技术,克隆得到葛根expansin基因,命名为Ptexp1(GenBank登录号:MK169414)。该基因cDNA全长1063 bp,开放阅读框为91~846 bp,编码251个氨基酸,预测其分子量和等电点分别为26.78 kD和8.37,在64~149 aa和160~237 aa有DPBB_1和Pollen_allerg_1两个保守的蛋白质结构域。该基因与其他植物的expansin-A8基因核苷酸序列和氨基酸序列高度同源,其中与大豆、绿豆和豇豆expansin-A8基因的核苷酸序列同源性分别高达94%、92%和91%,与鸡血藤、大豆、豇豆和相思子expansin-A8基因的氨基酸序列同源性分别高达97%、95%、94%和93%。以葛根18S作为内参基因,Ptexp1基因在葛根膨大期不同组织中的表达规律为块根>根蔸>叶>茎,与不同部位发育表型吻合。1 mg/L氯吡脲处理显著提高该基因在块根、根蔸和茎的表达,但对叶片表达的影响不显著,与其处理显著提高块根、根蔸和茎的形态指标相吻合。本研究为氯吡脲调控葛根膨大的作用机理、产量和品质形成的分子机制及其新品种选育提供参考。     

津田芜菁BrSIZ1基因克隆、定位及表达

SIZ1是植物细胞蛋白质翻译后修饰SUMO化的E3连接酶,参与植物蛋白相互作用、定位和抗逆反应等。为研究BrSIZ1在津田芜菁中的表达特性,本研究克隆了津田芜菁SIZ1基因全长cDNA序列,命名为BrSIZ1 (GenBank登录号为KY441465),该基因全长2754 bp,其ORF全长2571 bp,编码856个氨基酸残基的多肽。构建了BrSIZ1-GFP表达载体进行亚细胞定位研究,结果显示BrSIZ1-GFP定位于细胞核内,可能在细胞核中发挥其功能。利用荧光定量PCR检测表明,该基因表达量在叶子中最高,幼苗和红色根皮中次之,表达具有组织特异性。而且BrSIZ1在芜菁根皮中的表达受长波紫外线(UV-A)诱导,在4°C、37°C胁迫的幼苗中,表达量增加。     

百脉根ACC氧化酶基因LcACO1的克隆及序列分析

植物激素乙烯参与植物生长发育多个生理过程的调控。ACC氧化酶是植物乙烯合成途径中的关键合成酶。本研究依据其它物种ACC氧化酶序列信息设计简并引物,并结合RT-PCR和快速扩增c DNA末端技术从牧草百脉根中首次克隆到ACC氧化酶基因的全长c DNA序列,命名为LcACO1。LcACO1全长c DNA为1 012 bp,具有一个924 bp ORF可编码307个氨基酸残基。生物信息学分析表明,LcACO1是含有Fe2+依赖的加氧酶结构域的稳定亲水蛋白,没有信号肽和跨膜结构域,亚细胞定位于细胞质。与其它植物中的ACO蛋白进行同源性比对显示,LcACO1蛋白与鹰嘴豆中ACO蛋白的一致性高达90%。实时荧光定量PCR表明,LcACO1基因在百脉根不同组织器官中差异表达,根中表达量最高,推测其主要在根的生长发育调节方面发挥作用。     

粉蕉ACC氧化酶cDNA的克隆及其序列分析

本研究根据GeneBank公布的ACC氧化酶(ACO)基因的保守序列设计一对引物,通过RT-PCR方法从成熟粉蕉果实(ABBgroup)中克隆到一条新的香蕉ACO基因全序列。该氧化酶cDNA全长1172bp,基因编码区共957bp,推测其编码318个氨基酸。分析发现,该基因除了与登录号为X95599的香蕉ACO基因核苷酸序列一致性为84%外,与其它基因库上公布的香蕉ACO基因核苷酸序列一致性为94%￣98%,而且,这些香蕉ACO基因核苷酸推导出的氨基酸序列总体一致性为95.81%。聚类分析结果表明,相同基因型的果实克隆出的香蕉ACO氨基酸具有更多的同源性。另外,将该香蕉ACO氨基酸与其它12种重要的果实的ACO氨基酸相比较,其序列一致性也很高。其与芒果一致性高达98%,与菠萝、番木瓜、葡萄、苹果,桃、梨、柑、橙等一致性也在68%￣76%之间。同时发现这13种ACO氨基酸有9个较长的保守结构域。系统树分析结果表明,具有相似的生长环境和相似的生理特性的果实ACO基因具有更多的同源性。     

文心兰OnA CO2基因的克隆及表达分析

乙烯对植物的许多发育过程如切花和果实衰老发挥重要的调控作用,而1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)氧化酶(ACO)是乙烯生物合成中的限速酶。本研究利用RACE技术克隆得到文心兰On ACO2基因(Gen Bank登录号为KP410730)c DNA,全长1 376 bp,推测为编码324个氨基酸的非跨膜蛋白,分子量为36 413.5,等电点为5.71。On ACO2蛋白的结构域包括DIOX_N和20G-FeⅡ_Oxy,与其它植物的ACO蛋白序列相似性在66%~91%之间。On ACO2基因原核表达获得了与理论分子量一致的重组蛋白。利用荧光定量PCR的表达分析结果表明,On ACO2在蕊柱中相对表达量最大,其次为花萼、侧瓣和叶片,最少的为根、茎和唇瓣。在文心兰切花衰老期间,On ACO2在花的不同部分中表达水平急剧升高,其后乙烯释放速率也对应地剧烈上升。On ACO2基因在文心兰花衰老过程中时空特异性表达表明,所克隆的On ACO2基因是一个对花衰老有作用的功能基因。On ACO2是文心兰品种抗衰老分子改良的重要候选基因,本研究结果可为文心兰切花衰老基因工程育种打下基础。     

百合LdGASA1基因克隆与生物信息学及表达分析

本研究从百合小鳞茎发育不同阶段蛋白质组数据中,筛选出调控鳞茎发育的上调表达基因LdGASA1,对其进行克隆、生物信息学分析及表达分析。序列分析显示LdGASA1基因全长725 bp,编码区CDS序列为336 bp,编码111个氨基酸。结构域分析显示,LdGASA1第52至第111个氨基酸含有一个典型的GASA保守结构域。其理化性质分析显示,编码蛋白质理论等电点(pI)为9.1,不稳定系数为35.14,属于稳定的疏水性蛋白,亚细胞定位预测该蛋白最可能定位在细胞质中,其二级结构主要为无规则卷曲(65.86%)和α-螺旋(22.52%),另外含有少量延伸链(12.60)和β-折叠(9.01%)。通过RT-qPCR分析发现LdGASA1基因在小鳞茎出现前表达量相对较低,主要在小鳞茎形态建成和发育阶段表达,且在小鳞茎形态基本建成(35 d)时表达量达到最高。本研究结果为探索GASA基因调控百合生长发育的机制打下基础。     

草莓叶黄素循环关键酶基因VDE和ZEP的克隆与分析

叶黄素循环在逆境胁迫中对植物光系统起着重要的保护作用。紫黄质脱环氧化酶(VDE)和玉米黄质环氧化酶(ZEP)是调控叶黄素循环的关键酶。本研究采用RT-PCR和RACE技术率先从草莓中克隆获得VDE和ZEP基因。VDE基因c DNA全长1 842 bp,ORF为1 467 bp,编码489个氨基酸;ZEP基因c DNA全长2 325 bp,ORF为1 980 bp,编码660个氨基酸。生物信息学分析表明草莓VDE与ZEP基因所编码的氨基酸序列与蔷薇科的苹果、桃和梅等植物的亲缘关系较近。荧光定量分析发现VDE和ZEP基因在草莓根、茎、叶、花、果实中皆有表达,说明二者均为组成型表达基因,并且叶片中基因的表达量最高而根中最低,推测与其在草莓叶黄素循环调控的作用有关。     

苎麻Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)基因的克隆和表达分析

以耐旱性较强的湘苎3号为材料,从苎麻转录组测序结果中获得了1个与P5CS基因高度相似的Unigene,该片段长1 448 bp,根据该序列设计5′RACE和3′RACE槽式PCR引物,利用RACE结合RT-PCR技术分别克隆得到590 bp的5′端和293 bp的3′端,拼接获得该基因全长cDNA序列。对该序列进行生物信息学分析表明,该基因全长为2 318 bp,其中开放读码框为2 154 bp,编码717个氨基酸,其编码蛋白质的等电点和分子量分别为6.57 kD和77.56 kD,与亚洲棉、麻风树、拟南芥和水稻的P5CS基因的核苷酸序列相似性分别为81%、81%、75%和72%,蛋白质序列的相似性分别为86%、85%、78%和77%,说明该基因与P5CS为同源,被命名为BnP5CS1。半定量RT-PCR分析表明,该基因在苎麻的茎尖中表达量最高,在根中其次, 且受干旱胁迫的诱导。P5CS基因是植物体内合成脯氨酸的关键酶基因,BnP5CS1基因的克隆将为苎麻的抗逆分子育种和进一步的功能分析鉴定基础。     

百合花青素苷合成酶基因片段的克隆及表达分析

为了克隆百合花青素苷合成酶基因(anthocyanidin synthase, ANS),通过已报道的其他物种的ANS基因保守序列设计简并引物,采用同源克隆的方法成功克隆得到了百合ANS基因片段,该片段长701 bp,编码233个氨基酸残基。根据蛋白比对结果,百合ANS基因编码的氨基酸序列与郁金香、荷兰鸢尾、甜樱桃的一致性分别为86%、81%、77%。采用半定量RT-PCR法分析表明,该基因在百合花瓣中的表达水平最高,叶和茎次之,鳞茎中不表达。本研究从百合中分离得到了ANS基因片段,为后续获得基因全长打下了基础。     

油用牡丹PsFAD6基因的克隆与表达分析

本研究以油用牡丹(Paeonia suffruticosa)叶片为试验材料,采用RACE和RT-PCR的方法克隆得到油用牡丹ω-6脂肪酸脱氢酶(ω-6 FAD)基因cDNA全长,命名为PsFAD6(GenBank登录号:KY233120)。序列分析表明,该基因cDNA序列全长1 819 bp,其中开放阅读框1 326 bp,编码441个氨基酸,3'端非编码区长271 bp,5'末端非编码区长192 bp;多序列比对表明,油用牡丹PsFAD6氨基酸序列含有3个保守结构域,系统发育分析显示油用牡丹与葡萄处于同一分支,其亲缘关系最近。TMHMM和TargetP亚细胞定位分析得知,PsFAD6蛋白无信号肽,具有3个跨膜域,可能定位于叶绿体中发挥功能。组织特异性分析表明,PsFAD6在油用牡丹的根、茎、叶、花瓣、雌蕊、雄蕊、种子中均有表达,其中,在叶片中表达量最高,雄蕊次之,在雌蕊中表达量最低;不同发育时期种子中,80 d表达量最高,60 d次之,在20 d中表达量最低     

甘薯光形态建成抑制因子COP1的cDNA克隆及表达分析

COP1(constitutive photomorphogenesis 1)是光形态建成的一个抑制因子。本研究采用快速扩增cDNA末端(rapid-amplification of cDNA ends,RACE)技术克隆得到了甘薯COP1的cDNA序列,并通过实时荧光定量PCR检测其在甘薯不同组织部位的表达情况。结果表明,获得的COP1的cDNA全长为2 224 bp,含有完整的开放阅读框(2 016 bp),编码671个氨基酸,并命名为ibCOP1(Gen Bank登录号:KT749985)。序列对比结果显示,甘薯ibCOP1与牵牛花的COP1氨基酸序列相似性高达96%。实时荧光定量PCR结果显示,ibCOP1在甘薯根、茎、叶和花中都有表达,在成熟紫叶中表达量最高,根中表达量最低。本研究首次克隆甘薯COP1基因,为进一步研究其生理功能奠定基础。     

甘蔗中性/碱性转化酶基因(SoNIN1)的克隆和表达分析

中性/碱性转化酶(Alkaline/Neutral Invertase)能不可逆地催化蔗糖分解为葡萄糖和果糖, 在植物生长发育中起重要作用。本研究采用RT-PCR和RACE技术从甘蔗品种GT28心叶中克隆到甘蔗中性/碱性转化酶基因全长cDNA序列, 基因命名为SoNIN1。该基因全长2289 bp (GenBank登录号为JX109944), 开放阅读框为1812 bp, 编码603个氨基酸, 相对分子量为67.79 kD, 等电点为6.41。具有中性/碱性转化酶保守结构域, N-端不含跨膜结构和信号肽。其编码氨基酸序列与玉米、水稻和黑麦草的亲缘关系较近, 属于同一进化分支。利用染色体步移技术克隆到SoNIN1基因5¢侧翼启动子序列, 长度为1174 bp (GenBank登录号为KC854419)。启动子序列含有多个CAAT-box和TATA-box等基本作用元件, 参与分生组织特异性激活, 参与干旱诱导的MYB结合位点, 脱落酸、茉莉酸甲酯和赤霉素响应等作用元件。利用实时荧光定量PCR技术, 在生理成熟期甘蔗茎、叶、花序和芽中均能检测到SoNIN1的表达, 其表达量在叶中最高, 芽中次之, 而在+1节间最低。苗期根和叶中SoNIN1基因都受PEG和NaCl诱导表达。     

黄灯笼辣椒CcCAD1基因的克隆与植物表达载体的构建

肉桂醇脱氢酶(cinnamyl alcohol dehydrogenase, CAD)在木质素生物合成中有着重要作用,为了探讨辣椒中CAD基因在木质素合成中的作用,本研究利用RT-PCR方法从黄灯笼辣椒幼嫩叶片中克隆得到CAD1基因全长cDNA,命名为CcCAD1。序列分析表明,CcCAD1 cDNA序列全长1 074 bp,编码357个氨基酸。同源比对显示其与番茄CAD1蛋白的一致性高达96.09%。荧光定量PCR检测结果显示,CcCAD1基因在辣椒根、茎、叶、胎座和果肉中的表达量差异显著,其相对表达量为叶果肉茎根胎座。利用Bam HⅠ和SacⅠ双酶切连接成功构建pBI121-CcCAD1植物表达载体,为CcCAD1基因转化以及后续的功能分析提供依据。     

苎麻生长素结合蛋白ABP1基因cDNA的克隆及表达

以苎麻[Boehmeria nivea (Linn.) Gaud.]栽培种湘苎3号为材料, 通过简并引物RT- PCR 结合RACE技术克隆了苎麻生长素结合蛋白ABP1基因的全长cDNA分子, 其序列全长为849 bp, 编码一段189个氨基酸的推导蛋白质。经基因比对及蛋白质结构分析与已报道的几种植物生长素结合蛋白有高同源性, 认为是苎麻生长素结合蛋白基因cDNA, 命名为BnABP1。半定量RT-PCR分析结果显示ABP1在苎麻三麻成熟期的茎、叶和芽组织中均有表达, 其表达量为芽＞叶＞茎, 相对内标分子18S rRNA的表达量依次为0.755、0.632和0.360。但在根中没有检测到表达, 说明该基因更多地表达于细胞生长旺盛的幼嫩组织。     

苎麻ACC合酶基因(BnACS1)的克隆和表达分析

根据苎麻转录组测序中的ACS基因片段, 利用RT-PCR结合RACE技术从湘苎3号中克隆了该基因的全长cDNA序列, 命名为BnACS1, 在GenBank中的登录号为JQ970520。该基因的cDNA序列全长为1 674 bp, 其开放阅读框长1 470 bp, 编码489个氨基酸多肽, 预测其分子量和等电点分别为54.55 kD和6.37, 与苹果(AB034993)、枇杷(GQ370520)、苦瓜(AF248734)、牡丹(DQ337250)、烟草(AY426755)和胡杨(AB033502) ACS基因核苷酸序列的相似性分别为74%、74%、72%、71%、70%和70%, 氨基酸序列的相似性分别为75%、74%、71%、71%、70%和74%。半定量RT-PCR分析表明, BnACS1基因在根、茎、茎尖、叶片、雌花和雄花中均有表达, 其中在根和雄花中表达较高, 在茎中表达最低。荧光定量PCR分析表明, BnACS1受ABA和干旱的诱导表达上调, 不受高盐诱导表达。     

灯盏乙素生物合成关键酶基因的克隆与表达分析

灯盏乙素是灯盏花的主要药用成分,研究灯盏乙素合成的相关基因对培育高品质的灯盏花品种有重要意义。本研究通过转录组测序和RT-PCR获得灯盏花黄酮6-羟化酶(flavone 6-hydroxylase,F6H)和7-O-葡糖醛酸转移酶(flavonoid 7-O glucuronosyltransferases,F7GAT)基因c DNA全长,分别命名为EbF6H1、EbF6H2和EbF7GAT。生物信息学软件分析表明灯盏花F6H1 c DNA全长1 478 bp,编码492个氨基酸残基;F6H2 c DNA全长1 524 bp,编码507个氨基酸残基;F7GAT c DNA全长1 311 bp,编码436个氨基酸残基。荧光定量PCR表明F6H1主要在根中表达;F6H2在叶片中表达量最高,其次是根和茎;F7GAT在叶中的表达量显著高于其它器官。HPLC分析表明,叶片中灯盏乙素含量最高,其次是茎和花,在根中未检测到。根中总绿原酸的含量最高,其次是叶,显著高于茎和花。本研究有助于进一步探明基因功能和活性成分积累的关系。     

菘蓝开花抑制基因IiFLC的克隆和表达分析

为探索菘蓝生殖生长过程中的开花机理,利用PCR技术对菘蓝FLC基因进行克隆和表达分析。在获得的IiFLC基因的cDNA序列全长中含有一条长为585 bp的开放阅读框,可翻译为编码194个氨基酸残基的多肽链,具有典型的MADS-box结构域。通过与十字花科其他植物中的FLC蛋白质序列的系统进化分析发现,菘蓝与它们具有高度的同源性。应用实时荧光定量PCR技术对山西菘蓝自交一代材料的FLC基因的表达量进行定量分析,结果显示在菘蓝不同的器官中的表达量有显著差异,其中菘蓝根中的基因表达量最高,茎中的表达量最低,并在抽薹现蕾期至果期呈现明显的先减后增的变化趋势。     

三个桑树肌动蛋白基因的克隆与组织表达分析

肌动蛋白基因在植物各种生理活动中具有极其重要的作用,通过同源克隆与反向PCR的方法,克隆了3个肌动蛋白基因的核心片段,其中一个为已报道的MaACT1,另两个分别被命名为MaACT2和MaACT3,进而PCR扩增获得MaACT1和MaACT2肌动蛋白全长CDS,其中MaACT2基因全长1 704 bp,由4个外显子和3个内含子组成,CDS为1 134 bp,编码377个氨基酸残基。采用RT-PCR的方法分析了3个基因在叶、茎、果、根等组织的表达情况以及在茎、叶和托叶的生长过程中的表达变化。MaACT1在茎中表达量较弱但有随着茎的生长逐渐增强的趋势,在幼叶中有较高的表达,MaACT2与MaACT3在根、茎、叶等组织中都有较高表达,MaACT3在叶、托叶和茎的各个发育时期表达都很稳定,可以作为桑树基因表达研究的内参基因。