甘蔗蔗糖转运蛋白SoSUT2基因克隆和表达分析

为分析甘蔗SUT家族基因新成员的序列特征和基因表达模式,采用cDNA末端快速克隆技术,以甘蔗GT28未成熟茎cDNA为模板克隆蔗糖转运蛋白基因,命名为SoSUT2-h1,GenBank登录号KF808330。该基因的cDNA序列全长为2 132bp,开放阅读框长1 749bp,编码582个氨基酸,预测分子量和等电点分别为61.80ku和6.17。SoSUT2-h1蛋白具有12个跨膜结构。该蛋白具有保守的蔗糖转运蛋白功能域,属于MFS蛋白家族和GPH(蔗糖/H+共转运体)超家族中的一员。荧光定量PCR表明在甘蔗叶、花序、芽、茎和根中都能检测到SoSUT2基因表达,其中在芽中表达量最高,花序次之,而在根中表达量最低。在甘蔗工艺成熟期,SoSUT2基因表达量与节间蔗糖含量呈正相关性,推测该基因可能参与调控甘蔗节间蔗糖的积累。     

玉米蔗糖转运蛋白基因ZmSUT4克隆及其低温胁迫下的表达模式

[目的]克隆玉米蔗糖转运蛋白基因ZmSUT4,并明确其组织表达特性及在低温胁迫下的表达模式,为深入研究SUT4基因响应低温胁迫的作用机理提供理论依据.[方法]以玉米自交系黄早四幼苗为材料,采用RT-PCR克隆其ZmSUT4基因,分析其生物学信息,构建系统发育进化树,并采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测其组织表达特异性及低温胁迫(4℃)下不同组织中的表达模式.[结果]克隆获得的ZmSUT4基因(GenBank登录号MK541991)全长为1621 bp,开放阅读框(ORF)长度为1506 bp,编码501个氨基酸,编码蛋白的分子量53.36 kD,理论等电点(pI)8.84,具有12个跨膜结构,定位于细胞膜上,既属于易化扩散载体(MFS)家族成员,也属于蔗糖/H+共转运体(GPH)超家族成员,其中第25~447位氨基酸是MFS家族蛋白的保守结构域,第17~484位氨基酸是GPH超家族成员的蔗糖运转子保守结构域GPH-sucrose.ZmSUT4蛋白的氨基酸序列与单子叶植物SUT4蛋白同源性较高,为86%~96%,聚集在同一分支上;与双子叶植物SUT4蛋白同源性较低,为62%~65%,说明该类蛋白在不同物种间高度保守.ZmSUT4基因在玉米的根、茎和叶中均有表达,以根中的表达量最高,其次是叶,茎中的表达量最低.低温胁迫下,ZmSUT4基因在不同组织中表达量模式不同,根和叶中ZmSUT4基因表达量均在胁迫24 h达最大值,分别是低温胁迫前(0 h)表达量的2.21和2.62倍,茎中的ZmSUT4基因表达量在胁迫6 h达最大值,是低温胁迫前表达量的3.01倍.[结论]ZmSUT4基因受低温胁迫诱导表达,推测其是调控玉米响应低温胁迫的关键基因.     

甘蔗各家族SPS基因表达特性分析

[目的]通过时空表达特性分析,初步推测甘蔗各家族蔗糖磷酸合成酶(SPS)基因在甘蔗蔗糖积累途径中的功能,为研究甘蔗各家族sPs基因的生物学功能奠定基础.[方法]采用荧光定量PCR分析甘蔗4个家族SPS基因在高、中、低糖甘蔗品种未成熟叶片、成熟叶片和茎中的时空表达特性.[结果]在甘蔗伸长期、蔗糖积累前期和蔗糖积累后期,SofSPSDⅢ基因在所有甘蔗品种的未成熟叶片、成熟叶片和茎中均高水平稳定表达,相对表达量在5.3~8.1;SofSPSB基因在成熟叶片中几乎不表达,而以茎中表达量最高.在伸长期,SofSPSC和SofSPSA基因表达较强,相对表达量分别为7.3~14.2和1.5~4.4;在蔗糖积累前期,SofSPSC基因表达稍有降低,但仍处于较高水平,相对表达量达为4.6~8.9,而SofSPSA基因表达加强,相对表达量达3.8~6.9;在蔗糖积累后期,SofSPSC基因在成熟叶片中的表达量比蔗糖积累前期下降4.0~7.2倍,且均比未成熟叶和茎中下降约6.0倍,而SofSPSA基因在不同组织中的表达量比蔗糖积累前期下降1.8~5.7倍.各家族SPS基因在不同糖分甘蔗品种间的表达趋势一致.[结论]甘蔗D家族SPS基因维持甘蔗蔗 糖合成的基本功能,通过调控C、A家族SPS基因的表达来调控蔗糖合成的强度,B家族SPS基因不参与甘蔗源叶中蔗糖合成而参与蔗糖的积累与利用.     

甘蔗B家族蔗糖磷酸合成酶基因SofSPSB的克隆及原核表达

[目的]克隆甘蔗B家族SofSPSB基因并进行原核表达,为进一步研究甘蔗SPS酶学特性及SPS活性调控机制奠定基础.[方法]在进化分析的基础上,通过同源克隆获得甘蔗SofSPSB基因部分序列,再结合RACE技术获得全长cDNA序列.扩增SofSPSB基因ORF并连到原核表达载体pETBlue-2上,导入大肠杆菌BL21(DE3)中表达.[结果]通过比对B家族中进化关系很近的玉米(Zea mays)ZmSPS1和水稻(Oryza sativa) OsSPS1基因序列,并在保守区设计一对引物扩增获得甘蔗B家族SPS基因(SofSPSB) 2330 bp序列.结合5'-RACE和3'-RACE技术获得3481 bp SofSPSB基因全长cDNA序列,该序列包含一个3225 bp的开放阅读框(ORF);起始密码子(ATG)位于转录起始位点后56 bp处,终止密码子(TGA)后有一段201 bp的非编码序列,并带有真核生物典型的polyA尾巴;编码1074个氨基酸,SofSPSB与Zm-SPS1、OsSPS1的核苷酸序列同源性分别为94.7%和81.3%,氨基酸序列同源性分别为96.0%和83.9%;其理论分子量Mw=118.96 kDa,等电点pI=6.30.经原核表达后纯化获得带6×His标签的融合蛋白.[结论]克隆获得甘蔗B家族Sof-SPSB基因全长cDNA序列,成功构建了SofSPSB基因原核表达载体,使其在大肠杆菌BL21(DE3)中表达.     

甜高粱蔗糖转运蛋白SUT1基因表达载体的构建及转化农杆菌

为了获得甜高粱蔗糖转运蛋白SUT1基因的植物表达载体。采用PCR方法对甜高粱SUT1基因全长c DNA开放阅读框进行扩增,并将其与植物表达载体UBI-1300-GFP进行连接,连接后转化农杆菌EHA105。实验结果表明,成功克隆了SUT1基因开放阅读框,并将含有目的基因的重组表达载体转化到了农杆菌中。这将为进一步研究甜高粱SUT1基因的功能具有重要意义。     

玉米ZmSUT4基因RNAi植物表达载体的构建

蔗糖转运蛋白(sucrose transporters,SUCs或SUTs)是蔗糖装载、卸载、分配的重要载体,Zm SUT4是玉米低亲和、高转运能力SUT4亚族的唯一成员。以黄早四Zm SUT4全长c DNA序列为模板,设计带有限制性内切酶位点的特异性引物,PCR扩增获得正向、反向2个片段,将反向、正向片段双酶切后依次插入p Green-HY104植物表达载体中,从而构建由35S启动子调控的Zm SUT4基因RNA干扰(RNAi)的植物表达载体HY104-A-S,然后通过冻融法将载体质粒转入含有p Soup质粒的农杆菌EHA105中。Zm SUT4基因RNAi的植物表达载体的构建为研究Zm SUT4基因的功能奠定了基础。     

龙眼SPS基因克隆及其表达分析

[目的]克隆龙眼蔗糖磷酸合成酶基因(DlSPS)并分析其表达特性,为深入探究SPS基因家族成员在植物生长发育过程中的调控机制提供理论依据.[方法]以石硖龙眼为材料,利用RT-PCR和RACE技术克隆DlSPS基因,对其进行生物信息学分析,并用实时荧光定量PCR检测龙眼不同组织[根、茎、叶、幼果、果皮、花、熟果(果肉和果皮)]的相对表达量;测定分析果实发育过程中蔗糖含量、SPS活性及DlSPS基因表达的相关性.[结果]克隆获得的DlSPS基因(GenBank登录号为KP769779)cDNA全长3504 bp,编码1057个氨基酸残基,其编码蛋白分子量118.38 kD,理论等电点6.09,脂溶指数85.53,不稳定系数43.69,亲/疏水性平均值-0.412,为不稳定的亲水蛋白.DlSPS蛋白与温州蜜桔(BAA23213.1)SPS蛋白同源性最高,聚在同一小分支上,表明二者亲缘关系较近.DlSPS蛋白二级结构中,α-螺旋占35.0%,延伸链占13.8%,无规则卷曲占51.2%,与其三级结构预测结果相符.DlSPS基因在不同组织中均有表达,但表达量存在明显差异,其中在叶中的表达量显著高于其他组织(P<0.05,下同),其次是在幼果和花中的表达量,在根、果肉、果皮和茎中的表达量较低.龙眼果实发育过程中,蔗糖含量和SPS活性均呈先上升后下降的趋势,但蔗糖含量在谢花后101 d达最大值,而SPS活性在谢花后94 d活性达最大值,说明SPS活性与蔗糖积累具有一定的相关性.DlSPS基因的表达量随着果实发育呈略微下降—大幅上升—略微下降的变化趋势,在谢花后101 d表达量达到最大值,此时蔗糖含量也达最大值.[结论]SPS在龙眼不同组织生长发育过程中对蔗糖积累发挥重要作用,尤其是对叶片和果实中蔗糖积累发挥关键作用.     

甘蔗转化酶抑制子SoInvInh2基因克隆和表达分析

【目的】克隆甘蔗转化酶抑制子(Invertase inhibitor)基因(SoInvInh2)的c DNA全长序列,分析基因表达模式和生物信息学特性,为该基因功能的进一步鉴定提供依据。【方法】基于同源序列克隆InvInh2基因5'序列,采用Tail-PCR技术扩增基因3'序列。采用生物信息学软件对其编码蛋白的理化性质、亚细胞定位和系统进化等进行分析。采用荧光定量PCR(qRT-PCR)分析SoInv Inh2基因在甘蔗不同生育期的组织表达特性。【结果】从甘蔗GT28幼茎中克隆到的一个新的转化酶抑制子基因,命名为SoInv Inh2,GenBank登录号KF575170。该基因的c DNA序列全长为927 bp,开放阅读框长651 bp,编码216个氨基酸。SoInvInh2基因不含内含子序列。SoInvInh2蛋白有4个不对称的α-螺旋和4个保守的Cys位点,属于InvI/PMEI家族成员。在甘蔗叶、茎、花序和花序轴中都能检测到SoInvInh2基因表达。在甘蔗不同生育期,So Inv Inh2基因在不同成熟度的叶和茎中的表达模式无明显规律。【结论】成功克隆到甘蔗SoInvInh2基因,并进行相关生物信息学分析,为该基因的进一步功能研究奠定了基础。     

甘蔗DⅢ家族蔗糖磷酸合成酶基因SofSPSDⅢ克隆及其hpRNA载体构建

[目的]克隆甘蔗DⅢ家族SofSPSDⅢ基因并构建其hpRNA表达载体,为研究该基因生物学功能奠定基础.[方法]通过同源克隆获得甘蔗SofSPSDⅢ基因部分序列,利用RACE技术获得其全长cDNA.扩增SofSPSDⅢ目的基因约500 bp序列,利用中间载体pHANNIBAL构建该片段的hpRNA结构,然后用NotⅠ将整个hpRNA结构切下,克隆到双元植物表达载体pART27上,构建该基因的hpRNA表达载体.[结果]通过同源克隆和RACE技术获得SofSPSDⅢ基因全长cDNA序列,该基因全长3252 bp,5 ＇端UTR长度59 bp,3 ＇端UTR长度292 bp,开放阅读框（ORF）长度2895 bp,带有真核生物典型的poly（A）尾巴（GenBank登录号：HQ117935）.该基因编码蛋白含有964个氨基酸,理论分子量108.03kDa,等电点pI=6.66;SofSPSDⅢ与SoSPS2、SbSPS和TaSPS9的氨基酸序列同源性分别为99.0％、98.9％和90.0％.构建获得SofSPSDⅢ基因的hpRNA载体pART-DⅢ-Ri.[结论]成功克隆甘蔗DⅢ家族SofSPSDⅢ基因并构建基hpRNA载体,可为下一步沉默该基因、进而解析该基因的生物学功能奠定基础.     

苹果CAX基因家族生物信息学和表达分析

[目的] CAX(Ca2+/H+exchanger antiporter)是一类重要的跨膜转运蛋白,在植物体内阳离子转运上起着非常重要的作用.本文对苹果MdCAXs基因进行了生物信息学和组织特异性表达分析,以期为该类基因的功能研究奠定基础.[方法]利用生物信息学的方法对苹果MdCAXs基因家族染色体定位、蛋白质等电点、亲疏水性、跨膜区域、亚细胞定位及保守结构域进行了预测和分析,同时还分析了MdCAXs基因与其他物种CAXs基因的进化关系.采用实时荧光定量PCR法对苹果MdCAXs基因在不同盐处理下根、茎、叶中的表达变化进行分析.[结果]苹果MdCAXs家族包含8个成员,分别属于CAXsⅠ型中的A亚型和B亚型,编码436～817个氨基酸,等电点4.97～7.12,且都为疏水性蛋白;所有MdCAXs基因编码的氨基酸都有11个及以上的跨膜区域,含有CAXs基因5个典型的功能域:N-端自抑制区域(NRR)、C-端功能区域、Ca2+功能域(CaD)、C功能域和D功能域.亚细胞定位预测MdCAXs主要是定位在质膜和内质网上.苹果MdCAXs基因具有组织特异性表达特点,不同种类盐处理根、茎、叶中表达发生不同程度的变化,反映了MdCAXs存在功能上的差异,对不同阳离子有特异性的应答反应.[结论]苹果MdCAXs是一类跨膜转运蛋白,具有植物CAXs基因典型的结构特征,根、茎、叶对不同的盐离子具有不同的表达响应.