陆地棉抗坏血酸过氧化物酶基因家族全基因组生物信息学分析

【目的】抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbate peroxidase,APX)是过氧化物酶家族中的1类成员,可以清除活性氧。APX家族的生物信息学分析有助于更好地了解该家族基因。【方法】利用生物信息学方法,从中国农业科学院棉花研究所提供的陆地棉序列中鉴定出14条APX基因家族序列,并对这14个成员的染色体定位、亚细胞定位、进化关系、理化性质、信号肽、保守基序以及其编码蛋白的结构特征进行了预测分析,并初步分析了部分基因的表达。【结果】APX基因分布广泛,分散在不同的染色体上;且大部分APX蛋白定位在细胞质,是亲水性脂溶蛋白;有3个保守基序,保守性较强;基因起源和进化比较复杂;二级结构的主要元件为α-螺旋和无规则卷曲。根据表达分析推测,第1亚组和第2亚组的基因在棉纤维发育的不同时期起作用。【结论】这些结果有望为APX家族成员的结构与功能挖掘提供参考。     

蓖麻RcNHX2基因克隆与生物信息学分析

液泡膜型钠氢逆向转运蛋白(Tonoplast Na~+/H~+antiporters,NHX)在植物耐盐方面具有重要意义。本研究利用RACE方法克隆了蓖麻Rc NHX2基因的3'端和5'端片段。最后设计全长引物获得蓖麻Rc NHX2全长序列,并对其进行生物信息学分析。结果表明,蓖麻液泡膜型钠氢逆向转运蛋白基因的c DNA完整的开放阅读框序列为1 626 bp,推测其可编码541个氨基酸;含有典型的液泡膜型钠氢逆向转运蛋白典型的Na~+/H~+交换泵(~(50)NES~(52))和氨氯吡嗪咪的结合位点(~(84)LFFIYLLPPI~(93));存在12个跨膜结构域,属于跨膜蛋白;预测其定位于细胞质膜和液泡膜及内质网膜。     

小麦磷脂酶Dα的基因克隆及其编码序列的生物信息学分析

为获得更多小麦抗逆基因资源,利用RT-PCR方法克隆了磷脂酶D基因(PLD),命名为TaPLDα,并对基因及其蛋白进行了生物信息学分析.结果表明,TaPLDα开放阅读框为2 394 bp,编码812个氨基酸残基,等电点5.30,分子量为92 kDa.序列分析显示,TaPLDα基因编码的氨基酸序列含有N端C2结构域及2个保守的活性中心.预测TaPLDα蛋白是一个亲水性稳定蛋白且定位于细胞质,其二级结构含28.82％的α-螺旋、20.07％的延伸链、6.03％的B-转角和45.07％的不规则卷曲.该蛋白不存在信号肽,无跨膜区.TaPLDα与水稻、玉米和拟南芥的PLDα氨基酸序列之间具有高度的保守性,进化分析显示,小麦PLDα序列与毒麦、水稻和玉米PLD序列亲缘关系密切.     

甜樱桃(Prunus avium)PaGAST基因的电子克隆及生物信息学分析

为获得甜樱桃PaGAST 基因的cDNA 序列,并预测该基因编码蛋白的结构与功能,以草莓FaGAST1 基因序列为探针,通过基于NCBI数据库中表达序列标签的电子克隆技术对甜樱桃PaGAST 基 因进行克隆。利用生物信息学方法对其编码蛋白的理化性质、疏水性和亲水性、信号肽序列、跨膜结构域、亚细胞定位及功能等方面进行分析。结果表明：甜樱桃PaGAST 基因长度为750 bp,开放阅读框长度为324 bp,编码107 个氨基酸,N末端存在信号肽序列,C末端含有保守的GASA结构域。由于PaGAST蛋白中含有的疏水性氨基酸残基较多,该蛋白具有跨膜螺旋区,是一种跨膜蛋白,且有10 个预测的蛋白激酶磷酸化位点。亚细胞定位分析表明,PaGAST蛋白分布在细胞膜外的可能性很大。功能预测显示,PaGAST 基因可能具有响应胁迫应答、信号转导和免疫应答方面的功能。进化分析显示甜樱桃PaGAST蛋白与桃的亲缘关系最近。在一定程度上为甜樱桃PaGAST 基因的克隆及功能鉴定奠定理论基础。     

甜樱桃PaGAST基因的电子克隆及生物信息学分析

为获得甜樱桃PaGAST基因的cDNA序列,并预测该基因编码蛋白的结构与功能,以草莓FaGAST1基因序列为探针,通过基于NCBI数据库中表达序列标签的电子克隆技术对甜樱桃PaGAST基因进行克隆。利用生物信息学方法对其编码蛋白的理化性质、疏水性和亲水性、信号肽序列、跨膜结构域、亚细胞定位及功能等方面进行分析。结果表明:甜樱桃PaGAST基因长度为750 bp,开放阅读框长度为324 bp,编码107个氨基酸,N末端存在信号肽序列,C末端含有保守的GASA结构域。由于PaGAST蛋白中含有的疏水性氨基酸残基较多,该蛋白具有跨膜螺旋区,是一种跨膜蛋白,且有10个预测的蛋白激酶磷酸化位点。亚细胞定位分析表明,PaGAST蛋白分布在细胞膜外的可能性很大。功能预测显示,PaGAST基因可能具有响应胁迫应答、信号转导和免疫应答方面的功能。进化分析显示甜樱桃PaGAST蛋白与桃的亲缘关系最近。在一定程度上为甜樱桃PaGAST基因的克隆及功能鉴定奠定理论基础。     

紫穗槐AfUGPase基因的生物信息学分析

旨在了解UGPase基因的结构和功能,探明UGPase基因在AM真菌胁迫下,接种AMF诱导的紫穗槐植株与未接种AMF紫穗槐植株之间的差异。利用生物信息学方法如核酸序列比对分析、ORF分析、多序列比对和进化树分析等方法对该基因的核苷酸组成、蛋白质结构、系统进化发育等方面进行预测和分析。本研究得到AfUGPase基因全长为1831 bp,包含1 个1416 bp 的开放阅读框,编码471 个氨基酸,蛋白分子量为51584.2 Da,等电点为6.07。是一种稳定蛋白,不含跨膜区,蛋白质的二级结构以α螺旋和无则卷曲为主,亚细胞定位预测显示该蛋白主要位于细胞质中,系统进化分析显示与大豆的UGPase在一个次级分化群。通过预测发现AfUGPase 基因含有保守的Lys 残基,参与酶的催化作用,是典型的UGPase蛋白,并在植物糖代谢、脂类调控合成中发挥重要作用。     

水稻‘宜香优2115’OsIRT1基因的克隆及生物信息分析

铁调节转运蛋白(iron-regulated transporter 1, IRT1)是植物从土壤中吸收铁的主要根系转运蛋白,参与植物铁和锌营养吸收过程,也是镉等有毒金属进入植物体内的主要途径。克隆富铁水稻(Oryza sativa L.)中IRT1基因,为研究该基因在植物铁转运过程中的功能提供参考。本研究采用同源克隆法,以富铁水稻品种‘宜香优2115’叶片总RNA为模板,通过RT-PCR获得水稻‘宜香优2115’IRT1基因,命名为OsIRT1-YXY2115,并对其进行生物信息学分析。生物信息分析表明,该基因cDNA编码区长为1 125 bp,编码374个氨基酸,蛋白序列含有9个跨膜结构,编码蛋白分子量为39.06 kD,理论等电点为8.89,溶液中的不稳定指数为45.73,为不稳定蛋白,该蛋白属于锌铁转运蛋白(ZRT/IRT-like protein, Zip)家族成员。序列同源性分析表明,其与已报道的水稻OsIRT1基因(AB070226.1)相似性最高。亚细胞定位预测分析表明,IRT1-YXY2115蛋白定位于细胞质膜中。IRT1-YXY2115基因克隆及其结构、性质与功能的...     

水稻'宜香优2115'OsZIP3基因的克隆及序列分析

植物ZIP(Zn-regulated transporter,Iron-regulated transporter-like protein)家族蛋白是负责吸收、转运和分配Zn和Fe等离子的完整膜转运蛋白,对维持植物体内Zn和Fe平衡起关键作用,ZIP家族的成员之一OsZIP3参与Zn分配,OsZIP3是水稻锌高效相关的备选基因.为了明确OsZIP3基因在富锌水稻品种中的分子特征,本研究利用RT-PCR技术从'宜香优2115'中克隆到ZIP3基因,命名为OsZIP3-YXY2115,并对其进行生物信息学分析.序列分析结果表明,该基因的编码区(CDS)全长为1095 bp,编码364个氨基酸,蛋白序列含有6个跨膜结构,蛋白分子量38.0 kD,理论等电点8.67,不稳定指数42.34,为不稳定蛋白.结构域预测结果显示OsZIP3-YXY2115蛋白含有ZIP家族锌铁转运系列结构域,属于锌铁转运蛋白(ZRT/IRT-like protein,ZIP)家族成员.亚细胞定位预测分析表明,OsZIP3-YXY2115蛋白定位于细胞质膜中.氨基酸序列比对结果表明,其与已报道的粳稻OsZIP3 (XP_015635611.1)相似性最高.该研究结果为进一步分析ZIP3基因功能及作物富锌育种提供了一定的理论基础和基因资源.     

鸡粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)基因的克隆及生物信息学分析

为了解GM-CSF的基因及蛋白质特性,本研究以pUC-GM-CSF为模板,根据GenBank中登录的GM-CSF序列设计引物扩增GM-CSF基因,随后将其克隆至 pMD18-T载体,并对鉴定正确的重组质粒 pT-GM-CSF进行测序分析,然后对GM-CSF基因进行同源性分析、ORF分析、氨基酸序列分析、疏水性分析、磷酸化位点预测、亚细胞定位分析及二级结构预测。结果表明：该基因ORF的全部长度为453 bp,能够编码150个氨基酸,并且在GM-CSF基因所编码的蛋白质中有4个丝氨酸和3个苏氨酸可能成为蛋白激酶磷酸化的位点。同时,GM-CSF蛋白的最大疏水性为2.267,且有8.91%的可能位于细胞外,有0.8%的可能位于细胞壁,有0.24%的可能位于细胞质。同时,该蛋白质的二级结构主要由无规卷曲、α螺旋和延伸链构成。本研究通过对GM-CSF基因进行生物信息学分析,为探究其免疫增强机制奠定基础。     

向日葵锈菌弹性金属蛋白酶基因克隆及生物信息学分析

为了研究向日葵锈病的致病机制,将向日葵锈菌转录组中表达量较高的一个基因(KU994904)中成熟部分进行生物信息学分析及基因克隆。利用Interpro对蛋白ORF区域进行分析,确定其成熟区域,通过生物信息学相关软件对其进行结构预测及预测分析,从向日葵锈菌中提取总RNA,并利用RT-PCR方法扩增此蛋白酶成熟基因并克隆。结果显示:该蛋白酶成熟基因序列全长1 335 bp,编码445个氨基酸,分子质量49.5 ku,其与M36家族中5条序列具有较高相似性,并发现同胞外金属蛋白酶基因序列相似度达到53.77%。因此,推断其为弹性金属蛋白酶。     

芍药分生组织决定基因APETALA2(AP2)的克隆及生物信息学分析

花分生组织决定基因APETALA2(AP2)属于植物ABCDE模型基因,在花器官发育过程中起着重要的调控作用。为进一步了解芍药AP2基因的生物学功能,利用RACE扩增和测序技术克隆plAP2基因序列,利用生物信息学在线程序对其序列特征、蛋白结构及功能、亚细胞定位进行预测,并利用MEGA 5.0构建不同植物AP2分子进化树,最后利用qPCR检测其在内外花瓣中的差异表达情况。结果显示,克隆获得芍药AP2基因(plAP2)cDNA序列全长1 935 bp,其ORF全长为1 578 bp,编码525个氨基酸。蛋白结构与功能分析表明,plAP2蛋白为亲水性不稳定蛋白,无跨膜结构和信号肽,表明为非分泌蛋白;核定位信号位于氨基酸序列139-147(KKSRRGPRS);二级结构包括α-螺旋(24%)、β-折叠(19%)、β-转角(28%)和无规则卷曲(28%);plAP2蛋白存在8个糖基化位点和64个磷酸化位点,plAP2蛋白包含2个相同的保守结构域:AP2/(Ethylene-Responsive factors,ERF)(151-213aa和243-306aa)。亚细胞定位主要在细胞质(45.0%)中,少量分布于微体、线粒体基质间隙和溶酶体;进化树分析表明,芍药AP2基因与牡丹高度同源且亲缘关系最近;qPCR检测显示外瓣AP2表达量均极显著高于内瓣(P0.01)。克隆出芍药AP2全长cDNA序列,系统地揭示了plAP2蛋白基本结构、功能位点区域、细胞定位以及组织表达情况,为今后深入研究plAP2基因功能提供基础素材和理论参考。     

玉米淀粉分支酶基因SBEⅡb的克隆与过表达载体的构建

【研究目的】克隆玉米分支酶基因SBEⅡb并构建该基因的过表达载体pCASBEⅡb。【研究方法】从糯玉米（Waxy corn）新鲜胚乳中提取总RNA,利用RT-PCR方法克隆玉米淀粉分支酶基因SBEⅡb的全长cDNA。【结果】克隆得到了玉米淀粉分支酶基因SBEⅡb的全长cDNA,用BLAST软件作同源序列比对的结果显示,该片段的核苷酸序列与GenBank上报道的序列具有99%的同源性,全长2719bp,编码799个氨基酸。【结论】将该基因连接到携带GUS报告基因的植物表达载体pCAMBIA1303中,并通过了GUS活性检测,说明已成功构建了玉米淀粉分支酶基因SBEⅡb的过表达载体pCASBEⅡb。     

粉葛查尔酮合成酶基因PtCHS的克隆与植物表达载体构建

查尔酮是植物体形成的一类次级代谢产物,在植物花色形成、育性及抵抗胁迫中发挥重要作用。前期研究发现粉葛与野葛中总黄酮的含量和葛根素的含量差异较大,而查尔酮合成酶是黄酮类化合物合成中的首个关键酶。为了研究野葛与粉葛中的查尔酮合成酶(CHS)基因是否存在差异性,利用同源克隆的方法,根据已报道的野葛CHS基因序列设计引物,从粉葛中克隆CHS基因,对其进行蛋白相对分子质量、二级结构及亚细胞定位预测等生物信息学分析并构建植物表达载体。结果显示,成功克隆到粉葛CHS基因,将其命名为PtCHS,该基因cDNA序列长1187 bp,包含一个长1179 bp完整的ORF框,推导编码389个氨基酸,预测蛋白相对分子质量为42.8 kD,理论等电点为5.96,无跨膜结构域,为稳定的亲水性蛋白,二级结构主要由α-螺旋、延伸链、β-转角和无规则卷曲组成,同时亚细胞定位预测结果显示蛋白位于细胞质;氨基酸序列多重比对发现,粉葛的查尔酮合成酶基因(PtCHS)所编码的氨基酸与已报道的野葛CHS基因编码的氨基酸同源性为100%,与大豆、赤豆、菜豆及木豆的氨基酸同源性均在95%以上;蛋白互作预测分析得出,CHS与CHI、C4H及REDUCTASE发生互作的可能性较大;用PtCHS与植物表达载体pBI121构建重组子pBI121-PtCHS,为葛根查尔酮合成酶基因的功能验证提供重要的参考依据。     

棉花转录因子GhWRKY4基因的克隆及特征分析

 本研究从陆地棉中克隆得到GhWRKY4基因,全长cDNA是1281 bp,包含1083 bp的开放阅读框,编码的360个氨基酸属于IIcWRKY转录因子家族。分析GhWRKY4基因结构表明其有三个外显子和两个内含子。GhWRKY4蛋白的亚细胞定位实验表明其定位在洋葱表皮细胞核。实时荧光定量分析结果显示GhWRKY4在棉花的根、茎、叶和花中均有表达。染色体步移得到了GhWRKY4的5’端侧翼序列,生物信息学软件预测表明GhWRKY4包含一系列和胁迫基因调控相关的反式作用元件,表明GhWRKY4参与植物对盐害和冷害胁迫的反应。     

香蕉果实凝集素基因的克隆及原核表达

【研究目的】植物凝集素具有重要的生理功能,通过原核表达香蕉凝集素基因(BanLec)并探讨其功能具有重要意义。【方法】提取了巴西蕉果肉总RNA,利用RT-PCR方法扩增BanLec cDNA 全长序列,并对该序列进行分析。将BanLec克隆至表达载体pET-30a,并将筛选到的重组质粒转化大肠杆菌BL21(DE3)菌株中进行诱导表达。【结果】克隆到的BanLec cDNA 序列为460bp,开放读码框为426bp,编码142个氨基酸。与其它已知的香蕉凝集素基因相比较,核苷酸和氨基酸序列同源性分别为94%和93%以上。SDS-PAGE 分析结果表明,经IPTG诱导,BanLec基因以融合蛋白形式表达,相对分子量约为20kD。【结论】该研究为探讨香蕉凝集素的活性及生化功能等奠定基础。     

苹果果实中细胞质型苹果酸酶基因 （NADP-ME）的克隆与表达分析

【研究目的】从苹果果实中克隆细胞质型NADP-苹果酸酶（NADP-ME）基因，并且从基因转录水平上研究该基因与苹果果实酸度的关系。【方法】利用RT-PCR和RACE技术克隆NADP-ME基因，半定量RT-PCR分析该基因在高酸和低酸个体不同发育时期果实中的转录情况，并进行原核表达分析。【结果】成功克隆了细胞质型NADP-ME基因的cDNA全长序列，命名为Mal-ME (GenBank注册号：DQ280492)；该基因表达一个约66kD的蛋白；半定量RT-PCR分析表明：不同发育时期的果实中Mal-ME的转录与苹果酸含量呈负相关，即随着Mal-ME转录水平的增强果实含酸量下降。【结论】成功从苹果果实中克隆了细胞质型Mal-ME基因，Mal-ME在果实发育过程中对苹果酸的积累起负调控作用。     

白花泡桐纤维素合成酶PfCesA2及PfCesA8基因克隆及初步表达分析

为了获得白花泡桐纤维素生物合成途径关键酶基因-纤维素合成酶家族基因,本研究采用PCR技术和RACE技术,利用Oligo、Primer5等软件进行引物设计,从白花泡桐中克隆出纤维素合成酶基因两条,NCBI分析后,分别命名为PfCesA2(NCBI登录号:MK340935)及PfCesA8(NCBI登录号:MK340937)。PfCesA2基因的cDNA全长4164 bp,其开放阅读框(ORF)长度为3273 bp,能够编码含有1090个氨基酸的蛋白质,此蛋白质的相对分子质量为123431.95,等电点为6.70。PfCesA8基因的cDNA全长为3341 bp,其开放阅读框(ORF)长度为2955 bp,能够编码含有984个氨基酸的蛋白质,此蛋白质的相对分子质量为110241.71,等电点为6.20。二级结构分析表明二者都以α-螺旋和无规则卷曲为主。结构域和跨膜区分析表明二者在N端都含有锌指结构域,在C端都含有6个跨膜区,这些结构域能够表现纤维素合成酶的特征。系统进化树分析表明在所选取的物种当中,白花泡桐与芝麻、紫花风铃的亲缘关系较近。组织特异性分析结果表明,二者在茎中的表达量最高,根部次之,叶部最少;且在茎中,木质部的表达量高于韧皮部。说明二者可能主要参与次生壁的建成。本研究所克隆的两个基因属于白花泡桐纤维素合成酶家族基因,这在丰富该领域研究的同时,也能够为利用基因工程手段对泡桐木进行遗传改良提供重要的基因资源。     

1个新棉花bHLH类基因GhbHLH130的克隆及表达分析

近年来,已发现碱性/螺旋-环-螺旋(basic/Helix-Loop-Helix,bHLH)类转录因子家族在植物的生长发育调控中发挥重要作用。本研究通过电子克隆方法得到1个新的棉花bHLH类转录因子基因的全长序列,利用反转录-PCR技术从陆地棉中分离出1个bHLH类转录因子基因,并命名为GhbHLH130。该基因包含1个552 bp的开放阅读框,编码184个氨基酸残基。序列分析表明GhbHLH130蛋白包含1个螺旋-环-螺旋(Helix-Loop-Helix)保守结构域,属于bHLH转录因子家族。实时荧光定量分析结果表明GhbHLH130基因的表达受干旱、高盐、低温以及外源脱落酸的显著诱导。亚细胞定位结果表明GhbHLH130基因在细胞核内表达。本研究结果表明GhbHLH130基因可能作为调控基因参与棉花的逆境应答响应过程。