苋菜AmPCS基因的克隆及表达载体构建

合成植物络合素(PCs)是高等植物减轻重金属毒害的重要机制。通过对镉超积累苋菜品种天星米植物络合素合成酶基因(PCS)的克隆及表达载体构建,旨在为植物修复镉污染土壤奠定基础。依据同源克隆原理,通过RT-PCR和RACE方法克隆苋菜PCS基因。序列分析表明:苋菜PCS基因cDNA全长1 770 bp,包含完整的阅读框,编码485个氨基酸;苋菜PCs合成酶与拟南芥、遏蓝菜、芥菜及油菜PCs合成酶相似性为91.96%～95.67%,其氨基酸序列N端有1个Pfam:Phytochelatin结构域(功能为催化合成植物络合素)、C端有1个Pfam:Phytochelatin_C结构域(功能为重金属离子感应器)。因此,推断苋菜PCS基因编码蛋白是PCS-like家族的新成员,具有催化合成植物络合素的功能,将它在GenBank注册,序列号为:JN979370,命名为AmPCS。在AmPCS基因的编码区加入BamH I和Sac I酶切位点,双酶切植物表达载体pBI-121和带有酶切位点的PCR产物,成功获得苋菜PCS基因正义表达载体pBI-PCS。     

陆地棉植物络合素合酶基因的鉴定与功能预测

【目的】重金属胁迫对植物的生长发育有不良影响,植物络合素合酶(Phytochelatin synthase,PCS)在植物主动防御金属毒害过程中起关键作用。本文旨在对陆地棉PCS基因的数量、结构、分布和特性进行研究。【方法】根据棉属陆地棉(Gossypium hirsutum,(AD)_1),以及供体种雷蒙德氏棉(G.raimondii,D_5)和亚洲棉(G.arboreum,A_2)全基因组序列信息,结合双子叶模式植物拟南芥PCS蛋白特征域结构,对陆地棉PCS基因家族成员进行全基因组鉴定,并对其进行蛋白特征鉴定、同源类别分析、基因结构预测、酶作用位点比对以及半胱氨酸(Cys,Cysteine)分布分析。[结果]陆地棉中鉴定出4个PCS基因,而在其供体种雷蒙德氏棉和亚洲棉各鉴定出2个PCS基因。3个棉属8个PCS蛋白家族成员均含有2个特有的结构域,与催化中心相关的氨基酸位点完全保守。PCS蛋白家族在进化上分属2个不同亚组,亚组Ⅰ与亚组Ⅱ在亲缘关系上分别更接近双子叶植物和线虫,2个亚组内PCS家族在基因结构、Cys分布上存在差异,其中亚组Ⅰ较亚组Ⅱ整体内含子更长,N端Cys总数和成对Cys数量更多。雷蒙德氏棉中的2个旁系同源基因外显子完整性不及亚洲棉和陆地棉。【结论】相较于亚组Ⅱ,亚组Ⅰ的棉花PCS蛋白可能具有更强的植物络合酶活性,且陆地棉及其供体种亚洲棉对重金属的耐性强于雷蒙德氏棉。本研究为进一步研究棉花PCS的功能,以及棉花耐重金属胁迫品种改良提供理论依据。     

北柴胡环阿屯醇合酶基因的全长克隆与表达分析

环阿屯醇合酶(CAS)是柴胡中植物甾醇类物质合成途径的关键酶,与柴胡皂苷合成途径的关键酶基因β-香树酯醇合酶(β-AS)竞争共同的前体物质,影响柴胡皂苷的积累。为探究柴胡中环阿屯醇合酶的作用,本研究以北柴胡cDNA为模板,克隆获得北柴胡环阿屯醇合酶基因BcCAS的全长序列,对BcCAS全长cDNA序列及其编码氨基酸序列进行了生物信息学分析,并采用实时荧光定量PCR (RT-PCR)方法检测该基因在北柴胡不同组织中的表达差异。结果表明:该基因全长2 314 bp (GenBank登录号:MT349674),包含2 271 bp的开放阅读框,编码756个氨基酸。预测该基因的编码蛋白含有氧化鲨烯环化酶(OSC)超基因家族的DCTAE和QW结构域,与高氏柴胡、人参、光果甘草、白桦等植物的CAS蛋白具有较高同源性。BcCAS基因在北柴胡根、茎、叶、花等组织中均有表达,在茎中表达量最高。本研究为柴胡皂苷生物合成途径的调控研究提供帮助。     

一个陆地棉类烯醇酶基因的克隆及其表达分析

 采用改良的CTAB法提取陆地棉总RNA,运用RT-PCR技术首次克隆了陆地棉类烯醇酶基因的CDS序列,该基因已经在GenBank上登录,登录号为 EU169604,其开放阅读框为1338 bp,编码445个氨基酸残基。对其序列和进化分析表明,陆地棉烯醇酶基因与其它植物中的烯醇酶基因有较高的相似性,该基因在进化过程中是相当保守的。半定量RT-PCR表达分析结果显示该基因在陆地棉的叶、根、茎中均有表达,但在根中的表达量高于叶和茎。     

甘薯肌醇-1-磷酸合酶基因的表达分析

采用RT-PCR技术克隆了甘薯肌醇-1-磷酸合酶基因的cDNA编码区,命名为IbMIPS-1.该基因由1 530个碱基组成,编码510个氨基酸,与蓖麻、烟草、芝麻、大豆肌醇-1-磷酸合酶的氨基酸序列比对表明,其同源性很高.将克隆的IbMIPS-1基因连接到pQE30载体,构建原核表达载体.实时定量RT-PCR分析结果表明,在茎线虫侵染甘薯块根后,IbMIPS-1基因被诱导表达,并且在侵染后的第4天表达量最高.推测该基因可能参与甘薯抗茎线虫病信号传导,以诱发甘薯茎线虫病抗性反应.     

毛白杨二氢黄酮醇合酶基因PtDFR1的克隆与功能验证

以RT-PCR的方法获得毛白杨(Populus tomentosa Carr.)二氢黄酮醇合酶基因(Dihydroflavonol 4-reductase)DFR,命名为PtDFR1,完整的ORF编码336个氨基酸,含有DFR蛋白特征性序列:NADP结合域和特异性底物识别域。序列比对发现,毛白杨PtDFR1蛋白与其他已知物种DFR有较高同源性,特别是与欧洲颤杨(Populus tremuloides)和葡萄(Vitis vinifera)以及苹果(Malus x domestica)氨基酸序列同源性最高,分别达到89.9%,86.4%和85.1%。荧光定量PCR检测基因组织特异性表达发现,该基因在根中表达量最高,其次为叶柄,而在叶片中表达丰度最低。根癌农杆菌介导PtDFR1在毛白杨中超量表达,检测转基因株系中花青素和缩合单宁的含量发现,与野生型相比,转基因植株中缩合单宁产量提高2～3倍,而花青素含量无显著变化,表明PtDFR1可能主要在缩合单宁合成途径中发挥作用。     

孔雀草体内低分子质量巯基化合物对重金属镉的响应

[目的]探讨不同浓度镉胁迫对孔雀草不同组织中低分子质量巯基蛋白含量的影响。[方法]采用土培实验,研究不同镉浓度(0,100,300,500mg/kg)对孔雀草根、茎、叶中非蛋白巯基(NPT)、还原性谷胱甘肽(GSH)、氧化性谷胱甘肽(GSSG)、植物螯合肽(PCs)、半胱氨酸(Cys)含量的影响。[结果]随镉浓度升高,根、茎、叶中的NPT含量及PCs含量均呈先升后降趋势,而Cys、GSH、GSSG只在茎中呈先升后降趋势,根中的GSH和GSSG随镉浓度增加而增加,Cys含量则随镉浓度增加呈先降后升趋势,叶中Cys随镉浓度增加呈先降后升再降趋势,GSH随镉浓度增加呈先降后升趋势,GSSG则是先升后降趋势,GSH/GSSG值在根中最高,茎次之,Cd对叶GSH/GSSG值影响较小。[结论]低相对分子质量巯基化合物在孔雀草镉解毒过程中起重要作用。     

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。     

夏枯草苯丙氨酸解氨酶基因的克隆与表达分析

苯丙氨酸解氨酶(PAL)是迷迭香酸合成途径中的关键酶之一,根据其他植物PAL基因的保守区域设计特异引物,利用3’-RACE-PCR技术,本研究首次从夏枯草中克隆得到了PAL基因的cDNA片段序列,命名为PvPAL,Gen-Bank登录号为JN65446。PvPAL基因cDNA片段长1 306 bp,其中编码区域为1 047 bp,编码349个氨基酸。蛋白质序列多重比较结果显示,PvPAL蛋白质序列与丹参、地黄、黄芩、藿香等植物的PAL蛋白质高度同源。PAL系统进化树分析结果表明,PvPAL与唇形科植物的PAL基因亲缘关系最近。组织表达分析结果显示,PvPAL基因在根、茎、叶中均表达,其中根中表达量最高。PvPAL基因的克隆为进一步研究夏枯草迷迭香酸合成的分子机制奠定了基础。     

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。     

Adsorption Ability of Green Plants to Heavy Metals in the Atmosphere of Binzhou City

Through exploring the cumulative contents of Pb, Cu and Cd, the 3 common heavy metals in air pollution, in leaves of some widely-applied green plants in different functional areas in urban districts of Binzhou City, this paper figured out its relationship with functional areas in the city, and whether green plants are selective in adsorbing heavy metals or not. The research found that cumulative content of Cu and Cd varied greatly in leaves of the same species in different functional areas, and also in leaves of different species in the same area. Populus tomentosa and Sophora japonica had the strongest capacity of adsorbing Pb, Cu and Cd in the air, which is a useful reference for the urban landscaping of Binzhou City.     

花叶毛白杨叶片致黄因子的病毒学研究

为了探索花叶毛白杨的花叶形成因子,以花叶毛白杨为研究材料,采用接种鉴定、ELISA测定法、病毒双链RNA检测及RT-PCR检测4种方法对花叶毛白杨的致黄因子进行病毒学鉴定。结果表明：（1）花叶毛白杨花叶样品过滤液经对指示植物烟草（Nicotiana tabacum）、大豆（Glycine max）及北京杨幼苗（Populus beijingensis）摩擦接种或注射接种后,未出现皱折、局部失绿等症状。（2）花叶毛白杨花叶样品过滤液选用24种抗血清进行酶联免疫检测,均未得到阳性结果。（3）花叶毛白杨花叶样品dsRNA电泳图未出现明亮条带。（4）RT-PCR未得到扩增产物。花叶毛白杨的叶片致黄因子不是由植物病毒引起。     

越橘VcCAX2基因的克隆与生物信息学及其在Cd胁迫下的表达分析

越橘(Vaccinium ssp.)具有较高的抗污染能力,它是一种可成功应用于酸性—重金属复合污染土壤的优势树种。目前对于越橘重金属体内转运调节功能尚不清楚。离子交换蛋白(calcium exchanger, CAX)负责液泡膜上阳离子的运输,其中CAX2 (Calcium exchanger 2)参与细胞内的镉(cadmium, Cd)离子运输。因此,本研究通过对越橘Vc CAX2基因进行克隆,并采用模拟盆栽法对越橘进行不同浓度的镉胁迫处理试验,分析Vc CAX2基因的表达量,以期为阐述越橘体内重金属调节机制的研究提供借鉴。结果表明:Vc CAX2基因全长1 329 bp,编码443个氨基酸,Vc CAX2基因编码的蛋白质可能位于细胞质中;根据系统发育分析,Vc CAX2与葡萄(Vitis vinifera) CAX2的亲缘关系较近;Vc CAX2基因在越橘根系中表达量随着Cd胁迫浓度的提高呈现增加的趋势。这些结论为越橘重金属体内转运调节机制的研究提供了思路。     

筇竹QtKAT1基因的克隆与表达分析

为探究竹类植物K+调控机理及K+通道的系统,本研究以筇竹(Qiongzhuea tumidinoda)为试验材料,对筇竹QtKAT1基因分离克隆及表达分析.通过克隆获得筇竹QtKAT1基因,全长为3 124bp,含2 235 bp的最大开放阅读框,编码744个氨基酸.生物信息学分析表明QtKAT1基因预测编码蛋白分子质...     

河北毛白杨巯基蛋白酶抑制剂基因cDNA的克隆及序列分析

植物巯基蛋白酶抑制剂(cysteine proteinase inhibitor,CPI)在林木的抗虫基因工程中发挥着越来越重要的作用,分离和克隆植物CPI基因进而研究该基因的功能是CPI基因工程研究的热点.本文应用PCR技术从我国乡土抗天牛树种河北毛白杨形成层中分离和克隆到了一个710bp大小的cDNA片段,同时对序列进行测定和分析.测序和分析结果表明,该cDNA片段含有一个429 bp的完整开放阅读框,其编码143个氨基酸残基,具有LARFAVDEHN、QXVXG和YEAKVWVKPW三个典型的植物巯基蛋白酶抑制剂基因家族的高保守区段,同时在GenBank中进行了注册,核苷酸注册号为DQ020096,氨基酸注册号为AAY41807.氨基酸序列同源性分析表明,该基因与其他林木中的巯基蛋白酶抑制剂的同源性差异较大,同源性在48%～97%之间,其中与欧洲山杨的同源性最高,达到97%,与猕猴桃的同源性最低为48%.说明河北毛白杨形成层中存在CPI基因并能够有效表达,这为进一步研究该基因的抗虫功能奠定了良好的基础.     

毛白杨细胞色素C还原酶的基因克隆、表达和亚细胞定位

为克隆得到毛白杨CPR基因、成功在体外表达可溶性蛋白并通过构建GFP偶联载体观察其亚细胞定位,本研究通过RT-PCR的方法克隆得到了毛白杨CPR基因,登录号为MK575137。进一步通过生物信息学分析,发现毛白杨CPR与毛果杨CPR同源性最高,均有着典型的细胞色素C还原酶结构域。随后在酵母表达体系中表达该蛋白,验证了该蛋白不能被分泌表达,表明CPR蛋白为膜蛋白。进一步的亚细胞定位实验表明,CPR蛋白定位于内质网。CPR蛋白是P450单加氧化酶催化木质素合成的相关过程中必不可少的辅酶,该研究可为今后体外验证毛白杨P450单加氧化酶在木质素合成的相关过程中的酶活活性提供基础。     

茶树金属耐受蛋白基因CsMTP11的克隆及功能分析

金属耐受蛋白MTP(metal tolerance protein)是阳离子转运蛋白(CDF)家族的重要成员,在植物重金属转运过程中发挥重要调控作用。本研究以中茶108茶树为试验材料,通过RT-PCR和RACE方法克隆到茶树重金属耐受蛋白基因CsMTP11(Gen Bank登录号为KX450265),其全长c DNA为1197 bp,编码398个氨基酸残基,其编码蛋白分子量为44.85 k D,等电点为5.34。在线软件分析表明,CsMTP11蛋白具有5个跨膜结构域,且含有CDF家族的其他保守结构域。系统进化树分析结果表明,茶树CsMTP11与葡萄VvMTP11进化同源性最近,其氨基酸序列相似度高达90%。基因表达模式分析表明,CsMTP11基因在茶树老叶中的表达量最高,根中的表达量最低,另外,CsMTP11基因受重金属Mn和Co离子胁迫诱导表达。CsMTP11-YFP融合蛋白在拟南芥原生质体共定位试验表明,CsMTP11-YFP融合蛋白定位于质膜。CsMTP11在酿酒酵母及其突变株中的异源表达可以提高其对重金属Mn和Co离子的耐受性。综上所述,茶树CsMTP11属于Mn-CDF亚家族,可能参与茶树对重金属锰和钴的转运过程。     

杨树PePIF3基因的克隆与表达分析

生物节律基因直接影响植物的生长发育,光敏色素相互作用因子3(phytochrome-interacting factor3,PIF3)属碱性螺旋-环-螺旋转录因子家族,是生物节律中的一个关键因子,在分子水平上对植物所受到的环境变化起协同调控作用。本研究以‘南林895’杨(Populus deltoides×P.euramericana’Nanlin 895’)为材料,通过克隆获得杨树Pe PIF3基因,分别为Pe PIF3-1和Pe PIF3-2序列,长度为1686 bp和2142 bp,编码561个氨基酸和713个氨基酸,且均为亲水性蛋白。对Pe PIF3进行多序列比对分析,发现其与毛果杨和胡杨同源性最高。组织特异性分析显示PePIF3在杨树幼叶中表达量最高,在柄、茎和根组织中表达都较低。对自然条件下的杨树成熟叶中PePIF3的生物节律性变化规律分析发现其在黑暗中不断累积,上午表达量达最高,以后呈下降趋势。在全黑暗条件下,14 h前PePIF3-1和Pe PIF3-2二者的表达量变化趋势相似,但14 h后二者的表达量呈相反变化趋势。