番茄抗病品种吉美08 SlDFR基因的克隆与表达

【目的】克隆番茄（Solanum lycopersicum）抗病品种吉美08二氢黄酮醇4-还原酶（dihydroflavonol 4-reductase,DFR）基因,并分析枯萎病菌尖孢镰刀菌番茄专化型（Fol4287）诱导下其在番茄不同组织中的表达模式,为深入研究SlDFR基因在番茄抗病过程中的调控机制提供理论依据。【方法】采用同源克隆技术从番茄中克隆SlDFR基因cDNA全长序列,并进行生物信息学分析,采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测番茄根、茎、叶中SlDFR基因在枯萎病菌诱导下的表达模式。【结果】从番茄抗病栽培品种吉美08中克隆得到SlDFR基因,cDNA序列全长1659 bp,包含1个1149 bp的开放阅读框（ORF）,编码379个氨基酸。SlDFR蛋白的相对分子质量为42.43 kD,等电点（pI）为6.08,是一个亲水的、稳定的酸性蛋白,亚细胞定位在高尔基体上,无信号肽和跨膜结构域,有38个磷酸化位点,其中,丝氨酸18个,苏氨酸15个,酪氨酸5个。SlDFR蛋白的二级结构中α-螺旋占37.73%,延伸链占13.98%,无规则卷曲占40.69%。系统发育进化树分析结果表明,SlDFR蛋白序列与同属茄科马铃薯（Solanum pennellii）亲缘关系较近,其次为黑果枸杞（Lycium ruthenicum）。qRT-PCR分析结果显示,SlDFR基因在番茄叶中表达量最高,在根中表达量最低。SlDFR基因在番茄根、茎、叶中表达量受番茄枯萎病菌诱导,均呈现不同程度上调,其中,在根中表达量变化最大,在叶中表达量变化较小,推测SlDFR基因的表达量与番茄枯萎病菌胁迫响应有关,且番茄根部类黄酮的合成为重要胁迫响应途径。【结论】SlDFR基因表达量受Fol4287的诱导,可能参与番茄枯萎病胁迫响应过程,且对番茄枯萎病菌的响应在番茄根部更强烈,并通过调控番茄根部黄酮类物质的合成提高根系分泌物的抑菌活性从而增强番茄对枯萎病的抗性。     

洋葱二氢黄酮醇-4-还原酶基因的分子克隆

鳞茎的皮色是洋葱的重要经济性状之一。洋葱的二氢黄酮醇-4-还原酶基因AcDFR1的开放阅读框为1158bp,编码385个氨基酸残基;具有5个内含子,均符合GT—AG规则。本研究为阐明洋葱皮色形成的分子机制以及开发分子标记奠定了基础。     

刺葡萄DFR基因克隆及生物信息学分析

根据葡萄DFR基因CDS序列设计刺葡萄开放阅读框(ORF)特异引物,利用RT-PCR技术克隆获得其DFR基因序列,并通过生物信息学方法分析其生物学特性。结果表明,刺葡萄DFR基因ORF序列全长1 014bp,编码337个氨基酸,命名为Vitis davidii dihydroflavonol 4-reductase gene(VdDFR),GenBank登录号为KF915803。刺葡萄DFR蛋白预测分子量为37 593.2Da,理论等电点pI为5.81,是一个跨膜亲水蛋白,无典型信号肽,不属于分泌蛋白,并且亚细胞定位主要位于细胞质中(70%);二级结构以无规则卷曲为主(52.82%),是一种mixed类蛋白;该蛋白有潜在的7个糖基化位点和16个磷酸化位点,具有NAD(P)结合位点,有NAD依赖型的表异构酶/脱氢酶的N端结构域,属于NADB_Rossmann超家族成员。核苷酸序列分析表明,刺葡萄DFR基因与美丽葡萄、山葡萄和酿酒葡萄的同源性为99%,与圆叶葡萄同源性为98%,与显齿蛇葡萄同源性为94%,进化上比较保守,利用DFR基因编码区碱基序列所建立的系统关系树与真实的植物进化基本一致。     

石榴等观赏植物DFR基因生物信息学分析

根据GenBank中已登录的红花石榴、粉花石榴、姜荷花、芍药、水母雪莲、大丽花、瓜叶菊和兰花等植物二氢黄酮醇4-还原酶(DFR)基因的核苷酸序列和氨基酸序列,应用生物信息学软件对其核苷酸序列的外显子、氨基酸序列的理化性质、疏水性/亲水性和跨膜结构等进行了预测。结果表明,这几种植物DFR基因均存在1个外显子,含量最丰富的氨基酸是Ala、Gly、Cys和Thr;除红花石榴和粉花石榴DFR属于不稳定蛋白外,其余植物均属于稳定蛋白。这几种植物DFR蛋白均为亲水性蛋白,存在明显的疏水区和亲水区以及跨膜结构等。     

二氢黄酮醇-4-还原酶(DFR)基因在烟草中的过量表达

二氢黄酮醇-4-还原酶(DFR)是花青素合成途径中的关键酶,它在花色的修饰中起着很重要的作用,在烟草植物体内过量表达积累后,可能会使烟草的花色加深或变为红色。研究结果表明,通过转基因技术将NtDfr1,NtDfr2基因转入烟草后,获得转基因植株烟草的花色为红色,这与试验预期结果一致。     

鹤望兰二氢黄酮醇-4-还原酶基因SrDFR的克隆及表达分析

采用RT-PCR方法从鹤望兰蓝色花瓣中克隆到类黄酮合成途径关键基因 S rD FR ,该片段长246 bp ,编码82个氨基酸。氨基酸同源性分析表明, SrDFR推导的氨基酸序列与已报道的其他植物的DFR蛋白具有很高的同源性。系统进化树分析显示,鹤望兰 S rD FR与姜荷花聚为一类,亲缘关系较近。应用半定量 PCR分析表明, S rD FR在蓝色花瓣中高表达,在黄色花萼和叶片中低表达,且在花发育的始花期表达量最高,表明该基因在蓝色花瓣发育过程中起着重要作用。     

杨树二氢黄酮醇-4-还原酶基因(DFR)的克隆及反义表达对儿茶素合成的影响

为了验证二氢黄酮醇-4-还原酶基因(DFR)在杨树上的功能,明确DFR对抗病物质儿茶素合成的影响,利用抗病基因防治树木溃疡病提供候选基因。以接种欧美杨细菌性溃疡病菌后6 d的一年生中林46杨树苗干的树皮为材料,利用RT-PCR技术克隆DFR基因的ORF序列,并构建DFR的反义表达载体anti-p BI121-DFR。采用农杆菌介导叶盘法转化84K杨,获得了转反义DFR基因的84K杨4株。用高效液相色谱法检测转基因植株叶片中的儿茶素质量分数,结果显示,4株转反义DFR株其内源儿茶素质量分数分别为0.97、2.4、1.6和0.87 ng/g,与84K野生型植株中儿茶素质量分数(8.9 ng/g)相比显著降低。上述结果表明DFR基因参与了杨树类黄酮生物合成途径,该基因与儿茶素的合成有关。     

金荞麦二氢黄酮醇4-还原酶基因（FdDFR1）的克隆及序列分析

 【目的】克隆金荞麦二氢黄酮醇4-还原酶基因（FdDFR1）,分析其序列特征。【方法】利用同源克隆的原理,采用RACE结合cDNA文库筛选的方法,从金荞麦cDNA文库中克隆DFR基因（FdDFR1）;对其序列进行生物信息学分析和Southern杂交检测。【结果】克隆到一个DFR蛋白基因（FdDFR1）,通过Southern杂交分析,推测在金荞麦基因组中DFR基因是1～2个基因的小家族,FdDFR1是单拷贝基因;FdDFR1基因编码一个长341个氨基酸的蛋白质,在N端存在一个NADP结合位点“VTGASGFVGSWLVMRLLEHGY”,还存在一个底物结合特异性决定的氨基酸基序“TVNVEEKQKPVYDETCWSDVDFCRRV”。【结论】首次从金荞麦中克隆到类黄酮代谢的中期关键酶基因（FdDFR1）,它具有DFR同源基因的典型特征。     

石榴DFR基因的同源克隆及分析

以石榴品种“重瓣粉花”的花瓣为材料,根据GenBank中登录的相关物种DFR基因的保守序列设计兼并引物,采用RT-PCR扩增出446 bp大小的cDNA片段.根据获得的保守片段,设计特异引物,进行3'RACE-PCR,获得了DFR基因的3'端,进行电子拼接后获得了1 161 bp的cDNA,编码327个氨基酸,编码的蛋白具有典型的DFR蛋白功能结构域.GenBank登录号为KC430327.     

芸薹属DFR基因家族RNA干扰载体的构建

二氢黄酮醇-4-还原酶(dihydroflavonol-4-reductase,DFR)是类黄酮途径的一个关键酶,对种皮色泽和花色的形成具有重要作用。本研究从甘蓝型油菜克隆了600 bp(不计人工酶切位点)的芸薹属DFR基因家族的RNA干扰片段BDFRI,将其反义片段和正义片段分别插入到本课题组新近改造的植物RNAi平台载体pFGC5941M的启动子与间隔区之间、间隔区与终止子之间,构建了11 400 bp的RNAi干扰载体pFGC5941M-BDFRI,通过多重PCR鉴定证实载体构建成功,并转化到根癌农杆菌菌株LBA4404中形成了工程菌株。此载体的构建为进一步研究DFR基因参与决定芸薹属种皮色素和茎叶彩色性状的分子机理和代谢调控奠定了基础。     

鸭梨过氧化物酶基因全长克隆与序列分析

采用RT-PCR和RACE方法,从鸭梨(Pyrus bretschneideri Rehd)果实中获得过氧化物酶(Peroxidase)基因POD的cDNA全长,命名为PbPOD,并将该基因在GenBank上登录,登录号为JQ325052。基因序列分析表明,该基因的cDNA全长为1 487 bp,包含72 bp的5'非翻译区、404 bp的3'非翻译区和长度为1 011 bp且编码336个氨基酸的编码区(CDS)。氨基酸序列分析表明,该基因编码的蛋白具有POD家族保守存在的所有功能活性位点,且与甜瓜、拟南芥、烟草等植物POD相似性达92%以上。     

高粱SbCAD4基因的克隆与序列分析及原核表达分析

以高粱品系早亨加利为材料,通过RT–PCR扩增,克隆高粱SbCAD4基因。测序结果表明,克隆的SbCAD4基因与NCBI基因库中高粱IS11861品系只在编码序列第548位有1个碱基的差异,而二者的氨基酸序列完全一致。进化树分析结果表明,SbCAD4与拟南介、水稻、玉米的木质素合成CAD基因位于同/L1个群中。比对分析结果表明,SbCAD4与木质素合成基因具有相同的结构域。将构建正确的重组质粒(pMAL–SbCAD4)转化入大肠杆菌菌种BL21中进行诱导表达的结果表明,IPTG的最佳诱导浓度为0.5 mmol/L。经Amylose Resin亲和层析柱纯化后,SbCAD4融合蛋白在SDS–PAGE电泳分析时呈现１条蛋白带。利用纯化的蛋白对SbCAD4进行酶活测定,其酶动力学参数Km值为5.2 μmol/L,Vmax为5.8 μmol/(min?mg),表明SbCAD4具有肉桂醇脱氢酶活性。     

茶树中精氨酸脱羧酶基因的cDNA克隆及序列分析

通过SMARTRACE PCR技术获得了茶树中精氨酸脱羧酶(ADC)的cDNA全长序列,并登录GenBank(登录号为JQ653274)。ADC基因cDNA全长为2 988 bp,开放阅读框(ORF)全长为2 163 bp,共编码720个氨基酸,编码的蛋白质的分子量为77.430 kDa,理论等电点为5.373,其序列中不存在卷曲螺旋结构。ADC蛋白为亲水性非分泌不稳定蛋白,不跨膜运动,无信号肽序列存在,共有41个可能的磷酸化位点,存在于叶绿体基质中,是细胞质蛋白。精氨酸脱羧酶的基因cDNA全长序列的获得,对于进一步研究精氨酸在茶树氮代谢中的作用及茶氨酸代谢途径提供基础。     

枇杷LEAFY同源基因的克隆及序列分析

为从分子水平研究枇杷成花的机理,通过分析植物花分生组织决定基因LEAFY(LFY)同源基因的保守区序列,设计了1对简并引物,用PCR方法从枇杷栽培品种‘早钟6号’基因组DNA中扩增出1个1317bp的片段,把该片段克隆到pUCm-T载体,测序和序列分析结果表明获得了枇杷LFY同源基因(ejLFY)3’端的1个片段,该片段有1个911bp的内含子,编码区共编码130个氨基酸,其序列已经在GenBank中登记(登录号为AY551183)．在GenBank中进行同源性搜索,发现该基因片段与其他作物中已经报道的LFY同源基因的同源性大都在94％以上,特别是与同属于蔷薇科的苹果的同源性最高,达到98％的同源性,推测它们具有相似的功能．     

梅花PmCBFa基因的克隆与序列分析

为了找到梅花抗寒关键基因,进一步了解梅花的抗寒分子机理,在分析了NCBI核苷酸数据库中已公布的CBF/DREB1同源基因序列基础上,通过基因同源克隆结合RACE技术,在‘雪梅’花蕾cDNA文库以及‘雪梅’gDNA中均成功扩增得到梅花的1个CBF/DREB1类基因,命名为PmCBFa。该基因CDS区全长845bp,编码231个氨基酸。经核苷酸序列分析、预测编码氨基酸序列比对分析以及编码蛋白系统进化树分析表明,该基因编码的蛋白具有CBF/DREB1类转录因子保守的AP2结构域及其两翼结构序列,且与桃的DREB1同源蛋白同源性最高。该研究结果为后续PmCBFa基因在梅花抗寒分子机理的研究中提供了理论依据,为梅花抗寒育种开辟了新的途径。     

番鸭催乳素基因的克隆与序列分析

为探明番鸭的遗传分化,以番鸭脑垂体的总RNA为模板,用反转录—聚合酶链式反应(RT-PCR)方法扩增了含有催乳素(PRL)基因的DNA片段,将其克隆到pMD18-T载体上并进行了序列分析.结果表明,番鸭PRL基因由765 bp组成,编码229个氨基酸;与已报道的北京鸭、马岗鹅、皖西白鹅、莱茵鹅、家鸡、火鸡、鹌鹑等禽类PRL基因相比,PRL基因的核苷酸和氨基酸序列同源性为91.0%-99.0%和98.3%-99.1%.说明PRL基因在进化过程中相当保守.番鸭PRL基因氨基酸序列与北京鸭比较两者并没有太大差别,仅在第9(K/E)、176(V/I)、194位(K/I)各有一个突变,可以推测这两者之间就巢性的差异可能与PRL的结构关系不大;但与家鸡的氨基酸序列差异则较大.     

木薯SAD基因片段的克隆及其序列分析

通过比较拟南芥和蓖麻的SAD基因同源区域,设计引物并以木薯基因组DNA为模板进行PCR扩增,得到长度为240 bp的基因片段,命名为木薯SAD.序列相似性检索结果表明,木薯SAD基因的核苷酸序列与基因库中登陆的大戟科植物蓖麻、千年桐的mRNA序列同源性达94%,与大豆、芝麻、葵花等油料作物的mRNA序列同源性分别达到87%、86%和82%:系统进化分析进一步表明,木薯SAD基因与大戟科植物蓖麻、麻疯树和千年桐的亲缘关系最近,该结果与传统分类学将木薯与蓖麻、千年桐和麻疯树归于大戟科的结论相符,而木薯SAD基因与芝麻、大豆、莲花、葵花等植物种仁不饱和脂肪酸含量较高的植物在进化上具有较高的保守性.     

柽柳dir基因的克隆及序列分析

在柽柳cDNA文库测序中获得了dir基因的全长cDNA序列,去除PolyA后,该基因全长为724bp,其中5′非翻译区26bp,3′非翻译区143bp,开放阅读框(ORF)长555bp,编码184个氨基酸.基因编码蛋白的分子量为19·69kD,理论等电点为6·96·疏水性分析表明,蛋白的前41个氨基酸为亲水性的.dir基因编码的蛋白质参与木质素的形成,与植物体的病菌防御有关.该基因的Genbank登录号为DQ462418(基因)和ABE73781(蛋白).     

膜荚黄芪肉桂酸-4-羟化酶(C4H)基因克隆与序列分析

肉桂酸-4-羟基化酶是苯丙烷途径中继L-苯丙氨酸解氨酶(PAL)之后的第2个关键酶。为了从分子水平上了解C4H基因的功能特性,本文从植物进化的角度出发,根据Genebank中已有的豆科植物C4H氨基酸保守序列为基础,设计引物,通过RT-PCR和cDNA末端快速扩增技术(rapid amplification of cDNA ends,RACE)方法克隆膜荚黄芪C4H基因,对其序列进行分析,为进一步研究其功能奠定基础。