大白菜FAD8基因的克隆

脂肪酸去饱和酶基因FAD8是控制亚油酸向亚麻酸转换的关键酶,对植物的膜脂不饱和度有重要影响,关系到植物的抗寒能力,在拟南芥中是低温诱导表达的。根据已发表的FAD8序列,设计简并引物,从低温处理条件下大白菜叶片cDNA中克隆到一段200 bp的中间序列,进一步利用cDNA末端快速扩增技术(Rapid Amplification of cD-NA ends,RACE),获得大白菜FAD8基因的5’和3’末端序列,经测序拼接获得1 509 bp的目的序列,编码432个氨基酸。与已经报导的油菜FAD8基因氨基酸序列同源性较高,达98%。杂交结果显示,该基因是单拷贝序列。这项工作为进一步研究叶绿体脂肪酸去饱和酶奠定了一定的基础。     

牛胎儿成纤维细胞的分离培养及转染线虫ω-3脂肪酸去饱和酶基因

为了为核移植法制作转线虫ω-3脂肪酸去饱和酶基因克隆牛提供供体细胞,体外分离培养牛胎儿成纤维细胞并进行了线虫ω-3脂肪酸去饱和酶基因转染。首先采用组织块贴壁法分离培养牛胎儿成纤维细胞,线虫ω-3脂肪酸去饱和酶基因表达载体以脂质法介导转染牛胎儿成纤维细胞,通过G418筛选获得稳定转染的细胞克隆,PCR 鉴定外源基因在细胞基因组中的整合,对阳性克隆进行传代2-3次后利用RT-PCR检测外源基因的转录。结果表明,组织块贴壁后7天可获取原代成纤维细胞,基因转染后利用G418筛选9天即可获得转基因细胞,对转基因细胞进行传代,PCR 检测显示CMV启动子和ω-3脂肪酸去饱和酶基因整合到细胞基因组中,RT-PCR检测显示ω-3脂肪酸去饱和酶基因在转基因传代细胞中得到有效转录。本研究为下一步通过核移植方法获得转基因肉牛提供了条件。     

麻疯树PIN基因家族的鉴定与生物信息学分析

PIN基因家族是一类调控植物生长素极性运输的重要载体元件。本研究利用功能已知的拟南芥PIN蛋白家族为参考序列,在麻疯树全基因组数据中共鉴定出9条PIN基因,并针对9条JcPIN基因开展系统的生物信息学研究,开展进化树构建和基序分析以及基因表达研究和密码子偏好性解析。结果发现:9条麻疯树PIN蛋白多属于由碱性氨基酸组成的稳定蛋白,均为位于细胞质膜上的非分泌蛋白;蛋白家族含有保守的N末端结构域,二级结构与拟南芥PIN蛋白相似;进化结果表明麻疯树PIN基因与毛果杨PIN基因家族关系最近;表达分析发现了4个可信度较高的麻疯树PIN基因,密码子偏好性分析确定了13个高频密码子,揭示了异源表达JcPIN时需要改造的密码子。研究结果可为将来开展麻疯树PIN基因家族的功能研究奠定重要基础,也为麻疯树其他基因家族和其他拥有大量数据的植物基因家族研究提供参考。     

蓖麻RcFAH12基因cDNA全长克隆及生物信息学分析

RACE技术是一项扩增基因末端序列的新技术。本研究以蓖麻籽的RNA为模板,以Gen Bank上FAH12基因序列设计特异引物,运用RT-PCR和RACE技术扩增并获得了特异片段。该片段经PCR、酶切和测序验证,证实所克隆序列为蓖麻FAH12的cDNA全长序列。生物信息学分析,此片段包含1 164 bp组成的开放读码框(ORF),编码387个氨基酸,分子量为44 426.21 Da,p I=8.95。同源性分析结果表明,它与麻疯树、陆地棉、百脉根和杏的FAH12基因的同源性均高于70%。构建了系统进化树,蓖麻和麻风树、橡胶、木薯聚类到一起,这与生物学分类相同,都为大戟科植物。成功克隆蓖麻FAH12基因c DNA全长,这为后续进一步的分子生物学研究提供了帮助。     

斑地锦肉桂酸4-羟基化酶基因及启动子的克隆与分析

槲皮素属于黄酮类化合物,是斑地锦主要药效成分之一,在槲皮素生物合成过程中,肉桂酸4-羟基化酶(C4H)是一个关键酶。为了阐明斑地锦中槲皮素生物合成机制,应用同源克隆结合RACE技术、Tail-PCR,获得C4H基因编码区及其启动子序列,RT-qPCR技术检测基因在不同生长期不同组织中的表达模式,并对启动子进行生物信息学分析。结果显示,斑地锦C4H基因编码区为1 518 bp,编码505个氨基酸,与麻疯树C4H氨基酸序列的相似性高达93.1%。RT-qPCR实验表明,斑地锦中C4H基因在苗期根中表达水平最高。克隆到的C4H基因启动子长约为1 440 bp,内含TAAT-box、CAAT-box等序列。此结果丰富了C4H基因资源,也为进一步研究斑地锦C4H基因功能及表达调控提供基础。     

大白菜开花相关基因CO的BAC克隆筛选及分析

根据已经公布的大白菜CO基因(Bra008669)序列设计特异引物,采用三维PCR法筛选大白菜BAC文库,获得了3个含有CO的BAC克隆。对筛选到的3个BAC克隆进行PCR扩增,将克隆测序结果与大白菜CO基因进行序列比对,结果表明,相似性达到99.73%,且N端有保守B-BOX结构,C端有保守的CCT结构域,证明所筛选的3个BAC克隆是含有大白菜CO基因的克隆。     

漆树TvFAD2基因的克隆与表达分析

植物油酸脱氢酶基因(FAD2)编码的蛋白是负责催化油酸转化为亚油酸的关键脂肪酸去饱和酶,在植物发育、油品质改良及耐逆过程中发挥重要调控作用。为了分离漆树FAD2基因并研究其功能,本研究采用同源克隆法首次从漆树中获得了FAD2基因的全长CDS序列。生物信息学分析结果表明,TvFAD2基因的开放阅读框为1 152 bp,编码383个氨基酸,具有典型的脂肪酸去饱和酶结构域。TvFAD2为亲水性蛋白,含有5个跨膜结构域和3个富含组氨酸的保守区域。系统进化树分析表明,漆树FAD2蛋白和盐肤木FAD2蛋白的亲缘关系最近。转录表达水平检测结果表明,TvFAD2基因在主要在漆树的叶和幼果中表达,在幼果中表达量最高,在花蕾期全花和盛花期全花中有低水平的表达。本研究为漆树FAD2基因的进一步利用提供了理论指导。     

棉花FAD 2-1基因的克隆及其ihpRNA和amiRNA干扰载体的构建

 采用RT-PCR方法克隆了棉花△-12脂肪酸去饱和酶基因(GhFAD2-1)的cDNA全长序列,该基因含有1158 bp的完整开放阅读框。棉花FAD2-1是种子中编码催化油酸形成不饱和脂肪酸的关键酶的基因,选取GhFAD2-1基因中的一段特异的515 bp片段,构建了种子特异性启动子NAPIN调控的ihpRNA干扰表达载体pFGC1008-NAPIN-FAD2-1,同时构建了针对GhFAD2-1基因的人工miRNA表达载体pCAMBIA1302- amiRNA-FAD2-1。     

亚洲棉石系亚1号耐旱相关基因SSH文库的构建及其分析

通过抑制消减杂交技术成功地构建了亚洲棉石系亚1号耐旱相关基因cDNA文库。通过蓝白斑筛选、菌落PCR及生物信息学等分子生物学手段分析和检验了库的质量,最终筛选出阳性克隆392个。通过EST测序得到265个单一序列,其中41个为重叠群,224个为单拷贝。生物信息学分析结果表明,该文库含有大量与耐旱相关的基因,并且涉及植物生理中多种代谢途径。     

甘蓝型油菜种子不同发育时期SSH文库的构建

利用抑制差减杂交技术构建了20 d和35 d甘蓝型油菜湘油15发育种子特异表达基因的SSH文库。随机挑取单菌落进行PCR表明,文库质量较好。在20 d和35 d SSH文库中随机挑选489个阳性克隆进行测序,获得452条高质量的表达序列标签(EST)。对序列进行Blast比对及功能注释,比较20 d和35 d SSH文库的基因表达谱,发现在20 d SSH库中参与糖代谢的基因出现频率较高,而在35 d SSH库中与脂肪酸储存有关的油体蛋白家族、与脂肪酸转运有关的柠檬酸合酶、与脂肪酸合成有关的酰基载体蛋白去饱和酶等,参与油脂代谢相关基因出现频率较高。该结果对进一步研究油菜脂肪酸代谢调控的分子机制打下了基础。     

胡麻脂肪酸去饱和酶基因(fads)差异表达分析

为了了解fad基因在胡麻蒴果发育过程中对不饱和脂肪酸的调控,对高、中、低三个不同亚麻酸(C18:3)含量的胡麻品种(’CDC Gold’,‘内亚7号’,’Linola’)进行了不同时期的品质测定,以及脂肪酸去饱和酶2a基因(fad2a)、脂肪酸去饱和酶2b基因(fad2b)、脂肪酸去饱和酶2c基因(fad2c)、脂肪酸去饱和酶3a基因(fad3a)、脂肪酸去饱和酶3b基因(fad3b)的qRT-PCR定量分析。结果表明,随着蒴果成熟,可溶性糖含量呈降低趋势,粗脂肪与粗蛋白不断积累,且差异显著(p<0.05)。fad2a基因、fad3a基因以及fad3b基因在各个时期中的表达符合正态分布。以0 d的蒴果为对照,在胡麻种子形成过程中,‘内亚7号’的三个基因在5 d和15 d的表达量迅速增加,到30 d时急剧减少,15 d的fad2a基因表达量为5.23倍,fad3a基因表达量是fad2a基因表达量的14.52倍,fad3b基因的表达量是fad2a基因表达量的16.14倍,表明这三个基因参与不饱和脂肪酸积累过程。在低亚麻酸含量品种‘Linola’30 d中,fad3a基因是fad2a基因表达量的52.71倍,fad3b呈下调趋势;在高亚麻酸含量品种‘CDCGold’30d中,fad3a基因与fad2a基因的表达量均呈下调趋势,fad3b的表达量为3.92倍;在中等亚麻酸含量品种‘内亚7号’中,fad2a基因表达量降低了0.31倍,fad3a基因是fad3b基因表达量的1.87倍。fad2b基因、fad2c基因熔解曲线不稳定,峰值低,可以在后续试验中继续探索。     

球等鞭金藻Δ5去饱和酶基因IgD5在拟南芥中的功能鉴定

从球等鞭金藻中克隆到一个Δ5去饱和酶基因, 命名为IgD5。系统发育树分析表明, 该基因编码产物与来源于巴夫藻Pavlova salina的Δ5去饱和酶亲缘关系最近。此前通过酿酒酵母表达系统, 证明IgD5对ω6脂肪酸具有Δ5去饱和酶活性, 但并未鉴定IgD5对ω3脂肪酸的催化活性。我们将IgD5转化能够内源合成二高-γ-亚麻酸(DGLA, 20:3Δ^8,11,14)和二十碳四烯酸(ETA, 20:4Δ^8,11,14,17)的已携带2个基因的拟南芥(简称TMA2), 通过PCR及RT-PCR筛选阳性植株, 提取转基因阳性植株叶片总脂肪酸, 用气相色谱分析法检测到花生四烯酸(AA, 20:4Δ^5,8,11,14)和二十碳五烯酸(EPA, 20:5Δ^5,8,11,14,17), 含量分别达7.44%和2.07%, 转化效率分别为68%和60%, 证明IgD5在转基因植物中具有Δ5去饱和酶的活性, 对ω3/ω6脂肪酸没有明显偏好性, 并且催化活性远高于其在酵母中的活性。在转IgD5的TMA2中除了AA和EPA, 没有检测到其他新脂肪酸, 表明IgD5底物专一性很强, 是一个可用于植物转基因替代生产鱼油的良好基因。     

微小毛霉（Mucor.pusillus）△6-脂肪酸脱饱和酶基因的克隆与表达

目的：微小毛霉（Mucor.pusillus）△6-脂肪酸脱饱和酶基因的克隆与表达。方法：以一株产γ-亚麻酸的微小毛霉为材料,通过PCR方法克隆得到的△6-脂肪酸脱饱和酶基因,构建重组的酵母表达载体pYMpD6D,将重组载体通过醋酸锂方法导入酿酒酵母中,并利用酵母表达系统证实该基因能导致酵母合成γ-亚麻酸。结果：通过GC分析,γ-亚麻酸占总脂肪酸量的6.53％,微小毛霉△6-脂肪酸脱饱和酶基因在酵母中得到了正确的表达。本实验为进一步研究△6-脂肪酸脱饱和酶基因家族和进一步利用该基因来改良作物奠定了一定的基础。     

EMS-induced mutation of an endoplasmic reticulum oleate desaturase gene (<Emphasis Type="Italic">FAD2</Emphasis>-<Emphasis Type="Italic">2</Emphasis>) results in elevated oleic acid content in rapeseed (<Emphasis Type="Italic">Brassica napus</Emphasis> L.)

The development of rapeseed cultivars (Brassica napus L.) with high oleic acid and low linolenic acid is highly desirable for food and industrial applications. In this study, the Korean rapeseed cultivar Tamla was used for ethyl methanesulfonate (EMS)-induced mutagenesis and seed oils were screened up to generation M₇ for high oleate mutants. Two mutant populations (M₇) with an average of approximately 76% oleic acid content were isolated. Yield components between two mutant populations and untreated Tamla plants were not substantially different, although the mutants in the vegetative stage were slightly smaller in size than Tamla. Genomic analyses of six fatty acid desaturase (four FAD2 and two FAD6) genes revealed that the elevated oleic acid content in the mutants is the result of single gene mutations. Changes in DNA sequence were observed in two genes out of six fatty acid desaturase (four FAD2 and two FAD6). FAD2-2 exhibited a 2-bp deletion in the upstream region of the gene in the two mutants, resulting in a severely truncated polypeptide (57 aa instead of 469 aa), while six point mutations in the other gene did not result in changes in the amino acid sequence. Based on these results, FAD2-2, an endoplasmic reticulum (ER) oleic acid desaturase, is affected in the mutants, resulting in a ~ 7% increase in oleic acid content in comparison to untreated Tamla plants. The induced mutants could be utilized for the development of high oleic oil rapeseed varieties and for regulatory studies of lipid metabolism in seed oils.     

利用基因芯片技术研究甘蓝型油菜油酸合成中差异表达基因

采用基因芯片技术对甘蓝型油菜高油酸(71.71%)和低油酸(55.6%)材料进行分析,探索油酸的差异表达基因。结果检测到差异表达基因562个,其中上调表达基因194个,下调表达基因368个。以基因芯片中油菜上调基因NM_100489和下调基因NM_130183为材料,用实时荧光定量方法验证基因芯片的结果,二者完全相符。根据基因芯片的实验结果,采用Go注释系统和数据库查询对562个差异表达基因进行功能注释表明,主要为各种酶类、结合功能、转录调控、代谢等,还有的功能未知或与糖代谢及脂肪酸合成相关,其中丙酮酸激酶、果糖二磷酸、酰基传递/酰基ACP硫脂酶、作用于酯键的水解酶、Δ9硬脂酰-乙酰载体蛋白去饱和酶(ADS1)、Δ9酰基-油脂减饱和酶2(ADS2)、ω-3脂肪酸减饱和酶(fad3)等被鉴定为差异表达基因。     

不同花生基因型脂肪酸脱氢酶基因序列分析

根据Δ¹²-脂肪酸脱氢酶（FAD）保守的氨基酸序列设计简并引物进行RT-PCR扩增,获得了花生属不同基因型的全长为1 140 bp的cDNA序列。序列分析结果表明,序列编码379个氨基酸的开放阅读框,所编码蛋白质的大小约为42 kDa。推测的氨基酸序列具有膜整合蛋白酶特异性的3个组氨酸保守区;氨基酸疏水性分析结果表明,所编码的氨基酸序列存在2个具有膜固定蛋白（membrance-anchored protein）重要特征的疏水结构,2个疏水区共跨膜4次,这些分析表明所获得的序列为Δ¹²-脂肪酸脱氢酶。系统进化树分析表明,FAD序列在花生属植物进化过程中较为保守;与其他物种的FAD序列也具有较高的同源性。这为探讨花生属植物之间的进化关系提供了一定的分子水平证据。     

植物抗寒工程中脂肪酸去饱和酶研究进展

低温是影响植物生长的重要因素之一。本文介绍了多不饱和脂肪酸与植物抗寒性的正相关关系,并从脂酰-ACP去饱和酶、脂酰-CoA去饱和酶、脂酰-脂去饱和酶等几个方面综述了近几年里与植物抗寒性相关的脂肪酸去饱和酶基因的克隆、功能鉴定、表达调控等方面的研究进展。也讨论了一些对不饱和脂肪酸和植物耐低温间因果关系存在争议的研究报道。展望了应用基因工程技术培育出抗寒抗冻性较强的林业木材品种。