小麦TaAGPL1基因上游转录因子TabHLH39的分离及其功能研究

腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶 (ADP-glucose pyrophosphorylase, AGPase) 是作物淀粉合成的关键酶，由两个小亚基 (small subunit, AGPS) 和两个大亚基 (large subunit, AGPL)组成，具有细胞质 (cytosol) 和质体 (plastid) 两种亚型。AGPL1是胞质型大亚基，对该酶活性的发挥具有重要功能。已有研究表明，过表达小麦胞质AGPase大亚基TaAGPL1-1D基因显著提高了小麦AGPase活性和淀粉积累速率，说明TaAGPL1-1D在淀粉生物合成中起着重要作用。将TaAGPL1-1D启动子与小麦籽粒cDNA文库进行酵母单杂交，筛选出一个转录因子TabHLH39，随后对TabHLH39与TaAGPL1-1D启动子之间的互作进行了验证；采用大麦条纹花叶病毒诱导的基因沉默技术，在田间小麦植株基因组内沉默了该转录因子，发现 BSMV-VIGS-TabHLH39 病毒沉默小麦植株籽粒的粒长、粒宽、粒重和淀粉含量均显著下降，且TaAGPL1-1D的表达水平也显著降低，表明TabHLH39可能通过正向调控TaAGPL1-1D基因的表达，参与了小麦淀粉的合成。     

小麦转录因子TabHLH041基因的克隆与表达分析

利用RT-PCR方法从小麦品种辽春10号中克隆得到1个b HLH转录因子基因Tab HLH041,并对其表达特性进行分析,以期为研究b HLH转录因子在小麦发育中的功能奠定基础。结果表明,Tab HLH041c DNA开放阅读框(ORF)长1 179 bp,编码392个氨基酸,Tab HLH041蛋白在C端含有1个b HLH结构域;该基因包括4个外显子和3个内含子。系统发育分析发现,Tab HLH041蛋白与大麦b HLH蛋白亲缘关系最近。实时荧光定量PCR分析表明,总体上该基因的表达具有昼夜节律性,在光照条件下表达量呈下降趋势,在黑暗条件下表达量呈上升趋势。在低温条件下,Tab HLH041基因的表达呈现前期被诱导、后期被抑制的特征,处理24 h时低温的抑制作用最明显;在高盐、外源ABA和干旱处理条件下,Tab HLH041基因的表达持续受到抑制。综上,Tab HLH041基因可能参与光周期及逆境胁迫的信号转导途径。     

小麦淀粉合成关键酶活性及其与淀粉积累的关系

对小麦籽粒中淀粉及其组分积累动态、相关酶活性变化的研究结果表明：2个供试品种淀粉及其组分积累量随灌浆的进行均呈不断上升的趋势，积累速率变化均呈单峰曲线，直链淀粉、支链淀粉、总淀粉积累速率峰值均出现在花后21～28d。2个品种小麦花后籽粒中腺苷二磷酸葡萄糖(ADPG)焦磷酸化酶(AGPP)、游离态淀粉合成酶(SSS)、束缚态淀粉合成酶(GBSS)活性均呈单峰曲线变化，花后28d前呈上升趋势，28d达到峰值后开始下降。AGPP活性与SSS、GBSS活性呈极显著正相关。AGPP、SSS、GBSS活性与直链淀粉、支链淀粉、总淀粉积累速率、籽粒灌浆速率均呈极显著正相关。淀粉分支酶活性变化呈三次曲线的关系，前期活性较高，支链淀粉合成能力强，后期逐渐下降。     

烟草NtAGPase基因家族的鉴定及功能解析

淀粉是重要的碳水化合物,其组成和性质直接影响着烟叶的经济价值。ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)是淀粉合成途径的关键性限速酶,但有关其基因特征、酶活性和代谢调控等在烟草中还未见详细报道。以拟南芥AtAGPase蛋白序列为索引序列,对烟草NtAGPase基因家族进行全基因组鉴定,通过Blast P比对及结构域分析,鉴定出烟草NtAGPase基因家族包含3个大亚基基因(NtLSU1、NtLSU2、NtLSU3)和一个小亚基基因(NtSSU);利用生物信息学工具对其编码蛋白序列进行解析。结果显示,Nt AGPase蛋白分子质量在57.03～58.43 ku,等电点在6.58～8.52;NtLSUs和NtSSU均定位于叶绿体上,属于质体型亚基;NtLSUs基因含有14～15个外显子,NtSSU基因仅含有9个外显子。三级结构预测结果显示,烟草Nt AGPase酶蛋白为异源四聚体,NtAGPase基因家族启动子区域含有多种与光、激素和逆境反应相关的响应元件,预示着其在光合作用、生长发育和逆境响应等过程中行使重要功能。系统进化树分析表明,烟草Nt AGPase蛋白与茄科植物马铃薯亲缘关系更近,而与模式植物拟南芥亲缘关系较远。研究结果可为进一步阐明烟草NtAGPase基因家族的功能及作用机制奠定基础。     

水稻转录因子DREB1的克隆与原核表达

DREB类转录因子特异地与DRE顺式作用元件结合,在非生物逆境胁迫(干旱、低温、高盐)中激活胁迫诱导基因的表达,使植物能够耐受水分胁迫的影响。以顺式元件rd29A3 cis构建诱饵质粒.通过酵母单杂交方法从水稻cDNA文库中筛选获得7个阳性质粒,序列分析显示阳性质粒中插入的cDNA序列一致,根据核苷酸序列推导出cDNA编码一219个氨基酸组成的多肽,该多肽有保守的EREBP/AP2结构域,N端为核定位信号(NLS),而C端则为转录激活区域,属于EREBP/AP2类转录因子,命名为RdreB1。重新合成的RdreB1 I基因降低了GC比含量,诱导处理产生了约45 kD的特异表达的融合蛋白。     

小麦淀粉合成相关酶的研究现状

对小麦碳代谢过程中相关酶进行了综述,重点分析了与淀粉合成相关的酶。蔗糖合成酶、磷酸蔗糖合成酶、ADPG焦磷酸化酶和淀粉合成酶都是淀粉合成的关键酶。     

病原诱导的小麦转录因子TaERF1b基因的分离和表达

 【目的】研究一个病原诱导的小麦ERF转录因子基因在对纹枯病菌、赤霉病菌防御反应中的作用。【方法】应用生物信息学、RT-PCR、RACE方法,从赤霉病菌诱导的小麦中,分离ERF转录因子基因的全长cDNA序列;利用半定量RT-PCR方法,分析该基因对小麦纹枯病菌、赤霉病菌及MeJA、ET和SA处理的应答表达情况。【结果】从赤霉病菌诱导的抗赤霉病小麦品种苏麦3号cDNA中,分离出1个编码ERF转录因子基因的全长cDNA序列。该基因暂被命名为TaERF1b,编码由280个氨基酸组成的蛋白质TaERF1b。TaERF1b具有保守的ERF/AP2结构域,但TaERF1b蛋白全长氨基酸序列与已克隆的ERF蛋白同源性较低（＜36.5%）。TaERF1b基因表达分析的结果表明,纹枯病菌、赤霉病菌侵染可快速诱导抗病小麦中TaERF1b基因的上调表达,该基因转录表达水平在防卫相关激素乙烯、茉莉酸处理早期显著增强,而且TaERF1b对外源乙烯、茉莉酸处理的响应时期早于对纹枯病菌、赤霉病菌的响应时期。【结论】分离出一个受病原诱导的小麦ERF新基因TaERF1b,其编码蛋白TaERF1b为植物ERF转录因子家族的一个新成员,可能通过茉莉酸、乙烯信号途径介导小麦对纹枯病菌、赤霉病菌的防御反应。     

甘薯ADP-葡萄糖焦磷酸化酶两个α亚基基因的克隆分析和植物表达载体的构建

ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)催化ADP-葡萄糖合成反应,是淀粉生物合成的限速酶之一。从高淀粉甘薯品种川薯34总RNA逆转录的cDNA中克隆了AGPa1和AGPa2两个α亚基编码序列,进行生物信息学分析后,插入植物高效表达载体pCamb ia1301构建了pC-AGPa1和pC-AGPa2两个双元表达载体,并导入根癌农杆菌EHA105中。获得的工程菌菌株可用于遗传转化甘薯、马铃薯和木薯等重要的薯类作物,为薯类作物高淀粉育种奠定了基础。     

拟南芥转录因子CBF1基因的克隆与原核表达

CBF1转录激活因子与植物的抗逆密切相关,根据GenBank中拟南芥（Arabidopsis thaliana）CBF1（C-repeat/dre binding factor 1）基因的编码区设计1对特异引物,通过RT-PCR扩增出拟南芥CBF1基因,随后亚克隆到pMD18-T载体,测序、序列分析表明与拟南芥CBF1对应区域相似性为100%。将该片段亚克隆到原核表达载体pET22b（＋）中构建原核表达质粒,转化大肠杆菌ER2566,在IPTG诱导下产生CBF1蛋白,SDS-PAGE结果表明表达的蛋白约24ku,与预期一致。     

柽柳转录因子基因ThbZIP1的原核表达及重组蛋白纯化

柽柳是重要的抗逆植物,提取柽柳总RNA,克隆了柽柳的16.5 k D b ZIP转录因子基因Thb ZIP1,构建原核表达载体p GEX-Thb ZIP1,导入宿主菌获得重组菌株BL21-Thb ZIP1,用异丙基-β-D-硫代半乳糖(IPTG)进行重组蛋白r Thb ZIP1诱导表达。试验结果表明:IPTG浓度为1.0 mmol/L,诱导温度为37℃条件下,诱导4 h,大肠杆菌提取液提取50 min时,所获得重组蛋白r Thb ZIP1表达量最大,占总蛋白的76.42%;经过10%SDS-PAGE电泳检测,发现重组蛋白r Thb ZIP1主要以包涵体的形式存在;并利用电纯化法成功获得纯化的目的蛋白。     

普通小麦转录因子基因TaWRKY35的克隆及功能分析

【目的】非生物逆境是制约小麦生产的主要因素。WRKY转录因子是植物特有的转录因子家族,参与对多种非生物逆境胁迫的应答。普通小麦基因组中至少含有200个WRKY,目前仅对少数成员的功能进行了鉴定。通过克隆小麦WRKY转录因子TaWRKY35并揭示其功能,为改良小麦的抗逆性提供基因资源。【方法】利用小麦全长cDNA数据信息,从强抗旱小麦品种旱选10号中克隆逆境胁迫应答转录因子基因TaWRKY35;采用实时定量PCR技术,分析目标基因在不同发育时期、不同组织器官中的表达水平,以及在PEG-6000、NaCl、ABA和低温等逆境胁迫下的表达模式;构建目标基因与GFP融合的表达载体,转化小麦原生质体,以确定目标蛋白在细胞中的作用位置;构建TaWRKY35过表达载体,通过农杆菌介导的方法转化拟南芥,揭示目标基因的功能。【结果】TaWRKY35的开放阅读框全长1 134 bp,编码377个氨基酸的蛋白。TaWRKY35的N端有一个典型的WRKY结构域,C端有一个C₂HC型的锌指结构域,属于WRKY家族第Ⅲ亚家族。测序发现TaWRKY35编码区序列非常保守,在32份多态性较高的六倍体小麦材料中未检测到DNA多态性。TaWRKY35在小麦的不同发育时期、不同组织中均有表达,其中在幼苗根基部表达量最高,约为苗期叶片中表达量的26倍;其次为幼芽根基,约为苗期叶片中表达量的21倍;接下来依次为孕穗期茎节、孕穗期穗、芽期根、孕穗期根、苗期根、胚芽、孕穗期叶片,而在幼苗叶片中表达水平最低;同时在ABA、NaCl、PEG和低温胁迫条件下,小麦幼苗TaWRKY35的表达量均显著上升,表明TaWRKY35参与对4种逆境胁迫的应答,但在不同胁迫条件下表达模式差异显著,其中对盐胁迫最敏感。亚细胞定位发现,TaWRKY35特异定位在细胞核上,是典型的核定位蛋白。在高盐胁迫条件下,TaWRKY35过表达转基因拟南芥子叶白化率显著低于对照,TaWRKY35过表达转基因拟南芥的细胞膜稳定性和幼苗存活率均显著高于野生型对照,表明TaWRKY35能增强植物的耐盐性。【结论】TaWRKY35编码蛋白含有WRKY和C₂HC结构域,为WRKY家族第Ⅲ亚家族成员。TaWRKY35在小麦发育的不同时期、不同组织中均有表达,且受ABA、PEG、NaCl及低温等逆境胁迫诱导。过表达TaWRKY35能显著提高转基因拟南芥的耐盐性。     

小麦TaDREB6转录因子互作蛋白的筛选

 【目的】利用酵母双杂交技术从小麦cDNA文库中筛选TaDREB6互作蛋白,进一步研究DREB介导的小麦抗逆机制。【方法】以小麦的cDNA为模板扩增得到TaDREB6,构建小麦cDNA文库和pGBKT7-TaDREB6诱饵载体,将诱饵载体pGBKT7-TaDREB6以及pGADT7和cDNA文库混匀转入AH109酵母感受态细胞,在SD/-Ade/-His/-Leu/-Trp营养缺陷型培养基上,30℃培养3—5 d,挑取平板上直径大于2 mm的菌落,进行显蓝筛选。【结果】对筛选到的102个候选阳性克隆进行测序,在NCBI上进行BLAST比对分析,获得与能量代谢、抗逆和防御、转运、转录和翻译、信号转导以及生长发育等相关的候选蛋白。【结论】筛选得到候选蛋白的功能预测表明TaDREB6可能参与了多条信号转导途径,在抗逆境调控中具有重要作用。     

苜蓿转录因子基因Mfhb-1的生物学功能初探

以苜蓿转化植株为材料,利用苜蓿的直接体细胞胚胎发生体系,对苜蓿HD-Zip转录因子基因Mfhb-1的生物学功能进行了初步研究。结果发现,正义转化植株F4(转入基因编码区序列)产生体细胞胚胎时期较对照47/1-5反义转化植株D3(转入编码区的反向序列)和C5(转入编码区+uORF)早,且形成的体细胞胚胎数量远高于对照47/1-5;D3植株产生的体细胞数量较对照少;C5植株产生的体细胞数量较对照少,但比D3稍多。从以上结果可以推测,属于HD-Zip转录因子的Mfhb-1基因能够促进苜蓿体细胞胚胎的发育,并能够提高苜蓿体细胞胚胎发生的数量。