大豆GmPM31基因生物信息学、组织表达及高温高湿响应分析

sHSPs家族基因GmPM31具有典型的ACD结构域,为了预测和研究GmPM31的功能,本研究以田间劣变抗性春大豆湘豆3号为材料,分离GmPM31及其启动子序列,对该基因的结构及启动子上的顺式作用元件进行生物信息学分析,采用qRT-PCR方法对GmPM31的组织表达模式及高温高湿处理下的表达量变化进行分析.结果 表明:GmPM31基因的ORF全长为459 bp,编码153个氨基酸,包含1个ACD保守域结构.蛋白质系统进化树分析结果显示,GmPM31与CI(Class Ⅰ)亚家族的sHSPs同源性较高,表明GmPM31属于Class Ⅰ sHSPs家族成员.GmPM31基因启动子中有多个逆境胁迫响应元件,包括激素应答相关元件ABRE、ERE和AAGAA-motif等,干旱和冷胁迫相关的MYB和MYC转录因子作用元件,高盐胁迫相关元件Box Ⅲ,厌氧胁迫相关元件ARE等.qRT-PCR结果显示,GmPM31在成熟种子中大量表达,其次在幼荚和叶片中表达,在根、茎和花中表达量极低.种子发育过程中,GmPM31表达量呈现先上升后下降的趋势,在开花后第45天表达量达到最大.高温高湿胁迫处理96和168 h时种子中GmPM31的表达量显著高于对照组,说明高温高湿胁迫诱导种子中GmPM31上调表达.研究结果表明GmPM31参与了春大豆种子的发育以及高温高湿胁迫响应过程.     

甘蓝型油菜BnNAC61基因的克隆及表达特征分析

NAC(即NAM、ATAF和CUC)转录因子参与植物生长、发育、衰老和多种逆境胁迫反应的调控.为阐释甘蓝型油菜BnNAC61的表达特征,本研究采用RT-PCR方法,从甘蓝型油菜总cDNA中克隆BnNAC61基因.生物信息学分析表明,其CDS全长846 bp,编码281个氨基酸,N端含有NAM保守结构域;其启动子区存在W...     

火龙果HpNAC1转录因子的特性分析及其对HpCytP450-like1基因的调控

以红肉火龙果(Hylocereus polyrhizus)果实为材料,克隆得到HpNAC1基因,研究该基因的荧光定量、亚细胞定位、转录活性及其对下游靶基因的调控能力,揭示其在火龙果生长发育过程中的分子作用机制。应用预测软件对HpNAC1基因进行生物信息学分析,利用q RT-PCR分析HpNAC1基因在果实发育过程中的表达情况,以农杆菌侵染烟草叶片的方法对HpNAC1基因进行亚细胞定位分析,以双荧光素酶瞬时表达的方法分析HpNAC1基因的转录活性及其对下游靶基因调控能力。结果表明,HpNAC1的ORF全长为846 bp,具有NAC结构域,q RT-PCR检测表明随着果实的生长发育,其表达明显增强;亚细胞定位和转录活性分析显示其是核蛋白,并且具有转录激活活性;双荧光素酶瞬时表达分析显示,HpNAC1转录因子可以激活基因Hp Cyt P450-like1的启动子活性。实验明确了HpNAC1基因的亚细胞定位信息及其在果实发育过程中表达和瞬时表达情况,为进一步研究其功能及分子机制提供依据。      

大豆GmNAC115基因克隆及特征分析

NAC转录因子在植物发育和逆境应答中具有重要的作用。本研究从大豆中克隆了1个NAC基因GmNAC115。该基因c DNA全长1 383 bp,开放阅读框长912 bp,编码303个氨基酸,预测分子量约为34.278 k D,p I8.37。推测的氨基酸序列中含有1个高度保守的NAM结构域。Gm NAC115基因组包含3个外显子和2个内含子。进化树分析发现Gm NAC115和Pv NAC为1个分支。转录活性分析结果表明,Gm NAC115转录因子具有转录激活功能。SDSPAGE电泳分析表明,p ET-28a-Gm NAC115最佳诱导表达条件为在37℃下1.0 mmol·L-1IPTG诱导2 h。组织特异性表达模式分析表明在检测的所有组织中Gm NAC115都有表达,在根中表达量最高,在种子中表达量最低。     

大豆GmMP基因的功能预测及表达分析

通过在大豆基因组数据库中检索拟南芥AtMP(ARF5)在大豆中的同源基因,获得了GmMP基因序列。对GmMP基因编码的氨基酸序列及启动子序列进行生物信息学分析,结果表明:GmMP基因CDS序列全长2 802 bp,编码933个氨基酸。GmMP编码的蛋白为疏水性蛋白。结构域分析表明:GmMP含有B3和AUXIN RESPONSE FACTOR结构域,同时该基因是ARF家族的成员。GmMP预测的启动子区域含有与激素、胁迫、光应答、生物钟调控和转录因子结合相关的顺式作用元件。系统进化分析表明MP在豆科植物进化过程中比较保守。组织特异性表达分析结果显示GmMP在叶片中表达量最低,在茎尖中表达量最高,推测其可能参与生长素的代谢途径。     

芒果MiFY基因克隆和表达模式分析

FY是拟南芥自主途径中调控成花的基因,FY通过与RNA结合蛋白FLOWERING CONTROL LOCUS A (FCA)相互作用下调成花抑制基因FLOWERING LOUS C (FLC)的表达从而促进开花。目前关于FY基因如何调控芒果成花的机制尚无研究报道。通过挖掘芒果转录组数据克隆获得1个FY基因,命名为MiFY。生物信息学分析显示,MiFY基因的ORF全长为2178 bp,编码725个氨基酸,蛋白质分子量为799.59 kDa,理论等电点为8.72,氨基酸序列中含有WD40和Cytadhesin_P30两个保守结构域。基因表达模式分析显示,MiFY基因在2个芒果品种的开花期均具有较高的表达水平,而在营养生长期表达水平较低。因此推测MiFY基因可能在调节芒果成花中起着重要作用。     

大麦转录因子基因 HvNAC1的克隆及功能初探

NAC转录因子家族是植物中最大的转录因子家族之一,在植物的生长发育及植物参与生物与非生物胁迫过程中起重要作用。本研究通过分析感染大麦温和花叶病毒(Barley mild mosaic virus,BaMMV)的大麦转录组测序结果,获得表达上调的基因 HORVU5Hr1G011650,基因注释为 HvNAC1。通过生物信息学分析发现该基因全长915 bp,编码304个氨基酸,分子量为33.3 kDa,理论等电点为9.21,在14～141位氨基酸之间含有NAC转录因子家族保守结构域。系统进化分析发现,该基因与小麦、拟南芥中的NAC转录因子同源性较高。组织表达分析发现,该基因在大麦的不同生长时期均有表达,在结实后期和外颖壳中表达量较高。农杆菌介导的烟草亚细胞定位实验表明,该基因定位于细胞核中。在酵母实验中,发现 HvNAC1具有完整的转录因子活性。     

甘薯IbGATA16基因的克隆与表达分析

GATA类转录因子在调控植物响应非生物胁迫中发挥重要作用。本研究从甘薯中克隆出1个IbGATA16基因，对其进行生物信息学分析，并对IbGATA16基因在甘薯干旱和盐胁迫处理中的表达模式进行分析。结果表明：甘薯IbGATA16基因CDS序列全长420bp，编码139个氨基酸，蛋白分子量为15.39kDa，等电点为9.97;IbGATA16基因组全长为582 bp，包含3个外显子和2个内含子；IbGATA16为不稳定的亲水性脂溶蛋白，亚细胞定位预测显示该蛋白定位于细胞核，具有C-X2-C-X17-C-X2-C结构域，属于典型的GATA类转录因子。IbGATA16基因上游1382bp的启动子序列存在多种顺式作用元件，如MYB、ABRE、GARE-motif等。多重序列比对和系统进化树分析结果显示，IbGATA16蛋白与三裂叶薯ItGATA16的亲缘关系最近，N端的锌指结构域序列高度一致，表明二者可能具有相似的功能。实时荧光定量结果表明，IbGATA16在甘薯根、茎、叶片等组织中均有表达，在叶中的表达量显著高于茎与根的表达量。IbGATA16对干旱和盐胁迫显著诱导表达，在干旱和盐胁迫处理0、...     

菠萝MYB基因AcoMYB1的克隆与表达分析

根据菠萝转录组的测序结果克隆到1个MYB转录因子基因,命名为AcoMYB1,GenBank登录号为XM₀20230319。该基因cDNA全长1221 bp,开放阅读框(ORF)为747 bp,编码一个含有248个氨基酸的蛋白。序列分析表明,AcoMYB1氨基酸序列N端具有2个保守的SANT结构域,属于R2R3类MYB转录因子。生物信息学分析表明,AcoMYB1是不稳定的亲水蛋白,不具有跨膜结构和信号肽,可能定位于细胞质,二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主。实时荧光定量PCR分析表明,AcoMYB1在菠萝干旱、低温逆境胁迫处理下受诱导表达,整体上表现出"先升后降"的趋势;在早熟品种和晚熟品种的果实发育过程中也被诱导表达,表现为"升-降-升"的趋势,特别是在果实发育早期和果实成熟后期受诱导表达的强度较为突出。由此推测AcoMYB1作为正调控因子参与菠萝冷害、干旱逆境胁迫的响应过程,并在菠萝果实早期发育及后期成熟发挥调控作用。     

大豆GmNF⁃YB2基因生物信息学和表达分析及与GmNF⁃YA10互作鉴定

NF-Y三聚体复合物是由NF-YA、NF-YB和NF-YC 3个不同亚基组成,为探究大豆GmNF-YB2亚基在NF-Y三聚体复合物中的作用及其对干旱胁迫的响应,本研究克隆GmNF-YB2基因,对其进行生物信息学分析和表达模式分析,并鉴定GmNF-YA10与GmNF-YB2蛋白之间的互作关系。结果表明:GmNF-YB2基因序列全长1 109 bp,编码区长498 bp,编码165个氨基酸。预测该蛋白分子量为18.19 kD,理论等电点6.10,进化树分析发现其与AtNF-YB2和AtNF-YB3处于同一分支。转录组数据和组织表达模式分析发现GmNF-YB2基因在检测的所有组织中均有表达,其中在子叶和叶片中的表达量较高;干旱胁迫时叶片中的表达量降低。酵母双杂交分析表明GmNF-YA10和GmNF-YB2之间不存在蛋白互作关系。     

茶树R2R3-MYB转录因子CsTT2表达分析及功能初步鉴定

儿茶素是茶树中特色的次生代谢产物之一,是影响茶叶的品质与风味的主要组分,具有抗氧化、抗病毒、降脂减肥等药理功效。通过系统发育进化树分析、基因表达模式分析和分子生物学试验对茶树儿茶素生物合成相关调控因子CsTT2的功能进行初步鉴定。结果显示,CsTT2是R2R3-MYB转录因子,与拟南芥中调控次生代谢产物的MYB转录因子同在一个分支。在茶树品种顶芽组织中总儿茶素含量较高,CsTT2和儿茶素生物合成相关基因的表达水平也较高。亚细胞定位、酵母试验和双荧光素酶报告系统试验结果表明,CsTT2定位在细胞核中,其编码的蛋白是具有转录激活能力的调控因子,可以结合儿茶素生物合成关键基因ANR的启动子激活其表达。     

茶树WRKY转录因子基因CsWRKY57的克隆及表达分析

WRKY转录因子是植物特有的一类转录因子,在植物生长发育及胁迫应答过程中均发挥重要的调控作用。为探究WRKY转录因子与茶树抗旱及耐盐性的关系,本研究基于茶树转录组数据库中的检索结果,以陕茶1号1年生茶树为试验材料,克隆获得了1个WRKY转录因子基因,命名为CsWRKY57。生物信息学分析表明,CsWRKY57基因cDNA全长为1 222 bp,编码303个氨基酸,预测分子量为33.5 kD,理论等电点为5.49;另外,蛋白比对分析显示,CsWRKY57包含1个典型的WRKY核心序列和1个C2H2型锌指结构,属于WRKYIIc家族。实时荧光定量PCR分析结果显示,CsWRKY57基因在高盐、干旱、ABA胁迫下均被诱导表达,且表现出先增加后降低的趋势,表明CsWRKY57基因参与了茶树体内干旱、高盐和ABA的调控途径。转录激活活性试验表明,CsWRKY57无转录激活活性,意味着CsWRKY57可能需要与其他元件结合才能启动基因的表达。     

甜叶菊水分胁迫响应基因SrDREB2A克隆及表达分析

甜叶菊被誉为“世界第三大糖源”,具有重要的经济价值,但其生长对水分胁迫十分敏感,因而限制其进一步推广。AP2/ERF转录因子是植物特有的一类转录因子,其中DREB亚家族蛋白被广泛报道可以提高植物非生物胁迫抗性。本研究在甜叶菊中克隆了拟南芥AtDREB2A同源基因SrDREB2A,该基因编码区长度为903 bp,编码301个氨基酸残基。系统进化树分析将其归类于DREB亚家族的A-2亚组,与青蒿的AaDREB2亲缘关系最近,并且包含一个典型的AP2结构域。SrDREB2A在甜叶菊叶片中表达量最高,并且受水分胁迫显著诱导。SrDREB2A蛋白定位于细胞核,具有转录激活活性,进一步发现100 mmol/L高浓度的3AT(3-氨基-1,2,4-三唑)不能抑制其转录激活活性。对SrDREB2A全长序列进行截断,结果发现其转录激活活性区段位于211～301 aa,而1～210 aa区段不具有激活活性,此无激活活性区段可用于后续的酵母双杂交筛库。以上研究为通过分子生物学手段提高甜叶菊耐旱性提供了基因资源,并且为进一步研究SrDREB2A的分子功能奠定基础。     

小麦TaHTAS-5A基因的克隆、表达分析及亚细胞定位

非生物胁迫对小麦的生长发育具有不良影响,克隆与非生物胁迫相关的基因,并对其结构及表达特性进行分析,可以为进一步探索小麦的抗逆机制和抗逆育种奠定基础。本研究利用同源克隆技术从普通小麦品种中国春中克隆了水稻E3泛素连接酶基因OsHTAS的同源基因TaHTAS-5A(GeneBank登录号:MF967573),并利用生物信息学方法对其基因序列特征进行分析;利用qRT-PCR技术对该基因在小麦不同组织及不同逆境胁迫下的表达模式进行分析;同时,对该基因的表达产物进行了亚细胞定位。结果表明,小麦TaHTAS-5A基因含有220bp的5′UTR、1 242bp的ORF以及126bp的3′UTR,共编码413个氨基酸;基因组分析表明,该基因全长3 819bp,共包含4个外显子和3个内含子;缺体-四体定位表明该基因位于小麦5A染色体上;蛋白结构分析显示,TaHTAS-5A蛋白的N端包含四个跨膜结构域,C端包含一个E3泛素连接酶特有的RING finger保守结构域,具有植物E3泛素连接酶的结构特征;qRT-PCR结果显示,TaHTAS-5A对高温、低温和ABA都有响应,对干旱和盐响应不敏感;TaHTAS-5A在小麦的根、茎、叶和幼穗等不同组织中均有表达,但表达量有差异,在叶和穗中的表达量明显高于根部和茎部;亚细胞定位结果表明,TaHTAS-5A位于细胞膜上。本研究为进一步探究小麦TaHTAS-5A基因的功能奠定了基础,也为小麦非生物胁迫抗性改良提供了一定的理论依据。     

菠萝NAC转录因子基因AcoNAC1生物信息学及表达分析

NAC转录因子作为植物中数量最大的转录因子家族之一,在植物生长发育及各种逆境胁迫中发挥非常重要的调控作用。本研究以菠萝为试验材料,采用RT-PCR技术克隆得到基因AcoNAC1(GenBank登录号:XM₀20225830),对其进行生物信息学及表达分析。生物信息学分析表明,该基因cDNA序列全长1723 bp,ORF为1062 bp,编码353个氨基酸,相对分子量为38.34kDa,理论等电点为8.88;其编码蛋白的二级结构由20.40%的α-螺旋(H)和15.30%的β-折叠(E)以及59.21%的无规则卷曲(C)组成,具有NAC典型结构保守域。基因表达分析表明,AcoNAC1基因的表达受低温和干旱胁迫诱导,低温胁迫24 h和干旱胁迫12 h时的表达量最高;在不同成熟期品种中表现出持续的诱导表达,但诱导强度逐渐下降,其中早熟品种谢花后20～50 d及晚熟品种谢花后20～60 d基因表达量均处于较高水平。因此,推测AcoNAC1基因可能参与菠萝逆境胁迫响应以及果实发育与成熟的调控。     

小麦SPL家族基因在非生物胁迫下的表达分析

SQUAMOSA promoter binding protein like(SPL)是一类在植物中广泛存在的转录因子家族,在调控植物生长发育、响应逆境胁迫等方面发挥着重要作用。为解析小麦中SPL家族基因响应非生物胁迫的机理,本研究采用生物信息学的方法在全基因组范围内对小麦SPL基因家族成员进行鉴定,并对鉴定到的SPL基因进行表达模式分析。结果表明,在全基因组范围内共鉴定到56个小麦SPL基因,其中27个是miR156的靶基因;系统进化分析发现,56个小麦SPL基因聚类为7个亚家族。基于转录组数据对表达模式进行分析,发现36个小麦SPL基因与非生物胁迫响应相关,响应缺氮、缺磷、高盐、低温、干旱、高温胁迫以及热旱共胁迫的基因分别有12、16、22、6、13、14和21个,其中TraesCS3D02G425800同时响应7种非生物胁迫。qRT PCR验证结果与转录组数据基本一致。     

芒果MiCOL6基因的克隆及其生物信息学和表达分析

CONSTANS（CO）是光周期途径的核心调控因子,其可以整合光质和生物钟输出的信号调控植物成花。在前期转录组研究的基础上,设计基因特异性引物,通过RT-PCR扩增得到芒果的1个CO基因的cDNA全长,序列长度为678 bp,根据与拟南芥CO家族基因的相似性,将其命名为MiCOL6。生物信息学分析显示,该基因编码226个氨基酸,分子量为26.88 kDa,等电点为4.85,属于亲水性的非分泌蛋白。保守结构域和进化树分析显示,该基因仅含1个CCT结构域,属于CO基因家族的第4组;二级结构分析表明,该蛋白主要以无规卷曲和α-螺旋为主;亚细胞定位预测显示该蛋白定位在细胞质膜上的概率最大;不同花发育时期表达模式分析表明,MiCOL6基因在杧果的花芽分化期表达量最高。本研究结果为进一步研究芒果MiCOL6基因在芒果中的功能提供理论基础。     

小麦抗病相关基因TaTGA2.2在小麦-条锈菌互作中的表达分析及功能研究

为了进一步解析小麦与条锈菌(Puccinia striiformis f. sp.tritici,Pst)互作中的抗病分子机制,在小麦-条锈菌互作的cDNA文库中分离得到一个编码bZIP类转录因子的小麦抗病相关基因 TaTGA2.2。通过实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,qRT-PCR)以及病毒诱导的基因沉默技术(VIGS)对 TaTGA2.2的表达模式及其在小麦与条锈菌互作中的功能进行了初步解析。结果表明,小麦 TaTGA2.2基因全长1 005 bp,编码334个氨基酸,具有bZIP保守结构域以及TGA转录因子类似结构域。进化树分析发现TaTGA2.2与一粒小麦中TGA蛋白近缘。拟南芥原生质体亚细胞定位发现TaTGA2.2分布在细胞核,酵母自激活实验表明TaTGA2.2蛋白N端具有转录激活活性。此外, TaTGA2.2受条锈菌诱导表达,且非亲和互作中的表达量较亲和互作明显增高。非生物胁迫处理中干旱、盐以及外源激素水杨酸(SA)和脱落酸(ABA)也能诱导 TaTGA2.2上调表达。VIGS沉默 TaTGA2.2基因后,发现接种条锈菌CYR23及CYR31后小麦的表型均无明显变化。另外,PR基因的表达量也无显著差异,表明植物中可能存在与 TaTGA2.2功能冗余的TGA成员。     

橡胶树胚胎晚期丰富蛋白基因HbLEA1的克隆和表达分析

胚胎晚期丰富蛋白（LEA）是与植物抗逆反应相关的一类重要蛋白。本研究克隆了橡胶树LEA家族一个新基因的全长cDNA序列,命名为HbLEA1。该cDNA全长1 183 bp,其中5'UTR区60 bp,3'UTR区154 bp,CDS区969 bp,共编码322个氨基酸,分子量大小为36 ku,等电点4.84,含有LEA-2和WHy（Water Stress and Hypersensitive response）结构域,属于LEA_2类LEA蛋白。组织表达分析结果表明,HbLEA1在种子中表达量最高,其次是胶乳和稳定叶,在芽中的表达量最低。在未开割树的胶乳中,机械伤害和割胶处理均明显下调HbLEA1表达。在橡胶树幼苗中,低温胁迫处理后该基因在叶片、树皮和根中的表达呈上升趋势,而在高温和干旱胁迫中其表达变化并不明显。结果显示,HbLEA1基因可能参与橡胶树的胁迫应答和胶乳代谢调控。     

小麦 TaCP3基因的克隆及其参与非生物胁迫的表达分析

半胱氨酸蛋白酶(cysteine protease,CP)是植物中重要的蛋白酶家族之一,广泛参与植物的各种生理过程;TaCP3属于papain-like(木瓜蛋白酶)家族的半胱氨酸蛋白酶,在小麦的生长发育及抗逆中起到重要作用。为研究 TaCP3基因的结构特征,以及在干旱、高盐、低温和高温胁迫下的表达情况,从小麦抗旱品种西农538中克隆了 TaCP3基因,该基因仅含1个1125 bp的开放阅读框,编码374个氨基酸,在蛋白氨基端有一个28个氨基酸残基组成的信号肽,羧基端具有木瓜蛋白酶亚家族的保守结构域。生物信息学分析表明, TaCP3与大麦和山羊草半胱氨酸蛋白酶基因相似性最高。同时,本研究构建了pcold-TF/TaCP3原核表达载体,通过转化大肠杆菌BL21(DE3),成功表达了TaCP3重组蛋白,分子量约为40 kD。qRT-PCR结果表明, TaCP3的表达对干旱、高盐、低温和高温胁迫均有响应,初始都呈先降后升的趋势;且对干旱胁迫有强烈的正向响应。