基于转录组信息的艾纳香牻牛儿基焦磷酸合成酶基因(BbGPPS)的克隆及序列分析

采用RT-PCR和RACE(Rapid amplification of cDNA ends)技术,从艾纳香(Blumea balsamifera L.DC)的叶片中克隆到单萜化合物合成的关键酶牻牛儿基焦磷酸合成酶(BbGPPS)基因。研究结果显示,BbGPPS基因的cDNA全长1 692 bp,包含开放阅读框(ORF)1 083 bp,编码361个氨基酸;亚细胞结构定位于叶绿体,既非膜蛋白也非分泌性蛋白。疏水性分析显示,BbGPPS是亲水性蛋白。同源性比对结果显示,BbGPPS蛋白与其他植物中GPPS蛋白具有高度的相似性,且具有异戊烯基结构域。系统发育分析表明,所有序列被聚为5大类,BbGPPS与其他菊科植物聚类一类,与万寿菊(Tagetes erecta)TeGPPS亲缘关系最近,其次是甜菊(Stevia rebaudiana)SrGPPS。     

小麦牻牛儿牻牛儿基脱氢酶基因的克隆及电子定位与表达分析

为更好地了解小麦维生素E的生物合成并将其应用于营养品质改良,以电子和实验克隆相结合的方法克隆分离了小麦牻牛儿牻牛儿基脱氢酶（GGH）基因的cDNA序列,序列号为DQ139268。序列分析结果表明,该cDNA序列含有一个完整的开放读码框,编码462个氨基酸,含有保守的ChlP结构域,氮端有信号肽序列,定位于叶绿体中。氨基酸序列比对和系统发育分析结果显示,不同物种之间GGH基因编码的氨基酸序列同源性都较高。用生物信息学工具将该基因定位于小麦第六部分同源群的长臂上。RTPCR和电子组织表达分析结果显示该基因在光合器官中表达量丰富,这可能与其亚细胞定位有关。     

茶树GGPS基因家族的克隆、生物信息学和表达分析

牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶(Geranylgeranyl diphosphate synthase,GGPS)是萜类合成途径的结构酶,对植物生长发育具有重要意义。本研究通过RACE和RT-PCR方法克隆得到5条潜在的茶树GGPS序列,分别命名为CsGGPS1-4和CsGGPS9,其中CsGGPS9存在3条等位基因,分别是CsGGPS9-1、CsGGPS9-2和CsGGPS9-3,在系统进化树上与其他基因分成两支。蛋白质序列分析表明,茶树GGPS家族成员都具有polyprenyl_synt结构域,不存在信号肽序列。亚细胞定位预测结果显示,CsGGPS1、CsGGPS2和CsGGPS4定位在叶绿体上,CsGGPS3和CsGGPS9定位在线粒体上。通过Swiss Model进行三维建模,结合"three-floor"模型对茶树GGPS家族成员的功能进行预测,预测结果显示,CsGGPS1、CsGGPS2和CsGGPS4是GGPS;CsGGPS3是异源二聚体形式的牻牛儿基焦磷酸合酶的小亚基;CsGGPS9的催化主产物是碳链数大于30的异戊烯基焦磷酸。q RT-PCR分析表明,CsGGPS1整体表达丰度较低,仅在一芽二叶中表达量稍高;CsGGPS2在茶树各个组织中均有表达,在花中表达量最高,且花发育过程中表达量先上升后下降;CsGGPS3在叶和幼根中的表达量高于花,花发育过程中表达平稳;CsGGPS4在茶树各个组织中表达量数值相近,在花发育过程中表达量变化趋势与CsGGPS2相同;CsGGPS9的表达量在成熟叶中显著低于幼嫩叶片。     

小麦(牛龙)牛儿(牛龙)牛儿基脱氢酶基因的克隆及电子定位与表达分析

为更好地了解小麦维生素E的生物合成并将其应用于营养品质改良,以电子和实验克隆相结合的方法克隆分离了小麦(牛龙)牛儿(牛龙)牛儿基脱氢酶(GGH)基因的cDNA序列,序列号为DQ139268.序列分析结果表明,该cDNA序列舍有一个完整的开放读码框,编码462个氨基酸,含有保守的ChlP结构域,氮端有信号肽序列,定位于叶绿体中.氨基酸序列比对和系统发育分析结果显示,不同物种之间GGH基因编码的氨基酸序列同源性都较高.用生物信息学工具将该基因定位于小麦第六部分同源群的长臂上.RT-PCR和电子组织表达分析结果显示该基因在光合器官中表达量丰富,这可能与其亚细胞定位有关.     

茶树GDP-D-甘露糖焦磷酸化酶基因cDNA全长的克隆与表达分析

抗坏血酸（Vc）是重要的抗氧化剂,在茶树体内的各种生理代谢及抵御非生物胁迫中起重要作用,Vc含量关系到绿茶品质优劣。GDP-D-甘露糖焦磷酸化酶（GMP）是茶树Vc生物合成途径中的关键酶之一。本研究通过RACE-PCR方法从茶树中克隆了GMP cDNA全长序列,共计1510βbp,其中包含1β086βbp的开放阅读框（ORF）,编码361个氨基酸,推测蛋白分子量为39.599βkDa。BLAST分析表明,茶树GMP基因氨基酸序列与猕猴桃的亲缘性最高,达到96%。实时定量PCR分析表明,茶树新梢芽下第三叶中GMP基因表达量最高,嫩茎中最低,不同品种茶树新梢叶片中表达量存在明显差异。高温胁迫初期,GMP基因表达量及抗坏血酸含量迅速升高,然后逐渐下降且均低于同期对照。     

茶树S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因的克隆和序列分析

从茶树叶片中提取总RNA ,经反转录合成cDNA第一链。以cDNA第一链为模板 ,分别用三对PCR引物扩增SAM合成酶基因的中间主片段、 3 端和 5 端片段 ,最后经BLAST比较及重叠区域拼接得到完整的SAM基因序列。所得序列长 130 3bp ,编码 394个氨基酸。与中华猕猴桃、番茄、长春花SAM合成酶基因的核苷酸序列的同源性分别为 87% ,83 %和 83%。氨基酸序列与三角杨、猕猴桃、番茄、长春花等的SAM氨基酸序列的同源性为 92 %～ 90 %。证实所获得的基因序列为茶树SAM合成酶基因     

茶树ACC合成酶基因全长cDNA的克隆及其生物信息学分析

乙烯是一种重要的植物激素,参与植物许多生理过程。ACC(1-氨基环丙烷-1-羧酸)合成酶(ACS)是植物乙烯合成过程中的限速酶,对乙烯的合成具有重要的调控作用。利用其它植物ACS基因的保守序列设计兼并引物,采用RACE(Rapid Amplificationc DNA Ends)和RT-PCR等技术,克隆得到编码茶树ACS基因的全长cDNA序列,长1579bp,编码478个氨基酸,预测分子量约为53.7kD,等电点8.039,GenBank登录为EF205149。以Neighbor-Joining法构建进化树,发现茶树ACS基因与柿树中的同类基因亲缘关系最近。茶树ACS基因的克隆为从分子水平认识乙烯在茶树上的生理作用奠定了基础。     

茶树咖啡碱合成酶基因mRNA表达的研究

采用原位杂交技术对茶树咖啡碱合成酶基因mRNA的表达进行了研究。结果表明,茶树叶片的表达主要在栅栏组织,该组织的细胞质、细胞核上均有表达,而液泡却没有;叶主脉表达分布在薄壁组织、韧皮部,但韧皮部表达稍弱;幼茎表达分布在韧皮部;不同品种之间的表达位置基本相似、表达信号却有差异。结果还显示,春梢第一片叶比秋梢第一片叶表达信号强;加工技术上绿茶摊青过程0.5 h、1 h、2 h有明显表达信号,而红茶萎凋6 h、8 h、10 h及乌龙茶摇青过程6 h、8 h、10 h的叶子则看不到。     

巴西橡胶树一个新的法尼基焦磷酸合酶基因的克隆及表达分析

利用同源克隆的方法在橡胶树中获得一个新的法尼基焦磷酸合酶基因,命名为Hb FPS2。序列分析显示,Hb FPS2基因组序列长4 171 bp,由12个外显子和11个内含子组成,c DNA全长1 288 bp,包含1 029 bp的开放阅读框、105 bp的5′-UTR和154 bp的3′-UTR,编码342个氨基酸,推测分子量为39.6 ku,等电点为5.27。氨基酸序列比对显示,Hb FPS2具有FPS家族保守的5个结构域。进化分析结果表明,Hb FPS2和Hb FPS1亲缘关系最近,与大戟科的蓖麻、大戟、麻风树法尼基焦磷酸合酶聚为一个亚类。定量PCR结果表明,Hb FPS2在橡胶树根、树皮、叶、花和胶乳等组织中均有表达,在花和胶乳中表达量较高,在根中表达量最低;茉莉酸和乙烯处理均能提高Hb FPS2基因的表达量,处理9 h时基因表达量分别提高了36倍和8倍。结果为分析法尼基焦磷酸合酶基因表达特性及其在天然橡胶生物合成途径中的作用机制奠定基础。     

茶树咖啡因合成酶基因RNA干涉表达载体构建

咖啡因合成酶（TCS）是茶树咖啡因生物合成途径中的一个关键酶,催化7-甲基黄嘌呤转变为可可碱和可可碱转变为咖啡因。抑制TCS基因表达是培育低咖啡因茶树的最有效途径。用RT-PCR方法扩增茶树TCS基因的两个cDNA片段,并克隆入T-载体中。干涉载体和TCS基因片段的T克隆经限制性内切酶两次双酶切与连接,将两个TCS基因片段分别反向重复插入到干涉载体pFGC5941,构建了TCS基因的RNA干涉载体,分别命名为pFGC5941-TCS02和pFGC5941-TCS03。经PCR和DNA测序获得验证。TCS基因RNA干涉载体的构建为培育低咖啡因茶树奠定了基础。     

茶树无色花色素还原酶基因克隆及表达分析

采用EST测序技术和3′RACE技术,获得了茶树儿茶素代谢途径中的一个重要酶—无色花色素还原酶的全长基因,在GenBank的登录号为EF205148,序列全长1 301 bp,其中开放阅读框长1 029 bp,编码342个氨基酸,3′端有一个明显的多聚腺苷酸加尾信号,推测的蛋白分子量约为37.5 kD,理论等电点为5.81。将该基因重组到表达载体pET-32a(+)中进行原核表达,经IPTG诱导、SDS-PAGE检测,结果表明茶树无色花色素还原酶基因能在大肠杆菌BL21中表达,电泳检测到一条大约60 kD的外源蛋白,与预测的融合蛋白分子量相符。同源性分析表明茶树无色花色素还原酶基因编码的氨基酸序列与其他植物具有较高的相似性,例如与亚洲棉、草莓和葡萄的相似性分别为70%、68%、71%。利用半定量PCR技术检测总儿茶素含量不同的4个茶树品种中与类黄酮合成相关的黄酮醇合成酶(FLS)、二氢黄酮醇-4-还原酶(DFR)、无色花色素还原酶(LAR)、花色素合成酶(ANS)等7个基因的表达情况,结果表明DFR和LAR基因的表达量与茶树中总儿茶素含量呈一定的相关性,而其他基因则与其相关性不大。     

茶树磷酸烯醇式丙酮酸转运子基因CsPPT的克隆与表达分析

以白叶1号为试验材料,通过RT-PCR和RACE技术克隆获得茶树磷酸烯醇式丙酮酸转运子基因CsPPT（GenBank登录号：KJ652972）。CsPPT完整ORF长度为1β227βbp,编码408个氨基酸,蛋白分子量为44.7βkDa,理论等电点为10.16;无信号肽位点,属于非分泌型蛋白;建立了茶树CsPPT蛋白的系统发育树;磷酸化修饰预测该蛋白质多肽链中共有26个磷酸化位点;TMHMM预测表明CsPPT蛋白为跨膜蛋白;亚细胞定位发现,CsPPT蛋白定位于叶绿体上,推测CsPPT蛋白可能定位于叶绿体膜上。荧光定量PCR结果表明CsPPT基因在茶树花中表达量最高,其次为芽、叶和嫩茎,根中最低。     

茶树CsCDF1基因克隆及表达分析

采用SMART-RACE技术克隆了茶树Dof（DNA binding with one finger）基因CsCDF1的全长cDNA序列,并利用在线生物信息学软件对其进行了分析。采用实时荧光定量PCR分析该Dof基因在茶树不同组织间的表达差异和昼夜表达规律,及其在氮饥饿处理2周后对不同浓度氮素诱导的响应。该cDNA序列全长1β606βbp,包含1个编码464个氨基酸的完整开放阅读框,含有高度保守的DOF结构域,推导的蛋白分子量为50.8βkDa,理论等电点（PI）为5.52;其编码的蛋白序列与茸毛烟草、马铃薯和美花烟草的CDF蛋白（Cycling dof factor）相似性分别为69%、67%、68%。系统发育分析结果表明,该基因编码的氨基酸序列与拟南芥CDF蛋白聚为一类,因此将其命名为CsCDF1;CsCDF1在3个不同茶树品种根系中的表达量均高于一芽二叶和成熟叶;在一天中,该基因的表达呈现出昼夜节律变化;在氮饥饿后重新供氮,不同组织中该基因对不同浓度氮素的响应均为上调。     

茶树磷转运蛋白基因CsPT4的克隆、亚细胞定位及表达分析

茶园中磷肥的利用效率取决于茶树体内与磷元素吸收、转运及生理利用等相关蛋白的协同调控,而磷转运蛋白(Phosphate transporter proteins,Phts)在此过程中起着关键的调控作用。本研究以茶树品种龙井长叶(Camellia sinensis cv.Longjing-changye)为试验材料,采用同源克隆的方法首次克隆获得茶树磷转运蛋白编码基因Cs Pht1:4(Cs PT4)的全长c DNA。该基因全长1 642 bp,开放阅读框(ORF)1 620 bp(Gen Bank登录号:KY132100),编码539个氨基酸。生物信息学分析显示,Cs PT4基因编码蛋白分子量为59.12 k D,理论等电点(p I)为8.51;具有典型的Pht1家族特性:"6-亲水-6"跨膜结构。亚细胞定位结果显示,该蛋白分布于质膜上,与Softberry软件预测结果一致。荧光定量PCR表明:Cs PT4在正常生长的茶树根、茎、嫩叶、老叶中均有表达,在老叶中的表达量较高,在根部表达量最低。低磷处理,根和叶中Cs PT4上调表达水平均先上升后下降;根部Cs PT4表达量48 h内各个时间点均高于叶部。缺磷处理,根和叶中Cs PT4上调表达水平均升高;根部和叶部分别在72 h和48 h达最大值。本研究为茶树响应低磷的分子机制提供了参考。     

茶树丝氨酸羧肽酶基因的克隆及表达分析

近年来,人们发现丝氨酸羧肽酶类蛋白(SCPL)参与植物次生代谢产物的酰基转移过程,即具有转酰基功能。本研究采用RT-PCR技术,获得了3个茶树丝氨酸羧肽酶基因的全长序列;生物信息学分析表明,3个CsSCPL蛋白均包含了1个底物结合位点、3个催化作用保守区和多个N-糖基化位点,及其Ser-Asp-His三联体催化中心等SCPL家族的典型特征;进化树分析表明,3个CsSCPL可能具有酰基转移酶的功能。实时荧光定量PCR结果表明3个基因在芽叶茎根中都有表达,其中,CsSCPL1和CsSCPL3在叶中的相对表达量明显高于茎和根,而CsSCPL2则在根中高表达。本研究成功地将CsSCPL重组到表达载体pET32a(+)上进行原核表达,并对诱导时间及诱导温度进行了优化;经IPTG诱导、SDS-PAGE检测,目标蛋白条带分子量为70 kD,与预测大小相符。     

茶树查尔酮异构酶基因克隆及序列分析

茶叶是世界上最流行的无酒精饮品之一,含有许多有价值的次生代谢产物,如儿茶素类物质。分离和克隆重要的茶树功能基因,对利用基因工程技术进行茶树遗传调控具有重要意义。本文采用EST测序技术和T4RNA连接酶介导的5′RACE技术,获得了一个茶树儿茶素代谢中的重要基因—查尔酮异构酶（CHI）基因,在GenBank登录（DQ904329）,其序列全长1 163 bp,其中开放阅读框长723 bp,编码240个氨基酸,3′端有一个明显的多聚腺苷酸加尾信号,推测的蛋白分子量约为26.4 kD,理论等电点为5.19。序列分析表明它与番茄CHI基因序列的亲缘关系比较近。     

茶树磷酸烯醇式丙酮酸转运子CsPPT2基因的克隆和分析

以茶树(Camellia sinensis)白叶1号为材料,应用RT-PCR和RACE技术克隆获得茶树磷酸烯醇式丙酮酸转运子家族一个基因CsPPT2的c DNA序列,并与茶树体内另一个磷酸烯醇式丙酮酸转运子家族的基因CsPPT1在不同时期和不同部位的表达进行比较。CsPPT2的c DNA全长1 469 bp,其中开放阅读框(ORF)为1 218 bp,编码406个氨基酸。通过生物学信息分析表明,CSPPT2蛋白分子量为44.6 k D,理论等电点为9.90,CsPPT2有6个跨膜区,属于疏水性叶绿体跨膜蛋白。聚类分析显示,茶树磷酸烯醇式丙酮酸转运子家族分为2个亚组,而CsPPT1与CsPPT2属于不同亚组。荧光定量结果分析表明,两个基因可能在茶树体内功能不同,CsPPT2在所考察的组织中均有表达,且在根和成熟叶片中表达量远大于CsPPT1;CsPPT1在茎和复绿前的幼嫩芽叶中表达量高于CsPPT2。在白化期起始时CsPPT2有短暂的升高,但伴随白化受到较大的抑制,表明CsPPT2的表达抑制可能是白叶1号低儿茶素高氨基酸品质形成的关键因素。     

茶树肉桂酸4-羟基化酶基因的克隆及表达分析

肉桂酸4-羟基化酶（Cinnamate 4-hydroxylase, C4H）是茶树苯丙烷代谢途径中的关键酶,能够影响木质素和类黄酮等次级代谢物的生物合成。本文采用5′-RACE技术,克隆了茶树肉桂酸4-羟基化酶基因（CsC4H）的全长序列,其中开放阅读框长1β518βbp,编码505个氨基酸,推测蛋白分子量为58.15βkD,理论等电点为9.29。利用基因组步移技术克隆得到该基因上游1β840βbp的启动子序列。该启动子区域除了分布有TAAT-box和CAAT-box等基本转录元件外,还存在多个诱导型和组织特异型的顺式作用元件。实时荧光定量PCR结果表明该基因在芽、叶、茎、根中都有表达。将该基因重组至表达载体pYES-DEST52上,并在酿酒酵母WAT11中进行真核表达。利用LC-MS方法检测酶反应产物,结果表明目的蛋白能够催化肉桂酸生成p-香豆酸。     

茶树CsLHTs亚家族基因的克隆与表达分析

氨基酸是茶叶的重要品质成分和氮素贮存形式,因此开展茶树体内氨基酸转运蛋白的研究尤为重要。本研究从茶树转录组中筛选得到5条茶树LHTs(Lysine histidine transporters,赖氨酸/组氨酸转运蛋白)家族基因序列,并从龙井43中成功克隆获得4个茶树LHTs基因,分别命名为CsLHT1、CsLHT6、CsLHT8.1和CsLHT8.2。对该亚家族编码的氨基酸序列的理化性质和功能结构进行预测,结果显示CsLHTs亚家族含有9~11个跨膜区;且含有与氨基酸转运相关的结构域。为了明确在不同茶树品种和氮素水平间CsLHTs基因的表达差异,本研究选用3个茶树品种的扦插苗为试验材料,水培条件下氮饥饿两周后,分别用0.2、2、10mmol·L^-1的NH4NO3进行处理。利用qRT-PCR分析了CsLHTs在不同组织间的表达情况,结果表明4个基因在茶树营养组织中均有表达。经氮素处理后,CsLHTs基因在3个氮素水平和3个品种中呈现出不同的变化规律。CsLHT1、CsLHT6和CsLHT8.2在品种间的表达差异程度高于不同氮素水平间的基因表达差异。CsLHT8.1对氮素处理有明显的响应,尤其经0.2mmol·L^-1和10mmol·L^-1的NH4NO3处理72h后,在氮高效品种中茶302根中呈上调表达,表明CsLHT8.1可能参与氨基酸由根部向地上部的转运过程。     

茶树CsGPX基因全基因组鉴定和表达分析

为明确茶树谷胱甘肽过氧化物酶(CsGPX)基因与非生物胁迫的关系,本研究利用生物信息学手段在茶树基因组中筛选得到3条CsGPX基因,对其编码蛋白理化性质、基因结构、系统进化树、顺式作用元件进行了分析。结果表明,CsGPX包含完整GPX结构域和3段保守序列,都具6个外显子。预测启动子上有参与植物激素和非生物胁迫响应的顺式作用元件。使用实时荧光定量PCR测定该基因的表达谱,发现它们在不同组织中的表达有显著差异。进一步分析表明,CsGPX被低温、ABA、盐以及干旱处理上调表达,但CsGPX2和CsGPX3的表达受低温抑制。本研究为茶树CsGPX家族基因克隆和功能验证提供基础。