番茄N-聚糖酶基因SlaPNGase1的功能分析

番茄(Solanum lycopersicum)作为新疆红色产业,对当地经济发展有重要意义。由于新疆气候特点,无霜期较短,导致番茄被集中采收。加工能力不足,番茄采摘后被搁置数天,伴随高温天气,番茄成熟过度,导致软化变质,造成严重的经济损失和资源浪费。本试验为研究N-聚糖酶基因SlaPNGase1在番茄果实成熟软化过程中的潜在生物学功能,以加工番茄‘里格87-5’为材料,克隆到番茄N-聚糖酶基因SlaPNGase1(Solyc06g051020)及其上游2 220 bp的启动子序列。通过生物信息学初步分析,发现SlaPNGase1含有信号肽序列,不含有跨膜结构域,该启动子中含有多个与果实成熟应答相关的顺式作用元件。通过实时定量PCR检测SlaPNGase1在番茄幼苗根、茎、叶,开花后5 d幼果(DPA5),成熟绿果(DPA33),成熟红果(DPA52)中的转录表达水平(day post-anthesis, DPA)。结果显示,SlaPNGase1在番茄成熟红果中的表达水平最高。构建启动子活性分析载体prPNG1::GUS,对T1代转基因番茄果实进行GUS染色,结果表明,SlaPNGase...     

柽柳GRAS转录因子基因启动子克隆和表达分析

克隆获得柽柳GRAS 转录因子基因启动子序列,并对其表达模式进行分析,从而初步探究GRAS转录因子基因的表达特征和功能。CTAB法提取刚毛柽柳基因组DNA,按照Genome Walking Kit 说明克隆GRAS 转录因子基因启动子序列,将克隆获得的GRAS 转录因子基因启动子序列定向替换pCAMB1301 载体上的35S启动子序列,构建融合表达载体,以驱动GUS 基因表达,瞬时侵染拟南芥后进行GUS 基因的染色。成功克隆获得刚毛柽柳936 bp 的GRAS 转录因子基因启动子序列。PLACE 和PlantCARE 数据库分析结果表明该启动子不仅包含启动子区的核心元件CAAT-box 和TATA-box,还含有多个与逆境应答有关的顺式调控元件。成功将GRAS 基因启动子序列定向置换pCAMBIA1301 的35S 启动子,构建重组载体PGRAS::GUS。瞬时转化拟南芥后GUS 染色,结果显示转基因拟南芥叶片被染色而根部着色较浅。初步表明克隆获得的GRAS 基因启动子具有启动子表达活性,其可能参与了柽柳的抗逆应答,为进一步分析该基因的抗逆功能和抗逆机制奠定了基础。     

基于高通量测序分析中华辣椒果实发育期相关的miRNA

辣椒的成熟过程是一个受基因调控表达以及多种通路协作完成的复杂的过程,其中microRNA在调控基因表达方面具有重要的作用。本研究为了进一步探索辣椒果实中miRNA及其靶基因在果实成熟过程中的功能,构建了中华辣椒(Capsicum chinense)绿熟期、转色期、红熟期不同成熟时期果实的小RNA文库,并利用生物信息学分析探讨其调控过程中的信号通路。结果表明,三个时期分别获得22 138 507、17 692 000和14 480 729条miRNA序列,共鉴定出149条保守的miRNA。其中,绿熟期到转色期下调表达和上调表达的miRNA分别有3和7条,绿熟期到红熟期下调表达和上调表达的miRNA分别有26和22条,说明microRNA参与了果实成熟的过程。靶基因预测及功能富集分析显示它们可能参与了乙烯、生长素、细胞分裂素、脱落酸、茉莉酸介导的信号途径。本研究结果为今后辣椒成熟中的激素调节变化的研究提供了可能的理论依据。     

紫心甘薯IbCHS基因启动子的克隆及功能分析

利用hi Tail-PCR从紫心甘薯‘A5’基因组DNA中扩增得到查尔酮合成酶IbCHS基因5'端上游2470 bp的一段序列,用PlantCARE软件序列分析表明,该序列含有启动子基本元件CAAT-box和TATA-box,还有赤霉素应答元件、光应答元件、MYB和bHLH转录因子结合元件,初步推测其为IbCHS基因的启动子,命名为PIbCHS基因启动子。将PIbCHS启动子从5'端进行截短克隆,得到了4个长度不同的启动子5'缺失片段,由长到短分别命名为PS1、PS2、PS3和PS4。分别构建了PIbCHS、PS1、PS2、PS3和PS4驱动GUS基因的真核超表达载体,瞬时转化烟草叶片发现,PIbCHS、PS1、PS2、PS3均有启动子活性,但是PS4不能驱动GUS基因的表达,说明PIbCHS启动子的驱动核心区域主要位于PS3和PS4之间的部位。稳定转化拟南芥表明,PIbCHS能够启动GUS基因的表达。     

番茄果实特异性启动子2A11的基因克隆及功能研究

采用巢式PCR技术从番茄基因组DNA克隆到长度1.3kp的果实特异性2A11启动子基因。序列分析表明,克隆到的基因序列2A11启动子转录起始位点上游的621bp处缺失了已报道的番茄2A11启动子基因（GenBank ID M87659,1993）序列中的“tatattgttaacttcttgttgaattaaagcaat”片段,其同源性为61%,登入GenBank,ID号为DQ453963;构建植物表达载体pCAMBIA2A11,用农杆菌介导侵染番茄果实,GUS基因瞬间表达结果表明,该2A11启动子基因具有驱动GUS基因在番茄果实中特异性表达的功能。研究结果表明成功地获得2A11果实特异性启动子基因,为下一步转基因番茄口服疫苗的研制奠定了一定的基础。     

重组des-pGlu1-Brazzein基因植物表达载体的构建及对人参果的遗传转化

本研究通过对茄科植物的E8基因的非编码区DNA序列进行亲缘关系及功能元件保守性分析,发现E8基因的非编码区包含ERE,茉莉酸和低温干旱应答等基序并存在较高的保守性,表明利用果实特异性E8启动子改善同属茄科茄属的人参果果实风味更具特异性;利用密码子偏爱性优化设计甜蛋白Brazzein,采用亚克隆技术成功获得甜蛋白des-pGlu1-Brazzein基因和E8启动子基因,经Blast对比均与GenBank中已报道的序列高度同源,并利用2KGQ模型分析des-pGlu1-Brazzein基因的空间结构特性;以中间载体pHANNIBAL及植物表达载体pCEPSP为基础,分别构建由E8启动子及35S启动子驱动的兼具重组甜蛋白及除草剂抗性的植物表达载体,并通过农杆菌介导法进行人参果的遗传转化,获得转化再生植株54株,经检测从中筛选出15株阳性植株,初步确定已经完成目的基因整合到人参果基因组中。     

拟南芥RBCS-1A基因受光调节表达模式及其启动子遗传转化应用评价

RBCS编码光合碳同化关键酶核酮糖1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶的小亚基, 是控制植物光合作用的重要基因之一。本研究利用实时荧光定量PCR技术分析拟南芥RBCS-1A受光调节表达模式, 结果表明, AtRBCS-1A表达受光诱导, 同时具有组织表达特异性; 运用生物信息学手段分析发现, 该基因启动子序列中存在多个参与光应答的顺式作用元件; 采用PCR技术从拟南芥基因组中分离到长度为1 691 bp的AtRBCS-1A启动子片段, 将该片段与GUS报告基因融合构建植物表达载体并转化野生型拟南芥, 对获得的转基因植株进行GUS染色, 结果显示, AtRBCS-1A启动子是光诱导型和组织特异型启动子。以上结果初步证明, AtRBCS-1A启动子应用于植物遗传转化切实可行, 具有重要应用价值。     

大豆GmWRI1a基因启动子克隆及序列分析

以大豆基因组文库Phytozome公布的大豆Williams82基因组序列为参考,应用Primer Premier 5.0软件设计引物,用PCR技术扩增了大豆GmWRI1a基因的启动子序列,构建了重组克隆载体pGM-TpGmWRI1a,并通过PCR扩增对阳性克隆进行鉴定送测序。克隆获得GmWRI1a基因启动子序列1 686bp,该启动子序列除含有必需的起始转录位点、TATA-box、CTTA-box外还包含多个顺式作用元件,如光应答元件、赤霉素应答元件、表达分生组织相关元件、抗旱诱导元件等。同时,构建了该启动子植物表达载体pBI-pGmWRI1a,通过PCR扩增、限制性酶切对阳性克隆进行了鉴定,为启动子的功能研究奠定基础。大豆GmWRI1a基因启动子克隆与序列分析,将为进一步研究大豆GmWRI1a基因的表达调控及其功能分析提供参考。     

紫苏HPPR基因启动子的克隆及植物表达载体构建

以前期获得的紫苏HPPR基因的c DNA序列为模板,通过设计特异性引物和染色体步移的方法分离出HPPR基因启动子,全长2 216 bp,以此研究HPPR基因启动子的结构及功能特点。生物信息学分析表明,该序列中存在TATA-box和CAAT-box等典型的真核生物启动子基本元件,以及对茉莉酸甲酯、生长素、水杨酸和脱落酸等植物激素应答相关的顺式作用元件,另外也存在非生物胁迫顺式作用元件。将HPPR启动子部分缺失序列替代p BI121载体中的Ca MV35S启动子,构建了与GUS融合的启动子元件缺失表达载体。本试验的研究为该启动子在今后紫苏转基因定向改良提供了有用的候选资源。     

白桦4CL基因启动子克隆及表达分析

为研究4-香豆酸辅酶A连接酶基因(4CL)在白桦木质素合成代谢过程中的组织特异性表达,利用染色体步移法克隆其启动子,用该启动子定向置换pBI121载体的35S启动子,构建重组载体P_(4CL)::GUS。利用瞬时转化法将重组载体转入白桦实生苗茎后进行GUS染色。结果显示:获得了4CL基因编码区起始密码子上游长1344 bp的启动子序列,该启动子除分布有TATA-box、CAAT-box等基本的转录起始元件外,还存在多个顺式作用元件序列位点,包括35S启动子作用元件ASF,参与脱落酸响应的顺式作用元件ABRE,参与茉莉酸甲酯响应的顺式调控元件CGTCA-motif,以及光反应元件G-Box、ACE、4CL-CMA2b等;启动子表达分析结果显示经过瞬时侵染的白桦茎段被染成蓝色。以上结果表明克隆获得的4CL基因启动子具有启动子表达活性,其可能参与了白桦木质部的发育。     

马铃薯细胞壁蔗糖转化酶基因StCWIN1启动子克隆与表达及其在干旱胁迫下的作用分析

植物细胞壁蔗糖转化酶（cell wall invertase,CWIN）是源、库组织蔗糖代谢及胁迫应答的关键酶。本研究利用基因步移法克隆马铃薯StCWIN1启动子片段,应用PlantCARE在线软件对启动子区域的作用元件进行分析,将融合StCWIN1启动子与GUS报告基因的表达载体转化拟南芥野生型,并利用组织化学染色和GUS实时定量PCR技术探究启动子表达活性、组织表达特性和响应干旱胁迫的表达规律。结果表明,克隆获得StCWIN1基因上游1956 bp启动子序列,其中包含核心调控、植物激素、防御及胁迫、光响应等关键元件;StCWIN1启动子在根、柱头和果荚组织中的表达活性高于其他组织;转StCWIN1启动子拟南芥株系叶片中GUS表达量高于野生型,且干旱胁迫显著抑制了GUS相对表达量。本研究克隆得到具有活性的StCWIN1启动子,基于研究结果推测目的基因可能参与根、花和果实等器官发育,对干旱胁迫也发挥应答调节作用。     

葡萄细胞分裂素响应调节因子VvRR2启动子的克隆与活性分析

细胞分裂素在植物果实生长发育进程中具有重要作用。前期我们对葡萄细胞分裂素响应调节因子基因VvRR2进行了研究,结果发现VvRR2转录本受到多种因素的诱导调节。本研究在此基础上采用同源克隆方法在葡萄中克隆了细胞分裂素响应调节因子基因VvRR2启动子,生物信息学预测分析发现VvRR2启动子序列富含CAAT-box和TATA-box基本元件,还有与光响应、激素应答、组织特异和逆境相关的顺式作用元件。VvRR2启动子连接至pC0390GUS载体,转化烟草叶片,GUS酶活性分析显示VvRR2启动子具有活性。用细胞分裂素和脱落酸处理转化烟草叶片后VvRR2启动子活性没有改变;用生长素、赤霉素、茉莉酸甲酯和水杨酸处理后VvRR2启动子活性显著提高。     

苦瓜转录因子McEIL2的克隆及其表达分析

本研究从已构建的苦瓜果实均一化文库筛选得到一个EIN3-like同源EST序列,结合RACE技术,克隆得到EIN3基因c DNA全长序列,命名为Mc EIL2(Gen Bank登录号:KF595122)。该基因全长2 122 bp,开放阅读框1 890 bp,编码629个氨基酸,预测该蛋白的分子量为71.58 k D,与黄瓜Cus EIN3、甜瓜Cm EIL1、苜蓿Mt EIL1、绿豆Vr EIL1和番茄Le EIL1的蛋白同源性分别为89.61%、78.37%、71.23%、69.09%和65.66%。Mc EIL2基因的编码蛋白亚细胞定位于细胞核,荧光定量分析表明Mc EIL2基因表达量在幼果期先强后弱,绿熟期最低,破色期表达量大幅增加至最高随后下降,推测该基因参与苦瓜果实成熟软化调控过程。本研究初步明确了Mc EIL2基因在苦瓜成熟过程表达模式,可为今后进一步揭示苦瓜果实成熟软化的分子机制奠定基础。     

甘蓝型油菜A7-FT启动子的功能分析

为了利用PCR技术得到甘蓝型油菜A7-FT基因启动子序列,根据甘蓝型油菜全基因组序列,利用启动子在线预测软件预测其功能与结构,根据其预测的顺式元件的分布,从5′端开始缺失的方式获得5个不同片段长度的启动子序列。构建含不同片段长度启动子的GUS基因表达载体,利用农杆菌介导拟南芥,得到T_2幼苗,经过GUS染色与脱色,探讨A7-FT基因启动子的功能,为研究甘蓝型油菜开花调控机制提供理论基础。通过PCR技术从甘蓝型油菜湘油15号基因DNA中获得A7-FT基因启动子序列。利用PLACE和PlantCARE在线工具对该段序列进行预测,发现A7-FT基因启动子除了存在启动子核心元件CAATbox和TATAbox,还有光应答元件、激素应答元件、胚乳表达应答元件、抗逆性应答元件、生理控制相关的顺式作用元件。基于预测的顺式作用元件的分布情况,设计特异性引物,克隆不同片段长度启动子,与pCAMBIA1303载体构建5′端缺失载体,分别命名为M1、M2、M3、M4、M5。通过农杆菌介导拟南芥,GUS染色与脱色结果显示,在-1 549～-238可能存在一些负调控元件的结合位点,而-238～+1区域是该启动子的核心区段。     

ACS基因和HBsAg基因的克隆及瞬时表达分析

本研究通过SDS法从香蕉幼嫩叶片中提取基因组DNA,通过PCR的方法对ACS启动子2.5Kb的序列进行缺失改造,克隆到了长1 185bp的ACS启动子片段,与GenBank报道序列相比较同源性为93.2%.经PlantCARE软件分析发现序列中含有多种调控元件,经预测ACS启动子可能被光、热、GA、乙烯或伤所诱导.为验证其果实特异表达活性,通过插入到pBI 101.2中间表达载体上的GUS基因5＇端前,构建了含GUS基因的瞬时表达载体pBACS.用基因枪法将pBACS转化到香蕉果实中,结果表明：用pBACS包被的金粉轰击的果实经GUS组织化学染色后,都出现兰色斑点,对照没有出现兰色斑点.因此认为GUS基因在香蕉果实成功实现瞬时表达.同时,通过改进的酚-氯仿提取法从乙肝病毒感染者的血清中提取总DNA,然后根据报道的序列设计特异性引物,同时在上游引物中引入了Kozak序列,经PCR克隆到HBsAg基因序列,长度为681bp.NCBI BLAST分析的结果表明,获得的HBsAg基因序列及推导的氨基酸序列与GenBank中所报道的序列的同源率分别为97.2%和97.4%.将经过改造的HBsAg基因替代pBACS中的GUS基因,成功构建了含有ACS启动子和HBsAg基因的香蕉树果实表达载体,为下一步转化香蕉,获得在果实中表达HBsAg蛋白的转基因植株奠定了基础.     

棉花GaLMI1-like基因功能及其启动子表达分析

LMI1基因是叶片锯齿状结构发育调控的关键基因。为了研究棉花鸡脚叶发育的机理,通过PCR扩增技术从A基因组棉花亚洲棉石溪亚1号中克隆出GaLMI1-like基因及其启动子序列,大小分别为681,1 439 bp。结构域分析发现,GaLMI1-like蛋白含有与陆地棉中同源基因一样的homeobox结构域,进一步构建了GaLMI1-like基因过表达载体p6MYC-GaLMI1-like,转化拟南芥后验证了GaLMI1-like基因具有调控叶片缺刻表型发育的功能。对启动子序列进行顺式作用元件分析,发现其除了具有CACA-box和TATA-box等基本作用元件外,还具有光响应及根、茎和叶肉特异性表达相关元件。构建了GaLMI1-like启动子的GUS融合表达载体并转化拟南芥,GUS染色结果显示,该启动子能够驱动GUS基因在根中柱、茎和叶片中表达,其中在叶片中染色较深。上述结果表明,GaLMI1-like基因具有调控缺刻叶形成的功能,且此调控棉花叶形发育的功能是通过GaLMI1-like启动子调控其在叶片中强表达实现的。     

水稻Osa-miR5485生物信息学分析及表达载体构建

为研究水稻microRNAs (miRNAs)的功能,本研究采用生物信息学方法分析Osa-miR5485的结构及功能注释。结果表明,Osa-miR5485前体序列具有典型的发夹结构,其启动子具有41个顺式作用元件,其中有些作用元件与非生物胁迫、激素、组织特异性表达相关。实时荧光定量PCR (RT-qPCR)分析结果发现,Osa-miR5485在幼穗具有特异性表达。利用psRNATarget和Starbase数据库预测到Osa-miR5485调控的73个靶基因。GO功能注释结果表明,靶基因主要涉及水解酶活性和碳水化合物的结合等分子功能、膜和质膜等细胞组分、胁迫应答和DNA修复等生物过程。多个Osa-miR5485靶基因表达呈现器官或组织特异性,或受干旱、ABA、JA等非生物胁迫诱导表达。RT-qPCR分析发现,Osa-miR5485表达模式与靶基因LOC_Os11g38260 (编码质体原纤蛋白)呈现相反的趋势,初步推测Osa-miR5485参与水稻生殖生长阶段的非生物胁迫反应。构建了Osa-miR5485的增强表达载体和基因编辑载体,为进一步探讨Osa-miR5485的生物学功能奠定基础。     

葡萄逆境胁迫诱导启动子的克隆及表达分析

为了研究葡萄抗逆基因(CAN70200.1)的表达特性,采用PCR技术从葡萄中克隆了CAN70200.1基因上游一段长度为1 354 bp的启动子片段,命名为PCAN。采用Plant CARE和PLACE启动子在线预测工具分析表明,PCAN启动子序列具有CAAT-box、TATA-box基本的顺式作用元件和一些参与非生物胁迫、光和植物激素应答相关的顺式作用元件。为验证启动子的表达特性,将PCAN启动子连接到p CAMBIA1391Z载体GUS基因的上游,构建成植物表达载体p1391Z-CAN,并通过农杆菌介导法转化烟草,经PCR鉴定,获得转基因植株。对转基因烟草植株进行逆境胁迫处理发现,在干旱处理120 min后,PCAN启动子活性达到最强;而4℃低温处理30~60 min时,PCAN启动子活性达到最强,表明PCAN启动子具有低温和干旱胁迫诱导表达特性。     

植物RNA干涉载体的构建并用于拟南芥芥子酶基因的表达

为了研究RNA干涉在抑制芥子酶基因TGG4和TGG5表达中的作用,本文在TGG4、TGG5编码序列中设计IT45 siRNA的特异靶序列,以拟南芥7SL-4基因为模板扩增启动子和终止子,连接并克隆到植物表达载体pBP5中,构建成了siRNA真核表达载体.同时利用花序浸泡法转化拟南芥.最后酶活测定的结果显示,TGG4、TGG5基因的表达受到了大部分抑制.这说明本研究构建的RNAj载体对基因表达沉默是有效的.     

巴西橡胶HbWRKY55启动子的克隆及功能初步分析

为深入研究巴西橡胶树HbWRKY55调控天然橡胶生物合成机制,本研究根据已克隆的巴西橡胶树HbWRKY55的序列和橡胶树基因组序列信息设计引物,通过PCR技术获得了HbWRKY55起始密码子ATG上游1 587 bp的序列,利用Plant CARE数据库对该序列的调控元件进行分析。分析结果表明该启动子序列除具有多个典型的真核生物启动子基本元件如增强子元件CAAT-box、启动子核心序列TATA-box等外,还存在赤霉素反应元件GARE-motif、P-box以及水杨酸响应元件TCA-element等参与激素调控的应答元件,同时光应答元件BoxⅠ、Gap-box、Ⅰ-box、L-box、GAG-motif和GT1-motif,胚乳表达的调控元件GCN4-motif、Skn-1_motif和厌氧诱导元件ARE等顺式作用元件也包含其中。构建了该序列的4个5'端缺失片段和荧光素酶基因融合的表达载体,瞬时表达结果表明赤霉素(GA)、水杨酸(SA)可以抑制HbWRKY55启动子的活性,脱落酸(ABA)、茉莉酸甲脂(MeJA)可以加强HbWRKY55启动子的活性。在HbWRKY55启动子的-641~-455和-237~+1可能存在抑制ABA的元件;HbWRKY55启动子的-454~-238和-66~+1存在JA应答增强元件。本研究为深入了解HbWRKY55的调控机理提供帮助。