毛竹中黄酮-C-糖基转移酶基因的克隆和生物信息学分析

糖基转移酶是催化黄酮糖苷形成的关键酶。黄酮糖苷类化合物具有抗氧化、清除自由基、调节血脂和血糖等生理作用。基于毛竹基因库测序的完成,本研究通过RT-PCR技术首次获得一条完整的毛竹黄酮-C-糖基转移酶基因开放阅读框,将其命名为PeCGT,其基因的序列长度是1342 bp。对其编码蛋白的理化性质、保守结构域以及二级结构和空间结构等进行了生物信息学分析。结果表明:PeCGT基因编码的蛋白含有447个氨基酸,分子量是47.76 kD,理论等电点为4.91,酸性氨基酸(Asp+Glu)个数为54,碱性氨基酸(Arg+Lys)个数为35。PeCGT蛋白是疏水型蛋白,不存在信号肽,存在于线粒体中。结构域预测分析结果表明,PeCGT编码的氨基酸序列具有明显的糖基转移酶特征的保守域结构PSPG。通过同源性分析,其与乌拉图小麦(Triticum urartu)、节节麦(Aegilops tauschii subsp.Tauschii)和二穗短柄草(Brachypodium distachyonhiihii)具有较高的同源性。实时荧光定量PCR结果表明:PeCGT基因在叶中的表达量最高,在根中几乎不表达,在茎中有部分表达。此研究结果为以后毛竹黄酮-C-糖基转移酶的表达和功能鉴定提供了一定的帮助。     

马铃薯块茎花色素苷合成相关R2R3 MYB蛋白基因的克隆和功能 分析

植物花色素苷的合成代谢受转录因子的调控, 其中R2R3 MYB为最主要的转录调控因子。本研究以彩色四倍体马铃薯为试材, 克隆了R2R3 MYB基因家族里调控马铃薯块茎花色素苷合成R2R3 MYB-StAN1的3个同源基因, 并利用生物信息学分析、稳定烟草遗传转化、qPCR等方法对这3个同源基因的结构和功能进行分析和鉴定, 结果表明, 这3个同源基因均含有R2和R3保守结构域, 其主要差别在于C端由10个氨基酸序列组成的重复结构(R)数目不同, 根据R数目将其分别命名为StAN1-R0、StAN1-R1和StAN1-R3, 其蛋白分子量分别为28 047.91、29 458.35和31 527.60 Da, 等电点(pI)分别为6.14、6.90和8.39, 均为亲水蛋白。通过转化烟草发现, 转入StAN1-R0、StAN1-R1和StAN1-R3后, 烟草叶片叶色变化明显, 其中转StAN1-R1烟草叶色呈深红色, 其叶片花色素苷含量最高。进一步利用qPCR分析表明, 外源StAN1使烟草叶片花色素苷合成代谢途径的关键基因(NtCHS、NtCHI、NtF3H、NtF3’H、NtDFR、NtANS、NtUFGT)上调表达, 同时烟草内源NtbHLH基因的表达显著上升; StAN1-R1可以高效地调控烟草内源NtbHLH基因和结构基因NtDFR和NtANS的表达。结果表明, StAN1的3个同源蛋白均可以调控花色素苷的合成, 而只含一个重复序列R的StAN1调控花色素苷合成的能力最强。     

甘蓝型油菜细胞质雄性不育系Polima A和陕2A的研究进展

Polima A和陕2A是两个经典实用的甘蓝型油菜细胞质雄性不育(cytoplasmic male sterility,CMS)系,这两个著名的不育系在中国乃至世界油菜杂种优势的研究和利用中发挥了重要作用.有关这两个不育系的研究,过去主要集中在形态解剖学、细胞学、生理生化、遗传学以及杂种优势的利用等方面,近年来,主要集中在分子生物学方面.本文从以上方面对PolimaA和陕2A的国内外研究状况进行了综述,介绍了近年来这两个不育系的最新研究进展,以及两个不育系在生产实践中的应用、存在的问题和解决的途径.随着分子生物学技术的不断发展,对这两个不育系的研究将会更加广泛和深入.有关Polima A和陕2A的深入研究,对进一步探索油菜CMS的分子机理,更好地利用这两个不育系为我国油菜科研和生产服务有重要意义.     

盾叶半夏凝集素基因的克隆及功能分析

为克隆盾叶半夏凝集素基因,并对其功能进行分析。采用RACE技术从盾叶半夏中克隆得到盾叶半夏凝集素基因的全长cDNA序列,命名为ppl。同时,构建了ppl基因的原核表达载体,并成功实现了33 k Da重组蛋白在E.coli BL21中的表达。纯化后的重组蛋白PPL用于凝血和体外抗癌试验。该基因的全长cDNA序列为1 504 bp,其中开放性阅读框(ORF)813 bp,编码270个氨基酸,具有3个甘露糖结合识别位点。PPL具有凝血活性,这种凝血活性可受甘露糖抑制。PPL对人鼻咽癌细胞(CNE)、人宫颈癌细胞(Hela)及人乳腺癌细胞(Bcap-37)的生长均具有抑制作用,其中对Hela细胞的抑制效果最好。为进一步研究PPL蛋白的功能奠定了理论基础。     

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。     

甜菜素合成相关基因BvDDC1的克隆与表达分析

甜菜素是一种重要的天然色素,具有广阔的应用前景。为探究调控甜菜素合成关键基因BvDDC1功能,本研究测定了不同生长阶段甜菜‘Yellow chard’的甜菜素含量和BvDDC1的相对表达量,同时采用同源克隆技术获得BvDDC1基因序列,并对其进行生物信息学分析及功能预测。结果表明:甜菜叶片中甜菜素含量随甜菜生长时间的延长呈现上升趋势,且BvDDC1在不同时期甜菜叶片中均有表达,呈现先上升后下降的趋势。甜菜素含量越高,BvDDC1表达量越高。BvDDC1序列全长为1509 bp,编码502个氨基酸,编码蛋白不具有跨膜结构,预测其在膜外发挥作用。系统进化树显示与菠菜亲缘关系较近,同源性最高。本研究结果可为解析甜菜素生物合成提供科学依据。     

红果醋栗RrFAD2基因的克隆与表达分析

本研究克隆到红果醋栗(Ribes rubrum L.)脂肪酸脱氢酶2(co-3 fatty acid desaturase,FAD2)基因cDNA全长序列,命名为RrFAD2,GenBank登录号为MT795718。RrFAD2全长1470 bp,开放阅读框序列全长1152bp,编码383个氨基酸。生物信息学分析表明,RrFAD2蛋白具有6个跨膜结构域,分子量为43.92 kD,等电点为8.93。利用荧光定量PCR分析RrFAD2基因在红果醋栗不同组织和种子发育中的表达。结果表明该基因在根、茎、叶、花、果实、种子中都表达,在种子中表达量最高,花和根中最低,具有组织特异性。在种子发育过程中,RrFAD2基因的表达先上升后下降,而种子成熟的晚期(花后80 d左右)表达量达到最高。该研究为解析红果醋栗RrFAD2基因功能和研究醋栗不饱和脂肪酸合成提供理论参考。     

西藏青稞LEA3蛋白新抗旱基因的克隆与序列分析

以强抗旱青稞冬青8号和弱抗旱青稞品比14为材料,将幼苗经干旱诱导处理12 h提取总RNA,RT-PCR同源克隆到2个有差异的LEA3蛋白抗旱基因的全编码框序列。冬青8号、品比14的LEA3蛋白基因序列全长分别为661 bp和694 bp,其中,来源于品比14的LEA3蛋白基因编码框全长639 bp,编码含213个氨基酸残基的蛋白质,该多肽含有9个重复的、由11个氨基酸残基组成的保守基元序列。而来源冬青8号的LEA3蛋白基因与之相比较除缺少33 bp核苷酸外,另有6个碱基的差异,所编码的蛋白质也相应地缺少第4个保守基元序列,由8个重复的保守基元序列组成。二者在DNA与氨基酸序列上的同源性分别为94.38%和92.02%。结果证实抗旱性不同的青稞品种之间LEA3抗旱蛋白保守基元拷贝数有差异,推测抗旱蛋白结构的差异可能对植物的抗旱性有影响。     

小麦(Triticum aestivum)蔗糖关键合成酶基因TaSPP2克隆与结构分析

磷酸蔗糖磷酸化酶(sucrose phosphate phosphatase,SPP)是蔗糖合成最后步骤的关键酶,在参与小麦(Triticum aestivum)蔗糖代谢转运和籽粒灌浆中起重要作用。为了在基因组DNA水平上揭示小麦SPP酶基因的结构特征,预测该基因所编码蛋白特性,本研究通过克隆小麦SPP酶全长基因,利用生物信息学方法,从基因结构、理化特性、进化关系、亚细胞定位、跨膜结构和二级结构等方面对该基因进行了预测和分析。结果表明:通过克隆、测序和拼接,获得小麦磷酸蔗糖磷酸化酶基因(TaSPP2),该基因全长2865 bp,包含8个外显子区和7个内含子区,被定位在小麦D基因组上。TaSPP2与粗山羊草(Aegilops tauschii)亲缘关系最近。该基因编码的蛋白分子量为47.19 kD,等电点为6.04,含有38处磷酸化位点,不含跨膜区,属于非分泌型亲水胞内蛋白。二级结构以无规则卷曲为主(45.02%),其次是α-螺旋占和延长链,无β-转角。本研究结果将为进一步验证和解析小麦TaSPP2基因的功能提供理论依据。     

沙冬青C2H2型锌指蛋白基因AmZFP1的克隆与表达分析

为了研究强抗逆植物沙冬青寒旱诱导表达基因AmZFP1(Zinc finger protein 1)的生理功能,通过转录谱分析,从中鉴定出一个受寒旱诱导的ZFP全长cDNA序列并命名为AmZFP1。利用半定量RT-PCR方法对AmZFP1进行了表达分析,结果表明,在室内正常培养的沙冬青幼苗中该基因有较高表达量,在低温或干燥处理2~48 h其表达量明显上调,尤其以干燥处理上调速度更快且上调幅度略高;在野外自然生长植株的嫩叶、花蕾和幼嫩果荚中AmZFP1均有较明显的表达,而在嫩枝和根中检测不到其转录本;在野外植株的嫩叶中,AmZFP1在严冬季节高表达,而在春、夏、秋温热季节表达水平低或很微弱。利用RT-PCR方法克隆到AmZFP1编码区cDNA(816 bp),推测其编码蛋白含有2个典型C2H2型锌指结构域及一个核定位信号。此外成功将该cDNA片段构建到植物表达载体p3300-353T上,为下一步深入开展该基因功能研究奠定了基础。     

番茄转录因子基因SlYAB2a的克隆、表达及亚细胞定位分析

为了研究番茄SlYAB2a基因的功能及其在番茄生长发育中的分子机理,以番茄的cDNA为模板,利用RTPCR技术从番茄中克隆到SlYAB2a基因,该基因编码的蛋白质由192个氨基酸残基组成,蛋白质的分子量为21.35k Da,等电点是8.79,平均亲水系数是-0.487。SlYAB2a蛋白质的6~165位氨基酸残基形成Pfam:YABBY结构域,在20~47位有1个C2C2锌指结构域,在122~181位有1个螺旋-环-螺旋结构域。二级结构分析表明SlYAB2a蛋白分子中,α-螺旋占19.79%、β-折叠占14.06%、其余66.15%为不规则卷曲。蛋白多序列比对表明SlYAB2a与马铃薯、林烟草、酿酒葡萄、大豆、拟南芥、甘蓝型油菜、花药野生稻、玉米和小麦YABBY2的一致性分别为98%,78%,71%,65%,64%,64%,58%,57%,57%,说明SlYAB2a蛋白与来源于双子叶植物的YABBY2一致性较高,而与来源于单子叶植物的一致性较低。通过聚类分析发现YABBY2蛋白明显分为单子叶和双子叶2个亚类,SlYAB2a蛋白属于双子叶亚类,与马铃薯、潘那利番茄、绒毛状烟草、林烟草等的YABBY2蛋白序列亲缘关系较近。实时定量RT-PCR分析结果表明,在番茄植物的不同生长发育时期,根、茎、叶、花、果实中,都有SlYAB2a基因表达;并且在花和青熟果实中,SlYAB2a基因表达水平远远高于其他组织。说明SlYAB2a基因在花和果实的发育过程中起着重要作用。洋葱表皮细胞瞬时表达结果表明SlYAB2a蛋白定位于细胞核中。     

黑果枸杞中调控花青素合成代谢的MYB基因克隆与序列分析

黑果枸杞中富含花青素、蛋白质、多糖等多种对人体有益的营养物质,是一种很好的药用植物。本研究对黑果枸杞cDNA进行Solexa高通量转录组测序并用PCR方法克隆黑果枸杞中MYB基因的转录因子Sl AN2。研究结果表明:该基因全长774 bp,编码257个氨基酸,分子量为29 775.84,等电点为7.79,具有两个属于SANT超基因家族的保守区,蛋白具有一定的亲水性,二级结构主要以α-螺旋和不规则卷曲为蛋白质最大量的结构原件,跨膜区分析推测该蛋白质可能不具有跨膜区,主要是在膜外进行作用。进化分析表明:SlAN2基因与番茄、矮牵牛、辣椒等物种的调节基因的亲缘关系很近。本研究为解析黑果枸杞果实中调控花青素合成代谢基因分子遗传机理、为更好的利用花青素提供了科学依据。     

阳春砂WRKY40的克隆、分析及原核表达

转录因子可有效调控植物次生代谢产物的生物合成,本研究从姜科药用植物阳春砂(Amomum villosum Lour.)中克隆获得两个WRKY转录因子基因,命名为AvWRKY 40-1和AvWRKY 40-2。两个基因的编码框分别为852 bp和885 bp,分别编码283和294个氨基酸。Av WRKY 40-1和Av WRKY 40-2编码的蛋白序列一致性为75%,在GenBank中均比对上拟南芥的WRKY 40,且均含有WRKY转录因子家族所共有的WRKKYGQK七肽序列及CX5CX23HNH锌指结构域。系统发育进化树表明:Av WRKY 40-1和Av WRKY 40-2与菠萝(Ananas comosus)的AcWRKY 71亲缘关系最近,且与单子叶植物的WRKY聚为一支。两个基因在阳春砂果皮和种子团中的表达有差异,并且与阳春砂转录组中筛选出来的萜类合酶基因表达相关性也存在差异,AvWRKY 40-1表现出与萜类合酶基因更高的相关性。成功构建了两个基因的重组表达载体pDEST 17-Av WRKY 40-1和pDEST 17-Av WRKY 40-2,经诱导表达得到其融合蛋白。本研究首次克隆阳春砂的WRKY类转录因子基因并获得其融合蛋白,为后续Av WRKY 40-1和Av WRKY 40-2的功能鉴定及其对萜类的代谢调控研究提供基础。