香蕉GAPDH基因家族的生物信息学及转录表达分析

从香蕉基因组数据库和NCBI数据库中检索香蕉GAPDH基因家族的所有成员,并采用生物信息学方法对其进行亚细胞定位、进化树分析和保守结构域预测。克隆测序发现,巴西蕉内的GAPDH基因家族成员序列与小果野蕉基因组数据库中提供的序列基本一致,同源性超过98%。转录表达分析表明,GAPDH基因家族成员在巴西蕉不同器官的表达模式多样:MaGAPCP1,MaGAPC6/8/10/11成组成型表达,其余的基因则在各组织器官间成差异型表达,且差异型表达的基因在不同组织器官中表达模式也不相同,组成型表达的基因在不同组织器官中表达模式虽相同,但表达量有差异。GAPDH基因家族成员在表达模式上的多样化,可能暗示其功能的多样化,这种多样化可能是在进化过程中为适应环境而出现的功能分化或冗余。结果为进一步研究GAPDH基因家族成员在香蕉生长、发育,非生物胁迫,果实后熟等重要生物学过程中的功能奠定基础。     

香蕉MaERF-1基因的克隆、序列分析及表达载体构建

从香蕉中克隆了1个乙烯响应因子(ERF)Ma ERF-1。序列分析表明,该基因存在1个完整的开放阅读框(ORF)729 bp,编码243个氨基酸。多序列比对和进化树分析表明,Ma ERF-1所编码的蛋白与其他植物中ERF编码的蛋白具有较高的一致性。其中与马来西亚野生香蕉同源性最高达98%,与油棕、菠萝、海枣、葡萄、荷花、烟草的Ma ERF编码的氨基酸序列的同源性分别为65%、60%、59%、54%、53%、51%。Ma ERF-1编码的蛋白质分子量为26 139.03 u,理论等电点p I为7.81,其亲水性氨基酸均匀分布在整个肽链中,多于疏水性氨基酸。通过PCR和酶切反应鉴定成功构建该基因的表达载体。     

香蕉中2条MaMLO基因的克隆及表达分析

MLO基因是一类植物特有的抗病基因,为了研究香蕉MLO基因在香蕉抗枯萎病中的作用,利用RACE技术从香蕉中克隆获得了香蕉2条MLO基因,分别命名为MaMLO1和MaMLO2。序列分析表明,MaMLO1的开放阅读框为1 473 bp,编码490个氨基酸;MaMLO2的开放阅读框为1 689 bp,编码562个氨基酸。系统进化树分析表明,MaMLO1与已登录的香蕉MLO1(XP_009413424)亲缘关系较近,MaMLO2与已登录的香蕉MLO6(XP_009411538)亲缘关系较近。组织特异性研究表明,这2个基因在香蕉各器官中均有表达,但MaMLO2在根中的表达量最大。不同激素处理下的研究表明,MaMLO1受ABA、乙烯和水杨酸诱导上调表达,受茉莉酸诱导下调表达;MaMLO2受ABA、乙烯、水杨酸和茉莉酸4种激素诱导上调表达。在感病品种中2个基因均是下调表达,在抗病品种中均是上调表达。结果表明,克隆到的2条MLO在感病品种中没有参与到香蕉抗枯萎病的过程,而在抗病品种中参与了香蕉抗枯萎病的过程。     

香蕉MaTET基因的克隆与表达分析

采用RACE技术克隆香蕉果实采后成熟相关基因MaTET的全长cDNA,利用生物信息学方法分析MaTET基因及推导蛋白的序列,再利用RT-PCR技术对该基因的组织器官表达特性和在果实采后成熟过程中的表达特性进行分析。结果表明,MaTET的cDNA序列全长为1 234 bp,包含一个852 bp的完整开放阅读框,编码283个氨基酸残基,5′端非编码区222 bp,3′端非编码区160 bp,起始密码子为ATG,终止密码子为TAG。MaTET蛋白具4个跨膜区域,属于四跨膜蛋白（Tetraspanins）,拥有多个与信号传导有关的修饰位点,在系统发生上更接近鹰嘴豆、野草莓和番茄等双子叶植物。MaTET可在香蕉根、茎、叶、花以及果实中表达,在根和叶中的表达量高于其它器官;MaTET在自然成熟香蕉果实中的微黄(TY)阶段开始上调表达,在黄多于绿(MY)阶段表达量急遽升高,随后降低,乙烯可增强MaTET表达且表达高峰提前至绿多于黄(MG)阶段,1-MCP抑制MaTET的表达。     

苎麻纤维素合成酶基因BnCesA4 cDNA序列的克隆与表达分析

利用本地BLAST工具,从先期获得的苎麻转录组数据中发掘出与多种植物纤维素合成酶基因有较高同源性的序列CL6473.以苎麻（Boehmeria nivea）栽培种湘苎3号为材料,根据CL6473设计引物,先采用PCR扩增克隆了苎麻一个纤维素合成酶基因cDNA的核心片段,再运用5′及3′RACE获得该基因全长cDNA,序列分析表明该cDNA为一个新的苎麻纤维素合成酶基因cDNA,命名为BnCesA4.BnCesA4cDNA序列全长4008bp,其中编码区全长3270bp,编码一个含1090aa的多肽,具有植物纤维素酶的保守结构域及特征氨基酸序列.根据该cDNA高可变区序列设计其特异性引物,采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）对BnCesA4基因在几个代表性苎麻品种：湘苎3号、湘苎1号、湘潭大叶白及城步青麻的木质部和韧皮部两种组织中的表达情况进行了定量分析.qRT-PCR显示BnCesA4基因在不同品种苎麻的木质部及韧皮部均有表达,表达量差异不大.     

香蕉抗坏血酸过氧化物酶基因的克隆及表达分析

抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbate peroxidase, APX)是植物重要的过氧化氢(Hydrogen peroxide, H2O2)清除酶之一。通过RACE(Rapid-amplification of cDNA ends)方法从香蕉根系cDNA均一化全长文库中获得一个抗坏血酸过氧化物酶基因,命名为MaAPX2基因。MaAPX2基因是香蕉APX基因编码框全长cDNA,包含一个750 bp的最大开放阅读框(Open Reading Frame, ORF),编码249个氨基酸的蛋白质。蛋白质序列结构域比对发现,在MaAPX2 N端具有典型的APX活性位点(APLMLPLAWHSA)和过氧化物酶近端血红素配体序列(DIVALSGGHTL)的保守结构域,属于典型的APX蛋白。系统进化树比对分析表明,MaAPX2与马蹄莲ZaAPX(AAC08576.1)的亲缘关系较近。组织特异性研究表明,MaAPX2基因组成型表达于香蕉各个组织,在叶片中表达量最大。在耐病和感病品种中,MaAPX2基因均上调表达,但在耐病品种中MaAPX2基因在所有时间点相对于对照增加的倍数均高于感病品种,表明该基因在香蕉的抗病性中起着重要作用。MaAPX2基因可以作为一个新的响应枯萎病侵染的标记基因。     

香蕉MaARF2基因的克隆及序列表达分析

利用RT-PCR方法从巴西蕉（Musa acuminata L. AAA group, cv. Brazilian）中克隆MaARF2基因,并对其进行序列及表达分析。基因克隆结果获得该基因编码片段,命名为MaARF2,全长2655 bp,编码884个氨基酸,分子量为97 917.38 Da,理论等电点pI为6.64,序列富含丝氨酸、脯氨酸,亲水性氨基酸多于疏水性氨基酸并均匀分布在整个肽链中;通过Motif Search工具发现了ARF基因所特有的B3、Auxin_resp、AUX_IAA family结构域;多序列比对和进化树分析表明,MaARF2基因编码的蛋白与其他植物中ARF基因编码的蛋白具有较高的一致性。qRT-PCR结果表明,MaARF2在香蕉根、茎、叶、花和果实中均表达, 其中叶片中表达水平最高,果实表达量最低;MaARF2在低温、盐和干旱胁迫后表达量均上调,表明其可能参与调控香蕉低温、盐和干旱胁迫响应的过程。本研究首次在香蕉中克隆了MaARF2基因,为进一步研究该基因的生物学功能奠定了基础。     

香蕉NPR1E基因的克隆及表达分析

NPR1基因可参与调节植物对病原菌的广谱抗性,在植物系统抗性中起着关键的调控作用。通过RACE(rapid-amplification of cDNA ends)方法从香蕉根系中获得NPR1E基因,命名为MaNPR1E(GenBank登录号分别为：KF582550)。MaNPR1E是香蕉NPR1基因编码框全长cDNA,包含一个1 755 bp的最大开放阅读框,编码一个含584个氨基酸的蛋白质。经蛋白质序列同源比对发现,其含有完整的BTB/POZ结构域、锚蛋白重复ANK序列和NPR1-like-C结构域,属于典型的NPR1蛋白。系统进化树比对分析表明,MaNPR1E与海枣PdNPR3(XP_008808341.1)和油棕EgNPR3(XP_010914123.1)的亲缘关系较近。组织特异性研究表明,该基因组成型表达于香蕉各组织。实时荧光定量PCR分析表明,接种枯萎病菌后MaNPR1E的表达在感病品种中被抑制,而在抗病品种中被激活;MaNPR1E的表达受乙烯利和水杨酸的诱导。上述结果表明,MaNPR1E可能在香蕉抗枯萎病过程中扮演重要的调控角色。     

三明野生香蕉Ran家族基因DNA序列克隆与生物信息学分析

Ran是一类广泛存在于真核生物中的极为保守的小G蛋白。本研究从三明野生香蕉中分离得到15条Ran家族基因DNA序列,并对基因结构、序列特征和进化关系等进行分析。结果表明,三明野生香蕉Ran家族基因与小果野蕉Ran家族基因高度同源,且具有大量多态性位点。三明野生香蕉Ran蛋白与其他植物Ran蛋白高度同源,带有GTP水解结构域、RanGAP结合结构域和酸性尾巴等Ran蛋白的典型结构域,与拟南芥AtRan3亲缘关系最近。三明野生香蕉中存在大量的Ran家族基因,预示着Ran可能具有重要的作用。本研究结果可为研究三明野生香蕉Ran家族基因的生物学功能奠定基础。     

卡特兰ChCHS1和ChDFR1基因的克隆及表达分析

以卡特兰紫色花品种‘粉女郎’（Cattleya hybrid‘Pink Lady’）为材料,采用RT-PCR和RACE方法从花瓣中分离得到了一个查尔酮合酶（chalcone synthase, CHS）和一个二氢黄酮醇4-还原酶（dihydroflavonol 4-reductase, DFR）同源基因的cDNA全长,分别命名为ChCHS1和ChDFR1,GenBank登录号分别为KP171693和KP171694。序列分析结果发现：ChCHS1的cDNA全长1 508 bp ,编码394个氨基酸;ChDFR1基因的cDNA全长1 250 bp,编码350个氨基酸。同源性检索和生物信息学分析表明,这2个基因编码的蛋白都具有各自的功能位点和保守性特征多肽序列。氨基酸序列比对与系统进化树分析显示,ChCHS1、ChDFR1基因在兰科中与蕙兰、石斛兰关系最近,与百合科关系较近。相对实时荧光定量PCR结果表明,ChCHS1 和ChDFR1都在蕾期表达量最低,伴随花朵的开放,表达量逐渐上升,最终分别在花朵盛开期和接近开放时达到最高。     

小麦盐应答基因TaSR1的生物信息学鉴定及表达验证

为发掘小麦盐应答相关基因,利用Genevestigator在线生物信息学程序,分析了25个试验中118个样品的盐胁迫试验的转录组数据,筛选到2个盐应答候选基因。以中国春小麦为试验材料,将其三叶一心期幼苗根系置于200mmol·L~(-1)的NaCl溶液中,分别处理0、0.5、1、2、4和8h,分析候选基因的表达模式。结果表明,其中1个候选基因的表达模式与生物信息学分析结果相近,受盐胁迫诱导明显上调表达,命名为TaSR1。该基因编码区含有948个核苷酸,编码315个氨基酸。TaSR1蛋白含有KRTAP和PHA01732两个保守结构域,富含脯氨酸残基。     

小麦转TPS基因植株的获得及其初步功能鉴定

为了探索利用基因工程改良小麦抗旱性和耐盐性的途径,通过基因枪法将具有抗旱和耐盐碱功能的海藻糖合酶(TPS)基因导入普通小麦品种CB9945,获得了转TPS基因的小麦植株,对T0代植株进行了PCR检测,对T2代植株进行了叶片涂抹除草剂检测并进一步进行了验证,鉴定出15个转基因株系.采用模拟抗旱、耐盐环境,对15个转基因株系进行了初步功能鉴定,发现转TPS基因小麦植株的抗旱、耐盐能力得到了一定程度的提高.     

稻瘟病菌NAD(H)激酶的生物信息学及表达分析

对稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)全基因组中可能的NAD(H)激酶进行生物信息学和表达分析。结果表明,该菌含有3个可能的NAD(H)激酶,均具有保守的ATP-NAD激酶结构域;系统进化分析显示,NAD(H)激酶随着物种的进化而进化,但重要的功能结构域相对保守;MoPOS5在稻瘟病菌各生长发育阶段和致病过程中都有稳定转录,表明其在维持正常的生长发育及定殖扩展过程中扮演着十分重要的角色。     

橡胶树磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因HbPPC1的克隆和表达分析

根据橡胶树磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)基因的部分序列设计引物,运用RT-PCR和RACE方法获得其家族成员的1个全长cDNA,命名为HbPPC1,长度3 025 bp,包含5′-UTR 34 bp,3′-UTR 93 bp,开放阅读框2 898 bp,编码965个氨基酸。预测HbPPC1分子量为110.34 ku,理论等电点为6.09。HbPPC1具有C3型PEPC的结构特征,其N端第9~17位残基是可逆磷酸化的不变序列-X-X-SIDAQLR,C端倒数第4位残基为谷氨酰胺(Q),第774位残基为丙氨酸(A)。HbPPC1与5条大戟科植物的PEPC序列(其中木薯2条、蓖麻2条、麻风树1条)的同源性达到95％。系统进化分析表明,HbPPC1与这5条序列聚在同一个进化支中。HbPPC1包含2个酶活性位点和7种类型的Motifs,二级结构以由α-螺旋和无规则卷曲为主。Real-time RT-PCR结果表明,HbPPC1在橡胶树胶乳、叶片、树皮和花中均表达,在胶乳中的表达量最高;胶乳HbPPC1的表达受乙烯利刺激影响,在乙烯利刺激4~72 h后胶乳HbPPC1表达明显下调,表明HbPPC1在胶乳pH值调控中起重要作用。本研究结果为HbPPC1的功能研究提供理论依据。     

小麦G6PDH基因家族的鉴定与表达分析

葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)是磷酸戊糖途径中的关键限速酶,在植物生长发育及非生物胁迫响应中发挥重要作用。本研究利用生物信息学对小麦 G6PDH基因家族成员进行鉴定,并对该家族基因编码蛋白的理化性质、进化关系、亚细胞定位、基因复制事件以及在不同组织和不同胁迫下的表达模式进行分析。结果表明,在小麦基因组中共鉴定到14个 G6PDH基因家族成员,分布在小麦2A、2B、2D、4A、4B、4D、6A、6B和6D染色体上,其中5个基因编码的蛋白为胞质型,9个为质体型。亚细胞定位预测表明,胞质型G6PDH蛋白主要定位于细胞质上,而质体型G6PDH蛋白主要定位于叶绿体上。根据系统进化和保守结构域特征,可将14个小麦G6PDH蛋白分为Cy、P0、P1和P2四个亚组。共线性分析表明,小麦 G6PDH基因家族成员存在17对片段重复基因。RNA-seq分析结果表明,小麦 G6PDH基因家族成员在不同组织中存在明显的表达差异,其中 TaG6PDH1-2A/2B/2D基因在根中的表达量最高; TaG6PDH2-2A和 TaG6PDH2-2B基因在干旱胁迫后1 h以及热胁迫后6 h均上调表达。进一步利用qRT-PCR检测6个小麦 G6PDH基因在干旱和盐胁迫下的表达模式,发现分别有5个基因在小麦根中均上调表达,推测小麦 G6PDH基因在非生物胁迫响应过程中发挥着重要功能。     

小麦TaPP2C59基因的克隆及表达分析

2C型蛋白磷酸酶(PP2C)是ABA信号途径的关键组分,在ABA信号转导及植物对非生物逆境胁迫的应答过程中发挥着重要作用。为给TaPP2C59基因功能的研究奠定基础,同时为小麦对非生物胁迫应答的信号转导机理研究提供参考,本研究从小麦中克隆了第一个PP2C基因TaPP2C59,并对其在逆境胁迫以及多种信号分子处理下的表达模式进行研究。序列分析表明,该基因开放阅读框(ORF)为855bp,编码284个氨基酸。进化树分析表明,该基因编码的蛋白与水稻OsPP2C45蛋白和拟南芥AtPP2C59蛋白的亲缘关系最近。多序列比对分析表明,TaPP2C59具有PP2C家族蛋白的保守结构特征。实时荧光定量PCR分析表明,该基因的表达显著受ABA、低温和高盐胁迫抑制。因此,可以推测TaPP2C59可能作为负调控因子参与ABA信号及非生物逆境胁迫应答。     

甘蔗蔗糖转运蛋白ShSUT4基因克隆及表达分析

采用RACE技术从甘蔗体内克隆出一个新型蔗糖转运蛋白基因,命名为ShSUT4（GenBank登录号为GQ485583.1）,预测其编码501个氨基酸,存在GPH（蔗糖/H+共转运体）超家族保守结构域,具有12跨膜结构。初步研究结果表明,ShSUT4在甘蔗根茎叶中均有表达;且在9个不同甘蔗品种成熟茎中表达量存在差异,在其中8个品种中ShSUT4表达量的高低与所测茎节中锤度高低呈正相关性,推测ShSUT4可能参与调控甘蔗体内蔗糖的积累。