过表达谷子液泡H~+-ATPase E亚基基因在拟南芥中的耐盐性

V-H+-ATPase在植物生长、发育和胁迫响应等生物学过程中发挥重要作用。本研究通过序列比对,从谷子中克隆到V-H+-ATPase E亚基基因Si VHA-E。进化树分析显示,Si VHA-E基因在进化上属于E1/E3亚族,与玉米V-H+-ATPase E亚基基因Zm VHA-EL亲缘关系较近。表达谱分析结果显示,Si VHA-E在高盐、茉莉酸甲酯(Me JA)、水杨酸(SA)和脱落酸(ABA)处理下表达上调,在低温和低氮处理下表达下调。亚细胞定位分析表明Si VHA-E定位于液泡膜上。遗传转化拟南芥的耐盐性鉴定表明,在盐处理条件下,转基因株系的种子萌发率、幼苗主根长、植株鲜重及存活率显著高于野生型的。与野生型拟南芥植株相比,Si VHA-E过表达植株体内Na+含量减少,体内相对含水量提高。此外,ABA萌发试验结果显示,在种子萌发后期,Si VHA-E过表达植株对ABA更加敏感。研究表明,谷子Si VHA-E可以显著提高拟南芥耐盐性,这可能与其正向调控ABA信号途径以及减少植株体内Na+积累和水分散失有关。     

棉花液泡膜H~+-ATPase A亚基的克隆及表达载体的构建

液泡膜H+-ATPase在植物应对非生物胁迫中起着十分重要的作用,对其关键亚基基因的克隆及分析,有助于阐释V-ATPase在逆境下的调节及响应机制。本研究利用RT-PCR技术从棉花中克隆了一个液泡膜H+-ATPase亚基A基因,命名为Gh VHA-A。该基因ORF为1 872 bp,编码623个氨基酸,预测的蛋白质理论分子量为68.41 k D,等电点为5.17。通过氨基酸序列比对和系统进化树分析发现,Gh VHA-A与可可V-ATPase A亚基的同源性最高,达到97.9%,在进化上亲缘关系较近;且在编码蛋白的氨基酸序列上有两个与ATP或GTP的磷酸基团相互作用的保守结构域GAFGCGKT和PSVNWLISYS,说明A亚基是相对保守的。本研究构建了植物表达载体p CAMBIA 1304-VHA-A,并转入到根癌农杆菌(GV3101)中,为后续研究棉花V-ATPase A亚基基因在干旱胁迫应答中的功能奠定试验基础。     

SeNHX1与GFP融合基因在酵母中表达及其耐盐性表现

通过构建盐角草的液泡型Na /H 反向转运蛋白SeNHX1基因的酵母表达载体,研究该基因对酵母耐盐性的影响.将SeNHX1基凶与荧光报告基因GFP融合,分别构建酵母表达载体pYES2.SeNHX1-GFP、pYES2-SeNHX1和pYES2-GFP,转化酵母W303,诱导3个载体表达,并测定含有不同表达载体的酵母生长曲线.结果表明.荧光显微镜下观察到带有报告基因GFP的2个转化子W303(pYES2-SeNHX1-GFP)和W303(pYES2-GFP)均可发出绿色荧光,而没有报告基因的转化了W303(pYES2-SeNHX1)不发出荧光;在含有0.8 mol/L NaCl培养基中培养0～48 h内,W303(pYES2-SeNHX1-GFP)和W303(pYES2-SeNHX1)菌株前期生长比对照菌株W303(pYES2-GFP)慢,但在培养48 h后则大大超过对照菌株.表明所构建带有目的基因SeNHX1的酵母表达载体已表达,且证实SeNHXl基因可提高酵母的耐盐性.     

转Na~+/H~+逆向转运蛋白基因(nhaA)大豆植株的获得及耐盐性分析

高盐对作物造成渗透胁迫和离子毒害,是影响作物生长发育的主要非生物胁迫因子之一。Na+/H+逆向转运蛋白能够通过将Na+排出细胞或将其区隔化入液泡中来调节细胞内的离子平衡,是植物耐盐的关键因子。本研究将质膜Na+/H+逆向转运蛋白基因nhaA构建到植物表达载体pBI121上,通过发根农杆菌介导转化大豆子叶节,获得6株卡那霉素抗性再生植株。对抗性植株进行PCR、Southern blot和RT-PCR鉴定,3株植株呈阳性,平均转化率为0.42%。对阳性植株的耐盐生理指标测定结果显示,盐胁迫后转基因植株的质膜相对电导率显著低于对照植株,叶绿素含量和脯氨酸含量显著高于对照植株。nhaA基因在大豆植株中的表达显著提高了大豆对盐胁迫的耐受性,为大豆耐盐新品种的选育和广泛应用该基因进行其它农作物的耐盐性改良提供了材料和依据。     

紫花苜蓿Na+/H+ 逆向转运蛋白基因在拟南芥中表达提高转基因植株的耐盐性

以紫花苜蓿(Medicago sativa)为材料, 利用反转录PCR方法分离了NHX1全长cDNA(命名为MsNHX1)。Southern杂交结果表明, 在紫花苜蓿中存在一个小的液泡型Na⁺/H⁺逆向转运蛋白基因家族。序列分析表明, 该基因所编码的蛋白与拟南芥、水稻和棉花中液泡型Na⁺/H⁺逆向转运蛋白具有较高的同源性。在洋葱表皮细胞中瞬时表达MsNHX1-GFP融合基因的结果表明, MsNHX1定位在液泡膜上。Northern杂交发现该基因的表达受高浓度NaCl诱导。MsNHX1在盐敏感酵母突变体中表达可以提高转化子对NaCl的耐受性, 说明MsNHX1具有转运Na⁺的功能。在拟南芥中表达MsNHX1能显著提高植株耐受盐胁迫的能力; 而且在受到盐胁迫时, 转基因植株比野生型的渗透调节能力更强, 生物膜受破坏程度降低, 光合能力增强。以上研究结果表明MsNHX1是一个液泡膜Na⁺/H⁺逆向转运蛋白, 在植物耐受盐胁迫过程中起重要作用。     

红麻液泡膜质子泵H~+-PPase(Hcvp1)基因的克隆、序列分析和表达

为了阐明红麻耐盐机理,以耐盐性较强的中红麻16号为材料,从红麻耐盐转录组测序结果中获得了1个与AVP1基因高度相似的Unigene,根据该片段的序列设计引物,直接进行PCR扩增,经Sanger测序获得该基因全长c DNA序列。对该基因序列进行生物信息学分析表明:该基因全长2 298 bp,开放阅读框为2 298 bp,编码765个氨基酸,其编码蛋白质的分子量和等电点分别为80.2 k Da和5.25,与雷蒙德氏棉、甜橙、毛果杨、烟草和大豆的H+-PPase基因核苷酸序列的相似性分别为90%,85%,85%,83%,83%,蛋白质序列的相似性分别为96%,93%,91%,93%,94%,说明该基因与AVP1为同源基因,命名为Hcvp1。qRT-PCR分析表明,该基因的表达量随着Na Cl浓度的增加而增加。这将为Hcvp1基因的功能验证和红麻耐盐机理的研究奠定坚实的基础。     

紫花苜蓿Na+/H+ 逆向转运蛋白基因在拟南芥中表达提高转基因植株的耐盐性

以紫花苜蓿(Medicago sativa)为材料, 利用反转录PCR方法分离了NHX1全长cDNA(命名为MsNHX1)。Southern杂交结果表明, 在紫花苜蓿中存在一个小的液泡型Na⁺/H⁺逆向转运蛋白基因家族。序列分析表明, 该基因所编码的蛋白与拟南芥、水稻和棉花中液泡型Na⁺/H⁺逆向转运蛋白具有较高的同源性。在洋葱表皮细胞中瞬时表达MsNHX1-GFP融合基因的结果表明, MsNHX1定位在液泡膜上。Northern杂交发现该基因的表达受高浓度NaCl诱导。MsNHX1在盐敏感酵母突变体中表达可以提高转化子对NaCl的耐受性, 说明MsNHX1具有转运Na⁺的功能。在拟南芥中表达MsNHX1能显著提高植株耐受盐胁迫的能力; 而且在受到盐胁迫时, 转基因植株比野生型的渗透调节能力更强, 生物膜受破坏程度降低, 光合能力增强。以上研究结果表明MsNHX1是一个液泡膜Na⁺/H⁺逆向转运蛋白, 在植物耐受盐胁迫过程中起重要作用。     

棉花(Gossypium hirsutum)ROP1基因酵母双杂交体系的诱饵载体构建及鉴定

ROP是高等植物里一类分布广泛的信号小G蛋白,在植物生长、发育、抗逆、抗病和激素信号转导过程中起重要调控作用。本研究用PCR体外扩增技术获得棉花GhROP1基因片段,将目的基因与诱饵质粒载体pGBKT7通过双酶切定向重组,构建诱饵质粒pGBKT7-GhROP1,并成功的转入到Y187酵母菌通过缺陷性培养基培养进行毒性和自激活检测。结果表明,成功克隆棉花GhROP1基因,该基因开放阅读框共有591 bp。双杂交诱饵表达载体pGBKT7-GhROP1构建成功,并成功转化酵母菌Y187;结果显示含表达载体的酵母菌Y187在SD/-Trp平板上长势良好,说明表达蛋白对酵母菌无毒害作用。在SD/-Leu,SD/-Trp-Leu,SD/-Trp-Leu-His-Ade平板上则没有生长,说明转化pGBKT7-GhROP1质粒后的Y187酵母菌无自激活发生。本研究结果为下一步利用酵母杂交系统筛选GhROP1蛋白相互作用的蛋白提供理论参考。     

水稻(Oryza sativa)新型液泡Na+/H+逆向转运蛋白基因的特征分析和表达

以拟南芥AtNHX1 cDNA 片段作为探针,筛查水稻盐胁迫植株叶片cDNA 文库,获得与AtNHX1同源的水稻新型液泡Na⁺/H⁺逆向转运蛋白基因（OsANT1）。序列分析表明,OsANT1 全长cDNA为2 178 bp,包括一个长度为1 608 bp的完整开放阅读框,编码535个氨基酸残基。在DNA水平上,OsANT1基因含有15个外显子和14个内含子,长度为4 835 bp。OsANT1含有12个跨膜域,系统进化树分析结果表明,与来自拟南芥、水稻、小麦、玉米、大麦、马蔺和芦苇等的Na⁺/H⁺逆向转运蛋白高度同源。盐胁迫条件下,OsANT1的表达具有盐分诱导特征,且随着胁迫的增大而增加。表明该基因可能在水稻抵御盐分胁迫的过程中具有一定作用。     

砂藓(Racomitrium canescens)抗旱相关过氧化氢酶基因RcCAT的克隆与表达分析

在植物抵御和适应干旱胁迫的过程中,细胞中的氧化还原水平的调节十分重要,过氧化氢酶(catalase,CAT)是细胞氧化还原调控系统中的一个关键酶。砂藓(Racomitrium canescens)是一种具有强抗旱和旱后复水能力的藓类植物,其中能够响应干旱处理的基因和蛋白质可能与其抗旱特性功能相关。在本研究中,我们发现了一个在砂藓干旱处理转录组数据中呈上调表达的过氧化氢酶基因,将其命名为RcCAT,我们对这个基因的CDS序列进行了克隆和相关的生物信息学分析,并对砂藓复水和快速脱水过程中RcCAT具体的表达变化进行了检测。RcCAT的CDS全长1560 bp,编码含有519个氨基酸残基的多肽序列。对RcCAT蛋白质的氨基酸序列进行生物信息学预测,结果显示RcCAT相对分子质量为58.6 kD,理论等电点为6.52,不含有跨膜结构和信号肽,具有过氧化氢酶的保守结构域,与其它苔藓植物中的一些过氧化氢酶序列同源性较高,属于不稳定的亲水性蛋白质。在砂藓的复水和快速脱水过程中,RcCAT的表达水平均呈现快速大幅度的变化趋势,具有表达变化峰值,说明该基因具有能够快速响应干旱胁迫的可能性。本研究为从基因表达水平研究过氧化氢酶生物学功能提供理论依据,为进一步挖掘砂藓抗旱机制提供基础资源。     

飞机草类黄酮3’-羟化酶基因(CoF3’H)的克隆及其在烟草中的表达

利用RT-PCR和RACE技术从飞机草中克隆得到1628 bp的类黄酮3’-羟化酶c DNA的全长序列,命名为Co F3’H,Gen Bank登录号为HQ268505.1。Co F3’H基因的编码区长度为1524 bp,编码507个氨基酸。氨基酸序列含P450蛋白结构域和半胱氨酸亚铁血红素结合域保守区(F××G×R×C×G),利用DNAMAN软件比对显示,Co F3’H与其他植物的F3’H蛋白的同源性很高。通过农杆菌介导成功地将Co F3’H基因导入烟草,T2代的转Co F3’H基因烟草植株的黄酮含量显著高于野生型。说明Co F3’H在黄酮的生物合成中起重要作用,为后续研究飞机草的化感作用及综合利用提供基础。     

白菜型冬油菜抗坏血酸过氧化物酶(APX)基因的克隆、表达及其活性分析

抗坏血酸过氧化物酶(APX)是一种在逆境条件下清除细胞内氧自由基、增强植物抗逆性的关键酶。本研究根据已发表植物抗坏血酸过氧化物酶基因APX的同源保守序列设计引物, 采用RT-PCR扩增超强抗寒白菜型冬油菜陇油7号的DNA, 获得APX基因开放阅读框, 长度为753 bp, 编码250个氨基酸残基, 推导的氨基酸序列具有APX蛋白的典型特征。生物信息学分析显示, 与已报道的大白菜的APX氨基酸序列同源性达到99%, 该酶蛋白具有高度的进化保守性, 其保守序列属于植物的POD超家族, APX相对分子质量和理论等电点依次为27.7 kD和5.58;APX基因无信号肽, 是一个亲水性蛋白, 可推测其定位于细胞质中;二级结构预测表明陇油7号的APX是由不规则卷曲和α-螺旋组成的稳定蛋白。实时荧光定量PCR和酶活性分析显示, 该基因表达和酶活性受低温胁迫诱导, 表明该基因在白菜型冬油菜陇油7号适应低温胁迫过程中发挥重要作用。     

稗草(Echinochloa crusgalli)根型ppc基因对水稻的遗传转化及其对光合速率的调节效应

稗草(Echinochloa crusgalli)是稻田中的C4光合型杂草,为了探索稗草ppc基因(Eppc)对水稻遗传转化的可行性及其对光合速率的调节效应,首次将含有稗草根型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)基因ppc c DNA的2个植物表达载体p Ubi-Eppc、p Rbc S-Eppc通过农杆菌介导法对水稻进行了遗传转化。对分化植株进行的PCR、RT-PCR、克隆测序和Western杂交等结果均表明稗草ppc基因已经整合到了水稻基因组中,并且在转录和翻译水平都得到了表达。转基因水稻PEPC活性和气体交换参数测定结果表明T0代多数植株的PEPC活性高于对照,最高达到了对照的5.85倍;T0代大多数转基因植株叶片的净光合速率(Pn)比对照提高了20.00%,最大地提高了47.16%,同时叶片水分利用效率(WUE)也得到增强;T6代大部分转化植株的PEPC活性及Pn仍保持高于对照,本研究表明C3根型ppc基因过量表达也可以提高水稻的Pn,且证明稗草PEPC对光合作用具有较强的调节作用。     

香灰菌杂合B型血红素过氧化物酶(As.APx-CcP)基因的克隆及原核表达

本研究基于JGI数据库中香灰菌的同源序列设计兼并引物扩增基因保守区,随后通过FPNI-PCR分别扩增保守区两侧侧翼序列,得到基因全长。该基因全长1 845 bp,由四个外显子和三个内含子组成,编码区1 596 bp,编码531个氨基酸,其中前21个为信号肽。通过RedOxiBase数据库比对,认为该基因属于I型过氧化物酶中的Ascorbate-cytochrome c peroxidase (APx-CcP)亚家族,与炭团菌EC38和CO27-5亲缘关系最近,序列一致率达到77%～82.5%。通过大肠杆菌表达系统,成功在体外表达了As.APx-CcP重组蛋白,优化了表达条件,表达出大小为63 kD的重组蛋白,对超声后上清蛋白和复性后蛋白测量了抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase, APx)以及过氧化物酶(peroxidases, PODs)活性,均未显示出吸光度变化,即没有显示出APx和PODs活性。本研究成功克隆As.APx-CcP基因、初步探索了重组蛋白的酶学性质,从序列角度分析了蛋白失活的可能原因,为今后挖掘As.APx-CcP的功能,探究As.APx-C...     

水稻(Oryza sativa)新型液泡Na+/H+逆向转运蛋白基因的特征分析和表达

以拟南芥AtNHX1 cDNA 片段作为探针，筛查水稻盐胁迫植株叶片cDNA 文库，获得与AtNHX1同源的水稻新型液泡Na⁺/H⁺逆向转运蛋白基因（OsANT1）。序列分析表明，OsANT1 全长cDNA为2 178 bp，包括一个长度为1 608 bp的完整开放阅读框，编码535个氨基酸残基。在DNA水平上，OsANT1基因含有15个外显子和14个内含子，长度为4 835 bp。OsANT1含有12个跨膜域，系统进化树分析结果表明，与来自拟南芥、水稻、小麦、玉米、大麦、马蔺和芦苇等的Na⁺/H⁺逆向转运蛋白高度同源。盐胁迫条件下，OsANT1的表达具有盐分诱导特征，且随着胁迫的增大而增加。表明该基因可能在水稻抵御盐分胁迫的过程中具有一定作用。