电子克隆技术及其在植物基因工程中的应用

电子克隆是随着基因组计划和EST计划的实施而发展起来的,是利用生物信息学手段进行基因克隆的新方法。它具有投入低、速度快、技术要求低和针对性强等优点。因此,电子克隆技术必将成为植物基因工程中获得新基因的重要手段。阐述了电子克隆应用所依据的数据库与生物信息资源,介绍了利用电子克隆获得功能基因的方法,及其在植物基因工程中的应用现状与前景。     

正常猪外周血淋巴细胞cDNA文库部分EST序列的电子克隆及验证

【目的】探讨从EST序列电子克隆全长基因序列的有效性,为今后快速克隆和研究免疫相关基因提供新方法。【方法】以正常猪外周血淋巴细胞cDNA文库测序所得的EST序列作为起始材料,应用生物信息库对文库中的部分EST序列进行电子克隆,并用RT-PCR验证其准确性。【结果】电子克隆正常猪外周血淋巴细胞cDNA文库序列,共获得20条片段重叠群（Contigs）,经基因注释,证实其均得到了有效延伸,具有完整开放阅读框（ORF）,其中已知的猪基因序列14条,猪新基因序列6条;从已知猪基因序列和未知猪新基因序列中各抽取1条感兴趣序列（EST contig110和EST contig133）进行全长cDNA预测,发现电子克隆所得序列EST contig110和EST contig133的预期扩增片段（ORF）与实际扩增片段（ORF）基本一致,核苷酸相似性在98.0%以上,氨基酸相似性在93.0%以上。而对EST contig133的ORF序列（猪的60S核糖体蛋白L18a亚基）进行基本特性及结构预测,发现ORF133蛋白为非分泌型蛋白,由6个折叠和6个螺旋结构组成,含有8个不同的磷酸化位点。【结论】从EST序列电子克隆全长基因是可行的,为今后快速克隆和研究免疫相关基因提供了参考。     

基于OsGS5的玉米同源基因ZmGS5的克隆

高产是玉米育种的重要目标,籽粒大小是决定籽粒产量的重要因子。OsGS5是水稻中已克隆的控制籽粒长度和千粒重的主效基因,编码丝氨酸羧肽酶。本研究利用OsGS5基因编码序列比对玉米同源EST序列,并对EST序列进行拼接,根据拼接后的EST序列设计3′-RACE基因特异引物,利用同源克隆的方法克隆出玉米同源基因的3′端基因片段,经测序发现该基因片段长度为981bp,功能注释后发现该基因编码丝氨酸羧肽酶,与水稻OsGS5基因编码蛋白具有高度同源性,将该基因暂时命名为ZmGS5。     

表达序列标签研究进展及其在甲壳动物中的应用概况

随着生物信息学的发展,表达序列标签(EST)在分子标记开发、新基因分离鉴定、基因表达谱分析、基因组功能注释、基因电子克隆等方面具有重要作用。简要介绍了EST分析的原理及其在基因识别、基因预测、物理图谱的构建、DNA芯片制备等方面的应用概况。综述了甲壳动物EST的研究现状,并对EST的应用前景进行了展望。     

正常猪外周血淋巴细胞cDNA文库部分EST序列的电子克隆及验证

【目的】探讨从EST序列电子克隆全长基因序列的有效性,为今后快速克隆和研究免疫相关基因提供新方法。【方法】以正常猪外周血淋巴细胞cDNA文库测序所得的EST序列作为起始材料,应用生物信息库对文库中的部分EST序列进行电子克隆,并用RT-PCR验证其准确性。【结果】电子克隆正常猪外周血淋巴细胞cDNA文库序列,共获得20条片段重叠群（Contigs）,经基因注释,证实其均得到了有效延伸,具有完整开放阅读框（ORF）,其中已知的猪基因序列14条,猪新基因序列6条;从已知猪基因序列和未知猪新基因序列中各抽取1条感兴趣序列（ESTcontig110和ESTcontig133）进行全长cDNA预测,发现电子克隆所得序列ESTcontig110和ESTcontig133的预期扩增片段（ORF）与实际扩增片段（ORF）基本一致,核苷酸相似性在98.0%以上,氨基酸相似性在93.0%以上。而对ESTcontig133的ORF序列（猪的60S核糖体蛋白L18a亚基）进行基本特性及结构预测,发现ORF133蛋白为非分泌型蛋白,由6个折叠和6个螺旋结构组成,含有8个不同的磷酸化位点。【结论】从EST序列电子克隆全长基因是可行的,为今后快速克隆和研究免疫相关基因提供了参考。     

玉米纹枯病病菌γ-谷氨酰转肽酶基因克隆与表达分析

前期利用In-Fusion SMARTer TM c DNA Library Construction Kit已完成玉米纹枯病菌WF-9菌株的全长c DNA文库,并进行EST分析。笔者在此基础上,将EST片段进行聚类拼接,得到一个长944 bp的序列,根据所得序列开放阅读框设计引物,克隆得到玉米纹枯病病菌γ-谷氨酰转肽酶基因(GGT)c DNA序列,以生物信息学方法对其序列进行预测分析,并利用real-time PCR分析GGT在立枯丝核菌侵染玉米叶片不同时期的表达特性。结果表明,克隆所得617 bp序列与EST序列完全相同,在Gen Bank进行Blastx同源比对,与gamma-glutamyltranspeptidase(Rhizoctonia solani AG-3 Rhs1AP)有85%的同源性。实时荧光定量PCR表明,GGT在立枯丝核菌侵染玉米叶片各个时期均有表达,并存在明显差异,其中在病菌侵染玉米叶片24 h时表达量最高。     

干旱和盐碱共胁迫玉米EST数据库分析

[目的]构建干旱和盐碱共胁迫的玉米cDNA文库,对细胞功能相关基因表达进行初步分析。[方法]提取处理玉米YQ7-96品系的雌雄分化期（12片叶龄）的混合组织（叶、茎和花芽）总RNA,运用SMART技术构建pDNR-LIB载体的cDNA文库,并随机挑选克隆进行EST序列的B lastX比对和MIPS归类分析。[结果]随机挑取3 027个cDNA克隆进行测序,94.45%的EST长度大于400 bp,共获得1 861个单基因簇,其中维持正常生理活动的基因占65.36%;参与细胞内运输、细胞内信号传导、细胞防御和细胞循环和DNA代谢过程的基因分别占9.26%、6.58%、2.63%和3.16%。[结论]在成功构建干旱和盐碱共胁迫的玉米cDNA文库的基础上,对产生的EST进行了测序和分析归类,筛选出了细胞功能相关EST,为后续研究奠定了基础。     

干旱和盐碱共胁迫玉米EST数据库分析(英文)

[目的]构建干旱和盐碱共胁迫的玉米cDNA文库,对细胞功能相关基因表达进行初步分析。[方法]提取处理玉米YQ7-96品系的雌雄分化期(12片叶龄)的混合组织(叶、茎和花芽)总RNA,运用SMART技术构建pDNR-LIB载体的cDNA文库,并随机挑选克隆进行EST序列的BlastX比对和MIPS归类分析。[结果]随机挑取3 027个cDNA克隆进行测序,94.45%的EST长度大于400 bp,共获得1 861个单基因簇,其中维持正常生理活动的基因占65.36%;参与细胞内运输、细胞内信号传导、细胞防御和细胞循环和DNA代谢过程的基因分别占9.26%、6.58%、2.63%和3.16%。[结论]在成功构建干旱和盐碱共胁迫的玉米cDNA文库的基础上,对产生的EST进行了测序和分析归类,筛选出了细胞功能相关EST,为后续研究奠定了基础。     

截形苜蓿吡哆醇生物合成基因的电子克隆和进化分析

电子克隆是随着基因组计划和EST计划实施而发展起来的、利用生物信息学手段进行基因克隆的新方法。根据物种间同源基因相对保守的特点,利用生物信息学的方法,以拟南芥吡哆醇生物合成蛋白基因(PDX)cDNA序列为探针,在GenBank的HTGs数据库中找到与之高度同源的截形苜蓿的基因组序列———m th2-17p16克隆,通过GenScan软件预测和序列拼接得到了截形苜蓿吡哆醇生物合成基因序列(GenBank登录号为DQ139263)。用该序列对GenBank中的est-others进行相似性搜索,获得了25条截形苜蓿的EST序列,经拼接后发现与基因组预测的基因序列一致,表明该基因是真实存在和表达的。该cDNA序列长度为1 257 bp,具有完整的开放式阅读框(ORF 29-973bp),推测编码314个氨基酸。通过对日本百脉根(Lotus corniculatusvar.japoni-cus)、烟草(Nicotiana tabacum)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)、大豆(Glycine max)、小麦(Triticum aestivum)和水稻(O ryza sativa)等进行吡哆醇生物合成蛋白序列同源比较,发现该基因具有高度的保守性。     

表达序列标签(EST)分析及藻类EST文库的研究进展

随着生物信息学的发展,表达序列标签（EST）在基因组作图、克隆基因、新基因的识别、蛋白质组研究等方面具有重要作用。笔者简要介绍了EST技术的原理及其在构建遗传图谱、分离与鉴定新基因等方面的应用。综述了藻类EST文库的研究现状,并对EST的应用前景进行了展望。     

玉米Na~+/H~+逆向转运蛋白基因ZmSOS1的克隆与鉴定

[目的]克隆玉米Na^＋／H^＋逆向转运蛋白基因,为研究此类基因在玉米非生物胁迫抗性机制中的功能奠定基础。[方法]采用电子克隆、RT—PCR、生物信息学方法,从玉米基因组中克隆1个质膜型Na^＋／H^＋逆向转运蛋白基因,并鉴定该基因编码产物的跨膜结构预测以及在盐胁迫下的表达模式等信息。[结果]利用电子克隆方法,从玉米中克隆出1个质膜型Na^＋／H^＋逆向转运蛋白基因ZmSOS1;Zm-SOS1基因的开放阅读框长3411bp,编码1136个氨基酸;序列分析表明,ZmSOS1蛋白与拟南芥和水稻同源物AtSOSl、OsSOS1的氨基酸序列一致性分别为61％和82％;RT—PCR分析表明,ZmSOS1基因的表达可以被盐胁迫诱导增强,表明其可能在玉米耐盐性上发挥功能。[结论]ZmSDS1是一个公认的质膜型Na^＋／A^＋逆向转运蛋白基因,并可能参与玉米的非生物胁迫反应。     

蓖麻WRKY基因的电子克隆及其生物信息学分析

利用电子克隆技术从蓖麻EST库中发现了一个新的蓖麻WRKY基因。生物信息学分析表明,该基因编码一个由348个氨基酸组成的、相对分子质量为37．8kDa的蛋白,具有一个由60个氨基酸组成的WRKY结构域（164～224）,定位于细胞核。序列分析表明,该蛋白可能具有转录、转录调控、信号转导、胁迫应答等功能。     

一个新的玉米WRKY基因识别及其生物信息学分析

利用电子克隆技术从玉米EST库中发现了一个新的玉米WRKY基因ZmWRKY。生物信息学分析表明,该基因编码一个由302个氨基酸组成的、相对分子质量为32.5 kD的蛋白,具有一个由60个氨基酸组成的WRKY结构域（155～214）,定位于细胞核,具有转录调控功能。序列分析表明,该蛋白与同科植物水稻OsWRKY76基因具有较高的同源性,推测其可能参与植物病害防御信号的传导过程,在植物生物胁迫防御中发挥作用。     

玉米Na^＋/H^＋逆向转运蛋白基因ZmSOS1的克隆与鉴定（摘要）

[目的]研究玉米Na^＋/H^＋逆向转运蛋白基因ZmSOS1的克隆与鉴定,为研究该基因在玉米逆境信号转导与生长发育中的作用提供参考。[方法]采用电子克隆、RT-PCR、生物信息学方法,从玉米基因组中克隆1个质膜型Na^＋/H^＋逆向转运蛋白基因,并鉴定该基因编码产物的跨膜结构预测以及在盐胁迫下的表达模式等信息。电子克隆具体步骤：将水稻质膜型Na^＋/H^＋逆向转运蛋白OsSOS1的氨基酸序列作为种子序列输入GenBank,对玉米基因组数据库和EST数据库进行tBLASTN分析,结果检索到含有候选基因的基因组序列AC186524和1批高度相似的玉米EST。为确定候选基因的编码区,将上述EST序列进行拼接,并将拼接所得的contig通过BLASTN分析定位到基因组序列AC186524中。为获得完整的编码区序列,利用与contig间隔区相对应的水稻OsSOS1蛋白的氨基酸序列,进一步对玉米基因组序列进行tBLASTN分析;同时,结合GENSCAN软件的基因预测结果,最终确定了候选基因的编码区序列。最后,通过比较编码区序列和基因组序列,确定ZmSOS1基因的外显子和内含子结构。[结果]利用电子克隆方法,从玉米中克隆出1个质膜型Na~＋/H~＋逆向转运蛋白基因ZmSOS1（编码序列反向互补于AC186524中的78 964～96 731 bp处）;ZmSOS1基因的开放阅读框长3 411 bp,编码1 136个氨基酸的蛋白。ZmSOS1蛋白的理论等电点pI=6.46,分子质量为126.2kDa,理论半衰期大于10 h,不稳定参数为41.74,属于不稳定蛋白。通过在线软件TMHMM2.0和TMPRED分析,发现ZmSOS1蛋白含有12个跨膜结构区,且有一个长的高度亲水性的羧基端尾巴,暗示质膜型Na^＋/H^＋逆向转运蛋白在进化上是较为保守的。ZmSOS1基因至少含有21个内含子,如果将ZmSOS1基因的结构分别与水稻、拟南芥和苔藓植物（Phycomitrella patens）的同源基因OsSOS1、AtSOS1、PpSOS1相比较,可以发现质膜型Na^＋/H^＋逆向转运蛋白基因编码区的结构是比较保守的且研究发现质膜型Na^＋/H^＋逆向转运蛋白基因在进化过程中很可能发生过内含子丢失事件;序列分析表明,ZmSOS1蛋白与拟南芥和水稻同源物AtSOS1、OsSOS1的氨基酸序列一致性分别为61%和82%,鉴于ZmSOS1的氨基酸序列与同源序列的多重比对,猜想质膜型Na~＋/H~＋逆向转运蛋白在进化过程中,N-端序列可能承受着较为严谨的净化选择压作用,而C-端序列所受净化选择压则相对松弛;RT-PCR分析表明,ZmSOS1基因的表达可以被盐胁迫诱导增强,表明其可能在玉米耐盐性上发挥功能。[结论]ZmSOS1基因可能参与玉米的渗透胁迫反应。     

牛PS ME1基因的电子克隆与序列分析

电子克隆是基因克隆的新策略.以人类PSME1基因完整编码序列(NM_006263)为种子序列电子克隆了牛PSME1基因完整编码序列.以奶牛外周血白细胞cDNA为模板,根据电子克隆序列设计引物进行RT-PCR验证,PCR产物克隆入质粒载体,阳性克隆测序得到的序列与电子克隆序列一致,已被GenBank收录,序列号为DQ010410.该基因最大开放阅读框34~783 bp,编码249个氨基酸,预测其编码的蛋白分子量为28.66 kD,等电点5.87.     

绵羊骨骼肌快速肌钙蛋白（TnCf）电子克隆及RT—PCR验证

传统的基因克隆有两种方法:一是建立包含目的基因的cDNA文库,根据基因的保守序列设计DNA探针,采用低严谨度的杂交获得目的基因;再者是根据基因的保守序列设计兼并引物,应用PCR技术获得目的基因,这两种方法在操作上有一定的技术难度。我们应用生物信息技术采用电子克隆的方法获得绵羊骨骼肌快速肌钙蛋白基因(TnCf)全编码序列,并用RT-PCR进行验证,结果表明:在TnCf开放阅读框483个碱基中,电子克隆与RT-PCR结果有4个碱基差异,说明电子克隆是基因克隆可靠的生物信息学辅助方法。     

蜜蜂TPI基因克隆与生物信息学预测(英文)

[目的]克隆蜜蜂(Apis mellifera)TPI基因,并进行生物信息学预测。[方法]利用电子克隆方法获得蜜蜂磷酸甘油醛异构酶(Triosephosphate isomerase,TPI)基因,并采用生物信息学方法对该基因编码蛋白的等电点、疏水性/亲水性、二级结构等进行了预测。[结果]蜜蜂TPI基因全长为1768bp,具有完整的开放阅读框架(ORF),所编码蛋白的等电点为8.515。二级结构预测表明TPI蛋白属于α/β蛋白。[结论]利用蜜蜂表达序列标签数据库(EST)电子克隆蜜蜂新基因的研究工作有一定的现实意义,为进一步在分子水平研究蜜蜂提供更多的参考。