巴西橡胶树LIM结构域基因克隆与生物信息学分析

根据乙烯利刺激巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)胶乳差异表达cDNA文库的EST序列信息,利用RACE技术从胶乳中成功克隆了1个含有LIM结构域的未知功能新基因HbLIM的全长cDNA。生物信息学分析表明,该基因全长cDNA由1016bp的碱基组成,拥有1个570bp的开放阅读框编码189个氨基酸残基;推测氨基酸序列富含Lys,Ser,Ala和Leu,含有2个LIM结构域和2个N-豆蔻酰化位置。序列相似性分析表明,HbLIM编码的氨基酸序列与蓖麻、杨毛、葡萄相应的LIM基因的相似性高达98%,95%和92%。这些研究结果为深入探讨LIM结构域蛋白在巴西橡胶树乳管发育及乳管代谢中的功能奠定了基础。     

橡胶树乳管细胞GPPS基因的克隆与表达分析

[目的]克隆橡胶树乳管细胞短链异戊烯基合酶(GPPS)基因,分析其表达特性和编码蛋白的相互作用,为解析该类基因在天然橡胶和萜类合成中的作用提供理论参考.[方法]采用逆转录PCR(RT-PCR)和cDNA末端快速克隆(RACE)从橡胶树乳管细胞胶乳中克隆GPPS基因(HbGPPS1和HbGPPS2),利用生物信息学分析其编码蛋白的特性;采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测HbGPPS1和HbGPPS2在树皮和胶乳中的组织表达特异性、在不同橡胶树品系中的表达模式及其对割胶和外源茉莉酸甲酯(MeJA)处理的响应模式,并在原核细胞中进行表达分析;通过酵母双杂交技术检测HbGPPS1和HbGPPS2蛋白的相互作用关系.[结果]从橡胶树乳管细胞乳胶中克隆获得HbGPPS1和HbGPPS2基因,其中HbGPPS1基因编码框长度为1248 bp,编码415个氨基酸,蛋白分子量为45.9 kD,理论等电点为6.77;HbGPPS2基因编码框长度为1239 bp,编码412个氨基酸,蛋白分子量为45.6 kD,理论等电点为6.77.二者的核苷酸序列相似性为89%,且编码蛋白均含有2个典型的异戊烯基转移酶活性结构域DDXXD(D),定位于叶绿体和线粒体.HbGPPS1蛋白自身及其与HbGPPS2蛋白均能形成较弱相互作用的二聚体.qRT-PCR检测结果显示,Hb-GPPS1和HbGPPS2基因在胶乳中的表达量高于树皮,但均以HbGPPS2基因表达量较高,表明二者表达存在组织特异性.经MeJA处理后橡胶树胶乳中HbGPPS1和HbGPPS2基因表达量较对照高,即外源MeJA可促进内源茉莉酸的合成,激活乳管细胞内的茉莉酸信号从而上调HbGPPS1和HbGPPS2基因表达.在5个橡胶树栽培品系中,HbGPPS2基因的表达量均明显高于HbGPPS1基因,且与PR107、热研7-20-59、RRIM600和热研7-33-97干胶含量趋势一致,但二者仅在热研8-79和热研7-33-97的表达模式存在差异.HbGPPS2基因能在大肠杆菌中成功表达.[结论]HbGPPS2基因可能是乳管细胞中参与天然橡胶和萜类合成的主效基因,而HbGPPS1基因可能是功能冗余基因.HbGPPS2和Hb-GPPS1基因在不同橡胶树品系中的表达模式与各品系干胶含量呈正相关,可用作为干胶含量评估的筛选标记.     

一个橡胶树谷胱甘肽-S-转移酶基因的克隆和表达特性分析

 【目的】从橡胶树中克隆Glutathione-S-transferase（GST）基因的cDNA和基因组DNA,进行序列、结构和系统进化分析,研究胁迫条件和激素处理下的表达谱。【方法】利用产排胶机理课题组构建的胶乳EST数据库,通过PCR技术克隆橡胶树GST基因的cDNA和基因组DNA;在线预测蛋白质保守功能域和亚细胞定位,构建系统进化树,利用实时荧光定量PCR分析割胶、伤害、低温、激素和死皮病等因素对该基因表达的影响。【结果】从橡胶树胶乳中克隆到1个GST基因的全长cDNA（793 bp）,编码25.4 kD（219aa）蛋白,命名为HbGSTU1;克隆了HbGSTU1的基因组DNA（1 313 bp）,包含1个内含子（520 bp）和2个外显子。HbGSTU1属于GST Tau家族,推测是一种无信号肽的细胞质蛋白,其N端结构域包含结合GSH的G位点,C端结构域包含特异结合底物的H位点;HbGSTU1与一个蓖麻GST蛋白的亲缘关系最近,氨基酸序列的一致性为85%;HbGSTU1的表达受割胶、伤害、低温、2,4-D、乙烯利和死皮病等因素调控,但对JA、SA和ABA处理的应答不明显。【结论】HbGSTU1是一个典型的GST Tau家族蛋白,可能在橡胶树抗逆过程中起作用,可作为橡胶树抗逆分子育种的靶标基因。     

橡胶树半胱氨酸蛋白酶基因HbCP3的克隆与表达特性分析

半胱氨酸蛋白酶是一类重要蛋白水解酶,其广泛参与植物的生长发育及各种生物与非生物胁迫的应答。根据EST序列信息设计引物,从橡胶树的根中分离到1条1 056 bp的c DNA。该序列包含1个1 023 bp的开放阅读框(ORF),13 bp的5'UTR和20 bp的3'UTR。ORF预测编码340个氨基酸,相对分子质量为37 350,等电点为5.24,属于液泡定位的分泌型蛋白。该蛋白含有1个Inhibitor_I29和1个Peptidase_C1A结构域,可归为木瓜蛋白酶C1家族。该蛋白与蓖麻(Ricinus communis)和杨树(Populus trichocarpa)中同源蛋白的相似性都在80%以上,将基因命名为Hb CP3。表达分析显示,在橡胶树的根、树皮、木质部、芽、叶片、叶柄和乳管等组织中,基因仅在根中表达。     

橡胶树乳管表达多酚氧化酶基因HbPPO1的克隆与分析

根据EST序列设计引物,应用RACE和RT-PCR技术从橡胶树的胶乳（乳管细胞的胞质成分）中分离到1条长2102bp的cDNA,该序列包含1个1803bp的开放读码框（ORF）,81bp的5’UTR和218bp的3’UTR;ORF预测编码600个氨基酸,其理论分子量为6788kDa,等电点为856,质体定位;蛋白含有多酚氧化酶特有的Tyrosinase、PPO1_DWL和PPO1_KFDV结构域;蛋白与木薯、蓖麻、麻疯树和胡杨中同源蛋白的相似性分别为852%、820%、798%和782%,将基因命名为HbPPO1。结果表明,在所分析的胶乳、树皮和叶片组织中,基因在胶乳中的表达丰度最高,且其表达水平受乙烯利显著抑制。     

巴西橡胶树磷饥饿调控基因HbPHR1克隆与生物信息学分析

天然橡胶主要来源于巴西橡胶树。海南植胶土壤磷素缺乏,而缺磷会导致橡胶树生长缓慢、干胶产量降低。本文通过RT-PCR技术从橡胶树中克隆了一个磷饥饿信号关键调控基因HbPHR1,基因全长1 560 bp,包含一个1 476 bp的完整读码框(ORF),编码491个氨基酸,分子量约为53.48 k D。HbPHR1具有MYB结构域和CC结构域,属于MYB-CC家族成员,为酸性不稳定蛋白,具有较强的亲水性。进化树分析表明,HbPHR1与拟南芥At PHR1、油菜Bn PHR1归为一个亚类。HbPHR1的克隆对解析橡胶树磷信号转导机制、创制磷营养高效利用橡胶树材料具有重要意义。     

橡胶树半胱氨酸蛋白酶基因HbCP2的克隆与表达特性分析

根据EST和基因组序列设计引物,应用RT-PCR技术从橡胶树的根组织中分离到1条长1056bp的cDNA,该序列包含了1023bp的开放读码框（ORF）,17bp的5’ UTR和16bp的3’ UTR;ORF预测编码340个氨基酸,理论分子量为3752kD,等电点为525,属于液泡定位的分泌型蛋白;蛋白含有1个Inhibitor_I29和1个Peptidase_C1A结构域,隶属于木瓜蛋白酶C1家族;蛋白与蓖麻、杨树中同源蛋白的相似性均在80%以上,将基因命名为HbCP2。表达分析显示,在所分析的根、树皮、木质部、芽、叶片、叶柄和乳管等组织中,HbCP2仅在根中被检测到,表现出明显的组织特异性。     

刺齿报春苣苔肌醇半乳糖苷合成酶基因的鉴定及序列分析

肌醇半乳糖苷合成酶基因与植物光合产物运输、种子耐脱水性、抵御生物与非生物胁迫和自我保护等生理生化过程密切相关。基于刺齿报春苣苔(Primulina spinulosa)转录组测序数据,获得(鉴定)1个肌醇半乳糖苷合成酶基因。序列分析结果表明,该基因全长1 347 bp(GenBank登录号为MG521418),开放阅读框(ORF)为1 008 bp,共编码335个氨基酸。进一步基于氨基酸序列的分析表明,该基因编码的蛋白质分子量为38.05 ku,理论等电点为5.09,为亲水性蛋白,含有1个与糖基转移酶家族蛋白相同的保守结构域;刺齿报春苣苔的肌醇半乳糖苷合成酶基因与同科的旋蒴苣苔(Boea hygrometrica,FJ222452)的相似性高达90%,两者在系统进化树上聚为1支。研究结果为进一步研究刺齿报春苣苔的肌醇半乳糖苷合成酶基因的分子结构和功能奠定了基础。     

橡胶树叶片衰老相关基因HbLEA3的克隆与表达分析

为揭示HbLEA3的序列特征和转录调控模式,研究以橡胶树衰老叶片为材料,利用RT-PCR技术克隆了该基因652 bp的cDNA序列,其中包含173 bp的5′UTR、303 bp的ORF以及176 bp的3′UTR。结果表明:基因编码100个氨基酸,理论分子量为11.61 kDa,等电点为9.07,GRAVY为-0.498,含有一个LEA_3家族特有的保守结构域,线粒体定位;蛋白与木薯、蓖麻、麻疯树和可可树中同源蛋白的相似性均在60%以上,而在拟南芥和水稻中亲缘关系最近为AtLEA3和OsLEA10,相似性分别为36.0%和41.1%;HbLEA3主要在叶片中表达,并随着叶片的成熟而稳步上调,但在衰老早期短暂下调,随后在衰老中期显著上调;此外,基因的表达还受低温、PEG、NaCl、H_2O_2、ABA、乙烯利、茉莉酸甲酯和水杨酸等多种非生物胁迫和逆境相关植物生长调节剂的诱导。因此,HbLEA3是一个与橡胶树叶片发育和胁迫响应相关的胚胎发育晚期丰富蛋白基因。     

木薯ETR1基因克隆及表达分析

[目的]克隆木薯乙烯受体基因(MeETR1)并检测其在木薯采后生理性变质(PPD)过程中的表达情况,为研究ETR基因家族在木薯PPD过程中的功能作用提供参考依据.[方法]以木薯品种华南8号为材料,应用PCR扩增MeETR1基因编码区(CDS)序列,采用生物信息学分析方法对其编码蛋白的理化性质、亲/疏水性、保守结构域及二、三级结构等进行预测分析,通过亚细胞定位确定MeETR1蛋白在植物细胞中的表达分布,并利用实时荧光定量PCR检测MeETR1基因在木薯采后PPD过程的表达情况.[结果]克隆获得MeETR1基因CDS序列全长2220 bp,共编码739个氨基酸,蛋白分子量为82.88 kD,理论等电点(pI)为6.76;MeETR1基因编码蛋白属于疏水蛋白,含有ETR1家族4个典型模块,即GAF结构域、HisKA结构域、HATPase_c结构域和REC结构域;其二级结构中α-螺旋占47.43%、延伸链占14.46%、无规则卷曲占38.11%.MeETR1氨基酸序列(XP_021625986.1)与同属大戟科的蓖麻(Ricinus communis)ETR1氨基酸序列(XP_002533252.1)相似性为92.42%,亲缘关系较近;MeETR1蛋白定位在细胞质中.与0 h(PPD前)相比,MeETR1基因的相对表达量在木薯采后PPD过程中(12、24、48和96 h)均呈显著下降趋势(P<0.05),即MeETR1基因表达受木薯采后PPD过程的抑制.[结论]MeETR1基因编码蛋白含有GAF、HisKA、HATPase_c和REC等4个典型的结构域,与其他植物ETR1在生物学功能上具有一致性;MeETR1基因表达在木薯采后PPD过程中受抑制,可能在此过程中发挥负调控作用.     

野菊花GRF基因家族的鉴定和生物信息学分析

运用生物信息学对野菊花中植物生长调控因子(Growth Regulation Factors,GRF)基因家族成员的一些基本理化性质、蛋白质的亚细胞定位、进化树的构建、基因结构、保守结构域和保守基序、潜在磷酸化修饰位点以及蛋白质二级结构进行分析发现,野菊花GRF蛋白家族多数成员氨基酸数量相差不大,15个家族成员亚细胞定位均在细胞核。通过进化树构建、基因结构和保守基序、保守结构域分析发现,QLQ和WRC这两个结构域在大部分家族成员中存在,且亲缘关系相近的GRF家族成员所含有的保守基序也十分相似。     

大豆蚜羧酸酯酶基因AgCarE的克隆、表达及活性分析

【目的】克隆大豆蚜羧酸酯酶基因,了解该酶的分子特性,为研究大豆蚜抗药性机理奠定基础。【方法】利用RT-PCR和RACE技术,克隆了1个大豆蚜羧酸酯酶基因的全长cDNA序列,命名为AgCarE,利用生物信息学软件及网上工具进行序列分析,以pET-21b为载体构建原核表达系统进行表达,并以α-醋酸萘酯溶液为底物进行活性测定。【结果】测序分析表明,羧酸酯酶基因AgCarE（GenBank登录号：JF970181）全长1 946 bp,编码526个氨基酸。羧酸酯酶AgCarE的等电点（pI）为6.08,蛋白活性中心包括3个氨基酸残基（催化三联体）：Ser186、Glu313、His434,5个N-联糖基化位点,具备羧酸酯酶的结构特征,属羧酸酯酶家族（EC: 3.1.1.-）。将该基因编码序列与pET-21b载体重组,经IPTG诱导表达HIS标签融合蛋白、SDS-PAGE分析和Western-blot检测,在大肠杆菌BL21中成功表达约59 kD的AgCarE蛋白,以α-醋酸萘酯为底物,检测表达的羧酸酯酶活性为0.036 mmol/100 μL酶液。【结论】成功克隆、表达了大豆蚜羧酸酯酶蛋白AgCarE,以α-醋酸萘酯为底物,检测表达的羧酸酯酶活性为0.036 mmol/100 μL酶液,有助于进一步了解羧酸酯酶的结构特征及水解作用,为设计研发新型杀虫剂提供可能。     

羊口疮病毒重庆株F1L基因克隆与生物信息学分析

旨在分析OrfV-CQ株F1L基因的分子特点,预测其编码蛋白的生物学功能。对OrfV-CQ株F1L基因进行PCR扩增、克隆及序列测定,利用生物信息学相关软件进行序列分析并对其编码蛋白的二级结构、B细胞表位、T细胞表位、保守结构域、跨膜结构域和信号肽进行预测。结果表明,OrfV-CQ株F1L基因长1 023bp,编码340个氨基酸,与Shanxi株F1L基因的核苷酸和氨基酸同源性分别为98.4%和95.0%。OrfV-CQ株F1L基因编码蛋白的α-螺旋、β-片层、β-转角、无规则卷曲分别为11.21%、10.3%、2.73%、75.76%;可能存在5个B细胞优势抗原表位,3个CTL表位,4个Th细胞表位,无跨膜结构域和信号肽。     

粉蕉MbACO2基因克隆及其表达分析

【目的】克隆粉蕉1-氨基环丙烷-1-羧酸（ACC）氧化酶（ACO）基因（MbACO2）,并进行表达分析,为研究ACO基因家族在香蕉果实发育成熟过程及逆境胁迫过程中的功能作用提供参考依据,也为改良香蕉采后贮藏提供潜在的基因资源。【方法】利用RT-PCR从粉蕉果实克隆MbACO2基因,运用生物信息学软件分析其编码蛋白的理化性质、亲疏水性、保守结构域及二、三级结构。利用农杆菌介导的瞬时转化法进行亚细胞定位,并利用实时荧光定量PCR检测MbACO2基因在果实发育成熟过程及高盐、干旱和低温胁迫处理下的表达情况。【结果】克隆获得的MbACO2基因开放阅读框（ORF）长度为918 bp,编码305个氨基酸残基,其蛋白分子量为34.583 kD,理论等电点（pI）为5.43,属于亲水性蛋白,具有典型的植物ACO蛋白家族的结构特征,含有DIOX_N和2OG-FeⅡ_Oxy 2个保守结构域。MbACO2氨基酸序列与同属的香蕉（Musa acuminata AAA group）ACO氨基酸序列（XP_010908825.1）相似性最高,为98.04%,表明其具有高度的保守性。MbACO2蛋白在细胞核和细胞质中均有表达。随着粉蕉果实发育成熟,MbACO2基因表达量整体呈升高趋势,极显著高于开花后0 d（对照）（P< 0.01,下同）,尤其是在果实采后6 d,其相对表达量达最高值。高盐、干旱和低温胁迫处理下,MbACO2基因的相对表达量较对照（未胁迫处理）显著（P< 0.05）或极显著提高。【结论】MbACO2基因属于ACO基因家族成员,含有该家族的典型结构域,在粉蕉果实发育成熟过程及逆境胁迫的应答中发挥正向调控作用,高盐、干旱和低温胁迫处理均能诱导其上调表达。     

麻风树油质蛋白JcOle16.6基因克隆及序列分析

分离克隆麻风树油质蛋白基因家族成员Jc Ole16.6基因的DNA序列(Gen Bank序列号为JX073622.1)。Jc Ole16.6基因全长601 bp,没有内含子,转录的Jc Ole16.6 mRNA具有468 bp的完整开放阅读框,编码含155个氨基酸残基、分子量为16.6 ku、等电点为9.99的Jc Ole16.6蛋白(Gen Bank序列号为AFP19884),属于植物油体结合蛋白油质蛋白家族的新成员。Jc Ole16.6属于稳定的两性蛋白质,具有3个结构域,即N端约30个氨基酸残基组成的含1个α-螺旋的亲水性结构域,肽链中间约78个氨基酸残基组成的含3个α-螺旋的高度疏水性跨膜结构域,C端约47个氨基酸组成的含1个α-螺旋的两亲性结构域。N端亲水性结构域和C端两亲性结构域分布于油体朝向胞浆一面,中间疏水跨膜结构域分布于油体半单位膜内,存在于中间疏水跨膜结构域中的由3个脯氨酸和1个丝氨酸组成的Pro-Knot高度保守结构域在Jc Ole16.6蛋白与油体半单位膜准确定位和稳定维持油体结构方面起着重要作用。研究结果为Jc Ole16.6基因表达调控和生理功能等研究奠定了基础。     

棉铃虫羧酸酯酶基因cDNA的克隆、表达及活性分析

 【目的】克隆棉铃虫中肠羧酸酯酶基因,了解该酶的分子特性,为研究棉铃虫抗药性机理奠定基础。【方法】制备抗血清,对棉铃虫(Helicoverpa armigera (Hübner))中肠cDNA表达文库进行免疫筛选,得到编码棉铃虫羧酸酯酶基因的cDNA克隆,利用生物信息学软件和网站进行序列分析,构建原核表达载体进行表达,并以α-醋酸萘酯溶液为底物进行活性测定。【结果】测序分析表明,羧酸酯酶基因hc3(GenBank登录号：GU119888)全长2 896 bp,编码795个氨基酸。羧酸酯酶HC3的等电点pI为3.94,活性中心包括3个氨基酸残基(催化三联体)：Ser204, Glu331, His444;第545—773位包含大量高度重复的Gly,Asp、Glu(GDE区域)构成亲水区。该基因在大肠杆菌BL21中成功表达约100 kD的HC3蛋白,检测表达的羧酸酯酶活性为0.32 mmol/100 μL酶液。【结论】成功克隆、表达了棉铃虫羧酸酯酶蛋白HC3,并发现GDE亲水结构域。为进一步了解羧酸酯酶的三维结构及其水解作用并设计新型杀虫剂提供了可能。     

山茶花翻译控制肿瘤蛋白CjTCTP基因的电子克隆及生物信息学分析

采用电子克隆方法从山茶花的EST数据库中获得了一条TCTP基因,并命名为CjTCTP,使用生物信息学方法对该基因编码蛋白从氨基酸组成、理化性质、跨膜结构域、疏水性/亲水性、信号肽、亚细胞定位、高级结构及功能域和进化树等方面进行了预测和分析。结果表明:山茶花CjTCTP基因全长706bp,包含507bp的完整开放阅读框,编码168个氨基酸;编码蛋白含有TCTP1及TCTP2保守域,是TCTP superfamily家族;从信号肽的预测可知,该蛋白不存在信号肽,可能为可溶性蛋白;亚细胞定位显示其可能位于细胞质中;同源性分析表明,该蛋白序列与拟南芥、橡胶树、玉米等物种TCTP蛋白序列的相似度达80%以上。     

巴西橡胶树锌指蛋白基因的克隆及功能鉴定

锌指蛋白是一类能与DNA/RNA结合并调控基因表达的蛋白。前期笔者通过酵母双杂技术筛选到1个可能与JAZ蛋白互作的巴西橡胶树锌指蛋白(命名为Hbzinc-finger),该基因的c DNA全长序列有2 262bp,编码753个氨基酸。该蛋白碳末端有1个PB1结构域,在336~381处氨基酸序列编码1个Zn F_ZZ锌离子结合结构域。红色荧光蛋白亚细胞定位结果表明,Hbzinc-finger定位于细胞核,酵母自转录激活显示该蛋白有自转录活性。该基因的表达受创伤影响,表明橡胶锌指蛋白的表达可能受茉莉酸信号调控。     

不结球白菜BrLOS2基因cDNA全序列克隆及结构特征分析

利用RT-PCR和5'/3'RACE方法,从不结球白菜冷诱导12 h的根中,克隆到1个冷适应相关基因BrLOS2,GenBank登录号DQ334724,其cDNA全长1 666 bp,含有1 335 bp的完整开放阅读框,编码444个氨基酸.BrLOS2基因与芜菁、甘蓝型油菜、拟南芥等物种的烯醇酶基因有80%以上的同源性,有1个烯醇酶N端结构域、1个烯醇酶结构域和保守的DNA结合域.二级结构及三维结构分析表明,BrLOS2具有许多其他LOS家族的共同特性.     

白及GMP基因cDNA全长克隆及生物信息学分析

【目的】克隆白及GDP-甘露糖焦磷酸化酶(GDP-mannose pyrophosphorylase)基因(Bs GMP)cDNA全长序列,分析该基因生物学信息,为该基因功能的进一步鉴定提供依据。【方法】基于同源序列克隆GMP基因中间片段,并采用RACE技术扩增GMP基因cDNA全长,用DNAMAN、Tmpred及Softberry等软件进行编码多肽序列、理化性质及亚细胞定位等分析。【结果】从白及叶片中克隆到的GMP基因全长1523 bp,其中包含1086 bp的开放阅读框(ORF),编码361个氨基酸,理论蛋白分子量为39.35 k Da,理论等电点为6.03。进一步分析发现该基因具有跨膜结构,亚细胞定位分析发现该基因主要分布于细胞质和线粒体。蛋白三级结构预测显示,Bs GMP蛋白有11个α螺旋,33个β折叠,46个β转角;该蛋白第1~24个氨基酸含有醛酮还原酶的保守结构域,第256~335个氨基酸含有Lbeta H家族保守区。BLAST多重序列分析表明,Bs GMP氨基酸序列与铁皮石斛、蝴蝶兰的亲缘性最高,分别达到95%和92%。【结论】成功克隆到白及GDP-甘露糖焦磷酸化酶基因(Bs GMP),并进行相关生物信息学分析,为该基因的进一步功能研究奠定了基础。