玉米HVA22基因启动子的克隆与功能验证

利用转基因技术转化利用外源抗性基因,可提高玉米对非生物逆境的抵抗能力,改良其在不良环境下的稳产性。但是,在过去的研究中,大多采用组成型启动子启动外源抗逆基因过量表达,虽然可以改良转基因株系的抗逆性,但其生长发育受到不同程度抑制,适应性代价较大。用非生物逆境诱导启动子,可培育出只在逆境胁迫下表达的转基因抗逆品种,避免正常条件下抗逆基因过量表达的不良影响。本研究以水稻HVA22蛋白质的氨基酸序列为探针,搜索玉米基因组同源mRNA序列HVA22,用PlantCARE软件分析并同源克隆其上游启动子序列,实时荧光定量PCR验证HVA22基因在非生物逆境胁迫下的差异表达,构建HVA22基因启动子HVA22s启动GUS基因的表达载体,基因枪法转化玉米愈伤组织,GUS染色检测启动活性。结果表明,玉米HVA22s启动子长度1478 bp,含有多种与非生物逆境应答相关的调控元件。HVA22基因在高温胁迫,以及脱落酸和乙烯诱导下上调表达。用HVA22s启动GUS基因转化的玉米愈伤组织,在脱落酸诱导、甘露醇模拟高渗处理、低温和高盐胁迫条件下,GUS染色均可显现靛蓝色斑点,说明HVA22s启动子确有非生物逆境启动功能,进一步验证其启动活性后可运用于玉米抗逆转基因研究。     

小麦胁迫响应转录因子基因TaSNAC1的克隆与表达分析

胁迫响应NAC转录因子参与植物非生物胁迫过程,过表达水稻(Oryza sativa)SNAC1可显著提高植株耐旱、耐冷和抗盐性。本研究同源克隆了小麦(Tricum aestivum)TaSNAC1基因(GenBank登录号No.JN621240),分析了其表达产物的亚细胞定位,并利用实时定量RT-PCR分析了其在不同组织、PEG和NaCl胁迫下的表达。该基因包含一个内含子,编码329个氨基酸残基的蛋白产物。TaSNAC1与其他禾本科植物SNAC1蛋白高度相似,其与大麦(Hordeum vulgare)、二穗短柄草(Brachypodium distachyon)、水稻、玉米(Zea mays)和高粱(Sorghum bicolor)SNAC1序列相似性依次为97.3%、86.3%、81.1%、79.1%和79.2%。TaSNAC1可能以二聚体形式存在,包含核定位信号和典型的NAM结构域,100~107位的"WKATGXDK100-107"核心基序处于一段β折叠中,其弯曲产生的凹面可能直接参与DNA结合。瞬时转化拟南芥(Arabidopsis thaliana)叶肉细胞原生质体的实验表明,TaSNAC1特异定位于细胞核中。盐胁迫条件下,叶和根中TaSNAC1的表达量均升高,且表达模式相似,但根中响应更显著;PEG胁迫下,根中TaSNAC1对胁迫的响应较快且幅度较大,而叶中响应较慢且幅度较小。研究结果提示,TaSNAC1参与小麦的非生物胁迫响应过程,在耐旱、抗盐遗传改良中具有潜在应用价值。     

茶树CsDREB-A2转录因子基因的克隆与非生物胁迫响应分析

干旱应答元件结合蛋白(DREB)类转录因子在植物逆境信号转导途径中具有重要的调控作用。为了解AP2/ERF转录因子在茶树逆境胁迫的分子调控机理,本研究从茶树龙井43叶片的cDNA中克隆得到一个编码CsDREB-A2转录因子的基因;对CsDREB-A2基因及其编码蛋白序列特征进行分析,并利用实时荧光定量PCR法检测该基因在茶树不同非生物胁迫处理下的表达水平。结果表明,CsDREB-A2基因开放阅读框为1 056 bp,编码351个氨基酸,其编码氨基酸序列具有AP2保守结构域,包含典型的YRG元件和WLG基序。AP2结构域第14、第19位氨基酸分别为缬氨酸和谷氨酸。拟南芥AP2/ERF家族转录因子的进化分析表明,该转录因子属于DREB亚族的A2组。CsDREB-A2相对分子质量为39 080 Da,理论等电点为5.32,属于亲水性蛋白,主要由α-螺旋和随机卷曲组成,无序化特征明显且存在一个LM无序区域;可能定位于细胞核,不存在信号肽和跨膜结构,属于非分泌蛋白。CsDREB-A2基因在高温(38℃)和干旱(200 g·L^-1 PEG)胁迫下均能快速诱导表达,并显著高于对...     

玉米乙烯应答元件结合蛋白基因启动子克隆与功能验证

为了给玉米转基因研究提供更多的非生物逆境诱导启动子,寻找只在逆境胁迫条件下适当驱动外源抗逆基因的表达,在生物信息学分析的基础上,克隆与水稻DREB1B转录因子基因同源的玉米乙烯应答元件结合蛋白基因sb CBF6的启动子psb CBF6,在非生物逆境应答元件分析和实时定量PCR验证其非生物逆境胁迫响应特性后,用以构建驱动报告基因GUS的表达载体,并使用基因枪法转化玉米愈伤组织,通过愈伤组织的GUS荧光值与荧光素酶发光值的比值,评价psb CBF6启动子在非生物逆境胁迫及激素诱导条件下的驱动活性。结果表明,sb CBF6基因在各种非生物逆境胁迫下差异表达。psb CBF6启动子长1 479 bp,存在多种与非生物逆境胁迫应答相关的调控元件,可在非生物胁迫条件下驱动外源抗逆基因在转基因植物中诱导表达。试验结果为研究抗逆转基因玉米提了供参考。     

非生物胁迫诱导的玉米蛋白激酶基因ZmCIPK1的cDNA克隆和表达分析

CIPK（CBL-interacting Protein Kinase）在植物非生物胁迫信号转导中起重要作用。应用电子克隆的方法在玉米中克隆了一个cDNA全长为1395bp的蛋白激酶基因ZmCIPK1（GenBank接受号为EF158034）。其编码的蛋白含有465个氨基酸,分子量为51.98KD,等电点为6.92。推断的ZmCIPK1催化结构域中包含蛋白激酶催化结构域保守的11个亚结构域, 蛋白C端具有植物CIPK蛋白家族特有的包含24个氨基酸的NAF结构域。半定量RT-PCR结果表明,在甘露醇、氯化钠、ABA和4°C低温诱导时,ZmCIPK1在玉米幼苗叶片中表达量明显上调,在24小时内保持较高的转录水平。试验结果表明,ZmCIPK1是一个新的玉米蛋白激酶基因,响应多种非生物胁迫信号。     

毛叶苕子磷饥饿响应基因VvPHR1的克隆及功能研究

【目的】磷饥饿响应因子PHR (phosphate starvation response)在植物根系发育和磷养分吸收中起重要作用,本研究主要阐明毛叶苕子VvPHR1基因生物学功能,为培育磷高效型绿肥作物提供理论依据。【方法】通过转录组测序获得毛叶苕子VvPHR1基因序列。采用酵母单杂交方法验证VvPHR1基因的转录激活功能,构建其过表达载体,利用花粉管通道法分别遗传转化野生型和突变体(Atphr1)拟南芥,获得超量表达VvPHR1基因和突变体功能回补转基因材料。对正常磷(1 mmol/L Pi)和低磷(1μmol/L Pi)的培养基中生长30天的拟南芥取样,采用实时荧光定量PCR对野生型和转基因拟南芥中VvPHR1及下游磷转运基因的表达进行分析,并对转基因材料进行表型分析,测定其主根长、鲜重、总磷及无机磷(phosphate,Pi)含量。【结果】毛叶苕子转录组中有13个PHR基因,转录本129590、96227、120424与拟南芥的PHR1相似度最高,其中转录本120424在低磷诱导下表达量最高,将该转录本命名为VvPHR1基因。该基因cDNA全长1008 bp,编码335个氨基酸...     

番茄2个ERF-B1亚族转录因子基因的克隆及其对生物和非生物胁迫响应

为进一步研究番茄ERF转录因子调控植物抗逆的分子机理,本研究以番茄浙杂-301为试验材料,分别克隆获得2个乙烯反应元件结合蛋白基因SlERF83和SlERF109,并对其进行序列及表达分析。结果表明,番茄SlERF83和SlERF109基因分别含有678 bp和669 bp的开放阅读框,编码225和222个氨基酸,各含有1个保守的AP2结构域,属于亲水性蛋白。进化分析表明,这2个ERF转录因子均属于AP2/ERF家族中ERF亚族的B1组。SlERF83和SlERF109三级结构都含有1个α-螺旋和3个β-折叠。酵母单杂交及β-半乳糖苷酶活性测定结果证明SlERF83转录因子可以与GCC-box结合。番茄2个ERF蛋白启动子含有多种逆境相关的顺式作用元件。采用荧光定量PCR检测SlERF83和SlERF109在非生物和生物胁迫下的表达,结果表明,高盐和干旱胁迫下,SlERF83和SlERF109基因的表达均被抑制;水杨酸处理能够诱导SlERF83和SlERF109基因的表达;茉莉酸甲酯处理下SlERF83表达水平提高,SlERF109表达量降低;番茄黄化曲叶病毒侵染下,SlERF83和SlERF109基因的表达均被抑制。SlERF83和SlERF109转录因子可能参与了番茄对生物及非生物胁迫的响应过程。本研究结果为进一步深入开展ERF转录因子调控番茄抗逆分子机制研究提供了一定的理论依据。     

玉米逆境响应基因ZmGST23克隆和表达分析

谷胱甘肽-S-转移酶(glutathione S-transferases,GSTs)是植物抗氧化系统的重要成员,在初生代谢、次生代谢、细胞信号转导及逆境响应等生物学过程中发挥着重要作用.本研究以GenBank中公布的玉米谷胱甘肽-S-转移酶23基因(ZmGST23)mRNA序列(GenBank登录号:NM_001111524)为依据,采用RT-PCR方法从玉米(Zea mays)自交系F83中克隆得到ZmGST23基因669 bp的完整开放阅读框(open reading frame,ORF),编码222个氨基酸,蛋白分子量为24.84kD,理论等电点为5.68.保守结构域分析表明,该基因具有GSTs所特有的N端及C端结构域,并含有典型的G位点及H位点,属于Tau类谷胱甘肽硫转移酶.系统进化分析表明,ZmGST23编码蛋白与高粱(Sorghum bieolor)GST蛋白亲缘关系最近,且在不同物种间存在明显的种属特性.启动子序列分析结果显示,ZmGST23基因启动子区含有多个响应逆境及植物激素的作用元件,包括脱落酸(abscisic acid,ABA)响应元件、生长素(auxin,IAA)响应元件、赤霉素(gibberellin,GA)响应元件、厌氧响应元件、防御及逆境响应元件以及干旱诱导的MYB转录因子(v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog,MYB)结合位点.胁迫诱导表达分析表明,ZmGST23的表达显著受干旱脱水、水涝、盐、ABA、IAA、GA、低温及高温等非生物胁迫的诱导.组织特异性表达分析表明,ZmGST23基因在幼芽和成熟叶片中表达量较高,在幼根、花丝、苞叶、雌穗及雄穗中表达量较低,存在明显的组织特异性.将ZmGST23基因片段连接至原核表达载体pEASY-E1中,转化大肠杆菌(Escherichia coli)BL21,用0.5 mmol/L的异丙基硫代半乳糖苷(isopropylβ3-D-1-thiogalactopyranoside,IPTG)诱导表达1～4 h后获得30 kD的诱导蛋白.本研究结果为进一步利用该基因进行玉米抗性改良提供了一定的理论依据.     

蓖麻WOX转录因子家族成员的全基因组分析及逆境胁迫响应

WOX是植物中特有的一类转录因子,参与植物发育和应激反应。为探究蓖麻基因组WOX转录因子信息,本研究通过生物信息学方法鉴定出11个蓖麻WOX转录因子家族成员,并对其系统发育、基因结构、保守基序及理化性质等基本信息进行鉴定与分析。结果显示,11个WOX成员被分为三个进化支,在古代进化支、中间进化支和现在进化支分别有2、2和7个成员,同一进化支成员的外显子、基因结构具有相似性,但理化性质差异较大。利用RT-qPCR检测根、茎、叶不同组织中5个蓖麻RcWOXs基因在干旱与盐胁迫下表达情况,结果表明,RcWOXs在不同组织中的表达具有特异性;除RcWOX10受干旱胁迫抑制外,RcWOX2、RcWOX4、RcWOX8和RcWOX9在干旱和盐胁迫下均被诱导表达,表明RcWOX转录因子在蓖麻逆境胁迫中起调控作用。本研究结果为进一步探究蓖麻WOX转录因子家族在逆境胁迫中的功能提供了一定的理论参考。     

华东葡萄抗白粉病转录因子基因的克隆及亚细胞定位分析

以抗白粉病华东葡萄（Vitis pseudoreticulata W.T.Wang）株系白河-35-1为材料,在经葡萄白粉病病原菌（Uncinula necator（Schw.）Burr.）诱导后获得的EST序列的基础上,本研究通过RACE技术克隆了一个具有转录域的转录因子全长1324bpcDNA序列,其阅读框为1053bp,编码350个氨基酸,命名为VpRFL1（GenBank登录号：FJ356672）。应用PCR技术,进一步获得了转录因子VpRFL1基因的DNA序列,其序列全长1599bp,VpRFL1基因包含3个外显子,2个内含子。生物信息学分析表明,华东葡萄白河-35-1VpRFL1基因编码的氨基酸序列在N端含有核定位信号,C端含有C4C4型RING锌指结构域。VpRFL1/PBI221-GFP在洋葱（Alliumcepa）表皮细胞中的瞬时表达分析表明,该转录因子主要定位于细胞核内。VpRFL1的序列特征与定位分析结果初步表明该转录因子基因在核内起作用,并可能参与了抗逆反应的相关途径。     

WRKY转录因子参与植物非生物胁迫应答的研究进展

WRKY转录因子在植物的非生物胁迫中发挥了重要的调节作用,能够参与多种不同的信号途径,功能具有多样性。WRKY蛋白除具有高度保守的WRKYGQK基序外,通常还具有Cys2His2或Cys2His-Cys型锌指结构,它通过与靶基因启动子中的W-box[(T)TGACC(A/T)]特异结合调控其表达,从而响应植物的逆境胁迫及其它信号途径。为了帮助我们更全面地了解WRKY转录因子在植物中的作用,本文主要对近年来WRKY在植物非生物胁迫方面的研究进展进行了综述。     

不同基因型玉米对砷胁迫的响应

利用室内砂培试验,研究砷胁迫对33个不同基因型玉米生长发育的影响,探讨不同基因型玉米的耐砷性,以期降低砷通过食物链对人体健康的危害,为育种和环境治理提供依据。结果表明,不同基因型玉米品种、不同性状指标对砷胁迫反应程度不同。砷从地下部向地上部的迁移情况因品种不同而异。全株砷富集量(RETP)与地下部砷富集系数(ECPU)、生物富集系数(BF)、地下部浓度(COPU)、地下部砷富集量(EOPU)呈极显著正相关,与转运系数(TF)呈极显著负相关。以全株相对干物重(RTDW)和全株砷富集量(RETP)为筛选指标,得出DH3622、SY511、XQ74-2、ND5、LY18是相对耐砷、砷富集量相对较高的玉米品种;DH11、JZN218、QL1等15个是砷富集量相对较低、耐砷性相对较差的玉米品种。     

甜樱桃砧木PcDHN1的克隆及其对非生物胁迫的响应

为明确甜樱桃砧木脱水素基因特征及其在干旱、高盐和低温胁迫过程中的表达模式,以甜樱桃砧木Y1为材料,利用RT-PCR和RACE技术克隆了甜樱桃砧木脱水素基因Pc DHN1,利用生物信息学分析其编码蛋白特征,并采用qRT-PCR分析该基因的表达模式。序列分析显示,甜樱桃砧木脱水素基因Pc DHN1的c DNA全长893 bp,编码225个氨基酸,推测编码蛋白分子量约为23.98 k D,理论等电点为8.65。氨基酸序列分析显示,Pc DHN1含有2个Y-片段、1个S-片段和2个K-片段,具有植物脱水素蛋白的特征性结构,属于YnSK2型脱水素。表达特性分析显示,Pc DHN1在干旱、高盐和低温胁迫条件下受胁迫诱导而上调表达,但对低温胁迫响应比较迟缓,说明该基因可能参与了甜樱桃砧木对干旱和高盐胁迫的耐受调节过程。本研究结果为甜樱桃砧木抗逆基因工程提供了一定的参考。     

植物同源结构域(PHD)-finger家族转录因子OsPHD1的过量表达可提高水稻的耐逆性能

OsPHDl基因属于水稻(Oryza sativa)植物同源结构域(PHD)-finger转录因子基因家族.逆境(干旱、高盐和低温)处理下,水稻内源基因OsPHDl的表达量明显升高.利用农杆菌介导法将OsPHDl基因转入水稻(Oryza sativa ssp.jap onica)中花11,获得OsPHDl的过表达植株.耐逆性实验表明,过表达OsPHDl基因使转基因株系对低温(4～8℃)、高盐(200mmol/L)和干旱胁迫(相对含水量70%～95%)的耐受性分别提高43.3%、60%和25%,且在T2中获得稳定遗传.同时转基因水稻在其他性状与对照无明显差异.在洋葱(Allium cepa)表皮亚细胞定位实验中OsPHDl与GFP的融合蛋白定位于细胞核中,qRT-PCR结果表明,OsPHDl蛋白可能通过调节胁迫反应基因的表达来调节植物的抗逆性.研究结果提示,OsPHDl基因在水稻抗逆育种上有重要的应用前景.     

小麦盐胁迫响应相关ERF基因的分离和初步验证

隶属于AP2/ERF超家族的乙烯响应因子(ERF)是植物抵御盐胁迫过程中的一类重要基因,为了减轻盐渍土地对小麦产量的负面影响,本研究从小麦全基因组中分离了AP2/ERF超家族,根据聚类结果和结构特征从中鉴定出96个ERF家族成员,在A、B、D基因组中共有229个拷贝序列;通过聚类分析和转录组数据分析筛选出13个与已克隆...     

芹菜水孔蛋白基因AgPIP2;1的克隆及其对非生物胁迫的响应

为了研究芹菜质膜内在蛋白基因的序列特征及其在非生物胁迫条件下的表达特性,探讨其抗逆功能,以芹菜品种六合黄心芹为试验材料,通过RT-PCR技术克隆AgPIP2;1基因,通过生物信息学软件分析其核苷酸和氨基酸序列特征,并采用荧光定量PCR技术检测其在不同组织的表达及其对非生物胁迫的响应。结果表明,AgPIP2;1基因含有1个861 bp的开放阅读框,编码286个氨基酸,其编码的蛋白属于PIP2类蛋白。氨基酸序列分析显示,AgPIP2;1含有高度保守的NPA基序以及高等植物PIP蛋白的保守序列,与其他物种PIP2类蛋白具有较高的同源性,与胡萝卜DcPIP2;1的氨基酸序列同源性达到97.90%。在亲缘关系上与大豆GmPIP2;1、胡萝卜DcPIP2;1和绿豆VrPIP2;1较为接近。实时荧光定量PCR技术分析表明,AgPIP2;1基因在芹菜根、叶柄和叶片中均有表达,其中在叶片中的表达量最高,在根中的表达量最低,呈现比较明显的组织特异性。此外,AgPIP2;1基因受到高温、低温、干旱和盐等非生物胁迫的诱导,说明该基因可能参与芹菜抵御非生物胁迫的过程。本研究为进一步了解AgPIP2;1基因的功能...     

低温胁迫下苦瓜叶片转录组差异基因分析及生理响应特征

苦瓜在生长季节遇到低温会影响其生长发育和产量,限制了种植分布区域.为了研究苦瓜耐寒性的分子机制,本研究以苦瓜自交系43为试验材料,在8℃低温胁迫处理后观察其表型并测定相关生理生化指标,再利用转录组测序技术从生理角度结合分子水平对苦瓜低温胁迫机制进行生物信息学分析.结果表明,在8℃低温胁迫下,苦瓜表现出耐低温适应性,在低...     

玉米紫色酸性磷酸酶(PAPs)基因家族的鉴定与低磷响应特征

紫色酸性磷酸酶(purple acid phosphatase,PAPs)属于金属磷酸酯酶家族,能催化磷酸酯或酸酐的水解,对于活化植物根际周围的有机态磷及促进植株体内磷素的再循环利用起重要作用。本研究以拟南芥(Arabidopsis thaliana)PAPs基因为基础,在玉米(Zea mays)全基因组水平上对PAPs基因家族进行鉴定,对其基因结构及进化关系进行分析,并运用半定量PCR、实时荧光定量PCR及亚细胞定位对其家族成员进行深入研究。结果表明,从玉米自交系B73全基因组中筛选出24个紫色酸性磷酸酶候选基因,聚类为3个家族和8个亚家族;半定量qRT-PCR(sqRT-PCR)分析的8个家族成员均在低磷胁迫下呈现表达变化,对具有显著表达差异的4个成员(ZmPAP1c、ZmPAP10a、ZmPAP10b和ZmPAP26)进行qRT-PCR分析发现,4个ZmPAPs在不同时间的低磷胁迫处理后,因材料基因型不同及器官不同而呈现出时空特异性及组织特异性,其中ZmPAP1c和ZmPAP10a在维持体内磷素动态平衡中可能发挥重要作用;亚细胞定位结果表明,ZmPAP10a和ZmPAP1c表达产物被定位于细胞膜上;酸性磷酸酶活性分析表明,耐低磷玉米自交系178根系的酸性磷酸酶活性较9782高,并且响应低磷胁迫更灵敏,说明其在遇到低磷环境时通过调节ZmPAPs表达来增强酸性磷酸酶的活性,从而提高磷素利用效率。本研究结果为进一步研究玉米ZmPAPs家族的功能提供了基础资料。     

小金海棠质膜H+-ATPase基因(MxHA2)的克隆及功能分析

植物质膜H+-ATPase能把质子泵出根外酸化土壤,增加铁的溶解度,利于植物对铁的吸收.小金海棠是一个苹果铁高效基因型砧木,为研究质膜H+-ATPase在小金海棠铁吸收过程中的功能,本研究通过同源克隆的方法从小金海棠(Malus xiaojinensis)中克隆到了一条全长2865 bp含有完整编码区的质膜H+-ATPase基因(MxHA2),编码954个氨基酸(GenBank登录号:JQ867095).系统进化分析结果表明MxHA2蛋白与碧桃(Prunus persica)的PPA2蛋白亲缘关系较近.基因枪法在洋葱(Allium cepa)表皮内进行亚细胞定位分析,结果表明,MxHA2与GFP的融合蛋白定位于细胞膜上.荧光定量PCR分析表明,缺铁胁迫后,MxHA2基因在根和叶中均有不同程度的增强.把MxHA2基因转化到酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)(BJ2168)后,转MxHA2的酿酒酵母H+-ATPase活性极显著增强,且缺铁处理后其生长量持续高于对照,表明该基因编码的蛋白具有H+-ATPase活性,其过量表达能提高酵母菌株的耐缺铁性.结果提示,MxHA2可能在小金海棠的耐缺铁胁迫过程中起重要作用,为进一步研究小金海棠的铁高效机理提供了依据,在果树耐缺铁分子育种上有重要的应用前景.