大豆TRK-HKT家族基因结构及逆境胁迫响应机制

植物TRK-HKT家族基因广泛介导植物Na+/K+运输,参与植物耐逆境胁迫调控。本研究以6个大豆钾利用效率差异品种为材料,利用in silico技术克隆到4个大豆TRK-HKT家族成员(Gm HKT1;1、Gm HKT1;2、Gm HKT1;3和Gm HKT1;4),采用q RT-PCR技术解析这些基因在低钾及逆境胁迫下的表达机制。结果表明,Gm HKT1;2在大豆幼苗根中对低钾胁迫的响应明显高于其他3个基因,且钾高效大豆品种这种响应更明显;同时Gm HKT1;2对不同逆境胁迫(低温、干旱、高盐和ABA)也有较强的响应。蛋白结构分析表明,仅Gm HKT1;2具有4个MPM结构域,4个保守的氨基酸残基空间上形成一个"漏斗样"结构,充当K+/Na+转运通道,通过邻近的ATP结合结构域,为K+/Na+转运提供能量。基因结构分析显示,这些基因均含3个外显子和2个内含子,不同基因间的第一个外显子和内含子片段大小差异显著,导致各基因的基因组DNA(g DNA)大小各异。启动子分析揭示,大豆TRK-HKT家族成员包含参与种子功能定位和各种激素及逆境胁迫应激反应的重要顺式作用元件;进化上该家族基因位于第一进化分支,含保守的Ser–Gly–Gly–Gly基序。     

rd29A启动子的克隆及提高烟草抗逆性的研究

根据GenBank上公布的rd29A基因序列(D13044),利用PCR方法从拟南芥(Arabidopsis thaliana)基因组DNA中扩增得到了rd29A基因的启动子片段.序列分析表明,该片段与D13044有99%的同源性,它包括了DRE等4种完整的顺式作用元件.与GUS基因融合构建双元植物表达载体pBI-rd.转基因烟草的GUS活性组织染色分析及Northern杂交分析均表明,3种胁迫处理均可诱导GUS基因大量表达.其中,15%PEG和0.5%NaCl胁迫处理的转基因烟草比0℃低温处理的转基因烟草的GUS表达量高,而未经胁迫处理的转基因烟草的GUS基因只有少量表达.这些结果表明,rd29A属胁迫诱导型启动子,当植物遭受逆境胁迫时,rd29A启动子可以驱动下游目的基因超量表达,这就为通过基因工程途径提高植物抗逆性奠定了基础.     

受多逆境诱导表达的GhWRKY64基因启动子克隆与功能分析

WRKY蛋白属于锌指型转录调控因子,参与植物生长发育及耐逆响应。以陆地棉遗传标准系TM-1为材料,克隆Gh WRKY64(KF031101)基因上游1064 bp的启动子序列,并对其调控元件及功能进行分析。生物信息学分析表明,该区域含18个组织器官表达及诱导表达关键元件,分别为6个ROOTMOTIFTAPOX1根特异调控元件,4个CACTFTPPCA1叶肉特异性调控元件、4个OSE2ROOTNODULE病菌诱导元件、2个GTIGMSCAM4盐调控元件和2个W-box胁迫应答响应元件。将该启动子与GUS基因融合,构建p BIW64:GUS植物表达载体,通过农杆菌介导叶盘转化法获得12个转基因烟草株系。选择GUS表达量最高的p BIW64-5进行转基因不同组织器官表达及诱导表达分析。GUS组织化学染色显示,苗期的转基因烟草植株在叶和根部均具有GUS活性,开花期在转基因烟草植株根、叶及叶柄均检测到GUS活性,特别在转基因烟草的根及根尖部分染色更深,在茎和花组织上未检测到GUS活性。对该转基因烟草幼苗进行黄萎病菌诱导处理,诱导48 h后,转基因烟草幼苗根和叶片的GUS染色比未诱导处理的对照明显加深。结果表明,Gh WRKY64上游1064 bp长度的DNA序列,具有启动子的相关顺式作用元件,且为病原菌诱导型启动子。该启动子可为开展棉花抗黄萎病转基因研究提供调控元件。     

林烟草Shaker钾通道基因NsylNKT6启动子的克隆与功能分析

Shaker家族钾离子通道在植物钾素的吸收转运中发挥重要作用。前期从林烟草(Nicotiana sylvestris)中克隆到Shaker家族GroupⅡ的一个成员NsylNKT6,但其具体的组织表达模式尚不清楚。本研究以林烟草基因组DNA为模板,克隆获得NsylNKT6上游长1 981 bp的启动子序列。生物信息学分析表明,NsylNKT6启动子含有多个光、激素和胁迫等响应元件及分生组织表达元件。利用叶盘转化法,获得转NsylNKT6启动子驱动GUS报告基因的林烟草材料。GUS染色结果显示,正常培养条件下,在林烟草出苗期的叶片保卫细胞检测到GUS活性;在林烟草团棵期,叶片的叶脉维管组织、腺毛及保卫细胞均检测到GUS活性。上述结果表明NsylNKT6在保卫细胞、叶脉维管组织和腺毛细胞中表达。推测该基因可能通过调节钾吸收参与气孔运动,或介导维管组织和腺毛中的钾离子吸收转运过程,且其表达可能受光、激素和胁迫等的调控。本研究为解析NsylNKT6钾通道的生理功能提供理论基础。     

马铃薯细胞壁蔗糖转化酶基因StCWIN1启动子克隆与表达及其在干旱胁迫下的作用分析

植物细胞壁蔗糖转化酶（cell wall invertase,CWIN）是源、库组织蔗糖代谢及胁迫应答的关键酶。本研究利用基因步移法克隆马铃薯StCWIN1启动子片段,应用PlantCARE在线软件对启动子区域的作用元件进行分析,将融合StCWIN1启动子与GUS报告基因的表达载体转化拟南芥野生型,并利用组织化学染色和GUS实时定量PCR技术探究启动子表达活性、组织表达特性和响应干旱胁迫的表达规律。结果表明,克隆获得StCWIN1基因上游1956 bp启动子序列,其中包含核心调控、植物激素、防御及胁迫、光响应等关键元件;StCWIN1启动子在根、柱头和果荚组织中的表达活性高于其他组织;转StCWIN1启动子拟南芥株系叶片中GUS表达量高于野生型,且干旱胁迫显著抑制了GUS相对表达量。本研究克隆得到具有活性的StCWIN1启动子,基于研究结果推测目的基因可能参与根、花和果实等器官发育,对干旱胁迫也发挥应答调节作用。     

梭梭HaFT-1、HaFT-9基因启动子克隆及胁迫响应分析

14-3-3蛋白是一类普遍存在于真核生物中的分子伴侣,研究表明梭梭14-3-3蛋白HaFT-1和HaFT-9功能与胁迫响应密切相关。为进一步分析HaFT-1和HaFT-9基因胁迫响应机制,本研究采用染色体步移技术扩增HaFT-1和HaFT-9基因5’端上游调控序列,分别获得961和879 bp启动子序列。序列分析表明二者启动子除含有基本的启动子核心元件外,还包含多种逆境响应元件。分别构建HaFT-1和HaFT-9基因启动子-GUS重组载体瞬时转化烟草、棉花、梭梭幼苗,GUS染色结果显示：二者启动子在正常生长条件或高温、脱水、NaCl胁迫及ABA处理下均能调控GUS表达,并且HaFT-1启动子对以上处理的响应更加明显;在高温胁迫下,梭梭幼苗中二者启动子调控的GUS表达具有组织特异性。RT-qPCR结果显示,在梭梭幼苗中,高温、脱水、NaCl胁迫及ABA处理下HaFT-1和HaFT-9基因表达趋势与以上GUS染色结果基本一致。本研究为进一步阐明HaFT-1和HaFT-9基因在胁迫响应中的作用机制提供了科学依据。     

文心兰生物钟基因OnELF3启动子克隆与表达分析

为了解文心兰生物钟基因OnELF3的转录调控,本研究采用TAIL-PCR技术从文心兰基因组中克隆到OnELF3基因起始密码子上游2 204 bp的启动子序列。使用BDGP、PlantCARE和PLACE在线软件对OnELF3基因启动子的转录起始位点与顺式作用元件进行预测。结果表明启动子序列除包含TATA-box和CAAT-box等启动子基本元件外,还包含组织特异性元件、光调控元件、植物激素响应元件、胁迫反应响应元件和昼夜节律调控元件等。为探究OnELF3启动子的表达活性,构建pCAMBIA1301-p OnELF3p:GUS载体,利用农杆菌介导法,转化烟草与拟南芥。烟草叶片瞬时转化表明克隆的OnELF3启动子序列具有启动子活性。转化拟南芥结果表明,OnELF3启动子能够驱动下游的GUS基因在T2代拟南芥中稳定表达,GUS组织染色显示该启动子呈现发育与组织特异性表达。这些结果为进一步研究文心兰OnELF3基因的转录表达调控与相关功能分析提供基础。     

蓝莓VcMYB启动子克隆及其功能初步分析

为探究VcMYB启动子在转录过程中如何发挥调控作用,利用FPNI-PCR法从蓝莓中克隆到调控原花青素合成相关的转录因子VcMYB的768 bp启动子序列。用PLACE和Plant CARE在线启动子预测工具分析了该启动子,结果表明其序列中存在启动子的基本元件CAAT-box和TATA-box,还包含一系列的响应元件,如光响应元件、低温响应元件、防御与胁迫响应元件和茉莉酸甲酯响应元件等。为进一步分析该启动子的功能,构建了该基因启动子与GUS基因融合的植物表达载体VcMYBpro::GUS,并用农杆菌转化拟南芥。对转基因拟南芥进行GUS组织化学染色分析,结果表明该VcMYB启动子能驱动GUS基因在转基因拟南芥中表达,并且经脱落酸(ABA)、4℃低温、LED光照和持续光照处理后,转基因拟南芥中GUS的表达活性增强,推测该基因受ABA、低温和光的调控。     

小叶杨TMM基因启动子克隆及表达模式分析

气孔作为植物与外界进行气体交换的通道,对植物自身的生长发育至关重要。研究表明植物TMM蛋白与植物气孔的形成发育密切相关。本研究利用PCR技术克隆了小叶杨(Populus simonii Carr.)TMM基因5’端上游的调控序列pPsTMM,长度为2336 bp。生物信息学分析结果表明:小叶杨启动子pPsTMM除了含有TATA-box、CAAT-box等核心启动子元件之外,还含有多种光响应元件、植物激素响应元件、抗逆胁迫相关元件以及生理代谢和生长发育相关元件等,说明转录活性还可能受到光、植物激素、逆境胁迫等因素诱导。利用双酶切法构建植物表达载体pBI121-pPsTMM-GUS,叶盘法稳定遗传转化烟草,GUS化学组织染色显示GUS主要集中在叶芽起始发育部位表达,说明pPsTMM启动活性具有组织特异性。对非生物胁迫的转基因烟草进行GUS化学染色以及进行荧光定量PCR,结果显示pPsTMM对不同因素的非生物胁迫响应程度存在差异性,干旱和盐胁迫下启动活性很低,高温和低温对其调控作用也不明显,但对外在施加的植物激素(GA,NAA,ABA)和水杨酸(SA)响应程度很高,说明pPsTMM启动子对物理因素的响应值要远低于化学因素的诱导。本研究为进一步阐明TMM蛋白表达模式与小叶杨气孔发育特性及抗旱性之间的分子机制提供理论基础。     

甘蓝型油菜BnaFIL基因启动子的克隆与表达分析

为了进一步了解启动子在甘蓝型油菜FIL基因(BnaFIL)表达调控中的作用,根据甘蓝型油菜基因组数据,以甘蓝型油菜叶片提取的DNA为模板,对甘蓝型油菜BnaFIL基因的启动子序列pBnaFIL进行克隆,长度为1 326 bp。采用PlantCARE在线分析软件对该启动子序列进行生物信息学序列分析,结果表明,该序列含有参与光反应的部分保守DNA模块以及CAAT-box和TATA-box等核心启动子必备元件,与分生组织表达有关的顺式作用的调控元件CAT-box以及光敏反应元件。通过该启动子序列替换pBI121植物表达载体上的CaMV35S启动子,使该启动子与GUS基因融合获得pBnaFIL-GUS表达载体,将载体通过农杆菌花序浸染的方法转入拟南芥中,获得了早花启动子重组质粒阳性转基因株系和晚花启动子重组质粒阳性转基因株系。之后对转基因拟南芥植株进行GUS染色分析,对启动子的表达效果进行了检测,最终在不同的转基因拟南芥植株中均发现了GUS基因的表达。结果表明,早花材料与晚花材料中启动子表达强弱存在差异,早花材料启动子的驱动基因表达效果比晚花材料启动子的驱动效果要好,由此推断,启动子的驱动效果...     

拟南芥RBCS-1A基因受光调节表达模式及其启动子遗传转化应用评价

RBCS编码光合碳同化关键酶核酮糖1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶的小亚基, 是控制植物光合作用的重要基因之一。本研究利用实时荧光定量PCR技术分析拟南芥RBCS-1A受光调节表达模式, 结果表明, AtRBCS-1A表达受光诱导, 同时具有组织表达特异性; 运用生物信息学手段分析发现, 该基因启动子序列中存在多个参与光应答的顺式作用元件; 采用PCR技术从拟南芥基因组中分离到长度为1 691 bp的AtRBCS-1A启动子片段, 将该片段与GUS报告基因融合构建植物表达载体并转化野生型拟南芥, 对获得的转基因植株进行GUS染色, 结果显示, AtRBCS-1A启动子是光诱导型和组织特异型启动子。以上结果初步证明, AtRBCS-1A启动子应用于植物遗传转化切实可行, 具有重要应用价值。     

桑树1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶基因(MnACO)启动子功能分析

1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶(ACO)作为关键酶,能够催化1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)形成乙烯。为探究桑树MnACO基因在桑树生长发育和抵御外界胁迫中的功能,本研究构建了p MnACO::GUS的植物表达载体并转化拟南芥。采用GUS组织染色法鉴定转基因拟南芥不同生长阶段及胁迫处理后的GUS活性。通过PCR克隆得到MnACO1和MnACO2启动子片段,它们分别为1518 bp和1429 bp,启动子区域有大量的TATA-box、CAAT-box和其他响应外界刺激的顺式作用元件。GUS活性分析显示MnACO启动子能驱动GUS在拟南芥中表达;MnACO1启动子能驱动GUS在拟南芥的根、叶片、花瓣、花药、花丝、柱头以及果荚中表达,且活性较MnACO2强;MnACO2启动子不能驱动GUS在果荚中无表达。转MnACO1和MnACO2植株经不同逆境处理后GUS表达活性不同,转MnACO1植株的GUS活性随处理延长时间而减弱,转MnACO2植株GUS活性随处理时间延长而增强。q RT-PCR检测2周苗龄的桑幼苗在经过胁迫处理后Ma ACO1和Ma ACO2的基因表达量,发现Ma ACO基因的表达模式与MnACO启动子GUS活性变化趋势一致。本研究结果表明,MnACO为诱导型启动子,MnACO1兼具组成型启动子特性,MnACO2兼具组织特异型启动子特性。MnACO1在转基因植株中对胁迫响应能力更强,预示着可将其用来调控改良桑树品种抗逆性靶基因;Ma ACO2可能与果实成熟有关,可将其启动子作为果实特异性启动子对桑椹品质进行合理改良。     

大豆Glyma08g11030启动子在拟南芥中的表达分析

F-box蛋白在调控植物对逆境胁迫应答过程中具有重要功能。为研究大豆F-box蛋白Glyma08g11030基因启动子的表达特性,利用冻融法将Glyma08g11030植物表达载体质粒Glyma08g11030-pro-pCAMBIA3301转入农杆菌GV3101菌株。通过农杆菌介导的浸花法将Glyma08g11030启动子转化野生型拟南芥,经过含10%草甘膦(Basta)除草剂筛选获得转Glyma08g11030启动子阳性植株。对纯合的T₃代转基因拟南芥进行GUS组织化学染色,结果表明Glyma08g11030启动子驱动的GUS基因在转基因拟南芥发育5和7 d的幼苗、莲座叶、茎生叶、茎和花序中均表达。研究结果为进一步利用Glyma08g11030启动子驱动目的基因表达提供参考。     

甘薯块根储藏蛋白(Sporamin)启动子克隆及功能验证

提取甘薯“川薯34”总DNA,设计引物,通过高保真PCR扩增获得了长为1 144bp的甘薯储藏蛋白(Sporamin)基因启动子SpoA-p.PLACE在线分析表明:Sporamin启动子具有基本的启动子元件CAAT-box,并包含大量与储藏蛋白表达相关、抗逆相关及蔗糖表达相关的功能组件.构建植物表达载体pBI-SpoA-p::GUS、农杆菌工程菌株EHA105:pBI-SpoA-p::GUS后导入烟草及甘薯,分别得到15株烟草和10株甘薯的阳性转基因植株,GUS染色分析表明烟草各部位中只在根中有基因表达,甘薯根、茎和叶各部位未检测到活性.5％蔗糖诱导处理24 h后,在烟草根、茎及叶均观察到GUS活性;在甘薯中只有根有GUS活性.因此,可以看出此启动子为甘薯根部特异的表达启动子,并受蔗糖诱导而表达.     

柽柳GRAS转录因子基因启动子克隆和表达分析

克隆获得柽柳GRAS 转录因子基因启动子序列,并对其表达模式进行分析,从而初步探究GRAS转录因子基因的表达特征和功能。CTAB法提取刚毛柽柳基因组DNA,按照Genome Walking Kit 说明克隆GRAS 转录因子基因启动子序列,将克隆获得的GRAS 转录因子基因启动子序列定向替换pCAMB1301 载体上的35S启动子序列,构建融合表达载体,以驱动GUS 基因表达,瞬时侵染拟南芥后进行GUS 基因的染色。成功克隆获得刚毛柽柳936 bp 的GRAS 转录因子基因启动子序列。PLACE 和PlantCARE 数据库分析结果表明该启动子不仅包含启动子区的核心元件CAAT-box 和TATA-box,还含有多个与逆境应答有关的顺式调控元件。成功将GRAS 基因启动子序列定向置换pCAMBIA1301 的35S 启动子,构建重组载体PGRAS::GUS。瞬时转化拟南芥后GUS 染色,结果显示转基因拟南芥叶片被染色而根部着色较浅。初步表明克隆获得的GRAS 基因启动子具有启动子表达活性,其可能参与了柽柳的抗逆应答,为进一步分析该基因的抗逆功能和抗逆机制奠定了基础。     

二穗短柄草逆境诱导型启动子pBdDREB-47的克隆及功能验证

前期研究分析二穗短柄草逆境胁迫下的AP2/EREBP基因家族的表达谱时,发现Bd DREB-47响应多种逆境胁迫,因此本研究利用PCR的方法克隆了该基因上游1 388 bp的启动子区域,并命名为pBdDREB-47。启动子分析软件Plant CARE分析表明:pBdDREB-47含有TATA-box、CAAT-box等启动子核心元件,同时还含有LTR、ABRE等多种胁迫响应相关元件。因此我们将pBdDREB-47构建到启动子检测载体p CAMBIA1381-GUS上,形成p CAMBIA1381-pBdDREB-47-GUS,以检测其启动子活性。通过农杆菌介导法转化烟草,得到的转基因烟草T1代植株GUS染色结果表明:该启动子在冷、干旱及盐胁迫条件下能够显著诱导GUS报告基因的表达,可进一步用于植物抗逆遗传育种改良工作。     

拟南芥启动子rd29A在长春花中的瞬时转化及功能鉴定

拟南芥诱导型启动子rd29A作为低温及盐胁迫的诱导型启动子,其在长春花中的生物学功能为长春花转基因植物的构建提供了一个可控的基因表达体系。本研究通过克隆拟南芥启动子rd29A,替换双元载体p BI121中组成型启动子Ca MV 35S构建表达载体rd29A::GUS,经根瘤农杆菌(GV3101)介导转化长春花顶端分生组织实现GUS基因在rd29A启动子驱动下的瞬时表达。表明:同常温条件(25℃)相比,经低温诱导(4℃)12 h后长春花中GUS基因表达量升高了四倍,GUS染色也同时证明了低温可成功诱导rd29A启动子在长春花中的生物学活性,进而为长春花诱导型基因表达的转基因植物构建提供了可行的理论依据。     

水稻寡肽运输基因OsOPT7的时空表达特性分析

基因的表达是基因行使其功能的前提。为了阐明水稻寡肽运输基因OsOPT7的功能,本研究以OsOPT7启动子诱导GUS蛋白表达的转基因水稻为核心研究材料,结合生物信息学分析、半定量RT-PCR等研究方法,对稻寡肽运输基因OsOPT7的时空表达特性展开研究。从GUS蛋白活性的组织化学染色结果来看,OsOPT7基因主要在水稻不同器官的维管系统里面表达,半定量RT-PCR和RiceXPro数据库里的OsOPT7基因表达数据也支持这一结果。另外,OsOPT7基因启动子序列含有一些胁迫相关响应元件、光响应元件和植物激素响应元件,暗示OsOPT7基因会被这些外部因素诱导表达。综合几个方面的实验结果,我们发现水稻寡肽运输基因OsOPT7主要在水稻的维管系统中表达。     

棉花GhTCP2基因启动子分离及其在幼嫩组织的表达分析

 采用Genome walking的方法分离了GhTCP2基因的启动子区,应用在线分析软件PLACE对该启动子序列进行分析,发现含有多个与细胞周期、细胞分裂素、生长素相关的顺式作用元件。构建了GhTCP2基因启动子驱动报告基因GUS的植物表达载体并转化了模式植物拟南芥。转基因拟南芥的组织化学染色显示,GUS基因主要在根尖、幼叶、顶芽、侧芽和花蕾中表达。这说明棉花GhTCP2基因启动子可以驱动目的基因在植物的幼嫩组织表达,该启动子有望在植物抗虫基因工程中应用。     

甘蓝型油菜BnLPAT4启动子的克隆及表达分析

植物溶血磷脂酸酰基转移酶(lysophospholipid acid acyltansferase,LPAT)是在植物不同组织中调控溶血磷脂酸生成各种磷脂酸的代谢流的关键酶。本研究采用同源克隆的方法,从甘蓝型油菜湘油15中克隆BnLPAT4基因翻译起始位点上游的调控序列,长度为1 326 bp。Plantcare在线分析表明:该序列含有CAAT-box和TATA-box等核心启动子原件,同时还有多个光响应元件、逆境胁迫响应元件、激素应答元件等。将该启动子与GUS基因融合,构建pBnLPAT4:GUS植物表达载体,通过农杆菌介导法获得拟南芥T3代转基因株系。GUS组织化学染色显示,幼苗期的转基因拟南芥在叶和根部均具有GUS活性,成熟期在莲座叶、花瓣、花萼、花托及果荚中表达,而花药及种子中未检测到GUS活性。