棉花亲环素基因(GhCYP1)克隆及在干旱胁迫下的表达分析

本研究从已构建的棉花(Gossypium hirsutum)干旱胁迫抑制性差减杂交(suppressive subtractive hybridization,SSH)cDNA文库分离得到一个含有植物亲环素保守结构域的EST片段,测序并结合cDNA末端快速扩增(5'-RACE)技术获得了1个779bp的cDNA序列。序列分析表明,该cDNA5'非翻译区为70bp,3'非翻译区为187bp,并含有一个编码174个氨基酸蛋白的开放阅读框。Blast分析表明,该基因的编码产物为一个亲环素蛋白,将该基因命名为为GhCYP1,序列提交到GenBank,登录号为GQ292530。半定量RT-PCR分析表明,干旱胁迫处理后,该基因在叶片中的表达量迅速提高,并在胁迫2h达到最高,这一研究暗示该基因的表达与棉花抗旱胁迫相关。     

陆地棉NAC转录因子基因GhNAC6的克隆、表达和耐盐性分析

【目的】NAC(NAM-ATAF-CUC)家族是植物细胞内特有的1类转录因子家族,参与植物的抗逆过程。为了研究棉花抗逆的分子机制,本研究从陆地棉TM-1中克隆到1个NAC转录因子基因并研究了其功能。【方法】根据其序列同源性和进化分析结果,将该基因命名为GhNAC6,本文对GhNAC6进行了生物信息学和表达分析,并利用病毒诱导基因沉默技术在棉花中沉默GhNAC6的表达。【结果】GhNAC6全长为1629 bp,包含2个内含子,其中编码区为900 bp,编码1个相对分子质量为33.9×10~3、等电点为6.18的蛋白。GhNAC6启动子区段包含多个与诱导表达和组织特异表达相关的顺式作用元件。转录组数据分析结果表明,GhNAC6在棉花发育的不同时期具有时空表达差异性;实时荧光定量核酸扩增检测结果显示GhNAC6还受到植物激素水杨酸、乙烯利、茉莉酸甲酯和逆境胁迫低温、高温、高盐、伤口的诱导。干涉GhNAC6基因发现,降低GhNAC6基因的表达能增强棉花对盐胁迫的耐受性。【结论】研究结果表明GhNAC6可能参与了棉花发育、逆境响应和激素信号传导的过程。     

陆地棉小GTP结合蛋白基因GhRop4的克隆及其表达分析

【目的】对陆地棉小GTP结合蛋白基因(Small GTP-binding protein)GhRop4(AY965614.1)在多种逆境胁迫下的应答表达模式进行研究分析,为棉花抗逆相关基因克隆及棉花抗逆分子机制研究奠定基础。【方法】利用生物信息学方法分析了GhRop4基因的结构特征和进化树关系,并通过荧光定量PCR(Real-time quantitative polymerase chain reaction,qRT-PCR)的方法分析Gh Rop4基因的组织表达特异性和不同逆境诱导条件下的表达模式。【结果】以陆地棉c DNA为模板克隆得到GhRop4基因,其开放阅读框为588 bp,编码包含195个氨基酸残基的Ⅰ型Rop蛋白。氨基酸多重序列比对表明,GhRop4与其它植物Rop蛋白高度同源,符合Rop蛋白结构特点。qRT-PCR分析表明,GhRop4基因在棉花幼苗根、茎、叶、子叶和下胚轴中均有表达,且在子叶和茎中表达水平较高。GhRop4基因对高盐、干旱、低温和棉花黄萎病菌处理都有一定程度的响应。【结论】Gh Rop4基因在陆地棉的逆境胁迫适应过程中可能具有重要的作用。     

陆地棉Ghkinesin13亚家族基因的克隆及表达特征分析

Kinesin家族是一类马达蛋白,它们能利用ATP水解所释放的能量驱动自身携带物质分子沿着微管运动,在细胞形成、细胞伸长等方面起着关键作用。本研究以拟南芥Atkinesin-13A蛋白序列作为探针序列,利用Blast比对从二倍体雷蒙德氏棉的基因组数据库中发现7个具有较高同源关系的基因。根据基因序列设计引物,利用RT-PCR技术从陆地棉纤维中分离出7个基因。依据7个基因与Atkinesin-13A和Atkinesin-13B的同源性高低,依次将其命名为Gh KIS13A1、Gh KIS13A2、Gh KIS13A3、Gh KIS13B1、Gh KIS13B2、Gh KIS13B3和Gh KIS13B4。生物信息学分析表明,7个Ghkinesin13均含有典型的KISC马达区域、ATP结合位点和微管结合位点,其马达区域属于中央马达。多重序列比对和进化树分析发现,这7个蛋白可被分为2个(Kinesin13A和Kinesin13B)亚类。实时荧光定量PCR结果表明,7个Ghkinesin13亚家族基因在棉花各组织中均有表达,但表达模式各不相同,其中Gh KIS13B4在纤维中优势表达,表明其在纤维发育过程中可能发挥着重要作用。     

陆地棉两个同源基因GhBlind的克隆与表达分析

Blind同源基因对植物株型调控起着重要作用。本研究用同源克隆策略,在陆地棉(Gossypium hirsutum L.) 腋芽部位cDNA中克隆出2个Blind同源基因GhBlind1(GenBank登录号为HQ115643)和GhBlind2(登录号为HQ115644)。GhBlind1和GhBlind2由3个外显子和2个内含子组成,分别编码359个和262个氨基酸残基。组织特异性表达分析表明, GhBlind1在腋芽部位和茎尖分生组织部位优势表达,在根、叶、茎尖、幼嫩纤维表达,而在茎部不表达;GhBlind2在腋芽部位以及根、茎、叶片、茎尖表达,而在纤维不表达。通过重组PCR技术,构建表达载体Psuper-gus-b1和Psuper-gus-b2;应用根癌农杆菌EHA105介导转化棉花胚性愈伤组织进行瞬时表达分析。将棉花胚性愈伤组织共培养4 d后,2个表达载体转化的胚性愈伤组织中均能检测到GUS活性,但Psuper-gus-b2表达活性强于Psuper-gus-b1。对Blind同源蛋白的保守结构域比对发现,GhBlind1和GhBlind2与Blind同源蛋白的一致性分别达94%和91%。以Blind同源蛋白作为外参,结合NCBI已公开的23个棉花MYB蛋白构建系统发生树,发现GhBlind1和GhBlind2与棉花大多数MYB蛋白遗传距离较远,和Blind同源蛋白组成一个较小的分支。     

鹰嘴豆锌指蛋白基因ZE1的克隆及表达分析

利用一段从PEG胁迫的鹰嘴豆幼苗叶片所构建的cDNA文库中得到的EST序列,通过3'RACE方法克隆到一个鹰嘴豆C_2H_2型锌指蛋白基因ZF1,该基因不含内含子,编码一条244个氨基酸残基的多肽,含有两个典型的Cys2/His2锌指结构.其氨基酸序列含有一个可能的核定位型号,农杆菌介导的洋葱表皮细胞GFP瞬时表达实验表明,ZF1蛋白位于细胞核内.半定量RT-PCR分析表明,ZF1在鹰嘴豆的根、茎、叶、花、幼荚和幼胚中均有表达,在茎和叶中表达较弱,为组成型转录因子.半定量RT-PCR和实时荧光定量PCR检测结果显示,ZF1不但受高温及干旱诱导,而且还受6-苄基腺嘌呤(6-BA)、脱落酸(ABA)、乙烯利(Et)、赤霉素(GA_3)、吲哚-3-乙酸(IAA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、水杨酸(SA)和氧胁迫诱导.这些结果表明,ZF1基因可能作为一个核调控因子参与植物的生长代谢以及多种生物与非生物胁迫的应答.     

鹰嘴豆锌指蛋白基因ZF1的克隆及表达分析

利用一段从PEG胁迫的鹰嘴豆幼苗叶片所构建的cDNA文库中得到的EST序列,通过3¢RACE方法克隆到一个鹰嘴豆C₂H₂型锌指蛋白基因ZF1,该基因不含内含子,编码一条244个氨基酸残基的多肽,含有两个典型的Cys2/His2锌指结构。其氨基酸序列含有一个可能的核定位型号,农杆菌介导的洋葱表皮细胞GFP瞬时表达实验表明,ZF1蛋白位于细胞核内。半定量RT-PCR分析表明,ZF1在鹰嘴豆的根、茎、叶、花、幼荚和幼胚中均有表达,在茎和叶中表达较弱,为组成型转录因子。半定量RT-PCR和实时荧光定量PCR检测结果显示,ZF1不但受高温及干旱诱导,而且还受6-苄基腺嘌呤(6-BA)、脱落酸(ABA)、乙烯利(Et)、赤霉素(GA₃)、吲哚-3-乙酸(IAA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、水杨酸(SA)和氧胁迫诱导。这些结果表明,ZF1基因可能作为一个核调控因子参与植物的生长代谢以及多种生物与非生物胁迫的应答。     

棉花C2H2类型锌指蛋白基因GhSIZ1的克隆及表达分析

通过RT-PCR技术从陆地棉中克隆到1个编码C2H2型锌指蛋白的基因,命名为Gh SIZ1(Stress Induced Zinc finger protein1)。该基因编码239个氨基酸残基,预测蛋白分子量为26.6205 k D,等电点为6.52。Gh SIZ1包含一个C2H2型锌指结构域,在其N端含有保守的L-box,C–末端含有一个转录抑制结构域EAR/DLN-box。系统发育树分析表明Gh SIZ1与可可(XP_007044496.1)和中粒咖啡(CDP00218.1)中的锌指蛋白亲缘关系较近。实时定量PCR分析Gh SIZ1在棉花各组织中均有表达,但在根中表达量最高。低温、高盐、干旱胁迫处理后Gh SIZ1的表达水平显著上调。亚细胞定位分析表明,Gh SIZ1定位在细胞核中。本研究表明,Gh SIZ1可能在棉花响应低温、高盐、干旱等非生物胁迫中起着重要作用。     

陆地棉Pht1家族成员的全基因组鉴定及表达分析

【目的】磷是植物三大必需矿质元素之一,对植物的生长发育至关重要。Pht1家族的磷酸盐转运蛋白在植物磷吸收和转运方面具有重要作用,然而关于该基因的系统研究工作尚很少开展。本研究旨在进行Pht1家族成员全基因组鉴定和表达模式分析。【方法】通过生物信息学的方法对陆地棉Pht1家族成员的基因结构、编码蛋白质的结构、染色体定位、基因复制和表达情况等进行全面分析。【结果】(1)在陆地棉的基因组中共鉴定到17个磷酸盐转运蛋白基因(GhPT),其中A亚组包含8个GhPT,D亚组包含9个GhPT;(2)棉花GhPT蛋白之间序列相似性很高,并均具有12个疏水的跨膜区域;(3)进化分析表明这些GhPT蛋白主要聚为2大组(GroupⅠ和GroupⅡ),位于同一组的GhPT的编码基因大部分具有相似的内含子/外显子分布模式;(4)17个GhPT基因不均匀分布在A亚组和D亚组中的5条染色体上,串联复制和片段复制可能导致GhPT基因在陆地棉中的扩增;(5)表达模式分析表明,GhPT6和GhPT14在根中表达量最高,且同时响应低磷和低钾胁迫诱导并上调表达。【结论】这些结果将有助于深入了解Pht1家族基因的功能及离子信号途径相互作用的分子机制。     

陆地棉微管结合蛋白CLASP家族基因的鉴定及表达分析

CLASP蛋白(CLIP-associated protein,CLASP)是一种调节微管结构与功能的微管结合蛋白,在植物生长发育及形态建成过程中起着至关重要的作用。本研究利用生物信息学的方法,在陆地棉基因组数据库中鉴定出6个编码CLASP蛋白的基因。多重序列比对及系统进化树分析表明,陆地棉CLASPs可分为2个亚家族(I和II),亚家族I含有HEAT重复结构域和典型的CLASP-N端结构域,亚家族II只含有CLASP-N端结构域。实时荧光定量PCR结果表明,6个CLASPs基因在棉花各组织中均有表达,但表达模式各不相同,其中CotAD_63740(Gen Bank登录号为KX881965)和CotAD_04861(Gen Bank登录号为KX881961)在纤维中优势表达,CotAD_48232(Gen Bank登录号为KX881962)、CotAD_48665(Gen Bank登录号为KX881963)、CotAD_55570(Gen Bank登录号为KX881964)和CotAD_68468(Gen Bank登录号为KX881966)在茎中优势表达,表达模式的不同表明CLASPs在棉花不同组织中功能不同。本研究为深入研究棉花CLASPs的功能奠定了基础。     

陆地棉基因GhWRKY40-1的克隆及表达分析

【目的】WRKY转录因子通过激活下游一系列抗逆应答基因的表达而提高植株的综合抗性。本研究旨在研究WRKY转录因子在陆地棉中的功能。【方法】通过基因芯片筛选鉴定出1个逆境诱导的陆地棉WRKY转录因子基因,由于此基因编码蛋白含有1个典型的WRKY结构域,且与拟南芥At WRKY40具有较高相似性,故命名为GhWRKY40-1。采用电子克隆及反转录-聚合酶链反应技术获得GhWRKY40-1基因c DNA全长,并对其进行序列分析及结构与功能预测。【结果】GhWRKY40-1的开放阅读框为981 bp,编码326个氨基酸,预测蛋白相对分子质量为35.78×103,等电点为8.39。GhWRKY40-1在拟南芥原生质体中瞬时表达定位于细胞核,且具有转录激活活性。RT-PCR结果表明,GhWRKY40-1受甘露醇诱导上调表达。【结论】推测GhWYKY40-1可能参与干旱胁迫应答反应,并且在植物逆境胁迫中发挥重要作用。上述分析为进一步从分子水平上验证其抗逆生物学功能以及揭示棉花非生物胁迫抗逆机制奠定了基础。     

花生白藜芦醇合成酶基因PNRS1的克隆及其在原核中的表达

采用RT-PCR克隆花生白藜芦醇合成酶(resveratrol synthetic enzyme, RS)基因全长,命名为PNRS1,GenBank登录号为FM955393。序列分析表明该基因的开放读码框1 170 bp,编码389个氨基酸残基。以花生品种鲁花14基因组DNA为模板经PCR扩增,获得该基因的基因组序列长1 537 bp,包含2个外显子和1个内含子。比较发现,PNRS1与其他已知RS序列的同源性达91%~95%。表达模式分析显示,PNRS1在花生根中特异表达,并可被紫外线UV-B诱导。PNRS1与pET-28a(+)构建原核表达载体,经IPTG诱导后可表达获得相对分子量约为46 kD的外源融合蛋白。以上结果证实PNRS1属花生RS基因家族成员,并为进一步分析该基因的功能奠定了基础。     

陆地棉LTPG基因家族的全基因组鉴定及表达分析

【目的】从陆地棉全基因组范围内鉴定糖基磷脂酰肌醇锚定的脂质转运蛋白(glycosylphosphatidylinositolanchored lipid transfer protein,LTPG)基因,为后续研究提供支撑。【方法】利用生物信息学方法从陆地棉TM-1基因组中筛选鉴定LTPG基因家族成员,并对其编码蛋白的理化性质、系统进化关系、基因复制、基因结构和启动子区的顺式作用元件等进行预测分析。利用转录组数据结合实时定量聚合酶链式反应(quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)分析LTPG基因在不同组织器官和非生物胁迫下的表达模式。在烟草叶片中采用瞬时转化法检测目标蛋白的亚细胞定位情况。【结果】在陆地棉基因组中共鉴定到95个GhLTPG基因,系统发育分析将这些GhLTPG蛋白聚为5类。片段复制是GhLTPG基因家族扩张的主要原因。K_a/K_s分析表明GhLTPG基因经历了强烈的纯化选择。转录组数据分析表明,部分GhLTPG基因响应低温、高温、盐和干旱胁迫。表达分析结果显...     

陆地棉耐盐相关基因GhSAMS的克隆及表达

为了挖掘棉花耐盐相关基因,我们根据陆地棉耐盐性抑制消减文库中的一个S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因的同源EST设计引物,利用RACE结合RT-PCR技术克隆陆地棉S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因的cDNA全长,命名为GhSAMS。该cDNA全长1 576 bp,ORF为1 182 bp,编码393个氨基酸的多肽。生物信息学分析表明GhSAMS蛋白与拟南芥、盐地碱蓬、水稻中该蛋白的相似性分别为91%、93%和93%。系统发育树结果显示GhSAMS与盐地碱蓬中该蛋白的亲缘关系最近。Real-time PCR分析结果表明,GhSAMS的表达受盐胁迫诱导,在盐敏感材料中诱导被推迟,而且,该基因表达水平在耐盐材料中9835中明显高于在盐敏感材料中S9612中。我们构建了原核表达载体pET28-GhSAMS,经IPTG诱导,实现了GhSAMS在大肠杆菌中的表达,为进一步开展GhSAMS的遗传转化工作奠定了有益基础。     

棉花GhCAD1基因结构及表达分析

根据棉花GhCAD1基因的cDNA序列设计引物,采用PCR技术从棉花中克隆了GhCAD1基因的DNA序列,采用半定量RT-PCR方法研究GhCAD1基因在不同组织中的表达.结果表明:chCAD1编码区DNA序列长度为2 898bp,包含5个外显子和4个内含子.分析发现这些内含子富含AT,在第1内含子中发现一个SBF-1...     

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。     

三个陆地棉水孔蛋白基因的克隆与表达分析

从陆地棉SSH-cDNA文库的测序结果中得到一条具有完整ORF的陆地棉水孔蛋白基因序列,将其命名为GhAQP2。以该基因编码的氨基酸序列为探针,在棉花EST数据库经同源搜索得到2个相似性较高的EST,利用RACE技术获得其全长cDNA序列,将其基因命名为GhAQP3和GhAQP4。基因结构分析发现GhAQP2和GhAQP3各有4个外显子,3个内含子;GhAQP4有3个外显子,2个内含子。生物信息分析表明3个基因编码蛋白均含有6个跨膜区,2个NPA结构域,其氨基酸序列具备MIP超家族典型的蛋白保守区序列特征。多序列比对发现3个基因的氨基酸序列与其他物种PIP2类水孔蛋白氨基酸序列具有很高的同源性。qRT-PCR分析表明,GhAQP2在纤维伸长后期优势表达,GhAQP3在下胚轴和子叶中高表达,GhAQP4在纤维伸长前期优势表达,推测3个基因在不同的组织中发挥作用。GhAQP2在20DPA优势表达,为研究该基因在纤维伸长向次生壁加厚期转化过程中的表达调控提供了重要信息。     

陆地棉EPSPS基因的克隆及其组织特异性表达分析

 5-烯醇式丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶（EPSPS）是莽草酸途径中的一个重要酶,它是非选择性除草剂草甘膦的靶标酶,在高等植物中定位于叶绿体质膜上。根据EST拼接的序列设计引物,从陆地棉品种珂字棉312中获得了全长为1834 bp的cDNA序列,其最大可读框为1565 bp,编码521个氨基酸。陆地棉EPSPS基因与其它植物中同类酶在氨基酸水平上有广泛的同源性。通过与已知的其它高等植物叶绿体转运肽剪切位点比对,推断棉花EPSPS基因含有74个氨基酸叶绿体运输肽和447个氨基酸组成的熟蛋白。该酶具有保守的PEP结合位点及催化位点的特征序列。半定量分析表明,该基因产物广泛存在于棉花根、茎和叶等各组织中,在叶片中表达量较高。进一步扩增棉花核基因组获得了3344 bp的DNA序列,它包含8个内含子和7个外显子。棉花EPSPS基因的克隆为抗草甘膦棉花种质资源的创制提供了理论基础。     

水稻双组分系统基因干旱胁迫表达谱分析

利用全基因组表达芯片,系统分析干旱胁迫条件下水稻双组分信号系统(two component system,TCS)相关基因在其不同发育阶段、不同组织以及抗旱能力不同的株系中的表达谱变化特征.结果表明,双组分信号系统基因在干旱胁迫环境下的表达具明显的时空特异性,表现为不同组织的TCS基因干旱胁迫表达谱差异较大,而同一组织内表达谱相似,其中生殖生长期(幼穗分化期和孕穗期)两个叶片材料中TCS基因表达谱最为接近;与细胞分裂素信号传导负向调控相关的A型应答调控器在旱胁迫下表达下调,而与CK信号传导正向调控相关的B型应答调控器呈现明显上调趋势,推测与干旱胁迫下CK信号传导增强有关,同时乙烯受体基因在干旱胁迫环境下的表达下调,从激素间相互关系的角度更好地印证了上述推测;与拟南芥细胞分裂素受体基因(AHK2、AHK3和AHK5)序列相似的磷酸感应激酶基因HK5和HK3在干旱胁迫下表达上调,与拟南芥中不依赖细胞分裂素的AHK5序列接近的HK6则表达下调,进一步验证上述推测;干旱胁迫下抗旱能力不同的水稻株系其TCS基因表达谱没有明显差异,推测TCS基因差异表达可能源于对干旱胁迫反应,而其表达对抗旱能力的增强还有待进一步研究.