辣椒CaWRKY13基因克隆及非生物胁迫下表达分析

WRKY转录因子是植物界中存在的一类较大的基因家族,参与植物在生物和非生物逆境胁迫中的多种应答。为了研究在低温、高温和盐等非生物胁迫对辣椒CaWRKY13基因表达的影响,以豫椒101为实验材料,在对辣椒CaWRKY13基因克隆的基础上,利用生物软件对其编码蛋白进行分析和构建进化树。结果表明,同源扩增获得的序列含有一个702 bp完整ORF框;对其编码蛋白分析发现,只含有一个WRKY结构域,属于WRKY13家族。亚细胞定位在细胞核中,分子进化树表明与茄属亲缘关系最近,相似性达到92%。荧光定量PCR分析表明,与对照相比,低温、高温和盐等非生物胁迫都能诱导CaWRKY13基因表达,表明CaWRKY13基因在应对低温、高温和盐等非生物胁迫方面具有重要作用。     

蒜芥茄SsUBC基因的克隆及表达分析

本研究从蒜芥茄中克隆得到泛素E2结合酶UBC基因编码区序列,命名为SsUBC,登陆Gen Bank,编号:MF872897。SsUBC基因编码区全长859 bp,编码272个氨基酸。进行进化树分析,SsUBC编码的氨基酸序列与番茄和马铃薯等茄科植物有较近的亲缘性。利用荧光定量PCR技术分析SsUBC基因在蒜芥茄各器官表达特征和不同非生物胁迫处理下(镉,高温,干旱,盐和脱落酸)根部和叶片的表达特性。结果表明,SsUBC基因表达在不同器官中具有差异性,且叶片中表达量最高。非生物胁迫处理后叶片中SsUBC基因表达变化比根部中更为显著,除盐胁迫外,其它四种处理条件下该基因在叶片中的表达量均高于根部,其中高温胁迫下表达量升高变化最为显著。除盐胁迫外,叶片中基因的表达均为上调趋势,而干旱胁迫下根中该基因表达为下调趋势。综上,SsUBC基因在蒜芥茄响应镉(1 h)、高温(1 h)、干旱胁迫(1 h)时的应答较为迅速,其次为脱落酸(9 h),且响应部位为叶片;而在盐胁迫(12 h)下应答相对较为迟缓。     

苹果MdCaM的克隆及其对果实釆后非生物胁迫的响应

为解析苹果钙调蛋白基因MdCaM在非生物胁迫过程中的功能。以秦冠苹果为材料,克隆了苹果MdCaM基因,并利用MEGA 5.0软件对其编码的蛋白进行了聚类分析,利用qPCR分析了MdCaM在釆后损伤、低氧、高温等胁迫条件下的表达模式。结果表明,不同物种间钙调蛋白具有较高的同源性,MdCaM与拟南芥的钙调蛋白Ca M1基因关系较近;qPCR结果表明,MdCaM在损伤、低氧胁迫(0 O_2或3%O_2)后均呈先升高后恢复正常水平的表达模式,损伤后6 h达到峰值,低氧(0 O_2)处理1 h后达到峰值;高温(20℃/40℃)诱导后其表达量高于同期对照组,并在处理后12 h达到峰值,表明该基因可能参与了高温胁迫下的全程响应。因此推测,MdCaM基因可能在苹果适应损伤、高温、低氧等逆境胁迫过程中发挥重要作用,可能参与了苹果生长发育过程中的逆境调控。为后继研究MdCaM的功能和作用机制奠定基础。     

烟草NtCYP734A1基因的克隆及表达分析

油菜素内酯是一种参与胁迫响应的甾醇类植物激素,CYP734A1基因是油菜素内酯代谢通路上的关键基因。为探索CYP734A1基因在烟草响应非生物胁迫时发挥的功能,本研究以普通烟草品种K326为材料,克隆CYP734A1基因,通过生物信息学技术分析NtCYP734A1蛋白的理化性质及进化关系,运用实时荧光定量法分析CYP734A1基因在不同组织、不同非生物胁迫处理下的基因表达模式。结果表明,CYP734A1基因全长1 638 bp,编码545个氨基酸;亚细胞定位预测NtCYP734A1蛋白存在于内质网。qRT-PCR分析表明,烟草CYP734A1基因在不同组织均有表达,叶中表达量最高,茎中的表达量最低。非生物胁迫处理下,CYP734A1基因在各组织的表达量显著改变,在干旱、盐和低温胁迫下根的CYP734A1基因表达上调;在干旱、盐、高温和低温共4种胁迫下,叶中CYP734A1基因表达下调。     

苹果MdCaM的克隆及其对果实采后非生物胁迫的响应

为解析苹果钙调蛋白基因MdCaM在非生物胁迫过程中的功能.以秦冠苹果为材料,克隆了苹果MdCaM基因,并利用MEGA 5.0软件对其编码的蛋白进行了聚类分析,利用qPCR分析了MdCaM在采后损伤、低氧、高温等胁迫条件下的表达模式.结果表明,不同物种间钙调蛋白具有较高的同源性,MdCaM与拟南芥的钙调蛋白CaM1基因关系较近;qPCR结果表明,MdCaM在损伤、低氧胁迫(0 O2或3％ O2)后均呈先升高后恢复正常水平的表达模式,损伤后6h达到峰值,低氧(0 O2)处理1h后达到峰值;高温(20℃/40℃)诱导后其表达量高于同期对照组,并在处理后12 h达到峰值,表明该基因可能参与了高温胁迫下的全程响应.因此推测,MdCaM基因可能在苹果适应损伤、高温、低氧等逆境胁迫过程中发挥重要作用,可能参与了苹果生长发育过程中的逆境调控.为后继研究MdCaM的功能和作用机制奠定基础.     

辣椒转录因子CaNAC23基因的克隆与表达分析

为分析NAC转录因子在辣椒发育及非生物胁迫中的功能,本研究以‘晋尖椒22’为试验材料,克隆获得CaNAC23基因全长,该基因全长1 899 bp,编码632个氨基酸,预测分子量约为72.54 kD,等电点为6.26,无序化区域有7个。二级结构预测和亚细胞定位预测表明CaNAC23含有一个保守的NAC结构域,定位于细胞核。氨基酸序列比对和进化树分析表明CaNAC23和拟南芥AT3G03200 (NAC045)同源性较高,进化上在同一分支。CaNAC23基因的组织表达特异性和非生物胁迫下的表达模式结果表明:CaNAC23在叶片中表达量最高,其次是根,暗示CaNAC23基因可能参与辣椒叶片或根发育相关。CaNAC23能够被干旱和盐胁迫诱导表达,推测其参与调控辣椒的非生物胁迫调控。本研究结果为研究NAC转录因子在辣椒发育及非生物胁迫应答中的功能提供了参考依据。     

甜菜ERF转录因子基因克隆及非生物胁迫响应分析

ERF(Ethylene-responsive element binding factors)是调控植物生长发育和响应胁迫的重要转录因子，在植物应对生物及非生物胁迫反应、调控胁迫相关功能基因的表达、提高植物的抗逆性中起着重要的作用。分析甜菜ERF转录因子基因在非生物胁迫下的表达规律，旨在为深入研究ERF转录因子在甜菜逆境胁迫应答中的作用机制提供理论依据。本研究以高糖型甜菜品系‘BS02’为试材，利用RT-PCR方法克隆得到Bv＿ammr基因，并对其进行生物信息学分析。该基因CDS区长906 bp，编码301个氨基酸。蛋白质分子量为33.19 kD，理论等电点为8.61，其二级结构以无规则卷曲和α-螺旋为主，具有一个AP2保守结构域；氨基酸序列的同源性和进化树分析显示其编码蛋白与马兜铃菌毛所编码的蛋白亲缘关系较近。采用实时荧光定量PCR方法观测非生物胁迫下该基因表达模式，结果表明，Bv＿ammr基因对低温、高温、干旱、盐、ABA等非生物胁迫有不同程度响应。     

毛白杨形成层中4种MADS-box基因的克隆和序列分析

MADS-box基因家族是一类具有特异性序列的转录因子,并在植物体发育过程中起着重要作用。本研究以毛白杨形成层为材料,利用RACE技术克隆得到4个MADS-box基因,命名为Pt MADS1、Pt MADS2、Pt MADS3和Pt MADS5。Pt MADS1全长1 067 bp,开放阅读框(ORF)长度678 bp,编码含有225个氨基酸;Pt MADS2全长912 bp,ORF长度609 bp,编码含有202个氨基酸;Pt MADS3全长909 bp,ORF长度654 bp,编码含有217个氨基酸;Pt MADS5全长1 029 bp,ORF长度663 bp,编码220个氨基酸。系统进化树分析表明Pt MADS1与SVP同源性较高,属于STMADS11亚族;Pt MADS2与AGL12基因同源性较高,属于AGL12亚族;Pt MADS3和Pt MADS5分别与AGL14和SOC1同源性较高,同属于SOC1亚族。     

银杏GbASR基因的克隆、生物信息学及表达分析

为了明确银杏ASR(ABA-stress-ripening)在应答非生物逆境胁迫中的作用,以便为ASR基因功能、环境胁迫研究提供材料。本研究以银杏(Ginkgo biloba)为材料,利用分子生物学技术对ASR基因进行了克隆,构建pCAMBIA1300-ASR-GFP融合表达载体,进行亚细胞定位分析。采用序列比对方法分析GbASR蛋白结构域及系统进化;利用qRT-PCR方法进行组织特异性表达及非生物逆境胁迫下的基因表达分析。结果表明,银杏ASR基因编码区全长546 bp,共编码182个氨基酸;蛋白质等电点为5.33,分子量大小为20111.24 Da,为亲水性稳定蛋白;GbASR蛋白含有1个高度保守的ABA/WDS结构域,且与火炬松PtASR蛋白同源性较高;GbASR蛋白定位于细胞核。此外,GbASR基因在银杏幼苗根、茎、叶各组织中均有表达,且在叶部有较高的表达;在高盐、干旱和高温胁迫下,GbASR基因均受诱导,且在不同胁迫处理时间0 h、6 h、24 h和48 h的表达存在显著的差异。以上分析说明GbASR基因参与响应高盐、干旱和高温等非生物胁迫,这为植物的育种及解释ASR基因功能提供依据。     

沙柳SpsDREB8基因的克隆与表达分析

脱水响应元件结合蛋白(DREB)是植物响应非生物胁迫应答的重要转录因子。本研究从沙柳(Salix psammophila)中克隆获得SpsDREB8基因,并对其进行AP2结构域多序列比对、构建进化树和预测蛋白结构等生物信息学分析,采用RT-qPCR方法对该基因在不同组织及逆境下的表达模式进行分析。结果表明,本研究成功克隆获得SpsDREB8基因,该基因全长864 bp,编码287个氨基酸,预测蛋白分子量为31 615.84 Da,等电点为5.21,为亲水性蛋白,无信号肽区域,具有AP2保守结构域,属于AP2家族成员;基于系统进化树分析表明,该基因属于AP2/ERF转录因子家族DREB亚组A-2组,与杨柳科植物进化关系较近;实时荧光定量PCR结果显示,SpsDREB8基因在沙柳根、茎、叶、花中都有表达,其中在嫩茎中的表达量最高,根中的表达量最低;在高温、低温和NaCl处理下,SpsDREB8基因在1、2、4 h表达显著高于对照组;干旱处理24 h后,SpsDREB8基因表达显著上调。研究表明沙柳SpsDREB8可能在响应非生物胁迫过程中发挥重要作用。该研究结果为进一步探索沙柳抗逆分子机制...     

黑果枸杞LrDREB1基因克隆及其在非生物胁迫下的表达分析

DREB(Dehydrate responsive element binding factor)转录因子是植物非生物逆境适应中的关键调节因子,该类转录因子具有保守的AP2/EREBP结构域,在低温、高盐等非生物逆境胁迫下,可调控下游逆境应答基因的表达,对增强植物的抗逆能力有重要作用。黑果枸杞具有极强的耐干旱、盐碱能力,为研究黑果枸杞DREB类基因在低温、盐碱响应中的功能,本研究以强抗盐灌木黑果枸杞总RNA为模板,基于前期转录组测序拼接序列,利用RT-PCR方法克隆得到一条DREB基因。该基因含有一个1116 bp的开放阅读框,编码372个氨基酸。系统进化树分析显示,Lr DREB1基因属于DREB亚家族A2组成员,与拟南芥AtDREB2B、AtDREB2E具有较高的相似性。荧光定量PCR结果显示,Lr DREB1受盐胁迫、ABA胁迫和低温胁迫诱导表达,可能参与依赖ABA的信号转导途径,调节黑果枸杞抗盐响应。本研究通过对黑果枸杞LrDREB1基因的克隆、序列分析和表达分析,为研究Lr DREB1的功能及黑果枸杞抗盐机理提供了帮助。     

普通菜豆PvP5CS2基因对逆境胁迫的应答

为了探索逆境条件下脯氨酸积累的分子遗传机理, 改善作物的抗逆能力, 应用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术和水杨酸法分别检测干旱、高盐(200 mmol L^-1 NaCl)和冷(4℃)胁迫条件下普通菜豆幼苗叶和根中脯氨酸合成酶基因PvP5CS2表达量和脯氨酸含量的变化。结果显示, 3种胁迫条件下普通菜豆幼苗叶和根中PvP5CS2的转录水平快速上升, 干旱处理4 d, 叶中PvP5CS2表达量达到最大值; 高盐处理下, 叶和根中PvP5CS2的表达高峰分别出现在2 h和6 h; 冷胁迫下, 叶和根中的表达高峰都出现在2 h; 随着胁迫时间的延长, PvP5CS2基因的转录水平逐渐下降。普通菜豆在逆境胁迫下, 幼苗叶和根中脯氨酸大量积累, 积累高峰出现在PvP5CS2基因表达高峰之后。这些结果说明, PvP5CS2基因的表达受干旱、高盐和冷胁迫诱导, 脯氨酸积累受PvP5CS2基因转录水平的调控。PvP5CS2基因在洋葱表皮细胞中的瞬时表达结果显示PvP5CS2蛋白定位在细胞核和膜上。     

普通菜豆PvP5CS2基因对逆境胁迫的应答

为了探索逆境条件下脯氨酸积累的分子遗传机理, 改善作物的抗逆能力, 应用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术和水杨酸法分别检测干旱、高盐(200 mmol L^-1 NaCl)和冷(4℃)胁迫条件下普通菜豆幼苗叶和根中脯氨酸合成酶基因PvP5CS2表达量和脯氨酸含量的变化。结果显示, 3种胁迫条件下普通菜豆幼苗叶和根中PvP5CS2的转录水平快速上升, 干旱处理4 d, 叶中PvP5CS2表达量达到最大值; 高盐处理下, 叶和根中PvP5CS2的表达高峰分别出现在2 h和6 h; 冷胁迫下, 叶和根中的表达高峰都出现在2 h; 随着胁迫时间的延长, PvP5CS2基因的转录水平逐渐下降。普通菜豆在逆境胁迫下, 幼苗叶和根中脯氨酸大量积累, 积累高峰出现在PvP5CS2基因表达高峰之后。这些结果说明, PvP5CS2基因的表达受干旱、高盐和冷胁迫诱导, 脯氨酸积累受PvP5CS2基因转录水平的调控。PvP5CS2基因在洋葱表皮细胞中的瞬时表达结果显示PvP5CS2蛋白定位在细胞核和膜上。     

大豆转录因子GmMYB52的克隆、表达及结合功能分析

MYB类转录因子在植物的生长发育和逆境响应中有重要的调控作用。依据课题组前期获得的盐胁迫相关的数字表达谱(DGEP)数据,获得盐胁迫响应显著上调基因GmMYB52,利用RT-PCR方法从栽培大豆(Williams 82)中克隆该基因片段,并与已公布的Williams 82基因组数据库序列比对,该基因与GmMYB52序列一致。生物信息学分析表明,GmMYB52编码区(CDS)全长1083 bp,编码360个氨基酸。其编码的氨基酸序列具有MYB类转录因子的共同特征,其距N端110~160氨基酸残基处有MYB结构域;系统进化树分析表明,该基因编码的蛋白与GmMYB62、拟南芥AtMYBSt1、苜蓿Mt MYB52、水稻Os MYBS3及木豆Cc MYB-like protein J的亲缘关系最近;实时荧光定量PCR结果表明,大豆根部GmMYB52的转录水平受外界非生物逆境的调控,用脱落酸(ABA)和低温(4℃)处理后12 h明显上调,用氯化钠和PEG处理0.5~24.0 h后检测到GmMYB52的转录水平在50%~600%区间内呈现出先上调后下调再上调的趋势。GmMYB52为组成型表达,在大豆的幼苗期和开花期表达较多,在成熟期表达相对较低。GmMYB52在茎叶与开花期的花中表达较强,在根的表达较弱,而在成熟期的豆荚中几乎不表达。亚细胞定位的结果表明,GmMYB52定位于细胞核,符合典型转录因子的定位特征。酵母杂交系统检测表明,GmMYB52具有转录激活特征,并且能够与MYB相关顺式作用元件基序相结合。本研究结果表明,GmMYB52编码典型的MYB转录因子,具有转录激活活性及DNA结合活性,在大豆中的表达可能与大豆的非生物胁迫和ABA信号转导途径有关,推测其可能参与了大豆对非生物胁迫的响应。     

大豆GmHDL57基因的克隆及抗盐功能鉴定

HD-Zip I类转录因子在植物抵御非生物胁迫过程中发挥重要功能, 本研究克隆得到1个大豆HD-Zip I类基因GmHDL57 (Glycine max homeodomain-leucine zipper protein 57)。序列分析表明, GmHDL57基因包含1个1038 bp的开放读码框, 编码345个氨基酸, 具有HD-Zip类家族蛋白典型的保守结构域。基因时空表达分析表明, 大豆GmHDL57基因在大豆植株的各个不同时期及不同器官中均有表达, 在花中表达量最高。采用实时荧光定量PCR技术分析了4种非生物胁迫(脱落酸、NaCl、PEG、冷)对幼苗期大豆根中GmHDL57基因表达的影响。结果表明, 该基因表达量受高盐胁迫诱导显著升高, 在脱落酸及干旱胁迫下上升幅度较小, 但在冷胁迫下呈下降趋势。盐胁迫前后GmHDL57基因在根中的表达量明显高于茎和叶, 在盐胁迫48 h时达到峰值, 72 h和96 h时表达量缓慢下降。此外, 构建GmHDL57基因的植物超表达载体, 利用根癌农杆菌转化法获得转基因百脉根, 200 mmol L ^-1 NaCl处理条件下, 转基因百脉根的株高、根长、叶绿素含量、根系活力以及阳离子K ⁺、Ca ²⁺含量显著高于野生型, 而丙二醛含量、相对质膜透性以及Na ⁺的含量明显低于野生型。以上研究结果表明, GmHDL57基因参与了大豆对非生物胁迫的应答过程, 过量表达GmHDL57基因能够显著提高百脉根的抗盐能力。     

小麦脂质转运蛋白基因TaLTP克隆及功能分析

脂质转运蛋白(lipid transfer protein,LTP)是广泛存在于植物中的一类小分子蛋白,因其能在植物细胞膜间运输脂类物质而得名,在植物角质层合成和适应多种环境胁迫中起重要作用。本研究利用同源克隆方法得到Ta LTP-s的c DNA全长序列510 bp,开放阅读框为339 bp,编码112个氨基酸。利用RIL群体将Ta LTP-s定位在染色体1A上,距离两侧标记WMC449和WMC93的遗传距离分别为2.1 c M和5.9 c M。通过原生质体亚细胞定位显示Ta LTP-s定位于细胞膜和细胞质中。小麦开花期Ta LTP-s在小花中表达量较高,尤其是在花药中的表达量远高于在根和叶中。在ABA、PEG、Na Cl及4℃低温胁迫诱导下,小麦Ta LTP-s均上调表达,可能与抗逆性调节相关。在高盐胁迫处理下,转基因拟南芥幼苗的细胞膜稳定性和存活率显著高于野生型。研究结果为利用小麦脂质转运蛋白基因改良作物抗逆性奠定了基础。     

辣椒金属伴侣蛋白基因CaHPP7提高植物对铜和热胁迫的抗性

金属伴侣蛋白在植物抵抗重金属胁迫和低温、干旱、高盐等非生物胁迫中发挥重要作用,但其应对热胁迫时发挥作用的报道还很少。前期研究从辣椒中分离到一个能够响应热胁迫的金属伴侣蛋白基因CaHPP7,通过生物信息学和定量分析发现该基因的氨基酸序列含有1个HMA结构域,且其表达受高温、Cu²⁺、Cd²⁺等重金属,以及ABA(Abscisic acid)、MeJA(Jasmonic acid methylester)和SA(Salicylic acid)等外源信号物质的诱导。为了进一步明确CaHPP7基因在植物重金属和热胁迫抗性形成中的功能,利用基因沉默和过表达技术改变Ca HPP7的表达水平。结果显示,基因沉默表达后,辣椒对铜和热胁迫的抗性都降低,表现为离体叶圆片叶绿素含量下降程度显著高于未沉默植株;而基因过表达后,拟南芥对铜和热胁迫的抗性都升高,其中热胁迫下表现为幼苗存活率高于对照,叶圆片叶绿素含量减少程度低于对照;铜胁迫下表现为种子发芽率高于对照,幼苗生长的受抑制程度和叶圆片叶绿素含量下降程度均低于对照。故推测CaHPP7基因在植物应对高温和铜胁迫的过程中起正调控作用。本研究结果将为进一步揭示植物抗逆性形成的分子机制提供理论依据,也将为农作物抗逆新品种的选育提供参考。