水分胁迫下小麦TaWSI18基因的电子克隆及生物信息学分析

利用电子克隆和RT-PCR技术,从干旱胁迫的小麦叶片中分离出4条新的具有高度同源性的WSI18基因,即TaWSI18-1、TaWSI18-2、TaWSI18-3和TaWSI18-4(Gene Bank登陆号分别为:KP226849、KP226850、KP226851和KP226852);其开放阅读框均为678 bp,编码225个氨基酸。生物信息学分析表明,该类蛋白具有亲水性,存在多个磷酸化位点,无信号肽结构域及剪切位点,定位于细胞质中,无跨膜结构域;二级结构分析表明,该蛋白α螺旋和无规则卷曲的比例达到90%以上;同源性比较及聚类分析表明,小麦TaWSI18蛋白同无芒雀麦(Bromus inermis,BAN15016)WSI18蛋白和二穗短柄草(Brachypodium distachyon,XP 003569641)LEA3蛋白具有高度的同源性,相似性分别为94%和70%。小麦TaWSI18基因编码蛋白的氨基酸序列的N端存在与LEA蛋白的N端区域高度保守的序列。表明小麦TaWSI18蛋白的性质与LEA3蛋白的相似,说明了小麦的TaWSI18蛋白可能与LEA3蛋白存在相同或相似的功能,为进一步研究其在小麦水分胁迫下的功能奠定基础。     

蔗糖水解酶注释基因XC0805与野油菜黄单胞菌8004菌株的蔗糖利用及致病相关

 野油菜黄单胞菌(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)是造成十字花科植物减产的重要病原菌,其通过水孔或伤口进入植物体内并在维管束中快速繁殖。光合产物(蔗糖)的运输主要依靠植物维管组织,同时蔗糖也是维管组织重要的能量来源。本研究利用生物信息学和遗传学等方法对Xcc中参与蔗糖利用的基因进行了分析,并研究了这些基因与其致病力的关系。Xcc 8004菌株中注释的参与蔗糖分解蛋白的编码基因有XC1002、XC1642、 XC1645和XC0805。 XC1002和XC1642的编码产物属于糖苷水解酶GH97蛋白超家族,而XC1645和XC0805的编码产物则属于GH13家族。突变分析发现除XC0805外,其他3个都不影响Xcc的蔗糖利用能力。接种实验表明,XC0805参与Xcc的侵染或在植物体内的生长,其他3个不参与致病过程。另外,Xcc 8004中预测参与蔗糖转运的基因(XC0806和XC0807)突变并不影响细菌的蔗糖利用和致病力,表明其可能存在其他的蔗糖转运通路。上述结果说明XC0805可能是Xcc 8004主要的蔗糖水解酶基因,且在致病中起重要作用。     

蔗糖水解酶注释基因XC0805与野油菜黄单胞菌8004菌株的蔗糖利用及致病相关

 野油菜黄单胞菌(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)是造成十字花科植物减产的重要病原菌,其通过水孔或伤口进入植物体内并在维管束中快速繁殖。光合产物(蔗糖)的运输主要依靠植物维管组织,同时蔗糖也是维管组织重要的能量来源。本研究利用生物信息学和遗传学等方法对Xcc中参与蔗糖利用的基因进行了分析,并研究了这些基因与其致病力的关系。Xcc 8004菌株中注释的参与蔗糖分解蛋白的编码基因有XC1002、XC1642、 XC1645和XC0805。 XC1002和XC1642的编码产物属于糖苷水解酶GH97蛋白超家族,而XC1645和XC0805的编码产物则属于GH13家族。突变分析发现除XC0805外,其他3个都不影响Xcc的蔗糖利用能力。接种实验表明,XC0805参与Xcc的侵染或在植物体内的生长,其他3个不参与致病过程。另外,Xcc 8004中预测参与蔗糖转运的基因(XC0806和XC0807)突变并不影响细菌的蔗糖利用和致病力,表明其可能存在其他的蔗糖转运通路。上述结果说明XC0805可能是Xcc 8004主要的蔗糖水解酶基因,且在致病中起重要作用。     

苹果树腐烂病菌VmMFS1~VmMFS3基因的功能分析

为绿色持久防控苹果树腐烂病,该研究分析苹果树腐烂病菌Valsa mali的3个主要协同转运蛋白超家族（major facilitator superfamily,MFS）编码基因的氨基酸序列特征,利用实时荧光定量PCR （quantitative real-time PCR,RT-qPCR）技术分析这3个基因在苹果树腐烂病菌侵染阶段的表达水平,通过构建这3个基因的缺失突变体和回补菌株分析其在病原菌营养生长、致病力和非生物胁迫应答等方面的功能。结果表明,这3个基因的氨基酸序列均具有MFS保守结构域,将其命名为VmMFS1~VmMFS3; VmMFS1和VmMFS2的进化距离较近,均与VmMFS3的进化距离较远;在苹果树腐烂病菌侵染过程中VmMFS1~VmMFS3基因表达均显著上调;与野生型03-8菌株相比,VmMFS1~VmMFS3基因缺失突变体的菌落形态无明显差异,但生长速度下降; VmMFS1~VmMFS3基因缺失突变体的致病力均显著降低; VmMFS1~VmMFS3基因缺失突变体对H₂O₂胁迫的敏感性无明显变化,但对NaCl胁迫更敏感;基因回补后基因缺失突变体的表型缺陷能恢复到野生型菌株的水平。     

小麦矮腥黑粉菌g9890基因编码效应蛋白的生物信息学分析及亚细胞定位

为明确小麦矮腥黑粉菌Tilletia controversa g9890基因编码效应蛋白的生物学功能,根据小麦矮腥黑粉病菌转录组测序结果,筛选出效应蛋白g9890,通过PCR技术获得g9890基因cDNA的全长序列,并对其进行生物信息学以及亚细胞定位分析。多种生物信息学数据库分析表明,g9890基因全长为1 038 bp（包括终止密码子）,共编码345个氨基酸,相对分子质量为37 353.32,理论等电点为5.02。g9890效应蛋白不稳定系数为15.94,疏水性指数为-0.312,是一种亲水性且稳定的蛋白。将g9890基因与pbin-GFP载体重组,利用冻融法转化至根癌农杆菌Agrobacterium tumefaciens GV3101中,将其注入烟草进行瞬时表达分析,并通过共聚焦激光显微镜观测该基因的定位状况,结果显示,g9890定位在细胞膜和细胞核上。     

大豆RSC4抗病候选基因Glyma.14G204700的克隆及其生物信息学分析

为明确大豆抗大豆花叶病毒（soybean mosaic virus,SMV）SC4株系的基因位点R_SC4（resistance to SMV strain SC4,R_SC4）的候选基因Glyma.14G204700在大豆不同抗性品种中的序列结构特征和保守结构域,以齐黄1号、科丰1号、大白麻和南农1138-2共4个大豆品种为材料,通过基因克隆获得大豆Glyma.14G204700基因的cDNA全长序列,并采用生物信息学方法分析其序列特征和编码蛋白的理化特性及结构特征。结果表明,大豆Glyma.14G204700基因在4个大豆品种中的cDNA全长为4 719~4 776 bp,编码1 295~1 307个氨基酸,预测蛋白的分子量为148.38~149.33 kD,等电点为5.53~5.61,均为具较强亲水性的非分泌蛋白。Glyma.14G204700蛋白含有植物抗病基因家族蛋白的保守功能域——核苷酸结合域和富含亮氨酸重复结构域。该蛋白的二级结构主要由α-螺旋、无规则卷曲、延伸链和β-折叠组成,所占比例分别为59.45%~61.08%、28.65%~30.15%、8.11%~8.88%和1.61%~2.16%。启动子序列分析发现该基因含有脱落酸、低温及干旱等多种逆境胁迫响应元件。表明大豆R_SC4抗病候选基因Glyma.14G204700在大豆不同抗性品种中具有不同的等位变异,优异等位变异的鉴定和开发可为抗SMV大豆育种提供基础材料。     

茶树病程相关蛋白基因CsPR5的克隆及表达分析

为探究茶树中病程相关蛋白5(pathogenesis-related protein 5,PR5)在茶树中的功能,采用cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA end,RACE)技术克隆了PR5基因的全长;通过荧光定量PCR方法检测了CsPR5在龙井43茶树不同组织部位、植物激素(茉莉酸、乙烯利和水杨酸)处理、茶炭疽病菌Colletotrichum camelliae侵染和小贯小绿叶蝉Empoasca onukii为害后的表达特征。结果表明,CsPR5基因开放阅读框为843 bp,编码281个氨基酸。CsPR5基因在茶树根、茎、嫩叶、花和种子5个组织中的相对表达量分别为0.187、3.093、0.928、0.045和0.012,且五者之间差异显著,主要在茎和叶中表达,其分别为根中相对表达量的16.54倍与4.96倍。水杨酸处理6 h及乙烯利处理6、12 h后,茶树CsPR5基因的相对表达量分别为1.622、2.344和1.845,分别比对照显著上调2.20倍、3.18倍和2.35倍;但是外施茉莉酸对茶树CsPR5基因的相对表达量无影响。茶炭疽病菌侵染显著诱导了茶树CsPR5基因的相对表达量,处理后的相对表达量为1.977,是对照的1.90倍;小贯小绿叶蝉取食显著抑制了其为害部位CsPR5的相对表达量,为7.273,仅为对照的38.80%,但该诱导不具系统性。     

玉米BTB家族基因的鉴定与表达规律分析

本研究利用生物信息学方法对玉米BTB家族基因进行系统发育、保守结构域、组织特异性以及在玉米抵抗生物和非生物胁迫过程中的表达规律进行分析.发现玉米70个BTB家族蛋白除AC206223.3外均含有保守的BTB结构域,可分为11个亚家族.玉米BTB家族基因具有明显的组织表达特性,在高温、低温、紫外、高盐和干旱胁迫下以及拟轮...     

白菜型冬油菜NCED3基因、启动子的克隆及其表达分析

从2个不同抗寒性的冬油菜品种中克隆了NCED3基因及其启动子序列,并分析其在叶片和根中的表达,研究NCED3基因在冬油菜中的作用机理。结果表明,陇油6号的NCED3基因开放阅读框(ORF)长度为1 794 bp,编码597个氨基酸,分子量65.74 kD,理论等电点为5.81;天油2号的ORF与其长度相同,分子量为65.78 kD,理论等电点为5.94。2个蛋白都是亲水蛋白,具有疏水峰。根据预测,启动子具有生物过程中常见的顺式作用元件如CAAT-box等、分生组织表达CAT-box相关的顺式作用元件、-30 TATA box附近的核心启动子元件等,还有ABRE、TGA-element、CGTCA-motif、TGACG-element等激素响应元件,此外,还鉴定出低温响应元件（LTR）。2个品种启动子序列的相似度为99.38%,只有1个不同的顺式作用元件,即circadian,推测其与昼夜节律相关。低温、PEG及ABA处理后NCED3在叶片和根中的表达均高于对照,增加范围为0.07~6.48,且均于8 h达到峰值。与根系的表达特性相比,胁迫处理后叶片的基因表达均在2 h显著升高,天油2号的升高幅度（1.54~6.00）均大于陇油6号（0.04~1.95）。     

小麦丙氨酸氨基转移酶基因TaAlaAT1的克隆及表达特征分析

 在已构建的受条锈菌(Puccinia striiformis f.sp.tritici)诱导的小麦非亲和抑制差减杂交(suppression subtractive hybridization,SSH)文库中,筛选到1个与水稻丙氨酸氨基转移酶基因高度相似的表达序列标签(expressed sequence tag,EST),利用电子克隆与RT-PCR相结合的方法,从小麦中获得1个1563bp的cDNA序列,命名为TaAlaAT1。序列分析表明,TaAlaAT1包含1个完整的开放阅读框,长1440bp,推测编码479个氨基酸。该氨基酸序列具有氨基转移酶的保守特征,与水稻、葡萄、大豆、拟南芥、苜蓿等多种植物的丙氨酸氨基转移酶高度相似,其中与水稻的亲缘关系最近。半定量RT-PCR与实时定量PCR结果显示,TaAlaAT1在小麦与条锈菌互作的非亲和组合中总体呈上调表达,在亲和组合中呈下调表达,且在2个组合中的表达差异显著。推测TaAlaAT1参与了小麦对条锈菌的防御反应。     

两个转W23基因小麦株系的抗旱性鉴定

以两个T₅代转W23基因小麦株系G19-X59、G19-X61为材料,在水培条件下采用PEG-6000人工模拟干旱胁迫措施对转基因小麦株系的根系发育特点、抗旱相关的光合生理等指标进行了测定。结果表明,干旱胁迫条件下各参试小麦的光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)均下降,转基因株系降幅较小,且其Pn和Tr值极显著高于受体品种;在正常供水和干旱胁迫两种水分处理下,转基因株系均比受体品种具有较发达的根系,其根总长、根总表面积、根总体积等参数极显著高于受体品种。这一结果说明,转W23基因小麦株系G19-X59、G19-X61在苗期依靠发达的根系维持较强的光合作用,提高其应对干旱胁迫的能力。     

PstVosA1转录因子基因在调控小麦条锈菌耐高温反应中的生物学功能分析

 小麦条锈病是典型的冷凉生态区气传真菌病害,病原菌在越夏易变区(即秋季菌源基地)的越夏情况决定了冬季繁殖区条锈菌的初侵染菌源。小麦条锈病的发生流行极易受到温湿度关键气象因子的影响。近年来的调查研究发现,我国小麦条锈菌越夏海拔下限逐年下降,且越夏区范围进一步扩大,说明条锈菌耐高温胁迫能力增强,给未来小麦条锈病流行规律研究及制定防治策略带来了全新挑战。真菌特有的Velvet转录因子家族中VosA基因参与了真菌生长发育和次生代谢的调控,但关于该转录因子在条锈菌耐高温性中的作用却知之甚少。实时荧光定量PCR分析发现,温度敏感菌系蓬9和耐高温菌系A4在侵染寄主过程中PstVosA1基因均受高温胁迫诱导表达,但耐高温菌系PstVosA1相对表达水平明显高于温度敏感菌系蓬9。利用寄主诱导的基因沉默技术(HIGS)沉默小麦条锈菌耐高温菌系A4中的PstVosA1基因能显著降低在高温(21℃)接种条件下的平均发病严重度、孢子堆密度和生物量。研究结果说明PstVosA1基因正调控小麦条锈菌耐高温胁迫反应过程,增加该基因的表达水平,有利于增强小麦条锈菌耐高温性。     

小麦诱导抗性基因TaWIR1b的克隆及表达分析

全蚀病是小麦上一种重要的土传病害。选育和种植抗病品种是防治小麦全蚀病的根本途径,抗病基因研究是抗病育种的基础性工作。根据基因TaWIR1b(Accession no.M94959.1)的全长序列设计引物扩增‘新农19’的cDNA,获得了完整ORF,编码85个氨基酸残基,比对后发现与TaWIR1b序列同源性达100%。根据获得的TaWIR1b基因全长序列设计定量引物,分析TaWIR1b在全蚀菌胁迫条件下不同互作模式的表达特征。结果表明接种全蚀病菌后抗病小麦品种‘新农19’中TaWIR1b基因被诱导表达,接菌后3d达到峰值143.97,感病品种‘新麦19’中峰值出现在接菌后8d,表达量仅为对照的4.22倍,提示该基因可能参与小麦对全蚀病的抗病过程。     

小麦小GTP结合蛋白基因TaRop3克隆及其表达分析

利用同源克隆法从小麦抗条锈病基因Yr5近等基因系（Taichung29*6/Yr5）克隆到编码Rop蛋白基因的全长cDNA序列,并将基因命名为TaRop3（Triticum aestivum Rop3）,聚类分析其所在Rop蛋白家族中的亚组,并利用半定量RT-PCR方法分析其组织表达特异性和不同诱导条件下表达动态。序列分析表明,TaRop3开放阅读框为639 bp,预测编码含213个氨基酸残基Ⅱ型Rop蛋白,C末端具有膜定位基序,与大麦HvRop4和水稻OsRac4聚类在同一亚组。TaRop3基因在小麦幼苗和成株根、茎、叶片和茎节、柱头及花药中均有表达,其中在幼苗及成株茎部表达水平较高。非亲和条锈菌小种CYR17侵染和水杨酸处理诱导TaRop3表达增强,而干旱、高温胁迫以及脱落酸、乙烯利和茉莉酸甲酯处理均降低该基因表达水平。     

油莎豆抗旱基因CeDREB2.1的克隆与功能分析

干旱应答元件结合蛋白(DREB)能够激活逆境相关基因的表达,提高作物的抗性。沙地植物油莎豆(Cyperus esculentus)具有耐旱、耐瘠等特性,在抗旱节水和生态保护过程中发挥着重要作用。本研究在前期转录组测序中发现了一个DREB转录因子,进而采用PCR扩增、序列分析、表达载体构建和非生物胁迫表达等方法,对油莎豆CeDREB2.1的功能进行初步分析。结果表明,从油莎豆中克隆的CeDREB2.1基因(登录号MZ713253),其开放阅读框为1191 bp,编码397个氨基酸;序列分析表明,CeDREB2.1具有典型的AP2/ERFBP结构域,为亲水性蛋白,α螺旋、延伸链、β折叠和无规卷曲所占比重分别为26.01%、6.57%、2.78%和64.65%;系统进化分析表明,CeDREB2.1与其他物种DREB间序列相似性较高,与胡杨、杨树和苹果的DREB蛋白亲缘关系较近;同时将CeDREB2.1连接到pCSXN上,构建了植物超表达载体并转化拟南芥,转基因拟南芥具有抵抗干旱胁迫的作用;表达分析表明,油莎豆CeDREB2.1能够被干旱、高温、低温、盐和ABA等非生物胁迫诱导表达。     

心叶烟NPR1基因全长cDNA序列的克隆及表达分析

 NPR1(non-expressor of pathogenesis-related gene 1)基因在拟南芥系统获得抗性中起着关键作用,可调控拟南芥植株广谱抗性的发生。本文报道了从心叶烟中克隆NPR1同源基因(NgNPR1)及其表达特性的研究结果。NgNPR1 cDNA全长2253 bp,编码588个氨基酸。将NgNPR1基因组全长与cDNA序列进行比对发现,NgNPR1基因组DNA含有4个外显子和3个内含子。Southern杂交分析表明,在心叶烟基因组中NgNPR1为单拷贝基因。采用绿色荧光蛋白在洋葱表皮瞬时表达的试验,证明了NgNPR1蛋白在水杨酸诱导时会从细胞质转运到细胞核中。Northern杂交分析发现,NgNPR1基因可以被与植物抗病相关的信号分子如水杨酸、茉莉酸甲酯、过氧化氢和乙烯所诱导。进一步研究发现,植物病原物如赤星病菌、青枯病菌和烟草花叶病毒对心叶烟植株的侵染也会使NgNPR1表达量增加。这些结果表明,NgNPR1基因在心叶烟植株抵御病原物侵染过程中可能起着重要作用。     

星豹蛛PaCYP3001U16基因的克隆与表达分析

为探究细胞色素P450基因在星豹蛛Pardosa astrigera体内的表达特性及对溴氰菊酯胁迫的响应,采用反转录PCR技术克隆其细胞色素P450基因并进行序列分析,采用实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,RT-qPCR)技术分析其在星豹蛛各发育阶段及雌雄成蛛不同部位的表达水平,同时分析其在溴氰菊酯不同浓度胁迫下和不同处理时间后的表达模式。结果显示,在星豹蛛雌成蛛中克隆得到1个细胞色素P450基因,其开放阅读框为1 473 bp,编码490个氨基酸,命名为PaCYP3001U16(GenBank登录号为MZ643213)。PaCYP3001U16基因在星豹蛛各发育阶段均有表达,其中在成蛛期的表达量最高,在6龄幼蛛期的表达量最低;该基因在雌雄成蛛腹部的表达量显著高于在头胸部及足部的表达量。星豹蛛雄成蛛经LC10(5.151 mg/L)、LC30(8.619 mg/L)和LC50(12.311 mg/L)溴氰菊酯处理12 h,PaCYP3001U16基因的表达量均被抑制,且在LC50处理下表达量最低。PaCYP3001U16基因经LC30溴氰菊酯处理...     

棉铃虫BR-C Z4基因的克隆及表达分析

为明确转录因子广泛锌指复合物（broad-complex,BR-C）Z4亚型在棉铃虫Helicoverpa armigera生长发育过程中的作用,基于2-十三烷酮（2-tridecanone,2-TD）处理的棉铃虫幼虫中肠转录组数据克隆获得BR-C Z4的开放阅读框（open reading frame,ORF）序列,对其氨基酸序列和编码蛋白质进行生物信息学分析,并利用实时荧光定量PCR（real-time fluorescence quantitative PCR,qPCR）技术分析BR-C Z4基因在棉铃虫不同龄期、不同组织和2-TD处理6龄幼虫中的表达规律以及其和Ⅳ型几丁质酶（chitinase IV,CHT4）编码基因在4~6龄初、末期幼虫中的表达规律。结果表明,克隆获得的棉铃虫BR-C Z4基因的ORF为1 347 bp,编码448个氨基酸,预测编码蛋白质的分子量和理论等电点分别为49.8 kD和7.75,且主要定位于细胞核中。系统进化分析结果显示,棉铃虫BR-C Z4与家蚕Bombyx mori和烟草天蛾Manduca sexta的BR-C Z4亲缘关系最近。BR-C Z4基因在棉铃虫整个生长期均有表达,在3龄期的相对表达量最低而在预蛹期的相对表达量最高;该基因在棉铃虫6龄幼虫的脂肪体、中肠、体壁和头部均有表达,在头部的相对表达量最低,在中肠中的相对表达量最高; BR-C Z4和CHT4基因在棉铃虫4~6龄末期幼虫中的相对表达量均显著高于4~6龄初期幼虫;相关性分析结果显示BR-C Z4和CHT4的相对表达量呈极显著正相关;随着2-TD处理浓度的增加,棉铃虫BR-C Z4基因的相对表达量总体呈现先上升后下降的趋势,其中15 mg/g浓度处理20 h时BR-C Z4基因相对表达量达到峰值,而20 mg/g浓度处理6 h时BR-C Z4基因相对表达量降到最低,为对照的22.73%。推测BR-C Z4基因在棉铃虫变态发育和应对2-TD胁迫过程中发挥着重要作用。