巴西橡胶树胶乳转化酶HbNIN基因家族物理定位的研究

胶乳转化酶(Invertase,Inv)是控制橡胶树胶乳蔗糖代谢和影响胶乳(橡胶)产量的关键酶。已有研究证实了胶乳转化酶属于中性/碱性转化酶。本研究以热研7-33-97(2n=36)为材料制备叶片细胞染色体标本,采用荧光原位杂交技术(fluorescence in situ hybridization,FISH)对胶乳转化酶基因HbNIN1、HbNIN2和HbNIN3进行了染色体物理定位的初步研究。结合核型分析,初步确定HbNIN1基因位于5号染色体的长臂上,其信号位点到着丝粒的百分距离为33.1;HbNIN2基因位于2号染色体的长臂上,其信号位点到着丝粒的百分距离为35.7;HbNIN3基因位于3号染色体的短臂上,其信号位点到着丝粒的百分距离为40.42。由此揭示了该基因家族在染色体上的位置和分布特点。     

巴西橡胶树中碱性转化酶HbNINa基因的克隆和表达模式分析

检索橡胶树EST和基因组数据库,发现了1个在叶片中高丰度表达的中碱性转化酶基因.采用RT-PCR和RACE技术获得了该基因的cDNA和基因组序列,命名为Hb NINa.序列分析结果显示,HbNINa基因cDNA序列的编码区(CDS)序列长度为1 719 bp,对应的基因组序列为3 696 bp.序列分析表明,该基因编码571个氨基酸多肽,推测其分子量大小为65.7 ku,等电点为6.36.HbNINa蛋白包含植物中碱性转化酶的全部保守结构域.基因组结构分析显示Hb NINa基因包含4个外显子和3个内含子.QPCR分析结果表明,HbNINa基因在在胶乳中表达水平极低,而在其他组织如树皮、树叶和雌花中的表达丰度相对较高.在叶片发育过程中,Hb NINa在叶片发育的初期高丰度表达,推测HbNINa可能参与叶片蔗糖利用,进而在橡胶树叶片发育过程中起重要作用.     

巴西橡胶树HbHMAD1的克隆及表达

根据已获得的在橡胶树自根幼态无性系与老态无性系胶乳中一个差异表达的片段序列设计引物,通过RACE法获得了橡胶树编码含有重金属相关结构域蛋白的cDNA,命名为HbHMADl.序列分析结果表明,HbHMA D1长为814bp,含有453 bp的阅读框,78bp的5’-UTR和283 bp的Y-UTR,编码150个氨基酸,分子量为16.9 ku,等电点为10.4.HbHMAD1含有重金属相关结构域,与蓖麻(Ricinus communis)、拟南芥(Arabodopsis thesis)(3个)和玉米(Zea mays)中的含有重金属相关结构域蛋白的同源性分别为85％、64％、63％、60％和55％.半定量RT-PCR分析表明HbHMA D1基因在胶乳和树皮中表达,在叶中微量表达,在花中基本不表达.     

巴西橡胶树HbAGL62基因的克隆及表达分析

从巴西橡胶树早花材料与普通种质cDNA差减文库中筛选到一个具有MADS保守序列的EST基因片段,根据该片段序列信息设计特异引物,利用RACE进行特异片段的5′扩增,获得长度为935 bp的HbAGL62基因克隆。生物信息学分析表明,该基因包含795 bp的开放阅读框,编码265个氨基酸,含有MADS保守结构域,与拟南芥、葡萄和苜蓿AGL62基因进化距离最近。实时荧光定量PCR表明,HbAGL62在橡胶树根和皮中不表达,在花和胚中表达,存在组织特异性表达;在叶芽分化阶段不表达,花芽分化时高效表达,表明HbAGL62与橡胶树开花调控有重要关系。     

巴西橡胶树GGPS和V-PPase基因的染色体定位分析

牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶(GGPS)和膜结合焦磷酸酶(V-PPase)是橡胶生物合成的重要调控酶.本研究通过双色荧光原位杂交技术对巴西橡胶树GGPS和V-PPase基因进行染色体定位,结果表明:GGPS基因位于巴西橡胶树‘热研7-33-97’4号染色体的短臂上,基因位点距离着丝粒的百分距离为72.39.而V-PPase基因位于巴西橡胶树‘热研7-33-97’10号染色体的短臂上,基因位点到着丝粒的百分距离为25.78.为橡胶树遗传育种及基因工程等提供分子细胞遗传学依据.     

巴西橡胶树HbRPS6-2基因的克隆与生物信息学分析

从巴西橡胶树甲基化过滤文库中筛选到一个与RPS6同源性较高的基因片段,根据该基因片段序列信息,设计特异引物,利用RACE进行特异片段的5’和3’扩增,获得长度为1 327 bp的HbRPS6-2基因克隆。生物信息学分析表明,该基因包含483 bp的开放阅读框,5’非翻译区为357 bp,3’非翻译区为475 bp,编码161个氨基酸。在HbRPS6-2氨基酸序列中没有预测到信号肽和跨膜区,二级结构分析表明其属于混合型蛋白。HbRPS6-2在N端前18个氨基酸区域内有一个较强的疏水区,但整条多肽链表现为亲水性。对15个RPS6系统进化分析发现,巴西橡胶树的RPS6-2基因与多杀性巴氏杆菌的RPS6基因亲缘关系最近,而与拟南芥和玉米等亲缘关系相对较远。     

橡胶树中碱性转化酶基因 HbNIN8 的克隆与表达分析

蔗糖是高等植物光合产物的重要存储方式,而转化酶和蔗糖合酶是水解蔗糖的主要酶。研究基于橡胶树的基 因组和转录组数据,采用 RT-PCR 技术克隆到一个中碱性转化酶基因 HbNIN8 的全长 cDNA。该基因预测编码 630 个氨 基酸。同源和亚细胞定位分析表明,HbNIN8 属于 α 类中碱性转化酶,叶绿体定位。应用毕赤酵母真核表达获得其重组 蛋白,分析了其酶活性特点,HbNIN8 在毕赤酵母中重组蛋白的最适 pH 为 7.5,最适温度为 45 ℃。实时荧光定量 PCR 分析表明,HbNIN8 主要在叶片中表达,其表达量随着叶片的成熟而逐渐增加,在稳定期叶片中达到最大,在成熟叶片 中,HbNIN8 的表达呈现明显的昼夜差异,晚上的表达水平相对高于白天。因此,HbNIN8 很可能是负责将叶绿体中的 蔗糖水解为单糖,从而调控橡胶树叶绿体内蔗糖和淀粉的分配。     

橡胶树中碱性转化酶基因 HbNIN8 的克隆与表达分析

蔗糖是高等植物光合产物的重要存储方式，而转化酶和蔗糖合酶是水解蔗糖的主要酶。研究基于橡胶树的基因组和转录组数据，采用 RT-PCR 技术克隆到一个中碱性转化酶基因 HbNIN8 的全长 cDNA。该基因预测编码 630 个氨基酸。同源和亚细胞定位分析表明，HbNIN8 属于 α 类中碱性转化酶，叶绿体定位。应用毕赤酵母真核表达获得其重组蛋白，分析了其酶活性特点，HbNIN8 在毕赤酵母中重组蛋白的最适 pH 为 7.5，最适温度为 45 ℃。实时荧光定量 PCR分析表明，HbNIN8 主要在叶片中表达，其表达量随着叶片的成熟而逐渐增加，在稳定期叶片中达到最大，在成熟叶片中，HbNIN8 的表达呈现明显的昼夜差异，晚上的表达水平相对高于白天。因此，HbNIN8 很可能是负责将叶绿体中的蔗糖水解为单糖，从而调控橡胶树叶绿体内蔗糖和淀粉的分配。     

巴西橡胶树HbMADS4的克隆及原核表达分析

为了探讨巴西橡胶树自根幼态无性系高产的分子机制,通过抑制缩减杂交获得了在巴西橡胶树自根幼态无性系和老态无性系胶乳中差异表达的基因片段。为进一步鉴定差异表达基因的功能,对相关基因进行克隆。通过RACE方法克隆一个新的橡胶树MADS-box转录因子基因（命名为HbMADS4）, HbMADS4全长984 bp,含有633 bp的阅读框,编码230个氨基酸。推测HbMADS4蛋白分子量为23.71 ku,等电点为7.61,在N端含有典型的MADS-box结构域。构建HbMADS4原核表达载体pHbMADS4,将其转化E. coli, 经优化条件后,在20 ℃,0.1 mmol/L IPTG诱导4 h的条件下,获得HbMADS4融合蛋白。HbMADS4的克隆和HbMADS4融合蛋白的获得为深入研究HbMADS4的功能奠定基础。     

巴西橡胶树膜联蛋白基因家族成员的鉴定和表达分析

膜联蛋白是一个多基因家族,在植物逆境胁迫应答和生长发育等方面起重要作用。本研究以已发表的膜联蛋白氨基酸序列为探针,对橡胶树和其他5种植物的转录组和基因组进行搜索,鉴定得到14个橡胶树膜联蛋白基因家族成员,命名为Ann Hb1-Ann Hb14。基因结构分析发现,14个家族成员的内含子数目为3~6个,结构域的数目为2~4个。在进化上,橡胶树、木薯和蓖麻共3种大戟科植物的膜联蛋白具有较近的亲缘关系。表达方面,Ann Hb1在各组织中普遍表达,而Ann Hb6和Ann Hb7主要在胶乳中表达,Ann Hb10、Ann Hb8和Ann Hb13分别在树叶、树皮和雄花中特异表达,其他成员在各组织中低丰度表达或不表达;部分家族成员的表达还与叶片发育、乙烯利刺激、真菌侵染和低温胁迫等具有一定相关性。     

巴西橡胶树HbMET的克隆与表达分析

通过同源克隆和RACE方法获得了巴西橡胶树DNA甲基转移酶(DNA Methyltransferase,MET)基因(Hb MET)。Hb MET长4 896 bp,含有4 635 bp的阅读框架,编码1 545个氨基酸。蛋白分子量174.36 ku,等电点为6.36。氨基酸序列与可可、毛果杨、黄瓜、拟南芥、碧桃、葡萄和烟草等物种的MET家族成员的同源性分别为73%、77%、74%、56%、72%和68%。进化树分析表明,Hb MET氨基酸序列与毛果杨的MET亲缘关系最近。Hb MET在巴西橡胶树的根、树皮、叶、胶乳中均有表达,其中在胶乳中表达量最低;Hb MET在橡胶树自根幼态无性系的胶乳中表达比老态无性系胶乳中的表达低。     

橡胶树HbWRKY3的克隆及其响应逆境胁迫的表达分析

通过RACE技术扩增获得橡胶树HbWRKY3基因,并对该基因及其所编码氨基酸序列进行生物信息学分析和响应逆境胁迫的表达分析,结果表明：该基因含有2个WRKYGQK结构域和2个C2H2锌指结构,属于WRKY基因家族第Ⅰ类;由4个外显子和3个内含子组成,DNA序列全长3 780 bp;开放阅读框长度为2 211 bp,编码由737个氨基酸组成的多肽。该基因定位于细胞核中,在橡胶树叶片、树皮、花、胶乳等不同组织中都有表达,以花中的表达水平最高。盐、PEG、茉莉酸、水杨酸等非生物胁迫均可诱导HbWRKY3的表达,但干旱、ABA、乙烯和低温胁迫的诱导较为明显。     

巴西橡胶树中2个NADP-苹果酸酶基因的克隆和表达特性分析

从橡胶树中克隆2个NADP-ME(苹果酸酶)基因的全长cDNA,分别命名为HbNADP-ME1和HbNADP-ME2。HbNADP-ME1和HbNADP-ME2 cDNA全长分别为2 428、2 139 bp,分别编码643、593个氨基酸组成的蛋白,二者的氨基酸序列一致性高达87.25%,且分别与蓖麻和杨树的一个NADP-ME序列具有较高的序列一致性。2个HbNADP-ME蛋白都含有典型的植物NADP-ME蛋白的保守结构域,均富含亮氨酸(Leu),同属于非分泌型稳定蛋白。2个HbNADP-ME基因在橡胶树不同组织中的表达存在明显差异,在根中的表达量最高,种子和花中的表达量次之;另外,HbNADP-ME1基因在胶乳中受机械伤害有下调表达趋势,HbNADP-ME2基因在胶乳中受割胶处理也表现出下调表达趋势,而低温胁迫则显著诱导2个基因在叶片和根中的表达。结果说明,HbNADP-ME基因可能参与橡胶树的抗逆应答及代谢调控(包括胶乳代谢调控)。此结果为深入揭示橡胶树中NADP-ME基因的功能奠定了基础。     

巴西橡胶树类甜味蛋白基因HbTLP1的克隆及表达分析

根据模式植物拟南芥中同类蛋白的氨基酸序列在橡胶树转录组数据库中进行同源搜索并设计引物,通过RT-PCR方法扩增巴西橡胶树TLP同源基因的cDNA片段,命名为Hb TLP1.该片段包含一个984 bp的开放阅读框,编码327个氨基酸的多肽.生物信息学分析结果表明,该氨基酸序列含有一个超级THAUMATIN-Like结构域,与杨树、大豆、葡萄和拟南芥的TPL蛋白有较高的同源性.半定量分析结果表明,该基因的表达受水杨酸(SA)和鞭毛蛋白(flg22)的诱导,但不受茉莉酸(JA)的影响.以上结果揭示该基因为橡胶树的TPL同源基因,参与SA介导的抗病信号途径和植物的先天免疫反应.     

巴西橡胶树MADS-27基因的克隆与生物信息学分析

以巴西橡胶树花芽为材料,利用RT-PCR技术从总RNA中扩增获得1个MADS基因。cDNA长度1 063 bp,开放阅读框717 bp,编码239个氨基酸,命名为HbMADS-27。在HbMADS-27氨基酸序列中具有1个较强的跨膜区,二级结构分析结果表明其属于混合型蛋白。HbMADS-27在N端前34～50氨基酸区域内为较强的疏水区,但整条多肽链表现为亲水性。对20个MADS蛋白进行系统进化分析,结果发现,巴西橡胶树的HbMADS-27基因与蓖麻的MADS-27基因亲缘关系最近,而与拟南芥MADS-27基因亲缘关系相对较远。     

巴西橡胶树HbSAP1基因克隆及表达分析

胁迫相关蛋白(Stress associated proteins,SAPs)在植物免疫应答和胁迫反应中发挥着重要作用。采用电子克隆和RT-PCR相结合的方法,从巴西橡胶树中分离胁迫相关蛋白基因Hb SAP1。结果表明:Hb SAP1基因的开放阅读框为537 bp,编码178个氨基酸。Hb SAP1蛋白预测分子量为18.87 ku,等电点为7.98,具有典型的A20和AN1锌指结构域。实时荧光定量PCR分析结果表明,Hb SAP1基因在巴西橡胶树各组织中均有表达,以茎尖中的表达量最高。同健康橡胶树相比,Hb SAP1基因在死皮橡胶树胶乳和树皮中的表达量显著升高。伤害、H2O2、乙烯利及茉莉酸甲酯处理均能使胶乳中Hb SAP1基因的表达上调。低温及PEG诱导的干旱胁迫下,Hb SAP1基因在叶片中的表达显著增强。上述结果表明,Hb SAP1基因可能在橡胶树死皮发生、非生物胁迫应答、乙烯及茉莉酸信号转导中发挥重要调控作用。     

巴西橡胶树磷酸蔗糖磷酸化酶基因的克隆和表达模式分析

蔗糖是橡胶生物合成的主要碳源,而磷酸蔗糖磷酸化酶(SPP)是蔗糖合成最后步骤的关键酶,克隆橡胶树SPP家族基因并研究其表达特性,将有助于揭示橡胶树中蔗糖合成代谢的分子调控.本研究利用拟南芥和杨树的SPP氨基酸序列为探针,搜索橡胶树EST和基因组数据库,并设计引物进行PCR扩增,得到1个橡胶树SPP基因的cDNA和基因组序列,命名为HbSPP1.序列分析显示,HbSPP1基因组含有8个外显子、7个内含子,其cDNA序列的编码区(CDS)为1278 bp,编码424个氨基酸,蛋白分子量为48.1 ku,等电点为6.02.进化上,HbSPP1基因与杨树SPP基因的亲源关系比拟南芥要近.组织特异性表达分析发现,HbSPP1在叶片中的表达丰度最高.另外,在叶片不同发育阶段中,HbSPP1在稳定期叶片中的表达明显低于幼期叶片.