一个新的水稻低温应答类糖基转移酶基因(OsCrGtl)的表达分析与克隆

采用Affymetrix60K水稻基因表达芯片系统分析了水稻培矮64S（Oryza sativa ssp.indica）在低温、高温和干旱条件下不同生育时期的叶片与穗全基因组的转录丰度,筛选出一个类糖基转移酶基因OsCrGtl（Oryza sativ a cold responsive glycosyltransferase-like gene,GenBank登录号为FJ828672）,该基因主要受低温诱导且在各生育时期的表达量均显著上调。用实时定量RT-PCR方法对该基因的在逆境条件下的转录丰度进行了验证分析,也得到与基因芯片分析基本相同的结果。以培矮64SmRNA为模板,通过RT-PCR方法扩增,得到包含其完整开放阅读框的cDNA克隆。根据其开放阅读框的核苷酸序列推测,OsCrGtl编码一个包含462个氨基酸残基的蛋白质,理论分子量为50.327kD,等电点为5.35。查询蛋白质数据库,得知该基因编码的蛋白质与籼稻（indica）、粳稻（japonica）、玉米（Zea mays）及拟南芥（Arabidopsis thaliana）编码的糖基转移酶家族蛋白相似,且包含糖基转移酶结构域。对其推测的启动子区域核苷酸序列进行分析,找到9个可能与逆境应答有关的顺式作用元件。     

水稻多逆境响应新基因OsMsr9的表达与克隆

为发掘水稻新的耐逆基因,研究植物在应答逆境胁迫时的分子机制,我们采用Affymetrix水稻表达芯片分析了超级稻两优培九母本培矮64S全基因组在多种逆境胁迫下的表达水平,筛选出一批表达水平显著改变的基因。其中基因OsMsr9(Oryza sativa L.Multiple Stresses Responsive Gene9,GenBank登录号为EU276058)的表达量在高温、低温、干旱处理后在多个组织器官、发育时期均有显著提高。实时定量PCR分析其特定时空表达量的结果与基因芯片的结果基本吻合。通过RT-PCR法,得到包含OsMsr9完整ORF(open reading frame)的cDNA克隆。根据生物信息学分析,该ORF编码一个包含168个氨基酸残基的蛋白质,与玉米(Zea mays)中含F-box结构域的全长蛋白有大约58%的相似性,而F-box蛋白可能与植物抗逆性有关。基于上述实验及分析结果,OsMsr9可能是一新的水稻耐逆功能基因。     

水稻多逆境响应基因OsMsr13的克隆与功能分析

为了深入研究作物耐逆境胁迫的分子机制和发现新的水稻耐逆基因,采用Affymetrix基因芯片技术与水稻表达芯片(含51,279个转录本),分析了培矮64S不同生长发育时期、不同组织器官全基因组在低温、干旱、高温逆境胁迫下的表达水平变化,筛选出一批耐多逆境候选功能基因.OsMsr13是其中一个受低温、高温与干旱诱导,在各生长发育时期与组织器官均显著上调的基因.根据序列生物信息学分析,OsMsr13含有7个外显子和6个内含子,cDNA全长序列为1603bp,完整的ORF为1317bp,编码一个含438个氨基酸残基的蛋白质;在OsMsr13启动子区域发现多个与逆境应答相关的顺武作用元件;数据库查找和蛋白质多序列的比对表明Os Msr13的预测蛋白属于钙调素结合蛋白家族.为了进一步研究OsMsr13基因的功能,通过RT-PCR方法扩增到包含OsMsr13完整ORF的cDNA克隆,构建了含有OsMsr13重组基因的过量表达载体pCAM-JIT-OsMsr13,并经农杆菌介导法将重组基因导入到水稻中.转OsMsr13株系苗期的抗逆性试验表明OsMsr13过量表达能显著地提高水稻的耐寒性,但在抗旱和耐高温方面,转基因植株和野生型9311没有观察到多大差别.     

水稻多逆境响应基因OsMsr8的克隆与表达

非生物胁迫是引起全世界作物减产的主要因素, 利用分子生物学技术提高作物耐逆性已成为作物改良的新途径。本课题组采用Affymetrix水稻表达芯片分析了超级稻亲本“培矮64S”全基因组表达模式, 发现了众多逆境相关基因。OsMsr8基因受低温、干旱等多逆境因子诱导, 在孕穗期干旱胁迫下表达水平显著上调。qRT-PCR分析试验数据与芯片结果基本吻合。利用生物信息学方法对所获得序列进行开放阅读框、序列同源性分析, 预测了编码蛋白质产物的理化性质。该基因ORF全长为834 bp, 编码277个氨基酸残基, 不含内含子, 无典型的基因保守结构域。在不同物种中有高相似性的蛋白, 功能未知。对启动子区域进行分析, 发现含有多种与逆境诱导相关的调控元件, 推测该基因与植物耐逆性有一定关系。