大麦与油菜种皮特异启动子表达模式的比较

启动子位于转录起始位点上游并能特异性地结合RNA聚合酶,其作为调控序列驱动外源基因在异源植物中表达,从而实现转基因的高效性,具有时空表达特异性的启动子对获得有效转基因植物及产物具有重要意义。为了解种皮特异启动子的表达模式,该研究基于前期报道的序列,通过同源克隆的方法分别从大麦和油菜中克隆获得Gerb和Bntt两个种皮特异性启动子,并对其进行生物信息学分析,构建了Gerb::GUS和Bntt::GUS植物表达载体并转化拟南芥,通过组织化学染色观察了GUS的表达情况。结果表明:两种启动子序列中都含有多拷贝种皮特异表达启动子元件以及多种胁迫诱导响应元件;转基因拟南芥幼苗期,大麦Gerb种皮特异启动子驱动GUS全株表达且子叶和下胚轴较真叶和根中表达量高;油菜Bntt种皮特异启动子表达较弱;成株期,Gerb在不同组织(叶片、茎、花序和角果)中均有表达,未显示组织特异性;Bntt仅在叶片及角果维管束中有微弱表达。在各种非生物胁迫下,Gerb表达模式未发生显著变化,而Bntt仅在盐胁迫下显示很强的角果和种子特异性表达,其他胁迫未见明显表达。以上结果显示,大麦种皮特异性启动子Gerb和油菜种皮特异性启动子Bntt在时间和空间表达模式上存在差异,这对今后选择种皮特异启动子具有参考作用,但其具体机制仍需进一步研究验证。     

花生温度诱导载脂蛋白基因AhTIL1的克隆和表达研究

温度诱导的载脂蛋白(temperature induced lipocalins,TILs)与植物在热、冷、光、氧化等胁迫下的稳定性相关,旨在克隆花生中的温度诱导的载脂蛋白基因,分析其在响应低温、高温中的作用。从花生c DNA文库中筛选到一个TIL候选基因,命名为Ah TIL1,通过PCR扩增获得了其基因组和候选启动子的序列,并利用实时定量PCR等方法检测了该基因在花生不同组织、种子不同发育时期和温度胁迫下的相对表达量。序列分析结果表明,该基因的开放阅读框(open reading frame,ORF)为558 bp,编码185个氨基酸。生物信息学分析显示,推测的Ah TIL1蛋白质相对分子质量为21.4 k D,等电点为6.78。序列比对结果显示,该蛋白氨基酸序列同其他物种TIL蛋白显示出很高的同源性。对候选启动子预测结果表明,该基因的候选启动子包含ACE、Box4、G-box、GAG-motif等与光反应相关的调控元件以及与ABA、水杨酸、赤霉素、厌氧等相关的顺式调控元件。基因芯片和RNASeq结果表明,该基因在花生的根、茎、叶、花、果针、种子中均有表达,在花中表达量最高,茎中次之,在根中表达量最低;Ah TIL1在果针入土后表达量下降,随着荚果的膨大和种子的成熟,Ah TIL1的表达量逐渐增加。实时定量PCR结果证明,Ah TIL1在高温和低温诱导3、6、12和24 h后上调表达,在48 h后表达量下降。Ah TIL1可能在花生响应低温、冷胁迫中发挥着重要的作用。     

油葵种子特异启动子Ha ds10 G1的克隆及功能鉴定

从油葵中克隆得到LEA蛋白基因家族Ha ds10 G1基因的启动子序列,并对其进行功能分析。利用PCR技术从油葵品种"矮大头"基因组DNA中分离Ha ds10 G1基因上游的调控序列,将其与GUS基因融合,构建种子特异性表达载体p BI121-PHa ds10,通过根癌农杆菌介导法转化烟草(Nicotiana tabacum)NC89,对再生植株进行PCR、RT-PCR和GUS组织化学分析,以检测GUS基因在转基因烟草中的表达情况。结果表明,油葵Ha ds10 G1基因启动子长度为1 417 bp,与已报道的向日葵Ha ds10G1基因启动子序列同源性为89.42%。作用元件分析发现该区域除了具有启动子核心调控序列外,还含有多个与组织特异性、激素、逆境等表达相关的顺式作用元件,如RY重复元件、ABRE元件、TC-rich元件等。转基因植株的PCR结果显示,成功地获得了转基因阳性植株;GUS活性检测表明,该启动子序列仅能够驱动GUS基因在烟草种子表达,而在根、茎、叶等组织中均未检测到GUS基因表达。因此,油葵LEA蛋白基因家族Ha ds10 G1基因上游1 417 bp片段具有种子特异性启动子功能。研究结果为油葵等油料作物的油脂遗传改良提供组织特异性启动子。     

反向PCR法扩增花粉特异表达基因PSG076启动子

PSG076基因是从奥地利小麦品种‘Ferdinand’中分离的花粉特异性表达基因,功能未知.为获得可用于小麦基因工程的花粉特异性启动子,采用优化的反向PCR法分离PSG076启动子,获得了起始密码子上游约1.4 kb的启动子序列.生物信息学分析显示,该启动子除含有与花粉特异性表达相关的调控元件AGAAA和GTGA外,还含有花粉特异性表达相关的数量元件AGGTCA和AAATGA,推测其为活性较强的花粉特异性启动子.实验中对反向PCR方法的优化可提高扩增侧翼未知序列的效率,特别适用于启动子序列的扩增.     

栽培草莓潜在印记基因FaTRG-31的克隆与特征分析北大核心CSCD

在前期通过筛选获得草莓候选印记基因FaTRG-31(turgor-responsive protein 31)的基础上,以八倍体栽培草莓‘红颜’(Fragaria×ananassa Duch.‘Benihoppe’)为材料,对FaTRG-31基因的编码序列进行克隆、生物信息学、组织表达、启动子和印记特性分析,以揭示该基因的作用机理,为草莓印记基因表达调控及生物学功能研究奠定基础。结果显示:(1)草莓FaTRG-31基因开放阅读框(ORF)全长999 bp,编码332个氨基酸,含有典型的Asn-Pro-Ala(NPA)基序和6个跨膜结构,定位于细胞质膜,属于典型的AQP蛋白(aquaporin)家族;系统进化树深入分析表明FaTRG-31为PIPs(plasma intrinsic proteins)亚家族1型蛋白。(2)草莓FaTRG-31在不同组织中均有表达,胚乳中的表达量最高,且在FaTRG-31基因上游克隆出的1989 bp启动子序列中发现含有与胚乳特异表达相关的作用元件,此外还有多种非生物胁迫响应元件和激素响应元件等。(3)草莓印记特性分析结果显示,FaTRG-31在胚乳中的SNP(single nucleotide polymorphism)位点处测序峰为单峰且是母本表达,即该基因在栽培草莓胚乳中为母本表达印记基因。(4)非生物胁迫处理后分析发现,草莓FaTRG-31基因能在不同程度上响应非生物胁迫。     

森林草莓FvZF-HD7基因的鉴定及表达分析

锌指同源蛋白ZF-HD(zinc finger homeodomain)家族是植物中所特有的一类转录因子家族,在响应植物逆境胁迫,调控花发育以及种子寿命等方面具有重要作用,但其在草莓中的功能尚不清楚。该研究从森林草莓(Fragaria vesca)基因组数据库分离获得了10个ZF-HD家族的基因。进化树分析显示,按照亲缘关系远近该基因家族可分为6个不同的亚族;启动子顺式元件分析发现,该基因家族基因的启动子区域含有较多的逆境胁迫和激素响应相关的元件。荧光定量PCR检测发现,FvZF-HD7基因在花中的表达量显著大于其他基因;组织特异性表达分析表明,FvZF-HD7基因在花中表达量最高,在叶和茎中也有表达,在果实发育的前期表达量较高,而在果实发育后期急剧降低。利用森林草莓‘Yellow Wonder 5AF7’(YW)的cDNA成功克隆到FvZF-HD7基因,生物学信息学分析表明FvZF-HD7基因全长1083 bp,编码360个氨基酸;序列比对结果显示,其编码的蛋白质同时含有ZF以及HD保守结构域;蛋白质的相对分子质量为39153.89 Da,结构中富含α螺旋和无规则卷曲。成功构建表达载体pGWB5-FvZF-HD7,将目的基因载体转入烟草中,Confocal激光共聚焦显微镜观察发现,转基因烟草的细胞核中检测到GFP信号,表明FvZF-HD7蛋白定位于细胞核中。研究表明,FvZF-HD7可能广泛参与了植物花发育和逆境胁迫调控,为进一步分析森林草莓ZF-HD基因家族的功能奠定了理论与分子基础。     

利用水稻启动子捕获系筛选水稻胚发育相关基因的初步研究

通过对2227个启动子捕获系中报道基因β-葡萄糖苷酸酶(β-glucuronidase,gus)表达活性检测,筛选到7个水稻胚中表达GUS活性的启动子捕获系,对其中编号为W9154的捕获系作了进一步分析。Southern杂交分析表明W9154是一个单拷贝T-DNA插入系,其T-DNA插入在水稻基因组第3号染色体上一个未知蛋白基因的第2个内含子中。对该未知蛋白基因上游调控序列生物信息学分析显示,其调控序列除含有TATA-box和CAAT-box等常见启动子元件外,还含有RY基序、E盒、G盒及AACA等种子特异性启动子的特征性元件。表达特征分析发现,编码上述未知蛋白的基因在野生型水稻的胚和茎中表达,这与捕获系W9154中GUS表达活性完全一致。这些表明启动子捕获系w9154捕获的候选基因可能是一个水稻胚发育相关基因。     

草莓FaTT10基因的克隆与表达分析

以‘红颜’草莓为研究材料,本研究采用RT-PCR技术克隆得到FaTT10基因并对其进行生物信息学分析,采用q-PCR技术分析其时空特异性表达模式。结果表明,其开放阅读框为1 704 bp,编码567个氨基酸,蛋白质分子量为62.36 kD,理论等电点为6.69。亚细胞定位预测显示,此基因定位于细胞质膜。同源性及进化树构建结果表明,草莓FaTT10与其他植物漆酶类序列同源性较高。实时荧光定量PCR分析表明,FaTT10在草莓果实不同发育时期及组织器官间均存在表达特异性:在叶、花、匍匐茎、根、茎和果实中都有表达,在小绿果实中表达量最高,在叶中表达量最低;在果实各发育阶段,FaTT10在小绿期表达量最高,随着发育时期推进,表达量逐渐降低。     

拟南芥AtNCED2基因启动子区域序列克隆及其活性分析

目的:克隆拟南芥AtNCED2基因启动子区域序列,并分析其组织器官特异性及对外界刺激的响应.方法:通过PCR从拟南芥基因组中克隆AtNCED2基因5'侧翼2295bp启动子区域序列(AtNCED2p),并进行生物信息学分析.构建AtNCED2p驱动GUS的植物双元表达载体pAtNCED2p::GUS,通过根癌农杆菌介导法将其转化野生型拟南芥,检测转基因植侏中GUS表达的组织器官特异性.结果:该启动子序列中存在TATA-box、CAAT-box、根器官特异性元件、ABA响应元件、低温响应元件、昼夜节律响应元件等顺式作用元件.GUS活性主要集中在转基因拟南芥根尖及侧根发生部位.外源ABA处理的转基因植株根中GUS活性为174.8nmol 4-MU min-1 mg-1蛋白,明显高于对照值91.7nmol 4-MU min-1mg-1蛋白.结论:AtNCED2基因可能在根的生长和发育中起作用,且外源ABA处理增强其在根中的表达.     

百子莲脱水素基因ApY2SK2逆境应答模式及启动子调控功能研究

在百子莲胚性细胞中筛选到对超低温保存复合逆境具有积极响应的保护类蛋白脱水素(ApY_2SK_2),为探明ApY_2SK_2基因在复合逆境中的应答模式,该研究采用染色体步移技术克隆并分析了ApY_2SK_2编码基因上游1 200 bp的启动子序列。结果表明:(1)序列分析显示,该启动子含有多个与逆境和激素诱导相关的顺式调控元件;实时荧光定量PCR结果表明,ApY_2SK_2基因的表达具有组织特异性,在百子莲的叶和果中表达量较高,且在多种胁迫处理与ABA激素诱导下,其表达量显著升高。(2)成功构建了5个ApY_2SK_2启动子不同缺失片段驱动GUS基因的融合表达载体,经农杆菌转化、抗性筛选和PCR检测鉴定,获得T_3代纯和转基因拟南芥株系。(3) GUS组织化学染色结果显示,GUS基因在拟南芥幼苗全株、成年苗的叶、花和成熟果实中表达活性较强,但在未成熟果实中无明显表达;烟草瞬时表达结果显示,与对照组相比,在脱水胁迫和ABA处理下的ApY_2SK_2启动子不同缺失片段驱动GUS基因表达具有显著差异。(4)转基因拟南芥GUS活性测定结果显示,ApY_2SK_2启动子MBS元件和ABRE元件可响应干旱与渗透胁迫信号;ApY_2SK_2启动子LTR元件参与低温响应;ApY_2SK_2启动子-1 199～-262 bp区域包含多个串联的ABRE顺式调控元件(-373～-211 bp)对响应ABA信号具有主要调控作用。该研究结果揭示了ApY_2SK_2启动子的组织特异性,且启动子上的关键顺式调控元件对不同的胁迫和激素信号响应具有决定性调控作用。     

毛白杨PtSEP3-1基因启动子的克隆分析及其表达载体构建

SEP(SEPALLATA)类基因属于花器官发育ABCDE模型中的E类基因,拟南芥中的研究表明该类基因可能具有控制花器官形态发育以及激活其它类型基因的功能,是一类花发育过程中的关键基因。因此,研究杨树SEP类基因启动子表达特性对于杨树的开花调控研究具有重要意义。本文根据毛白杨SEP3基因和毛果杨基因组序列设计引物,通过PCR获得了PtSEP3-1基因上游2000bp的序列。序列分析结果表明该序列具有启动子的基本元件TATA-box和CAAT-box,还包含大量光响应元件ACE、Box I和Box4等,此外还有脱落酸响应元件ABRE,赤霉素响应元件GARE-motif以及胁迫响应元件HSE、TC-richrepeats等。进一步构建了一个以PtSEP3-1启动子驱动GUS基因的植物表达载体pPtSEP3-1protest,为该启动子的功能鉴定奠定了基础。     

小麦冰重结晶抑制蛋白基因TaIRI5的克隆及分析

为了明确小麦冰重结晶抑制蛋白基因(TaIRI5)在小麦生长发育过程中的作用,该研究以小麦品种‘北京841’为材料,利用RT-PCR方法克隆TaIRI5基因,并对该基因进行生物信息学分析、组织特异性表达分析、启动子活性分析以及亚细胞定位分析。结果显示:(1)成功克隆到TaIRI5基因,该基因全长1203 bp,开放阅读框为858 bp,编码285个氨基酸,蛋白质分子量为70.7 kD,等电点为5.07,属于疏水性蛋白。(2)实时荧光定量PCR结果显示,TaIRI5基因在小麦的根、茎、叶片、雌蕊、雄蕊、护颖、种子中均有表达,其中根部的相对表达量最高,在雌蕊中表达量最低,表明该基因在小麦的生长发育过程中起重要作用。(3)TaIRI5基因的启动子分析表明,该区域除CAAT-box和TATA-box启动子核心元件外,该序列还包含9个光响应元件和6个激素应答元件及其他元件;利用TaIRI5基因不同长度(498 bp、999 bp、1500 bp)的3个候选启动子,构建了含有GUS基因的pCAMBIA1301融合表达载体;烟草转化实验表明,3个候选启动子都能启动该基因的表达,但表达模式略有差异。(4)成功构建含有GFP基因的融合载体pCAMBIA1300-TaIRI5-GFP,亚细胞定位结果显示,TaIRI5定位于细胞膜上。该研究结果为进一步研究小麦TaIRI5基因功能奠定了基础。     

茶树CsLEA5基因的克隆及表达分析

该研究以茶树‘龙井长叶’为材料,克隆获得了茶树胚胎发育晚期丰富蛋白基因CsLEA5的cDNA序列,该序列全长515 bp,包含一个375 bp的开放阅读框,编码124个氨基酸,预测蛋白分子量为13.5 kD,理论等电点为5.92。蛋白序列分析结果显示,CsLEA5为高亲水性和稳定性蛋白,且含有一个典型的LEA_3保守结构域,属于LEA蛋白中LEA_3亚家族成员。CsLEA5基因启动子区域包含多种与逆境响应相关的顺式作用元件,如乙烯响应元件（ERE）、胁迫响应元件（STRE）、创伤响应元件（WUN motif）及MYB、MYC转录因子识别位点等。qRT PCR分析显示,CsLEA5基因表达具有明显的组织特异性,在叶片中的表达量最高,其次是嫩茎,而在其他组织器官中的表达量较低,且CsLEA5基因表达受低温和干旱胁迫的诱导。研究表明,CsLEA5基因可能在茶树响应低温和干旱胁迫过程中发挥重要作用。该研究对了解茶树抗逆分子机制,筛选抗性候选基因资源提供了重要理论依据。     

大豆GmDAO1基因的功能预测及表达分析

本研究通过在大豆基因组数据库中检索拟南芥AtDAO1在大豆中的同源基因,获得了GmDAO1基因序列。通过对GmDAO1基因编码的氨基酸序列及启动子序列进行生物信息学分析,我们发现GmDAO1基因CDS序列全长951bp,编码316个氨基酸。GmDAO1编码的蛋白为亲水性蛋白,具有1个N-糖基化位点、3个激酶磷酸化位点与1个豆蔻酰化位点。结构域分析表明GmDAO1含有双加氧酶与2OG-Fe(II)加氧酶结构域,是2-酮戊二酸依赖性双加氧酶基因(2-ODD)家族的成员。GmDAO1预测的启动子区域含有与激素、胁迫、光应答、生物钟调控和转录因子结合相关的顺式作用元件。系统进化分析结果表明DAO1在豆科植物进化过程中比较保守。组织特异性表达分析结果显示GmDAO1在叶片中表达量最低,在根中表达量最高。因此我们推测其可能参与生长素的代谢途径。     

草莓(Fragaria×ananassa)MYC2-like基因的克隆和非生物胁迫下的表达分析

髓细胞组织增生蛋白2(myelocytomatosis protein 2, MYC2)作为MYC型bHLH转录因子家族成员,是茉莉酸响应途径的关键转录因子,在调控植物抵抗逆境胁迫中具有重要作用。本研究基于NCBI数据库中野草莓(Fragaria vesca)的基因序列,从草莓(Fragaria×ananassa)品种‘红颜’(‘Benihoppe’)中克隆鉴定了1个FaMYC2-like基因,其开放阅读框长度为1 473 bp,编码490个氨基酸残基。保守结构域分析表明,FaMYC2-like蛋白具有bHLH-MYC家族保守结构域。系统发育分析显示,FaMYC2-like蛋白与月季花(Rosa chinensis)等蔷薇科(Rosaceae)植物中的同源基因编码的蛋白质具有较近的亲缘关系。通过启动子顺式作用元件预测,发现其启动子区含有大量的光信号、胁迫响应及激素信号的响应元件。亚细胞定位结果表明,FaMYC2-like蛋白定位于细胞核中。组织特异性RT-qPCR结果显示,FaMYC2-like基因在草莓的根中表达量最高,在茎、叶和花中也有较高表达,在匍匐茎中表达量最低;在果实发育早期...     

西瓜果实AGPL1基因启动子的序列分析

利用PCR技术从西瓜嫩叶中扩增出1.2 kb AGPL1基因启动子,通过PlantCARE和PLACE数据库对启动子序列进行生物信息学分析。结果表明,AGPL1启动子具有多个典型的TATA-Box和CAAT-Box等基本元件,以及高水平转录顺式作用元件5UTR Py-rich stretch,光响应元件ACE、ATCC-motif、Box 4、I-Box、Sp1、TCCC-motif、GAG-motif、MNF1,2个赤霉素响应元件GARE-motif、P-box,参与蛋白代谢调节的顺式作用元件O2-site,参与水杨酸反应的顺式作用元件TCA-element,厌氧诱导所需的顺式作用元件ARE、逆境胁迫响应元件TC-rich repeats、生理昼夜节律控制元件circadian等,为研究外源基因在果实中的特异表达提供参考。     

小黑杨转录因子PsnbZIP1应答盐胁迫功能分析

为揭示小黑杨(Populus simonii×P. nigra)在面对非生物胁迫时,转录因子PsnbZIP1在植物体内发挥的功能,以小黑杨为试验材料,克隆得到PsnbZIP1的ORF区序列长为432 bp,并初步分析PsnbZIP1盐胁迫下的分子机制。采用q-PCR分析PsnbZIP1在150 mmol·L^-1 NaCl处理小黑杨组培苗时的表达模式,发现该基因的表达量快速上升;通过生物信息学分析预测PsnbZIP1转录因子为无跨膜结构且具有信号肽的亲水性不稳定蛋白;用农杆菌(Agrobacterium)介导的烟草(Nicotiana)瞬时表达观察该基因的亚细胞定位情况,结果表明该基因为核定位蛋白;用酵母单杂交实验证明该基因编码的蛋白在酵母体内不具有转录激活功能。对PsnbZIP1基因的启动子序列进行分析,结果表明该启动子包含了生长素应答、脱落酸应答元件、光应答元件以及种子特异性调控的顺式作用调控元件,该基因可能在植物的生长发育与响应胁迫过程中发挥了重要作用;启动子还包括参与干旱诱导的MYB结合位点和MYBHv1结合位点,表明该基因有可能与一些干旱诱导相关MYB基因...     

家蚕丝蛋白Fhx/P25基因启动子区域的克隆及序列分析

为研究家蚕Fhx/P25基因在时空上的调控机制,通过PCR扩增获得家蚕丝素蛋白Fhx/P25基因的启动子序列并进行克隆和序列分析。进一步构建了由Fhx/P25启动子驱动报告基因DsRed的表达载体pSK-P25-DsRed-PolyA,并通过家蚕BmN细胞进行瞬时表达。结果显示:Fhx/P25基因的启动子序列符合真核生物启动子特点,具有丝腺特异性表达启动子的特征,TATA框的保守序列为TATAA,位于-28—-32处,CAAT基序有3个,其中-110—-117和-90—-87处的2个CAAT基序可能具有活性;二级结构分析显示:Fhx/P25启动子区域具有复杂的茎环结构,这可能与蛋白表达的组织特异性、时间性以及活性有关。基因启动子可以驱动红色荧光基因DsRed在家蚕BmN培养细胞中的瞬时表达。     

羊毛角蛋白基因家族及其启动子调控作用研究进展

羊毛是养羊业重要的畜产品和经济来源之一,近年来羊毛蛋白组学研究取得很大进展,羊毛组分和结构的研究为羊毛角蛋白编码基因及其表达调控研究奠定了基础。该文介绍了羊毛的基本结构组成和在羊毛生长发育过程中羊毛相关角蛋白的表达调控机制,角蛋白基因表达具有高度的组织特异性和时空性,这种特异性表达受到严格调控,而启动子是基因表达调控的关键元件。文章进一步对当前羊毛角蛋白基因启动子研究进展进行综述,分析相关转录因子通过与启动子特异性位点结合来调控最终羊毛性状的机制,围绕羊毛结构、相关基因表达特征以及特异性启动子调控机制等方面论述了羊毛生长发育及其蛋白特异性表达的研究进展,为羊毛发育及分子育种研究提供理论参考。     

水稻胚乳特异性启动子的克隆及序列分析

目的:克隆获得水稻胚乳特异表达启动子pGluB-1。方法:采用PCR方法从水稻"台粳9号"基因组DNA中扩增出pGluB-1启动子序列,并克隆至pMD20-T载体上,酶切鉴定后进行测序并对测序结果进行生物信息学分析。结果:获得大小为1 353bp的pGluB-1启动子序列,该序列与已报道序列的同源性为97%。启动子功能预测及顺式作用元件分析表晨所克隆的启动子序列含有ACGT基序、AACA基序、GCN4基序和醇溶蛋白框等胚乳特异表达必需的调控元件,其序列差异可能是由于不同品种个体差异及多态性的影响。结论:成功克隆出pGluB-1启动子,为实现外源目的基因在水稻胚乳中特异性表达奠定了实验基础。