割手密2C型蛋白磷酸酶ScPP2C基因的克隆与表达分析

割手密由于具有抗病、抗虫、抗逆等潜在的有利基因,历来被用于甘蔗的抗性遗传改良。在割手密中克隆编码2C型蛋白磷酸酶(protein phosphatase 2C, PP2C)的基因,并分析其在干旱胁迫下的差异表达。本研究利用RT-PCR方法从割手密叶片中克隆得到PP2C基因的CDS全长序列,利用生物信息学在线软件对PP2C蛋白的理化性质、蛋白结构进行预测分析,并采用实时荧光定量的方法分析该基因在不同干旱处理下的差异表达。结果显示从割手密中克隆到一个全长951 bp编码316个氨基酸的2C型蛋白磷酸酶基因,命名为ScPP2C,GenBank登录号为MG322120。荧光定量分析表明,随着干旱胁迫时间的延长,其表达量呈先上调后下调的表达模式,说明该基因是干旱胁迫诱导型基因。本研究通过挖掘甘蔗野生种割手密中的抗旱新基因ScPP2C,为甘蔗野生种质资源开发利用、转基因抗旱甘蔗新品种的选育提供了参考依据。     

桑树MaPP2C8基因克隆及其干旱胁迫下的表达

该研究基于桑树转录组测序结果及基因组数据库,采用PCR技术,克隆获得桑树2C型蛋白磷酸酶基因MaPP2C8的cDNA及其启动子序列,运用生物信息学方法对序列进行分析,并采用qRT-PCR方法检测MaPP2C8在干旱胁迫处理下的表达特性,为进一步研究MaPP2C8基因在干旱胁迫响应中的功能奠定基础。结果显示:(1)MaPP2C8基因cDNA全长为1 309 bp,开放阅读框(ORF)全长为1 053 bp,编码350个氨基酸。(2)MaPP2C8蛋白与桑科其他植物亲缘关系较近,归属于PP2Cs家族中的A亚族。(3)MaPP2C8蛋白分布于细胞中的多个位置,包括细胞质、细胞核及细胞膜等。(4)克隆获得MaPP2C8基因编码起始位点上游长度为1 612 bp启动子序列,该启动子含有3类激素相关的顺式作用元件,且与ABA相关的元件多达3个。(5)MaPP2C8基因受干旱胁迫诱导上调表达,复水处理后,其表达量显著下调。研究表明,MaPP2C8基因在桑树响应干旱胁迫过程中可能起重要作用。     

大豆两个C2H2型转录因子基因序列特征及表达分析

干旱气候已严重影响需水作物大豆的产量,而植物中C2H2型转录因子在应答非生物逆境中起到重要作用,因此充分挖掘优异抗旱大豆种质的基因资源及功能研究,为利用基因工程手段获得抗旱大豆种质奠定理论基础。本研究从大豆叶片中克隆到2个基因,分别命名为GmZAT9-like和GmZAT5-like。序列特征分析表明二者都属于C2H2型转录因子,均包含典型双锌指结构域和EAR保守基序,且氨基酸同源性低于其他物种同源基因。分子进化树分析表明,2个基因分别与拟南芥AtZAT9和ATZAT5基因划分为一类。基于荧光实时定量PCR技术检测到2个基因分别在叶片和根部组织特异性表达。通过半定量RT-PCR和荧光定量PCR分析大豆幼苗在PEG、SA、ABA、NaCl和4℃胁迫处理条件下2个基因的表达模式。结果表明,在PEG和SA胁迫条件下,叶片中GmZAT9-like基因表达在处理后期有升高趋势,而根部GmZAT5-like基因在处理早期受到诱导表达;ABA胁迫条件下,2个基因均在处理初期呈现表达升高趋势而后下降;盐和冷胁迫条件下,叶片中GmZAT9-like基因表达受到抑制,而根部GmZAT5-like基因表达在冷胁迫处理初期呈现升高趋势。因此推测这两个基因与大豆非生物胁迫响应相关。     

玉米自交系干旱应答基因的鉴定

为开发耐旱分子选择标记提供有用信息,用mRNA差异显示技术分离耐旱玉米自交系‘81565’在干旱胁迫与灌溉对照之间差异表达的基因,发现MD1、MD2和MD3三个在干旱胁迫下差异表达的片段。MD1和MD2为下调表达,MD3为上调表达。序列分析和同源性比对表明,MD1与编码成熟酶的玉米叶绿体基因matK有97％的相似性,MD2与极端耐旱植物Sporobolus stapfianus编码丝氨酸／苏氨酸蛋白磷酸酶的PP2C基因有99％的相似性,MD3与属精氨酸／赖氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶类的水稻metacaspase酶基因有99％的相似性。根据MD2片段序列,结合电子克隆和RT-PCR方法,克隆出一条1731bp的全长cDNA序列,它编码388个氨基酸。此氨基酸序列包含丝氨酸／苏氨酸蛋白磷酸酶2C的催化中心结构域,被认定为玉米PP2C基因族的新成员,命名为ZmPP2Ca。实时荧光定量PCR结果表明,在干旱胁迫下,ZmPP2Ca基因在3个耐旱自交系中呈下调表达,在2个不耐旱自交系中呈上调表达。     

甘蓝型油菜BnTCP7基因的克隆和表达分析

该研究克隆获得了甘蓝型油菜预测转录因子TCP7-like同源编码基因,命名为BnTCP7,与甘蓝型油菜TCP7-like NC_027757基因的核苷酸序列相似性为95.68%。BnTCP7基因开放阅读框全长为648bp,编码215个氨基酸。BnTCP7氨基酸序列与十字花科(Brassicaceae)中其他19条TCP7或者TCP7-like氨基酸序列比对发现,BnTCP7与芸薹属和萝卜属等TCP7同源蛋白具有很强的相似性和保守性,尤其在靠近N端的TCP保守结构域,具有典型的螺旋-环-螺旋结构,且BnTCP7属于TCP家族Ⅰ类,为亲水性不稳定蛋白。通过BnTCP7和拟南芥(Arabidopsis thaliana)AtTCP7(NC_003076)蛋白的二级和三级结构在线预测比对分析,进一步证实BnTCP7具有TCP家族典型结构。进化树分析表明,BnTCP7蛋白与甘蓝型油菜TCP7-like NC_027757蛋白聚在同一分支,两者亲缘关系最近。利用转录组数据对不同时期不同器官BnTCP7基因表达模式分析发现,其表达量呈现一定差异性,其中营养器官中的表达量高于生殖器官。非生物胁迫及激素处理对甘蓝型油菜幼苗植株中BnTCP7基因的表达影响分析发现,BnTCP7基因不仅响应了冷、热、损伤等非生物胁迫,而且参与了ABA和GA3激素的信号转导,表明BnTCP7基因在植物维持正常生长发育和逆境胁迫中可能发挥重要作用。     

甘菊木质素调控转录因子ClSND1-like的克隆与表达分析

为了探索纤维特异表达的NAC类转录因子SND1(secondary wall-associated NAC domain protein1,SND1)在甘菊(Chrysanthemum lavandulifolium)生长发育及非生物胁迫中的作用,该研究从甘菊中克隆了ClSND1-like基因,并对其进行生物信息学、亚细胞定位及表达模式分析。结果发现:(1)ClSND1-like基因的编码区全长1185 bp,共计编码394个氨基酸,是一个不稳定的亲水性蛋白,与除虫菊基因亲缘关系较近。(2)亚细胞定位结果表明,ClSND1-like基因在叶中不表达,在茎的导管壁上特异表达,属于木质素特异表达基因。(3)实时荧光定量PCR结果发现,ClSND1-like基因在茎中表达量最高,在根和叶中表达量极低,且随着茎秆的老化,表达量逐渐升高;在渗透胁迫和盐胁迫中表达量均显著提高。研究推测,ClSND1-like基因与甘菊木质素形成相关,并参与调控植物生长及盐和渗透胁迫。该结果为ClSND1-like基因在甘菊生长和非生物胁迫抗性中的研究奠定了基础,也为菊属植物的生长及抗性研究提供了新思路。     

刚毛柽柳ThPP2C基因的克隆和表达分析

蛋白磷酸酶2C（PP2C）是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶,在体内以单体形式存在,由它催化的可逆磷酸化反应是细胞信号转导的重要组成部分,这一过程几乎参与所有的生理和病理过程。本研究从柽柳中克隆获得一条PP2C基因,命名为ThPP2C。该基因开放读码框（ORF）长849 bp,编码282氨基酸,推测蛋白质分子量为30.54 kDa,理论等电点为7.13。qRT-PCR结果显示,0.4 mol·L^-1 NaCl、20%（w/v） PEG₆₀₀₀、150 μmol·L^-1 ABA和100 μmol·L^-1 JA胁迫处理后,ThPP2C基因在刚毛柽柳根和叶中的表达均发生了明显改变,但时空表达模式不完全相同。NaCl、ABA和JA处理后ThPP2C基因在叶中都表现为下调表达。而根中,NaCl和JA胁迫后主要表现为上调表达。ABA处理早期表达下调,随后表达量逐渐增加。与其他3种胁迫不同的是,PEG₆₀₀₀处理后ThPP2C基因在根中明显下调,而在叶中胁迫早期表现不明显,48 h后被高度诱导。表明ThPP2C基因可能参与了刚毛柽柳高盐、干旱以及激素处理的适应过程,但其功能还有待进一步验证。     

巴西橡胶树6个PP2C家族基因成员分子信息学与抗旱功能分析

PP2C是一类丝氨酸/苏氨酸残基蛋白磷酸酶,在高等植物ABA信号途径中起着重要的作用。为阐明巴西橡胶树中PP2C基因的结构与功能,本研究通过生物信息学方法,从橡胶树转录组数据库中鉴定并获得6个PP2C家族基因,均含有PP2CD、F1和F2亚族。通过qRT-PCR技术对6个PP2C家族基因进行了干旱处理下的差异表达分析,发现6个基因都不同程度上响应橡胶树干旱胁迫。本研究为探究PP2C基因在橡胶树抗干旱反应机制提供了理论依据。     

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...     

蒙古冰草AmWRKY1-like基因克隆及表达分析

基于转录组测序数据,该研究采用PCR扩增方法从蒙古冰草中克隆AmWRKY1-like的全长cDNA,并对其进行了生物信息学和亚细胞定位分析,为深入研究AmWRKY1-like在蒙古冰草干旱胁迫响应中的调控作用提供理论基础。结果发现:成功克隆得到了AmWRKY1-like基因,其开放阅读边框(ORF)为1182 bp、编码393个氨基酸,含有典型的WRKY转录因子保守结构域;qRT-PCR表明,在自然干旱和15%PEG-6000模拟干旱下,蒙古冰草叶片中AmWRKY1-like均可诱导表达,较对照呈下调表达趋势;亚细胞定位表明,AmWRKY1-like基因在细胞核中特异表达。     

植物C_2H_2型锌指蛋白的研究进展

锌指蛋白是转录因子的一种,对真核生物的生长发育及逆境胁迫的耐受能力都有着重要关系,而植物C2H2型锌指蛋白是研究较多、较为明确的一种锌指蛋白,该蛋白大部分锌指结构具有一段高度保守的氨基酸序列QALGGH,这是植物中独有的特征,且据报道该C2H2型锌指蛋白与逆境胁迫是相关的。本文主要综述了植物C2H2型锌指蛋白的分类、结构和功能,植物C2H2型锌指蛋白与DNA、RNA和蛋白质的相互作用,以及概述了与盐胁迫、低温胁迫、干旱胁迫、氧胁迫和光胁迫等逆境胁迫相关的植物C2H2型锌指蛋白,最后还对其进一步的深入研究进行了展望,这就为日后利用基因工程技术改良作物品质、提高作物的抗逆性提供了有利条件。     

植物PP2C蛋白磷酸酶ABA信号转导及逆境胁迫调控机制研究进展

蛋白磷酸酶(protein phosphatase,PP)是蛋白质可逆磷酸化调节机制中的关键酶,而PP2C磷酸酶是一类丝氨酸/苏氨酸残基蛋白磷酸酶,是高等植物中最大的蛋白磷酸酶家族,包含76个家族成员,广泛存在于生物体中。迄今为止,在植物体内已经发现了4种PP2C蛋白磷酸酶。蛋白激酶和蛋白磷酸酶协同催化蛋白质可逆磷酸化,在植物体内信号转导和生理代谢中起着重要的调节作用,蛋白质的磷酸化几乎存在于所有的信号转导途径中。大量研究表明,PP2Cs参与多条信号转导途径,包括PP2C参与ABA调控,对干旱、低温、高盐等逆境胁迫的响应,参与植物创伤和种子休眠或萌发等信号途径,其调控机制不同,但酶催化活性都依赖于Mg2+或Mn2+的浓度。植物PP2C蛋白的C端催化结构域高度保守,而N端功能各异。文中还综述了高等植物PP2C的分类、结构、ABA受体与PP2Cs蛋白互作、PP2C基因参与ABA信号途径以及其他逆境信号转导途径的研究进展。     

大豆C3HC4型RING锌指蛋白基因GmRZFP1克隆与表达分析

锌指蛋白在调节植物防卫基因表达和抗性反应上起关键作用。目前,对大豆中C3HC4型RING锌指蛋白基因的研究不多。本研究利用核蛋白筛选系统(NTT)筛选大豆(铁丰8号)干旱处理5h的cDNA文库,获得一个RING锌指蛋白基因。该基因全长927bp,编码308个氨基酸,含有C3HC4-type RING锌指结构域,命名为GmRZFP1。系统进化树分析显示,Gm-RZFP1属于C3HC4-type锌指亚家族。Real-time PCR结果表明,GmRZFP1基因受干旱、高盐、高温、低温、乙烯和ABA等胁迫诱导表达,表明该蛋白涉及多种胁迫相关的信号传导途径。亚细胞定位结果表明,163hGFP-GmRZFP1融合蛋白定位于细胞核中。本研究结果有助于研究该类基因在大豆逆境应答反应中的作用,阐明大豆抗逆分子机制。     

植物蛋白磷酸酶2C在非生物胁迫信号通路中的调控作用

植物在非生物胁迫下会产生一系列的形态、生理生化和分子水平上的适应性变化,尤其是非生物胁迫会引起植物体内的蛋白磷酸酶2C(PP2C)基因表达的改变,从而诱导植物合成相关的蛋白以适应胁迫。植物中有不同类型的PP2C亚群,各种PP2C亚群能够通过不同的信号途径参与胁迫应答,因此在植物响应非生物胁迫的过程中发挥重要作用。综述了植物PP2C在非生物胁迫信号通路中的作用机制。     

香水柠檬LFB2基因的克隆及表达分析

无籽是香水柠檬的重要特征,自交不亲和是香水柠檬无籽的主要原因,为了深入了解香水柠檬自交不亲和的分子机理。本研究在通过De novo技术获得F-box基因片段的基础上,以香水柠檬嫩叶为材料,利用RT-PCR技术成功地克隆出长度为1 357 bp的F-box基因,命名为LFB2。生物信息学分析发现该基因编码446个氨基酸,氨基酸的C端具有两个WD结构域,属于FBXW蛋白,其蛋白分子量为111.62 kD,等电点:8.97。利用qRT-PCR分析LFB2基因在花器官不同组织的表达情况,发现该基因在雄蕊中的表达量最高,是其它花器官的十倍左右;在逆境胁迫下,该基因的表达量也有明显的变化,以上研究表明LFB2基因对花粉的发育和逆境胁迫中有一定的作用。     

小麦TaMAPK2基因的克隆及表达分析

该研究从小麦中克隆了1个MAPK基因TaMAPK2。序列分析表明,TaMAPK2基因的ORF为1 110bp,编码369个氨基酸。序列比对分析表明,该基因所编码的蛋白与粗山羊草、水稻、谷子等MAPK蛋白具有较高的一致性,分别为99%、94%、94%。进化树分析表明,TaMAPK2与水稻OsMAPK2的亲缘关系最近。实时荧光定量PCR分析表明,该基因的表达显著受渗透胁迫、低温胁迫、高盐胁迫、乙烯和双氧水诱导,受ABA抑制。研究表明,TaMAPK2可能参与非生物逆境胁迫及相关信号分子应答。     

蒙古沙冬青AmMYB4-like基因的克隆与表达分析

基于已有研究工作基础,从蒙古沙冬青[Ammopiptanthus mongolicus(Maxim)Cheng.f]中分离到1个编码MYB类转录因子基因,命名为Am MYB4-like。该序列长度为1 145 bp,含有一个由960 bp组成的开放阅读框,编码319个氨基酸,具有R2和R3保守结构域,属于R2R3-MYB转录因子。荧光定量PCR分析结果表明,Am MYB4-like在叶片中参与低温和干旱胁迫应答,在根中主要参与干旱胁迫应答。构建了p PZP212-Am MYB4-like植物表达载体,旨为进一步研究Am MYB4-like的功能奠定基础。     

胡杨PeECT8基因的克隆及功能分析

ECT基因家族已在拟南芥中被发现并报道,然而它们是否参与植物在逆境胁迫下的响应过程却鲜有报道。为研究胡杨PeECT8基因的功能,从胡杨叶片cDNA中克隆出PeECT8基因,构建CaMV 35S::Pe ECT8植物表达载体,利用花序浸染法转化拟南芥,经GUS组织化学染色和PCR检测,获得转基因植株,进而测定不同浓度盐(Na Cl)和甘露醇胁迫下转基因拟南芥种子的萌发率、生长势和根长。测序结果表明,该基因编码区长度为1821 bp,可编码606个氨基酸。蛋白序列比对发现,PeECT8基因与毛果杨PtrECT8同源基因所编码的氨基酸一致性达93.42%,PeECT8蛋白包含一个YT521-B-like保守结构域。相比于野生型,过量表达PeECT8的拟南芥在不同浓度NaCl胁迫下萌发率降低,在D-甘露醇胁迫下萌发率没有明显变化。在NaCl和D-甘露醇胁迫下,转基因拟南芥根的伸长长度小于野生型。这表明PeECT8基因在盐胁迫和渗透胁迫下发挥负调控的作用。     

盐穗木miR166a前体和预测靶基因ATHB8-like的克隆及二者靶向关系的鉴定

以盐生植物盐穗木为实验材料,从前期构建的高盐胁迫下盐穗木根的小RNA文库中候选了差异表达的miR166a,利用生物信息学从盐穗木转录组数据中预测其靶基因;采用5′RLM-RACE技术鉴定盐穗木miR166a对预测靶基因ATHB8-like的靶向性;通过PCR和RACE技术克隆盐穗木miR166a前体和预测靶基因ATHB8-like全长基因序列,并进行相应的生物信息学分析。结果显示:盐穗木miR166a预测的靶基因为ATHB8-like;通过实验鉴定确实存在靶向切割,具体的切割位点位于miR166a成熟体的14~15碱基之间;miR166a成熟体序列在不同植物中高度保守;克隆获得的盐穗木miR166a前体可折叠成完整的颈环结构,符合miRNA的前体特征,候选植物miR166a前体在进化上没有表现出保守性;预测的靶基因ATHB8-like cDNA全长为2 786bp,开放阅读框为2 526bp,编码841个氨基酸,ATHB8-like具有一个HD-ZIPⅢ结构域,在进化上具有保守性。该研究结果为进一步开展盐穗木miR166a和ATHB8-like的生物学功能奠定了基础。