巴西橡胶树HbMKK4基因的克隆及表达分析

采用RACE技术,从橡胶树‘热研7-33-97’中克隆了1个促分裂原活化蛋白激酶的激酶(MKK)基因HbMKK4。该基因全长cDNA序列1 580bp,编码框1 059bp,编码352个氨基酸,含有S_TKc结构域,其编码蛋白的分子量为38.83kD,理论等电点为9.36。实时荧光定量PCR结果显示,HbMKK4在橡胶树的根、树皮、胶乳及叶片中均有表达。割胶、茉莉酸甲酯和乙烯利均能上调胶乳中HbMKK4基因的表达,基因相对表达量分别在割胶后2h、茉莉酸甲酯处理8h和乙烯利处理4h后达到最高。研究结果推测HbMKK4可能通过MAPK信号途径参与茉莉酸信号途径的响应,可能在天然橡胶生物合成调控中起关键作用。     

橡胶树DELLA蛋白编码基因HbGAI的克隆与表达分析

该研究采用RT-PCR与RACE技术,从橡胶树‘热研7-33-97’胶乳中克隆了1个DELLA蛋白编码基因HbGAI(GenBank登录号为KT696439)。HbGAI全长cDNA序列2 050bp,包含1个长1 842bp的完整开放阅读框。序列分析显示,HbGAI基因编码613个氨基酸,其推导的蛋白含有DELLA和GRAS结构域,分子量为66.476kD,理论等电点为5.19,无跨膜结构域,属于亲水性蛋白。进化树分析表明,HbGAI蛋白与其他植物中DELLA蛋白具有较高的相似性,与麻疯树JcGAI和蓖麻RcGAI亲缘关系较近。荧光定量PCR结果显示,割胶和茉莉酸甲酯处理下调胶乳中HbGAI基因的表达,乙烯利处理4h内显著上调胶乳中HbGAI基因的表达,表明HbGAI基因可能在橡胶树割胶、茉莉酸、乙烯响应中发挥作用。     

FmJAZ1基因瞬时侵染水曲柳对 JA通路相关基因表达的影响

该文对水曲柳JAZ蛋白家族的一员FmJAZ1的功能及对其上下游基因影响进行了初步分析。首先,利用无缝克隆的方法构建FmJAZ1-pROK2-GUS过表达载体,利用三亲杂交的方法将载体转入农杆菌;然后,使用农杆菌对水曲柳组培苗进行瞬时侵染,得到FmJAZ1过表达的侵染苗;最后,在侵染后36 h使用茉莉酸合成途径抑制剂(DIECA)对侵染苗进行处理,分别取0、1、3、6、18、21、24 h七个时间点的样品,通过荧光定量PCR对FmJAZ1、FmJAZ2、GL1、EIN3、MYC2 5个基因的表达进行了分析。结果表明:农杆菌瞬时侵染水曲柳幼苗后,FmJAZ1表达显著升高,为空载侵染的3.2倍,说明FmJAZ1瞬时转入水曲柳并完成基因表达,侵染有效。经过DIECA处理的侵染苗FmJAZ1的相对表达量初期下降并出现明显波动,18 h后恢复平稳,证明它是JA通路的作用基因。同时检测了4个JA通路相关基因的表达,在1 h时JAZ2、GL1表达下调,其余均有轻微上调,随后各基因表达均有上调。FmJAZ1瞬时转化水曲柳后FmJAZ1过表达,说明瞬时侵染有效; DIECA处理后FmJAZ1表达显著下调说明FmJAZ1的合成受JA调控。在水曲柳中,FmJAZ1抑制转录因子GL1、EIN3、MYC2、FmJAZ2的表达,且FmJAZ2的合成也受JA调控。综上结果表明,JAZs不仅调节JA通路的关键蛋白,还参与其他信号通路的调节,最终通过体内JA的表达与其他相关信号分子的协同表达来调节植物的生长发育及其对应激的反应。     

小桐子糖原合成激酶基因JcGSK的克隆与表达分析

以小桐子(Jatropha curcas L.)cDNA为模版,克隆了JcGSK基因的CDS序列。序列分析表明,JcGSK基因包含1 230bp完全阅读框(ORF),编码409个氨基酸。预测其编码蛋白质的相对分子量为46.33kD,理论等电点为8.58。Blast搜索结果及进化分析结果表明,JcGSK蛋白与巴西橡胶树GSK蛋白的氨基酸序列一致性最高(94%)且亲缘关系最近;JcGSK基因编码的蛋白具有一个蛋白激酶特有的结构域。组织表达结果显示,JcGSK基因在小桐子根、茎、叶、花、果皮和种子中都有表达,且在根中表达量最高。小桐子幼苗在NaCl、ABA、PEG、低温和机械损伤处理后JcGSK基因表达量有不同程度的上调,推测其参与小桐子非生物胁迫响应和信号传导过程。JcGSK基因在种子中也有较高表达,在种子发育过程中表达量的变化与种子生长发育趋势基本一致,推测JcGSK基因也参与调控小桐子种子的生长发育。     

巴西橡胶树HbNAC24基因克隆和表达分析

该研究以巴西橡胶树为实验材料,从橡胶树胶乳cDNA中克隆了NAC转录因子基因(HbNAC24)完整开放阅读框(ORF),并通过酵母实验和实时荧光定量PCR技术,进行转录激活活性分析和表达分析。结果显示:(1)HbNAC24基因ORF为1 167bp,编码388个氨基酸,在N端第7~174氨基酸之间含有一个典型的NAC结构域。(2)酵母实验表明,HbNAC24具有转录激活活性,转录激活区在高度变异C端,具备了NAC转录因子的基本特征。(3)序列比对和系统进化分析表明,HbNAC24蛋白属于NAC转录因子家族中的TIP亚族。(4)实时荧光定量PCR分析结果发现,HbNAC24基因在叶中的表达量显著高于其他部位;割胶和茉莉酸(JA)处理均能够诱导HbNAC24表达上调。研究认为,HbNAC24基因可能参与植物的生长发育和胁迫应答过程。     

龙眼DCL家族基因的启动子分析及时空表达

为了解龙眼DCL基因的功能,该试验对龙眼基因组数据提取的DlDCL1、DlDCL2、DlDCL3和DlDCL4基因序列进行启动子顺式作用元件及其受miRNA调控的分析;并以龙眼胚性愈伤组织为材料,研究了DlDCLs不同基因成员在非生物胁迫和外源激素处理下的表达情况。结果显示:(1)龙眼DCL基因启动子中除了TATA和CAAT外,还具有大量的光反应元件、激素应答元件、胁迫响应元件、组织特异性调控元件及植物生长发育相关的顺式调控元件,提示龙眼DCL基因启动子转录活性可能受到光、激素信号及逆境胁迫因素的诱导。(2)对调控龙眼DCL基因的miRNA进行筛选,结果显示DlDCL1受miR162和miR1024调控,DlDCL4受miR390和miR396调控。(3)实时荧光定量PCR显示,在一定浓度范围内,外源激素GA3、ABA和ETH均能下调DlDCLs基因的表达,而高浓度ETH处理则显著上调DlDCLs的表达。(4)高浓度蔗糖(6%)处理时DlDCL2、DlDCL3和DlDCL4显著上调表达,而低浓度(0.1%)处理时DlDCL1显著上调表达;不同温度处理下,DlDCL1在34℃时显著上升,DlDCL3随着温度的提高相对表达量逐渐减低;而DlDCL2和DlDCL4表达量差异不明显;NaCl胁迫处理下,DlDCLs在1h处理时表达量下调,但在其他不同时间点则上调表达。研究表明,龙眼DCL基因在外源激素及非生物胁迫处理下,并非是简单的一对一响应,而是存在较为复杂的响应机制。     

茉莉酸甲酯对广藿香JA信号转导途径及倍半萜合成途径关键基因表达的影响

分析外源性茉莉酸甲酯对广藿香JA信号转导途径关键基因JAZ2、MYC2、COI1及倍半萜合成途径关键基因PTS、FPPS、SQLE表达的影响,为深入研究茉莉酸甲酯调控广藿香JA信号转导途径及倍半萜合成途径的分子机制奠定基础。该文分别用0.10和0.25 mmol·L~(-1)的MeJA喷施广藿香叶片,于处理后的0、2、6、12、24、48、72 h摘取叶片,运用实时荧光定量PCR对JAZ2、MYC2、COI1、PTS、FPPS、SQLE基因的表达量进行检测。结果表明:0.10和0.25 mmol·L~(-1)的MeJA对广藿香JA信号转导途径JAZ2、MYC2、COI1及倍半萜合成途径PTS、FPPS、SQLE基因表达均有不同程度的促进作用,其中对JAZ2基因表达影响最显著。0.10mmol·L~(-1)MeJA溶液处理2 h时,JAZ2表达量上调13.52倍; 0.25 mmol·L~(-1)MeJA溶液处理48 h时,JAZ2表达量上调19.09倍。JA信号转导途径关键基因JAZ2与倍半萜合成途径关键基因FPPS存在极显著正相关关系。综上结果表明MeJA溶液可诱导广藿香JAZ2、MYC2、COI1、PTS、FPPS、SQLE基因的表达,且不同浓度MeJA对基因表达有着不一样的影响; JAZ2是JA信号转导途径里响应MeJA诱导的主要基因,其可激活倍半萜合成途径FPPS基因的协同表达,进而影响广藿香醇等倍半萜合成。     

水曲柳FmJAZ1基因在非生物胁迫中的响应模式和激素诱导表达分析

克隆FmJAZ1基因,明确其在低温和NaCl胁迫中的响应模式和激素诱导下的转录表达特性。通过基因克隆的方法得到水曲柳中的FmJAZ1基因,利用生物信息学软件对所得到的序列进行分析并构建系统进化树,对水曲柳FmJAZ1基因进行了时空表达特异性的分析,对根、茎、叶、芽、雄花、雌花、种子等7个部位以及在5-9月5个月份分别取样,对水曲柳进行低温(4℃)和盐胁迫(200 mmol/L NaCl)2种非生物胁迫处理以及脱落酸(ABA)、赤霉素(GA3)、生长素(IAA)、茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)等激素信号诱导处理,然后对试验材料进行荧光定量分析。克隆出全长为684 bp的核苷酸序列。生物信息学软件分析得到JZA1基因具有完整的开放阅读框,编码227个氨基酸,JAZ1蛋白不含有信号肽,不属于跨膜蛋白,为不稳定亲水性蛋白。时空表达结果显示,FmJAZ1基因在茎中表达量最高,且在8月份表达量最高;非生物胁迫结果表明低温处理后FmJAZ1在6h、24h表达量较高;而NaCl处理后,在24 h表达量较高,且该基因响应低温胁迫较NaCl胁迫迅速;激素信号诱导结果显示,处理后不同时间,基因表达量变化较为明显,其中GA3处理后3h最为明显,为对照组的77.3倍,分析了FmJAZ1基因在低温、NaCl胁迫和激素诱导下的表达模式。FmJAZ1基因充分响应了逆境胁迫和激素信号诱导,通过蛋白和基因层面对逆境进行响应,JAZ蛋白在其中起到了桥梁的作用,并扮演了重要的角色。     

甘草JAZ基因家族的鉴定及其在干旱胁迫下的表达分析

甘草(Glycyrrhiza uralensis)是一味大宗中药材，黄酮类活性成分是其主要的药物活性成分之一。茉莉酸是甘草响应非生物胁迫调控类黄酮类活性成分的主要内源激素。JAZ是茉莉酸信号转导途径中的一个重要节点，其通过负向调节茉莉酸的信号转导，参与植物发育、非生物胁迫和对植物激素处理的响应的调节。本研究通过测定聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG) 6000诱导的干旱胁迫对乌拉尔甘草(Glycyrrhiza uralensis Fisch.)中茉莉酸(jasmonic acid, JA)含量和JAZ基因家族表达水平以及JAZ基因家族的生物信息学分析，筛选受干旱胁迫诱导JAZ基因。研究结果显示：JA主要在甘草地下部分中积累，干旱胁迫明显提升地下部分JA含量，地下和地上部分中PEG处理2h时JA表达量最高。基于对上述材料的转录组测序数据分析，有10个GuJAZ基因具有完整的读码框，且这些JAZ基因具有时空表达差异性。干旱胁迫诱导地下部分中的GuJAZ基因上调，GuJAZ1、GuJAZ3、GuJAZ4、GuJAZ5、GuJAZ6和GuJAZ10在处理2h组上调最明显...     

Jasmonate biosynthesis and the allene oxide cyclase family of Arabidopsis thaliana

In biosynthesis of octadecanoids and jasmonate (JA), the naturally occurring enantiomer is established in a step catalysed by the gene cloned recently from tomato as a single-copy gene (Ziegler et al., 2000). Based on sequence homology, four full-length cDNAs were isolated from Arabidopsis thaliana ecotype Columbia coding for proteins with AOC activity. The expression of AOCgenes was transiently and differentially up-regulated upon wounding both locally and systemically and was induced by JA treatment. In contrast, AOC protein appeared at constitutively high basal levels and was slightly increased by the treatments. Immunohistochemical analyses revealed abundant occurrence of AOC protein as well as of the preceding enzymes in octadecanoid biosynthesis, lipoxygenase (LOX) and allene oxide synthase (AOS), in fully developed tissues, but much less so in 7-day old leaf tissues. Metabolic profiling data of free and esterified polyunsaturated fatty acids and lipid peroxidation products including JA and octadecanoids in wild-type leaves and the jasmonate-deficient mutant OPDA reductase 3 (opr3) revealed preferential activity of the AOS branch within the LOX pathway. 13-LOX products occurred predominantly as esterified derivatives, and all 13-hydroperoxy derivatives were below the detection limits. There was a constitutive high level of free 12-oxo-phytodienoic acid (OPDA) in untreated wild-type and opr3 leaves, but an undetectable expression of AOC. Upon wounding opr3 leaves exhibited only low expression of AOC, wounded wild-type leaves, however, accumulated JA and AOC mRNA. These and further data suggest regulation of JA biosynthesis by OPDA compartmentalization and a positive feedback by JA during leaf development.     

HDA19调控拟南芥对真菌Botrytis cineara的抗性反应

HDACs(Histone deacetylase)家族蛋白质负责组蛋白H3K4和H4K19脱乙酰化,并参与植物生长和应激反应的信号转导过程。茉莉酮酸酯Jasmonates(JA)是一种重要的天然植物激素,不仅调节植物生长和发育而且还参与植物对多种逆境胁迫响应的信号转导和调控过程。但是,HDACs在植物中参与JA信号转导的具体机制目前还不是很清楚。该研究以HDA19(Histone deacetylase 19)为对象,探讨了HDACs在植物JA信号转导中的功能和作用。结果表明:HDA19的T-DNA插入纯合突变体在JA处理条件下没有出现明显的JA根长反应。在相同处理条件下,hda19的不同突变体株系与相同生态型背景的野生型植株(WT)花色素苷含量无显著差异,但下游JAZ1、VSP1等JA信号通路的标记基因都显著上调表达。同时,hda19相比于WT对真菌Botrytis cineara的抗性显著增强,且hda19中下游基础防御标记基因PDF1.2、Thi2.1、ERF1等的表达水平显著高于WT。基于上述研究结果,该研究认为HAD19通过JA信号通路负调控拟南芥对真菌B.cineara的防御反应。     

马尾松HDR基因克隆及其对旱与盐胁迫的响应

干旱和土地盐渍化是制约林业可持续发展的重要因素,植物在遭受生物或非生物胁迫时,会在叶片释放萜类等挥发性物质。1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-焦磷酸还原酶(HDR)是MEP途径的末端活性酶,具有提供前体萜类物质和主要限速作用。为探究马尾松HDR基因是否参与干旱和盐胁迫条件下的胁迫响应,该研究克隆了马尾松HDR基因开放阅读框,并初步分析了其生物信息、组织特异性表达水平和初步功能。结果表明:(1)PmHDR基因编码区长度为1 458 bp,编码485个氨基酸,其编码蛋白包含LytB/IspH基因超家族的核心序列和PLN02821多功能结构域,属于HDR家族。(2)PmHDR密码子使用偏好性较弱,偏好使用A/U结尾的密码子,烟草、拟南芥与酿酒酵母更适合作为其异源表达受体。(3)qRT-PCR结果显示,PmHDR基因在马尾松老叶中表达量最高,其次为幼叶、幼茎和老茎,在根中表达量最低。(4)构建基因表达载体pBI121-PmHDR并转化拟南芥,转基因拟南芥对干旱和盐胁迫表现出更强的抗逆性。以上研究结果表明PmHDR参与了植物干旱和盐胁迫的响应和调节,并为马尾松抗逆育种提供了一定的理论支持。     

Antisense inhibition of a nuclear gene,BrDAD1, in Brassica causes male sterility that is restorable with jasmonic acid treatment

Male sterility is widely used for the production of hybrid seeds, but the use of genic male sterility is rather limited because of difficulty in maintaining homozygous male sterile plants. Recently, the DEFECTIVE IN ANTHER DEHISCENCE 1 (DAD1) gene, which encodes a phospholipase A1 involved in the first step of the jasmonic acid (JA) biosynthesis pathway, was isolated from a male sterile Arabidopsis mutant. To utilize this gene in Brassica crops, we characterized the BrDAD1 gene, the putative ortholog of DAD1 in Brassica rapa. Out of 25 plants transformed with an antisense gene constructed from the BrDAD1, 3 plants showed a defect of anther dehiscence at the flower bud opening stage and produced inviable pollen. One of the three showed male sterility only, but the other two showed a delay or a lack of flower opening in addition to male sterility. The male sterile and flower-opening phenotypes were rescued by the application of JA as well as linolenic acid. Furthermore, all these characteristics were inherited to the next generation. The present results demonstrate a novel control system for hybrid seed production by the use of nuclear genes.     

Identification of the OsOPR7 gene encoding 12-oxophytodienoate reductase involved in the biosynthesis of jasmonic acid in rice

Enzyme 12-oxophytodienoate (OPDA) reductase (EC1.3.1.42), which is involved in the biosynthesis of jasmonic acid (JA), catalyses the reduction of 10, 11-double bonds of OPDA to yield 3-oxo-2-(2′-pentenyl)-cyclopentane-1-octanoic acid (OPC-8:0). The rice OsOPR1 gene encodes OPDA reductase (OPR) converting (−)-cis-OPDA preferentially, rather than (+)-cis-OPDA, a natural precursor of JA. Here, we provide evidence that an OPR family gene in rice chromosome 8, designated OsOPR7, encodes the enzyme involved in the JA biosynthesis. Recombinant OsOPR7-His protein efficiently catalysed the reduction of both enantiomers of cis-OPDA, similar to the OPR3 protein in Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. The expression of OsOPR7 mRNA was induced and reached maximum levels within 0.5 h of mechanical wounding and drought stress, and the endogenous JA level started to increase in accordance with the increase in OsOPR7 expression. The GFP-OsOPR7 fusion protein was detected exclusively in peroxisomes in onion epidermal cells. Furthermore, complementation analysis using an Arabidopsis opr3 mutant indicated that the OsOPR7 gene, but not OsOPR1, was able to complement the phenotypes of male sterility in the mutant caused by JA deficiency, and that JA production in the opr3 mutant was also restored by the expression of the OsOPR7 gene. We conclude that the OsOPR7 gene encodes the enzyme catalysing the reduction of natural (+)-cis-OPDA for the JA biosynthesis in rice. Tomoyuki Tani and Hiroyuki Sobajima have equally contributed to this work.     

地黄C3H基因的克隆及生物信息学分析

香豆酸-3-羟化酶属于植物中最大的蛋白酶细胞色素P450家族之一,在植物生命活动中发挥着重要作用。为了解地黄香豆酸-3-羟化酶基因RgC3H合成毛蕊花糖苷的功能,该研究基于地黄代谢组学分析获得KEGG途径中的C3H,采用多重比对在NCBI中获得同源基因的一个保守序列,并基于该保守序列和地黄SRA数据库,采用电子克隆和RT-PCR克隆技术获得地黄C3H基因全长CDS(RgC3H),对其进行生物信息学分析。结果表明:RgC3H基因全长为1 530 bp,且编码一个含509个氨基酸、分子量为57.91 kD、无信号肽的蛋白质; 基于氨基酸序列的结构分析显示,RgC3H有一个保守区域-P450结构域; 系统进化分析结果显示,RgC3H与芝麻和猴面花的C3H基因具有很高的同源性。上述结果为进一步研究RgC3H基因在地黄毛蕊花糖苷生物合成途径中的作用奠定了基础。     

斑地锦黄烷酮 3 羟化酶基因及启动子的克隆与分析

该研究以斑地锦茎叶为材料,利用同源克隆结合RACE和Tail PCR法,克隆了1个黄烷酮 3 羟化酶(F3H)基因,命名为EmF3H(GenBank登录号为MW767838),其ORF区为1 092 bp,编码364个氨基酸。生物信息学分析显示,EmF3H蛋白相对分子质量为40.93 kD,等电点为5.47,属于2 酮戊二酸铁依赖的双加氧酶超家族,其氨基酸序列与油桐的序列相似性为85.5%,在系统进化上为相对独立的一个分支。采用Tail PCR法获得1 604 bp的EmF3H启动子序列,分析发现其内含TAAT box、CAAT box等序列和G box等光反应元件。qRT PCR结果表明,EmF3H基因在不同生长期各组织中均有表达,其中花期的根和果期的果实中表达水平最高。此结果为进一步研究EmF3H基因表达调控奠定了基础,也为完善斑地锦槲皮素生物合成途径提供了新思路。     

夏枯草PvGGPPS基因的克隆和诱导表达分析

为探究夏枯草中GGPPS基因的生物学特性及功能,该文在夏枯草转录组测序的基础上设计特异性引物,采用逆转录PCR技术获得夏枯草中GGPPS基因的全长核苷酸序列,并进行生物信息学分析;采用qPCR法分析PvGGPPS基因在不同外源性物质诱导下在夏枯草果穗中的表达量以及该基因在夏枯草不同组织中的表达量。结果表明:PvGGPPS基因开放阅读框1 092 bp,编码363个氨基酸,理论分子量为38 815.68 D,等电点为5.69。PvGGPPS蛋白具有异戊烯基焦磷酸合酶家族的特征结构域。系统进化树表明PvGGPPS蛋白与丹参、毛喉鞘蕊花GGPPS蛋白具有较高的亲缘关系。qPCR分析表明,PvGGPPS基因在叶中表达量高于果穗及茎。对果穗施加7种外源性物质处理24 h后,GA3处理组该基因表达量升高。PvGGPPS基因在夏枯草不同组织中表达量差异较大,且受外源物质诱导表达。该研究结果为进一步研究PvGGPPS基因对夏枯草萜类成分合成途径中的功能及表达调控奠定基础。     

水曲柳中MYBL2基因表达特征分析

MYB转录因子家族是植物中最大的转录因子家族之一,参与植物生长、繁殖和代谢的各个时期,能通过多种方式参与植物抗逆生长。该文在水曲柳中克隆FmMYBL2基因,利用生物信息学分析其结构和表达特征,并构建FmMYBL2蛋白的系统进化树。对水曲柳幼苗进行低温胁迫、盐胁迫处理以及激素分子诱导处理(包括ABA、IAA、GA_3、JA、SA)。分别在0、1、3、6、12、24、48 h取样,利用实时荧光定量PCR对上述处理样品中FmMYBL2基因进行定量分析,并分析了FmMYBL2的时空表达特征。结果表明:(1)克隆得到的FmMYBL2基因全长为762 bp,编码253个氨基酸。(2) FmMYBL2蛋白是亲水性蛋白,氨基酸序列比对表明其与棉花同源关系较近。(3)荧光定量分析表明,FmMYBL2基因响应低温胁迫和盐胁迫,同时ABA、IAA、GA_3、JA、SA共同调控该基因表达。(4)在低温处理1 h、盐胁迫48 h时,虽然FmMYBL2基因表达量最高,激素诱导后表达量持续波动,但其能在短时间内迅速响应。(5) FmMYBL2基因在根、芽、花、种子中均有表达,雄花中的表达量最高。该研究结果为深入研究MYBL2基因功能和水曲柳抗逆生长的调控奠定基础。