应用水稻基因芯片分析小麦光温敏核雄性不育系的基因差异表达

小麦光温敏雄性不育系是二系法杂交小麦应用技术体系的核心与基础,其育性严格受光周期和温度控制.了解光温敏雄性不育机理将促进二系法杂交小麦育种技术的应用和发展,而筛选控制不育的关键基因是揭示光温敏雄性不育分子机理的前提.由于小麦基因组信息有限,根据小麦与水稻有较高同源性,尝试利用水稻基因组芯片筛选小麦光温敏雄性不育系BS366冷胁迫响应基因.得到9个差异表达基因,这些基因参与基因表达调控、胁迫应答、信号转导、代谢等重要生命过程,为解析小麦光温敏雄性不育机理提供了有益信息.利用雄蕊cDNA半定量PCR法验证表明,NADH（nicotinamide adenine dinucleotide hydrate）脱氢酶亚基4L、锌指富含DHHC（deaf/hard of hearing connection）结构、线粒体物质运输蛋白、外被体蛋白COPⅠδ（coat proteinⅠδ）亚基和ABC（ATP-binding cassette）转运蛋白5个基因,在低温和对照温度下表达存在明显差异,可作为育性相关候选基因开展下一步研究.     

碱茅(puccinellia tenuifolra)Put-Cu/Zn-SOD基因的克隆及在酵母中的表达

从碱茅根cDNA文库分离得到Put-Cu/Zn-SOD全长cDNA,其序列全长为2 700 bp,该基因的开放读码框为长615 bp,所编码的蛋白由204个氨基酸组成,其预测分子量约为20.6 kD、理论等电点约为5.63.Put-Cu/Zn-SOD氨基酸序列与水稻Cu/Zn-SOD序列有较高的同源性为87%.将Put-Cu/Zn-SOD基因构建到酵母表达载体pYES2,并转化至酵母(INVSc1).对pYES2-Put-Cu/Zn-SOD转化酵母进行盐碱、氧化胁迫实验.结果表明:重组酵母的抗盐碱、氧化能力明显高于对照(pYES2转化酵母),结果显示了碱茅的Cu/Zn-SOD基因在酵母表达中,具有提高酵母抗盐碱和耐氧化能力.     

小麦中雄性不育同源序列的分离、鉴定及表达分析

利用拟南芥中已克隆的雄性核不育基因MS2和水稻中假定雄性不育蛋白的保守区域,设计一对简并引物,并在太谷核不育小麦可育株及不育株花药中进行扩增,得到了一条134bp的片段。以该片段为基础,通过电子延伸得到一个长为1604bp的序列,该序列编码的氨基酸包含一段由200个氨基酸组成的雄性不育保守区。RT-PCR结果表明,该雄性不育同源序列只在小麦可育花药中表达,而在小麦败育花药、叶片和根中不表达,说明该雄性不育同源序列为花药发育特异基因。     

刺芹侧耳两种保护酶基因的克隆、分析及温度对其表达量的影响

为了探究温度胁迫下刺芹侧耳中过氧化氢酶和铜锌超氧化物歧化酶基因的作用,本研究通过RT-PCR方法对刺芹侧耳转录组数据库检索得到的过氧化氢酶（CAT）和铜锌超氧化物歧化酶（Cu/Zn-SOD）基因进行克隆,并利用荧光定量PCR分析在高低温胁迫下CAT和Cu/Zn-SOD基因的表达量,以探讨刺芹侧耳中这两种保护酶基因在高、低温胁迫下的响应特征。结果表明,克隆得到的CAT和Cu/Zn-SOD基因开放阅读框长度分别为1 581bp和582bp,分别编码526个和193个氨基酸,分子量分别为59.6kDa、19.62kDa,等电点分别为6.35、6.31。在高温（35℃）和低温（4℃）两组处理中,CAT和Cu/Zn-SOD基因的表达量及酶活均在处理48h时达到最高且与对照组呈现显著差异,说明两种基因在刺芹侧耳抵御高低温胁迫的过程中具有重要作用。本研究结果初步研究了温度胁迫下刺芹侧耳中CAT与Cu/Zn-SOD基因的生物学功能,为进一步解析刺芹侧耳抵抗温度胁迫的机理奠定基础。     

小麦胁迫相关基因TaSF3B2的克隆及表达特性分析

为研究小麦剪接因子在逆境胁迫中的作用,通过分析小麦抗性相关EST数据库,筛选并克隆获得1条2 327bp的核苷酸序列。该序列包含了一个1 854bp的开放阅读框,编码一个由617个氨基酸残基组成的蛋白,氨基酸同源比对发现,该蛋白含有GUS1结构域(Splicing Factor 3B,Subunit 2),属于剪接因子3b亚基中的一员,将该蛋白命名为TaSF3B2。生物信息学分析显示,TaSF3B2平均亲水系数(GRAVY)为-0.895,不稳定系数为43.92,且在细胞核中发挥作用的可能性最大。实时荧光定量PCR分析表明,TaSF3B2基因在不同组织中存在差异表达,不同发育时期其表达也存在差异;在幼苗叶片中,该基因表达受高盐、低温、条锈菌、干旱及ABA激素胁迫明显下调表达,而在幼苗根中变化不明显。推测TaSF3B2基因参与了小麦正常条件下的生长发育,同时在小麦应对逆境胁迫的过程中具有重要的作用。     

Cu/Zn-SOD基因植物表达载体的构建及其在烟草中的表达

为研究Cu/Zn-SOD基因在提高转基因植物抗逆性方面的作用,从一株地热芽孢杆菌(Geobacillus)中克隆得到Cu/Zn-SOD基因,以pZP211质粒为表达载体,构建了植物表达载体pZP211-Cu/ZnSOD,并通过农杆菌介导对烟草进行遗传转化.经PCR检测证明已获得转Cu/Zn-SOD基因的烟草.进而测定转基因烟草的SOD活力,结果表明Cu/Zn-SOD基因在烟草中高效表达.对转基因烟草进行耐盐性检测,证明Cu/Zn-SOD基因确实能够提高烟草对盐胁迫的耐受性.     

小麦TaNAC5基因克隆及表达分析

NAC转录因子在植物对非生物逆境胁迫的应答过程中发挥着重要作用。该研究利用RACE技术从小麦中克隆了1个NAC基因TaNAC5(HQ650113.1)。序列分析显示,TaNAC5基因开放阅读框(ORF)924bp,编码307个氨基酸。多序列比对和进化树分析显示,TaNAC5基因所编码的蛋白具有NAC家族蛋白的保守结构域,与玉米ZmNAC5有较近的亲缘关系。实时荧光定量PCR分析显示,TaNAC5基因的表达显著受渗透胁迫、低温胁迫、乙烯和双氧水诱导,而受高盐胁迫和ABA抑制。研究表明,TaNAC5参与非生物逆境胁迫及相关信号分子的应答。     

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。     

小麦TaTrxh9基因的序列特征及其对渗透胁迫的响应

硫氧还蛋白是一类广泛存在于植物中的低分子量氧化还原蛋白,在植物生长发育调控和逆境响应过程中发挥重要的调控功能。以小麦(Triticum aestivum L.)品种‘中国春’和‘洛旱2号’为材料,采用RT-RCR方法克隆了小麦硫氧还蛋白基因TaTrxh9,通过生物信息学方法分析了其染色体定位及序列特征,并利用qRT-PCR技术分析了该基因对渗透胁迫的响应模式。结果显示:(1)成功克隆到小麦TaTrxh9基因,序列分析发现TaTrxh9基因位于第1染色体群的短臂上,并将其3个部分同源基因命名为TaTrxh9-1AS、TaTrxh9-1BS和TaTrxh9-1DS。(2)TaTrxh9基因包含4个内含子,且在内含子区域3个部分同源基因间序列差异较大;3个部分同源基因的编码区序列一致性在98%以上,均编码131个氨基酸,且蛋白序列完全相同;TaTrxh9蛋白包含1个Trx-family保守域和CXXC氧化还原活性位点,三维结构预测分析显示该蛋白可形成典型的硫氧还蛋白空间结构,包括由4个α螺旋组成的外围框架和由5个反向平行的β折叠组成的中心轴。(3)qRT-PCR分析显示,TaTrxh9基因受干旱胁迫诱导在叶片中下调表达,而在根系中呈先上调后下调的表达模式;盐胁迫过程中,TaTrxh9基因在叶片中无显著响应,在根系中也仅出现短暂的诱导表达现象;在ABA处理过程中,TaTrxh9基因表达模式与其对干旱胁迫的响应模式类似。研究推测,TaTrxh9基因对干旱胁迫的响应过程可能与ABA介导的基因表达调控有关。     

木薯MeASR基因克隆及表达分析

脱落酸-胁迫-成熟诱导蛋白(Abscisic acid-stress-ripening,ASR)在植物对非生物逆境胁迫的应答过程中发挥着重要作用。利用PCR技术从木薯中克隆了第一个ASR基因Me ASR,序列分析表明该基因开放阅读框(ORF)330 bp,编码109个氨基酸。多序列比对和进化树分析表明该基因所编码的蛋白具有ASR家族蛋白的保守结构域,与番茄ASR家族蛋白Sl ASR4具有较近的亲缘关系。亚细胞定位分析表明Me ASR定位在细胞核,实时荧光定量PCR分析表明该基因的表达显著受渗透胁迫和ABA诱导。结果表明,Me ASR可能作为转录因子参与木薯对干旱逆境胁迫应答及ABA信号调节。     

外源茉莉酸甲酯通过调节相关基因表达诱导光温敏雄性不育小麦BS366离体花药开裂

植物育性与花药开裂性状相关. 茉莉酮酸甲酯(methyl jasmonic acid, MeJA)是一种植物激素,广泛参与植物的胁迫应答和生长发育过程. 植物体内存在6类基因所编码的酶共同维持茉莉酮酸(JA)代谢途径的畅通,并与植物花药开裂有关. 本研究以小麦光温敏不育系BS366为材料,于抽穗期—开花期进行穗部离体48 h的 MeJA外源处理. 分别于0、1、3、6、12、24和48 h时间点收集花药并进行RNA提取. 通过半定量RT-PCR分析发现,在内参基因甘油醛-3-磷酸脱氢酶(glyceraldehyde-3- phosphate dehydrogenase, GAPDH)表达基本一致的情况下,BS366的JA代谢途径中参与调控的6种基因均存在不同程度的诱导表达. 经MeJA 的48 h处理后的离体花药开裂程度明显增大. 本研究获得了BS366离体环境下JA代谢途径基因经MeJA诱导后表达水平的概况,并为诱导BS366花药开裂及人工调控育性,达到高效制种及繁种的目的提供了初步的理论依据.     

小麦遗传背景对黑麦抗叶锈基因Lr26的抗性表达的影响

利用1套从小麦纯系和黑麦自交系培育出的1R附加系、代换系和易位系,研究了1RS上的抗叶锈基因Lr26在小麦中的表达。结果发现,1R二体附加系和纯合1RS/1BL易位系高抗小麦叶锈病;而其小麦亲本、1R(1B)代换系和1BS/1RL易位系重感叶锈病。这一结果指出了黑麦染色体臂1RS上的抗小麦叶锈病基因Lr26在小麦中的表达受小麦染色体臂1BL上的基因的强烈影响,指出了外源基因在小麦中的表达可受染色体臂或基因水平上的相互作用的制约。文中讨论了外源基因与小麦遗传背景相互作用在小麦育种中的意义。     

氯化钠胁迫下嫁接黄瓜叶片SOD和CAT mRNA基因表达及其活性

研究了NaCl胁迫下嫁接和自根黄瓜叶片Cu/Zn-SOD、Mn-SOD和CAT mRNA的表达与其酶活性变化及其MDA含量和电解质渗漏率变化.结果表明：在NaCl胁迫条件下,嫁接黄瓜叶片Cu/Zn-SOD mRNA、Mn-SOD mRNA和CAT mRNA的相对表达量均高于自根黄瓜,SOD、Cu/Zn-SOD、Mn-SOD和CAT活性也均高于自根黄瓜,说明与自根黄瓜相比,嫁接黄瓜叶片较高的Cu/Zn-SOD mRNA、Mn-SOD mRNA和CAT mRNA相对表达量是其维持较高Cu/Zn-SOD、Mn-SOD和CAT活性的重要原因;随着NaCl胁迫时间的延长,嫁接和自根黄瓜叶片Cu/Zn-SOD- mRNA、Mn-SOD mRNA和CAT mRNA的相对表达量均呈上升趋势,但其酶活性变化并不完全一致,说明还有其他因素参与相关酶活性的调控;嫁接黄瓜叶片MDA含量和电解质渗漏率均低于自根黄瓜,说明嫁接黄瓜具有较高的活性氧清除系统,可以减少活性氧物质的危害,提高其耐盐性.     

陆地棉叶绿体铜锌超氧化物歧化酶基因的克隆与表达

以陆地棉‘CRI36＇的叶片为材料,使用RACE技术克隆到了棉花叶绿体Cu/Zn-SOD酶基因。基因序列全长共1 043 bp,含有完整的开放阅读框。推导的氨基酸序列分析显示含有叶绿体信号肽,和已知植物的叶绿体Cu/Zn-SOD酶蛋白的氨基酸残基的同源性在66%～74%之间。基因的表达谱分析显示：棉花叶绿体Cu/Zn-SOD酶基因主要在叶片、茎中表达,根、花和下胚轴中没有检测到信号,即基因的表达主要在棉花的绿色组织。不同生育期的表达谱结果证实：该基因主要在苗期表达,以后表达逐渐减少。用pET-21a（＋）构建了原核表达载体,在大肠杆菌BL21（DE3）的表达结果显示：表达后得到一个29.0 kD的新蛋白,其分子量与预期目标一致。对SOD酶活性的分析证实,重组菌的酶活性显著增加,证明克隆的基因具有活性。     

水稻细胞质铜锌超氧化物歧化酶基因的序列和表达分析

以水稻(Oryza sativa)品种Cpslo17幼穗为材料,通过RT-PCR克隆了长度为698bp的编码水稻细胞质铜锌超氧化物歧化酶基因(OsCu/Zn-SOD)。序列分析表明其覆盖基因完整编码框,编码由152个氨基酸组成的蛋白,它与玉米(Zea maize)Cu/Zn-SOD基因序列的相似率为88%。TargetP和ChloroP预测编码蛋白N端无信号肽序列,且此编码区段有8个外显子和7个内含子。利用Swiss-Model站点预测OsCu/Zn-SOD三维结构,并分析其铜锌离子结合位点的结构。RT-PCR结果表明OsCu/Zn-SOD在水稻不同品种均有表达,但表达量存在差异,OsCu/Zn-SOD在Cpslo17的分裂旺盛的幼嫩组织如幼穗、开花期花序和未成熟种子中表达量较高,而在叶片中表达量相对较低,在愈伤组织中表达微弱。     

Pistillody, homeotic transformation of stamens into pistil-like structures, caused by nuclear-cytoplasm interaction in wheat

Homeotic transformation of stamens into pistil-like structures (pistillody) has been observed in a cytoplasmic substitution (alloplasmic) line of wheat (Triticum aestivum L.) cv. Norin 26, which has the cytoplasm of a wild relative species, Aegilops crassa L. On the other hand, an alloplasmic line of wheat cv. Chinese Spring (CS) with Ae. crassa cytoplasm has normal flowers. This is due to the presence in the CS nucleus of a fertility-restoring gene, Rfd1. Deletion mapping analysis revealed that Rfd1 is located on the middle part of the long arm of chromosome 7B. To investigate the function of the Rfd1 gene by a loss-of-function strategy, we produced alloplasmic lines of CS ditelosomic 7BS [(cr)-CSdt7BS] and CS monotelodisomic 7BS [(cr)-CSmd7BS] with the Ae. crassa cytoplasm, and characterized their phenotypes. The line (cr)-CSdt7BS without Rfd1 exhibited pistillody in all florets, and also female sterility. Scanning electron microscopy of the young spikes revealed that the pistillody was induced at an early stage of stamen development. The pistillate stamens often developed incomplete ovule-like structures with integuments instead of tapetum and pollen grains. It is possible that MADS box genes are associated with the induction of pistillody, because the expression of wheat APETALA3 homologue (WAP3) was reduced in the young spikes of (cr)-CSdt7BS. In addition, a histological study indicated that the female sterility in (cr)-CSdt7BS is due to the abnormality of the ovule, which fails to form an inner epidermis and integuments in the chalaza region. The line (cr)-CSmd7BS, hemizygous for Rfd1, showed partial pistillody (51%) and restored female fertility up to 72%. These results suggest that the induction of both pistillody and ovule deficiency caused by the Ae. crassa cytoplasm is inhibited by the Rfd1 gene in a dose-dependent manner.     

Homoeologous set of NBS-LRR genes located at leaf and stripe rust resistance loci on short arms of chromosome 1 of wheat

Homoeologous group 1 chromosomes of wheat contain important genes that confer resistance to leaf, stem and stripe rusts, powdery mildew and Russian wheat aphid. A disease resistance gene analog encoding nucleotide binding site-leucine rich repeat (NBS-LRR), designated RgaYr10, was previously identified at the stripe rust resistant locus, Yr10, located on chromosome 1BS distal to the storage protein, Gli-B1 locus. RgaYr10 identified gene members in the homoeologous region of chromosome 1DS cosegregating with the leaf rust resistance gene, Lr21, which originally was transferred from a diploid D genome progenitor. Four RgaYr10 gene members were isolated from chromosome 1DS and compared to two gene members previously isolated from the chromosome 1BS homeologue. NBS-LRR genes tightly linked to stripe rust resistance gene Yr10 on chromosome 1BS were closely related in sequence and structure to NBS-LRR genes tightly linked to leaf rust resistance gene Lr21 located within the homoeologous region on chromosome 1DS. The level of sequence homology was similar between NBS-LRR genes that were isolated from different genomes as compared to genes from the same genome. Electronic Publication     

Intracellular Cu/Zn superoxide dismutase (Cu/Zn-SOD) from hard clam Meretrix meretrix: its cDNA cloning, mRNA expression and enzyme activity

Hard clam (Meretrix meretrix) is an economically important bivalve in China. In the present study, a gene coding for an intracellular Cu/Zn-SOD was cloned and characterized from hard clam. The full-length cDNA of this Cu/Zn-SOD (designated as Mm-icCuZn-SOD) consisted of 1,383?bp, with a 462-bp of open reading frame (ORF) encoding 153 amino acids. Several highly conserved motifs, including the Cu/Zn binding sites [H(46), H(48), H(63), and H(119) for Cu binding; H(63), H(71), H(80), and D(83) for Zn binding], an intracellular disulfide bond and two Cu/Zn-SOD signatures were identified in Mm-icCu/Zn-SOD. The deduced amino acid sequence of Mm-icCu/Zn-SOD has a high degree of homology with the Cu/Zn-dependent SODs from other species, indicating that Mm-icCu/Zn-SOD should be a member of the intracellular Cu/Zn-dependent SOD family. Real-time PCR analysis showed that the highest level of Mm-icCu/Zn-SOD expression was in the hepatopancreas, while the lowest level occurred in the hemocytes. Hard clam challenged with Vibrio anguillarum showed a time-dependent increase in Mm-icCu/Zn-SOD expression that reached a maximum level after 6?h. Mm-icCu/Zn-SOD purified as a recombinant protein expressed in E. coli retained a high level of biological activity, 83?% after 10?min incubation at 10–50?°C, and more than 87?% after incubation in buffers with pH values between 2.2 and 10.2. These results indicated that Mm-icCu/Zn-SOD may play an important role in the innate immune system of hard clam.