胡杨PeNAC121基因启动子的分离鉴定和胁迫应答模式分析

为了探究NAC转录因子家族成员在胡杨（Populus euphratica）逆境胁迫中的响应和调控机制,利用PCR技术从胡杨中克隆了PeNAC121基因的启动子序列,并采用生物信息学工具对该启动子的结构特征进行了分析,最后利用该启动子驱动GUS报告基因在三倍体毛白杨（Populus tomentosa）中表达,并对获得的转基因植株采用不同胁迫处理后进行了GUS染色和酶活性定量分析。结果表明,克隆获得的PeNAC121基因的启动子长度为1 997 bp（起始密码子ATG上游）,启动序列中除了含有大量的光响应元件,还含有多个与非生物逆境胁迫和激素响应相关的元件,如低温响应元件LTR、干旱响应元件MBS、防卫和胁迫响应元件TC-rich repeats、脱落酸（ABA）响应元件、以及赤霉素（GA）响应元件等。基因的组织表达模式检测结果显示,PeNAC121基因主要在茎中表达,在根和叶中的表达较少。GUS组织化学染色和酶活性检测结果表明,胡杨PeNAC121启动子显著受到NaCl、甘露醇、ABA和4 ℃低温的诱导表达。由上述结果推测PeNAC121基因与胡杨的逆境胁迫应答密切相关,表明该基因的启动子是一个能够应答多种逆境胁迫的诱导型启动子。本研究为阐明PeNAC121基因在胡杨逆境响应和调控中的作用机制提供理论参考。     

小黑杨转录因子PsnbHLH162基因在盐和低温胁迫下应答分析

为揭示小黑杨（Populus simonii × P.nigra）在面对非生物胁迫时,转录因子PsnbHLH162在植物体内发挥的作用,同时探究该基因在植物体内的信号转导过程,进而为未来获取优良的抗逆树种提供理论基础。以小黑杨为原材料,克隆获取PsnbHLH162基因,对目的基因和启动子进行生物信息学分析;之后用150 mmol·L^-1 NaCl、 4 ℃低温分别对野生型小黑杨进行胁迫处理,利用荧光定量PCR,分析基因响应非生物胁迫的功能。结果显示：PsnbHLH162 cDNA基因片段长537 bp,基因N端内含1个高度保守的HLH结构域。该基因表达蛋白是不含跨膜区域的稳定的亲水性蛋白,其定位在细胞核内且没有转录激活活性。启动子区域内含多种ABA应答、生长素应答、光应答和circadian元件,证实此基因参加非生物胁迫应答。荧光定量PCR结果表明在盐胁迫下,与茎、叶组织相比,基因在根组织的表达量最高;在低温胁迫下,与叶、根组织相比,基因在茎组织的表达量最高。发现野生植株内,PsnbHLH162能被盐、低温诱导表达。     

白桦BpZFP4基因启动子克隆和逆境响应元件功能分析

前期研究发现白桦锌指蛋白BpZFP4基因响应多种非生物逆境胁迫。为了深入研究其调控机制,本研究利用染色体步移技术克隆了该基因上游1 360 bp的启动子区域,序列分析结果表明该区域含有多个逆境响应顺式作用元件、激素响应元件、光响应以及病原菌和损伤响应元件等。在此基础上,构建了BpZFP4启动子5'-端一系列缺失片段融合GUS报告基因的表达载体。通过对系列缺失突变体在正常条件以及渗透胁迫、盐胁迫和脱落酸（ABA）处理条件下的GUS基因表达分析,鉴定得到BpZFP4启动子对干旱、盐和ABA应答响应的主要调节区域及可能的顺式作用元件。本研究结果为进一步探究BpZFP4基因应答非生物胁迫和信号分子刺激的调控机理提供了重要的理论依据。     

拟南芥非生物胁迫应答基因表达的调节子研究概况

分子生物学研究表明,植物中由诸如干旱、高盐和低温等环境胁迫因子诱导的几个基因具有多种功能。大多数干旱应答基因是由植物激素脱落酸（ABA）诱导的,但也有少数基因例外。对模式植物拟南芥基因表达中的干旱应答基因的分析表明,至少存在4个独立调节系统（调节子）。对典型胁迫诱导表达的一些基因中启动子的顺势作用元件和影响这些基因表达的转录子也已进行了分析。已经分离出与脱水效应元件/C重复序列（DRE/CRT）顺势作用元件结合的转录因子,并命名为DRE结合蛋白1/C重复序列结合因子（DREB1/CBF）和DRE结合蛋白2（DREB2）。在转基因拟南芥植株中,DREB1/CBF过量表达可增加其抗寒、抗旱和抗盐碱的能力。DREB1/CBF基因已成功地在许多不同作物中得到应用,从而提高作物对非生物胁迫的耐受性。与胁迫反应相关的其他转录因子的研究也正在取得进展。     

巴西橡胶树 HbNAC1基因启动子的克隆及序列分析

NAC转录因子是植物特有的一类转录调控因子,在植物的生长发育、激素调节和境胁迫应答中具有重要的功能。为研究NAC转录因子在巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)抗逆胁迫中的功能,本项目组根据巴西橡胶树NAC转录因子-HbNAC1基因序列,通过Genome Walking方法从巴西橡胶基因组DNA中获得了长度为1861bp的HbNAC1基因的5’调控区片段,序列分析表明该段序列含有一个典型的真核生物核心启动子区域,转录起始位点T位于起始密码子上游52bp处。该启动子序列除了含有TATA-box、CAAT-box等基本顺式作用元件外,还具有茉莉酸响应元件以及大量光顺式作用元件和逆境胁迫诱导相关的顺式调控元件,这表明HbNAC1基因在橡胶树逆境胁迫应答过程具有重要功能,其启动子可能是一个光诱导型和组织特异性启动子。     

新型渗透压调控的工业酵母启动子

摘要:【目的】筛选工业酵母Candida glycerinogenes渗透压调控性能优越的启动子,为工业酵母改造及转基因研究提供新途径。【方法】PCR扩增C. glycerinogenes新型系列启动子PCgPGI、PCgTPI、PCgZWF、PCgSTL1、PCgSTL2、PCgSTL3,利用生物信息学技术解析启动子序列中渗透压胁迫应答元件,构建包含gfp荧光蛋白报告基因和PCgPGI、PCgTPI、PCgZWF、PCgSTL1、PCgSTL2、PCgSTL3启动子的5.8S rDNA整合表达载体,通过荧光强度及mRNA转录的qRT-PCR测定结果检验各启动子活性强度及其受渗透压调控情况。【结果】启动子PCgSTL3包含多个STRE渗透压胁迫应答元件,在工业酵母中受渗透压调控更敏感,启动强烈,转录水平高,gfp表达量大。【结论】PCgSTL3是受渗透压调控能够实现外源基因可控表达的优良工业酵母启动子。     

植物非生物胁迫诱导启动子顺式元件及转录因子研究进展

顺式作用元件(cix-acting element)是与结构基因串联的特定DNA序列,是转录因子的结合位点,它们通过与转录因子结合调控基因转录的精确起始和转录效率,在植物基因表达调控过程中起着重要的作用.非生物胁迫诱导基因的表达受其上游启动子顺式作用元件及转录因子的调控,目前已发现了多种与非生物胁迫相关的顺势作用元件及转录因子,如DRE元件及DREB类转录因子、MYB元件及MYB类转录因子、GT-1元件及GT-1类转录因子等.顺式作用元件及转录因子的研究对研究植物非生物胁迫相关基因的表达调控具有重要意义,综述植物非生物胁迫诱导启动子功能元件及转录因子的研究进展.     

绿色杜氏藻不同β-胡萝卜素羟化酶基因家族胁迫应答模式研究

β-胡萝卜素羟化酶(β-carotenoid hydroxylase, CHYB)是植物类胡萝卜素生物合成途径中的一个重要限速酶。本研究对绿色杜氏藻转录组测序数据进行分析,获得2条β-胡萝卜素羟化酶家族基因chyb1和chyb2。采用染色体步移法分别克隆并获得了绿色杜氏藻chyb1和chyb2基因的启动子序列,全长分别为1080 bp(GenBank登录号：KY012338)和1155 bp (GenBank登录号：KY012339)。利用Plantcare软件分析两个启动子的顺式作用元件,结果表明绿色杜氏藻chyb1基因启动子含有与甲基茉莉酸、花生四烯酸、水杨酸等非生物胁迫相关的顺式作用元件,而绿色杜氏藻chyb2基因启动子含有与光照相关的顺式作用元件。通过qRT-PCR分析了绿色杜氏藻CHYB基因家族在不同胁迫下的基因表达水平,结果表明该基因家族的基因表达水平与启动子调控相关,且不同的家族基因应答不同的胁迫。     

水稻OsSHAT1和OsRSR1应答激素及逆境胁迫的表达特性

旨在研究AP2家族类因子是否参与逆境胁迫应答过程。通过序列比对发现,水稻OsSHAT1和OsRSR1蛋白序列一致性达41.92%,表明OsSHAT1和OsRSR1是同源性较高的AP2家族因子;且OsSHAT1和OsRSR1基因启动子序列都包含有ABRE、DRE、MYB、MYC、WRKY、GCC-box和ERE等应答不同胁迫及激素信号的元件。基因表达分析表明,OsSHAT1受低温、NaCl、ABA、ACC抑制,受干旱诱导表达;而Os RSR1受低温、干旱、ABA、ACC抑制,受NaCl诱导表达。推测OsSHAT1和OsRSR1可能通过不同的转录调控方式影响耐逆相关基因的表达,进而调节水稻不同的逆境胁迫反应。     

植物DREB转录因子的研究进展及应用

转录因子是一种DNA结合蛋白,通过与真核基因启动子区域中的顺式作用元件发生特异性相互作用来调控基因的转录。DREB(与干旱应答元件结合的)转录因子是一类新发现的植物特有的转录因子,能够特异地识别DRE(干旱应答元件)顺式作用元件并与之发生作用,从而激活植物体内一系列逆境应答基因的表达。本文综述了近几年在DREB转录因子的结构、功能、表达调控以及应用方面的研究进展。     

稀有鮈鲫HSP70基因启动子的克隆及功能分析

热休克蛋白70(HSP70)作为一种分子伴侣,在环境毒理学中受到广泛研究。前期研究表明稀有鮈鲫HSP70基因(GrHSP70)表达量与五氯酚(pentachlorophenol, PCP)处理的浓度和时间在肝脏中呈现剂量/时间-依赖效应。为探究启动子在热休克蛋白70表达调控中的作用,根据已知的GrHSP70 cDNA序列,采用染色体步移技术克隆了GrHSP70的5'侧翼区的核苷酸序列。生物信息学分析从预测的转录起始位点(C)起的5'侧翼区域共1 487bp,潜在的转录因子结合位点包括雌激素响应元件(ERE)、Sp1结合位点(Sp1)、糖皮质激素响应元件(GRE)、TATA结合蛋白(TBP)、CCAAT/增强子蛋白结合位点(C/EBP)、Oct-1结合位点(Oct-1)、GATA转录因子结合位点(GATA-1)等。实验构建了含有启动子缺失片段的萤火虫萤光素酶(firefly luciferase)和海肾萤光素酶(renilla luciferase)报告基因表达载体,瞬时转染HeLa细胞后,利用双荧光活性检测确定获得的GrHSP70启动子具有启动活性,其核心启动位点位于转录起始点上游-1 487~-1 093bp。同时,用不同浓度PCP暴露成功转染了重组质粒(pGL-HSP70 promoter-Luc+)的HeLa细胞,培养24h后检测双荧光活性,与对照相比,随PCP浓度的增加,荧光活性均显著增加。说明在稀有鮈鲫肝脏中PCP会通过激活GrHSP70启动子来诱导GrHSP70表达,但PCP在稀有鮈鲫体内通过何种机制来调节HSP70的合成,仍然需要进一步研究。     

水稻锌指蛋白基因OsBBX6的克隆、表达及生物信息学分析

锌指蛋白作为植物体内一类重要的转录因子,对植物生长发育、基因调控以及响应外界环境变化方面发挥重要作用。Os BBX6基因属于水稻锌指蛋白B-Box基因家族成员,启动子元件分析发现其含有高温应答元件(HSE)、干旱应答元件(MBS)及非生物胁迫响应元件(TC-rich repeats)等逆境相关元件。组织特异性定量表达分析表明,Os BBX6在叶片中表达最高,根其次,茎和幼穗中表达最低。胁迫处理后的荧光定量PCR发现其受低温诱导上调,受高温、干旱、盐胁迫等抑制表达,表明其正向响应低温胁迫,负向响应高温、干旱、盐胁迫等。另外,本研究还克隆了OsBBX6基因,并对其进行了系统进化、蛋白跨膜、蛋白亚细胞定位及OsBBX6基因共表达等分析,为进一步研究其生物学功能奠定基础。     

拟南芥AtMPK3启动子应答逆境信号的表达模式和必需区域分析

蛋白激酶AtMPK3参与MAPK级联途径, 在植物逆境信号转导中起重要作用. 为深入研究AtMPK3基因在转录水平上应答各种环境胁迫的分子机制, 本研究从拟南芥基因组中分离了AtMPK3基因转录起始位点上游1016 bp的启动子序列, 对其进行了生物信息学分析. 对该启动子进行了系列缺失突变, 并将完整启动子和缺失启动子片段与GUS报告基因融合, 转基因导入到拟南芥中. 携带AtMPK3启动子及其各种缺失突变体的转基因植株在干旱、高盐、低温、机械损伤等胁迫条件的GUS组织化学染色和荧光定量分析表明, AtMPK3启动子应答干旱、高盐、低温、机械损伤逆境信号的必需元件位于启动子序列中转录起始位点上游−188 ~ −62区域内, 揭示了AtMPK3启动子在不同环境胁迫条件下的表达模式的差异. 本研究结果有助于阐述AtMPK3基因在转录水平上应答不同胁迫信号分子机制.     

橡胶草TkAPC10基因的鉴定及其表达模式分析

APC/C是一类泛素连接酶E3复合体,在调控细胞周期过程中发挥重要作用。为了揭示橡胶草APC/C蛋白复合体的功能,鉴定了橡胶草TkAPC10基因,并对其表达模式进行了分析,初步确定了其功能。TkAPC10基因的ORF为579 bp,编码192个氨基酸,其基因组DNA序列为1 092 bp,包含6个外显子和5个内含子。基因组分析发现,TkAPC10以单拷贝的形式存在,其启动子序列除了含有TATA-box和CAAT-box增强子元件外,还有ABA、JA、光以及逆境响应相关的顺式作用元件。系统进化关系分析发现,不同物种的APC10蛋白具有很高的同源性,TKAPC10与莴苣LsAPC10的相似性最高达到99%,而与其他菊科植物的APC10蛋白相似性也达到95%以上。进一步采用qRT-PCR技术对TKAPC10的表达模式进行分析,结果表明,该基因在细胞分裂旺盛的组织（花、叶和根）中的表达量显著高于细胞分裂活动相对缓慢的组织（花梗）。外源ABA处理后,TKAPC10基因转录水平显著下降;而MeJA和ET处理后,该基因显著上调表达。经PEG6000以及甘露醇处理后,TKAPC10表达水平显著下降;而高盐胁迫显著诱导该基因的表达。TKAPC10基因参与橡胶草细胞分裂、激素信号以及非生物胁迫响应过程的调控。     

转录因子DREBlA和DREB2A调控机制的比较分析

DREB转录因子即干旱应答元件结合蛋白质,它能特异结合启动子中含有DRE/CRT顺式元件,激活许多逆境诱导基因的表达,增强植物对逆境的忍耐力.从DREB1A和DREB2A转录因子结构、功能、调控表达的基因以及蛋白稳定性等方面进行比较分析,为植物抗逆转录因子研究及应用提供依据.     

鱼和熊掌的选择: 反向重复序列变异介导的玉米环境适应与产量平衡

作物育种的目标是找到产量和抗性的最佳平衡点, 其中涉及“鱼和熊掌”二者兼得的选择策略。哪些逆境负调控位点影响产量性状, 以及如何调控等是突破育种瓶颈的重要科学问题。近百年来, 高产玉米(Zea mays)育种使玉米单产不断提高, 同时现代玉米品种对干旱的敏感性也呈现出增强趋势, 故而存在高产稳产的潜在风险。可对于这一现象背后确切的遗传机制却知之甚少, 从而限制了既高产又高抗玉米新品种的培育。玉米的非生物胁迫抗性与产量性状均为多基因控制的复杂数量性状, 涉及全基因组范围内大量基因的表达与调控。玉米基因组内存在大量的小RNA (sRNA), 其对基因表达起精细调控作用, 但人们对sRNA调控作物环境胁迫应答与产量性状机制的理解仍然有限。近日, 华中农业大学代明球课题组与李林和李峰两个课题组合作, 基于对338份玉米关联群体在不同环境下的sRNA表达组分析, 鉴定到大量干旱应答的sRNA, 以及调控这些sRNA表达的遗传位点(eQTL); 并克隆了8号染色体上1个干旱特异性eQTL热点DRESH8。生物信息学分析显示, DRESH8是1个由转座子组成的长度约为21.4 kb的反向重复序列(TE-IR)。DRESH8通过产生小干扰RNA (siRNA)介导抗旱基因的转录后沉默, 并间接抑制产量负调控因子的表达, 在负调控干旱应答的同时正调控产量性状。进一步研究发现, DRESH8在玉米驯化和改良过程中受到了人工选择。据此, 他们认为DRESH8可能是玉米平衡抗旱性和产量的关键遗传位点。该研究在全基因组水平上揭示了作物调控产量和环境胁迫抗性平衡的关键遗传机制, 同时也鉴定到大量IR位点, 为未来“高抗、高产”玉米设计育种提供了有价值的操控靶点。     

谷子MYB类转录因子SiMYB42提高转基因拟南芥低氮胁迫耐性

Myeloblastosis (MYB)类转录因子是高等植物中最大的转录因子家族之一,在植物发育及防御反应过程中发挥重要作用,还参与植物对干旱等非生物胁迫的响应。谷子(Setaria italica L.)起源于中国,具有抗旱、耐瘠薄的特性,是研究单子叶作物非生物胁迫抗性的理想材料。本研究对耐低氮胁迫谷子品种郑204经低氮处理后进行转录组分析,鉴定出一个在低氮胁迫条件下明显上调的MYB类转录因子SiMYB42。系统发育树结果表明,SiMYB42属于R2R3-MYB亚族,具有2个MYB保守域;表达模式分析显示,SiMYB42在低氮、高盐、干旱和ABA胁迫条件下表达量显著上调;亚细胞定位、quantitative real-time PCR及转录激活活性分析结果表明,SiMYB42蛋白定位于植物的细胞核和细胞膜中,主要在谷子的叶部或根部表达,具有转录激活活性;基因功能分析结果表明,在正常条件下,转SiMYB42基因拟南芥与野生型Columbia-0拟南芥(WT)无明显差异,但在低氮条件下,转SiMYB42基因拟南芥的主根长、根系表面积及鲜重均显著高于WT,结果证明SiMYB42基因可以提高转基因植物对低氮胁迫的耐性;下游基因表达分析结果显示,在转SiMYB42基因拟南芥中,参与植物氮素转运的硝酸盐转运基因NRT2.1、NRT2.4和NRT2.5的表达水平均高于WT,启动子分析结果显示NRT2.1、NRT2.4和NRT2.5基因启动子序列中均具有MYB结合位点。以上结果证明,SiMYB42可以通过调控下游硝酸盐转运体基因的表达提高植物在低氮条件下的耐性。本研究揭示了SiMYB42基因在低氮胁迫反应途径中的作用,为进一步了解谷子低氮胁迫响应的调控网络奠定了基础。     

SENP1启动子G-四链体鉴定及其作用研究 *

目的:研究G-四链体(G4)对SUMO特异性蛋白酶1(SUMO-specific proteases 1, SENP1)基因的转录调控作用。方法:克隆不同的SENP1启动子片段构建SENP1启动子报告质粒,通过报告基因检测鉴定SENP1启动子核心转录调控区;分析SENP1启动子核心转录调控区序列,并进行G4形成序列预测;合成G4形成序列寡核苷酸,利用圆二色谱分析检测G4形成序列寡核苷酸的拓扑结构;通过G4配体TMPyP4处理和过表达G4解旋酶G4R1结合报告基因检测和Western blot鉴定启动子G4对 SENP1转录表达的调控作用。结果:发现-910 ~+226区域是SENP1启动子的核心转录调控区,序列富含G/C;生信分析发现SENP1启动子核心区存在G4形成序列;圆二色谱分析证实SENP1启动子G4形成序列能够形成G4结构;报告基因检测和Western blot检测发现启动子G4对SENP1转录表达具有抑制作用。结论:SENP1启动子核心转录调控区存在G4结构并对其转录表达具有抑制作用,为揭示SENP1在生理和病理过程中的作用机制提供新的研究思路和试验线索。     

镉胁迫下水稻OsPT1的表达及功能分析

OsPT1编码的水稻磷酸盐（Pi）转运蛋白在水稻生长发育、非生物胁迫应答等方面发挥重要的调控作用。前期研究表明OsPT1为镉（Cd）响应基因,但其在Cd胁迫下的功能及作用机制仍然未知。阐明OsPT1在Cd胁迫下的作用,并为低Cd水稻品种的选育奠定基础。通过生物信息学方法对该基因的序列特征、结构和功能进行分析和预测,利用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）方法检测Cd胁迫下水稻不同组织、不同时间点OsPT1的相对表达量。此外,利用PCR的方法克隆OsPT1的编码序列,构建pGADT7-OsPT1重组质粒载体,并将其转入Δycf1 BY4741酵母菌株（Cd敏感酵母菌株）用以验证OsPT1对酵母Cd耐受性的影响。结果表明,OsPT1编码序列全长为1 584 bp,编码分子量为57.46 kD,由527个氨基酸构成的蛋白。在水稻基因组中该基因上游启动子区含有与光、厌氧、茉莉酸甲酯等环境和激素响应相关的调控元件。系统进化分析表明,水稻OsPT1与高粱SbPT1亲缘关系最近。基因的镉响应表达分析结果表明,与对照相比,经100 μmol/L Cd处理的水稻在1、6和12 h后,地上部分OsPT1的转录水平分别上调1.31、1.34和2.46倍;水稻根部OsPT1在处理1和6 h后分别上调1.28和1.14倍,但在Cd处理12 h后,其表达水平下调至处理前的0.62倍。转基因酵母Cd耐受性结果表明,与对照（0 μmol/L Cd）相比,经25 μmol/L Cd处理后,转OsPT1的酵母对Cd的耐受性有一定的下降。OsPT1可能在水稻应对Cd胁迫过程中发挥一定的作用。     

白桦BpbHLH112基因克隆及其启动子表达特性分析

克隆白桦BpbHLH112基因的编码序列，并进行生物信息学分析。通过实时荧光定量PCR技术分析该基因在不同胁迫处理下的表达模式，进一步克隆了BpbHLH112基因上游1 446 bp的启动子区域，序列分析表明，该区域含有多个逆境响应、激素响应以及信号转导等相关元件，通过构建BpbHLH112启动子片段融合GUS报告基因的表达载体并进行烟草瞬时转化，分析在不同胁迫处理条件下BpbHLH112启动子驱动GUS基因表达的活性，结果表明BpbHLH112启动子的表达能够被一些逆境胁迫因子诱导，本研究结果为深入研究BpbHLH112调控白桦应对非生物胁迫作用的分子机理提供了理论依据。