辽宁碱蓬胆碱单加氧酶基因克隆及转基因烟草的耐盐性

甜菜碱是生物体内普遍存在的一种很有效的渗透调节剂。在高等植物中,甜菜碱由胆碱经两步酶催氧化得到,即：胆碱→甜菜碱醛→甜菜碱,催化第一步反应的酶是胆碱单加氧酶（choline monooxygenase,CMO)。用RT-PCR和RACE技术从盐生植物辽宁碱蓬（Suaeda liaotungensis Kitag)中分离了CMOcDNA全序列,其中包括5′端非编码区123bp,3′端非编码区368bp。开放阅读框1329bp,编码一个由442个氨基酸构成的多肽,与菠菜,甜菜和山菠菜CMO的氨基酸序列同源性分别为77%,72%和74%。克隆了其编码区。构建了植物表达载体pBI121-CMO。根癌土壤杆菌（Agrobacterium tumefaciens)介导转化烟草（Nictiana tabacumL.cv.89),获得卡那霉素抗性植株,PCR和Southern杂交均证明外源CMO基因已整合到烟草基因组中,转基因烟草的甜菜碱含量明显高于对照。转基因烟草膜的相对电导率明显低于对照,说明盐胁迫下转基因烟草的膜结构所受损伤小于对照。转基因烟草具有一定的耐盐性。能在含250mmol/LNaCl的培养基中正常生长。     

辽宁碱蓬胆碱单加氧酶基因克隆及转基因烟草的耐盐性

甜菜碱是生物体内普遍存在的一种很有效的渗透调节剂.在高等植物中,甜菜碱由胆碱经两步酶催氧化得到,即:胆碱→甜菜碱醛→甜菜碱,催化第一步反应的酶是胆碱单加氧酶(choline monooxygenase,CMO).用RT-PCR和RACE技术从盐生植物辽宁碱蓬(Suaeda liaotungensis Kitag)中分离了CMO cDNA全序列,其中包括5′端非编码区123 bp, 3′端非编码区368 bp, 开放阅读框1 329 bp,编码一个由442个氨基酸构成的多肽,与菠菜、甜菜和山菠菜CMO的氨基酸序列同源性分别为77%、72% 和74%.克隆了其编码区,构建了植物表达载体pBI121-CMO,根癌土壤杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导转化烟草(Nictiana tabacum L.cv.89),获得卡那霉素抗性植株.PCR和Southern杂交均证明外源CMO基因已整合到烟草基因组中,转基因烟草的甜菜碱含量明显高于对照,转基因烟草膜的相对电导率明显低于对照,说明盐胁迫下转基因烟草的膜结构所受损伤小于对照,转基因烟草具有一定的耐盐性,能在含250 mmol/L NaCl的培养基中正常生长.     

青稞胆碱单加氧酶基因cDNA全长开放阅读框克隆及序列分析

甜菜碱是一种存在于多种生物体内的季胺类高效渗透调节剂,是由甜菜碱合成酶系催化的。为了研究甜菜碱合成酶系基因的表达和青稞高抗逆性之间的关系,我们以经200mmol/L NaCl预处理72h的青稞幼苗叶片及根中提取的总RNA为模板,采用RT-PCR技术,扩增得到全长1224bp,推测编码407个氨基酸残基的青稞胆碱单加氧酶(choline monooxygenase,cmo)基因cDNA全长开放阅读框(open reading frame,ORF),将其命名为hvcmo1并在GenBank中注册,获得登录号为GU810840。生物信息学分析表明,推定的氨基酸序列中含有与已报道高等植物胆碱单加氧酶氨基酸序列中的Rieske型铁硫簇结合区和单核铁结合基序等特征性结构域具有高度保守性的特征性结构域。与多种高等植物cmo基因进行序列同源性比对分析结果显示:hvcmo1的核苷酸序列与甜菜、盐角草、菠菜、辽宁碱蓬、拟南芥、玉米、水稻、高粱、羊草和大麦等植物的cmo mRNA编码区相似性分别为55.3%、55.4%、55.6%、5.9%、61.3%、82.6%、83.3%、83.4%、95.5%和99.5%。实验过程中,我们发现,青稞hvcmo1基因的表达必须被一定浓度的NaCl所诱导,说明hvcmo1可能在调节环境胁迫下青稞细胞内甘氨酸甜菜碱合成方面起着关键的作用,同时它可以作为研究环境胁迫下甘氨酸甜菜碱合成调节的模型。本结果为研究青稞甘氨酸甜菜碱合成酶系基因的诱导表达及其与青稞强抗逆性之间的关系奠定了基础。     

杜梨PbPEAMT的克隆、序列分析及表达特征

采用RT-PCR、cDNA末端快速扩增法和长片段PCR技术,从杜梨幼苗中获得1个磷酸乙醇胺N-甲基转移酶基因（Pb—PEAMT）,运用生物信息学方法分析它的序列特点,并通过跨内含子引物进行半定量RT-PCR研究其在非生物胁迫下的表达情况。结果表明：PbPEA臌因编码区DNA序列长为3320bp,由11个外显子和10个内含子组成,cDNA序列长1479bp,推导的多肽包括2个II型甲基转移酶保守结构域,与蓖麻PEAMT蛋白相似性最高（86％）,亲缘关系最近。PbPEA燃因在杜梨幼苗根和叶中均为诱导型表达,100mmol·L^-1氯化钠、10％（w／v）聚乙二醇、180mmol·L^-1甘露醇或20μmol·L^-1脱落酸处理后PbPEAMT表达水平上升,表明PbPEAMT对盐碱、干旱和渗透胁迫存在表达响应,可能参与ABA介导的逆境信号转导途径。     

辽宁碱蓬胆碱单加氧酶(CMO)基因启动子分离及功能元件分析

根据已知的辽宁碱蓬CMO cDNA 5′端序列设计两个基因特异的反向引物(CR1,CR2),通过衔接头PCR获得了CMO基因起始密码子上游498 bp的序列。根据所获得的序列设计两个基因特异的反向引物(CR3,CR4),用CR2、CR3、CR4分别与4个简并引物配对,通过TAIL-PCR扩增,获得了约2 kb的序列。经Sequencer软件拼接上述两段序列,获得了CMO基因起始密码子上游2,332 bp的序列。用TSSP-TCM软件分析此序列,预测出转录起始点(C)位于起始密码子上游128 bp处,由此我们获得了2,204 bp的SlCMO启动子序列。用PLACE软件分析此序列,发现该序列具有启动子的基本元件TATA-box、CAAT-box,包含多个胁迫诱导元件,如盐诱导元件GAAAAA,冷胁迫诱导元件CANNTG,ABA 响应因子NAACAA,水胁迫元件CGGTTG和伤害诱导元件GTTAGGTTC等,是一个强的胁迫诱导启动子。辽宁碱蓬胆碱单加氧酶基因盐诱导启动子的获得,为盐诱导启动子功能元件分析提供了可能,为进一步研究启动子结构与功能的相互关系、CMO基因的表达调控机制奠定了基础。     

梭梭CMO基因的克隆与植物表达载体的构建

采用RT-PCR、RACE等方法从超旱生耐盐植物梭梭(Haloxylon ammodendron)中扩增出甜菜碱合成过程中的限速酶胆碱单加氧酶(CMO)编码基因的cDNA序列(命名为HaCMO),其开放阅读框为1 344 bp,推测的氨基酸序列全长为447个氨基酸残基.根据已获得的开放阅读框,构建重组植物表达载体pCAMBIA2300-HaCMO.HaCMO核苷酸序列与藜科几种盐生植物如菠菜(Spinacia oleracea)、山菠菜(Atriplex hortensis)、辽宁碱蓬(Suaeda liaotungensis)、盐角草(Salicornia europaea)和甜菜(Beta vulgaris)等的一致性均在74.5%以上,推导编码蛋白的氨基酸序列一致性均在73.5%以上,表明CMO编码基因在藜科植物中是一种比较保守的基因.研究结果为进一步从分子水平探明梭梭的抗旱、耐盐机制,挖掘并利用植物抗逆基因奠定了基础.     

翅碱蓬CMO基因克隆、测序及植物表达载体的构建

从翅碱蓬叶片中提取总RNA,根据相关同源序列设计引物,使用反转录试剂盒进行RT-PCR,扩增得到翅碱蓬胆碱单加氧酶（CMO）cDNA,进行PCR产物测序;然后将CMOcDNAT-A克隆至pMD18-T-simple载体上,经测序正确后亚克隆至pBI121植物表达载体,进行酶切鉴定及克隆测序。     

干旱胁迫条件下发菜Ferritin差异表达与基因克隆

发菜(Nostoc flagelliforme)是一种陆生固氮蓝藻,具有强烈的旱生生态适应性.运用双向电泳技术、凝胶图像分析、MALDI-TOF-TOF/MS质谱鉴定和数据库检索,发现发菜Ferritin在干旱胁迫条件下表达量逐渐降低.根据鉴定的Ferritin已知氨基酸序列设计简并性引物克隆该基因,获得了长度为540 bp的DNA,GenBank登陆号为HM854287.序列比较显示该基因具有较高的保守性,蛋白质二级结构主要由α螺旋和随机卷曲构成.RT-PCR分析表明,Ferritin mRNA在干旱胁迫条件下表达量逐渐降低,与Ferritin的表达趋势一致.将Ferritin基因在大肠杆菌中表达,获得符合预期的外源重组蛋白(22.4 kD).实验结果可为进一步研究发菜耐旱的分子机理及探讨发菜对极端干旱环境的适应和保护机制奠定基础.     

石榴PgUFGT基因克隆及表达分析

利用RT-PCR和RACE方法,从石榴(Punica granatum L.)果皮中克隆到一个类黄酮糖基转移酶(UFGT)基因(PgUFGT)全长cDNA序列(GenBank登录号为KF841620)。PgUFGT基因编码区1 476bp,编码491个氨基酸。PgUFGT蛋白具有保守PSPG基序、UDP-糖基转移酶家族结构域和UDP-葡萄糖醛酸基/葡萄糖基转移酶保守域(UDPGT),与其他植物UFGT蛋白一致性较高;系统进化树分析结果表明,PgUFGT属于类黄酮3-O-糖基转移酶类。荧光定量qRT-PCR结果表明,PgUFGT基因在‘红宝石’和‘水晶甜’2个石榴品种的发育期内具有不同的表达模式,PgUFGT在‘红宝石’石榴中有2个转录表达高峰,而在‘水晶甜’石榴中仅有1个表达高峰,表明PgUFGT可能在2个石榴品种中具有不同的催化作用。该研究结果为进一步研究石榴果实色泽形成的分子机制奠定了基础。     

一步PCR法快速扩增辽宁碱蓬胆碱单加氧酶cDNA 3′末端序列

根据已获得的辽宁碱蓬(Suaeda liaotungensis Kitag)胆碱单加氧酶cDNA的部分序列,设计一条基因特异性引物, 与通用引物并用,一步PCR成功地克隆了辽宁碱蓬胆碱单加氧酶cDNA 3′末端。与常规的3′_RACE法相比,一步PCR法具有快速、简便、经济等优点,是一种非常快捷的扩增cDNA 3′末端序列的方法。     

杜梨铵转运蛋白基因的克隆表达及在梨属植物中的SNP分析

利用EST并结合RACE方法从杜梨幼苗克隆获得1个AMT基因(PbAMT1;2).分析显示,PbAMT1;2cDNA全长1 811 bp,开放阅读框为1 515 bp,其对应基因组DNA序列不含内含子.PbAMT1;2编码的蛋白由504个氨基酸组成,具有11个跨膜域,1个N-糖基化位点、3个酪蛋白激酶磷酸化位点和8个蛋白激酶C磷酸化位点.同源性分析发现,PbAMT1;2与其他植物的AMT具有较高的一致性,其中与百脉根LjAMT1;2的一致性为80.23%,与拟南芥AtAMT1;2的一致性为78.68%,与番茄LeAMT1;2的一致性为77.80%.系统进化树分析表明,PbAMT1;2属于AMT1亚家族.半定量RT-PCR结果显示,PbAMT1;2主要在根部表达,而在茎和叶中几乎没有表达.以杜梨、豆梨、砂梨、白梨、秋子梨和西洋梨等6种梨属植物的DNA为模板,高保真Taq酶PCR扩增AMT1;2基因ORF区DNA序列,发现6种梨属植物的AMT1;2 ORF区DNA序列长度均为1 515 bp,相似性高达99.48%,但在44个核苷酸位点中存在SNPs,导致18个氨基酸位点发生变异,多态性频率为1SNP/34.43 bp,核苷酸变异度为2.9%,氨基酸变异度为3.57%.     

豆梨半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因的克隆及胁迫表达

采用RT-PCR结合RACE技术,从中国梨砧木——豆梨成熟种子中克隆获得豆梨半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因(PcCPI)的cDNA全长序列,并通过半定量RT-PCR分析不同胁迫处理对该基因表达水平的影响.结果表明:(1)PcCPIcDNA序列长度为980 bp,开放阅读框78~812 bp,编码的多肽由信号肽(29个氨基酸)和成熟肽(216个氨基酸)组成,具有3个植物半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因家族的高保守特征序列模式——LARFAVQEHN、QX-VXG和YQAKVWVKPW.(2)该蛋白与蔷薇科植物的CPI蛋白处于系统发育树的同一分支,且与苹果CPI蛋白的一致性最高(95.9%).(3)半定量RT-PCR结果显示:PcCPI基因在豆梨叶片中为诱导型表达,在人工模拟逆境条件下(包括喷施50μmol/L MeJA或100μmol/L ABA、刀片2次机械损伤2、00 mmol/L NaCl胁迫、4℃低温或30℃高温胁迫)处理4 h后,豆梨叶片中PcCPI基因表达量明显上升,表明该基因参与了豆梨对生物或非生物胁迫的防御机制.     

胡萝卜低温胁迫转录因子DcICE1基因克隆与非生物逆境响应分析

植物ICE1基因是调控CBF基因表达的上游调控因子,在植物抵抗逆境胁迫中具有重要的作用。该实验以2个胡萝卜品种‘黑田五寸’和‘君川红’为实验材料,分别克隆出DcICE1转录因子基因,并通过荧光定量PCR方法测定了4种不同逆境胁迫下(4℃低温、38℃高温、0.2mol·L-1 NaCl及200g·L-1 PEG)DcICE1基因的表达情况,探讨DcICE1转录因子在植物抵抗非生物胁迫下的功能。序列分析显示,该基因全长1 458bp,编码485个氨基酸。2个胡萝卜品种的DcICE1基因在核苷酸水平上有2个位点的差异,分别为第139位的G/A和第475位的A/G,导致编码的氨基酸在第47位的E/K和第159位的N/D差异,该差异可能与DcICE1转录因子在2个不同品种应对逆境胁迫下的响应不同有关。胡萝卜DcICE1转录因子有一个保守的ICE1功能结构域。实时定量PCR检测DcICE1基因在不同逆境胁迫下的响应表明,低温(4℃)处理能明显地诱导DcICE1基因的表达,但盐(0.2mol·L-1 NaCl)和干旱(200g·L-1 PEG)处理下的诱导效果均不明显。     

小麦盐胁迫相关基因的克隆与表达分析

采用RT-PCR方法,从小麦中克隆获得1个盐诱导小麦MYB类转录因子基因TaSIM（Triticum aestivum salt-induced MYB）,该基因cDNA全长1 213bp,具有1个831bp的开放阅读框,编码276个氨基酸,预测分子量约为29.903kD,等电点为10.12,推测的氨基酸序列中含有2个高度保守的SANT结构域。系统发生树分析表明,TaSIM与二穗短柄草XP₀03576185亲缘关系最近。半定量RT-PCR检测结果显示,TaSIM基因受盐胁迫诱导表达。亚细胞定位结果显示,TaSIM-hGFP融合蛋白定位于细胞核中。研究结果表明,小麦TaSIM基因编码的蛋白可能在细胞核内参与小麦对盐胁迫的应答反应。     

茶树CsGIF1基因的克隆及其对非生物胁迫的响应分析

GRF-INTERACTING FACTOR(GIF)基因是植物叶发育相关的一类重要调控因子,调节植物叶器官的发育。该研究采用RT-PCR方法从茶树‘龙井43’的叶片cDNA中克隆得到CsGIF1基因,并利用荧光定量PCR分析了高温(38℃)、低温(4℃)、干旱(200g·L-1 PEG)、盐胁迫(200mmol·L-1 NaCl)下CsGIF1基因的表达水平,以明确CsGIF1基因对非生物胁迫的应答特性,为茶树CsGIF1基因的逆境调控以及功能研究奠定基础。结果表明:(1)CsGIF1基因长666bp,编码221个氨基酸,具有高度保守的SNH结构域;CsGIF1蛋白为亲水性蛋白,理论相对分子质量为23 380,理论等电点为6.30;酸性氨基酸、碱性氨基酸、芳香族氨基酸和脂肪族氨基酸所占比例分别为7%、9%、5%和13%;蛋白质二级结构显示,茶树CsGIF1蛋白由38.01%的α-螺旋、10.41%的β-折叠、12.22%的延伸主链和39.37%的随机卷曲组成。(2)qRT-PCR分析显示,茶树CsGIF1基因对于4种非生物胁迫均有响应,但不同处理响应不同。其中在胁迫2h时,高温和低温胁迫下,CsGIF1基因相对表达量显著增加,分别为对照的3.54和5.69倍,且高低温胁迫下,CsGIF1基因响应明显大于干旱和盐胁迫。在高温、低温、干旱、盐等不同胁迫处理下,茶树‘龙井43’中CsGIF1基因的表达水平与对照相比均差异明显。     

苦荞锌指蛋白基因FtLSD1的克隆及其对非生物胁迫的应答

根据苦荞(Fagopyrum tataricum)花期转录组数据,分别以苦荞DNA和cDNA为模板,克隆得到1个苦荞C2C2型锌指蛋白基因FtLSD1(GenBank登录号KP252134)的DNA序列和cDNA序列,采用实时荧光定量PCR方法,研究了FtLSD1基因在非生物胁迫下的表达模式。结果显示:苦荞FtLSD1基因DNA全长2 427bp,由6个外显子和5个内含子构成,符合GU-AG剪切原则;cDNA序列包含一个528bp开放阅读框,编码175个氨基酸,具有LSD1家族的典型结构域;UV-B照射和水杨酸处理均能使FtLSD1基因的表达量上升,且UV-B处理在6h达到最大,为0h(CK)的3.84倍;水杨酸处理于10h达到最大,为0h(CK)的3.44倍,而4℃冷胁迫下该基因表达量保持稳定。推测该基因可能参与苦荞抗UV-B和高浓度水杨酸等非生物胁迫的应答反应,为苦荞的抗逆性研究提供新的视角。     

中华根瘤菌NP1氨单加氧酶基因的克隆与功能鉴定

以中华根瘤菌NP1(Sinorhizobium sp.NP1)为原始菌株,通过同源克隆与Tail-PCR方法,获得1089bp的氨单加氧酶基因(amo)全长序列.该基因编码362个氨基酸,其二级结构与Sinorhizobium meliloti1021AMO的二级结构相似,该蛋白有9个跨膜区段.以自杀穿梭质粒pJQ200SK为原始载体,构建NP1amo基因敲除质粒pJQ200SK-amo-Tc.采用三亲本杂交的方法将该质粒转入原始菌株NP1中,获得amo基因敲除菌株NP1∷amo.通过本贝洛氏(Berthelot)法对氨氮进行测定,发现NP1∷amo的脱氮效率比原始菌株NP1下降约35%.该结果表明,本实验中所克隆的氨单加氧酶基因为脱氮关键酶基因.