青杄PwNAC42基因的克隆及表达模式分析

NAC转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,广泛参与了植物的生长发育过程,并在植物响应盐害、干旱、冷害和脱落酸等多种非生物胁迫的过程中发挥重要作用。通过青杄转录组数据获得PwNAC42基因的cDNA序列,对其蛋白序列进行生物信息学预测,通过实时荧光定量PCR检测PwNAC42基因在青杄各个组织及非生物逆境胁迫下的表达水平。生物信息学分析结果显示:PwNAC42基因cDNA全长共1 749 bp,其中编码区1 140 bp,共编码379个氨基酸;蛋白理论分子质量为42.92 k D,理论等电点为6.53,有丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸磷酸化位点,不存在信号肽结构域,为非跨膜的亲水蛋白。组织特异性表达结果显示,PwNAC42在青杄球果中表达量最高。逆境胁迫实验表明PwNAC42的表达量在NaCl、干旱、4℃以及脱落酸处理下产生显著的变化。因此推测PwNAC42在青杄球果发育及青杄对逆境胁迫的响应过程中发挥作用。     

青杄转录共激活因子PwMBF1c的功能研究与验证

克隆通过青杄干旱转录组筛选到的差异候选基因PwMBF1c,对其生物学功能进行分析和验证,以期能够解析青杄的耐旱机理,并为培育优良抗逆林木品种提供基因资源。利用RT-qPCR技术分析PwMBF1c对干旱、高温、低温及激素处理的响应。瞬时转化烟草叶片和洋葱表皮细胞检测PwMBF1c的亚细胞定位。利用酵母单杂验证PwMBF1c的转录活性。在拟南芥和马铃薯体系中验证了PwMBF1c抗旱应答的功能。PwMBF1c主要在成熟叶中表达,其转录水平受干旱、高温、水杨酸（SA）诱导上调;PwMBF1c的C端具有转录激活活性,而N端和全长不具有转录活性;PwMBF1c定位于细胞膜、细胞质和细胞核;过表达PwMBF1c显著提高了拟南芥和马铃薯的耐旱性。干旱胁迫下,与对照组Col-0和VC相比,过表达拟南芥株系PwMBF1c-L1和PwMBF1c-L2存活率更高,叶绿素含量较高,MDA含量较低;在PEG处理后,与野生型马铃薯Y5相比,过表达PwMBF1c显著提高了苗高。PwMBF1c的表达水平受干旱等多种逆境和激素的诱导,PwMBF1c主要定位于细胞膜、细胞质和细胞核,且该蛋白的C端具有转录激活活性。PwMB...     

青杄生长素抑制蛋白基因PwARP-1的克隆及表达分析

从青杄的cDNA文库中筛选出一个生长素抑制蛋白基因PwARP-1(Auxin-repressed protein 1),并通过RACE-PCR技术获得PwARP-1 cDNA全长。生物信息学分析显示,PwARP-1基因编码155个氨基酸残基的蛋白,分子量为17.1 kD,理论等电点为10.07,富含无规则卷曲。以多年生青杄和青杄幼苗为研究材料,通过RT-qPCR技术检测PwARP-1的组织特异性表达、激素的响应模式及种子萌发过程中的表达量模式。结果表明,PwARP-1在青杄各个组织中均有表达,在花粉中表达量最高,在种子中的表达量最低。PwARP-1在种子萌发过程中表达量呈先上升,在第10天表达量达到最高后开始下降。进一步试验表明,PwARP-1能响应多种逆境胁迫和激素处理。在赤霉素(GA)和生长素(IAA)处理下PwARP-1的表达量被抑制。在干旱胁迫和油菜素内酯(BR)激素处理下PwARP-1的表达量逐渐升高,而在在盐胁迫、茉莉酸甲酯(MeJA)和脱落酸(ABA)等激素处理下PwARP-1的表达量先下降后上升。这些结果显示PwARP-1可能参与了植物种子萌发、多种逆境胁迫和激素响应过程。     

梁山慈竹DfMYB3基因克隆及启动子分析

基于梁山慈竹转录组数据库,以梁山慈竹叶片为材料,克隆得到一个MYB转录因子,命名为DfMYB3,其开放阅读框长度为1 287 bp,编码428个氨基酸,GenBank注册号为KY963358。保守结构域分析显示,DfMYB3有典型的SANT结构域,具有DNA-Binding结构域。系统进化树分析发现,DfMYB3与甘蔗、拟南芥、毛白杨等物种的R2R3-MYB转录因子聚集在一枝上。亚细胞定位结果显示,DfMYB3蛋白在细胞核以及细胞膜中均有表达,在细胞核上更为显著。通过染色体步移法克隆得到DfMYB3基因5′侧翼2 000 bp左右的序列。PlantCARE在线软件分析表明,该序列具有典型的启动子特征,并含有GA、ABA、MeJA等激素以及干旱等胁迫响应元件。100μmol·L-1GA、100μmol·L-1ABA处理梁山慈竹后,显著上调了DfMYB3基因的表达,表明DfMYB3基因能对GA及ABA处理产生应答。为探究DfMYB3启动子的功能,构建了DfMYB3启动子融合GUS基因的表达载体,并遗传转化烟草。在转基因烟草叶片及茎杆中都检测到了GUS信号,在叶脉处最为显著。     

葡萄F-box基因VvF-box5基因结构与表达分析

F-box蛋白广泛存在于真核生物中,主要参与细胞周期调控、凋亡及多种激素信号转导等过程;近几年发现,F-box蛋白还介导了植物对逆境胁迫的应答响应,对维持植物正常生长发育至关重要。干旱等非生物逆境胁迫严重影响了葡萄正常生长发育和果实品质,克隆并分析干旱响应基因对改良葡萄的抗性有重要意义。本研究根据葡萄干旱转录组分析结果,发现11个F-box基因在干旱胁迫下表达量明显上调;其中,VvF-box5基因位于葡萄第19条染色体上,对干旱胁迫的响应明显高于其他F-box成员;VvF-box5基因含有5个外显子和4个内含子,内含子均含有保守的GT…AG序列;VvF-box5基因包含1824 bp的开放阅读框,编码607个氨基酸,氨基酸序列的N端含有1个保守的F-box结构域,C端包含1个FBD和2个LRR结构域。启动子元件分析表明,VvF-box5基因含有多种逆境应答元件,包括GA响应元件GARE-motif、MeJA响应元件CGTCA-motif、干旱胁迫相关元件ERE、HSE和LTR、光应答顺式作用元件ACE、Box4和Sp1以及与细胞周期调节和发育相关的原件等。实时荧光定量PCR结果显示,在干旱、高盐、ABA和MeJA处理下,VvF-box5基因的表达量明显升高;亚细胞定位结果显示,VvF-box5蛋白主要定位于圆葱表皮细胞的细胞核中;VvF-box5的过表达明显提高了转基因拟南芥在干旱处理下的成活率。另外,本研究利用原核表达系统诱导6×His-VvF-box5融合蛋白的表达,并使用蛋白标记亲和层析柱纯化获得了6×His-VvF-box5融合蛋白,为下一步深入研究VvF-box5的功能鉴定基础。     

茶树CPP转录因子家族的全基因组鉴定及分析

CPP(cysteine-rich polycomb-like protein)转录因子广泛存在于动植物中,是一类成员数目较少的转录因子家族,在调控植物生长发育和响应非生物胁迫中起重要作用。该研究通过对茶树基因组系统的鉴定,获得10个CsCPP转录因子均具有典型的CXC结构域。系统发育分析将CsCPP家族成员分为4类(A^D),且大部分成员与葡萄在进化关系上更为接近。A类和C类成员的CXC结构域分布在蛋白序列的N端,而B类和D类成员分布在C端。茶树组织表达分析表明,CsCPP转录因子在生长活跃的顶芽和嫩叶中普遍高表达,不同组织的表达水平排序为:顶芽和嫩叶>根和茎>成熟叶和果>老叶和花。启动子分析发现了CsCPP家族成员的启动子区域存在大量的ABA和干旱响应元件;干旱处理下,6个CsCPP成员的表达水平均有不同程度上调,其中4个成员在ABA处理后表达迅速上调,表明CsCPP转录因子可能在ABA介导的干旱胁迫响应中起正调控作用;低温处理下,大部分CsCPP成员的表达均有轻微下调,而CsCPP 2和CsCPP 6的表达水平在6 h达到顶峰,表达量均超过2倍。研究结果为进一步发掘茶树CPP转录因子家族的功能奠定了基础。     

茶树GRF基因家族的全基因组鉴定及表达分析

生长调控因子(growth regulating factor,GRF)是植物特有的转录因子家族,在植物生长发育过程中起重要调控作用。该研究利用生物信息学的方法,从茶树基因组中鉴定获得11个CsGRF转录因子家族成员,且均具有完整的特征结构域QLQ和WRC。CsGRF家族成员含有3~6个外显子,基于系统进化关系将CsGRF家族分为6组,且与葡萄及猕猴桃GRF家族的亲缘关系更为接近。不同组织转录组数据分析结果表明,该家族在生长活跃的茶树嫩梢部位高表达。上游启动子区域分析发现大量与植物发育、激素及胁迫响应密切相关的顺式作用元件。荧光定量检测发现,分别有10个和2个CsGRF成员在低温和干旱胁迫处理后呈现显著上调表达,其中CsGRF8和CsGRF11对2种非生物胁迫均有响应;并发现受ABA、MeJA和GA激素处理诱导分别有9个、3个和6个CsGRF基因的表达水平差异显著。研究表明,CsGRF基因家族在茶树生长发育过程及应激反应中起作用,推测CsGRF基因可能通过各种激素信号转导途径参与胁迫响应过程。     

沙棘HrTCP转录因子家族鉴定及其干旱胁迫下的表达分析

TCP家族是植物特有的响应高盐、干旱等非生物胁迫的重要转录因子。该研究基于沙棘转录组数据,利用生物信息学与qRT-PCR对HrTCP转录因子家族进行鉴定,预测其家族成员的结构和功能,为解析TCP转录因子调控沙棘抵御干旱胁迫的作用机制奠定基础。结果表明:(1)获得了11个HrTCP转录因子成员,并命名为HrTCP2/4/7/8/11/13/15/17/18/19/20,编码氨基酸序列长度在218～590之间,蛋白质相对分子量为23.44～61.78 kD;亚细胞定位预测发现,除HrTCP13/17/18蛋白定位于细胞质,其余8个蛋白均定位于细胞核。(2)在干旱(15%PEG-6000)和高盐(200 mmol/L NaCl)胁迫后HrTCP4/7/19/20基因表达量呈不同程度上升趋势,其中HrTCP20表达量极显著高于对照,分别是对照的24倍与23倍。(3)外源激素脱落酸(0.1 mmol/L ABA)和茉莉酸甲酯(0.1 mmol/L MeJA)处理后,HrTCP7/19/20基因表达量也均呈上升趋势,其中,ABA诱导下HrTCP19基因表达量达到最高,是对照的16倍,而MeJA诱导下HrTCP20基因表达量上升最高,是对照的5倍。研究发现,HrTCPs转录因子家族成员可受干旱、高盐和激素诱导表达,进而调控沙棘对干旱胁迫的响应。     

欧美杨水分利用效率相关基因 PdEPF1的克隆及表达

提高植物水分利用效率(WUE)是未来解决我国甚至世界干旱缺水的最重要手段之一。在对植物WUE的众多研究方法中,大多集中在生理手段,但通过分子生物学手段研究其表达调控机制的较少。欧美杨(Populus deltoides×Populus nigra)是中纬度地区最适合种植的短轮伐期工业用材集约经营树种之一。近年来我国引进了许多优良的欧美杨无性系用于营造大面积的速生丰产林并取得很好的经济和社会效益。但高耗水量的缺点限制了其进一步的推广。通过基因芯片技术从欧美杨中找到一个可能调控WUE的基因-PdEPF1.荧光定量表达进一步验证了这一结果。荧光定量表达分析表明该基因受ABA、盐、冷、干旱等胁迫诱导表达。组织特异表达分析说明PdEPF1基因在顶端叶和根中有表达,成熟叶衰老叶中则无表达。克隆到启动子分析表明该启动子含有多种干旱响应元件(drought response elememt),赤霉素响应元件(GA response elememt),低温响应元件(coldresponse elememt),ABA响应元件(ABA response elememt)等逆境相关的作用元件。     

水稻NAM基因家族的全基因组鉴定及表达分析

植物特异性转录因子NAM家族从属于NAC转录因子超家族,在植株生长发育、生理代谢以及应对各种胁迫反应中均发挥重要作用。该研究采用生物信息学方法鉴定水稻基因组中的NAM基因,分析其时空表达模式、亚细胞定位以及蛋白相互作用,并采用实时定量qRT PCR方法分析不同外源激素(如SA、ABA和MeJA)以及非生物胁迫(包括干旱、盐和冷)处理下各NAM基因的表达特征,为进一步探索NAM基因在非生物胁迫中的功能和应激机制以及激素调控途径奠定基础。结果显示：(1)从水稻基因组中共鉴定出48个NAM基因,进化分析将其分为5个亚家族;NAM基因在水稻基因组中存在9对片段复制事件。(2)组织表达分析显示,NAM基因在水稻不同组织及发育时期表现特异性表达,特别是叶鞘、茎和节的生长过程中高表达,且大多数是核定位,并存在多种蛋白互作。(3)实时定量qRT PCR表达分析显示,10个NAM基因在不同组织中均特异表达;大部分NAM基因在盐和干旱胁迫下表达上调,而在冷胁迫下表达降低;SA、ABA和MeJA处理均可显著改变各NAM基因的表达水平。研究表明,NAM基因在水稻生长发育、激素应答和非生物胁迫响应中具有重要作用。     

藜麦CqSAP8基因克隆及其在非生物胁迫下的表达分析

该研究根据NCBI公布的藜麦胁迫相关蛋白(SAP)基因CqSAP8序列进行克隆,利用生物信息学分析CqSAP8蛋白序列、理化性质和结构特点,并采用qRT PCR方法检测CqSAP8基因表达的组织特异性及在非生物胁迫下的相对表达。结果表明：(1)藜麦CqSAP8基因CDS全长528 bp,编码175个氨基酸;预测CqSAP8蛋白分子量为18.73 kD,理论等电点为7.46,属于稳定的亲水性蛋白质;CqSAP8蛋白在N端和C端分别含有A20和AN1保守域,是SAP蛋白最典型的类型。(2)序列比对与进化分析显示,藜麦CqSAP8与甜菜BvSAP8、菠菜SoSAP8亲缘关系最近,序列相似性分别为89.66%和89.47%。(3)qRT PCR分析表明,藜麦CqSAP8基因在根、茎、叶、花和种子中均有表达,且在种子中表达量最高;CqSAP8基因在干旱和高温胁迫12 h表达量达到最大值,分别是对照的13.09和17.47倍,高盐和低温胁迫下的最大表达量均为对照的3.91倍,说明藜麦CqSAP8基因响应多种非生物胁迫应答;另外,藜麦CqSAP8的表达量在ABA胁迫下24 h急剧升高,推测CqSAP8基因在非生物胁迫前期的响应不依赖ABA。该研究为进一步研究CqSAP8基因功能及抗逆分子机制奠定了基础。     

西伯利亚白刺质膜Na+/H+逆向转运蛋白基因NsSOS1的分离及表达分析

采用同源克隆技术分离了西伯利亚白刺(Nitraria sibirica)质膜Na~+/H~+逆向转运蛋白基因NsSOS1,并对其在不同胁迫条件下的表达特性进行了分析。NsSOS1包含3 516bp开放阅读框(ORF),编码1 171个氨基酸,蛋白分子量为128.34kD。生物信息学分析显示,NsSOS1包含12个跨膜结构域,具有植物SOS1蛋白的保守结构域。系统发育分析表明,NsSOS1与其他植物质膜Na~+/H~+逆向转运蛋白处于同一个次级分化群,与锦葵科海滨锦葵KvSOS1亲缘关系较近。实时荧光定量RT-PCR分析显示,NsSOS1基因在西伯利亚白刺的根和叶中表达量较高;其表达受到非生物胁迫(NaCl、低温、干旱)和外源激素(MeJA和GA)的诱导,表明NsSOS1基因在西伯利亚白刺抵御逆境胁迫过程中发挥重要作用。     

Analysis of the essential DNA region for OsEBP-89 promoter in response to methyl jasmonic acid

In rice, the characterization of OsEBP-89 is inducible by various stress-or hormone-stimuli, including ethylene, abscisic acid (ABA), jasmonate acid (JA), drought and cold. Here, we report the investigation of essential DNA region within OsEBP-89 promoter for methyl jasmonic acid (MeJA) induction. PLACE analysis indicates that this promoter sequence contains multiple potential elements in response to various stimuli. First, we fused this promoter with GUS gene and analyzed its expression under MeJA treatment through Agrobacterium infiltration mediating transient expression in tobacco leaves. Our results revealed that this chimeric gene could be inducible by MeJA in tobacco leaves. To further determine the crucial sequences responsible for MeJA induction, we generated a series of deletion promoters which were fused with GUS reporter gene respectively. The results of transient expression of GUS gene driven by these mutant promoters show that the essential region for MeJA induction is positioned in the region between −1200 and −800 in OsEBP-89 promoter containing a G-box (−1127), which is distinct from the essential region containing ERE (−562) for ACC induction. In all, our finding is helpful in understanding the molecular mechanism of OsEBP-89 expression under different stimuli. OsEBP-89, essential DNA region, methyl jasmonic acid, transient assay, promoter, tobacco leaves Contributed equally to this work Supported by the National Basic Research Program of China (Grant No. 2006CB101700) and the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 30671135, 30525034 and 30730060)     

龙眼WOX家族基因鉴定及在体胚发生早期的表达分析北大核心CSCD

为探究龙眼WUSCHEL相关的同源异型盒(WUSCHEL-related homeobox,WOX)家族基因的生物学功能与表达模式,该研究基于龙眼全基因组数据库对DlWOX家族成员进行鉴定与生物信息学分析,并利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术检测验证其在龙眼体胚发生早期三个阶段以及在不同激素处理下的表达模式。结果表明:(1)共筛选出13个龙眼DlWOX家族成员,均为不稳定蛋白;亚细胞定位预测显示DlWOX定位于细胞核与细胞骨架上;进化树分析发现,DlWOX家族分为远古支、中间支和WUS(WUSCHEL基因是WOX家族中最先发现的基因)支。(2)基因结构分析发现,DlWOX内含子数在0~19个之间,其大部分的编码蛋白都含有基序motif1与motif2,部分成员含有特异的基序;DlWOX启动子顺式作用元件包含大量光与激素响应元件。(3)对DlWOX在龙眼不同组织部位及体胚发生早期的表达模式分析发现,该家族部分成员在龙眼叶片中高表达,DlWOX14.1、DlWOX14.2和DlWOX9A在胚性愈伤组织阶段(EC)高表达;qRT-PCR分析显示,大部分龙眼DlWOX家族成员响应茉莉酸甲酯(MeJA)和赤霉素(GA)的调控,除DlWOX6外,其余成员在GA与MeJA处理下均上调表达,其中DlWOX9A在GA和MEJA处理下表达量显著上调。研究发现,龙眼DlWOX9A转录组测序结果与qRT-PCR结果的表达量存在差异并且趋势也不完全相同,推测WOX家族在龙眼的整个体胚发生早期起着重要的作用,尤其是在GE阶段;龙眼DlWOX基因在进化过程中存在高度的保守性,部分DlWOX家族成员可能通过响应GA与MeJA激素在龙眼体胚发生过程中发挥作用。     

丹参抗性基因SmORA1的克隆及诱导表达分析

该研究采用PCR方法从丹参中克隆出一条乙烯应答因子结合蛋白(ERF)转录因子编码基因,命名为SmORA1,GenBank登录号为KT359598。经分析发现该基因全长648bp,不包含内含子,编码206个氨基酸残基。编码蛋白SmORA1含有典型的AP2结合结构域。表达分析结果表明,SmORA1主要在丹参根中表达,且该基因的表达明显受到茉莉酸甲酯(MeJA)、脱落酸(ABA)、乙烯(ET)、机械创伤和病原菌等逆境信号的诱导,但低温和脱水情况下SmORA1表达下调。研究表明,SmORA1参与丹参生物胁迫反应,可整合JA、ABA、ET和病原菌等胁迫信号途径。     

丹参环阿屯醇合酶基因克隆及表达分析

以丹参cDNA为模板,克隆了丹参环阿屯醇合酶(cycloartenol synthase,CAS)基因的cDNA序列(SmCAS),对其序列进行生物信息学分析,并采用实时荧光定量PCR方法研究了该基因在丹参不同器官及不同胁迫处理下的表达模式。结果显示:该基因全长2 346bp,包含2 271bp开放阅读框,编码756个氨基酸。预测其编码蛋白分子量为86.16kD,具有氧化鲨烯环化酶超家族典型的DCTAE结构域和QW结构域。该基因推测的氨基酸序列与人参、田七、积雪草、甘草、拟南芥的相似性分别为83%、84%、83%、81%和80%。SmCAS基因在丹参根、茎、叶、花中均有表达,在花中表达量最高;而且SmCAS基因能够响应ABA、低温和干旱的诱导。