三角褐指藻八氢番茄红素脱氢酶1-2基因启动子克隆和表达分析

八氢番茄红素脱氢酶(phytoene desaturase, PDS)是类胡萝卜素合成的关键酶，在光合生物的类胡萝卜素代谢调控中发挥了重要的作用。本研究根据三角褐指藻基因组数据库，克隆三角褐指藻PDS1和PDS2基因启动子序列，采用启动子缺失技术研究启动子活性，利用Plant CARE预测三角褐指藻PDS1和PDS2启动子顺式作用元件，采用qRT-PCR技术检测三角褐指藻PDS1和PDS2基因在不同胁迫下的相对表达量。结果表明，三角褐指藻PDS1和PDS2基因启动子全长分别为2 000 bp和920 bp,不同长度的5′端缺失后启动子均能驱动绿色荧光蛋白表达，具有较强启动子活性。Plant CARE分析结果表明，三角褐指藻PDS1和PDS2基因启动子中均含有与光照和植物激素响应有关的顺式作用元件。光照和植物激素胁迫处理结果表明，三角褐指藻PDS1基因受光合诱导因子(photosynthetic induction factor, PIF)的诱导表达，但在其他因子处理下表达均显著下降(P<0.05)或无显著性差异。三角褐指藻PDS2基因在PIF、红光、茉莉酸甲酯、乙酰水杨酸和脱落酸...     

滇牡丹1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶(DXS)基因的克隆及功能分析

1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶(DXS),作为MEP途径的第一个关键酶,在植物萜类合成中起着重要作用。为了克隆得到滇牡丹DXS基因,我们根据滇牡丹根皮转录组数据分析结果,首先获得滇牡丹DXS基因片段。之后根据获得的该片段设计特异引物,再利用RACE和RT-PCR技术从滇牡丹根皮中获得完整的DXS基因(Pd DXS)。Pd DXS基因全长为3 137 bp,全长基因中含有一个长度为2 151 bp的开放阅读框(ORF),该开放阅读框编码了717个氨基酸,根据开放阅读框序列推导所得蛋白序列绘制分子进化树,分子进化树将该基因推断所得蛋白与葡萄DXS蛋白聚为一类,因此,两者的DXS蛋白有较高相似性。经过氨基酸序列比对后,推断滇牡丹DXS具有叶绿体转运肽,二磷酸硫胺结合位点以及转酮醇酶结构域。半定量RT-PCR结果显示Pd DXS在根、茎、叶、花芽及花瓣中均有表达。本研究为确定滇牡丹中DXS的基因功能以及揭示滇牡丹中萜类化合物的生物合成提供了理论基础。     

东方百合‘演员’DXS基因的克隆与表达分析

以东方百合‘演员’花瓣为试验材料,采用RACE技术,克隆得到百合1-脱氧木酮糖-5-磷酸合成酶基因DXS的cDNA全长,命名为LeDXS(GenBank登录号为MF576067)。序列分析表明,LeDXS基因cDNA序列全长2 471bp,其中开放阅读框包含2 142bp,编码713个氨基酸,相对分子量大小约为76.3kD,等电点为6.65,化学式为C_(3370)H_(5374)N_(942)O_(1016)S_(32)。系统进化分析结果显示,LeDXS与猕猴桃和万寿菊DXS聚为一类,属于Ⅰ型DXS,是功能较保守的一类。实时荧光定量PCR结果分析表明,LeDXS基因在不同品种百合花瓣中均有表达,且浓香型百合DXS基因表达量比淡香型和无香型百合高。该研究结果为百合DXS生物学功能研究奠定了基础,同时也为百合花香育种提供了理论依据。     

光强对两种硅藻光合作用、碳酸酐酶和RubisCO活性的影响

为研究海洋浮游硅藻光合固碳能力与光强的关系, 以三角褐指藻和威氏海链藻为实验材料, 测定了不同光强培养下三角褐指藻和威氏海链藻生长、光合特性、碳酸酐酶和核酮糖-1, 5-二磷酸羧化/氧化酶活性(RubisCO)的变化, 结果显示高光强促进两种硅藻的生长, 但对威氏海链藻的影响更明显。高光强导致两种硅藻叶绿素a、c含量、光系统Ⅱ的最大光化学效率和实际光化学效率明显下降, 非光化学淬灭系数明显升高, 但对光化学淬灭系数并没有明显影响。在高光下威氏海链藻和三角褐指藻胞内外碳酸酐酶活性明显升高。在高光强下培养的威氏海链藻RubisCO活性明显高于低光下培养, 但三角褐指藻正好相反, 不管高光还是低光培养威氏海链藻RubisCO活性始终高于三角褐指藻。以上结果表明不同硅藻对光强变化的响应存在差异, 它们可以通过调节光合生理特征、光合固碳关键酶和CO2供应以适应光强的变化。       

斜带石斑鱼2种胰脂肪酶基因全长cDNA序列的克隆与分析

利用RT-PCR和RACE方法克隆得到斜带石斑鱼（Epinephelus coioides）肝胰脏中胆盐活化的胰脂肪酶(bile salt-activated lipase,BSAL)和依赖于辅酶的胰脂肪酶(colipase-dependent pancreatic lipase,PL)基因的全长cDNA序列.BSAL基因全长cDNA序列1 796 bp,编码558个氨基酸,该蛋白序列含有BSAL的全部特征结构区,与其他脊椎动物BSAL的氨基酸序列同源性为49.9%～57.3%.PL基因的全长cDNA序列1 503bp,编码465个氨基酸,该蛋白序列含有PL全部的特征结构区,与其它脊椎动物PL的氨基酸同源性为49.1%～73.9%.系统树分析表明,斜带石斑鱼BSAL和PL与其它物种BSAL、PL和胰脂肪酶相关蛋白(PL-RP)聚于进化树的两个不同分支,属于2种不同的胰脂肪酶.结果证实,在同一鱼类体内也存在BSAL和PL两种胰脂肪酶基因.     

水蕨(Ceratopteris thalictroides)查尔酮合成酶基因的克隆和表达

查尔酮合酶(chalcone synthase, CHS)是植物类黄酮化合物合成的关键酶,有关蕨类植物CHS基因的序列及功能信息尚不完善。本研究采用快速扩增cDNA末端(RACE)技术克隆获得了模式蕨类植物——水蕨(Ceratopteris thalictroides)CtCHS基因(GenBank登录号:JX027616.1),其cDNA序列全长为1616 bp,具有3个外显子和2个内含子,开放阅读框(ORF)为1215 bp,编码404个氨基酸。进化树分析表明,CtCHS与问荆(Equisetum arvense)、松叶蕨(Psilotum nudum)和3种薄囊蕨的查尔酮合成酶基因聚为一枝,说明这些蕨类植物亲缘关系较近且为单系起源。通过构建原核表达体系成功获得CtCHS蛋白的多克隆抗体并用于免疫印迹分析,结果表明CtCHS基因的表达明显受紫外光(UV)诱导。CtCHS基因的克隆与表达分析为进一步研究水蕨类黄酮化合物的合成及其调控机制提供了依据。     

cDNA文库与RACE方法结合克隆一个马铃薯病程相关蛋白基因cDNA

为克隆马铃薯晚疫病抗性相关基因,深入研究马铃薯晚疫病抗性机制,应用SMART LD—PCR技术,以晚疫病菌混合小种诱导48h的水平抗性马铃薯(Solanum tuberosum L．)(R—gene—free)叶片为材料,构建了一个富集晚疫病抗性相关基因的cDNA文库。为提高克隆全长cDNA的效率,将cDNA文库与RACE技术结合,依据本实验室得到的病原诱导表达片段测序结果,在其内部设计两个特异引物,与文库载体臂上的通用引物配对,以文库噬菌体DNA为模板,用高保真PCR分别扩增出cDNA5′端与3′端,从而简便、快捷地得到全长cDNA序列。采用此方法,在马铃薯中克隆了一个受晚疫病菌诱导表达的cDNA,该cDNA长904bp,5′端有29bp的非翻译区,3′端具有完整的polyA尾,包含一个678bp的完整开放阅读框架,编码226个氨基酸(GenBank登录号：AY 185207)。BLAST检索发现其氨基酸序列与烟草一个新的病程相关蛋白基因NtPRp27具有90％的同源性,在马铃薯中尚未发现与之同源的已知基因。Northern杂交结果表明,水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、机械伤害和渗透胁迫都能诱导该基因表达。该基因可能是马铃薯一个新的病程相关蛋白基因。     

小鼠金属硫蛋白在聚胞藻中的金属诱导表达与纯化

应用蓝藻类金属硫蛋白基因启动子(smt O-P)的金属诱导性,在单细胞的聚胞藻PCC 6803中表达小鼠金属硫蛋白结构基因(mMT-1 cDNA)。在大肠杆菌HB 101中构建含有smt O-P和mMT1 cDNA的穿梭表达载体pKT-MRE,经质粒转移,链霉素筛选,Southern和Western杂交分析鉴定得稳定的转基因工程藻落。同时,做小批量锌诱导表达,并纯化了外源蛋白,5L培养液含鲜藻重5.0g,得到3.5mg mMT-1;转基因藻在高金属浓度下的耐受性测定表明,外源基因的表达提高了蓝藻对金属离子的抗性,约为野生藻的2倍。     

三角褐指藻△5-脂肪酸脱氢酶基因的克隆及在酿酒酵母中的表达

△5-脂肪酸脱氢酶是合成花生四烯酸的关键酶.根据已报道的△5-脂肪酸脱氢酶基因设计引物,分别从三角褐指藻基因组DNA和总cDNA中扩增得到1520 bp和1410 bp的特异片段,序列分析结果显示,结构基因中含有一个大小为110 bp的内含子,这是国内外首次报道.将△5-脂肪酸脱氢酶基因亚克隆到大肠杆菌和酿酒酵母的穿梭表达载体pYES2.0中,在大肠杆菌中筛选到含有目的片段的重组质粒pYPTD5,用电击转化的方法将重组质粒pYPTD5转化到营养缺陷型酿酒酵母菌株INVSc1中,在缺省培养基中筛选得到酿酒酵母转化菌株YPTD5,在合适的培养条件下,添加外源底物双高γ-亚麻酸和诱导物半乳糖,培养并收集菌体.通过脂肪酸甲酯气相色谱分析,表明三角褐指藻△5-脂肪酸脱氢酶基因在酿酒酵母中获得了高效的表达,将双高γ-亚麻酸转化为花生四烯酸,其底物转化率达到了45.9%.     

三角褐指藻D5-脂肪酸脱氢酶基因的克隆及在酿酒酵母中的表达

D5-脂肪酸脱氢酶是合成花生四烯酸的关键酶。根据已报道的D 5-脂肪酸脱氢酶基因设计引物, 分别从三角褐指藻基因组DNA和总cDNA中扩增得到1520 bp和1410 bp的特异片段, 序列分析结果显示, 结构基因中含有一个大小为110 bp的内含子, 这是国内外首次报道。将D5-脂肪酸脱氢酶基因亚克隆到大肠杆菌和酿酒酵母的穿梭表达载体pYES2.0中, 在大肠杆菌中筛选到含有目的片段的重组质粒pYPTD5, 用电击转化的方法将重组质粒pYPTD5转化到营养缺陷型酿酒酵母菌株INVSc1中, 在缺省培养基中筛选得到酿酒酵母转化菌株YPTD5。在合适的培养条件下, 添加外源底物双高g-亚麻酸和诱导物半乳糖, 培养并收集菌体。通过脂肪酸甲酯气相色谱分析, 表明三角褐指藻D5-脂肪酸脱氢酶基因在酿酒酵母中获得了高效的表达, 将双高g-亚麻酸转化为花生四烯酸, 其底物转化率达到了45.9%。     

光强调控三角褐指藻对海洋酸化的生理学响应

光和海洋酸化(CO₂浓度升高)分别对海洋硅藻的光合能力具有不同程度的影响, 但两者的耦合响应被较少关注。研究以三角褐指藻作为实验材料, 测定了不同光强下CO₂浓度升高对三角褐指藻的生长、净光合速率、生化组分、胞外碳酸酐酶(eCA)活性和核酮糖-1,5-二磷酸羧化/氧化酶(Rubisco)活性的影响。结果显示在低光下, CO₂浓度对三角褐指藻的生长和净光合速率(P_n)并没有显著影响, 而在高光下, 具有明显的影响。无论是在高光或是低光下, eCA活性、叶绿素和可溶性蛋白的含量都随着CO₂浓度的升高而降低。在低光下, 高浓度CO₂ (HC)培养下的Rubisco活性分别是低浓度CO₂ (LC)和中浓度CO₂ (MC)的2.42和1.39倍, 而在高光下, HC培养下的Rubisco活性分别是LC和MC的6.72和3.45倍。以上结果表明硅藻能够通过调节光合生理特征和CCM运行中能量的分配来适应环境中光强和CO₂浓度的变化。     

多次补氮和增强蓝光促进三角褐指藻积累岩藻黄素

本研究旨在优化多次补氮和增强蓝光模式，以促进光发酵三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)积累岩藻黄素。结果表明，在摇瓶中将含有胰蛋白胨和尿素的混合氮源(1:1,Nmol/Nmol；总氮浓度为0.02 mol/L)分6次加入培养系统是最佳的多次补氮模式；在5 L发酵罐中实施两阶段调光模式培养，在第二阶段增强蓝光(R:G:B=67.1:16.7:16.3)后，细胞密度、生物量生产率以及岩藻黄素的含量、产量和生产率分别达到1.12×108cells/mL、330mg/(d·L)、19.62mg/g、69.71mg/L和6.97mg/(d·L)。与红蓝光(R:G:B=70.9:18.3:10.9)下分6次补氮的一阶段培养相比，岩藻黄素含量显著提高了7.68%(P<0.05)，但生产率无显著差异(P>0.05)；与红蓝光(R:G:B=70.9:18.3:10.9)下一次性加入氮源的一阶段培养相比，岩藻黄素含量和生产率显著提高了45.98%和48.30%(P<0.05)。因此，本研究开发的多次补氮和增强蓝光的两阶段培养模式，有效促进了岩藻黄素积累、提高了...     

三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)通用转化载体的构建

三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)是开展微藻生物柴油研究的理想材料。克隆了内源fcp基因簇的多个调控序列(启动子、终止子),构建了包括fcpB启动子-bar基因-fcpA终止子、以及fcpA启动子-多克隆位点(MCS)-fcpA终止子两个表达盒的通用转化载体pfcpA-MCS/fcpB-Bar,其特征是以bar基因作为选择标记,MCS区方便插入一至多个目的基因。新载体可用于三角褐指藻的重组蛋白表达、或油脂代谢相关基因的功能验证和代谢调控研究。     

The monomeric photosystem I-complex of the diatom Phaeodactylum tricornutum binds specific fucoxanthin chlorophyll proteins (FCPs) as light-harvesting complexes

A photosystem I (PSI)-fucoxanthin chlorophyll protein (FCP) complex with a chlorophyll a/P700 ratio of approximately 200:1 was isolated from the diatom Phaeodactylum tricornutum. Spectroscopic analysis proved that the more tightly bound FCP functions as a light-harvesting complex, actively transferring light energy from its accessory pigments chlorophyll c and fucoxanthin to the PSI core. Using an antibody against all FCP polypeptides of Cyclotella cryptica it could be shown that the polypeptides of the major FCP fraction differ from the FCPs found in the PSI fraction. Since these FCPs are tightly bound to PSI, active in energy transfer, and not found in the main FCP fraction, we suppose them to be PSI specific. Blue Native-PAGE, gel filtration and first electron microscopy studies of the PSI-FCP sample revealed a monomeric complex comparable in size and shape to the PSI-LHCI complex of green algae.     

三角褐指藻岩藻黄素-叶绿素蛋白复合体的分离纯化和功能研究

通过改进硅藻主要捕光天线(FCP)的分离和提取方法, 得到高纯度、高均一性的三角褐指藻FCP蛋白,并通过电泳、液相色谱、质谱和吸收荧光光谱学等手段研究三角褐指藻FCP的氨基酸序列、色素组成和捕光特点等, 初步预测三角褐指藻的结构和功能特点。结果表明三角褐指藻FCP含有198个氨基酸, 与高等植物LHCII的序列Identity约为24%。三维结构预测显示FCP具有与LHCII相似的三次跨膜螺旋框架结构, 但跨膜螺旋较短, 且无膜表面螺旋结构。FCP中主要结合了叶绿素a、叶绿素c、岩藻黄素, 不含叶绿素b, Chl. a/c为3.0。光谱学分析表明岩藻黄素可以在水下弱光环境中有效地捕获绿光, 并高效地传递至叶绿素。而岩藻黄素在400-500 nm区域吸收的光能, 向叶绿素传递效率较低, 预示着岩藻黄素在强光下也有一定的光保护功能。FCP中有4个叶绿素结合的保守氨基酸位点, 可能是其叶绿素结合位置, 但岩藻黄素的结合位置因其结构和结合位点的变化而无法预测。研究为进一步探索FCP的结构和功能特性奠定了基础。     

Enrichment of the light-harvesting complex in diadinoxanthin and implications for the nonphotochemical fluorescence quenching in diatoms

The pigment composition of diatoms differs from that of green algae and plants. Diatoms contain chlorophyll (Chl(1)) c, fucoxanthin, and diadinoxanthin (DD). An intermittent light regime during growth induced a large increase in the DD content in the marine planktonic diatom Phaeodactylum tricornutum. Light-harvesting complex containing fucoxanthin (LHCF) subunits were purified on a sucrose gradient after treatment of thylakoid membranes with a mild detergent. DD was found in all the LHCF fractions: a "major" composite LHCF fraction and the two fractions where some LHCF was associated with photosystem centers. For cells enriched in DD, most of the additional DD molecules were bound to the major LHCF fraction. The DD enrichment of the major LHCF fraction was accompanied by a decrease in the fucoxanthin to Chl a ratio. Either some fucoxanthin molecules were replaced by DD or there could be a relative enrichment of subunits rich in DD at the expense of fucoxanthin/Chl c rich subunits. Under high light illumination, a higher degree of de-epoxidation of DD into DT was observed for the major LHCF of cells enriched in DD. This fraction has the higher DD content and the higher degree of de-epoxidation. These results show that the distal antennae, probably mostly isolated as the major LHCF fraction, play a crucial role in the formation of NPQ, its amplitude depending on the amount of DD bound and on the degree of de-epoxidation (Lavaud et al. (2002) Plant Physiol. 129, 1398-1406).     

Cd2+对三角褐指藻生长及尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因表达调控的影响

为了探究Cd2+对三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)生长及尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(UDP-glucose pyrophosphorylase, UGPase)基因表达调控的影响, 研究以不同浓度Cd2+处理三角褐指藻, 测定其生长、叶绿素荧光参数、UGP基因转录水平、UGPase活性和金藻昆布多糖含量等指标。结果表明: 低浓度(0.1 μmol/L)Cd2+促进三角褐指藻生长, UGP基因转录水平、UGPase活性和金藻昆布多糖含量分别比对照组提高了100.65%、11.99%和9.77%;而高浓度Cd2+处理组(2和5 μmol/L)各指标均显著降低, UGP基因转录水平较对照组分别下调了50.31%和60.47%, UGPase活性降低56.27%和66.72%, 金藻昆布多糖含量减少42.41%和47.30%。研究首次探究了Cd2+对三角褐指藻UGP基因表达的影响, 表明低浓度Cd2+促进三角褐指藻生长, 上调UGP基因表达, 提高金藻昆布多糖含量, 为Cd2+调控UGP基因的表达提供理论指导。     

解淀粉芽孢杆菌对三角褐指藻的化感作用研究

实验研究不同剂量(100、500和1000μL)的解淀粉芽孢杆菌菌液、解淀粉芽孢杆菌代谢产物和解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)及代谢产物混合液3种组合对三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)生长的影响.结果表明,解淀粉芽孢杆菌、其代谢产物和两种的混合液对三...     

EVIDENCE FOR A COMMON EVOLUTIONARY ORIGIN OF LIGHT-HARVESTING FUCOXANTHIN CHLOROPHYLL a/c-PROTEIN COMPLEXES OF PAVLOVA GYRANS (PRYMNESIOPHYCEAE) AND PHAEODACTYLUM TRICORNUTUM (BACILLARIOPHYCEAE)1

A fucoxanthin-chlorophyll a/c-protein complex has been isolated from the prymnesiophyte Pavlova gyrans. Thylakoid membranes were treated with the mild anionic detergent sodium taurodeoxycholate followed by sucrose density gradient centrifugation. The brown fraction produced by this procedure was treated with Triton X-100 followed by a second sucrose density gradient centrifugation. A brown fraction isolated from this gradient was shown to be a light-harvesting complex nearly identical to that which is present in the diatom Phaeodactylum tricornutum. The complexes from the two organisms have nearly identical absorption and flourescence spectra, both complexes contain fucoxanthin and two other carotenoids, both contain four polypeptides of similar molecular weights, and polypeptides from both complexes cross react with antibodies raised to polypeptides of the Phaeodactylum tricornutum complex. Results suggest a common evolutionary origin for these light-harvesting complexes, in apparent contrast to the great differences in cell structure between prymnesiophytes and diatoms.     

Research note: High efficiency transformation of the diatom Phaeodactylum tricornutum with a promoter from the diatom Cylindrotheca fusiformis

A high efficiency transformation system was established for the pennate diatom Phaeodactylum tricornutum Bohlin using a plasmid containing fucoxanthin chlorophyll a/c binding protein ( fcp ) promoter/terminator and nitrate reductase ( NR ) promoter/terminator that are derived from the pennate diatom Cylindrotheca fusiformis . The plasmid that contains the zeocin resistance gene ( ble ) with the fcp promoter and enhanced green fluorescent protein gene ( egfp ) with the NR promoter was introduced into P. tricornutum using microparticle bombardment. Transformants (650 ± 58 per 10⁸ cells) were obtained. The yield of transformants was between 1.5 and 130 times higher than previously reported P. tricornutum transformation systems. Four to seven copies of the ble gene were integrated into genomic DNA of the transformants. This high efficiency transformation system of P. tricornutum is expected to provide a powerful tool for high-throughput analysis of gene function using homologous recombination or RNAi.