基因表达研究中内参基因的选择与应用

管家基因是一类无组织特异性的,在物种的所有组织细胞中都表达的基因,被广泛用作内参基因来检测目标基因在不同的组织器官、一定的发育阶段或胁迫的环境条件下的表达规律变化。这些管家基因并不是在所有生理条件下都能作为理想内参基因稳定表达。在基因表达转录分析中,大多数普遍使用的内参基因已不能满足准确定量的要求。基于统计学分析软件,如geNorm、BestKeeper和NormFinder三种分析软件,可以筛选出稳定性较好的内参基因。本文综述了内参基因的选择条件、方法及应用。     

珙桐CAC基因的克隆及其作为内参基因的评价

从珙桐(Davidia involucrata Baill.)中克隆到一个编码网格蛋白衔接蛋白复合物(Clathrin adaptor complexes,CAC)的基因,命名为DiCAC(Gen Bank登录号为KX268525)。该基因开放阅读框全长1 317 bp,编码438个氨基酸。同源序列比对与聚类分析表明,该基因与其它15种植物的CAC氨基酸序列的相似度达到94%以上,其中与葡萄CAC的氨基酸序列同源性最高。为评价该基因作为珙桐内参基因的可行性,结合5个珙桐管家基因(ACT7、EF1a、GAPDH、β-TUB、18S rRNA),采用半定量PCR和实时荧光定量PCR对DiCAC基因在珙桐不同组织以及不同发育阶段苞片中的表达稳定性进行分析,并与常见管家基因的稳定性进行比较,结果表明,该基因在珙桐不同组织以及不同发育阶段苞片中均为稳定表达,且表达稳定性优于常见管家基因,可以作为相关基因表达研究中的内参基因。首次克隆到珙桐CAC基因,并且明确了其作为内参基因的可行性,为深入研究珙桐相关基因的表达分析提供了候选内参基因资源。     

花椰菜BobACT基因的克隆及其作为内参基因的研究

实时荧光定量PCR技术是探索植物基因功能和调节机理的有效手段。选择合适的内参基因是获得实时荧光定量PCR准确性数据的必备条件。ACT基因高度保守且表达稳定,常作为内参基因被广泛应用。为了获得花椰菜ACT基因,以转录组测序和RT-PCR方法为手段克隆得到花椰菜肌动蛋白基因Actin。该基因等电点为5.395,理论分子量为41.77 kD;其cDNA开放阅读框长1134 bp,编码氨基酸377个,GenBank登录号为MG598643。Wolf Psort分析发现,BobActin蛋白亚细胞定位于细胞质基质中。Motif Scan分析显示,BobActin蛋白质的氨基酸序列4～377位为Actin保守结构域。进化分析表明,同源序列基因编码的蛋白质与同为十字花科的甘蓝、芜菁和油菜同源蛋白的相似性达到90%以上,具有高度的保守性。在此基础上,设计了1对荧光定量PCR引物,分析显示,该引物具有较高的特异性和扩增效率,在花椰菜根、茎、花、花球、叶片等不同组织和低温、高温、盐处理、干旱处理、ABA处理等胁迫处理下均能稳定表达,适合在花椰菜基因表达研究中作为内参基因,为开展花椰菜重要功能基因的挖掘、表达模式以及调控机理的研究提供参考。花椰菜在内参基因方面的研究还处于初步阶段,今后可继续克隆其他内参基因,丰富花椰菜的内参基因库,从而进一步提高花椰菜基因表达分析研究的稳定性、重复性和准确性。     

微孢子感染东亚飞蝗实时定量PCR内参基因的筛选

【目的】筛选出微孢子Paranosema locustae感染条件下东亚飞蝗Locusta migratoria实时定量PCR最适内参基因。【方法】本研究应用实时荧光定量PCR技术测定东亚飞蝗甘油醛-3-磷酸脱氢酶基因(Glyceralde-hyde-3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)、18s核糖体RNA(18s RNA)、微管蛋白基因(Tubulin,TUB)、肌动蛋白基因(Actin,ACT)和延伸因子1基因(Elongation factor1,EF1)5个候选基因在3个微孢子浓度(1×10~4、1×10~6和1×10~8个孢子/头)感染12 d后的表达稳定性;应用ge Norm、Bestkeeper和Normfinder 3个软件综合分析5个内参基因的稳定性。【结果】ge Norm软件对5个内参基因在不同微孢子虫浓度感染下稳定性分析结果表明:18S基因稳定性最低,平均表达稳定性值M值最高为0.658 4,TUB基因稳定性最高,M值最低为0.278 4。Norm Finder软件分析在不同微孢子虫浓度感染下的5个内参基因的稳定值分别为0.152(EF1)、0.181(ACT)、0.212(TUB)、0.329(GAPDH)和0.395(18S),可知内参基因稳定性顺序为:EF1>ACT>TUB>GAPDH>18S。由Best Keeper软件分析表明5个候选内参基因的SD值均小于1.0,表达均较稳定。根据其变异系数值CV的大小可知,ACT基因最为稳定。【结论】综合3种软件分析结果,在不同微孢子虫浓度感染下,可选择的较为稳定的内参基因ACT、EF1和TUB基因作为相对定量的参照基因。     

应用实时荧光定量PCR技术分析玉米水分胁迫诱导基因的表达模式

应用实时荧光定量PCR(real-time quantitative PCR)技术,研究了玉米中10个水分胁迫诱导基因的相对表达量及表达模式。结果表明,在花丝中,除基因Mads和Grp外,其他8个基因均随干旱胁迫程度加重,相对表达强度增加;在幼穗中,除基因Mads外,其他9个基因均随干旱胁迫程度加重,相对表达强度增加。应用实时荧光定量PCR和宏阵列技术的研究表明,在水分胁迫条件下,基因Arf3、Mads、Trx和F15相对表达量较高,可能在玉米应答水分胁迫过程起更重要的作用。     

副溶血性弧菌毒力基因表达时内参基因的选择

[目的]筛选出合适的内参基因用于分析不同环境条件下副溶血性弧菌毒力基因的表达情况.[方法]本研究以虾样品中、海水样品中、过滤海水样品中以及TSB培养条件下的副溶血性弧菌为材料,利用qRT-PCR技术评价了GAPDH、pvuA、pvsA和rpoS4种常用管家基因在不同条件下的表达稳定性.[结果]4种管家基因均能特异扩增,表达稳定性排列顺序为pvuA(2.906)＞pvsA(3.197)＞GAPDH(3.746)＞rpoS(6.512),进一步通过geNorm软件分析,最终选择两个表达最为稳定的内参基因即pvuA和pvsA,以二者的几何平均值作为参照可更为准确地校正目的基因的表达.[结论]pvuA和pvsA可作为环境样品中副溶血性弧菌毒力基因表达变化研究的内参基因.     

相对定量和绝对定量-以CsSAMDC基因表达分析为例

以无芒隐子草干旱诱导的cDNA文库中获得的SAMDC序列为基础,应用实时荧光定量RT-PCR技术同时结合相对定量和绝对定量方法,以分析无芒隐子草SAMDC基因在不同组织、不同胁迫梯度下的表达为案例,详细介绍并比较相对定量和绝对定量在基因表达方面的应用.分别采集无芒隐子草幼苗自然干旱0,2,4,6,8,10d以及恢复浇水1,4d的叶片和根系材料,相对定量采用2-ΔΔCT.法;以相应基因的质粒扩增产物为标准品制作标准曲线,对定量PCR的引物浓度进行了优化,而后筛选最稳定的内参基因,以内参基因获得的标准化因子对绝对定量数据进行标准化.相对定量2-ΔΔCT法结果显示CsSAMDC基因在干旱胁迫8d后,叶片中的表达量为胁迫前的0.62±0.13倍,根中的表达量为胁迫前的5.93±0.71倍.绝对定量表明,CsSAMDC基因只在胁迫第8d和第10d的根组织中检测到表达量显著增大,胁迫第4～6d和恢复浇水后1～4d,CsSAMDC基因在叶和根组织中的表达较对照降低.相对定量和绝对定量在DsSAMDC基因表达研究中显示相对一致的趋势.     

藜科植物藜和灰绿藜实时荧光定量PCR内参基因的选择

选择合适的内参基因是实时荧光定量PCR(qRT-PCR)研究的关键,目前对藜科耐盐(盐生)植物胁迫相关基因的表达分析中所用内参基因的报道较为有限.该研究利用GeNorm、NormFinder和BestKeeper 3个内参基因分析软件,对已选择过的β-TUBULIN、β-ACTIN、GAPDH 3个常用候选内参基因进行了比较分析,筛选出在NaCl和PEG胁迫下藜和灰绿藜中表达相对稳定的内参基因.结果表明:GeNorm、NormFinder内参软件分析在NaCl和PEG胁迫下,GAPDH是藜和灰绿藜中均共同稳定表达的内参基因,同时在藜和灰绿藜中也有各自表达较稳定的内参基因,β-ACTIN在藜中稳定表达,β-TUBULIN则在灰绿藜中稳定表达.对相同科不同种的植物内参基因表达差异进行比较,内参基因在相同科中具有相同稳定表达的内参;对相同胁迫下两种不同植物内参基因表达稳定性进行分析,内参基因的选择需根据实际的实验材料和实验条件而定.基于3个分析软件对以上3个常用内参基因的分析结果,初步确定了在藜科植物藜和灰绿藜中相对稳定的内参基因,为藜和灰绿藜胁迫相关基因的定量表达分析提供了参考依据.     

实时荧光定量PCR分析中毛果杨内参基因的筛选和验证

实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术具有高灵敏性、高保真性和高特异性, 被广泛应用于基因表达的分析。在数据处理过程中, 选用稳定表达的基因作为内参基因对准确分析实验结果非常关键。以毛果杨(Populus trichocarpa)的不同组织以及锌胁迫下的组培苗为材料, 使用荧光定量PCR方法分析了TUA8、TUB6、ubiquitin、GAPDH、actin、18S rRNA和EF1α 7个看家基因的表达情况。通过geNorm、NormFinder和BestKeeper 3个程序的综合分析, 发现actin、ubiquitin、EF1α和18S rRNA的稳定性较好, 可用作毛果杨基因表达研究的内参基因; 而TUB6在不同组织中稳定性最差; GAPDH在锌胁迫下的组织中稳定性最差, 因此不适宜作为内参基因。毛果杨NAC基因的表达分析, 进一步验证了上述结果。该研究对采用qRT-PCR方法分析毛果杨基因表达过程中内参基因的选择具有指导作用, 同时对揭示NAC基因的功能也有一定的意义。     

成纤维细胞生长因子21的研究进展

以无芒隐子草干旱诱导的cDNA文库中获得的SAMDC序列为基础,应用实时荧光定量RT-PCR技术同时结合相对定量和绝对定量方法,以分析无芒隐子草SAMDC基因在不同组织、不同胁迫梯度下的表达为案例,详细介绍并比较相对定量和绝对定量在基因表达方面的应用。分别采集无芒隐子草幼苗自然干旱0、2、4、6、8、10d以及恢复浇水1、4d的叶片和根系材料,相对定量采用2 -△△CT法;以相应基因的质粒扩增产物为标准品制作标准曲线,对定量PCR的引物浓度进行了优化,而后筛选最稳定的内参基因,以内参基因获得的标准化因子对绝对定量数据进行标准化。相对定量2 -△△CT法结果显示,CsSAMDC基因在干旱胁迫8d后,叶片中的表达量为胁迫前的0.62±0.13倍,根中的表达量为胁迫前的5.93±0.71倍。绝对定量表明,CsSAMDC基因只在胁迫第8d和第10d的根组织中检测到表达量显著增大,胁迫第4～6d和恢复浇水后1～4d,CsSAMDC基因在叶和根组织中的表达较对照降低。相对定量和绝对定量在CsSAMDC基因表达研究中显示相对一致的趋势。     

Selection of Stable Reference Genes for Quantitative Real-Time PCR on <i>Paeonia ostii</i> T. Hong et J. X. Zhang Leaves Exposed to Different Drought Stress Conditions

The definition of relatively stable expressed internal reference genes is essential in both traditional blotting quantification and as a modern data quantitative strategy. Appropriate internal reference genes can accurately standardize the expression abundance of target genes to avoid serious experimental errors. In this study, the expression profiles of ten candidate genes, ACT1, ACT2, GAPDH, eIF1, eIF2, α-TUB, β-TUB, TBP, RNA Pol II and RP II, were calculated for a suitable reference gene selection in Paeonia ostii T. Hong et J. X. Zhang leaves under various drought stress conditions. Data were processed by the four regularly used evaluation software. A comprehensive analysis revealed that RNA Pol II was the most stable gene and eIF2 was the least stable one. In addition, the geNorm program provided the optimal choice of two reference gene combination, RNA Pol II and β-TUB, for qRT-PCR normalization in P. ostii subjected to different drought stress levels. Our research provided convenience for gene expression analysis in P. ostii under drought stress and promoted research of effective methods to alleviate P. ostii drought stress in the future.     

Proteomic analysis of rice leaf sheath during drought stress

Drought is one of the most severe limitations on the productivity of rainfed lowland and upland rice. To investigate the initial response of rice to drought stress, changes in protein expression were analyzed using a proteomic approach. Two-week-old rice seedlings were exposed to drought conditions from 2 to 6 days, and proteins were extracted from leaf sheaths, separated by two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis and stained with Coomassie brilliant blue. After drought stress for 2 to 6 days, 10 proteins increased in abundance and the level of 2 proteins decreased. The functional categories of these proteins were identified as defense, energy, metabolism, cell structure, and signal transduction. In addition to drought stress, accumulations of protein were analyzed under several different stress conditions. The levels of an actin depolymerizing factor, a light harvesting complex chain II, a superoxidase dismutase and a salt-induced protein were changed by drought and osmotic stresses, but not cold or salt stresses, or abscisic acid treatment. The effect of drought stress on protein in the leaf sheaths of drought-tolerant rice cultivar was also analyzed. The light harvesting complex chain II and the actin depolymerizing factor were present at high levels in a drought-tolerant rice cultivar before stress application. With drought stress, actin depolymerizing factor was expressed in leaf blades, leaf sheaths, and roots. These results suggest that actin depolymerizing factor is one of the target proteins induced by drought stress.     

Differential quantitative regulation of specific gene groups and pathways under drought stress in rice

Abiotic stresses like drought are detrimental for growth and development and lead to loss in crop production. To be able to adapt and survive under such adverse conditions, synchronous regulation of a rather large number of genes is required. Here, we have used a bioinformatics approach to identify gene groups and associated pathways from microarray and RNA-seq experiments that are restricted in their gene expression amplitude within fold change intervals (FCI) under drought stress conditions. We find that the expression of genes as functional groups is coordinated quantitatively, in a fold change specific manner, and differs among three rice cultivars distinct in their drought stress response. By networking these groups and further categorization into components like ubiquitin proteasome system, we identify relatively less studied E2 ubiquitin conjugating enzyme coding genes as an important constituent of differential drought stress response in rice. By extending this approach to find hexamer DNA motifs in the upstream promoter regions of genes within the FCIs under stress, we find that genes with strong to very strong or a moderate expression under stress are coordinated through cis-regulatory motifs. Few of these, such as TSO1, L-Box, PE1, GT binding site, ABRE/G-box or AP2/ERF binding site can be candidate cis-regulatory motifs to coordinate fold change limited gene expression under drought stress. This work thus provides an insight into a quantitative regulation of gene expression under drought stress in rice and a useful resource for designing approaches towards coordinating the expression of identified candidate genes under stress in order to achieve drought tolerance in rice.     

五龄飞蝗不同发育时间实时定量PCR内参基因的筛选

【目的】筛选5龄飞蝗不同发育时间的最适内参基因,为相关研究提供基础数据。【方法】本文选取β-肌动蛋白(β-actin)、延长因子(EF-1α)、3-磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH)、核糖体蛋白49(RP49)、α-微管蛋白(α-Tubulin)和18S核糖体RNA(18S rRNA)基因作为候选内参基因,运用实时定量PCR(qPCR)方法研究各基因在5龄飞蝗不同发育时间的相对表达量,用geNorm与Normfmder软件分析这6个基因表达稳定性。【结果】geNorm分析结果显示6个内参基因表达稳定度M值顺序为:β-actin(0.3720)>RP49(0.3750)>α-Tubulin(0.4030)>18S rRNA(0.4270)>EF-1α(0.4970)>GAPDH(0.6040)。M值越小表示基因表达稳定度越高,同时geNorm软件以标准化因子配对差异值(Pairwise variations)0.15默认为取舍值,由于V2/3=0.098<0.15,所以最适内参基因数目为2个。运用NormFinder软件也得出相似的结果。【结论】β-actin与RP49为5龄飞蝗不同发育时间的最适内参基因。