秋石斛钙依赖蛋白激酶基因的克隆及表达分析

钙依赖蛋白激酶(calcium dependent protein kinase,CDPK)在植物的生长发育及逆境胁迫方面发挥着重要作用。该研究以秋石斛品种‘水芙蓉’为试验材料,采用 RT PCR方法克隆钙依赖蛋白激酶基因,并对其进行生物信息学分析;采用qRT PCR方法对CDPKs基因在‘水芙蓉’不同组织及不同低温胁迫下的表达情况进行分析,为秋石斛CDPK基因的功能验证以及抗寒分子机制研究奠定基础。结果表明：(1)成功克隆获得了DenCDPK1(GenBank登录号为MZ322902)、DenCDPK2(GenBank登录号为MZ322903)、DenCDPK3(GenBank登录号为MZ322904)基因,序列长度依次为1 934、1 971和2 302 bp,分别编码534、541和536个氨基酸。 (2)序列一致性结果显示,DenCDPKs蛋白质与铁皮石斛相应CDPK蛋白质序列的一致性均高于97%,且DenCDPKs均存在STKc_CAMK结构域和4个EF hand结构域。(3)qRT PCR分析显示,DenCDPK1、DenCDPK2和DenCDPK3基因均在叶中高表达,分别在茎、花、茎中低表达;且‘水芙蓉’叶片中DenCDPK1和DenCDPK2的表达量高于其他3个供试品种;经8 ℃胁迫12 h后,叶片中DenCDPKs的表达量均显著高于对照组(25 ℃条件下),且DenCDPK3的表达量在0 ℃胁迫12 h时达到最高值。(4)常温(25 ℃)下‘水芙蓉’叶片中的相对电导率显著低于其他3个供试品种;经低温(8 ℃、0 ℃)胁迫12 h后,叶片中的相对电导率均显著高于对照组,且随温度的降低呈上升趋势。研究认为,DenCDPKs基因可能参与秋石斛低温胁迫的响应过程,特别是DenCDPK2可能在秋石斛抗寒过程中发挥着重要作用。     

地黄GGPPS1基因克隆及表达分析

以地黄为材料,通过分析地黄转录组数据,设计特异性引物,克隆了地黄牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶（geranylgeranyl pyrophosphate synthase,GGPPS）基因的cDNA序列,命名为RgGGPPS1,GenBank登录号为KU258808。同时在生物信息学分析的基础上,进行原核表达、纯化以及组织特异性表达分析。结果显示：（1）RgGGPPS1基因开放阅读框为987 bp,编码328个氨基酸。（2）生物信息学分析结果显示,RgGGPPS1蛋白含有2个富含天冬氨酸的基序(DDXXXXDD和DDXXD),与芝麻等双子叶植物中的GGPPS蛋白相似性较高。（3）利用构建的原核表达载体pET 32a RgGGPPS1在大肠杆菌BL21(DE3)菌株中成功表达RgGGPPS1重组蛋白,采用Ni²⁺亲和层析得到了纯化的RgGGPPS1重组蛋白。（4）荧光定量PCR结果显示,RgGGPPS1基因在根中表达量最高,叶、茎中表达量较低。研究结果为进一步研究RgGGPPS1基因在地黄环烯醚萜苷生物合成途径中的功能奠定了基础。     

花生铝响应类受体蛋白激酶AhPRK4的原核表达分析

花粉类受体蛋白激酶(pollen receptor-like protein kinase,PRK)是一类富含LRR结构域的类受体蛋白激酶,不仅在花粉发育和植物受精中发挥作用,也在胁迫响应中发挥作用。基于对前期花生根尖铝胁迫转录组数据的分析,我们发现了在转录水平响应铝胁迫的花粉类受体蛋白激酶基因AhPRK4,为探究AhPRK4在花生铝胁迫中的功能,该文进一步分析了铝胁迫处理下AhPRK4在花生耐铝品种‘99-1507''和铝敏感品种‘中花2号''(‘ZH2'')根尖中的转录变化,通过序列分析、进化树构建等分析了AhPRK4蛋白的结构特点和亲缘关系,克隆了AhPRK4的胞内域序列(AhPRK4-CD),并通过原核表达和体外磷酸化体系分析了AhPRK4-CD的自磷酸化活性。结果表明:(1)不同铝处理时间及不同铝浓度处理后,AhPRK4的转录水平上调,显著响应铝处理,是铝诱导基因;(2)AhPRK4含有673个氨基酸,属于LRR-III蛋白激酶家族成员,具跨膜域和信号肽,且预测具有磷酸化活性位点;(3)体外诱导表达出约71 kD的可溶性蛋白(GST-AhPRK4-CD),经凝胶亲和层析纯化,得到基于蛋白印迹实验(Western Blot)验证正确的重组蛋白,重组蛋白可发生磷酸化修饰,但无明显的自磷酸化现象。综上认为,AhPRK4是一个铝胁迫应答基因,参与花生铝胁迫早期应答机制,且能发生磷酸化修饰。     

马尾松HDR基因克隆及其对旱与盐胁迫的响应

干旱和土地盐渍化是制约林业可持续发展的重要因素,植物在遭受生物或非生物胁迫时,会在叶片释放萜类等挥发性物质。1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-焦磷酸还原酶(HDR)是MEP途径的末端活性酶,具有提供前体萜类物质和主要限速作用。为探究马尾松HDR基因是否参与干旱和盐胁迫条件下的胁迫响应,该研究克隆了马尾松HDR基因开放阅读框,并初步分析了其生物信息、组织特异性表达水平和初步功能。结果表明:(1)PmHDR基因编码区长度为1 458 bp,编码485个氨基酸,其编码蛋白包含LytB/IspH基因超家族的核心序列和PLN02821多功能结构域,属于HDR家族。(2)PmHDR密码子使用偏好性较弱,偏好使用A/U结尾的密码子,烟草、拟南芥与酿酒酵母更适合作为其异源表达受体。(3)qRT-PCR结果显示,PmHDR基因在马尾松老叶中表达量最高,其次为幼叶、幼茎和老茎,在根中表达量最低。(4)构建基因表达载体pBI121-PmHDR并转化拟南芥,转基因拟南芥对干旱和盐胁迫表现出更强的抗逆性。以上研究结果表明PmHDR参与了植物干旱和盐胁迫的响应和调节,并为马尾松抗逆育种提供了一定的理论支持。     

当归延伸因子AsEF 1β基因的克隆及胁迫应答分析

延伸因子1β(EF 1β)是蛋白质生物合成过程中肽链延长必需的调节因子之一。该研究采用同源克隆和RACE扩增技术克隆当归EF 1β基因序列,分析该基因序列特征、蛋白结构特点及UV B辐射胁迫下的组织响应表达,以揭示当归栽培生境变迁过程中对UV B胁迫适应的分子机制。结果显示：(1)成功克隆获得当归EF 1β基因全长序列(950 bp),编码225个氨基酸,命名为AsEF 1β(GenBank登录号：MG736314);AsEF 1β蛋白的分子量为24.5 kD,理论等电点为4.48,属亲水性氨基酸,在其C末端具有一个EF 1B超蛋白家族的典型结构域和保守区,鸟嘌呤核苷酸交换结构域;其氨基酸序列与同为伞形科的胡萝卜氨基酸序列相似性最高,达93%。(2)qRT PCR分析结果显示,AsEF 1β基因在当归根部的表达量显著高于茎和叶(P<0.05);UV B辐射胁迫下,茎及叶中的表达量均上调,分别是自然光照处理的2.43和3.76倍。研究表明,AsEF 1β基因可能参与当归对UV B辐射胁迫的适应过程,为深入研究其在药用植物生长发育、逆境抗性形成及药效物质的生物合成代谢过程的生态调控奠定了基础。     

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。     

牵牛胁迫应答基因PnLOG2的克隆及功能验证

RING型E3泛素连接酶在植物应答非生物胁迫过程中发挥着重要功能。该研究从圆叶牵牛中克隆出RING型E3泛素连接酶基因PnLOG2,该基因序列号为XM_019321049.1。利用ORF Finder预测PnLOG2基因编码开放阅读框长度为912 bp (51~992 bp),编码313个氨基酸,蛋白分子质量34.38 kD,理论等电点为5.14。系统发育分析表明,PnLOG2基因与番茄亲缘关系最近。组织特异性分析表明,PnLOG2基因在牵牛不同组织均有表达,在老茎和新叶中表达量较高。qRT PCR分析结果表明,PnLOG2基因在圆叶牵牛根和叶中受干旱、盐碱胁迫诱导显著上调表达。通过异源表达PnLOG2基因于酵母细胞中,发现干旱、盐碱胁迫下PnLOG2基因提高了重组酵母的耐盐和耐旱能力,但降低了对碱的耐受性。该研究初步阐明了PnLOG2基因在干旱、盐碱胁迫下的功能,为进一步研究RING型E3泛素连接酶在非生物胁迫中的机理提供了理论依据。     

茶树CsLEA5基因的克隆及表达分析

该研究以茶树‘龙井长叶’为材料,克隆获得了茶树胚胎发育晚期丰富蛋白基因CsLEA5的cDNA序列,该序列全长515 bp,包含一个375 bp的开放阅读框,编码124个氨基酸,预测蛋白分子量为13.5 kD,理论等电点为5.92。蛋白序列分析结果显示,CsLEA5为高亲水性和稳定性蛋白,且含有一个典型的LEA_3保守结构域,属于LEA蛋白中LEA_3亚家族成员。CsLEA5基因启动子区域包含多种与逆境响应相关的顺式作用元件,如乙烯响应元件（ERE）、胁迫响应元件（STRE）、创伤响应元件（WUN motif）及MYB、MYC转录因子识别位点等。qRT PCR分析显示,CsLEA5基因表达具有明显的组织特异性,在叶片中的表达量最高,其次是嫩茎,而在其他组织器官中的表达量较低,且CsLEA5基因表达受低温和干旱胁迫的诱导。研究表明,CsLEA5基因可能在茶树响应低温和干旱胁迫过程中发挥重要作用。该研究对了解茶树抗逆分子机制,筛选抗性候选基因资源提供了重要理论依据。     

鹅掌楸DHHC型锌指蛋白家族基因的克隆及表达分析

棕榈酰化修饰是一种最普遍且唯一可逆的翻译后脂质修饰方式,赋予蛋白质多样化的生理功能。DHHC( Asp-His-His-Cys)蛋白家族是一类与棕榈酰化修饰相关的蛋白,多数DHHC蛋白家族成员具有蛋白质酰基转移酶( protein S-acyltransferase,PAT)活性。该研究以鹅掌楸叶芽为材料,采用RT-PCR和RACE技术,克隆获得了3个鹅掌楸DHHC蛋白家族基因cDNA全长,命名为LcPAT7、LcPAT22、LcPAT23。序列分析结果表明：LcPAT7、LcPAT22、LcPAT23基因全长分别为1933、2592、2217 bp,各包含1332、1839、1662 bp的开放阅读框( Open Reading Frame,ORF),编码433、612、533个氨基酸,预测蛋白分子量分别为40.04、67.3、60.57 kDa,理论等电点为9.15、9.03、7.29。3个基因编码的蛋白均有4个跨膜区,并且都在跨膜域( transmembrane domain, TM) TM2和 TM3之间存在一个 DHHC 蛋白家族典型的 DHHC-CRD 结构域。同源性分析表明：鹅掌楸LcPAT7、LcPAT22、LcPAT23编码的氨基酸序列与其他植物中预测的PAT具有较高的相似性。利用荧光定量PCR技术检测3个基因在鹅掌楸不同组织中的表达特性,发现3个基因在不同组织中均有表达,但表达量具有明显区别。同一家族基因表达模式的变化表明其功能非冗余。该研究结果将为鹅掌楸生长发育与形态建成,以及逆境响应信号传导等相关基因的调控研究提供了参考。     

罗汉果色氨酸转氨酶基因SgTAR2的克隆及表达分析

色氨酸转氨酶基因家族,是直接参与植物生长素生物合成途径的关键酶基因。该研究在罗汉果转录组测序的基础上,结合RACE技术克隆罗汉果色氨酸转氨酶基因SgTAR2的全长cDNA序列和DNA序列;并对其进行生物信息学分析和时空表达分析。结果表明:克隆所得SgTAR2的cDNA全长序列2078bp,最长ORF为1332bp,编码443个氨基酸,Gen Bank登录号为KU949381,其编码蛋白具有2个蒜氨酸酶保守结构域和多个5'-PLP结合位点,推测其可能参与催化色氨酸转氨基作用、化学防御作用、生长素生物合成等生物学过程;SgTAR2基因DNA长为4103bp,含有4个内含子和5个外显子,其内含子具有多个高水平转录调控因子和多个与激素、环境等胁迫响应相关的作用元件,暗示SgTAR2基因内含子协同调控罗汉果生长素合成、抗胁迫反应、形态发育等生物学过程。实时荧光定量结果显示,SgTAR2基因在罗汉果各组织器官均有表达,在雌蕊和15d幼果期表达量较高,暗示该基因参与罗汉果果实早期发育。该研究结果表明SgTAR2参与了生长素介导的罗汉果不同生长发育过程,特别对幼果及花的起始发育和器官形态建成等具有重要意义。     

Molecular cloning and characterization of a mannose-binding lectin gene from <Emphasis Type="Italic">Pinellia cordata</Emphasis>

Using RNA extracted from Pinellia cordata young leaves and primers designed according to the conserved regions of Araceae lectins, the full-length cDNA of Pinellia cordata agglutinin (PCL) was cloned by rapid amplification of cDNA ends (RACE). The full-length cDNA of pcl was 1,182 bp and contained a 768 bp open reading frame (ORF) encoding a lectin precursor of 256 amino acids. Through comparative analysis of pcl gene and its deduced amino acid sequence with those of other Araceae species, it was found that pcl encoded a precursor lectin with signal peptide. PCL is a mannose-binding lectin with three mannose-binding sites. Semi-quantitative RT-PCR analysis revealed that pcl is expressed in all tested tissues including leaf, stem and bulbil, but with the highest expression in bulbil. PCL protein was successfully expressed in Escherichia coli with the molecular weight expected.     

地黄C3H基因的克隆及生物信息学分析

香豆酸-3-羟化酶属于植物中最大的蛋白酶细胞色素P450家族之一,在植物生命活动中发挥着重要作用。为了解地黄香豆酸-3-羟化酶基因RgC3H合成毛蕊花糖苷的功能,该研究基于地黄代谢组学分析获得KEGG途径中的C3H,采用多重比对在NCBI中获得同源基因的一个保守序列,并基于该保守序列和地黄SRA数据库,采用电子克隆和RT-PCR克隆技术获得地黄C3H基因全长CDS(RgC3H),对其进行生物信息学分析。结果表明:RgC3H基因全长为1 530 bp,且编码一个含509个氨基酸、分子量为57.91 kD、无信号肽的蛋白质; 基于氨基酸序列的结构分析显示,RgC3H有一个保守区域-P450结构域; 系统进化分析结果显示,RgC3H与芝麻和猴面花的C3H基因具有很高的同源性。上述结果为进一步研究RgC3H基因在地黄毛蕊花糖苷生物合成途径中的作用奠定了基础。     

Molecular cloning and analysis of a cDNA coding for nucleoside diphosphate kinase from ryegrass

A full-length cDNA, LpNDPK, encoding ryegrass nucleoside diphosphate kinase (EC 2.7.4.6) has been cloned and sequenced. The nucleotide sequence of the clone contains an open reading frame of 450 nucleotides encoding a protein of 150 amino acid residues with a calculated molecular mass of 16.5 kDa and a P_i of 6.62. The LpNDPK encoded protein possesses substantial homology with nucleoside diphosphate kinases (NDPKs) isolated and cloned form other sources; the highest identity (86 percnt;) was observed with NDPK from sugarcane (Saccharum officinarum). Amino acid comparisons with other NDPKs show that the presented ryegrass NDPK sequence also contains several motifs and specific residues crucial for catalytic activity which are highly conserved among other NDPKs. RT-PCR expression analysis using primers covering the coding region of LpNDPK revealed that the ryegrass NDPK gene is equally expressed in stem, leaf, and flower tissue.     

滇水金凤花距发育相关基因ABP的克隆及表达分析

为探究滇水金凤(Impatiens uliginosa)ABP基因的结构和表达特征,该研究以滇水金凤为材料,采用RT-PCR 技术对滇水金凤ABP基因进行克隆,运用DNAMAN和MEGA对其所编码的蛋白序列进行同源性分析和系统进化分析,并利用qRT-PCR分析ABP基因的时空表达模式。结果表明:(1)滇水金凤ABP基因的cDNA 全长为627 bp,编码208 aa,命名为IuABP基因,其蛋白具有Cupin超家族蛋白的典型结构。(2)同源性分析表明滇水金凤ABP基因的氨基酸序列与喜马拉雅凤仙花(I. glandulifera)、月季(Rose chinensis)、木薯(Manihot esculenta)等物种的同源性均达71%; 系统进化分析表明IuABP与喜马拉雅凤仙花(Impatiens glandulifera)聚为一支,亲缘关系最近。(3)qRT-PCR分析表明IuABP基因在滇水金凤花距发育的3个时期及2个部位均有表达。随着花距的发育,IuABP基因在滇水金凤花距檐部的表达量呈先下降后上升的趋势,在盛花期时达最高,而在花距距部的表达量逐渐下降。以上结果为进一步研究滇水金凤ABP基因在花距发育中的功能及其表达调控机制提供了一定的理论参考。     

金银花丙酮酸激酶基因的克隆与表达特性分析

采用RT-PCR和RACE技术,首次从金银花中克隆丙酮酸激酶基因全长cDNA,命名为LjPkc(GenBank登录号JQ621946.1),LjPkc基因编码区序列全长为1 533bp,共编码510个氨基酸。基于基因序列亲缘关系分析结果显示,LjPkc基因与烟草Pkc基因亲缘关系最近,属于双子叶植物Pkc基因家族。蛋白质亚细胞定位分析认为LjPkc在线粒体或叶绿体中发挥作用。LjPkc蛋白质的三维空间结构预测结果显示,LjPkc蛋白主要由α-螺旋、不规则盘绕组成。定量PCR检测发现,LjPkc基因在金银花不同组织中广泛表达,但表达水平各有差异,黄花中表达量最高。该研究丰富了Pkc基因库资源,为揭示LjPkc基因在金银花糖代谢方面的生物学作用奠定了基础。     

铁皮石斛体细胞胚胎发生类受体激酶基因DoSERK的克隆和表达分析

为了解铁皮石斛(Dendrobium officinale)中的体细胞胚胎发生类受体激酶基因DoSERK 的功能,在转录组测序数据的基础上克隆了DoSERK 的全长cDNA。结果表明,DoSERK 与其他植物的SERK 高度同源,编码633 个氨基酸。生物信息学分析表明,DoSERK蛋白为亲水蛋白并定位于质膜,具有1 个信号肽、1 个富脯氨酸区域、1 个跨膜区、5 个富亮氨酸重复序列以及1 个保守的蛋白激酶活性结构域,属于SERK 蛋白家族成员。系统进化树分析表明,DoSERK 与同为兰科植物的文心兰(Cyrtochilum loxense)以及卡特兰(Cattleya maxima)的SERK 亲缘关系最近。组织表达分析表明,DoSERK 在铁皮石斛中广泛表达,以幼嫩小苗根部的表达量最高。这些说明DoSERK 除了可能参与铁皮石斛体胚发生过程以外,还参与其他生长发育过程。