独行菜LaAP2基因克隆、生物信息学分析及表达分析

AP2/ERF是广泛存在于植物中一类重要的转录因子,调控一些参与非生物胁迫相关基因的表达,帮助植物提高逆境胁迫能力。为了深入探讨LaAP2在独行菜耐受低温萌发及幼苗耐受低温生长中的功能,该研究基于前期对独行菜(Lepidium apetalum)转录组数据库分析,克隆获得一个显著上调表达的AP2/ERF家族序列LaAP2。该基因cDNA全长为1 005 bp,编码氨基酸序列包含一个AP2和一个B3结构域,属于AP2/ERF转录因子RAV亚家族。推定的LaAP2蛋白分子量为37.744 67 kD,等电点为9.49。该蛋白氨基酸序列同亚麻荠、拟南芥、油菜等物种显示出较高同源性,系统进化分析结果表明与拟南芥亲缘关系较近。氨基酸序列分析预测表明,LaAP2基因所编码的蛋白不具备信号肽区段,无跨膜区,不属于分泌蛋白,可能为亲水性蛋白;定位于细胞质的可能性为56.5%,定位于细胞核的可能性为21.7%;其主要二级结构元件为无规则卷曲、延伸链、α-螺旋。Real-time PCR分析独行菜幼苗中LaAP2在低温4℃处理下的表达,显示LaAP2表达受低温胁迫呈先下降后升高趋势。这表明LaAP2在独行菜幼苗抵抗低温胁迫中起调控作用。     

旱麦草EtAP2基因的克隆及其对干旱胁迫的响应表达

以旱麦草(Eremopyrum triticeum)为实验材料,利用RT-PCR技术从旱麦草叶片中克隆了1个AP2/ERF家族基因,命名为EtAP2(GenBank登录号KX622583)。EtAP2基因含有1 128bp开放阅读框,编码375个氨基酸,相对分子质量40.87kD,等电点为5.36。多序列比对和进化树分析表明,该基因编码蛋白具有2个AP2保守结构域,与小麦AP2/ERF家族蛋白具有较近的亲缘关系。实时荧光定量PCR分析表明,15%PEG 6000模拟干旱胁迫可诱导EtAP2基因在根和叶中表达,且在根中对干旱胁迫的响应大于叶片。研究表明,EtAP2可能参与旱麦草对干旱逆境胁迫应答的调节。     

小麦TaLEC1基因的克隆及其表达特性分析

为了探讨LEC1基因在小麦(Triticum aestivum L)非生物胁迫应答中的功能,该研究通过RT-PCR结合RACE技术克隆小麦TaLEC1基因,并采用qRT-PCR方法分析了该基因在小麦不同组织以及不同处理下的表达模式,为深入研究小麦LEC1基因在干旱、高温和高盐胁迫下的响应机制奠定基础。结果表明:(1)成功克隆到小麦TaLEC1基因,该基因cDNA序列全长为1 074 bp,其中5′端非编码区23 bp,开放阅读框为741 bp,3′端非编码区310 bp,编码246个氨基酸,具有典型的CBFD_NFYB结构域。(2)实时荧光定量分析显示,TaLEC1在不同组织间表达差异显著,10 d龄幼苗的叶中表达量最高。(3)TaLEC1基因可被植物激素ABA诱导而上调表达,属于ABA依赖型的表达调控通路。(4)PEG模拟干旱胁迫处理后的0.5～1 h,TaLEC1基因呈上调表达;42℃胁迫处理过程中,TaLEC1基因呈稳定上调表达趋势,并在胁迫处理后12 h和48 h时表达急剧上调,分别为对照的52.8倍和34.5倍;NaCl胁迫处理0.5 h时TaLEC1基因迅速上调表达。研究表明,小麦TaLEC1基因参与ABA依赖的胁迫响应,推测可能在小麦耐受高温胁迫和渗透胁迫过程中发挥着重要的脱水保护功能。     

棉花抗逆基因GhAREB4的克隆及功能分析

AREBs转录因子家族基因主要参与干旱、高盐、低温等胁迫应答反应,在植物抵御各种逆境胁迫中起着非常重要的作用。该研究经序列电子拼接克隆了陆地棉GhAREB4基因,该基因全长1 784bp,其开放阅读框为1 227bp,编码408个氨基酸,预测分子量为44.3kD,等电点为8.88。蛋白结构预测发现,该蛋白二级结构中含有bZIP基因家族的保守结构域。系统进化树分析表明,GhAREB4与可可的AREB转录因子同源性最高。绿色荧光蛋白亚细胞定位分析表明,GhAREB4蛋白分布在细胞核内。qRT-PCR分析表明,GhAREB4基因在花中的表达量最高;且GhAREB4基因表达受到干旱、高盐、低温、脱落酸(ABA)等处理的诱导,其可能调控棉花对非生物逆境的耐性响应。研究结果为进一步研究该基因对棉花耐逆调控机制奠定了基础。     

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。     

黄花棘豆脱水素OoY_2K_4的鉴定及表达分析

该研究以黄花棘豆cDNA为模板,采用同源克隆法,从黄花棘豆转录组数据库中克隆获得1个响应逆境胁迫的胚胎发育晚期丰富蛋白基因,命名为OoY_2K_4;OoY_2K_4基因ORF为786bp,编码261个氨基酸,含有2个保守的Y片段和4个K片段,为典型的Y_2K_4类脱水蛋白亚家族成员;OoY_2K_4蛋白不具有跨膜结构域,不存在信号肽,亲水性极强,含有1个糖基化位点和17个磷酸化位点;亚细胞定位显示,OoY_2K_4蛋白定位于细胞质中。多序列比对发现,OoY_2K_4蛋白与其他物种第二组LEA蛋白(脱水素)序列高度保守;进化树分析显示,该序列与三叶草、蒺藜苜蓿和紫花苜蓿相似度最高,亲缘关系最近。采用qRT-PCR对OoY_2K_4基因在干旱、高盐、低温以及脱落酸、乙烯、赤霉素处理下的表达分析显示,干旱和高盐胁迫可显著诱导OoY_2K_4基因表达,而低温胁迫下基本无变化;激素处理均可诱导OoY_2K_4基因高效表达,其中脱落酸诱导下OoY_2K_4基因表达最显著。研究推测,OoY_2K_4基因可能通过依赖ABA的信号途径参与黄花棘豆对干旱和高盐逆境胁迫的应答反应。     

矮牵牛PhUGT74E2基因的克隆及对逆境胁迫的响应

糖基化转移酶(UGTs)能够维持植物体内的激素平衡,广泛参与植物的生长发育及逆境胁迫应答。该研究从矮牵牛(Petunia hybrida var. Mitchel diploid)中克隆了UGT74E2的同源基因PhUGT74E2及其启动子序列,并分析了序列特征和蛋白结构特点,同时采用qRT-PCR对该基因在不同组织、不同逆境胁迫下的转录水平进行了检测,以探讨矮牵牛UGT74E2基因的功能,为揭示其调控矮牵牛抗逆性的分子机制奠定基础。结果显示:(1)成功克隆获得矮牵牛UGT74E2基因全长序列,命名为PhUGT74E2。(2)PhUGT74E2基因cDNA全长1 986 bp,包含一个1 347 bp开放阅读框,编码448个氨基酸;其蛋白分子式为C_(2278)H_(3544)N_(586)O_(676)S_(18),分子量为50.53 kDa,等电点为5.18;PhUGT74E2无信号肽和跨膜域,主要定位于叶绿体;同时克隆了PhUGT74E2基因上游2 083 bp启动子序列,该序列中含有脱落酸、赤霉素、光及逆境等响应元件。(3)系统进化树分析显示,PhUGT74E2与其他物种UGT74E2起源相同,而与烟草NtUGT74E2的亲缘关系最近。(4)荧光定量PCR分析表明,PhUGT74E2基因在叶片、茎、根、叶腋和顶端5个组织中均有表达,其中叶腋中的表达量最高,而茎和根中的表达量最低;PEG6000模拟干旱处理及NaCl处理均引起了PhUGT74E2表达水平的显著上调,且随着时间的延长表达水平相应增加,说明PhUGT74E2能够参与矮牵牛对干旱及盐胁迫的响应。     

蒙古冰草Lhcb1基因克隆及干旱胁迫下的表达分析

利用同源序列从蒙古冰草(Agropyron mongolicum Keng)克隆得到1个光合作用叶绿体结合a/b基因,命名为MwLhcb1。MwLhcb1基因cDNA全长1 138bp,包含801bp开放阅读框,编码267个氨基酸,蛋白分子量为28.21kD,等电点4.92。该蛋白二级结构中具有Lhcb基因家族的保守结构域。MwLhcb1蛋白氨基酸序列与其他物种同类蛋白相似性均在87%以上,其中与小麦同类蛋白相似性程度最高达99%。实时荧光定量PCR结果显示,MwLhcb1基因主要在茎叶中表达,在根中表达量极少,干旱胁迫影响MwLhcb1基因表达。该研究结果为进一步研究MwLHcb1在蒙古冰草光合作用与抗旱性中的功能奠定了基础,并从基因遗传进化角度证实了蒙古冰草是小麦野生近缘种的观点,从而提出蒙古冰草是小麦抗性改良的理想基因供体。     

茶树CsCIGR基因克隆及表达特性分析

该研究以茶树基因组数据库为基础,采用RT-PCR技术,从茶树‘龙井43’中克隆得到基因CsCIGR。序列分析显示,CsCIGR基因开放阅读框长度为1 677 bp,编码588个氨基酸。进化分析表明,CsCIGR属于GRAS家族的PAT1亚家族。多序列比对显示,茶树CsCIGR蛋白与其他植物的GRAS蛋白氨基酸序列具有很高的相似性。氨基酸理化性质分析显示,CsCIGR转录因子属于亲水性蛋白。亚细胞定位预测显示,CsCIGR可能位于细胞核中。启动子预测分析发现,CsCIGR启动子区域包含胁迫响应元件(STRE)、干旱应答元件(MYC)、厌氧诱导元件(ARE)等多种与逆境响应相关的顺式作用元件。荧光定量PCR分析结果显示,CsCIGR基因在低温(4℃)、高温(38℃)、干旱(200 g·L~(-1) PEG)、高盐(200 mmol·L~(-1) NaCl)胁迫下均能诱导表达,且对高盐,低温和高温胁迫响应更为明显,推测CsCIGR基因在茶树响应逆境胁迫中发挥重要作用。该研究为茶树抗性育种筛选基因提供了重要理论依据。     

独行菜种子bHLH类转录因子基因家族及幼苗laICE1表达对冷胁迫的响应

该研究在转录组数据基础上,以独行菜(Lepidium apetalum Willd.)种子耐受和不能耐受低温萌发的2组样本为材料,对其bHLH转录因子家族成员进行分析,并对该家族成员表达差异极显著的laICE1基因进行克隆、序列分析、结构预测,以探讨独行菜幼苗中laICE1基因表达对低温胁迫的响应特征。结果表明:(1)萌发中的独行菜种子,至少有83个bHLH转录因子序列表达,相对于低温萌发停滞组,在低温萌发耐受组的独行菜种子中,有10个下调、13个上调、60个表达差异不显著。其中表达量极显著下调的序列c20009_g1具有1 503bp开放阅读框,GO注释到ICE1基因,该基因命名为laICE1。(2)laICE1基因编码500aa,蛋白分子量为54 635.19kD,理论等电点为5.45,分子式为C2364H3742N688O758S22;该蛋白具有保守结构域bHLH。(3)定量分析表明,laICE1基因在非低温胁迫的独行菜种子中的表达量显著低于一直处于低温胁迫中不能进行萌发的独行菜种子,这与转录组数据库中该序列表达情况一致;而laICE1基因在独行菜幼苗期经低温处理后,其表达量显著上调,表明laICE1基因可能在独行菜幼苗耐受低温生长中具有一定的作用。     

非编码的mRNA

非编码的mRNA是近年发现的一类不含典型ORF的mRNA.目前已发现或克隆的这类基因主要有：H19基因,XIST基因,XLSIRT基因,His-1基因,bic基因,rox1和rox2基因等.它们与胚胎发育,肿瘤发生及X染色体失活密切相关.     

Osmoregulation in the model organismEscherichia coli: genes governing the synthesis of glycine betaine and trehalose and their use in metabolic engineering of stress tolerance

Glycine betaine is known to be the preferred osmoprotectant in many bacteria, and glycine betaine accumulation has also been correlated with increased cold tolerance. Trehalose is often a minor osmoprotectant in bacteria and it is a major determinant for desiccation tolerance in many so-called anhydrobiotic organisms such as baker's yeast(Saccharomyces cerevisiae). Escherichia coli has two pathways for synthesis of these protective molecules; i.e., a two-step conversion of UDP-glucose and glucose-6-phosphate to trehalose and a two-step oxidation of externally-supplied choline to glycine betaine. The genes governing the choline-to-glycine betaine pathway have been studied inE. coli and several other bacteria and higher plants. The genes governing UDP-glucose-dependent trehalose synthesis have been studied inE. coli andS. cerevisiae. Because of their well-documented function in stress protection, glycine betaine and trehalose have been identified as targets for metabolic engineering of stress tolerance. Examples of this experimental approach include the expression of theE. coli betA andArthrobacter globiformis codA genes for glycine betaine synthesis in plants and distantly related bacteria, and the expression of theE. coli otsA and yeastTPS1 genes for trehalose synthesis in plants. The published data show that glycine betaine synthesis protects transgenic plants and phototrophic bacteria against stress caused by salt and cold. Trehalose synthesis has been reported to confer increased drought tolerance in transgenic plants, but it causes negative side effects which is of concern. Thus, the much-used model organismE. coli has now become a gene resource for metabolic engineering of stress tolerance.     

红曲霉繁殖相关brlM基因鉴定及功能分析

brlA作为曲霉分生孢子形成的中心调控路径中最上游的转录因子,能够诱导下游特异基因的表达调控分生孢子的产生,brlA缺失将导致曲霉无法产生分生孢子,同时生长代谢发生改变,但对不同菌种的影响有显著差异。【目的】探究brlA同源基因brlM在红曲霉中的基因功能,探索红曲霉繁殖调控机制。【方法】从紫色红曲霉Mp-21菌株中克隆了brlA同源基因brlM。利用同源重组原理,用农杆菌介导转化法构建了brlM基因缺失突变株(△brlM),分析△brlM和野生菌株Mp-21在菌落表型、显微结构、生长速率和次生代谢产物等方面的差异,明确brlM基因在红曲霉中的主要功能。【结果】在形态水平上,brlM基因缺失菌株导致菌丝生长更加旺盛,赋予菌落更加蓬松的表型;显微观察发现△brlM失去了有性繁殖产生闭囊壳的能力,但却提升了无性繁殖产生分生孢子的能力;同时代谢产物红曲色素、莫纳可林K和桔霉素产量显著下降。【结论】红曲霉brlM基因的功能与曲霉属中的brlA并不相同,brlM基因在红曲霉有性繁殖中的作用不可替代。本研究的结果对进一步探索丝状真菌繁殖调控机制提供了新的思路。     

Stable chloroplast transformation in cabbage (<Emphasis Type="Italic">Brassica oleracea </Emphasis>L. var. <Emphasis Type="Italic">capitata </Emphasis>L.) by particle bombardment

The objectives of this research were first to isolate plastid gene sequences from cabbage (Brassica oleracea L. var. capitata L.), and to establish the chloroplast transformation technology of Brassica. A universal transformation vector (pASCC201) for Brassica chloroplast was constructed with trnV–rrn16S (left) and trnI–trnA–rrn23S (right) of the IR_A region as a recombination site for the transformed gene. In transforming plasmid pASCC201, a chimeric aadA gene was cloned between the rrn16S and rrn23S plastid gene borders. Expression of aadA confers resistance to spectinomycin and streptomycin antibiotics. The uidA gene was also inserted into the pASCC201 and transferred into the leaf cells of cabbage via particle gun mediated transformation. Regenerated plantlets were selected by 200 mg/l spectinomycin and streptomycin. After antibiotic selection, the regeneration percentage of the two cabbage cultivars was about 2.7–3.3%. The results of PCR testing and Southern blot analysis confirmed that the uidA and aadA genes were present in the chloroplast genome via homologously recombined. Northern blot hybridizations, immunoblotting and GUS histochemical assays indicated that the uidA gene were stable integrated into the chloroplast genome. Foreign protein was accumulated at 3.2–5.2% of the total soluble protein in transgenic mature leaves. These results suggest that the expression of a variety of foreign genes in the chloroplast genome will be a powerful tool for use in future studies.     

不同代次牛成肌细胞的诱导分化及相关基因的表达分析

利用初生荷斯坦牛的成肌细胞,在不同代次以含体积分数为2%马血清的DMEM进行诱导分化,在之后0、2、4、6、8、10 d观察细胞的形态变化并收集细胞提取总RNA,检测成肌相关基因的表达情况,为进一步研究牛肌肉发生过程及相关基因的表达调控提供依据。同时利用实时荧光定量PCR分别检测肌性相关基因MyoD(生肌决定因子)、MyoG(肌细胞生成素)以及非肌性相关基因A-FABP(脂肪细胞型脂肪酸结合蛋白)表达水平的变化。研究表明：①各代细胞在诱导培养4 d后开始有肌管形成,其后越来越多,8 d时达高峰。②成肌细胞向成熟肌细胞分化过程中,MyoD、MyoG、A-FABP基因都呈先上升然后下降的趋势。③高代次成肌细胞比低代次细胞增殖慢,而且在诱导分化后,肌管的数目明显变少; MyoD、MyoG、A-FABP随着代次的升高而下降。故推断MyoD、MyoG以及A-FABP基因会在成肌分化开始后的不同阶段被激活,从而发挥不同的调控作用,而且随着传代次数的增加成肌细胞的分化能力减弱。     

Anaerobic bacteria and antibiotics: What kind of unexpected resistance could I find in my laboratory tomorrow?

The purpose of this article is to set out some important considerations on the main emerging antibiotic resistance patterns among anaerobic bacteria. The first point concerns the Bacteroides fragilis group and its resistance to the combination of β-lactam+β-lactamase inhibitor. When there is overproduction of cephalosporinase, it results in increased resistance to the β-lactams while maintaining susceptibility to β-lactams/β-lactamase inhibitor combinations. However, if another resistance mechanism is added, such as a loss of porin, resistances to β-lactam+β-lactamase inhibitor combinations may occur. The second point is resistance to metronidazole occurring due to nim genes. PCR detection of nim genes alone is not sufficient for predicting resistance to metronidazole; actual MIC determinations are required. Therefore, it can be assumed that other resistance mechanisms can also be involved. Although metronidazole resistance remains rare for the B. fragilis group, it has nevertheless been detected worldwide and also been observed spreading to other species. In some cases where there is only a decreased susceptibility, clinical failures may occur. The last point concerns resistance of Clostridium species to glycopeptides and lipopeptides. Low levels of resistance have been detected with these antibiotics. Van genes have been detected not only in clostridia but also in other species. In conclusion, antibiotic resistance involves different mechanisms and affects many anaerobic species and is spreading worldwide. This demonstrates the need to continue with antibiotic resistance testing and surveys in anaerobic bacteria.     

Identification and cloning of first cadmium metallothionein like gene from locally isolated ciliate, <Emphasis Type="Italic">Paramecium </Emphasis>sp.

First cadmium metallothionein like gene PMCd1 of a ciliate, Paramecium sp., isolated from industrial wastewater has been cloned and sequenced. PMCd1 is an intronless gene, encoding 612 nucleotides, with TAA coding for glutamine. The coding region of PMCd1 comprises 203 amino acids, including 37 cysteine residues with a conserved structural pattern in the form of recurring structural motifs, arranged in 17 x-cys-x-y-cys-x, 1 x-cys-cys-x and x-cys-x contexts. Both, the deduced amino acids and nucleotide sequence differ, not only from other animal metallothioneins (MTs), but also from the previously characterized Tetrahymena Cu and Cd-MTs. The translated protein of PMCd1 contains conserved cysteine residues, peculiar characteristic of stress inducible metallothionein genes of ciliates and other groups of organisms.