新基因水稻 OsLSD1 的克隆及拟南芥和水稻类 LSD1 基因家族的生物信息学分析

类 LSD1 (LSD1-like) 基因家族是一类特殊的 C2C2 型锌指蛋白基因,编码植物特有的转录因子 . 目前已经研究的 2 个成员拟南芥 LSD1 (lesions stimulating disease resistance 1) 和 LOL1 (LSD-One-Like 1) 基因均参与植物细胞程序化死亡 (programmed cell death, PCD) 的调控 . 从水稻 cDNA 文库中克隆到 1 个类 LSD1 基因,命名为 OsLSD1. 该基因长 988 bp ,包含一个 432 bp 的开放阅读框,推导的氨基酸序列 (143 个氨基酸 ) 含有 3 个内部保守的锌指结构域 . DNA 印迹结果表明 OsLSD1 基因在水稻基因组中为单拷贝,且在根、茎和叶中表达 . 借助于生物信息学分析技术,从拟南芥和水稻数据库中各识别出 5 个和 7 个 ( 包括 OsLSD1) 类 LSD1 基因 . 分析了这些类 LSD1 基因的结构,蛋白质结构域组成 . 系统进化分析表明,无论基于编码区的核苷酸或氨基酸序列都可以将这些类 LSD1 基因分为 2 类 . 虽然不存在拟南芥或水稻特有的类 LSD1 蛋白,但有些结构域是水稻所特有的,也有些基因是来源于复制事件 .     

小麦TaCRC基因的克隆及表达分析

以小麦心皮为材料,利用RT-PCR方法分离出一个新的YABBY基因TaCRC,并利用Northern杂交对TaCRC在不同组织中的表达模式进行分析.结果显示:该基因全长1 105 bp,编码199个氨基酸.TaCRC具有YABBY家族典型的结构域,即N端含有C2C2锌指结构域,C端含有YABBY结构域.其氨基酸序列与水稻的 DROOPING LEAF(DL)、拟南芥的CRABS CLAW(CRC)和金鱼草的AmCRC的氨基酸具有较高的一致性.TaCRC在心皮中特异表达,类似于拟南芥的CRC的表达模式.研究表明,TaCRC是小麦中的CRC同源基因.     

水稻受盐抑制基因OsZFP1的转基因分析

OsZFP1(水稻锌指蛋白1)基因编码的蛋白含有3个推测的Cys2/Cys2-型锌指结构域,它的表达受盐胁迫负调控.构建了以35S为启动子的OsZFP1基因的植物表达载体,并将其转入拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)植物和水稻(Oryza sativa L.)愈伤组织中以过量表达OsZFP1基因.转基因的拟南芥植株和水稻愈伤组织对盐处理的敏感性都比野生型要高.这一结果表明OsZFP1基因可能编码一种负调控蛋白,它可能抑制某些盐诱导基因的表达.在ABA处理下,转基因拟南芥植株比野生型植株抽苔晚,说明OsZFP1基因的作用可能受ABA调节.     

水稻受盐抑制基因OsZFP1的转基因分析

OsZFP1(水稻锌指蛋白1)基因编码的蛋白含有3个推测的Cys2/Cys2-型锌指结构域,它的表达受盐胁迫负调控。构建了以35S为启动子的OsZFP1基因的植物表达载体,并将其转入拟南芥(ArabidopsisthalianaL.)植物和水稻(OryzasativaL.)愈伤组织中以过量表达OsZFP1基因。转基因的拟南芥植株和水稻愈伤组织对盐处理的敏感性都比野生型要高。这一结果表明OsZFP1基因可能编码一种负调控蛋白,它可能抑制某些盐诱导基因的表达。在ABA处理下,转基因拟南芥植株比野生型植株抽苔晚,说明OsZFP1基因的作用可能受ABA调节。     

小麦锌指蛋白基因TaLOL2的克隆及特征分析

通过电子克隆与RT-PCR相结合的方法,在条锈菌诱导的小麦叶片中克隆获得1个新的LSD1型锌指蛋白基因TaLOL2,并用qRT-PCR技术分析了其转录表达特征。结果显示:(1)小麦锌指蛋白基因TaLOL2的cDNA全长1 095bp,编码179个氨基酸。(2)TaLOL2含有3个典型的zf-LSD1型(CxxCxRxxLMYxxGASxVxCxxC)保守结构域,与水稻、拟南芥、大麦等植物LSD1型锌指蛋白序列具有高度相似性,其中与水稻OsLOL2相似度达86.0%。(3)进化树分析表明,TaLOL2与水稻、拟南芥和大麦中部分含有3个保守zf-LSD1锌指结构的基因亲缘关系较近,而与其它包含不同数目的zf-LSD1锌指结构的基因亲缘关系较远。(4)qRT-PCR定量分析表明,TaLOL2在条锈菌侵染前期呈上调表达,在亲和及非亲和反应中差异表达。研究表明,TaLOL2参与了条锈菌诱导的小麦抗病防卫反应,很可能作为正调控因子参与了小麦-条锈菌非亲和互作中对条锈菌的抗性信号途径。     

新疆无苞芥锌指蛋白基因的克隆及表达分析

利用同源克隆法从新疆无苞芥中克隆获得1个锌指蛋白基因(OpZFP)。序列分析表明,OpZFP基因的开放阅读框为684bp,推测编码含227个氨基酸的蛋白质。生物信息学分析显示,OpZFP蛋白含有1个典型的C2H2型锌指结构,在C端含有一个可能具有转录抑制功能的EAR结构域。系统进化树分析表明OpZFP编码产物与拟南芥AtZFP1、琴叶拟南芥AlZFP1的进化关系较近。分离了OpZFP基因2 095bp的启动子序列,发现该启动子与拟南芥AtZFP1基因的启动子序列只有84.4%的相似性,启动子分析表明二者存在多处不同的顺式作用元件。半定量RT-PCR分析表明,OpZFP在根、茎、叶、花和果荚中均有表达,在根中的表达量最高。OpZFP基因受高盐、干旱和低温等胁迫的诱导表达,表明该蛋白涉及多种胁迫相关的信号传导途径。     

水稻基因APRT的克隆及其与温敏核雄性不育的关系

在拟南芥中腺嘌呤磷酸核糖转移酶基因(APRT)突变导致植株雄性不育.本文首次报道从水稻(Oryza sativa subsp.indica)中克隆了基因APRT(GenBank登录号AY238894),并将其定位于水稻第4染色体的一个BAC克隆(AL606604)的58 000 bp至63 000 bp区域.该基因长4 220 bp(起始密码子至终止密码子),含7个外显子、6个内含子,编码的APRT蛋白长212个氨基酸残基,与其他物种来源的APRT序列存在很高的同源性.与大麦、小麦、拟南芥1型及其2型的该蛋白同源性分别为54.9%、54.9%、49.6%和59.5%.经保守结构域搜索发现该蛋白中存在APRT催化结构域.从DNA、mRNA两个水平分析了该基因与水稻温敏核雄性不育(TGMS)的关系,结果表明:受温度诱导,水稻"安农S-1"APRT基因的表达变化可能与温敏核雄性不育表现型具相关性.     

水稻基因APRT的克隆及其与温敏核雄性不育的关系

在拟南芥中腺嘌呤磷酸核糖转移酶基因(APRT)突变导致植株雄性不育。本文首次报道从水稻(Oryza sativa subsp.indica)中克隆了基因APRT(GenBank登录号AY238894),并将其定位于水稻第4染色体的一个BAC克隆(AL606604)的58000bp至63000bp区域。该基因K4220bp(起始密码子至终止密码子),含7个外显子、6个内含子,编码的APRT蛋白长212个氨基酸残基,与其他物种来源的APRT序列存在很高的同源性。与大麦、小麦、拟南芥1型及其2型的该蛋白同源性分刖为54．9％、54．9％、49．6％和59．5％。经保守结构域搜索发现该蛋白中存在APRT催化结构域。从DNA、mRNA两个水平分析了该基因与水稻温敏核雄性不育(TGMS)的关系,结果表明：受温度诱导,水稻“安农S—1”APRT基因的表达变化可能与温敏核雄性不育表现型具相关性。     

甘蓝型油菜BnCOP1基因编码区全长cDNA的克隆与功能研究

通过分析拟南芥、豌豆、番茄和水稻的COP1 (constitutively photomorphogenic 1) 的cDNA序列, 运用RT-PCR和改进的基因组步行 (genome walking) 技术相结合的方法, 首次从甘蓝型油菜中克隆到油菜 BnCOP1编码区cDNA的全长序列, 其全长2 034 bp, 编码677个氨基酸. 同源 性分析表明, 其编码的氨基酸序列与拟南芥的同源性高达94%. 对BnCOP1编 码序列（cDNA）演绎出的氨基酸序列分析表明, 其编码的蛋白包含有N端的 环形锌指结合域(ring finger zinc binding domain, RING)、中间的卷曲 螺旋形结构域(coiled-coil domain, coiled-coil ), 7个C端的WD-40重复 序列(WD-40 repeats, WD-40)的功能域. 半定量RT-PCR和实时荧光定量PCR 分析该基因在油菜中的表达模式,结果显示, BnCOP1在甘蓝型油菜的各个组 织器官中均有表达,其中在花中的表达明显高于在根、叶、茎、果荚及子叶 和胚轴中,暗示该蛋白可能与开花途径相关. 过表达BnCOP1的转基因拟南芥 植株在高度、主茎的直径和叶片大小上都呈现出比野生型弱小的表型, 表 明BnCOP1抑制了拟南芥光形态建成从而影响了植物的生长发育.     

小麦TaLSD1锌指蛋白基因的电子克隆及序列分析

采用电子克隆与RT-PCR相结合的技术,在条锈菌(Pucciniastriiformis f.sp.tritici)侵染的小麦中克隆了一个LSD1型锌指蛋白基因,命名为TaLSD1(GenBank登录号为EF553327)。序列分析表明,该基因全长1024bp,编码生成1个包含3个保守LSD1型锌指结构(CxxCxRxxLMYxxGASxVxCxxC)且长度为146个氨基酸的多肽。进化树分析表明,TaLSD1与水稻(Oryza sativa)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)和芜菁(Brassica rapa)中部分含有3个保守LSD1型锌指结构的同源基因亲缘关系较近,而与其它包含不同数目的LSD1型锌指结构基因亲缘关系较远。推测TaLSD1在进化中丢失了部分序列,进而执行新的功能。半定量RT-PCR结果显示,该基因在亲和以及非亲和组合中的表达模式很相似,均表现在前期基因表达被抑制而后期恢复正常。初步推测TaLSD1在转录水平上的表达受光诱导,同时,作为一个细胞程序性死亡的负调控因子在小麦与条锈菌互作过程中起作用。     

水稻矮化基因WLD1的图位克隆

水稻(Oryza sativa)矮化是与光合效率及产量等密切相关的重要农艺性状。发掘更多的水稻矮秆资源,不仅能够进一步加深对水稻株高分子遗传机制的认识,而且还能为水稻新品种培育提供新的种质资源。在水稻T-DNA插入突变体库中筛选到1个矮化、宽叶小粒突变体(wld1)。经图位克隆将WLD1基因定位在第5号染色体长臂,位于分子标记In Del37与InDel48之间,基因编号为LOC_Os05g32270,属于AP2转录因子家族。该基因第6外显子处胸腺嘧啶缺失,造成转录提前终止。石蜡切片观察结果显示,茎部第2节间横向细胞数目增加,而纵向细胞数目未变。RT-PCR检测结果表明,LOC_Os05g32270在突变体wld1中不表达,造成功能缺失。该基因与已报道的水稻OsSMOS1(SMALL ORGAN SIZE1)为等位基因。水稻突变体wld1的矮秆遗传效应可直接应用于育种中。该研究结果进一步明确了突变体wld1的表型特征与遗传基础,为解析其参与的信号途径提供参考。     

水稻早衰突变体LS-es1的基因定位及候选基因分析

衰老是植物发育末期自主发生且不可逆的适应性反应, 叶片早衰相关分子机制研究对水稻(Oryza sativa)遗传改良以及抗衰老品种培育有重要意义。LS-es1是通过EMS诱变粳稻品种TP309获得的稳定遗传的早衰突变体。对LS-es1及其野生型的表型观察和生理生化分析表明, LS-es1叶片中积累了大量活性氧且细胞死亡更多, 同时LS-es1与产量相关的农艺性状均显著下降, 这也验证了LS-es1早衰的特征。对LS-es1及其野生型幼苗进行外源激素处理, 结果表明LS-es1对水杨酸(SA)、脱落酸(ABA)和茉莉酸甲酯(MeJA)更敏感。用图位克隆方法将LS-es1基因定位在水稻第7号染色体长臂46.2 kb区间内, 该区间共包括8个开放阅读框(ORF)。对该区间内的基因进行生物信息学分析, 结果发现Os07g0275300和Os07g0276000两个候选功能基因与早衰途径相关, 并且这2个基因的表达量在野生型和突变体中差异较大。研究结果为进一步克隆LS-es1基因并深入研究其生物学功能奠定了基础。     

水稻早衰突变体LS-es1的基因定位及候选基因分析

衰老是植物发育末期自主发生且不可逆的适应性反应, 叶片早衰相关分子机制研究对水稻(Oryza sativa)遗传改良以及抗衰老品种培育有重要意义。LS-es1是通过EMS诱变粳稻品种TP309获得的稳定遗传的早衰突变体。对LS-es1及其野生型的表型观察和生理生化分析表明, LS-es1叶片中积累了大量活性氧且细胞死亡更多, 同时LS-es1与产量相关的农艺性状均显著下降, 这也验证了LS-es1早衰的特征。对LS-es1及其野生型幼苗进行外源激素处理, 结果表明LS-es1对水杨酸(SA)、脱落酸(ABA)和茉莉酸甲酯(MeJA)更敏感。用图位克隆方法将LS-es1基因定位在水稻第7号染色体长臂46.2 kb区间内, 该区间共包括8个开放阅读框(ORF)。对该区间内的基因进行生物信息学分析, 结果发现Os07g0275300和Os07g0276000两个候选功能基因与早衰途径相关, 并且这2个基因的表达量在野生型和突变体中差异较大。研究结果为进一步克隆LS-es1基因并深入研究其生物学功能奠定了基础。     

水稻Xa1基因启动子的克隆及功能分析

Xa1是一个能对日本白叶枯病优势小种(小种1号)产生专化性抗性的R基因,虽已有该基因克隆、表达和功能方面的研究,但对其表达调控分子机制还不很清楚。本研究利用Xa1启动子与GUS报告基因的转基因T1株系,研究了Xa1启动子的时空表达及对不同外源激素的应答特征。结果表明,Xa1启动子驱动的GUS基因在水稻根中的表达量明显高于茎和叶,且在根部的中柱区GUS的表达量明显高于周围组织;在外源MeJA作用下GUS的表达显著增强,在SA和ABA处理下也有一定程度的增强,这些结果暗示Xa1的抗病作用与其在根系中柱的组织特异性表达存在一定的相关性,MeJA对Xa1启动子的活性起重要的调控作用。     

水稻OsWTF1基因启动子的克隆与表达分析

目的：分析水稻OsWTF1基因启动子的功能及核心序列。方法：利用PCR技术从水稻日本晴基因组中克隆了转录因子WTF1编码区5上游大小为2049bp的调控区域,命名为OsWTF1,将它和长度为1631、608、474、415bp的5端缺失体分别与GUS基因融合构建表达载体,并用农杆菌介导法转化水稻。结果：GUS组织化学分析表明,OsWTF1、Os1631能够驱动GUS基因在根、茎、叶、叶鞘、花药、颖壳上的表达,Os608,Os474,Os415能驱动GUS在根、茎、花药、颖壳中表达,在叶鞘中未表达,而且在叶中的表达也很微弱。结论：OsWTF1启动子核心序列可能位于-1bp--415bp之间,在-608bp--1631bp之间可能存在与基因叶肉特异表达相关的重要元件。     

水稻病程相关基因OsPR1b启动子的表达特性研究

目的:分析水稻病程相关基因OsPR1b的表达特性,以进一步了解其表达和调控机制。方法:利用PCR技术从水稻日本晴基因组中扩增OsPR1b基因的启动子片段,命名为OsPR1bp,并构建相应的OsPR1bp::GUS融合表达载体,采用农杆菌介导的转基因技术获得转基因植株,进行GUS组织化学分析;利用Real-time PCR对OsPR1b基因在植物激素、非生物因子和水稻白叶枯菌(Xoo)毒性菌株P10(PXO124)处理下的表达水平进行分析。结果:GUS组织染色结果表明OsPR1b在水稻叶片中的表达量较高,而在茎、根、愈伤和花器中的表达量较低;植物激素水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、激动素(KT)、脱落酸(ABA)及NaCl、PEG均可不同程度地提高OsPR1b在叶片中的表达水平,Me-JA、KT和NaCl的处理能提高其在根部的表达水平,但这些激素在诱导OsPR1b在叶片和根部的表达程度上存在明显差异;单独接种Xoo毒性菌株P10 24 h对OsPR1b表达的影响不大,而MeJA与其共同处理后则可显著增强其在叶片中的表达。结论:作为一种防卫基因,OsPR1b在健康植株中的表达水平较低,容易受盐/干旱胁迫及Xoo病原菌的诱导,多种植物激素如JA、KT和ABA很可能作为信号分子参与激活和介导了这种系统性的反应。     

外源糖对水稻Ugp1基因表达调控研究

植物尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（UGPase）是蔗糖合成与降解途径的关键酶。本研究采用水稻叶片离体培养方法,结合Northern杂交技术,研究了外源糖对水稻Ugp1基因表达的影响。研究结果表明,蔗糖、葡萄糖、果糖、光照均能上调水稻Ugp1基因的表达,同时这种上调表达依赖于己糖激酶;果糖能上调水稻成熟叶片中Ugp1基因的表达,但并不影响苗期叶片中Ugp1基因的表达,具组织特异性;葡萄糖和果糖协同作用对Ugp1基因的诱导表达强于蔗糖,这种诱导除依赖于己糖激酶外,还存在其它未知的调控途径。水稻中存在UGPase的多种异构体,蔗糖及光照可诱导水稻Ugp1基因的上调表达,但对水稻UGPase的多种异构体形式并无影响。研究结果将有助于深入了解水稻Ugp1基因与糖信号途径互作调控网络。     

水稻低温响应基因OsCR1的克隆与表达分析

低温、高温、干旱等非生物胁迫是影响水稻产量与品质的重要非生物逆境因子.为了探索水稻耐逆的分子机理并挖掘新的水稻耐逆基因,采用Affymetrix 60K水稻基因表达芯片分析了培矮64S全基因组在上述逆境下的表达谱变化,筛选出一个受低温诱导表达水平显著升高的基因OsCR1( Oryza sativaL.cold resp...     

Bt水稻中crylAb基因的遗传分析

用PCR、GUS染色和Western点杂交技术检测了Bt水稻杂交后代群体,在394株GUS阳性株中,有392株表达Bt蛋白,协同表达株率达99.49%。由此表明,在杂交后代中报告基因gus和目的基因crylAb紧密连锁遗传与表达。GUS组织染色和Southern杂交检测表明Bt水稻中的crylAb基因呈单位点显性基因遗传,且在有性世代中能稳定传递,还发现,在BC1、BC1F2和粳粳交F2群体中crylAb基因呈单位点显性基因遗传,而在籼粳交F2群体中偏离3：1分离。