普通烟草RAV家族基因结构与功能分析

揭示RAV基因在普通烟草中的表达过程及其在生物和非生物因子胁迫下的作用,对于烟草抗逆育种具有重要意义。采用生物信息学手段和qRT-PCR技术分别对普通烟草RAV家族基因进行生物信息学分析、研究该基因在低温和脱落酸(ABA)诱导下的表达模式。分析发现,与拟南芥RAV基因同源的普通烟草RAV基因序列有6条,且与茄科植物同源关系较近;通过结构组成分析,发现RAV蛋白主要由无规则卷曲、α-螺旋和延伸链组成,该家族基因氨基酸序列基本含有AP2和B3结构域,且两个结构域均具有非常强的保守性;表达模式分析显示,普通烟草RAV基因表达部位呈现出明显的组织特异性,且低温和ABA均能诱导该基因上调表达,表明该基因在烟草响应非生物胁迫中发挥重要作用。     

茶树CsPNPO基因的功能鉴定与表达分析

PNP氧化酶是VB_6代谢途径中一个重要的转化酶。该研究以茶树‘龙井43’为材料,采用RT-PCR方法克隆PNP氧化酶基因,以pET22b(+)为载体构建原核表达载体,通过IPTG进行诱导表达并进行功能鉴定;采用荧光定量PCR方法分析茶树不同组织中CsPNPO基因的表达差异以及在低温和干旱胁迫下的表达特征,为进一步解析茶树VB_6的生理生化功能奠定基础。结果表明:(1)茶树CsPNPO编码框长度为1 503 bp,编码501个氨基酸,分子量为48.5 kD,理论等电点5.82,不含信号肽,属于亲水性的非分泌蛋白,定位于叶绿体;氨基酸序列分析结果显示,其有叶绿体转运肽区域、YjeF-N功能域和PNP氧化酶功能域。(2)成功构建pET22b(+)-CsPNPO原核表达载体,并在pH 8.5、37℃时测定重组蛋白有较强的PNP氧化酶活性。(3)荧光定量PCR检测结果显示,CsPNPO基因在茶树叶中的表达量最高,其次是茎,根的表达量最低仅为叶的十分之一,表明CsPNPO基因具有组织表达特异性;在低温和干旱条件下CsPNPO基因的表达量下降明显,推测CsPNPO基因可能参与了茶树对低温和干旱的逆境应答。     

珙桐中一个与低温相关基因的克隆及其表达研究

低温诱导膜蛋白是由低温诱导表达蛋白基因编码的一类疏水性蛋白,在植物抵御寒冷环境时起着一定的保护作用。从珙桐cDNA文库中获得一个未知基因（DiRCI）,该基因长539bp,其中包括174bp的开放阅读框,92bp的5′末端非编码区和273bp的3′末端非编码区,编码57个氨基酸残基蛋白,在氨基酸水平上同源性较高的是车前草的低温诱导膜蛋白（登入号：ACA66247.1）,其相似性为89.5%。半定量RT-PCR分析发现,25℃以上,该基因在珙桐各器官中基本上均未表达,但经8℃低温处理时,在成熟叶片、叶柄和成熟未萌发的种子中均有表达,但是在根中基本没有表达,进一步研究发现该基因在24h～48h内表达量增多并达到最高值,48h后其表达量逐渐减弱直至消失,说明该基因确实与低温诱导相关,从而初步推测该基因为低温诱导膜蛋白基因。该基因的克隆丰富和保存了珙桐基因资源,并为进一步研究冷胁迫的分子机制奠定了基础。     

珙桐中一个与低温相关基因的克隆及其表达研究(英文)

低温诱导膜蛋白是由低温诱导表达蛋白基因编码的一类疏水性蛋白,在植物抵御寒冷环境时起着一定的保护作用。从珙桐cDNA文库中获得一个未知基因(DiRCI),该基因长539bp,其中包括174bp的开放阅读框,92bp的5′末端非编码区和273bp的3′末端非编码区,编码57个氨基酸残基蛋白,在氨基酸水平上同源性较高的是车前草的低温诱导膜蛋白(登入号:ACA66247.1),其相似性为89.5%。半定量RT-PCR分析发现,25℃以上,该基因在珙桐各器官中基本上均未表达,但经8℃低温处理时,在成熟叶片、叶柄和成熟未萌发的种子中均有表达,但是在根中基本没有表达,进一步研究发现该基因在24h～48h内表达量增多并达到最高值,48h后其表达量逐渐减弱直至消失,说明该基因确实与低温诱导相关,从而初步推测该基因为低温诱导膜蛋白基因。该基因的克隆丰富和保存了珙桐基因资源,并为进一步研究冷胁迫的分子机制奠定了基础。     

茶树冷诱导基因的AFLP筛选及其表达分析

以中小叶茶树良种舒茶早和云南大叶种73-11为材料,于4℃低温处理4 d后,采用AFLP技术筛选出冷诱导下茶树差异表达基因并进行分析.结果显示,实验共获得41个差异片段(TDFs),其中舒茶早产生19条差异条带,73-11产生38条差异条带,两品种共有条带16条.所获得的差异片段按功能可划分为4类,即信号传导蛋白、转录因子、基础代谢相关蛋白、抗逆蛋白质,此外还有一些假设蛋白质以及未知蛋白.利用qRT-PCR对Kh1、Kh3和Kh11差异片段进行验证,结果显示这3个片段均被低温诱导,表达量上升.研究表明,茶树在低温胁迫下的逆境反应非常复杂,涉及多种代谢过程中的众多基因,而且大叶种比中小叶种对低温反应更为敏感.     

异色瓢虫多巴脱羧酶基因序列及低温诱导表达分析

多巴脱羧酶(dopa decarboxylase,DDC)是把多巴降解成多巴胺的重要酶类,在昆虫行为和发育中具有重要作用。本研究在转录组获得异色瓢虫Harmonia axyridis DDC基因序列的基础上,从ORF两端设计特异性引物进行扩增并测序验证,获得了DDC基因的c DNA的ORF全长序列,其包含1431 bp,编码476个氨基酸,软件分析预测显示该基因编码蛋白的分子量为53.88 k Da,理论等电点为5.80。本实验分为升温、降温、低温储存以及不同发育阶段(包括预蛹,1-3 d蛹,1-3 d 4龄幼虫以及羽化1-3 d成虫)4个处理组,采用荧光定量PCR技术研究异色瓢虫不同处理组DDC基因的表达水平。结果表明:DDC基因在蛹期第1天的表达量最高,在升温诱导条件下表达无差异,降温诱导下表达量上升;黄色雌成虫低温储存条件下基因表达量先显著上升后显著下降,黑色雌成虫表达量无差异,表明DDC基因可以在低温胁迫下高表达促使异色瓢虫适应环境变化。     

茶树CsPLK基因的鉴定与表达分析

茶树中富含茶氨酸、儿茶素和咖啡碱等重要功能成分,具有较高的价值功效,茶树在生命周期中经常遭受逆境胁迫,维生素B6(VB6)在植物体内参与逆境应答,吡哆醛激酶(pyridoxal kinase,PLK)是VB6补救途径中的关键酶。为进一步了解PLK在茶树生物合成中的功能和作用机理,该研究基于茶树基因组数据库,以龙井43为材料,采用逆转录PCR(RT-PCR)的方法从茶树中克隆出CsPLK的基因。结果表明:该基因序列长为1 179 bp,编码393个氨基酸; CsPLK蛋白和已知物种中PLK蛋白具有较高的同源性,都是核糖激酶超家族成员;通过构建pET-CsPLK载体进行原核表达,并鉴定出重组蛋白有很强的催化活性;组织表达特异性分析表明,叶中的表达量比茎、根的高,在根中最低;荧光定量PCR表示,低温诱导CsPLK上调表达,干旱诱导CsPLK下调表达,发现该基因在茶树中有明显的逆境应答,推测CsPLK在茶树的生长发育、逆境胁迫发挥重要作用。     

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。     

茶树DELLA基因家族的鉴定及表达分析

利用生物信息学方法,从茶树(Camellia sinensis (L.) O. Ktze.)全基因组数据库中分析获得DELLA蛋白的家族成员,并对它们的系统进化关系、蛋白序列特征、基因表达特异性及其与茶树次生代谢物的相关性进行分析。结果显示:茶树基因组中共有5个DELLA基因,分别为:TEA009882 (CsGAI)、TEA022818 (CsRGA1)、TEA010112 (CsRGL1)、TEA008736 (CsRGL2)和TEA020933 (CsRGL3);其编码的氨基酸数量在525～594之间,均定位于细胞核。该蛋白的二级和三级结构分析结果表明,茶树DELLA蛋白结构中含有大量的α螺旋及少量β转角结构。蛋白保守结构域分析结果显示该蛋白与拟南芥(Arabidopsis thaliana (L.)Heynh.)具有高度的同源性,均具有GRAS、DELLA等保守结构域。基因的表达特异性分析结果表明,在茶树不同组织部位中,TEA009882、TEA022818和TEA010112基因的表达量均较高,而TEA020933和TEA008736的表达量在各组织中均较低;茶树DELLA基因的表达受到干旱、NaCl、低温及茉莉酸甲酯等非生物逆境胁迫的调控,且其表达量与茶树次生代谢物的积累间存在相关性。推测茶树DELLA基因广泛参与了茶树生长发育及非生物逆境胁迫的响应,以及对次生代谢物生物合成过程的调控。     

茶树叶片类脱水素蛋白的Western-blot分析

为了解茶树脱水素种类与功能,采用Western-blot技术,研究了不同季节及越冬过程中茶树叶片脱水素蛋白家族的表达模式。结果显示:(1)茶树叶片总蛋白提取采用酚-甲醇/醋酸铵沉淀法,用时短、蛋白浓度高、SDSPAGE电泳条带清晰,背景干净,满足茶树Western-blot技术要求。(2)在不同季节及越冬期中发现14~95kD共9种不同分子量的茶树类脱水素蛋白,其中95、65、48、37、34和14kD等6种蛋白表达量较为稳定,季节与越冬期变化不明显;58kD脱水素仅在冬季表达,越冬期不断上升,2月份增加到最高,表达丰度高;28kD脱水素蛋白在冬季表达量高,越冬期与茶树抗寒力变化规律一致;21kD脱水素在夏季和越冬期后期有较高的表达。研究表明,这3种脱水素可能在茶树抗逆中起着重要作用。     

CsRAV1 induces sylleptic branching in hybrid poplar

? Sylleptic branching in trees may increase significantly branch number, leaf area and the general growth of the tree, particularly in its early years. Although this is a very important trait, so far little is known about the genes that control this process. ? This article characterizes the Castanea sativa RAV1 gene, homologous to Arabidopsis TEM genes, by analyzing its circadian behavior and examining its winter expression in chestnut stems and buds. Transgenic hybrid poplars over-expressing CsRAV1 or showing RNA interference down-regulated PtaRAV1 and PtaRAV2 expression were produced and analyzed. ? Over-expression of the CsRAV1 gene induces the early formation of sylleptic branches in hybrid poplar plantlets during the same growing season in which the lateral buds form. Only minor growth differences and no changes in wood anatomy are produced. ? The possibility of generating trees with a greater biomass by manipulating the CsRAV1 gene makes CsRAV1 transgenic plants promising candidates for bioenergy production.     

Divergent DNA methylation contributes to duplicated gene evolution and chilling response in tea plants

The tea plant (Camellia sinensis) is a thermophilic cash crop and contains a highly duplicated and repeat-rich genome. It is still unclear how DNA methylation regulates the evolution of duplicated genes and chilling stress in tea plants. We therefore generated a single-base-resolution DNA methylation map of tea plants under chilling stress. We found that, compared with other plants, the tea plant genome is highly methylated in all three sequence contexts, including CG, CHG and CHH (where H = A, T, or C), which is further proven to be correlated with its repeat content and genome size. We show that DNA methylation in the gene body negatively regulates the gene expression of tea plants, whereas non-CG methylation in the flanking region enables a positive regulation of gene expression. We demonstrate that transposable element-mediated methylation dynamics significantly drives the expression divergence of duplicated genes in tea plants. The DNA methylation and expression divergence of duplicated genes in the tea plant increases with evolutionary age and selective pressure. Moreover, we detect thousands of differentially methylated genes, some of which are functionally associated with chilling stress. We also experimentally reveal that DNA methyltransferase genes of tea plants are significantly downregulated, whereas demethylase genes are upregulated at the initial stage of chilling stress, which is in line with the significant loss of DNA methylation of three well-known cold-responsive genes at their promoter and gene body regions. Overall, our findings underscore the importance of DNA methylation regulation and offer new insights into duplicated gene evolution and chilling tolerance in tea plants.     

提高植物抗寒性的机理研究进展

低温胁迫是世界范围内影响植物产量和品质的主要非生物胁迫.植物抗寒生理生态研究是比较活跃和发展很快的领域.文章综述了提高植物抗寒性机理的研究进展.大量科学研究和生产实践表明,气象因素与植物自身因素是影响植物抗寒性的关键因素,前者主要是温度、光周期和水分,后者主要是植物的遗传学基础、生长时期、发育水平以及低温胁迫下细胞的抗氧化能力.保证植物抗寒基因充分表达对提高植物抗寒性有重要意义.植物抗寒性的遗传机制与调控主要通过5条路径实现:丰富多样的植物低温诱导蛋白,低温转录因子DREB/CBF可同时调控多个植物低温诱导基因的表达,DREB/CBF与辅助因子相互作用调控下游基因表达,Ca2+、ABA及蛋白质磷酸化上游调控低温诱导基因表达,以及不饱和脂肪酸酶基因的表达.基因工程改良植物抗寒性已获重要进展,但距产业化尚有许多开创性的工作要做,目前主要通过导入抗寒调控基因和抗寒功能基因而实现,后者主要是导入抗渗透胁迫相关基因、抗冻蛋白基因、脂肪酸去饱和代谢关键酶基因、SOD等抗氧化系统的基因以及与植物激素调节有关的基因.农林技术对提高植物抗寒性有重大实用价值,其中的不少技术蕴涵着深刻的科学机理,重点评述了抗寒育种、抗砧嫁接、抗寒锻炼、水肥耦合及化学诱导五大技术提高植物抗寒性的作用机理.展望了提高植物抗寒性的研究.     

Proline and betaine provide protection to antioxidant and methylglyoxal detoxification systems during cold stress in <Emphasis Type="Italic">Camellia sinensis</Emphasis> (L.) O. Kuntze

The aim of this study was to monitor the influence of proline and betaine exposure on antioxidant and methylglyoxal (MG) detoxification system during cold stress in Camellia sinensis (L.) O. Kuntze. Cold stress enhanced MG and lipid peroxidation levels in tea bud (youngest topmost leaf). This increase was resisted upon the exposure of tea bud to proline and betaine. Exposure of tea bud with proline and betaine also help in maintaining thiol/disulfide ratio during cold stress. Proline exposure enhanced glutathione-S-transferase and glutathione reductase (GR) activity, while betaine exposure increased only GR activity during cold stress. Furthermore, effect of proline/betaine was studied on glyoxalase pathway enzymes that are involved in MG detoxification and comprise of two enzymes glyoxalase I and glyoxalase II. Both proline and betaine showed protective effect on glyoxalase I and activating effect on glyoxalase II during cold stress in tea bud. This investigation, therefore, suggest that proline and betaine might provide protection to cold stress in tea by regulating MG and lipid peroxidation formation as well as by activating or protecting some of antioxidant and glyoxalase pathway enzymes.