菘蓝IiEMF基因的克隆与功能分析

该研究以菘蓝(Isatis indigotica Fort.)转录组数据为基础,克隆得到菘蓝EMF基因的cDNA全长,命名为IiEMF。(1)序列分析表明,IiEMF基因开放阅读框长度为1896 bp,编码631个氨基酸。进化树分析表明,菘蓝IiEMF蛋白与甘蓝(Brassica oleracea)EMF蛋白亲缘关系最为接近。(2)实时定量PCR结果显示,IiEMF在菘蓝不同器官中均有表达,且在叶中表达量最高,果实中表达量最低;IiEMF基因在菘蓝抽薹开花过程中叶内的表达量呈先升后降的趋势,并于初花期表达量达到最高后逐渐降低回落;在花/果期IiEMF基因表达量较花蕾中明显降低。(3)成功构建了超表达载体pCAMBIA1300-EMF,经农杆菌介导侵染拟南芥,PCR鉴定表明,有7株为超表达转IiEMF基因植株。(4)表型观察发现,在长日照和短日照条件下,与野生型相比2个转IiEMF基因拟南芥株系的开花时间都明显较早(提前6~10 d),且转IiEMF基因株系的莲座叶数比野生型多10片以上,叶片也比野生型大而肥厚。(5)qRT-PCR检测结果显示,在拟南芥营养生长过程中,过表达IiEMF显著抑制了拟南芥AtAP1、AtCO和AtLFY的表达,而促进了AtFLC的表达;当拟南芥开花时,转基因株系中的AtAP1和AtFLC表达量均高于野生型,AtCO和AtLFY的表达量显著低于野生型。研究表明,过量表达IiEMF基因能够促使拟南芥提前开花,且IiEMF可能是通过影响多种开花途径来共同调节促进拟南芥的早花。     

苦荞R2R3-MYB转录因子调控原花青素生物合成的研究

基于苦荞花期转录组数据,该研究筛选并克隆获得一个黄酮代谢相关的MYB类转录因子,并命名为FtMYB23。该基因ORF框长879bp,编码292个氨基酸;系统进化树分析显示,FtMYB23与SG5-MYB亚家族成员聚为一簇,属于典型的R2R3-MYB型转录因子。β-半乳糖苷酶滤纸分析表明,其具有转录激活活性。FtMYB23过表达转基因拟南芥株系的表型分析表明,3个阳性株系的种皮颜色均呈现出比野生型更深的褐色,其叶中原花青素含量均极显著增加(P 0.01),分别为野生型的4.68、3.5和2.8倍。qRT-PCR分析表明,转基因拟南芥中黄酮合成相关的AtCHS、AtCHI、AtF3H、AtF3′H、AtFLS、AtDFR和AtBAN等基因的表达量显著升高(P 0.05),而AtTT12的表达量极显著降低(P 0.01)。研究认为,FtMYB23作为典型的Subgroup5-MYB(SG5-MYB)激活型转录因子,通过促进黄酮合成途径早期关键酶基因的表达,从而提高原花青素的合成与积累。     

蒺藜苜蓿MtbHLH148转录因子的克隆与转化及其功能分析

bHLH(Basic helix loop helix, bHLH)转录因子家族是植物最大的转录因子家族之一,广泛参与植物生长发育和盐胁迫应答机制。该研究利用同源克隆的方法克隆蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)的MtbHLH148基因,采用qRT PCR方法分析MtbHLH148基因在蒺藜苜蓿中的表达特性,构建超表达载体并通过农杆菌侵染法转化拟南芥(Arabidopsis thaliana),对转基因拟南芥的耐盐性相关功能进行分析研究。结果显示：(1)从蒺藜苜蓿中获得MtbHLH148基因,该基因cDNA全长1 343 bp,包含开放阅读框为603 bp,编码 201 个氨基酸,蛋白分子量22.7 kD,等电点为11.76;蛋白结构分析显示,该蛋白无跨膜结构域,无信号肽,为亲水性蛋白;含有精氨酸／赖氨酸残基的保守结构域和典型的bHLH结构域;二级结构以α 螺旋和无规则卷曲为主。(2)亚细胞定位表明,MtbHLH148蛋白定位在细胞核。(3)进化树分析表明,MtbHLH148与大豆(Glycine max)的亲缘性最近;启动子分析发现,该基因启动子区域含有光响应元件、MYB结合位点以及ABA应答元件ABRE,可能参与非生物胁迫。(4)qRT PCR分析发现,MtbHLH148基因在蒺藜苜蓿的茎中表达量最高,叶中表达量最低,且MtbHLH148基因受ABA(100 μmol/L)诱导并在盐胁迫(200 mmol/L NaCl)处理8 h内表达量上调,而在低温(4 ℃)处理时表达量明显下调。(5)成功构建超表达载体pCAMBIA3301 MtbHLH148并转化拟南芥获得16个抗性株系,经鉴定有12个过表达株系,其中表达量最高的转基因株系为OE8;对OE8株系耐盐性功能分析发现,转基因拟南芥植株的发芽率明显高于野生型,盐胁迫下转基因拟南芥的根长是野生型的1.5倍,表明其耐盐性得到了增强。研究表明,MtbHLH148基因可能在盐胁迫调节机制中具有一定的调控作用。     

过量表达棉花CBF2基因提高转基因拟南芥抗旱耐盐能力

CBF/DREB是一类植物中特有的转录因子,在植物抵抗逆境胁迫过程中发挥重要功能。本研究从陆地棉(Gossypium hirsutum L.)Coker 312中克隆获得1个棉花CBF/DREB基因,命名为Gh CBF2,该基因编码一个由216个氨基酸组成的CBF蛋白。序列分析结果显示,Gh CBF2与其他植物的CBF蛋白类似,含有AP2转录因子典型的保守结构域。干旱或高盐胁迫处理明显增加了Gh CBF2基因的表达量。亚细胞定位分析结果发现Gh CBF2定位在细胞核中。将Gh CBF2基因构建到由35S启动子调控的植物表达载体p MD上并转化拟南芥(Arabidopsis thaliana L.),结果表明,在干旱和盐胁迫条件下,过量表达Gh CBF2基因拟南芥的成活率显著高于野生型,并且游离脯氨酸和可溶性糖含量也高于野生型,说明转Gh CBF2基因提高了拟南芥的耐盐抗旱能力。采用实时荧光定量PCR方法分析胁迫相关标记基因COR15A、RD29A和ERD6的表达情况,结果显示转基因株系中的表达量显著高于野生型,说明Gh CBF2参与调控拟南芥干旱和盐胁迫相关基因的表达。     

拟南芥株型突变体zpr1的性状特征与基因鉴定分析

对本研究室经T-DNA插入法获得的拟南芥株型突变株系——隐性突变体zpr1植株进行植物学性状调查和遗传分析,并对该突变基因进行鉴定、表达定位和调控元件分析。结果显示:(1)性状分析表明,与野生型拟南芥Ws-2相比,突变体zpr1的茎生叶分枝数量增加,茎生叶分枝发生于拟南芥顶端花序部位;野生型拟南芥茎生叶为披针形,而突变体zpr1没有出现分枝的茎生叶呈倒卵形,出现分枝的茎生叶呈披针型;突变体zpr1的主花序高度、株高、分枝高度和分枝长度都高于野生型,且分枝数多于野生型。(2)利用质粒挽救和反向PCR法(IPCR)确定了ZPR1基因突变发生位置是该基因起始密码子上游426bp处,证明T-DNA插入破坏了ZPR1基因的启动子区域,导致该基因在拟南芥内不能正常表达。(3)基因转录调控区域的顺式作用元件分析发现在ZPR1基因的转录调控区有多个与植物激素相关的调控元件,还有与光周期调节相关的调控元件。(4)亚细胞定位发现,ZPR1基因在所有细胞中的细胞膜中表达,而在部分细胞的细胞膜、细胞质和细胞核中均有表达。研究表明,ZPR1基因的表达对植物株型发育有重要的调控作用,该基因的表达水平受植物激素和光照的调节,最终导致了植物株型的变化。     

柠条锦鸡儿CkPHB基因调控木质部发育增强植物抗旱性的功能分析

为了深入揭示柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)亮氨酸拉链蛋白转录因子(HD-ZIP Ⅲ)家族成员CkPHB的功能及其逆境响应,该研究参照转录组序列设计引物克隆得到CkPHB基因序列,并对其进行了一系列生物信息学分析,通过免疫组织化学染色方法对CkPHB蛋白在柠条锦鸡儿叶片中的组织定位进行观察,同时将克隆得到的CkPHB基因经农杆菌介导转化并筛选出阳性过表达拟南芥植株进行功能验证。结果表明:(1)成功克隆得到了柠条锦鸡儿中HD-ZIPⅢ家族成员CkPHB基因,其全长序列1 170 bp; CkPHB蛋白由389个氨基酸组成,分子量为42.83 kD,其编码的蛋白为疏水性蛋白,二级结构主要由α-螺旋组成。(2)免疫组织化学分析显示,CkPHB蛋白定位于柠条锦鸡儿叶脉维管束中木质部区域。(3)经遗传转化筛选鉴定,最终获得了转柠条锦鸡儿CkPHB基因拟南芥过表达株系(CkPHB-OE)T_3代植株3株;解剖结构比较发现,与野生型拟南芥(WT)相比,拟南芥CkPHB-OE株系的叶脉更为发达、维管束体积增大、木质部导管数量增加;实时定量PCR分析结果显示,拟南芥CkPHB-OE株系中与木质部发育相关的5个基因(XCP2、CesA7、CesA8、PAL4、F5H)较WT均显著上调表达。(4)抗旱性实验结果显示,拟南芥CkPHB-OE株系在干旱条件下存活率显著提升,生理指标的测定进一步支持上述结果,表明CkPHB过表达显著增强了转基因拟南芥的抗旱性。研究认为,过表达柠条锦鸡儿CkPHB基因的拟南芥输导组织更加发达、抗性生理指标显著提高,从而使抗旱能力增强,证明CkPHB基因在促进叶脉发育提高植物抗旱性中发挥重要作用。该研究结果为进一步研究柠条锦鸡儿CkPHB基因的干旱应答机制奠定了基础。     

中间锦鸡儿CiNAC1基因促进转基因拟南芥叶片的衰老

NAC转录因子家族是植物特有的、最大的转录因子家族之一,参与植物生物胁迫和非生物胁迫应答、激素信号转导、植物次生生长、细胞分裂和植物衰老等多种过程,在植物生长发育过程中起着重要的作用。以中间锦鸡儿Ci NAC1基因的过表达拟南芥纯合体株系为材料,以野生型为对照,对Ci NAC1基因功能进行分析。结果发现,乙烯处理后,Ci NAC1基因过表达株系与野生型拟南芥相比,叶片衰老提前、叶绿素含量降低、离子渗透率升高。实时荧光定量PCR检测发现,乙烯处理后Ci NAC1基因过表达株系中与叶绿素降解相关的基因SGR1、SGR2、PPH,以及与衰老相关的基因SAG13、SAG29、ORE1、SINA1、VNI2和乙烯信号途径中的重要转录因子EIN3的表达量均明显高于野生型拟南芥。表明Ci NAC1基因在乙烯诱导的叶片衰老过程中发挥重要作用。     

苹果DREB转录因子家族全基因组鉴定与分析

DREB转录因子属于AP2/ERF转录因子家族,能够与DRE/CRT顺式作用元件特异性结合,调控与逆境应答基因的表达,因而在植物应对低温、干旱、高盐等逆境胁迫中发挥重要作用。该研究利用苹果全基因组数据,通过生物信息学手段鉴定苹果DREB转录因子家族成员,并分析DREB转录因子家族保守域特点与功能及表达情况。结果表明:从苹果全基因组中共鉴定出60个DREB转录因子家族成员,与拟南芥和水稻相比基本一致,通过引入拟南芥DREB基因进行系统发生分析,进一步可以将其细分为6个亚组;结构域和保守元件分析表明,DREB基因家族含有一个AP2保守结构域;染色体定位表明,苹果DREB基因分布于11条染色体上,部分基因存在串联复制现象;基因结构分析显示,该亚家族基因不含内含子。利用同源拟南芥RNA-Seq数据分析结果表明,DREB转录因子家族对低温、ABA调节等非生物胁迫具有调控作用,同时在DREB亚家族中每个亚组响应不同的非生物胁迫;通过分析DREB基因在不同组织中的表达情况,结果显示DREB基因在植物根部中的表达量最强,其次是叶。     

水稻锌指蛋白基因O_sBBX22响应热胁迫的功能分析

利用RNA干涉技术研究水稻锌指蛋白基因O_sBBX22的生物学功能,为探讨O_sBBX22响应热胁迫的机制、培育抗逆水稻、减轻高温对水稻的损害奠定基础。通过观察转基因突变体植株和野生型植株在热胁迫下的表型差异,分析O_sBBX22生物学功能;采用半定量PCR和荧光定量PCR检测O_sBBX22以及相关的热激转录因子(HSF)、热激蛋白(HSP)基因在转基因突变体株系中的表达水平;通过原位组织化学检测过氧化氢在野生型、转基因突变体株系叶片中的定位和积累情况。结果表明,在0~5 h热胁迫条件下,与野生型株系相比,O_sBBX22的表达在转基因突变体植株中明显下调;而野生型O_sBBX22受热信号诱导,随着热激时间的增加,O_sBBX22的表达量呈先上升后下降的趋势,且在热激1 h时表达量最高。相关的HSF和HSP也受热信号诱导,野生型株系中的HSFA2a、HSFA7、HSP16.9和HSP100表达量均比转基因突变体株系高,且在热激1 h时,HSFA2a、HSP16.9和HSP100表达量最高,而HSFA7在热激3 h时表达最高。热胁迫3 h,经DAB染色,转基因突变体株系叶片上出现的红褐色斑点主要集中于叶脉和受损伤部位,且明显多于野生型。锌指蛋白基因O_sBBX22在水稻苗期热胁迫应答中具有重要的作用,野生型株系抗热能力明显高于O_sBBX22抑制表达转基因株系;HSFA2a、HSFA7、HSP16.9和HSP100可能参与了O_sBBX22介导的水稻耐热调控。     

小麦转录因子基因TaERF7的克隆及其表达分析

温光敏核不育小麦(Triticum aestivum)百农不育系(Bainong sterility,BNS)是一种良好的小麦杂种优势利用材料,利用其低温不育、高温可育的特性可以实现“两系法”杂交小麦育种。该研究为找到BNS育性转换的关键基因,从已有BNS不育和可育花药的基因芯片数据中,鉴定得到表达存在差异的TaERF7基因,并通过设计引物克隆了TaERF7的cDNA和启动子序列,采用qRT-PCR分析TaERF7对不同温度和光照的响应。结果显示:(1)生物信息学分析表明,TaERF7基因的CDS区有660 bp,编码219个氨基酸;TaERF7蛋白含有AP2结构域和2个EAR基序,属于第二类乙烯响应因子(Ethylene response factor,ERF);TaERF7的氨基酸序列与拟南芥(Arabidopsis thaliana)AtERF4同源,可能是一种转录抑制因子;TaERF7启动子区含有多个光响应和低温响应的顺式作用元件。(2)qRT-PCR结果表明,TaERF7在BNS的不同组织与器官中均有表达;在长日照(14 h)下,TaERF7在BNS中的表达量下调约0.47倍,而在短日照(10 h)处理下,TaERF7在BNS中的表达量上调约1.14倍;4℃的低温处理使TaERF7表达量在2 h内上调了约25.7倍,并且在48 h内一直保持较高的水平,而在37℃下虽然可以使TaERF7表达量在1 h内上调约0.71倍,但2 h后便急剧下调,到12 h时其表达量与对照相比已下调了约0.85倍。该研究结果初步证明,TaERF7基因可能特异性结合下游基因启动子的GCC box、DRE和CRT元件,调控下游基因的表达,从而影响了BNS的育性。     

番茄ARF2蛋白的生物信息学分析与亚细胞定位

克隆番茄(Solanum lycopersicum) ARF2基因,并分析其分子特性和亚细胞定位,为研究其功能提供基础．通过生物信息学方法分析SlARF2基因编码蛋白的理化性质和分子特性．采用RT-PCR技术从番茄果实cDNA中扩增SlARF2基因全长,并构建与黄色荧光蛋白(YFP)融合的pBA-ARF2-YFP表达载体,进而再通过农杆菌介导的遗传转化方法,将重组质粒转化到野生型番茄中,将得到的T1代转基因种子萌发,然后取根尖通过荧光显微镜观察了融合蛋白在活细胞内分布的特点．生物信息学分析结果表明,SlARF2是富含Ser、Leu、Gly和Pro以及具有ARF家族典型结构域的可溶性蛋白,其氨基酸序列与葡萄、木薯和拟南芥的同源性分别为70.08 %、66.94 %和60.87 %．经酶切和测序分析证实pBA-ARF2-YFP融合表达载体构建成功,此外,PCR分析表明融合蛋白在转基因植株中得到表达．经荧光显微镜观察,ARF2定位在细胞核中．表明转录因子SlARF2定位在细胞核中,对番茄果实发育和成熟起重要作用．     

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。     

小白菜BcUBCE2基因的克隆及表达分析

采用cDNA-AFLP和RACE技术从小白菜中克隆得到泛素结合酶E2基因(ubiquitin conjugating enzyme E2),命名为BcUBCE2。序列分析表明,BcUBCE2基因cDNA全长830bp,包含1个456bp的开放阅读框,编码152个氨基酸。结构分析发现,该序列包含一个泛素结合酶E2活性位点和一个高度保守的半胱氨酸。进化分析显示,小白菜BcUBCE2蛋白同拟南芥E2蛋白的亲缘关系最近。qRT-PCR分析表明,BcUBCE2基因在小白菜根、茎、叶中均有表达,铜处理10d时BcUBCE2基因的表达量最高。研究认为,BcUBCE2基因可能在铜胁迫响应中发挥重要作用。     

盐芥ThDREB2B基因克隆及功能分析

利用RACE技术从抗逆模式植物盐芥中克隆获得了1个DREB(dehydration responsive element binding)类转录因子基因,命名为ThDREB2B(NCBI登录号EF653377)。结果表明:(1)ThDREB2B基因cDNA全长1 486bp,包含1个954bp的开放阅读框,编码316个氨基酸;推测编码的蛋白质分子量约36.0kD,等电点为4.81,第76～135位氨基酸构成1个AP2结构域。(2)系统进化分析表明,ThDREB2B属于DREB亚家族的A-2亚组,与拟南芥AtDREB2B基因遗传距离最近。(3)半定量RT-PCR检测显示,ThDREB2B基因在正常生长条件下低丰度表达,在低温、干旱或高盐胁迫下上调表达。(4)酵母单杂交结果表明,ThDREB2B蛋白能与DRE元件特异结合,但转录激活能力弱。推测ThDREB2B蛋白可能需要翻译后修饰以获得转录激活功能。     

小麦一个新BBI型蛋白酶抑制剂基因TaUES的克隆及初步分析

根据小麦基因表达芯片结果,以山融3号小麦叶片为试验材料,克隆获得在盐胁迫处理24 h时表达显著提高的基因TaUES(up-regulated expression under saline-stress in wheat,ID:KC408382)。序列分析显示,TaUES编码一个富含半胱氨酸的97个氨基酸的多肽,该多肽含有1个BowB结构域和10个保守的半胱氨酸残基;与小麦或其他物种BBI型蛋白酶抑制剂氨基酸序列具有较高的同源性。推测TaUES是小麦中一种新的BBI型蛋白酶抑制剂基因。基因表达分析表明,TaUES基因参与盐和干旱胁迫应答。异源过表达转基因功能初步分析表明,过表达TaUES转基因烟草后代株系耐盐性提高。     

马铃薯StMYB44基因对蔗糖的响应

MYB转录因子存在于所有真核生物中,是最具代表的转录因子家族之一,广泛参与植物发育、苯丙烷代谢、生物与非生物胁迫响应、激素响应以及细胞形态建成等过程。该研究从马铃薯品种‘青薯9号’中克隆得到StMYB44基因(GenBank登录号XM_006367359.2),该基因CDS长为963 bp,编码320个氨基酸,含有2个SANT结构域。实时荧光定量PCR结果显示,StMYB44基因在花中表达最高,在匍匐茎中表达最低;且StMYB44基因在无蔗糖处理下表达上调,在高浓度蔗糖处理下(6%、9%)表达下调。构建表达载体并进行遗传转化烟草发现,StMYB44基因突变体在无蔗糖条件下的长势明显好于野生型,而在高蔗糖浓度下(6%、9%)的长势弱于野生型,且蔗糖浓度越高,差异越大。研究表明,蔗糖浓度能够调节StMYB44基因的表达,推测StMYB44基因可能在植物响应蔗糖中起重要作用。     

枸杞LbSPL6基因的克隆及表达分析

从实验室前期对枸杞(Lycium barbarum L.)花发育过程转录组测序结果推测,枸杞Squamosa启动子结合蛋白(Squamosa promoter binding protein-like,SPL)转录因子可能在枸杞花发育过程中发挥重要功能。该研究以宁夏特色植物资源枸杞为材料,采用RACE方法克隆LbSPL6基因,通过生物信息学及基因表达分析对该基因进行初步研究。结果表明:(1)成功克隆获得LbSPL6基因,其开放阅读框全长1524 bp,编码507个氨基酸,分子量为55.34 kD;序列分析表明LbSPL6蛋白中包含3个保守基序,且氨基酸序列与茄科植物同源蛋白的氨基酸序列高度相似。(2)qRT-PCR分析证实,LbSPL6基因在枸杞花器官中表达,并且在花药发育的四分体时期及单核花粉时期表达量较高;亚细胞定位实验证明,LbSPL6蛋白定位于细胞核中。该研究结果为进一步研究枸杞LbSPL6转录因子在花发育过程中的功能和作用机制奠定了基础。     

杜梨胆碱单加氧酶基因克隆及胁迫表达

为了解梨砧木—杜梨对非生物胁迫的防御机制,采用RT-PCR、RACE和长片段PCR技术从杜梨幼苗中获得1个甜菜碱合成相关的胆碱单加氧酶基因(PbCMO),运用生物信息学方法分析序列特点,并通过跨内含子引物进行半定量RT-PCR研究其在非生物胁迫下的表达情况。结果表明:(1)PbCMO基因cDNA序列编码区长1 227bp,编码由408个氨基酸组成的多肽。其对应基因组DNA序列长2 928bp,由10个外显子和9个内含子组成。其推导的多肽预测的等电点为6.19,相对分子质量为46.27kD,具备Rieske型铁硫[2Fe-2S]簇结合区域和非血红素单核态铁配位点序列,与枸杞CMO蛋白相似性最高(71%)。(2)PbCMO在幼苗根和叶中均为诱导型表达,100mmol/L氯化钠、10%(W/V)聚乙二醇、180mmol/L甘露醇或20μmol/L脱落酸处理后其表达量明显上调,表明PbCMO对盐碱、干旱、渗透胁迫和ABA均存在表达响应,可能参与杜梨应对非生物胁迫的转录调节。