巴西橡胶树HbMKK4基因的克隆及表达分析

采用RACE技术,从橡胶树‘热研7-33-97’中克隆了1个促分裂原活化蛋白激酶的激酶(MKK)基因HbMKK4。该基因全长cDNA序列1 580bp,编码框1 059bp,编码352个氨基酸,含有S_TKc结构域,其编码蛋白的分子量为38.83kD,理论等电点为9.36。实时荧光定量PCR结果显示,HbMKK4在橡胶树的根、树皮、胶乳及叶片中均有表达。割胶、茉莉酸甲酯和乙烯利均能上调胶乳中HbMKK4基因的表达,基因相对表达量分别在割胶后2h、茉莉酸甲酯处理8h和乙烯利处理4h后达到最高。研究结果推测HbMKK4可能通过MAPK信号途径参与茉莉酸信号途径的响应,可能在天然橡胶生物合成调控中起关键作用。     

橡胶树DELLA蛋白编码基因HbGAI的克隆与表达分析

该研究采用RT-PCR与RACE技术,从橡胶树‘热研7-33-97’胶乳中克隆了1个DELLA蛋白编码基因HbGAI(GenBank登录号为KT696439)。HbGAI全长cDNA序列2 050bp,包含1个长1 842bp的完整开放阅读框。序列分析显示,HbGAI基因编码613个氨基酸,其推导的蛋白含有DELLA和GRAS结构域,分子量为66.476kD,理论等电点为5.19,无跨膜结构域,属于亲水性蛋白。进化树分析表明,HbGAI蛋白与其他植物中DELLA蛋白具有较高的相似性,与麻疯树JcGAI和蓖麻RcGAI亲缘关系较近。荧光定量PCR结果显示,割胶和茉莉酸甲酯处理下调胶乳中HbGAI基因的表达,乙烯利处理4h内显著上调胶乳中HbGAI基因的表达,表明HbGAI基因可能在橡胶树割胶、茉莉酸、乙烯响应中发挥作用。     

橡胶树中橡胶的生物合成与调控

介绍橡胶树橡胶生物合成的分子过程、参与合成的主要酶类和辅助因子,以及割胶、生长调节物质（茉莉酸和乙烯等）和基因工程技术调控橡胶合成的研究进展。     

应用酵母双杂交系统筛选橡胶延长因子REF的互作蛋白

利用酵母双杂交系统,以橡胶树(Hevea brasiliensis)橡胶延长因子基因REF的开放阅读框(ORF)构建无自激活性的诱饵表达载体pBD-GAL4-REF,并筛选以pAD-GAL4-2.1载体构建的橡胶树胶乳cDNA文库,对阳性克隆的cDNA插入片段进行测序及生物学功能分析。通过酵母双杂交筛选,共获得5种可能与REF互作的候选蛋白质,它们分别为与诱饵蛋白REF高度同源的REF家族成员、小橡胶粒子蛋白(SRPP)、翻译控制肿瘤蛋白(TCTP)、激发子响应蛋白和泛素耦联酶E2,这表明橡胶延长因子REF除了与自身高度同源蛋白质可能存在相互作用之外,还可能与TCTP和激发子响应蛋白等其它蛋白质发生相互作用。这些结果有助于揭示橡胶粒子的生物学功能。     

不同割制对橡胶树胶乳矿质养分流失的影响

为了研究不同割胶制度对胶乳矿质养分流失的影响,以成龄橡胶无性系PR107为研究材料,在1a的不同月份研究了5种割胶制度下干胶中矿质养分N、P、K、Ca、Mg的流失情况,分析了外界因素(如割胶频率、乙烯利刺激强度、月平均温、月降雨量等)对橡胶树胶乳养分流失量的影响情况,并建立了胶乳养分流失量与外界因素的直线回归方程,结果表明:(1)不论是传统割胶还是乙烯利刺激割胶,PR107胶乳中矿质养分的流失量大小顺序为:N>K>P>Mg>Ca;(2)与传统割胶相比,4种乙烯利刺激割制对PR107胶乳中矿质养分的流失量具有极显著的影响(P<0.01),加速了橡胶树养分的流失,其中N素增加了1.01～1.26倍,P素增加了1.19～1.53,K 素增加了1.26～1.58倍,Ca素增加了0.69～1.14倍,Mg素增加了1.02～1.51倍.在一定范围内,随着刺激强度或割胶频率的增加,每刀流失的养分数量呈下降趋势,但胶乳养分流失的总量却增加.(3)胶乳养分流失量与外界因素的直线回归方程达显著水平,在一定程度上可用于预测胶乳养分的流失量.     

橡胶树果糖-1，6-双磷酸酯酶基因的克隆及表达特性分析

果糖．1,6-双磷酸酯酶（FBPase）是糖异生途径中的关键酶,在糖代谢中起重要作用。本研究首次从橡胶树中克隆并获得胞质型HbFBPase基因,其全长cDNA序列1541bp,包含一个1017bp的开放阅读框,编码一个由338个氨基酸残基组成的蛋白质。氨基酸同源性分析发现,该蛋白含有保守的FBPase活性位点、腺嘌呤核糖核苷酸（AMP）结合位点及金属离子结合位点。生物信息学分析显示,HbFBPase蛋白无导肽酶切位点,不具有跨膜结构域,且为亲水蛋白,推测该蛋白可能在细胞质中发挥作用。实时荧光定量PCR分析表明,HbFBPase基因在叶中高表达,胶乳及种子次之。进一步分析HbFBPase基因在非光合库组织胶乳（产胶细胞的细胞质）中的表达模式,结果显示该基因表达受割胶、伤害处理调控,推测其在橡胶树胶乳糖代谢中发挥重要的调控作用,参与了橡胶烃的生物合成调控。此外,HbFBPase基因表达受多种植物激素如乙烯（ET）、脱落酸（ABA）、茉莉酸（JA）、植物生长素（2,4．D）、水杨酸（sA）及赤霉素（GA）的调控。本研究初步揭示HbFBPase是橡胶树胶乳糖异生作用的关键酶,是胶乳糖酵解及橡胶合成的负调控因子,为探讨胶乳糖异生与橡胶烃合成之间的关系提供理论基础,有助于进一步了解胶乳糖代谢的调控机理。     

巴西橡胶树一个AP2／EREBP转录因子的克隆及表达分析

本文采用RACE技术从巴西橡胶树中鉴定出一个AP2／EREBP转录因子。该转录因子全长cDNANl225bp,最长开放阅读框699bp,预测编码蛋白包含232个氨基酸;序列比对分析发现,该转录因子具有一段保守的AP2／EREBP结构域,与拟南芥Soloist（At4g13040）具有较高的相似性,将该基因命名HbSoloist。半定量胙PcR分析结果表明,HbSoloist在巴西橡胶树的胶乳、叶片、树皮和花中均有表达。与健康橡胶树相比,死皮树胶乳HbSoloist表达量明显下降。研究发HbSoloist表达受乙烯利、茉莉酸和低温处理调控,表明HbSoloist基因可能在巴西橡胶树乙烯、茉莉酸和低温反应中发挥作用。     

巴西橡胶树中小檗碱桥酶HbBBE1在逆境胁迫中的作用（英文）

小檗碱桥酶(BBE,EC1. 5. 3. 9)是小檗碱生物合成中的关键酶。通过PCR扩增,克隆了橡胶树中HbBBE1基因。HbBBE1的启动子区域含有光、赤霉素、水杨酸、机械伤害、真菌诱导子、防御和应激反应元件。通过预测发现,HbBBE1蛋白质含有一个信号肽、一个跨膜区域、FAD结合结构域和特异性BBE结构域,它与木薯中的具有相同残基的BBE蛋白质具有80. 1%的相似性。分析HbBBE1基因在橡胶树不同组织中的表达发现,其在乳胶中的表达量最高。白粉病侵染、干旱、高强度光照、过氧化氢、未割胶树割胶处理和机械伤害处理都能显着上调HbBBE1的表达。此外,外源激素赤霉酸、水杨酸、乙烯利、茉莉酸甲酯和脱落酸处理也均可显著诱导HbBBE1的表达。在这些处理中,HbBBE1被赤霉酸刺激后表达量迅速升高,且在0. 5 h达到最大值(6. 3倍)。在脱落酸、乙烯利和过氧化氢等处理下,HbBBE1的表达显著;与未处理的对照相比,其表达倍数达数十倍。综上所述,我们的研究表明HbBBE1在响应橡胶树中的生物和非生物胁迫中起多种作用。     

橡胶树橡胶生物合成调控相关基因表达丰度比较

蛋白质是构成生命系统的基本元件之一,是大部分生物学功能的执行者。蛋白质丰度与其生物学功能息息相关,其丰度受基因表达过程中各环节严格精密的调控。其中,蛋白质丰度与其相应mRNA丰度存在较强的相关性,蛋白质丰度差异的40%可由mRNA丰度来解释。茉莉酸信号途径调节巴西橡胶树中的天然橡胶生物合成,但相关基因彼此间的表达丰度差异尚待阐明。该文比较了S/2D d3割胶制度下,15个橡胶生物合成调控相关基因COI1、JAZ1、JAZ2、JAZ3、MYC1、MYC2、MYC3、MYC4、MYC5、GAPDH、HMGR1、SRPP、REF、HRT1、HRT2以及2个常用内参基因18S、ACTIN1在10个橡胶树种质胶乳中的表达丰度差异;将ACTIN1的表达丰度设定为1,以此为标准计算出样品中其他基因的表达丰度。结果表明:相同个体中不同基因的转录丰度差异明显,不同个体中相同基因集的丰度大小排序存在一定差异;同一基因在不同个体中的转录丰度差异明显,这16个基因的最大丰度分别是最低丰度的9.43、6.04、10.02、12.29、18.82、9.22、38.46、112.83、121.36、15.34、19.09、13.54、10.05、19.80、24.83、11.82倍,他们的变异系数分别为73.05%、55.19%、69.09%、67.37%、66.59%、53.87%、83.25%、122.02%、166.34%、59.89%、70.59%、75.67%、74.20%、68.34%、84.23%、78.59%;总的来说,在群体水平上,16个基因的转录丰度从高到低依次为18S SRPPHMGR1REFMYC2/HRT1COI1MYC1/MYC4GAPDH/JAZ1/MYC5JAZ2HRT2/MYC3/JAZ3,他们的群体平均丰度依次为ACTIN1的28 382.26、43.64、11.39、7.16、5.47、5.10、1.07、0.75、0.74、0.45、0.42、0.33、0.12、0.06、0.06、0.04倍。值得注意的是,无论在个体水平还是群体水平上,18S的丰度毫无疑问是最大的,在mRNA中,SRPP的丰度最大,JAZ1大于JAZ2和JAZ3,MYC2大于MYC1、MYC3、MYC4、MYC5,HRT1大于HRT2。综上结果表明,结构基因和功能基因的丰度高于调控基因。在基因相对表达分析中,常对目的基因和内参基因作均一化处理,从而掩盖了不同基因间的真实丰度差异,因此,在基因表达分析中,既要关注基因的相对表达量,也要关注基因间的丰度差异,这有助于更全面地理解基因的功能。     

酵母双杂交系统筛选新橡胶延长因子HbREF3互作蛋白

橡胶延长因子(rubber elongation factor,REF)等橡胶粒子蛋白可能通过相互作用形成蛋白复合体在橡胶生物合成发挥作用。为鉴定REF家族中一新成员Hb REF3的互作蛋白,以橡胶树Hb REF3基因的c DNA序列为基础,分别构建了筛选Hb REF3相互作用蛋白的3种诱饵载体p GBKT7-Hb REF3-F(含全长ORF序列)及p GBKT7-Hb REF3-N(含N端序列)和p GBKT7-Hb REF3-C(含C端序列),并分别转化到Y2H Gold酵母菌株中,进行诱饵表达载体的自激活性与毒性检测。实验证明,3种诱饵载体转化的酵母菌能在SD/-Trp平板上正常生长,而在SD/-Trp/-His/-Ade平板上不能生长,因此,诱饵载体本身没有自激活性,它们的表达产物也没有毒性,不影响转化酵母菌Y2H的生长,满足作为诱饵质粒的条件,并用于橡胶树胶乳c DNA酵母表达文库的筛选。结果表明,用Hb REF3基因的全长ORF编码产物作诱饵,没有筛选到任何候选互作蛋白,而用Hb REF3的N端和C端区域分别作诱饵,均筛选到了可能与Hb REF3具有相互作用的候选蛋白,其中包括REF家族的其他成员和膜联蛋白D4等。     

巴西橡胶树胶乳中DUF1262结构域蛋白结构与基因表达分析

为了揭示天然橡胶生物合成酶互作蛋白结构及其在天然橡胶生物合成过程中的功能。本研究以橡胶树胶乳橡胶粒子总蛋白为研究对象,采用免疫共沉淀实验技术以天然橡胶合成关键酶顺式-异戊二烯基转移酶（CPT）抗体从胶乳中捕获了1个含DUF1262结构域的未知功能蛋白。生物信息学分析表明橡胶树基因组中包含50个编码含DUF1262结构域蛋白的基因序列;蛋白质相互作用网络分析表明DUF1262结构域蛋白可能参与调节信号转导或转录调控等过程;荧光定量PCR结果表明编码该蛋白基因的转录本在根、叶、花、枝和胶乳等组织中广泛分布,但在胶乳中表达较低,在树皮表达较高;水杨酸、脱落酸、过氧化氢及干旱处理可增强该基因在叶片中的转录水平。本研究证明DUF1262参与橡胶树逆境反应等生理过程,为揭示胶乳生物合成调控机制提供新线索。     

橡胶树茉莉酸信号途径相关基因表达与橡胶产量的相关性

割胶促进橡胶树合成天然橡胶与激活乳管细胞的茉莉酸信号途径密切相关,但茉莉酸信号途径关键环节的基因表达水平与干胶产量的相关性尚不清楚。为了找到与产量相关的分子标记,该研究采用qPCR技术,分析了割胶条件下茉莉酸信号途径关键环节的9个相关基因在5个橡胶树魏克汉种质和5个1981’IRRDB种质乳管细胞中的表达。结果表明:大多魏克汉种质的株次干胶产量显著高于1981’IRRDB种质。在9个基因中,除了HbMYC4和HbMYC5,其余7个基因在大多橡胶树魏克汉种质中的表达量均显著高于1981’IRRDB种质,尤其是HbMYC3基因表达差异性好,与干胶产量相关性高,有望作为橡胶树产量育种的一个分子标记。这对育种周期长的橡胶树产量育种具有实际应用价值。     

乙烯利诱导胶乳基因HbEtIe的克隆与表达分析

在成功构建巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)胶乳差异表达cDNA消减文库的基础上,利用RACE技术成功克隆了一个新的乙烯利诱导表达胶乳基因HbEtIe。分析表明,该基因含有1个158 bp的内含子和2个长度分别为92 bp和178 bp的外显子;cDNA全长551 bp,包含1个270 bp的完整阅读框,174 bp的3′-UTR和107 bp的5′-UTR,推导氨基酸序列中含有一个未知功能结构域DUF581。HbEtIe基因在乙烯利刺激条件下的胶乳中特异性表达并受到乙烯利的调控,其表达量随处理时间的延长而增强。HbEtIe基因与拟南芥衰老相关基因SAG102具有较高的同源性暗示,HbEtIe可能参与了乙烯利诱导巴西橡胶树乳管衰老的分子调控。     

使用微丝骨架解聚剂对橡胶树进行刺激采胶的研究

初步研究了不同浓度的(1%,5%,10%)KI、饱和浓度的大环内酯作为微丝骨架解聚剂对橡胶树的刺激排胶效果.2%的甲基纤维素处理的橡胶树作为空白.测定了各处理橡胶树的胶乳产量及胶乳的6种生理参数,即干胶含量、总固形物含量、蔗糖含量、无机磷含量、硫醇含量以及镁离子含量.结果表明施用1%KI和饱和浓度大环内酯的橡胶树胶乳产量大量增加,其增产幅度与作为天然橡胶常用刺激采胶剂--0.3%的乙烯利的增产幅度大致相当.比较通过1%KI和饱和浓度大环内酯刺激采胶的胶乳和0.3%的乙烯利刺激采胶的胶乳的各生理参数发现,3种处理得来的胶乳干胶含量和总固形物含量并没有明显的差别,但各处理的其它4个生理参数却差别明显,这意味着KI和饱和浓度大环内酯使橡胶树胶乳增产机制可能与乙烯利的机制不同.值得一提的是,高浓度的KI对橡胶树有明显的副作用,长时间的使用会引起橡胶树死皮病的发生.     

巴西橡胶树转录中介体HbMed25基因克隆与表达分析

转录中介体(mediator,Med)中的Med25基因在植物的组织发育、器官发生、胁迫响应以及调控茉莉酸(JA)信号途径等方面起重要调控作用。该文在巴西橡胶树基因组序列中找到了橡胶树Med25基因的序列,通过RT-qPCR和RACE技术克隆HbMed25基因的全长序列并进行生物信息学预测分析结果显示,HbMed25基因包含2 655 bp的开放阅读框,编码884个氨基酸,蛋白分子量为95 kD,理论等电点为8.68,疏水性蛋白,亚细胞定位最可能为细胞核。Real-time PCR分析结果显示,HbMed25基因在树皮中表达量最高,在植物激素JA处理的形成层和胶乳材料中HbMed25基因在处理早期(1 h和2～4 h)上调表达,受割胶处理HbMed25基因在处理早期上调表达且对高产的橡胶树品系(CATAS 8-79和CATAS 7-33-97)的割胶处理响应更明显。综上结果认为,HbMed25基因极大可能参与了JA信号途径的调控,对阐明JA诱导橡胶树次生乳管分化的分子调控机制具有促进作用。     

巴西橡胶树一个编码含有C2结构域蛋白cDNA的克隆及表达分析

本研究根据从巴西橡树胶乳cDNA文库中获得的一个EST片段的序列信息设计引物,通过RACE的方法获得了橡胶树编码含有C2结构域蛋白的cDNA(命名为HbC2)。序列分析表明,HbC2长为1185bp,含有813bp的阅读框,140bp的5'-UTR和232bp的3'-UTR,编码270个氨基酸,分子量为30.9KD,等电点为6.29,含有保守的C2结构域。半定量RT-PCR分析表明HbC2在花、芽、叶、胶乳和树皮中都有表达,其中在胶乳中表达量最高。茉莉酸可抑制HbC2的表达,乙烯对HbC2的表达没有影响。此研究为进一步研究C2蛋白基因在橡胶树中的生物学功能奠定基础。     

COI1参与茉莉酸调控拟南芥吲哚族芥子油苷生物合成过程

芥子油苷是一类具有防御作用的植物次生代谢产物,外源激素茉莉酸对吲哚族芥子油苷的合成具有强烈的诱导作用,但茉莉酸调控吲哚族芥子油苷生物合成的分子机制并不清楚。以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)的野生型和coi1-22、coi1-23两种突变体为研究材料,通过茉莉酸甲酯(MeJA)处理,比较了拟南芥野生型和coi1突变体植株吲哚族芥子油苷含量、吲哚族芥子油苷合成前体色氨酸的生物合成基因(ASA1、TSA1和TSB1)、吲哚族芥子油苷生物合成基因(CYP79B2、CYP79B3和CYP83B1)及调控基因(MYB34和MYB51)的表达对MeJA的响应差异,由此确定茉莉酸信号通过COI1蛋白调控吲哚族芥子油苷生物合成,即茉莉酸信号通过信号开关COI1蛋白作用于转录因子MYB34和MYB51,进而调控吲哚族芥子油苷合成基因CYP79B2、CYP79B3、CYP83B1和前体色氨酸的合成基因ASA1、TSA1、TSB1。并且推断,COI1功能缺失后,茉莉酸信号可能通过其他未知调控因子或调控途径激活MYB34转录因子从而调控下游基因表达。     

橡胶树三个品系（热研8-79、热研7-33-97和PR107）胶乳生理参数的比较研究

通过测定胶乳生理参数和胶乳产量,首次比较分析了橡胶树(Hevea brasiliensis)3个品系(热研7-33-97、热研8-79和PR107)的产排胶特性.结果表明,3个品系在初产期、未施乙烯利刺激时的胶乳产量和生理参数差异明显,胶乳产量为热研8-79>热研7-33-97>PR107;蔗糖转化酶活性与胶乳产量显著正相关,但其它生理参数与产量的相关性均不明显;割胶前一段时间的降水量是影响割次胶乳产量的重要因素,其中PR107品系受影响最大.这说明橡胶树品系的产排胶具有特异性,需要建立品系适宜性割胶制度.     

木薯IPT基因的序列分析及其乙烯和茉莉酸甲酯诱导表达特性

木薯是一种重要的能源和淀粉作物,具有较强的抗逆性。为研究木薯中决定细胞分裂素合成的IPT基因如何被逆境信号调控,从木薯基因组数据库中获得了两个Me IPT基因,序列分析显示两者启动子区同时具有茉莉酸和乙烯响应元件。以木薯品种"华南八号"悬浮培养细胞为材料,利用q RT-PCR检测木薯Me IPT1和Me IPT2基因在乙烯利和茉莉酸甲酯处理后的表达模式。结果显示茉莉酸甲酯处理后两个基因显著上调,但乙烯信号对其的影响却不尽相同。这些数据说明这两个Me IPT基因可被乙烯和茉莉酸信号调控,并推测其在进一步影响细胞分裂素的生物合成中可能受整合后的不同激素信号调控。     

巴西橡胶树 HbERFB4-1 基因的克隆和表达分析

根据EST序列信息,利用RACE技术分离了巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)的1个AP2/ERF类基因,命名为HbERFB4-1。该基因cDNA全长732 bp,含有完整的开放阅读框架,编码147个氨基酸,不含内含子。推导的HbERFB4-1氨基酸序列与杨树(Populus trichocarpa)、蓖麻(Ricinus communis)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)和大豆(Glycine max)中相应蛋白氨基酸序列的一致性分别为78%、71%、62%和55%,具有典型的AP2类蛋白结构特征。聚类分析表明,HbERFB4-1属于ERF家族B4亚族。半定量RT-PCR分析结果表明,该基因在胶乳中的表达量相对较低,但乙烯利刺激后其在胶乳中的表达量迅速增加,推测该基因可能参与了胶乳中乙烯信号的转导。