小麦条锈菌钙调素依赖蛋白激酶基因Pscamk的功能

【目的】克隆小麦条锈菌钙调素依赖蛋白激酶基因Pscamk,并分析其在条锈菌侵染小麦过程中的表达特征及初步功能。【方法】基于本实验室已测序的小麦条锈菌基因组序列,利用RT-PCR方法,从小麦条锈菌生理小种CYR32中克隆Pscamk基因的cDNA序列,并利用网络数据库和生物信息学工具预测该基因编码蛋白的基本特征和保守结构;运用qRT-PCR技术分析Pscamk在不同发育及侵染阶段的表达水平,进一步通过钙调素依赖蛋白激酶(CaMK)的免疫抑制剂KN-93处理小麦条锈菌夏孢子,观察其萌发状况。【结果】获得1个1620 bp的小麦条锈菌CaMK基因Pscamk;序列分析发现,Pscamk编码蛋白包含CaMK蛋白的保守结构域,并与小麦杆锈菌该类蛋白序列相似性最高。qRT-PCR分析表明,Pscamk在条锈菌侵染初期过程中的芽管发育、初生菌丝侵染及吸器形成时期呈显著上调表达,且在条锈菌接种6 h时表达量最高,为对照夏孢子的20.74倍。在专一性免疫抑制剂KN-93处理后,随着KN-93施加浓度的增加,条锈菌夏孢子萌发率逐渐降低,当浓度为1.4μmol/L时夏孢子萌发率为8.02%,仅为对照的12%。【讨论】推测Pscamk基因参与了小麦条锈菌夏孢子萌发、芽管发育以及初期侵染结构的形成。本研究为进一步探索条锈菌细胞钙信号传导机理和致病机制奠定了基础。     

青稞NBS LRR类基因HvtRGA的克隆与条纹病胁迫表达分析

为探索青稞(Hordeum vulgare L. var. nudum)NBS LRR类基因在青稞抗条纹病中的分子作用机制,该研究以抗条纹病青稞品种‘昆仑14号’和感病品种‘Z1141’为材料,从叶片中克隆了HvtRGA 基因。HvtRGA基因长3 544 bp,包含一个3 306 bp开放阅读框,编码1 101个氨基酸。序列测序后比对发现,‘昆仑14号’与‘Z1141’的碱基序列相似性为99.89%,‘Z1141’的碱基在1196和1945位置处由G替换成A,但氨基酸序列相似性为100%。蛋白质序列分析表明,HvtRGA为亲水性的不稳定酸性蛋白,具有NB ARC保守结构域和5个LRR结构域,属于 NBS LRR 家族。HvtRGA蛋白与大麦的rgaS 9217、rgaS 226编码的NBS LRR氨基酸序列相似性分别为96.55%和88.72%。进化树分析表明,青稞与小麦族的大麦、硬粒小麦和二穗短柄草NBS LRR聚为一个分支,且与大麦 rgaS 9217编码的蛋白亲缘关系最近,其次是大麦rgaS 226编码的蛋白,而与狗尾草和栗的亲缘关系最远。qRT PCR结果表明,条纹病胁迫下,抗病品种和感病品种的HvtRGA基因的表达量极显著升高,且抗病品种‘昆仑14号’感病后基因表达量显著高于感病品种‘Z1141’。研究推测,HvtRGA 基因在青稞抗条纹病的调控过程中可能发挥着重要作用。     

小麦F-box/Kelch类基因TaFKOR23的抗逆相关表达模式及分子互作蛋白鉴定

为了解F-box成员在小麦中响应生物和非生物逆境的表达情况及作用机制,本研究自小麦抗叶锈病近等基因系Tc Lr15中克隆了F-box基因Ta FKOR23,该基因编码一个由421个氨基酸残基组成的蛋白,N端具有F-box结构域,中间带有2个明显的Kelch结构域,属于F-box/Kelch类型基因。系统进化分析表明,Ta FKOR23与粗山羊草(AegilopstauschiiCoss.)和二穗短柄草(Brachypodium distachyon(L.)P. Beauv.)中的F-box/Kelch-repeat protein OR23同源性均较高。利用q RTPCR对接种亲和及非亲和叶锈菌、激素处理、非生物逆境胁迫后Tc Lr15植株中该基因的表达模式进行分析。研究结果表明,Ta FKOR23基因表达受叶锈菌侵染而略升高,但在亲和与非亲和组合间的表达量无明显差异;受脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)和茉莉酸甲酯(Me JA)3种激素处理后,该基因均呈先升高后降低的表达趋势,且表达量于处理后12 h达到最高,Me JA对该基因的诱导表达程度略高于SA和ABA;盐胁迫处理后,除了12 h外,Ta FKOR23整体呈现上升的表达趋势,最高表达峰出现在处理后48 h;Ta FKOR23受聚乙二醇(PEG)处理的影响较小;该基因在旗叶中的表达量远高于其他部位。利用酵母双杂交文库筛选并验证与该基因编码蛋白互作的上游靶蛋白。经文库筛选得到11类可能与Ta FKOR23互作的靶蛋白,进一步回转验证及β-半乳糖苷酶检测结果表明Ta FKOR23与小麦S-期激酶相关蛋白(Ta Skp1)、SEC1家族运输蛋白SLY1(Ta SLY1)和几丁质酶2(Ta Chitinase 2)均存在相互作用。研究结果为深入解析小麦中Kelch类F-box基因的功能及代谢网络奠定了基础,并拓宽了对植物中Kelch类F-box基因的功能认识。     

葡萄F-box基因VvF-box5的基因结构与表达分析

F-box蛋白广泛存在于真核生物中,主要参与细胞周期调控、凋亡及多种激素信号转导等过程;近几年发现,F-box蛋白还介导了植物对逆境胁迫的应答响应,对维持植物正常生长发育至关重要。干旱等非生物逆境胁迫严重影响了葡萄正常生长发育和果实品质,克隆并分析干旱响应基因对改良葡萄的抗性有重要意义。本研究根据葡萄干旱转录组分析结果,发现11个F-box基因在干旱胁迫下表达量明显上调;其中,Vv F-box5基因位于葡萄第19条染色体上,对干旱胁迫的响应明显高于其他F-box成员;Vv F-box5基因含有5个外显子和4个内含子,内含子均含有保守的GT…AG序列;Vv F-box5基因包含1824 bp的开放阅读框,编码607个氨基酸,氨基酸序列的N端含有1个保守的F-box结构域,C端包含1个FBD和2个LRR结构域。启动子元件分析表明,Vv F-box5基因含有多种逆境应答元件,包括GA响应元件GARE-motif、Me JA响应元件CGTCAmotif、干旱胁迫相关元件ERE、HSE和LTR、光应答顺式作用元件ACE、Box4和Sp1以及与细胞周期调节和发育相关的元件等。实时荧光定量PCR结果显示,在干旱、高盐、ABA和Me JA处理下,Vv F-box5基因的表达量明显升高;亚细胞定位结果显示,Vv F-box5蛋白主要定位于洋葱表皮细胞的细胞核中;Vv F-box5的过表达明显提高了转基因拟南芥在干旱处理下的成活率。另外,本研究利用原核表达系统诱导6×His-Vv F-box5融合蛋白的表达,并使用蛋白标记亲和层析柱纯化获得了6×HisVv F-box5融合蛋白,为下一步深入研究Vv F-box5的功能奠定基础。     

葡萄F-box基因VvSLY1的克隆与表达分析

SLEEPY1(SLY1)属于F-box蛋白,是SCF复合体的主要组成元件之一,在赤霉素信号转导过程中发挥着重要的调节作用。本研究以夏黑葡萄为试材,利用电子克隆和RT-PCR技术克隆获得一个F-box蛋白基因全长c DNA序列,命名为VvSLY1。该基因全长为1096 bp,包含1个555 bp的完整开放阅读框(ORF),编码184个氨基酸。序列比对和结构域分析结果表明,该VvSLY1包含F-box蛋白家族的LGG和LSL保守结构域。进化树分析结果显示,VvSLY1与可可亲缘关系最近。qRTPCR分析结果表明,在果实快速膨大发育阶段,外源赤霉素GA3处理会促进该基因的上调表达。     

小麦胁迫相关基因TaSF3B2的克隆及表达特性分析

为研究小麦剪接因子在逆境胁迫中的作用,通过分析小麦抗性相关EST数据库,筛选并克隆获得1条2 327bp的核苷酸序列。该序列包含了一个1 854bp的开放阅读框,编码一个由617个氨基酸残基组成的蛋白,氨基酸同源比对发现,该蛋白含有GUS1结构域(Splicing Factor 3B,Subunit 2),属于剪接因子3b亚基中的一员,将该蛋白命名为TaSF3B2。生物信息学分析显示,TaSF3B2平均亲水系数(GRAVY)为-0.895,不稳定系数为43.92,且在细胞核中发挥作用的可能性最大。实时荧光定量PCR分析表明,TaSF3B2基因在不同组织中存在差异表达,不同发育时期其表达也存在差异;在幼苗叶片中,该基因表达受高盐、低温、条锈菌、干旱及ABA激素胁迫明显下调表达,而在幼苗根中变化不明显。推测TaSF3B2基因参与了小麦正常条件下的生长发育,同时在小麦应对逆境胁迫的过程中具有重要的作用。     

小麦NBS类抗病基因同源cDNA序列的克隆与特征分析

根据已克隆植物抗病(R)基因NBS保守结构域设计简并引物,采用RT-PCR和cDNA末端快速扩增技术(RACE),在小麦抗叶锈病近等基因系材料TcLr19中进行抗病同源基因cDNA全长的扩增。获得了1个通读的NBS类抗病同源基因S11A11cDNA序列,该序列全长2923bp,编码878个氨基酸序列。生物信息学分析结果表明,该片段含有NB-ARC保守结构域和多个LRR结构域。聚类分析表明,S11A11编码的蛋白与小麦抗叶锈病基因Lr1编码的蛋白亲缘关系较近,而与Lr10亲缘关系较远。半定量RT-PCR分析表明,该基因在小麦叶片中为低丰度组成型表达。本研究在TcLr19小麦中成功获得了抗病基因同源序列,为最终克隆小麦抗叶锈病目的基因奠定了基础。     

小麦条锈菌II类几丁质合成酶基因PstChsII的克隆及表达特征

摘要:【目的】克隆小麦条锈菌几丁质合成酶基因PstChsII,分析其在小麦条锈菌不同发育时期的表达水平。【方法】利用RT-PCR和PCR技术克隆PstChsII的cDNA序列和基因组序列,利用不同的生物信息学软件对序列进行分析,运用实时荧光定量技术分析基因在孢子、芽管以及不同侵染时间的表达水平。【结果】PstChsII基因（Genbank登录号GQ329851）编码区存在15个内含子,开放阅读框长2727 bp,编码908个氨基酸。PstChsII蛋白C端含有7个跨膜螺旋区,N端含多个保守结构域和“QXR     

小麦条锈菌PsCdc2基因的克隆及在条锈菌侵染小麦后的转录表达分析

【目的】克隆小麦条锈菌细胞分裂基因PsCdc2,分析该基因在条锈菌接种小麦后不同时间点的表达特征。【方法】利用PCR和RT-PCR技术克隆PsCdc2的cDNA序列和基因组序列,采用生物信息学技术预测分析该基因编码蛋白的保守结构域及基本特性,对该蛋白进行系统发育分析,构建进化树;运用实时荧光定量RT-PCR技术,以PsCdc2在夏孢子时期的表达情况为对照,分析该基因在亲和及非亲和互作中不同时间点的表达特征。【结果】PsCdc2基因组序列长2279 bp,由11个外显子和10个内含子构成,开放阅读框为885 bp,编码294个氨基酸,分子量为33.14 kDa,等电点为6.26。编码蛋白含两个保守的激酶特征位点,一个跨膜螺旋区域。PsCdc2基因编码蛋白与小麦秆锈菌、新型隐球菌、玉米瘤黑粉菌等多种真菌的Cdc2高度相似,其中与小麦秆锈菌的Cdc2亲缘关系最近,序列相似性达73.1%。实时荧光定量RT-PCR结果表明,在亲和组合中,该基因在条锈菌接种小麦的前期上调表达,其中接种后12 h时表达量最高,约为夏孢子中表达量的1.62倍,接种后24-268 h,基因表达基本呈下调趋势,其中96 h基因表达量最低,仅为夏孢子时期的0.07倍。在非亲和组合中,该基因表达基本呈下调趋势,在接种后各个时间点的表达量均低于在夏孢子中的表达量,其中接种后12 h时表达量最高,但仅为夏孢子中表达量的0.34倍;接种后96 h表达量最低,为夏孢子中表达量的0.02倍。【结论】PsCdc2可能通过调控条锈菌的细胞周期循环参与了侵染前期初生菌丝生长和吸器母细胞的形成,与条锈菌的致病性相关。本文首次报道了小麦条锈菌的Cdc2基因,为进一步揭示条锈菌细胞周期调控的本质及研究开发靶向Cdc2的新型农药,以及实现对小麦条锈病的新型药剂防治提供了理论基础。     

基于转录组测序开发的一个小麦叶锈菌特异分子标记

小麦叶锈菌毒性变异频繁,新的毒性小种不断出现,往往导致小麦抗叶锈病品种在推广种植几年后的抗性丧失。因此,开发用于田间小麦叶锈病的诊断与预测预报的特异性分子标记具有重要意义。在前期已经完成小麦叶锈菌PHNT转录组测序的基础上,本研究拟在数据库中挑选候选效应蛋白,利用实时荧光定量PCR明确其在叶锈菌侵染小麦后不同时间点的表达模式,根据差异表达分析筛选出候选效应蛋白,再根据编码候选效应蛋白的基因序列设计引物,对小麦叶锈菌PHNT基因组DNA进行PCR扩增,旨在开发小麦叶锈菌特异性分子标记。结果在转录组数据库中筛选出24个候选效应蛋白,qPCR检测明确其中17个具有明显的表达差异。PCR扩增结果表明,基于候选效应蛋白基因PTTG-05290设计的引物在小麦叶锈菌PHNT中获得一条920 bp的条带,且在检测的25种叶锈菌生理小种中均稳定存在,而在小麦条锈菌、菜豆锈菌、枣树锈菌、柳树锈菌、苹果树锈菌及芦苇锈菌6种锈菌中不能获得有效扩增,表明该引物在小麦叶锈菌中具有特异性。qPCR结果表明,PTTG-05290在叶锈菌侵染小麦4 d时达到表达高峰,表达量为0 d的218倍,而0.5 d时便大量检测到该基因。因此,PTTG-05290可作为分子标记用于小麦叶锈菌的田间早期检测及预测预报,对小麦抗叶锈病品种在田间的合理布局具有重要意义。