芹菜品种‘六合黄心芹’ AgCCoAOMT基因的克隆及表达特性分析

根据伞形科( Apiaceae)植物芹菜( Apium graveolens Linn.)的转录组数据库,从芹菜品种‘六合黄心芹’(‘Liuhe Huangxinqin’)叶片总RNA中克隆获得咖啡碱-辅酶A-O-甲基转移酶基因,命名为AgCCoAOMT基因。序列分析结果表明：AgCCoAOMT基因包含1个长度726 bp的开放阅读框( ORF),编码241个氨基酸;该基因编码的蛋白质为AgCCoAOMT,其理论相对分子质量为27010,理论等电点pI 5.35;在AgCCoAOMT蛋白中,酸性氨基酸所占比例高于碱性氨基酸,脂肪族氨基酸所占比例约为芳香族氨基酸的3倍;该蛋白属于疏水性蛋白,并含有1个保守的AdoMet MTases结构域,说明AgCCoAOMT蛋白属于AdoMet MTases超级家族;AgCCoAOMT蛋白的三级结构包含多个a-螺旋和β-折叠,与紫花苜蓿( Medicago sativa Linn.) CCoAOMT蛋白三级结构的一致性为84.58%。多重比对和系统树分析结果表明：AgCCoAOMT蛋白有较高的保守性;该蛋白与同科植物大阿米芹( Ammi majus Linn.)和欧芹﹝Petroselinum crispum ( Mill.) Nyman ex A. W. Hill〕CCoAOMT蛋白的进化关系最近,与睡莲科( Nymphaeaceae)植物莲( Nelumbo nucifera Gaertn.) CCoAOMT蛋白的进化关系较近。 qRT-PCR检测结果表明：AgCCoAOMT基因能够在‘六合黄心芹’的根、茎、叶柄和叶片中表达,且在叶片中的相对表达量极显著(P<0.01)高于其他组织,说明该基因的表达具有明显的组织特异性;不同生长发育阶段该基因在叶片中的相对表达量有明显差异,其在商品期(播种后第65天)的相对表达量极显著高于幼苗期(播种后第25天)和生长旺盛期(播种后第45天)。研究结果显示：AgCCoAOMT基因与‘六合黄心芹’叶的老化和木质素含量升高有关,且在进化过程中具有较高的保守性。     

大豆异黄酮合酶基因的克隆及序列分析

目的:大豆异黄酮是多酚类混合物,有防治肿瘤发生,提高机体免疫力等多种保健功能。异黄酮合酶(isoflavone synthase,IFS)是合成异黄酮的关键酶。本文为了利用异黄酮的特有生物学功能,从大豆中克隆了该基因。方法:采用PCR扩增从大豆[Glycine max(Linn.)Merr.]总RNA中分离了异黄酮合酶基因,并将其克隆到pUCm-T载体并测序。结果:得到全长1583bp的片段。以期用于构建诱导表达基因敲除系统,并用于无性繁殖植物的无标记基因转化。结论:序列分析表明,异黄酮合酶基因(IFS1)含1583个核苷酸,与已报道的序列比较,核苷酸的同源性为92%。     

大豆籽粒发育过程中异黄酮合成相关酶基因的表达模式与异黄酮积累的相关分析

利用高效液相色谱法和实时定量PCR方法,分别测定了2个异黄酮含量显著差异的大豆品种鲁黑豆2号(LHD2)和南汇早黑豆(NHZ)在子粒发育过程中的异黄酮含量变化以及异黄酮合成相关酶基因的表达模式变化,试图分析异黄酮积累与各基因表达量变化的相关关系。结果表明在大豆子粒发育过程中,异黄酮含量逐渐升高,而不同异黄酮合成相关酶基因的表达趋势不同,CHS7、CHS8、CHR、CHI1A和IFS2的表达趋势与异黄酮积累模式基本一致,而IFS1和CHI1B1的表达趋势与异黄酮积累模式相反。IFR的表达模式在2个大豆品种中存在相反的趋势,在LHD2中与异黄酮组分积累趋势相反,而在NHZ中与异黄酮组分积累趋势相同。结果还表明,同一基因家族中不同基因在子粒发育过程中的表达量也存在差异。查尔酮合酶基因家族中CHS7和CHS8以及查尔酮异构酶基因家族的CHI1A的表达水平相对其他成员较高,异黄酮合酶基因家族中IFS2的表达量显著高于IFS1的表达量,预示这些基因家族在大豆子粒异黄酮积累过程中存在功能分化。此外,各基因表达模式与异黄酮积累的相关分析结果表明,不同基因表达模式与异黄酮积累的相关性在2个品种中也不尽相同。LHD2中CHS7、CHS8和IFS2在子粒发育过程中的表达量变化与不同异黄酮组分呈显著正相关,CHI1B1基因的表达量变化与不同异黄酮组分呈显著负相关。而在NHZ中,IFR在子粒发育过程中的表达量变化与多个异黄酮组分呈显著正相关。这预示了不同大豆品种异黄酮含量差异的潜在遗传基础。各异黄酮合成相关酶基因表达量变化的相关分析表明,在2个品种中,苯丙氨酸水解酶PAL1与4CL,4CL与CHS2以及CHS1与IFS2基因的表达量均呈现显著正相关。表明这些基因可能通过协同作用共同调控异黄酮的合成与积累。这些结果为今后利用基因工程提高大豆异黄酮含量奠定了基础。     

茶树品种‘安吉白茶’ CsDREB-A4 b基因的克隆及其对非生物胁迫的响应

采用RT-PCR方法从茶树﹝Camellia sinensis ( Linn.) O. Ktze.﹞品种‘安吉白茶’(‘Anjibaicha’)叶片的cDNA中克隆得到1个编码DREB转录因子的基因,命名为CsDREB-A4b。序列分析结果显示,CsDREB-A4b基因包含长度为873 bp的开放阅读框,编码290个氨基酸,具有保守的AP2结构域。与拟南芥﹝Arabidopsis thaliana ( Linn.) Heynh.﹞AP2/ERF家族转录因子进行同源进化分析,CsDREB-A4b转录因子属于DREB亚族中的A4组。多重比对结果显示：CsDREB-A4b转录因子与蓖麻(Ricinus communis Linn.)等植物的DREB类转录因子保守结构域氨基酸序列的相似性较高。 CsDREB-A4b转录因子为亲水性蛋白,理论相对分子质量为31938.5,理论等电点为pI 5.91,总平均疏水性为-0.603,碱性、酸性、芳香族和脂肪族氨基酸的比例分别为12%、12%、7%和15%。在高温(38℃)胁迫处理前期,CsDREB-A4b基因的相对表达量显著高于胁迫处理前;在低温(4℃)胁迫处理下,CsDREB-A4b基因的相对表达量呈显著升高的趋势;在盐(200 mmol·L-1 NaCl)和干旱(200 g·L-1 PEG)胁迫处理下,CsDREB-A4b基因的相对表达量呈先降低后显著升高的趋势。表明CsDREB-A4b基因参与‘安吉白茶’非生物胁迫的响应过程,且在不同胁迫条件下具有表达差异性。     

大豆亲环蛋白基因的克隆与分析

亲环蛋白(cyclophilin)基因广泛地存在于动植物中.在植物中,该基因受许多非生物(abiotic)因子和化合物的调节.利用RT-PCR的方法克隆了一个大豆(Glycine max L.)亲环蛋白基因(GmCyp1).该基因的氨基酸与一个菜豆亲环蛋白蛋白质序列的同源性达91%.Southern杂交结果表明GmCyp1以一小家族存在.用来源于酵母细胞壁成分的激发子处理大豆悬浮细胞,发现GmCyp1的表达在所观察的时间范围内没有明显的变化,表明GmCyp1的表达受生物因子的影响较小.     

大豆异黄酮合成途径相关基因差异表达分析

大豆异黄酮是一种应用广泛、具有医用和保健功能的活性物质。为揭示异黄酮合成途径相关基因表达差异,本研究采用实时定量PCR技术分析相关基因在不同大豆品种、发育时期及组织部位的表达。结果发现,苯丙氨酸解氨酶基因PAL、肉桂酸羟化酶基因C4H、香豆酸辅酶A连接酶基因4CL在高异黄酮品种中豆27 R2期叶片中的表达量显著高于低异黄酮品种楚秀;查尔酮合成酶基因CHS、异黄酮合成酶基因IFS在中豆27 R8期子粒中的表达量显著高于楚秀;细胞色素还原酶基因CPR在中豆27 R7期叶片与子粒的表达量与楚秀相比显著降低。这些差异表达的基因可能是形成大豆品种异黄酮含量高低的重要原因。     

大豆C2H2型锌指蛋白基因SCTF-1的克隆及功能分析

锌指蛋白是一类具有手指型结构的蛋白质,其中一些锌指蛋白是转录因子,对真核生物的生长发育及非生物逆境胁迫的耐受能力都有着重要作用。文章从大豆(Glycine max(L.)Merr.)中克隆了一个新的C2H2型锌指蛋白基因SCTF-1(GenBank登录号:JQ692081),该基因包含一个699 bp的开放阅读框,编码233个氨基酸,无内含子,有两个典型的C2H2型锌指结构。锌指结构中有植物锌指蛋白特有的保守氨基酸序列QALGGH。经软件预测分析,其等电点pI=8.33,分子量24.9 kDa。农杆菌介导的洋葱表皮细胞GFP瞬时表达实验结果表明,SCTF-1蛋白能够定位到细胞核中。通过RT-PCR检测发现该基因在大豆叶和花中的表达量较高,在茎和根的表达量相对较低。在对大豆幼苗的低温胁迫中,SCTF-1基因的表达量明显增加。将SCTF-1基因转入烟草(Nicotiana tabacum L.)中,发现SCTF-1基因的过量表达能够明显提高转基因烟草的耐冷能力。     

丹贝发酵过程中大豆异黄酮组分与含量的变化

用HPLC方法检测大豆[Glycine max(Linn.)Merr.]发酵食品－丹贝的发酵过程中异黄酮各组分含量变化。在发酵的最初24h内,大部分异黄酮由糖甙转化成甙元,随着发酵时间的延长转化率逐渐降低,发酵终产物中异黄酮主要以大豆甙元和染料木素形式存在,发酵64h的丹贝中总异黄酮摩尔含量比未发酵的大豆高51．25％。     

普通小麦祖先种类TaNAC2a基因的生物信息和表达分析

采用生物信息学方法,利用核酸、蛋白数据库对普通小麦祖先种乌拉尔图小麦(Triticum urartu L.)和粗山羊草(Aegilops tauschii L.)NAC转录因子基因家族进行分析,分别鉴定出107、126个NAC蛋白家族成员。根据拟南芥、水稻NAC基因家族分类系统,将其分为15个亚族。通过与抗逆相关基因TaNAC2a进行同源进化树分析,发现5个TuNAC、6个AetNAC基因与其高度同源,对这些基因的蛋白结构域、基因结构、启动子顺式作用元件及组织表达特性进行分析。结果表明,11个NAC蛋白具有典型的NAC结构域。进化关系较近的基因具有相似基因结构;启动子区域预测发现其均含有逆境胁迫响应作用元件。实时荧光定量PCR结果显示,TuNAC、AetNAC基因分别在乌拉尔图小麦和粗山羊草根、胚芽鞘、叶组织中均有表达,并呈现出明显的组织表达特异性。通过芯片表达数据和逆境胁迫基因表达试验,推测AetNAC2c基因可能参与植物干旱胁迫响应,AetNAC2b可能参与调控植物的耐旱、耐低温胁迫反应。上述分析结果为普通小麦祖先种基因家族的系统研究,优异候选功能基因的预测、筛选提供了试验依据。     

蒺藜苜蓿花器官特异基因的表达分析

蒺藜苜蓿(Medicago truncatula G.)花器官特异表达基因是参与其花器官形成与发育的重要基因。筛选蒺藜苜蓿的花器官特异表达基因, 寻找这类基因在其他模式植物中的直系同源基因, 并将其表达模式在不同植物间进行比较, 有利于深入的理解这类基因在蒺藜苜蓿花器官发育中的功能。根据蒺藜苜蓿表达谱, 并以其PISTILLATA(PI)基因为模板, 文章筛选了97个蒺藜苜蓿花器官特异表达基因(Ratio≥10, 且Z≥7.9)。通过同源比对, 确定了这类基因在拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)、大豆(Glycine max L.)、百脉根(Lotus japonicus L.)和水稻(Oryza sativa L.)中的直系同源基因。对这类基因在5种植物中的表达量、表达部位和功能进行比较, 发现进化关系较近的植物, 直系同源基因的表达变异较小, 而进化关系较远的植物, 直系同源基因的表达变异较大。进一步对表达分化较大的直系同源基因进行启动子分析, 发现不同植物中直系同源基因表达模式的变化与启动子中调控元件的特性有关。     

Multigene synergism increases the isoflavone and proanthocyanidin contents of Medicago truncatula

Isoflavones and proanthocyanidins (PAs), which are flavonoid derivatives, possess many health benefits and play important roles in forage‐based livestock production. However, the foliage of Medicago species accumulates limited levels of both isoflavones and PAs. In this study, biosynthesis of isoflavone and PA in Medicago truncatula was enhanced via synergy between soya bean isoflavone synthase (IFS1); two upstream enzymes, chalcone synthase (CHS) and chalcone isomerase (CHI); and the endogenous flavanone 3‐hydroxylase (F3H). Constitutive expression of GmIFS1 alone resulted in ectopic accumulation of the isoflavone daidzein and large increases in the levels of the isoflavones formononetin, genistein and biochanin A in the leaves. Furthermore, coexpression of GmIFS1 with GmCHS7 and GmCHI1A generally increased the available flux to flavonoid biosynthesis and resulted in elevated isoflavone, flavone and PA contents. In addition, down‐regulation of MtF3H combined with coexpression of GmIFS1, GmCHS7 and GmCHI1A led to the highest isoflavone levels (up to 2 μmol/g fresh weight in total). Taken together, our results demonstrate that multigene synergism is a powerful means to enhance the biosynthesis of particular flavonoids and can be more broadly applied to the metabolic engineering of forage species.     

Salt stress induced soybean <Emphasis Type="Italic">GmIFS1</Emphasis> expression and isoflavone accumulation and salt tolerance in transgenic soybean cotyledon hairy roots and tobacco

Effects of isoflavones on plant salt tolerance were investigated in soybean (Glycine max L. Merr. cultivar N23674) and tobacco (Nicotiana tabacum L.). Leaf area, fresh weight, net photosynthetic rate (Pn), and transpiration rate (Tr) of soybean N23674 plants treated with 80 mM NaCl were significantly reduced, while a gene (GmIFS1) encoding for 2-hydroxyisoflavone synthase was highly induced, and isoflavone contents significantly increased in leaves and seeds. To test the impact of isoflavones to salt tolerance, transgenic soybean cotyledon hairy roots expressing GmIFS1 (hrGmIFS1) were produced. Salt stress slightly increased isoflavone content in hairy roots of the transgenic control harboring the empty vector but substantially reduced the maximum root length, root fresh weight, and relative water content (RWC). The isoflavone content in hrGmIFS1 roots, however, was significantly higher, and the above-mentioned root growth parameters decreased much less. The GmIFS1 gene was also transformed into tobacco plants; plant height and leaf fresh weight of transgenic GmIFS1 tobacco plants were much greater than control plants after being treated with 85 mM NaCl. Leaf antioxidant capacity of transgenic tobacco was significantly higher than the control plants. Our results suggest that salt stress-induced GmIFS1 expression increased isoflavone accumulation in soybean and improved salt tolerance in transgenic soybean hairy roots and tobacco plants.     

基于大豆胞囊线虫病抗性候选基因的SNP位点遗传变异分析

以我国363份栽培和野生大豆资源为材料, 对大豆胞囊线虫抗性候选基因(rhg1和Rhg4)的SNP位点(8个)进行遗传变异分析, 以期阐明野生和栽培大豆间遗传多样性及连锁不平衡水平差异。结果表明, 与野生大豆相比, 代表我国栽培大豆总体资源多样性的微核心种质及其补充材料的连锁不平衡水平较高(R²值为0.216)。在栽培大豆群体内, 基因内和基因间分别有100％和16.6％的SNP位点对连锁不平衡显著, 形成两个基因特异的连锁不平衡区间(Block)。在所有供试材料中共检测到单倍型46个, 野生大豆的单倍型数目(27)少于栽培大豆(31), 但单倍型多样性(0.916)稍高于栽培大豆(0.816)。单倍型大多数(67.4％)为群体所特有(31个), 其中15个为野生大豆特有单倍型。野生大豆的两个主要优势单倍型(Hap_10和Hap_11)在栽培大豆中的发生频率也明显下降, 推测野生大豆向栽培大豆进化过程中, 一方面形成了新的单倍型, 另一方面因为瓶颈效应部分单倍型的频率降低甚至消失。     

大豆转录因子GmNAC2a基因克隆及表达

利用NTT(核蛋白筛选系统)从大豆耐盐品种'铁丰八号'中克隆到1个新的NAC转录因子基因GmNAC2a,该基因DNA片段长度为900 bp,编码299个氨基酸,N端包含1个NAM保守域.系统进化树分析表明,GmNAC2a属于ATAF亚族,GmNAC2a与花生AhNAC1亲缘关系最近,同源性达到76.47%.GmNAC2...     

Host recognition in the Rhizobium-soybean symbiosis

Polar binding of Rhizobium japonicum to roots and root hairs of Glycine soja (L.) Sieb. and Zucc. is specifically inhibited by d-galactose and N-acetyl-d-galactosamine, haptens of Glycine max seed lectin. A protein, immunologically cross-reactive with the G. max seed lectin, is present in G. soja seed extracts. Peptide mapping of the purified G. max and G. soja lectins indicates that the two are similar in structure. Soybean lectin can be localized on the surface of both G. max and G. soja roots by indirect immunolatex techniques. These observations indicate that the Rhizobium-binding lectin, previously isolated from seeds, also is present on the root surface-the site of the initial steps in the infection. This lectin is capable of binding Rhizobium japonicum to the root.     

cDNA cloning of a BAHD acyltransferase from soybean (Glycine max): isoflavone 7-O-glucoside-6'-O-malonyltransferase

A cDNA from soybean (Glycine max (L.) Merr.), GmIF7MaT, encoding malonyl-CoA:isoflavone 7-O-glucoside-6'-O-malonyltransferase, was cloned and characterized. Soybeans produce large amounts of isoflavones, which primarily accumulate in the form of their 7-O-(6'-O-malonyl-beta-D-glucosides). The cDNA was obtained by a homology-based strategy for the cDNA cloning of some flavonoid glucoside-specific malonyltransferases of the BAHD family. The expressed gene product, GmIF7MaT, efficiently catalyzed specific malonyl transfer reactions from malonyl-CoA to isoflavone 7-O-beta-D-glucosides yielding the corresponding isoflavone 7-O-(6'-O-malonyl-beta-D-glucosides) (IF7MaT activity). The k(cat) values of GmIF7MaT were much greater than those of other flavonoid glucoside-specific malonyltransferases with their preferred substrates, while the K(m) values were at comparable levels. GmIF7MaT was expressed in the roots of G. max seedlings more abundantly than in hypocotyl and cotyledon. Native IF7MaT activity was also observed in the roots, suggesting that GmIF7MaT is involved in the biosynthesis from isoflavone 7-O-beta-D-glucosides to the corresponding isoflavone 7-O-(6'-O-malonyl-beta-D-glucosides) in G. max. This protein is a member of flavonoid glucoside-specific acyltransferases in the BAHD family.     

不同进化型大豆花的结构研究

利用光学显微镜,对大豆属（Ｇｌｙｃｉｎｅ Ｌ．）中的不同进化型大豆花的结构进行了比 较研究．结果表明,野生大豆（Ｇｌｙｃｉｎｅ　ｓｏｊａ）蝶形花冠中的２枚龙骨瓣分离,筒状花萼的解 剖结构中没有组织分化．栽培大豆（Ｇｌｙｃｉｎｅ　ｍａｘ）蝶形花冠中的２枚龙骨瓣完全愈合成为 一体．花萼结构由表皮和无规则的薄壁细胞组成,在薄壁细胞间等距分布细小的退化维管 束．２种大豆花的花瓣存在明显差异．可以认为,在进化程度较高的两侧对称的蝶形花冠 的大豆属中,仍然保留有原始花的结构特征．