桂花查尔酮异构酶OfCHI基因的克隆与表达分析

查尔酮异构酶CHI是花青素苷合成途径中的关键酶。为了解桂花花青苷的合成机理,该研究对3个桂花品种的花青苷含量进行了测定。结果显示:(1)‘橙红丹桂’花中的花青苷含量最高,‘金桂’和‘早银桂’中花青苷含量较低。(2)利用RACE和RT-PCR方法获得了桂花查尔酮异构酶基因(OfCHI)的全长cDNA序列1 069bp,该基因编码248个氨基酸,相对分子量为26.85kD,等电点为6.34。(3)多重序列比对显示,OfCHI与金花茶CnCHI、忍冬LjCHI、石榴PgCHI的相似性分别为68.13%、65.86%和63.53%,氨基酸序列中含有CHI蛋白的活性位点Thr47、Tyr108、Met115以及Ser192;系统进化树分析表明,OfCHI与其他物种起源相同,而与油橄榄OeCHI亲缘关系最近。(4)利用qRT-PCR对不同桂花品种、不同组织中OfCHI的表达量检测结果显示,OfCHI在‘橙红丹桂’花中表达量最高,在‘金桂’和‘早银桂’中表达量较低;OfCHI在‘橙红丹桂’、‘金桂’和‘早银桂’的花、茎、叶中均有表达,且表达趋势相同,均为叶中表达量最高。该研究为揭示桂花青素苷的合成机理奠定了理论基础,并为培育不同花色的桂花新品种提供了基因专利。     

油葵HaFAD2 2基因的克隆及表达分析

脂肪酸脱氢酶2(fatty acid desaturase,FAD2)催化油酸生成亚油酸,是植物体内生成多不饱和脂肪酸的关键酶。根据已报道的向日葵(Helianthus annuus L.)FAD2基因序列,设计引物进行RT-PCR,克隆得到油葵FAD2-2基因全长cDNA,命名为HaFAD2-2。该基因开放阅读框为1 152bp,编码383个氨基酸,相对分子质量43.96kD,等电点为8.56。对基因组进行内含子调查发现,该基因在编码区内没有内含子。多序列比对和系统进化分析发现,FAD2-2基因编码蛋白与金盏菊(Calendula officinalis)、斑鸠菊(Vernonia galamensis)等菊科植物具有较近的亲缘关系。qRT-PCR分析表明,HaFAD2-2基因在根、茎、叶、花、子叶和未成熟种子中均有表达,且以叶中的表达量最高,未成熟种子中的表达量最低;低温(5℃、15℃)胁迫处理能显著促进该基因在根中的表达,抑制其在叶中的表达;盐胁迫(300 mmol/L NaCl)处理对其表达也具有抑制作用。该研究结果可为进一步探讨HaFAD2-2基因的功能奠定基础。     

百合LbCAT和LbGPX基因的克隆与表达分析

以切花百合(Lilium brownii var. viridulum)‘卡瓦纳’cDNA为模板,克隆了过氧化氢酶(LbCAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(LbGPX)基因。序列分析表明,这2个基因分别包含1 479 bp和519 bp的开放阅读框(ORF),编码492个和172个氨基酸。进化分析结果表明,LbCAT蛋白与岷江百合CAT蛋白的氨基酸序列相似性最高(99.19%),且亲缘关系最近;LbGPX蛋白与油棕GPX蛋白的氨基酸序列相似性最高(78.61%),亲缘关系最近。qRT PCR结果显示,LbCAT和LbGPX在百合根、鳞茎、叶和花中都有表达。LbCAT在叶中表达量最高,LbGPX在花中表达量最高。这2个基因在百合花蕾的生长发育过程中均有表达,且表达量逐渐增加;在PEG处理后2个基因的转录水平升高,但独角金内酯(SLs)处理却显著降低了这2个基因的转录水平;该结果为百合抗逆性机理研究以及抗逆育种奠定了基础。     

梅花2个SVP基因的克隆与表达分析

SVP (SHORT VEGETATIVE PHASE)是MADS box家族一员,它能够整合多条开花途径的开花信号,调节植物由营养生长向生殖生长的转变。为了解梅花(Prunus mume Sieb. et Zucc.)成花转变过程的分子机理,该研究采用RT PCR方法从梅花‘长蕊绿萼’中克隆到2个SVP的同源基因,分别命名为PmSVP1和PmSVP2,并采用荧光定量PCR对2个基因的表达模式进行分析。序列分析表明,PmSVP1和PmSVP2的编码区长度分别为687 和672 bp,分别编码228和223氨基酸。系统进化结果显示,PmSVP1与拟南芥AtSVP以及一些木本植物SVP同源基因聚为一组,PmSVP2与马铃薯、乳浆大戟等草本植物中的SVP同源基因聚为一组。实时荧光定量分析表明,在成年梅花中,2个PmSVP基因主要在茎、叶和叶芽等营养器官中表达,且都在叶中表达量最高。在1月龄幼苗中,PmSVP1基因在根、茎、叶中都有表达,PmSVP2基因则没有任何表达;在梅花花芽分化过程中,PmSVP1和PmSVP2基因的表达量均呈现下调表达的趋势。研究推测,PmSVP1和PmSVP2基因可能参与调控梅花从营养生长向生殖生长的转变。     

牡丹DGAT基因的克隆及表达分析

利用RT-PCR和RACE技术,从牡丹种子中克隆得到1个二酰甘油酰基转移酶基因(DGAT),命名为PaDGAT1(GenBank登录号为MG214258)。PaDGAT1基因cDNA全长为2 028bp,包含1 554bp开放阅读框,编码517个氨基酸。PaDGAT1蛋白属于疏水性碱性蛋白,分子量为58.86kD,理论等电点为8.62,二级结构预测表明,无规则卷曲和延伸链是该蛋白的主要结构元件。氨基酸序列对比分析表明,PaDGAT1基因编码的蛋白属于DGAT1亚家族,与油橄榄(Olea europaea)的DGAT1蛋白亲缘关系最近。实时荧光定量分析结果表明,PaDGAT1基因在花芽中表达水平较高,在叶、茎和未发育子房中表达水平较低;在种子发育过程中,PaDGAT1基因表达水平呈现出升高-降低-升高的趋势,其中在发育28d时表达水平最高,随后其表达水平逐渐减低,在种子发育70d时又升高,至发育末期的85d时表达水平升高至较高水平;在种子收获后,常温存放7d时,PaDGAT1基因表达水平最高,随后其表达水平逐渐下降。结果推测,DGAT基因在牡丹种子的油脂合成中起重要的调控作用。     

枸杞花药发育基因LbMS2的克隆及表达分析

MS2(Male sterily2)类基因编码脂肪酰基还原酶,参与了花药绒毡层中脂类代谢过程。该研究以宁夏枸杞(‘宁杞1号’)为试验材料,采用RACE方法从枸杞花药cDNA中获得枸杞LbMS2基因。结果显示,LbMS2基因开放阅读框为1 782bp,编码593个氨基酸,等电点为8.98;生物信息学分析显示,LbMS2蛋白定位于叶绿体;LbMS2蛋白序列与茄科植物矮牵牛、茸毛烟草、马铃薯、番茄以及甜辣椒中的MS2蛋白表现出较高的序列相似性;实时荧光定量PCR结果显示,LbMS2基因具有器官表达特异性,只在枸杞花器官中表达,并且在枸杞花药发育的四分体时期以及单核花粉时期表达量最高。研究表明,LbMS2基因是枸杞花器官发育过程中的重要基因。     

中国南瓜CmNPR1基因的克隆和表达分析

从实验室前期对中国南瓜雌花败育转录组测序结果推测,CmNPR1基因可能在南瓜花发育过程中发挥重要功能。该研究以中国南瓜自交系‘3 1’为试验材料,采用同源克隆方法获得中国南瓜CmNPR1基因CDS序列,通过生物信息学、基因表达以及亚细胞定位分析对该基因进行初步研究, 为进一步研究CmNPR1基因在南瓜花发育中的功能和作用机制奠定基础。结果表明：(1)中国南瓜CmNPR1基因CDS全长1 442 bp,编码480个氨基酸;蛋白序列包含有一个BTB/POZ和一个锚蛋白重复序列(Ank)保守结构域;该蛋白无信号肽和跨膜结构;多序列比对分析结果显示,CmNPR1氨基酸序列与美洲南瓜的亲缘关系最近,为96.05%,其次是印度南瓜,为95.63%。(2)CmNPR1基因在所取样品中花纵径0.5 cm时期表达量最高,且在花不同结构中柱头的表达量最高。(3)通过拟南芥原生质体亚细胞定位分析发现,该蛋白定位于细胞质和细胞核。     

文心兰乙烯不敏感基因EIN2的克隆及表达分析

该研究采用PCR、RACE方法,对文心兰‘南茜’的乙烯不敏感蛋白基因（ethylene insensitive 2,EIN2）进行克隆及生物信息学分析,并采用qRT PCR技术,对该基因在文心兰不同组织器官和不同花期中的表达模式进行分析。结果表明：（1）成功克隆得到文心兰_EIN2基因序列,命名为OnEIN2（MH497388）;该基因cDNA序列全长为4 177 bp,其中开放阅读框3 879 bp,编码1 292个氨基酸,3′非编码区长208 bp,5′非编码区长90 bp。（2）生物信息学分析显示OnEIN2是一个不稳定的疏水蛋白,含有跨膜结构,分子式为C₆₄₀₆H₉₉₈₈N₁₆₇₀O₁₈₉₇S₄₇;蛋白质分子量142.22 kD,理论等电点5.80。多序列比对和系统进化分析表明,文心兰EIN2与铁皮石斛EIN2的相似度最高（81.98%）,二者亲缘关系也最为接近。（3）实时荧光定量PCR分析发现,OnEIN2基因在根、茎、叶花中均有表达,在花中表达量最高,茎中表达量最低;而在不同花期中,盛开期表达量最高,其次是衰老期。研究表明,文心兰OnEIN2基因在开花和衰老过程中可能有重要的作用。     

沙棘PEPCK基因的克隆及表达研究

以沙棘为研究对象,通过RACE、基因克隆和定量PCR技术,克隆并分析沙棘磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶基因(PEPCK)的序列信息,以及进化树构建和氨基酸的二级结构分析,比较NaCl胁迫后PEPCK基因的表达变化,为揭示PEPCK基因在沙棘抗性方面的功能研究奠定基础。结果显示:(1)成功克隆了沙棘PEPCK基因,该基因开放阅读框(ORF)为2 001bp,编码666个氨基酸。(2)序列分析表明,沙棘PEPCK与蓖麻、黄顶菊、核桃等序列一致性高达85%以上;进化上沙棘PEPCK基因与蓖麻和狭叶羽扇豆较近,与烟草、拟南芥进化关系较远。(3)在300mmol·L~(-1) NaCl盐胁迫下,沙棘PEPCK基因表达在胁迫组中显著上升,胁迫后7d时为未处理的2.5倍,15d时达到未处理的3.2倍。研究表明,沙棘PEPCK基因在沙棘适应外源盐胁迫的过程中可能发挥了重要作用。     

拟南芥AtNHX2启动子的克隆及表达模式分析(英)

AtNHX2基因是拟南芥NHX基因家族的一员,编码了一种液泡膜中的Na⁺/H⁺反向运输体并对拟南芥的耐盐能力起着重要的作用.采用PCR扩增的方法克隆了拟南芥AtNHX2基因启始密码子上游约2.8 kb的DNA片段,并将其克隆到植物表达载体pCAMBIA1301-1中,通过基因枪轰击洋葱表皮瞬时表达的方法,初步检测启动子的活性.将重组质粒pCAMBIA1301-1/AtNHX2 promoter转化拟南芥并筛选纯合子.AtNHX2 promoter-GUS分析显示AtNHX2在所有的组织中均有表达,包括根尖.在保卫细胞中检测到了强烈的GUS表达,这一结果表明,AtNHX2对特殊细胞的pH调控和K⁺自身稳定方面起着重要的作用.AtNHX2启动子的活性可被NaCl抑制,并且抑制的强度和NaCl的浓度成正相关. 300 mmol/L KCl处理可增强启动子的活性,说明NaCl和KCl是在转录水平上调控AtNHX2的表达.在老叶中GUS活性比在新叶中GUS活性强,这说明了AtNHX2优先将有毒的离子积累在老叶中,从而有利于植物的正常发育.在根毛细胞中也观测到了强烈的GUS活性,这就暗示了AtNHX2在扩大的液泡中储存Na⁺.     

桂花分子生物学研究进展

桂花(Osmanthus fragrans)是一种集绿化、美化和香化于一体的重要观赏树种,备受人们的关注。近年来,测序技术的发展和完善极大地推动了桂花分子生物学研究。该文基于现有文献,对桂花分子生物学研究的最新进展进行了归纳总结。首先综述了桂花全基因组和相关基因家族分析的研究;随后重点关注了转录组测序在桂花花色、花香、叶色等重要性状方面的研究进展;同时概述了桂花蛋白组和功能基因的相关报道;最后对桂花分子生物学相关研究进行了总结,并对今后重点研究方向进行了展望,以期为桂花研究提供参考。     

‘早籽银桂’大小孢子发育与花器形态变化

为了解桂花两性株孢子发育和花器形态的关系,对早籽银桂(Osmanthus fragrans‘Zao Zi Yin’)大小孢子发育过程和花器外部形态进行了观察。。结果表明,圆珠期花芽突然膨大时,小孢子母细胞减数分裂启动,至花芽顶壳期进入四分体时期,四分体多数呈四面体型,少数呈十字交叉型,也有介于二者之间的排列方式;柃梗期时小孢子发育至单核靠边期;香眼期至盛花期形成二细胞型花粉并发育成熟;花药长度由0.3 mm增加至1 mm,颜色由无色透明变为鲜黄色。雌蕊柱头二裂,子房2室,每室2胚珠,胚珠横生,单珠被,薄珠心,珠柄不明显。二细胞花粉时期,大孢子母细胞减数分裂形成大孢子,至盛花期胚囊发育为成熟的8核蓼型胚囊。雄蕊发育早于雌蕊,花开后雌、雄蕊趋于同熟。大小孢子细胞学发育时期与花器形态建成密切相关,根据花器形态特征可判断大小孢子发育时期。     

茶树CsCBF1基因克隆和转录活性分析

采用RACE技术克隆了一个受冷诱导的茶树CBF基因全长cDNA,命名为CsCBF1(GenBank登录号为EU563238)。CsCBF1cDNA全长序列为1 211bp,开放阅读框编码259个氨基酸。氨基酸序列分析表明,CsCBF1具有CBF家族典型的保守结构域,与其他植物的CBF具有较高的相似性;与拟南芥、辣椒和橡胶树编码的CBF相似性分别为56%、63%和56%。亚细胞定位结果表明,CsCBF1位于细胞核内。分别将10个CsCBF1缺失突变体与GAL4DNA结合域融合的结果显示,CsCBF1的羧基末端酸性结构域(第137位氨基酸至259位氨基酸)在酵母中具有转录激活活性。实时定量RT-PCR分析表明,CsCBF1基因受低温的快速诱导表达。     

山茶CjMYB1基因的克隆及表达分析

该研究通过序列比对分析,以野生红山茶和不同花色品种山茶为材料,采用PCR方法克隆CjMYB1基因,并通过生物信息学和表达分析对其进行初步研究,为深入研究山茶CjMYB1基因在花色形成和花发育过程的调控机理奠定理论基础。结果表明：(1)成功克隆获得山茶CjMYB1基因(GenBank登录号为OL347930),其开放阅读框长为879 bp,编码292个氨基酸,相对分子质量为33.17 kD;CjMYB1基因属于R2R3-MYB转录因子,且与拟南芥MYB基因家族的第7亚组处于同一分支。(2)荧光定量PCR分析发现,山茶CjMYB1基因在野生红山茶花芽中表达量最高,在萼片、花瓣、雄蕊和心皮中都有较高的表达量,推测其在山茶花器官发育中发挥着重要作用;在红色山茶品种中表达量较高,而在粉色、淡黄色、白色山茶品种中表达量较低,说明CjMYB1基因可能在红色山茶品种的花色苷合成途径中起到了关键作用。(3)亚细胞定位实验表明,CjMYB1蛋白定位在细胞核。     

NaCl胁迫对5个桂花品种叶片超微结构的影响

该研究以5个桂花品种为材料,以Hoagland培养液为对照,设计2个NaCl含量(70、100 mmol/L)处理10 d后利用透射电镜和扫描电镜观察各处理不同品种的叶片超微结构特征,以明确桂花品种对耐NaCl胁迫的解剖结构响应机制。结果显示：(1)透射电镜观察发现：随NaCl 胁迫程度的加强,5个桂花品种叶肉细胞中叶绿体结构受到不同程度地破坏;70 mmol/L NaCl处理后,5个品种的细胞核基本保持正常,而100 mmol/L NaCl处理后核内染色质发生降解;随着NaCl胁迫程度的加强,5个桂花品种的类囊体片层结构中嗜锇颗粒明显增多;在膜结构方面,大叶银桂的叶肉细胞被破坏程度最为严重,叶绿体膜被破坏,叶绿体形状基本不能辨认。(2)扫描电镜观察结果显示：随着NaCl浓度的增大,5个品种叶片表面的气孔密度不断增大,而张开气孔的密度却不断减小,且叶肉细胞体积均缩小;‘大叶银桂’、‘笑秋风’、‘晚籽银桂’的栅栏组织占叶厚的比重随NaCl胁迫浓度的增大而升高,‘潢川金桂’和‘紫梗籽银桂’的栅栏组织占叶厚的比重则随NaCl胁迫浓度的增大而呈先升高后降低的趋势。研究表明,NaCl胁迫对桂花叶片细胞叶绿体、细胞核等的超微结构会造成损伤,且NaCl胁迫浓度越高损伤越明显。该试验可初步判断‘大叶银桂’、‘笑秋风’、‘晚籽银桂’的耐盐性略高于‘潢川金桂’和‘紫梗籽银桂’。     

遮阴对四季桂生理生态特性的影响

为了解遮阴对四季桂(Osmanthus fragrans)生长的影响,研究了成都地区夏季遮阴处理下四季桂扦插苗生理生态特性的变化。结果表明,随遮光率增加,比叶重下降;叶绿素b(Chl b)含量增加,Chl a/b降低。遮阴下叶片可溶性糖、可溶性蛋白含量降低,以80%遮光率下降的最显著;随遮光率上升,叶片丙二醛(MDA)含量下降,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性降低,以55%、80%遮光率的MDA含量下降显著。遮阴处理下,叶片光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)、最大净光合速率(Pmax)、暗呼吸速率(Rd)均下降,而表观量子速率(AQE)增大;瞬时光能利用率(LUE)升高,净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、气孔限制值(Ls)均降低,胞间CO_2浓度(Ci)升高。四季桂幼苗主要通过提高Pn和抗氧化酶活性来适应强光环境;降低SLW、LSP、LCP和Rd,提高Chl和Ci含量,增大AQE和LUE提高弱光利用能力,中度遮阴(25%、55%遮光率)有利于幼苗在夏季的生长。     

桂花萜烯合酶(TPS)的生物信息学与原核表达分析

挥发性萜烯类化合物是植物花和果实中重要的香气活性物质,萜烯合酶(TPS)的种类和功能决定物种中萜烯类物质的多样性。桂花作为重要的香花植物,萜烯类物质是其花香的重要成分,但有关桂花萜烯合酶的研究却并不多。为揭示桂花萜烯类物质的生物合成机理,该研究利用生物信息学分析了4个TPS蛋白的理化性质、亚细胞定位及其结构,在原核表达系统中进行4个TPS蛋白的体外表达,并对可溶性的TPS4重组蛋白进行了体外酶反应功能分析。结果表明:(1) 4个TPS蛋白的理化性质差异较小,但仅有TPS4蛋白定位于其他靶向,不含信号肽,延伸链的比例较低,在靠近氨基端的区域内不含延伸链。(2) 4个TPS蛋白在原核系统中均可成功表达,但仅有TPS4获得了可溶性重组蛋白。(3)将纯化的TPS4重组蛋白分别与GPP、NDP和FPP进行反应,均只检测到一种产物,分别为反式-β-罗勒烯、β-水芹烯和α-法呢烯。这为揭示植物萜烯类物质生物合成的分子机理提供了参考,对从蛋白水平研究桂花花香基因功能奠定了基础。     

参与ABA诱导的水稻OsCaMs基因鉴定及其功能分析

以‘徐稻4号’为材料,构建OsCaMs的瞬时表达载体,利用生物信息学和RT-PCR方法设计OsCaMs定量引物5个,鉴定参与ABA诱导的OsCaMs基因并分析其生理功能,为进一步揭示ABA信号转导核心组分的研究奠定基础。结果显示:(1)水稻OsCaMs的5个家族基因的CDS等长,均为450bp,ABA(100μmol·L~(-1))处理能够明显诱导OsCaM1-1和OsCaM1-2的表达。(2)利用瞬时表达载体将表达荧光蛋白的OsCaM1-1-YFP和OsCaM1-2-YFP通过PEG方法转化到原生质体中,激光共聚焦分析显示,这2个基因均定位于细胞核、细胞质和细胞膜中;并构建了OsCaM1-1和OsCaM1-2的干扰载体dsOsCaM1-1和dsOsCaM1-2。(3)经ABA诱导的水稻原生质体抗氧化保护酶APX和SOD活性分别显著提高35%和31%;原生质体瞬时表达和瞬时沉默体系分析表明,OsCaM1-1和OsCaM1-2均能够影响抗氧化保护酶APX和SOD的活性,其中原生质体中瞬时过表达这2个基因对APX和SOD活性上调达到1.15~1.45倍,瞬时干扰这2个基因对APX和SOD活性下调达到25%~30%。(4)外源H_2O_2(10mmol·L~(-1))预处理水稻幼苗可诱导OsCaM1-1和OsCaM1-2基因表达量上调,并且OsCaM1-2能够诱导水稻原生质体中H_2O_2的积累。(5)原生质体瞬时表达分析发现,在水稻原生质体中瞬时表达OsCaM1-1和OsCaM1-2可分别诱导OsrbohB和OsrbohE的表达;而且在水稻原生质体中瞬时表达OsrbohB和OsrbohE可分别诱导OsCaM1-1和OsCaM1-2的表达,表明OsCaMs与Osrbohs之间存在正反馈调节机制。研究表明,OsCaM1-1和OsCaM1-2为水稻参与ABA信号转导中具有调控抗氧化保护作用的同源基因;OsCaM1-1和OsCaM1-2不仅受ABA诱导,也受H_2O_2诱导,而且ABA是通过H_2O_2进行调控。