蕙兰CyfaSTK基因的克隆与表达分析

采用同源克隆的方法,从蕙兰（Cymbidium faberi Rolfe）花芽中克隆获得CyfaSTK基因的cDNA序列,并对其进行生物信息学分析及基因表达分析。结果显示,该基因全长843 bp,其中开放阅读框（ORF）长705 bp,共编码234个氨基酸和1个终止密码子。同源蛋白序列比对及分子系统发育分析结果表明,CyfaSTK蛋白属于D类MADS-box转录因子STK-like进化系,含有MADS、I、K和C等4个结构域,其C末端转录激活区含有2个保守的基元：AG motifⅠ和AG motifⅡ,此外,还具有一个在天门冬目植物中相对保守的基元MD motif。基因表达的组织特异性分析结果显示：蕙兰CyfaSTK基因在花萼、花瓣、唇瓣、药帽、子房中均有表达,但在叶片中不表达,其中在子房中的表达量与其他组织相比,差异达到极显著水平;CyfaSTK在花芽经过休眠后的萌动期表达量最高,且在开花当天该基因表达量有上升趋势。研究结果表明CyfaSTK基因不仅参与调控蕙兰花器官的发育过程,且对子房及合蕊柱的正常发育具有重要作用。     

甜荞FeFUL2基因的克隆与表达分析

为了探索甜荞FUL同源基因参与花与籽粒发育调控的分子机制,该文采用同源克隆的方法从甜荞(Fagopyrum esculentum)长花柱和长雄蕊突变体(lpls)中克隆到1个长837 bp的FeFUL2基因(GenBank登录号为MG779493.1),其包含长690 bp的完整开放阅读框,编码1个由229个氨基酸残基组成的MADS-box转录因子。通过对FeFUL2进行分子系统发生、同源蛋白比对与转录因子结构分析,结果显示FeFUL2与核心真双子叶植物AP1/FUL亚家族转录因子中的euFUL进化系聚于1个进化分支,属甜荞euFUL型MADS-box转录因子,且包含1个57个氨基酸残基长的高度保守的MADS结构域、1个69个氨基酸残基长的次级保守的K结构域,其C末端转录激活区在序列长度和氨基酸残基组成上与其他euFUL型转录因子差异较大,但仍含有2个euFUL型转录因子特有的保守基元:FUL motif和paleo AP1 motif。用qPCR检测基因表达的组织特异性显示:FeFUL2基因在甜荞lpls突变体的根、茎、叶、花被片、雄蕊、雌蕊和发育4 d的幼果中均有表达,但其在花被片中表达量极显著高于该基因在其他器官中的表达量(LSD,P0.01)。综合转录因子的结构与基因的表达模式推测,FeFUL2基因与其他euFUL型基因的功能可能存在一定差异,其在花发育过程中可能主要参与甜荞花被片的发育调控。     

樱胚珠发育调控基因PrseSTK在单瓣与重瓣花中的表达比较

用同源克隆方法,从日本晚樱（Prunus lannesiana）花芽中克隆出了PrseSTK基因的cDNA全长,GenBank登录号为GU332504。其包括1个共669 bp的完整开放阅读框,编码222个氨基酸和1个终止密码子。同源序列比对和分子系统进化分析表明,PrseSTK是拟南芥的STK同源基因,其编码蛋白的C末端拥有2个高度保守模体：AG motif Ⅰ和Ⅱ,属D类MADS-box转录因子。其在花器官中表达的组织特异性分析表明,在单瓣‘大岛樱’中,PrseSTK主要在雄蕊和雌蕊中表达;但在重瓣品种‘普贤像’中,其在萼片、雄蕊和叶化雌蕊中均有表达。其在2个品种4轮花器官中的表达呈现明显的差异,并与拟南芥STK基因表达的组织特异性也有一定的差别;其在花萼中的异位表达可能与重瓣品种萼筒异位子房的发育调控相关。     

甜荞FaesSTK基因在长花柱长雄蕊突变体lpls中的表达分析

采用RACE技术,从甜荞（Fagopyrum esculentum Moench）中克隆获得3种花型的STK同源基因FaesSTK,并对其序列特征进行分析。结果显示,甜荞3种花型植株STK同源基因序列一致,全长为967 bp,包含长689 bp的完整开放阅读框,编码一个由225个氨基酸残基组成的D类MADS-box转录因子。蛋白序列比对及系统发育分析结果表明,FaesSTK蛋白属于MADS-box转录因子中的STK进化系。包含1个由57个氨基酸残基组成的高度保守的MADS结构域;1个由82个氨基酸残基组成的次级保守区域的K结构域,在C端的转录激活区还含有另外2个高度保守的基序（AGⅠ和AGⅡ）。实时荧光定量检测结果显示,FaesSTK基因主要在甜荞lpls突变体的雄蕊、雌蕊和不同发育时期的幼果中表达,在根和花被片中仅能检测到微弱的转录信号,在叶和茎中不表达,其中在雌蕊和果实中的表达量极显著高于其他组织。推测该基因在花发育过程中可能主要参与调控甜荞lpls突变体雌蕊和果实的发育。     

甜荞FaesSTK基因在长花柱长雄蕊突变体lpls中的表达分析

采用RACE技术,从甜荞(Fagopyrum esculentum Moench)中克隆获得3种花型的STK同源基因Faes STK,并对其序列特征进行分析。结果显示,甜荞3种花型植株STK同源基因序列一致,全长为967 bp,包含长689 bp的完整开放阅读框,编码一个由225个氨基酸残基组成的D类MADS-box转录因子。蛋白序列比对及系统发育分析结果表明,Faes STK蛋白属于MADS-box转录因子中的STK进化系。包含1个由57个氨基酸残基组成的高度保守的MADS结构域; 1个由82个氨基酸残基组成的次级保守区域的K结构域,在C端的转录激活区还含有另外2个高度保守的基序(AGⅠ和AGⅡ)。实时荧光定量检测结果显示,Faes STK基因主要在甜荞lpls突变体的雄蕊、雌蕊和不同发育时期的幼果中表达,在根和花被片中仅能检测到微弱的转录信号,在叶和茎中不表达,其中在雌蕊和果实中的表达量极显著高于其他组织。推测该基因在花发育过程中可能主要参与调控甜荞lpls突变体雌蕊和果实的发育。     

CygoSTK基因在普通春兰与奇花品种‘天彭牡丹''中的表达比较

为深入研究春兰(Cymbidium goeringii)与春兰奇花品种花器官发育调控的分子机制,该研究采用同源克隆的方法,分别从普通的春兰与春兰奇花品种‘天彭牡丹’的花芽中克隆得到1个cDNA长849 bp D类MADS-box基因CygoSTK(Genbank登录号为MH917912.1)。结果表明:该基因序列在两种春兰中高度一致,包含1个长705 bp的完整ORF,编码1个由234个氨基酸残基组成的STK进化系MADS-box转录因子;结构分析表明,CygoSTK转录因子包含1个高度保守的MADS结构域(MADS domain)(1～57)和1个次级保守的K结构域(91～172),其C末端的转录激活区含有两个高度保守的基序,即AGI基序和AGⅡ基序;进一步用qPCR检测CygoSTK基因在普通的春兰与春兰奇花品种‘天彭牡丹’不同花器官中的相对表达量发现,CygoSTK基因在普通的春兰和春兰‘天彭牡丹’子房中的表达量最高,显著高于该基因在相应品种其他花器官中的表达量(LSD,P0.05)。以上结果说明CygoSTK基因在功能上有很强的保守性,主要参与春兰子房的发育。     

黄金树花器官特征决定的CaspAG基因克隆和表达分析

以黄金树的花芽为材料,采用同源基因克隆技术,获得黄金树花器官特征决定的AG同源基因,将其命名为CaspAG,其开放阅读框(ORF)为738 bp,编码245个氨基酸。分子系统发生和蛋白序列比对分析表明:CaspAG是拟南芥的AG同源蛋白,被归为eu AG进化分支,其MADS区有57个氨基酸,I区有32个氨基酸,K区有83个氨基酸,C区有55个氨基酸,其中C末端的转录激活区含有两个保守的基序:AGI和AGII基序。半定量RT-PCR分析表明,在花发育过程中,CaspAG基因仅在雄蕊和雌蕊中表达,而在茎、叶片、萼片和花瓣中几乎不表达。实时荧光定量PCR分析结果表明,CaspAG基因在雌雄蕊原基分化期至雌雄蕊成熟期均有表达,在雌雄蕊发育成熟期表达量达到最高;且在雄蕊的表达高峰的时间明显早于雌蕊,这与雌、雄蕊形态成熟的时间基本吻合。     

中国水仙NtSOC1基因克隆及亚细胞定位

以中国水仙‘金盏银台’为实验材料,采用RACE和RT-PCR技术获得1个与开花相关的转录因子(SOC1)的同源基因NtSOC1。NtSOC1的cDNA全长1 603bp,含有1个687bp开放阅读框,编码228个氨基酸。生物信息学分析表明,NtSOC1与单子叶植物的SOC1同源基因的氨基酸序列较为相似,且在C末端同样含有一个保守性很高的SOC1motif序列,说明NtSOC1是属于SOC1/TM3亚家族基因。荧光定量PCR分析显示,NtSOC1在花芽分化阶段的表达量随着花芽的分化而升高,花芽分化结束时减少,表明NtSOC1基因可能参与中国水仙的花芽分化。成功构建了NtSOC1基因表达载体pCAMBIA1302-NtSOC1,通过农杆菌转化洋葱表皮对编码蛋白进行亚细胞定位结果显示,NtSOC1基因编码蛋白定位于细胞核,符合转录因子的亚细胞定位特征。该实验结果为进一步研究NtSOC1基因的生物学功能奠定了基础。     

平榛NAC转录因子的分离及表达特性分析

NAC转录因子是近十年来新发现的具有多种生物功能的植物特异转录因子,在植物生长发育、激素调节和抵抗逆境等方面发挥着重要的作用。本研究基于Solexa技术对平榛花芽转录组文库进行分析,结合RACE-PCR扩增,从平榛中克隆了一个与NAC类基因同源的cDNA序列ChNAC1,该序列长度为1154bp,具有长度为876bp的完整开放阅读框架,推测编码蛋白含有291个氨基酸,具有N-末端同源性较高且十分保守的NAC结构域和一个位于C-末端的高度可变区域。qRT-PCR分析表明,ChNAC1可以在4℃低温胁迫条件下上调表达,在4h时出现表达峰值。组织表达分析结果表明,ChNAC1在雄花序中表达最高,其次是花芽、树皮和种子。推测ChNAC1可能参与植物响应低温反应过程。ChNAC1基因的克隆及表达分析为进一步阐明和探讨平榛NAC转录因子的功能奠定了基础。     

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。     

日本晚樱PrseSHP基因的克隆与功能分析

采用同源克隆方法结合RACE技术,从日本晚樱(Prunus lannesiana)品种‘大岛樱’中克隆到花发育调控相关的PrseSHP基因(GenBank登录号为GU362645)。PrseSHP基因序列全长1 223bp,包含1个长741bp的完整开放阅读框,编码246个氨基酸和1个终止密码子。分子系统发生分析表明,PrseSHP属MADS-box转录因子的PLE/SHP进化系,并与蔷薇科植物的SHP同源蛋白聚于同一进化分支;蛋白序列比对显示,该转录因子拥有M、I、K和C共4个结构域,且其C末端结构域中包含高度保守的AGⅠ和Ⅱ基序。基因表达分析表明,PrseSHP基因主要在‘大岛樱’的花瓣、雄蕊、雌蕊和幼果等器官中表达,在花萼中仅能检测到微弱的转录信号,在幼叶中不表达,与其他植物SHP同源基因的表达模式有一定的差别。功能分析显示,转PrseSHP基因拟南芥植株明显比野生型拟南芥弱小,转基因拟南芥在6~8片莲座叶后即抽薹开花,时间较野生型拟南芥(14~17片莲座叶后抽薹开花)明显提前,证明异位表达的PrseSHP基因能促进拟南芥早花,其在花发育过程中可能参与调控植物开花。     

两种国兰C类花发育MADS基因的克隆与表达研究

该研究以蕙兰(Cymbidium faberi)和墨兰(Cymbidium sinense)为材料,利用RT-PCR对AGAMOUS(AG)基因进行克隆,并利用qRT-PCR进行组织表达。结果表明:(1)获得3个AG基因均属于植物特有的C类MIKC型MADS-box基因,其中2个蕙兰AG基因命名为CfAG1(登录号MW654188)和CfAG2(登录号MW654189),1个墨兰AG基因命名为CsAG1(登录号MW654190)。(2)CfAG1在盛花期合蕊柱中高丰度表达,在花蕾期花蕾和盛花期子房中中度表达;CfAG2在盛花期子房中高丰度表达,在盛花期合蕊柱中中度表达,花蕾期花蕾、盛花期花瓣(包含唇瓣)中少量表达;CsAG1在盛花期的合蕊柱中表达量最高,花蕾期花蕾、盛花期子房表达量次之,表达量最低的部位是盛花期萼片和叶片。研究认为,CfAG1和CsAG1表达特性相似,这3个基因均具有组织特异性,均能调控合蕊柱和子房的发育。该研究为后续探讨兰属植物花型发育与进化、分子育种及新品种培育奠定了基础。     

粉菠萝FVE同源基因的克隆及表达分析

FV E是植物自主开花途径中的关键基因,主要通过抑制FLC的表达来调控花发育过程。本研究利用粉菠萝(Aechmea fasciata)茎尖组织转录组序列数据,通过RACE技术克隆获得了粉菠萝中FVE同源基因AfF-V E的cDNA全长序列。该序列全长为1672 bp,开放阅读框为1404 bp,编码由468个氨基酸残基组成的蛋白,该蛋白序列中含有6个保守的WD重复区域。氨基酸序列比对结果表明,A fFV E基因编码的氨基酸序列与其它物种中FV E的同源序列具有较高的相似性。qRT-PCR (实时荧光定量PCR)分析结果显示,粉菠萝中A fFV E基因对外源乙烯的刺激产生了应答。在采用乙烯利灌心处理不同时间的过程中,发现A fFV E基因的转录水平均在处理后1 d时达到最大,推测AfFVE可能参与乙烯信号反应,该基因在粉菠萝自主开花途径中的调节作用可能受乙烯影响。     

陆地棉SUPERMAN类似锌指蛋白基因的克隆与表达分析

锌指蛋白是生物体内数量最多的转录调控因子,它在动植物的生长发育中都起到十分重要的作用。SUPERMAN类锌指蛋白只含有1个锌指结构。我们根据这类蛋白的保守结构域设计简并引物,通过RT-PCR从棉花中获得了3个这个家族成员的EST,得到1个锌指蛋白基因的全长序列,该基因的编码区长744 bp,编码长248个氨基酸的多肽,其氨基酸序列与GenBank中登录的一个拟南芥RBE蛋白有40%的同源性。此基因被命名为GZFP。它含有保守的锌指结构并在多肽链的C-端具有富含亮氨酸的保守结构域,GZFP含有核定位信号并且没有内含子。GZFP基因在棉花花蕾、子房、花瓣和根中的表达量要高于木质部、韧皮部、叶片、纤维和种子。GZFP基因的表达量很低,在GenBank中没有任何和它同源的EST序列存在。对GZFP 5′侧翼区进行分析发现有数个花粉和根特异表达相关元件,4个与Dof蛋白作用的核心序列,4个与光诱导相关的元件。      

黄秋葵查尔酮合成酶基因AeCHS的克隆与表达分析

采用同源序列克隆和RT-PCR技术,首次克隆得到黄秋葵查尔酮合成酶基因(CHS)cDNA全长序列。序列分析表明,该序列全长1175 bp,包括一个1170 bp的完整ORF,编码389个氨基酸,命名为AeCHS。生物信息学分析表明,本研究所获得的AeCHS氨基酸序列与同科植物黄蜀葵和陆地棉的同源性较高,分别达99.23%和97.44%,AeCHS推断的氨基酸序列含有CHS蛋白的标签序列GFGPG以及4个保守活性位点Cys164、Phe215、His303、Asn336。实时荧光定量PCR分析黄秋葵果实、花、叶片不同发育时期AeCHS基因的表达量,结果表明AeCHS基因在上述植物材料中表现出不同的表达模式:花>果实>叶片,具体到不同植物组织,AeCHS基因在生长6 d的果实、盛开的花朵以及植株顶端第4片叶子中的表达量较高。     

蕙兰MADS基因APETALA1/FRUITFULL-like的克隆和时空表达特性

为研究兰花成花转变及花发育的调控机理,利用反转录RT-PCR和RACE的方法,从蕙兰萼片中克隆出一个APETALA1/FRUITFULL-like(AP1/FUL-like)基因,命名为CfAP11,GenBank登录号为JQ031272.1.该基因编码的氨基酸序列与MADS-box蛋白家族中类APl/FUL亚家族中球花石斛FRUITFULL-like具有较高的同源性(84％),系统进化分析表明该蛋白的氨基酸序列与APl/FUL转录因子亚家族中的蛋白聚为一类.生物信息学分析推测表明,该基因编码的蛋白具有MADS保守域和相对保守的K区,二级结构中α-螺旋所占比例较高(58.97％),三级结构与月季、水稻和水仙非常相似.相对荧光定量PCR分析结果表明:CfAPll在根中表达痕量,生殖期比营养期叶片中表达量低、盛花期比花蕾期花葶中表达量高,由此推测,CfAP11可能与蕙兰的成花诱导、花发育有关;并发现CfAP11在盛花期花葶和子房中表达量远高于其他组织,表明其可能以某种机制参与果实的形成过程.     

茶树CsLEA5基因的克隆及表达分析

该研究以茶树‘龙井长叶’为材料,克隆获得了茶树胚胎发育晚期丰富蛋白基因CsLEA5的cDNA序列,该序列全长515 bp,包含一个375 bp的开放阅读框,编码124个氨基酸,预测蛋白分子量为13.5 kD,理论等电点为5.92。蛋白序列分析结果显示,CsLEA5为高亲水性和稳定性蛋白,且含有一个典型的LEA_3保守结构域,属于LEA蛋白中LEA_3亚家族成员。CsLEA5基因启动子区域包含多种与逆境响应相关的顺式作用元件,如乙烯响应元件（ERE）、胁迫响应元件（STRE）、创伤响应元件（WUN motif）及MYB、MYC转录因子识别位点等。qRT PCR分析显示,CsLEA5基因表达具有明显的组织特异性,在叶片中的表达量最高,其次是嫩茎,而在其他组织器官中的表达量较低,且CsLEA5基因表达受低温和干旱胁迫的诱导。研究表明,CsLEA5基因可能在茶树响应低温和干旱胁迫过程中发挥重要作用。该研究对了解茶树抗逆分子机制,筛选抗性候选基因资源提供了重要理论依据。     

菘蓝牦牛儿基牦牛儿基焦磷酸合成酶基因(IiGGPPS1)的克隆及其表达特性分析

本研究通过分析菘蓝转录组数据库得到一条牦牛儿基牦牛儿基焦磷酸合成酶(GGPPS)的编码序列,利用RT-PCR扩增得到其全长,命名为Ii GGPPS1,利用生物信息学方法对该基因及其编码的蛋白进行分析,并对该基因的功能、表达特性进行了研究。研究结果表明:Ii GGPPS1的c DNA序列全长为1 086 bp,开放阅读框长1 080 bp,编码359个氨基酸。Ii GGPPS1蛋白与其它植物GGPPSs高度保守,蛋白N端含有叶绿体信号肽,二级结构主要由螺旋和无规则卷曲组成,同源建模结果显示Ii GGPPS1蛋白是个同源二聚体。组织特异表达分析表明该基因在叶片中的表达量最高,根中次之,茎中最低,且受虫害颜色浅的叶片中该基因表达量显著低于正常叶片中的表达量,推测该基因可能与二萜化合物叶绿素的合成相关。该结果将为进一步研究菘蓝牦牛儿基牦牛儿基焦磷酸合成酶基因(Ii GGPPS1)的功能及其表达调控奠定理论基础,也可为菘蓝的生长、发育调节与品质改良积累研究资料。     

甜荞FaesAP2基因的克隆与表达分析

本研究采用同源克隆和RACE技术,从甜荞（Fagopyrum esculentum Moench.）品种'西农9976'中分离出调控花器官发育的FaesAP2基因,该基因序列全长1668 bp,包含1个长为1374 bp的完整开放阅读框,共编码457个氨基酸。序列比对以及系统发育分析结果发现,FaesAP2蛋白拥有2个高度保守的AP2（APETALA2）结构域,在第1个AP2结构域前端有1段由10个氨基酸残基组成的高度保守的核定位信号区;系统发育分析显示其与拟南芥（Arabidopsis thaliana（L.） Heynh.） AP2转录因子的亲缘关系较近。基因表达模式分析表明,该基因在甜荞pin型和thrum型花的雄蕊和雌蕊中有明显的表达,但在幼叶和花被片中不表达,且其表达量在2种类型花不同发育时期呈现明显的变化,均在花药迅速膨大期达到最高值,因此推测该基因在甜荞花发育过程中可能参与了花器官发育的调控。     

葡萄VvBAP1基因的克隆及表达特性分析

以抗性葡萄品种‘F-242’组培苗为材料, 利用同源克隆法克隆了葡萄VvBAP1基因。测序结果显示, VvBAP1扩增片段大小为531 bp, 可编码176个氨基酸序列。利用生物信息学分析VvBAP1基因编码的蛋白序列显示, 该蛋白分子量为19.43 kDa, 含有保守的钙离子依赖性的C2结构域; 等电点pI为9.42; 不稳定系数为37.09, 推测为稳定的亲水性蛋白; 含有多个丝氨酸/苏氨酸磷酸化位点。实时荧光定量PCR表明, 该基因在根茎叶中均有表达, 其中在叶片中表达量较高; 盐胁迫、低温等逆境因子及逆境相关的信号物质, 如水杨酸和一氧化氮均可诱导VvBAP1的表达, 其中低温对其表达量影响更为显著, 推测该基因参与了葡萄抵御逆境胁迫的过程, 尤其是与低温相关的过程。