拟南芥3个蛋白磷酸酶2C基因编码蛋白的亚细胞定位及组织表达分析

利用gateway技术从拟南芥中克隆了3个蛋白磷酸酶2C基因At5G66080、At1G68410和At5G06750,3个基因的ORF全长分别为1 158 bp、1 311 bp和1 182 bp,分别编码一条385、376和393个氨基酸残基的多肽.构建了3个基因的植物表达载体35S:GFP:At5G66080、35S:GFP:At1G68410和35S:GFP:At5G06750,采用基因枪法进行的洋葱表皮细胞GFP瞬时表达实验表明,荧光信号主要分布在细胞核上,显示这3个基因的产物可能在细胞核上发挥作用.利用实时荧光定量PCR研究At5G66080、At1G68410和At5G06750基因在不同组织中的表达特性,结果表明:3个基因在各个器官均有表达,但表达量不同;At5G66080、At1G68410和At5G06750基因在花中表达量最大;At5G66080和At5G06750基因在根、叶和叶柄中的表达量次之,在茎中的表达量最低;At1G68410基因在根中的表达量次之,在茎、叶和叶柄中的表达量较低.     

菊叶薯蓣DcPMK基因克隆及互作蛋白筛选

以菊叶薯蓣为研究材料,采用RT-PCR技术克隆获得DcPMK基因,进行生物信息学、组织特异性和诱导表达分析,并构建DcPMK的诱饵载体以筛选拟南芥酵母文库中互作蛋白,为深入研究菊叶薯蓣萜类物质的合成积累提供一定理论基础。结果表明：DcPMK基因开放阅读框大小为1 536 bp（GenBank登录号MZ171241）,编码511个氨基酸。蛋白质序列比对分析发现DcPMK与近源种基因序列一致性达88.85%,具有1个保守的ATP结合位点Gly-X-Gly-XX-Ala。N-J进化树显示DcPMK与海枣（Phoenix dactylifera）等单子叶植物的遗传距离较近。HPLC结果显示菊叶薯蓣皂素主要在根茎中积累,qRT-PCR结果表明DcPMK基因在各组织中均有表达,在老茎中表达量最高,根茎中表达量最低;水杨酸诱导后皂素含量的变化与DcPMK表达量的变化趋势吻合：随着叶片中皂素含量提高,DcPMK上调表达。与阴性对照相比,DcPMK基因没有自激活性和细胞毒性,并筛选到27个互作明显的拟南芥基因,如生长发育相关基因AtKCR1（AT1G67730）、AtRPS9M（AT3G49080）、AtASY4（AT2G33793）,非生物与生物逆境相关基因AtVDAC2（AT5G67500）、AtVDAC3（AT5G15090）、AtRH8（AT4G00660）及花色素苷积累相关基因AtPHR2（AT2G47590）等。以上结果说明DcPMK能够参与菊叶薯蓣的萜类物质合成,并通过蛋白质-蛋白质相互作用的方式广泛参与其生长发育和胁迫响应等代谢途径。     

小麦MTP基因家族分析及其在胁迫下的作用

金属耐性蛋白(metal tolerance protein,MTP)通过结合流入或流出胞质溶胶中的金属来维持植物体内的金属稳态。该研究通过多种生物信息学方法鉴定并分析小麦基因组TaMTP基因,并用qRT-PCR技术分析TaMTP基因在多种重金属胁迫下的表达情况,为深入研究该家族基因对小麦生长发育的调控机理及其抗逆性提供理论依据。结果表明:(1)TaMTPs均具有阳离子外排家族结构域,大多数成员具有锌转运蛋白二聚结构域;系统发育和聚类分析显示,TaMTP蛋白主要分为G1、G5、G6、G7、G8、G9和G12七组;基因结构和基序分析表明,TaMTP基因多具有相对保守的外显子-内含子排列和保守基序。(2)由RNA-Seq数据的基因表达谱分析发现,不同TaMTP基因都有其独特的表达机制,其中TaMTP1-1Bb和TaMTP1-1D在非生物胁迫下表达水平较高,TaMTP1-1A、TaMTP1-1Bb、TaMTP1-1D、TaMTP11-3Ab、TaMTP11-3B和TaMTP11-3D在生物胁迫下有较高的表达量。(3)qRT-PCR分析表明,当小麦遭受锌(Zn)、铜(Cu)、钴(Co)、镉(Cd)、锰(Mn)和铁(Fe)重金属胁迫时,TaMTP1-1A、TaMTP8-4A、TaMTP8-4D、TaMTP11-3Aa和TaMTP11-3B共5个TaMTP基因的表达水平增加,表明每种金属离子均可诱导这些TaMTP基因在根和叶的表达,但TaMTP1-1A和TaMTP8-4A在Fe~(3+)与Cu~(2+)胁迫下的表达情况完全相反,且在Fe~(3+)胁迫下小麦叶和根组织中2个基因的表达量均很低,推测TaMTPs可能参与相应的微量元素的耐受或转运,但不同TaMTP对不同金属的转运功能存在差异。     

Effect of sublethal doses of malathion and carbaryl on the P450 genes of Locusta migratoria

采用实时定量PCR技术检测飞蝗Locusta migratoria细胞色素P450基因CYP4G62、CYP6EL1和CYP9AQ1经马拉硫磷和西维因不同亚致死剂量和不同时间处理后mRNA的表达水平.结果表明,经马拉硫磷不同亚致死剂量LD10、LD30和LD50处理后,飞蝗CYP4G62和CYP6ELI均在高剂量LD50被显著诱导,分别为对照的3.03和2.0倍,而在低剂量LD10无显著性差异.CYP9AQI在3个亚致死剂量下表达量均显著提高,且增量随处理浓度增加而降低.经西维因3个亚致死剂量处理后,除在LD30这一浓度下引起CYP4G62表达提高外,其它的P450基因均无显著性差异.选择2种农药的LD15对飞蝗进行点滴处理,分别检测6、12、24和48h基因的相对表达.经马拉硫磷LD15处理后,除CYP6ELI在12h和CYP9AQI在24h表达量显著降低外,其它各时间点基因表达均无显著差异.经西维因处理不同时间后,3个P450基因的相对表达量均无显著性差异.综合上述结果说明马拉硫磷对3个细胞色素P450基因有一定的诱导作用,而西维因对其无诱导作用.     

萘胁迫下秋茄MnSOD基因和C4H基因的实时定量表达分析

研究首次探讨了萘胁迫下红树植物秋茄不同组织C₄H基因和MnSOD基因的表达特征.研究结果表明,两个基因在叶茎根中的表达量有明显的差异,C₄H基因在叶茎中的表达量明显大于根,MnSOD基因的表达量为叶最大,茎次之,根最小.在5个不同浓度的萘胁迫下,C₄H基因和MnSOD基因的表达普遍被诱导,转录水平都随着处理浓度的升高而增强,而且在叶组织中的表达量和萘处理浓度表现出明显的相关关系,相关系数分别达到0.846和0.902(p<0.05),而在根和茎中并不具有显著的相关关系.在萘胁迫下秋茄叶子是最敏感的部位,而C₄H基因和MnSOD基因在叶子中的表达量则为指示萘胁迫强度的良好生物学指标.     

棉花GhCCR1基因结构及表达分析

根据棉花GhCCR1基因的cDNA序列设计引物,采用PCR技术从棉花中克隆了GhCCR1基因的DNA序列,并采用半定量RT-PCR方法分析了GhCCR1基因在不同发育阶段棉纤维中的表达情况.结果表明:GhCCR1编码区DNA序列长度为1 161 bp,包含4个外显子和3个内含子,内含子富含AT,所有外显子/内含子交接点都遵从gt/ag剪接规则.半定量RT-PCR检测表明,GhCCR1基因在不同发育阶段的棉纤维中均有表达,在开花后20 d的棉纤维中表达量最高,说明该基因可能参与调控棉纤维细胞的伸长和次生壁的增厚过程.     

西藏大花红景天RcCATs与RcSODs基因克隆及功能分析

为探究过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)基因家族成员在西藏大花红景天高原恶劣生境适应性中的作用,利用生物信息学和qRT-PCR技术对其RcCATs和RcSODs基因家族成员的序列和表达模式进行了分析,并构建RcCAT和RcSOD1的pYES2.0表达载体与pGBKT7诱饵载体,分别进行了酵母胁迫分析和拟南芥酵母文库中互作蛋白的筛选。结果显示:(1)大花红景天中共有2条RcCAT基因,3条RcSOD基因和1条Cu/Zn SOD铜伴侣基因RcCCS。生物信息学分析显示上述基因的氨基酸序列与其同源基因具有较高的相似性(66.37%～94.51%),且均没有跨膜结构域,亚细胞位置预测RcCATs位于过氧化物酶体,RcSODs和RcCCS位于细胞质或线粒体。(2)qRT-PCR结果显示6个基因在根、茎、叶三个器官中均有表达且主要在叶片中表达,低温胁迫和植物激素ABA对基因表达量的影响显著。(3)酵母胁迫结果显示异源表达RcCAT和RcSOD1基因的阳性酵母菌株在冷、热、盐、碱、重金属和H₂O₂胁迫下的细胞活力均比pYES2.0空载菌株高。(4)通过酵母双杂交共筛选到4个与RcCAT互作明显的基因AtbHLH121(AT3G19860)、AtCPCK2(AT2G23070)、AtGRP4(AT5G50750)和AtRAPTOR1B(AT3G08850),3个与RcSOD1互作明显的基因AtEMB(AT5G11890)、AtMBP2(AT1G52030)和AtRH8(AT4G00660)。综上结果表明,大花红景天能够通过RcCATs和RcSODs基因广泛参与调控其生长发育、胁迫响应等代谢途径来适应高原恶劣的环境。     

橡胶草APX基因家族的全基因组鉴定及表达分析

该研究利用生物信息学方法,在橡胶草(Taraxacum kok-saghyz)全基因组中鉴定出7个TkAPXs基因家族成员,进一步分析发现7个成员中有1对是复制基因(TkAPX4/TkAPX6)。进化分析结果显示,7个基因可分为4个亚组;染色体定位分析表明,TkAPX基因家族成员分布广泛,7个TkAPXs基因位于7条不同的染色体上;亚细胞定位结果表明,TkAPX1、TkAPX3、TkAPX5和TkAPX7定位于细胞质,TkAPX4和TkAPX6定位于质膜,TkAPX2定位于叶绿体。启动子区域顺式作用元件分析结果显示,橡胶草APX基因含有大量的应激反应元件,推测APX基因可能对各种外界刺激和胁迫存在灵敏的应激反应机制。实时荧光定量PCR分析表明,橡胶草7个TkAPXs基因家族成员在花萼、花瓣、花梗中表达量均较低,大多数TkAPXs在根茎叶中的表达水平大于花及胶乳,其中TkAPX1在根和茎中的表达水平最高,推测TkAPX1基因可能在橡胶草生长发育过程中起重要作用。进一步对TkAPXs基因家族在逆境胁迫(冷、热、盐、旱)和激素(乙烯、茉莉酸甲酯)处理下的表达分析显示,TkAPX3在根及叶中的表达水平均较对照有大幅度升高,推测TkAPX3基因可能在橡胶草应答逆境胁迫和激素处理反应过程中起重要作用。     

药用植物长春花WRKY转录因子的鉴定及表达谱分析

WRKY是调控植物生长发育和逆境胁迫反应等生命活动的一个转录因子大家族.然而,有关药用植物长春花CrWRKY转录因子的种类和功能却知之甚少.从26 009个长春花蛋白中鉴定出47个CrWRKY转录因子.依据WRKY结构域和系统进化,将CrWRKY分为G1、G2和G3三大类群.表达谱数据分析表明,长春花CrWRKY基因的表达具有器官特异性.47个CrWRKY基因的表达谱可分为3种表达模式:第1类型主要在花、甲基茉莉酸甲酯(MeJA)或酵母提取物(YE)处理的原生质体中高表达;第2类型主要在茎和毛状根中高表达;第3类型在根、茎、叶、幼苗和MeJA处理的毛状根中高表达.进一步用实时定量PCR检测了16个代表性CrWRKY基因在不同器官、MeJA处理原生质体和毛状根中的表达模式,检测结果与上述数字基因表达谱数据基本一致.约1/3以上CrWRKY基因的表达受MeJA和YE的调控,暗示它们可能参与萜类吲哚生物碱的合成和逆境胁迫反应.为进一步解析长春花WRKY转录因子的功能和萜类吲哚生物碱合成调控的网络奠定了基础.     

亚致死剂量马拉硫磷和西维因对飞蝗P450基因表达研究

采用实时定量PCR技术检测飞蝗Locusta migratoria细胞色素P450基因CYP4G62、CYP6EL1和CYP9AQ1经马拉硫磷和西维因不同亚致死剂量和不同时间处理后mRNA的表达水平。结果表明,经马拉硫磷不同亚致死剂量LD10、LD30和LD50处理后,飞蝗CYP4G62和CYP6EL1均在高剂量LD50被显著诱导,分别为对照的3.03和2.0倍,而在低剂量LD10无显著性差异。CYP9AQ1在3个亚致死剂量下表达量均显著提高,且增量随处理浓度增加而降低。经西维因3个亚致死剂量处理后,除在LD30这一浓度下引起CYP4G62表达提高外,其它的P450基因均无显著性差异。选择2种农药的LD15对飞蝗进行点滴处理,分别检测6、12、24和48 h基因的相对表达。经马拉硫磷LD15处理后,除CYP6EL1在12 h和CYP9AQ1在24 h表达量显著降低外,其它各时间点基因表达均无显著差异。经西维因处理不同时间后,3个P450基因的相对表达量均无显著性差异。综合上述结果说明马拉硫磷对3个细胞色素P450基因有一定的诱导作用,而西维因对其无诱导作用。     

Production of caffeic,chlorogenic and rosmarinic acids in plants and suspension cultures of Glechoma hederacea

Glechoma hederacea L. (Lamiaceae) is a perennial plant, which is distributed widely in Europe, Asia and America. Important anti-oxidant compounds are caffeic acid esters like rosmarinic acid (RA) and chlorogenic acid (CA). Phenylalanine ammonia-lyase (PAL) and rosmarinic acid synthase (RAS, 4-coumaroyl-CoA:hydroxyphenyllactic acid hydroxycinnamoyltransferase) contribute to the formation of RA. Our aim in this study was to follow the accumulation of RA, CA and caffeic acid in a suspension culture of G. hederacea. Growth, medium and secondary metabolism parameters were determined during a culture period of 14 days. The maximal PAL activity was observed on day 5 and the maximal RAS activity on day 8. The RA content was exceedingly high and reached 25.9% of the dry mass on day 7. Caffeic acid and CA contents remained rather low. Furthermore, the presence of RA, CA and caffeic acid and the expression patterns of RAS and hydroxycinnamoyl-CoA:shikimate hydroxycinnamoyltransferase (HST), an important enzyme of monolignol formation, in leaves, flowers, stems and roots of naturally grown G. hederacea were assessed. The expression of RAS and HST genes was detectable in all organs except roots. Flowers accumulated 12.5% RA in their dry mass, leaves, stems and roots about 1%. CA was highest in leaves (2.0%), while it was at 1.6% in flowers, 1.3% in stems and almost undetectable in roots. The caffeic acid content remained at or below 0.4% of the dry weight in all organs.     

Differential expression of expansin gene family members during growth and ripening of tomato fruit

cDNA clones encoding homologues of expansins, a class of cell wall proteins involved in cell wall modification, were isolated from various stages of growing and ripening fruit of tomato (Lycopersicon esculentum). cDNAs derived from five unique expansin genes were obtained, termed tomato Exp3 to Exp7, in addition to the previously described ripening-specific tomato Exp1 (Rose et al. (1997) Proc Natl Acad Sci USA 94: 5955–5960). Deduced amino acid sequences of tomato Exp1, Exp4 and Exp6 were highly related, whereas Exp3, Exp5 and Exp7 were more divergent. Each of the five expansin genes showed a different and characteristic pattern of mRNA expression. mRNA of Exp3 was present throughout fruit growth and ripening, with highest accumulation in green expanding and maturing fruit, and lower, declining levels during ripening. Exp4 mRNA was present only in green expanding fruit, whereas Exp5 mRNA was present in expanding fruit but had highest levels in full-size maturing green fruit and declined during the early stages of ripening. mRNAs from each of these genes were also detected in leaves, stems and flowers but not in roots. Exp6 and Exp7 mRNAs were present at much lower levels than mRNAs of the other expansin genes, and were detected only in expanding or mature green fruit. The results indicate the presence of a large and complex expansin gene family in tomato, and suggest that while the expression of several expansin genes may contribute to green fruit development, only Exp1 mRNA is present at high levels during fruit ripening.     

5个毛果杨PtrZFP基因的鉴定和表达分析

ZFP转录因子是植物中的一类具有指环结构域的转录因子。从毛果杨中鉴定出5条ZFP基因（命名为PtrZFP1-5）,对其特性和表达模式进行了分析,以期初步了解这些基因是否能对胁迫做出应答。对PtrZFP1-5基因进行生物学分析,进一步利用qRT-PCR技术分析NaCl、PEG₆₀₀₀和ABA胁迫处理后毛果杨根、茎和叶中5条基因的表达情况。PtrZFP1-5基因编码蛋白氨基酸残基数为258~338 aa,编码蛋白的分子量为27.7~37.3 kDa,理论等电点为4.87~8.61,5个基因不均等的分布在毛果杨基因组的3条染色体上。qRT-PCR结果显示,0.2 mol·L^-1 NaCl、15%（w/v）PEG6000和100 μmol·L^-1 ABA胁迫处理后,5个PtrZFP基因在毛果杨根、茎和叶中的表达模式明显不同。PtrZFP1基因在3种胁迫后毛果杨中均被明显的上调表达;PtrZFP2基因在盐、渗透和ABA胁迫处理后,叶中的表达都明显被抑制;PtrZFP3基因受到干旱胁迫时在根中的响应最为明显;而叶和茎中,表达量在大部分胁迫的大部分时间点无明显改变。PtrZFP4基因也能在根和茎中对干旱胁迫做出明显应答。PtrZFP5基因在经受盐和ABA胁迫后,在叶中的表达受到明显抑制。PtrZFP1-5这5个基因至少能在一种器官中对一种胁迫处理做出应答,但参与的胁迫应答类型和机制可能不同。     

雷公藤鲨烯环氧酶基因克隆与表达分析

以雷公藤(Tripterygium wilfordii Hook.f.)发状根为试验材料,采用RT-PCR方法,克隆得到2个雷公藤鲨烯环氧酶编码基因,命名为TwSE1(GenBank登录号MG717395)和TwSE2(GenBank登录号MG717396)。序列分析表明,TwSE1和TwSE2的开放阅读框分别为1 578和1 584bp,分别编码525和527个氨基酸,2条序列相似性为76.18%,但N端序列不保守。实时荧光定量PCR检测雷公藤鲨烯环氧酶在不同组织部位的表达模式,以及雷公藤发状根受茉莉酸甲酯(MeJA)诱导后基因表达的结果表明,TwSE1、TwSE2基因在雷公藤根、茎、嫩叶、老叶、花中均有表达,TwSE1在花中表达丰度最高,在根中表达丰度最低;但TwSE2在花和嫩叶中表达量最高,在老叶中表达量最低,且TwSE2在各组织部位的表达量都低于TwSE1。雷公藤发状根经MeJA诱导后,TwSE1、TwSE2基因表达量均上升,都表现为表达量先上升后下降再上升的趋势,并于诱导后3h达到一个高水平表达,之后下降,在诱导12h后表达量又迅速上升;在相同诱导条件下,TwSE2基因表达水平的提高小于TwSE1基因。     

红莲型细胞质雄性不育（HL-CMS）水稻不育系与保持系中3个ANTs基因表达模式的比较

探讨红莲型细胞质雄性不育（HL-CMS）水稻不育系‘粤泰A’（‘YTA’）和保持系‘粤泰B’（‘YTB’）中3个腺苷酸转位酶（ANT）基因在三叶期根、茎、叶以及不同发育时期的幼穗中的表达模式。结果表明：ANT1和ANT2在‘YTA’和‘YTB’三叶期的根、茎、叶中的表达量都较高,而在生殖生长不同时期的幼穗中表达量较低。‘YTA’中ANT1在不同时期的幼穗中表达量都较低,而ANT2的表达量到穗生长期II的幼穗才较低。‘YTB’中ANT1在生殖生长的穗生长期III的幼穗有很高的表达。ANT3的表达水平在研究的各组织中的表达都较低,在‘YTB’穗生长期V的幼穗中表达最高。相对于‘YTA’,‘YTB’中只有ANT3在穗生长期III和穗生长期V的幼穗中呈现明显的优势表达;而相对于‘YTB’,‘YTA’中ANT2和ANT3在穗生长期I、ANT2在穗生长期VI幼穗具有明显的优势表达。3个ANTs基因在HL-CMS不育系‘YTA’和保持系‘YTB’不同组织及发育时期的表达模式的差异,暗示它们可能与HL-CMS水稻不育系和保持系的发育调控有关。     

茶树水通道蛋白基因的克隆与表达分析

从茶树中克隆了6个水通道蛋白(aquaporin,AQP)基因的cDNA全长序列,根据序列相似性和系统进化分析结果,分别命名为CsNIP1;1、CsNIP5;1、CsPIP2;1、CsPIP2;2、CsTIP1;1和CsTIP2;2。氨基酸序列特征分析表明,6个基因的编码氨基酸序列长度在250~301个氨基酸残基,分子量在25.186~30.728kD之间;均为疏水性蛋白,并都含有6个跨膜螺旋;6个基因均含有MIP蛋白家族的特征序列HF/I/VNPA/SI/L/VTI/FA/G和NPA(Asn-Pro-Ala)基序,以及类似沙漏状的跨膜三级结构。荧光定量PCR分析显示:这6个基因在根、茎、叶和花中均表达,且在根中的表达水平最高,表明它们与茶树根系的物质转运密切相关;CsAQPs基因的表达受ABA、高盐、干旱和低温胁迫的调控,表明它们可能参与茶树抗逆响应。