逆境诱导型启动子rd29A的克隆及植物表达载体的构建

根据文献上发表的逆境诱导型启动子rd29A 序列设计并合成了一对引物, 通过PCR 的方法从拟南芥基因组中扩增到rd29A 的启动子序列。根据GenBank 中已发表的转录因子DREB1A基因的cDNA 序列设计并合成了一对引物, 通过RT-PCR 的方法从低温处理的拟南芥总RNA 中扩增出DREB1A 基因的全长cDNA 片段。以植物表达载体pBch 为基础, 构建了由rd29A 调控的DREB1A 基因的植物表达载体pBDR29A, 为利用DREB1A 基因改良植物抗逆性奠定了物质基础。     

拟南芥干旱诱导型启动子RD29A驱动花生AhNCED1基因双元表达载体的构建

从拟南芥基因组中克隆RD29A基因5'-侧翼520bp启动子区域序列,生物信息学分析表明,该启动子片段中存在脱水胁迫响应元件(DRE)、ABA响应元件(ABRE)、TATA-box、CAAT-box等顺式作用元件。构建了干旱诱导型启动子AtRD29Ap驱动花生AhNCED1基因的植物双元表达载体pAtRD29Ap::AhNCED1。     

拟南芥AtVQ29基因的克隆与植物表达载体构建

目的:VQ模序蛋白是植物中所特有的一类具有高度保守序列的蛋白质,广泛参与植物的生长发育与逆境反应,本研究拟克隆拟南芥的AtVQ29基因并进一步构建由组成型启动子CaMV 35S驱动的植物表达载体pSN1301-AtVQ29。方法:采用CTAB法提取拟南芥基因组DNA,根据已报道的AtVQ29基因序列设计并合成引物,通过PCR技术扩增获得拟南芥AtVQ29基因,经T载体克隆后测序。利用生物信息学软件对序列进行初步分析,同时基于基因重组技术构建植物表达载体。结果:序列分析表明已成功克隆AtVQ29基因,该基因编码区全长为372bp,共编码123个氨基酸残基,具有保守的VQ模序。并进一步构建了由组成型启动子CaMV 35S驱动的AtVQ29基因植物表达载体pSN1301-AtVQ29。结论:本研究所构建的AtVQ29基因植物表达载体能够在转基因植株中过量表达AtVQ29基因,为后期开展基因功能研究与植物基因改良奠定了基础。     

拟南芥FRUITFULL(FUL)基因的表达调控模式

FRUITFULL(FUL)基因是一类MADS box基因,在控制开花时间、花分生组织分化、茎生叶形态以及心皮和果实的发育中发挥重要作用。为了阐明FUL的表达调控模式,克隆了拟南芥Arabidopsis thaliana FUL启动子区(-2148bp~+96bp)及其第一内含子,并构建一系列启动子分段缺失表达载体及含FUL第一内含子的融合载体。并进一步构建了各顺式作用元件融合拟南芥TUBULIN和ACTIN启动子的表达载体。转基因拟南芥分析结果表明,FUL启动子的上游存在2个抑制其表达的顺式作用元件,其中一个很可能与转录因子AP1的结合有关;2个存在于上游调控区的CArG-box对FUL基因表达起到重要的调控作用;FUL基因第一内含子参与拟南芥心皮和雄蕊的发育调控,而且有增强基因表达的作用。     

白桦BpSPL2基因启动子的克隆及表达分析

SPL(SQUAMOSA promoter-binding protein-like)是植物特有的转录因子,研究表明其在参与发育阶段转变、花和果实发育等方面起着重要作用。利用PCR技术从白桦基因组DNA中扩增获得BpSPL2基因上游1 960 bp启动子序列,使用PLACE和Plant CARE在线软件分析序列,发现BpSPL2基因启动子序列中含有与开花、非生物胁迫及激素响应等相关的顺式作用元件,暗示其在植物的生长发育和胁迫应答中起重要作用。进而构建了BpSPL2基因启动子驱动GUS报告基因的植物表达载体,并利用农杆菌介导将其瞬时转化至白桦和拟南芥,通过GUS组织化学染色检测BpSPL2基因启动子的组织表达特性,结果表明BpSPL2基因启动子具有启动子活性,能够驱动GUS基因在白桦和拟南芥中表达;而其表达活性在白桦的叶片、芽及根部中较强,在拟南芥的花药、雌蕊和叶片较强,为进一步研究白桦BpSPL2基因的表达调控及其功能分析提供参考。     

用于植物基因表达载体构建的质粒改造及其应用

为克服目前常用于植物基因表达载体构建的质粒所具有的酶切位点有限,目的基因片段难于插入和连接,缺少植物基因表达所必须的启动子、终止子、筛选标记等功能元件的缺点,本研究构建了一个用于植物基因表达载体构建的质粒载体pNULPGE200。该质粒载体引入了植物基因表达最常用的CaMV 35S启动子(cauliflower mosaic virus 35S promoter)和NOS终止子(nopaline synthase terminator),以及之间的多克隆酶切位点MCS(multiple cloning site)。利用pNULPGE200构建植物基因表达载体,经PCR等方法克隆得到的目的基因可以直接连接到35S启动子与NOS终止子之间,使目的基因能够在植物体内稳定表达;同时该质粒载体还具有独立表达的卡那霉素NPT Ⅱ(neomycin phosphotransferase Ⅱ)耐性基因和sGFP(synthetic green-fluorescent protein with S65T mutation)绿色荧光蛋白报告基因,可用于基因转化时的筛选。本研究以假单胞菌(Pseudomonas putida)携带质粒的二甲苯单加氧酶(xylene monooxygenase)编码基因为材料,分别利用本文质粒载体和常规的质粒载体pBI121构建了植物表达载体,验证了文中质粒载体的实用性。     

水稻胁迫相关基因OsPM1启动子的克隆与分析

依据NCBI数据库OsPM1的序列信息,采用PCR技术扩增获取OsPM1的2 100bp的启动子序列。利用PLACE预测启动子的顺式作用元件分析表明,启动子内含有大量与胁迫相关的顺式作用元件,主要有ABA响应相关元件、脱水响应元件、低温响应元件、热激响应元件和转录因子结合元件。构建OsPM1的启动子和GUS基因融合表达载体,转入拟南芥。组织化学染色分析结果显示,非生物胁迫处理前,幼苗中GUS基因表达水平很低;干旱、低温、高盐等胁迫处理后,GUS基因表达量显著升高。研究表明,OsPM1的启动子能够显著提高在干旱、高盐和低温处理后下游基因的表达水平。     

油棕DGAT2基因启动子克隆及表达的组织特异性研究

以油棕(Elaeis guineensis Jacq.)叶片基因组DNA为模板,克隆获得长度为1035 bp的二酰甘油酰基转移酶基因(DGAT2)的启动子区序列。序列分析结果表明,DGAT2基因启动子含有大量光反应元件、激素响应元件及部分转录因子结合位点。本研究同时构建了DGAT2基因启动子和GUS基因植物融合表达载体,通过蘸花法侵染拟南芥(Arabidopsis thaliana L.),并对转基因拟南芥中GUS基因表达的特异性进行了分析。结果显示,GUS基因在拟南芥各组织中均有表达,但没有明显的组织特异性;荧光定量PCR分析结果表明DGAT2在油棕不同器官中的转录水平存在明显差异。     

盐穗木盐相关转录因子HcSCL13基因启动子的克隆及活性初步分析

为探明盐穗木盐相关转录因子基因Hc SCL13的表达调控规律,利用基因组步移法成功克隆获得该基因2 200 bp的启动子序列。Plant CARE数据库分析结果表明,该启动子不仅含有启动子区的核心元件CAAT-box和TATA-box,还包含多个与逆境应答有关的顺式调控元件。将克隆获得的Hc SCL13转录因子基因启动子序列定向替换p BI121载体上的35S启动子,构建融合表达载体并转染模式植物拟南芥,对转基因拟南芥进行GUS组织化学染色。结果显示转基因拟南芥整株被染色,提示该启动子具有表达活性且可能为组成型启动子。     

拟南芥干旱胁迫诱导型启动子RD29B驱动AtCKX1基因植物表达载体的构建

从拟南芥基因组中分别克隆AtCKX1基因和RD29B基因5′-侧翼1705bp启动子区域序列,生物信息学表明,AtCKX1含有黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)和细胞分裂素的结合位点;RD29B启动子片段中存在ABA响应元件(ABA response element;ABRE)、Myb结合位点、TATA-盒、CAAT-盒等顺式作用元件。分别将AtCKX1和RD29B插入载体pCAMBIA1390,构建了由RD29B驱动的AtCKX1的植物双元表达载体p1390RD29BAtCKX1。     

小麦耐逆基因-TaLEA2转化拟南芥的研究

研究小麦第3组LEA基因中T aLEA2对耐旱和耐盐性能的影响.将小麦第3组LEA基因T aLEA2连接在双元表达载体pB I121 C aM V 35S启动子下游,构建了能在植物中高效表达的载体pB I121-T aLEA2.通过农杆菌介导的真空渗透法,将其转入野生拟南芥中,经抗性筛选及PCR验证,获得T0代转基因植株,并用不同浓度的PEG 4000和N aC l对转基因拟南芥的耐逆性进行检测.结果表明,这些转基因植株可明显改进拟南芥在10%PEG及0.8%N aC l培养基上的生长状态.在实验条件下,转基因拟南芥的耐旱性及耐盐性均有所提高,提示T aLEA2基因在植物水分调节方面有重要作用.     

干旱诱导性启动子驱动的海藻糖－6－磷酸合酶基因载体的构建及转基因烟草的耐旱性

The trehalose-6-phosphate synthase gene (TPS) from Saccharomyces cerevisiae Hansen and the drought-responsive promoter from Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. have been cloned by PCR procedure. A plant expression vector with TPS under control of Prd29A has been constructed and used for the genetic transformation of tobacco. The transgenic tobacco with Prd29A/TSP demonstrated TPS expression with increased drought tolerance under drought stress. Some obvious morphological changes including dwarf and fine shoot, lancet-shaped leaves and vigorous auxiliary buds have been observed in a few transformed plants.     

海州香薷(Elsholtzia haichowensis Sun)细胞壁转化酶基因启动子(EhcwINVP)的克隆及活性分析

以海州香薷基因组DNA为模板,通过hiTAIL-PCR和walking技术扩增得到其细胞壁转化酶基因启动子(Ehcw INVP)片段,长度为1727 bp。生物信息学分析结果表明,该启动子片段中含有多个对脱落酸、赤霉素、细胞分裂素等激素以及对干旱、低温、重金属铜等逆境胁迫响应相关的顺式作用元件。将通过克隆得到的Ehcw INVP序列替换p CAMBIA1301载体上驱动GUS报告基因表达的Ca MV35S启动子序列,构建Ehcw INVP融合GUS的植物表达载体Ehcw INVP::GUS。转基因拟南芥植株的组织化学分析结果表明,海州香薷细胞壁转化酶基因启动子序列具有驱动GUS基因表达的功能,且在10μmol/L铜胁迫下,转基因拟南芥植株叶和根中的GUS活性分别约是对照组的1.7倍和1.5倍。     

过量表达棉花CBF2基因提高转基因拟南芥抗旱耐盐能力

CBF/DREB是一类植物中特有的转录因子,在植物抵抗逆境胁迫过程中发挥重要功能。本研究从陆地棉(Gossypium hirsutum L.)Coker 312中克隆获得1个棉花CBF/DREB基因,命名为Gh CBF2,该基因编码一个由216个氨基酸组成的CBF蛋白。序列分析结果显示,Gh CBF2与其他植物的CBF蛋白类似,含有AP2转录因子典型的保守结构域。干旱或高盐胁迫处理明显增加了Gh CBF2基因的表达量。亚细胞定位分析结果发现Gh CBF2定位在细胞核中。将Gh CBF2基因构建到由35S启动子调控的植物表达载体p MD上并转化拟南芥(Arabidopsis thaliana L.),结果表明,在干旱和盐胁迫条件下,过量表达Gh CBF2基因拟南芥的成活率显著高于野生型,并且游离脯氨酸和可溶性糖含量也高于野生型,说明转Gh CBF2基因提高了拟南芥的耐盐抗旱能力。采用实时荧光定量PCR方法分析胁迫相关标记基因COR15A、RD29A和ERD6的表达情况,结果显示转基因株系中的表达量显著高于野生型,说明Gh CBF2参与调控拟南芥干旱和盐胁迫相关基因的表达。     

TaNHX2基因植物表达载体的构建及在拟南芥中的功能分析

将TaNHX2基因重组于质粒pBIN438的CaMV 35S启动子下游,构建含TaNHX2基因的植物双元表达载体pBIN438-TaNHX2。采用根癌农杆菌介导的真空渗透法转化拟南芥,得到T0代转基因拟南芥种子。经含Kan的平板筛选及PCR鉴定,获得54株阳性植株,选取生长一致的转基因阳性植株进行耐盐、耐旱分析,结果表明TaNHX2能够提高转基因植株的耐盐性和耐旱性。     

Two cysteine proteinase inhibitors from Arabidopsis thaliana, AtCYSa and AtCYSb, increasing the salt, drought, oxidation and cold tolerance

Two cysteine proteinase inhibitors (cystatins) from Arabidopsis thaliana, designated AtCYSa and AtCYSb, were characterized. Recombinant GST-AtCYSa and GST-AtCYSb were expressed in Escherichia coli and purified. They inhibit the catalytic activity of papain, which is generally taken as evidence for cysteine proteinase inhibitor function. Northern blot analyses showed that the expressions of AtCYSa and AtCYSb gene in Arabidopsis cells and seedlings were strongly induced by multiple abiotic stresses from high salt, drought, oxidant, and cold. Interestingly, the promoter region of AtCYSa gene contains a dehydration-responsive element (DRE) and an abscisic acid (ABA)-responsive element (ABRE), which identifies it as a DREB1A and AREB target gene. Under normal conditions, AtCYSa was expressed in 35S: DREB1A and 35S: AREB1 plants at a higher level than in WT plants, while AtCYSa gene was expressed in 35S: DREB2A plants at the same level as in WT plants. Under stress conditions (salt, drought and cold), AtCYSa was expressed more in all three transgenic plants than in WT plants. Over-expression of AtCYSa and AtCYSb in transgenic yeast and Arabidopsis plants increased the resistance to high salt, drought, oxidative, and cold stresses. Taken together, these data raise the possibility of using AtCYSa and AtCYSb to genetically improve environmental stresses tolerance in plants.     

Cell Specific,Cross-Species Expression of Myrosinases in Brassica Napus,Arabidopsis Thaliana and Nicotiana Tabacum

A prototypical characteristic of the Brassicaceae is the presence of the myrosinase-glucosinolate system. Myrosinase, the only known S-glycosidase in plants, degrades glucosinolates, thereby initiating the formation of isothiocyanates, nitriles and other reactive products with biological activities. We have used myrosinase gene promoters from Brassica napus and Arabidopsis thaliana fused to the beta -glucuronidase (GUS) reporter gene and introduced into Arabidopsis thaliana, Brassica napus and/or Nicotiana tabacum plants to compare and determine the cell types expressing the myrosinase genes and the GUS expression regulated by these promoters. The A. thaliana TGG1 promoter directs expression to guard cells and phloem myrosin cell idioblasts of transgenic A. thaliana plants. Expression from the same promoter construct in transgenic tobacco plants lacking the myrosinase enzyme system also directs expression to guard cells. The B. napus Myr1.Bn1 promoter directs a cell specific expression to idioblast myrosin cells of immature and mature seeds and myrosin cells of phloem of B. napus. In A. thaliana the B. napus promoter directs expression to guard cells similar to the expression pattern of TGG1. The Myr1.Bn1 signal peptide targets the gene product to the reticular myrosin grains of myrosin cells. Our results indicate that myrosinase gene promoters from Brassicaceae direct cell, organ and developmental specific expression in B. napus, A. thaliana and N. tabacum.     

发菜PspA基因克隆及其转基因植物的抗旱性分析

为探讨发菜噬菌体休克蛋白A(PspA)的分子信息和基因功能,本研究通过设计特异引物克隆发菜PspA基因,采用qRT-PCR技术,分析发菜PspA基因在干旱胁迫下的表达模式;构建PspA真核表达载体pCAM35s-GFP-PspA,对PspA进行亚细胞定位和PspA基因拟南芥遗传转化,并对阳性转化拟南芥分别进行Southern和Western杂交验证;对转基因植株进行抗旱实验,结果表明,PspA基因全长为777 bp,干旱胁迫下发菜PspA基因表达量显著增加;PspA定位于细胞膜上,通过花絮浸染法获得稳定遗传的转PspA基因拟南芥。Southern杂交表明,PspA基因已成功导入拟南芥基因组中并以低拷贝形式存在,Western blot进一步证实PspA蛋白在转基因拟南芥中成功表达。在干旱胁迫下,转PspA基因拟南芥生长状态明显好于野生型植株。研究结果为深入探讨发菜PspA基因功能及其在响应干旱胁迫过程中的应答机制奠定了基础。     

水稻NHX1基因启动子和C末端的调控功能研究

为了解水稻Na+/H+逆向转运蛋白(OsNHX1)在植物应答非生物胁迫中的分子调控机制,采用RT-PCR方法克隆OsNHX1基因上游2 000bp的启动子序列,并通过基因枪轰击瞬时转化洋葱表皮细胞,检测不同非生物胁迫下启动子的活性和表达模式;同时,分别克隆全长和C末端缺失的OsNHX1基因,通过花序浸染法转化拟南芥,研究OsNHX1基因及其C末端的功能。结果显示:OsNHX1启动子受逆境胁迫诱导,在盐、干旱、脱落酸胁迫处理下GUS表达活性明显升高;过表达OsNHX1的转基因拟南芥中,种子萌发率、根长、丙二醛含量和相对含水量的测定结果均显示其胁迫耐受性得到改善,但过表达OsNHX1C末端缺失基因对转基因植株的胁迫耐受性无明显影响。研究表明,Na+/H+逆向转运蛋白有助于提高植物耐盐性,且其C末端区域对该转运蛋白活性的发挥具有关键作用。