基于Tail-PCR分析AN2基因上游启动子活性

黑果枸杞(Lycium ruthenicum)富含花青素,AN2基因是调控黑果枸杞花青素合成代谢的主效基因。为解析AN2基因启动子的活性差异,采用Tail-PCR方法分别克隆了黑果枸杞和红果枸杞(L. barbarum) AN2基因起始密码子上游约1 686 bp (LrAN2p)和1 495 bp (LbAN2p)的序列。Plant CARE预测表明,LbAN2p和LrAN2p中分别有133和137个的顺式作用元件, 其中,参与光调控的顺式元件分别有11和15个;参与激素响应相关的顺式元件分别有13和16个。构建AN2启动子植物表达载体pKGWFS7:LbAN2p和pKGWFS7:LrAN2p,利用农杆菌介导的烟草遗传转化体系获得转基因烟草。GUS染色结果表明,LrAN2p能够驱动GUS在烟草中的表达,叶片呈现蓝色,具有较LbAN2p更强的启动活性,qRT-PCR结果表明,LrAN2p转基因烟草中GUS基因具有更高的转录水平,这可能会使AN2基因在黑果枸杞中具有更高的表达,激活黑果枸杞花青素合成代谢通路。这为解析枸杞果色形成及AN2基因的表达调控机制奠定了理论基础。     

番茄LeRma1基因的克隆与表达

以番茄‘哈大粉801’为试材,利用RT-PCR技术,克隆得到1个E3泛素蛋白连接酶基因LeRma1（GenBank登录号XM_004243764.1）。对LeRma1基因进行序列分析,并对LeRma1基因在番茄植株的不同部位以及在非生物胁迫（干旱、盐、碱、高温、低温）下的表达和生理特性进行研究,为培育和改良番茄品种提供理论依据。结果表明：（1）序列分析显示,LeRma1基因的cDNA全长序列729 bp,编码242个氨基酸,分子量为27.05 kD,理论pI 7.97;同源分析显示,番茄LeRma1蛋白与马铃薯的一致性最高（91%）。（2）半定量PCR检测表明, LeRma1基因在番茄根、茎、叶、花、果实中均有表达,且表达差异不明显。（3）干旱胁迫下,LeRma1基因在番茄叶片中优势表达,而在整个干旱过程中根部的LeRma1基因表达量变化不明显;抗旱相关基因LEA、 DREB2A、ABI3在干旱胁迫过程中,番茄叶片中均有表达,且其表达量呈上升趋势,而在根部DREB2A、ABI3基因基本没有检测到。（4）干旱胁迫过程中,番茄植株中丙二醛（MDA）含量呈显著升高趋势,质膜系统严重损伤,体内保护酶（SOD、POD、CAT）活性上升,且根部活性总体明显高于叶片。（5）在非生物逆境（盐、碱、高温、低温）胁迫过程中,LeRma1基因在番茄叶片和根部的表达几乎都有增强的趋势,且在叶片中均是胁迫3 h后诱导起始增强表达。研究认为,LeRma1基因是一个受干旱胁迫诱导增强表达的基因,且在叶片中优势表达,说明LeRma1基因对植物耐受干旱胁迫所起的作用存在一定的组织差异性,而且LeRma1基因可能参与番茄的干旱应答及信号转导过程,在番茄抵抗其他非生物胁迫中LeRma1基因也可能具有一定的作用。     

核桃JrsHSP17.3基因克隆及温度胁迫响应模式分析

通过分析核桃（Juglans regia）转录组,鉴定获得核桃热激蛋白家族sHSP17.3基因的全长cDNA序列,命名为JrsHSP17.3。JrsHSP17.3基因开放读码框474 bp,编码产物含157个氨基酸,分子量为17.64 kD,理论等电点为5.35。为了研究该基因表达的组织特异性及温度响应模式,采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）方法,对高温和低温胁迫下JrsHSP17.3基因在根、茎、叶中的转录水平进行分析。结果显示,JrsHSP17.3基因在不同组织中均有表达;经高温（36 ℃～52 ℃）和低温（16 ℃～6 ℃）处理后,JrsHSP17.3基因均可被显著诱导,其中12 ℃胁迫1 h表达最高,为对照（非处理情况）的142.02倍。研究表明核桃JrsHSP17.3基因能够响应冷热温度胁迫,为进一步研究JrsHSP17.3基因的抗寒耐高温特性奠定基础。     

辣椒CaWRKY14转录因子的生物学特性研究

WRKY转录因子是植物响应病原菌胁迫最重要的转录因子之一,且参与抗病反应及信号传导通路的调控。为研究辣椒WRKY基因的生物学特征,以辣椒高抗疫病材料CM334为试材,克隆获得响应疫霉菌诱导的转录因子CaWRKY14。生物信息学分析表明,该基因DNA全长2 530 bp,cDNA全长1 662 bp,含有5个内含子,编码553个氨基酸,含有1个WRKY保守结构域,属于Group Ⅱ(b)。实时荧光定量表达分析表明,CaWRKY14不仅受ABA和疫霉菌胁迫诱导表达,且表达量分别在12 h和24 h时达到峰值,分别是对照的8.54和8.04倍,同时也受高盐、热激和干旱胁迫诱导。利用VIGS技术对CaWRKY14转录因子进行沉默后发现,抗病材料CM334接种疫霉菌后趋于发病。研究表明,CaWRKY14基因在辣椒响应疫霉菌胁迫进程中可能发挥着重要作用。     

葡萄风信子MaANS基因及启动子的克隆与分析

该研究根据转录组测序结果,在葡萄风信子(Muscari armeniacum) ‘亚美尼亚’中克隆到花青素合酶(ANS)基因的cDNA与DNA序列,该基因命名为MaANS。采用荧光实时定量分析MaANS时空表达模型,同时利用染色体步移法克隆到MaANS上游1 044 bp的一段序列。信息学分析表明：MaANS开放阅读框为1 065 bp,编码355个氨基酸;DNA与cDNA的一致性为89.62%,DNA序列在ATG下游515~594 bp之间插入1个79 bp内含子;启动子序列在-70 bp位置有1个TATA-box,有多个光响应元件及MYB结合位点等。荧光实时定量分析表明,MaANS基因在花中优势表达,并且在完全着色期表达量最高。该研究结果为深入研究MaANS基因功能、分析葡萄风信子着色机理奠定了基础。     

菘蓝IiCYP79F1基因的克隆与表达分析

该研究以菘蓝叶片为材料,采用RT PCR方法克隆菘蓝IiCYP79F1基因,并对其进行生物信息学与表达模式分析。结果表明：（1）成功获得IiCYP79F1基因的gDNA全长（2 109 bp）,包含3个外显子及2个内含子,ORF全长为1 626 bp,编码541个氨基酸（GenBank登录号为KY774689.1）;生物信息学分析显示,IiCYP79F1蛋白的二级结构主要由α 螺旋（43.81%）、无规则卷曲（35.49%）、延伸链（13.68%）和β 转角（7.02%）组成;其氨基酸序列与西兰花、欧洲油菜、芜菁和芝麻菜的相似性较高,其蛋白与芝麻菜的亲缘关系最近。（2）qRT PCR分析显示,IiCYP79F1基因呈时空特异性表达,且在茎中与幼苗期高表达;MeJA、Ag⁺、葡萄糖和机械损伤处理均能有效促进IiCYP79F1基因的表达,而SA和低温处理则具有明显的抑制作用。该研究结果为进一步探讨IiCYP79F1在菘蓝芥子油苷生物合成中的作用奠定了基础,也为培育高芥子油苷含量的菘蓝新种质提供了新思路。     

苹果属垂丝海棠MhPPOX1基因克隆及抗缺铁性功能鉴定

原卟啉原氧化酶(Protoporphyrinogen oxidase, PPOX1) 是叶绿素生物合成途径中的关键酶,为深入探究苹果PPOX1基因的功能,该研究以苹果砧木垂丝海棠(Malus halliana)为试材,采用PCR方法,克隆MhPPOX1基因,并进行生物信息学分析及功能鉴定;采用农杆菌介导法转化烟草和拟南芥,进一步分析MhPPOX1在缺铁胁迫中的功能,并对转基因烟草与拟南芥进行抗性分析。结果表明：(1)成功克隆获得 垂丝海棠MhPPOX1基因片段,经序列比对鉴定为苹果的 MhPPOX1基因(序列号：LOC103444480)。MhPPOX1基因的开放阅读框为1 644 bp,编码547个氨基酸,等电点为8.98;系统进化树分析表明,苹果属垂丝海棠MhPPOX1与白梨该家族蛋白的亲缘关系最近。(2)成功克隆获得垂丝海棠MhPPOX1启动子序列片段(2 016 bp),对该启动子顺式作用元件预测结果显示,MhPPOX1启动子序列中存在干旱、低温、光、生长素以及与叶绿素相关等响应元件。(3)成功构建过表达载体 MhPPOX1 pRI101,并成功获得转MhPPOX1基因烟草和拟南芥。(4)qRT PCR分析表明,垂丝海棠幼苗在缺铁( Fe)胁迫下植株叶片黄化枯死,且MhPPOX1基因表达量较对照显著升高;转MhPPOX1基因烟草和拟南芥在缺铁胁迫中与野生型相比均生长良好,不易黄化,且缺铁条件下转基因拟南芥和烟草的叶绿素a、叶绿素b总量以及总铁含量明显高于野生型植株,表明MhPPOX1基因过量表达提高了拟南芥和烟草对缺铁胁迫的抗性。研究认为,MhPPOX1基因在植物抵抗缺铁胁迫中可能发挥重要作用。     

蔗茅EfMYB1基因的克隆与表达分析

为了充分利用蔗茅(Erianthus fulvus)野生资源,挖掘其优良的抗性基因,丰富转基因甘蔗育种候选基因库,该研究结合蔗茅转录组数据,以蔗茅99 1无性系为试验材料,利用RT PCR技术克隆蔗茅MYB基因,并对其进行生物信息学分析及胁迫表达分析,以解析蔗茅的耐寒机理,为转基因甘蔗育种奠定理论基础。结果表明：(1)成功克隆得到一个蔗茅MYB基因,命名为EfMYB1基因(登录号ON586646)。(2)生物信息学分析表明,EfMYB1基因全长1 000 bp,ORF为759 bp,编码251个氨基酸;编码蛋白具有一个保守的SANT结构域,无跨膜结构和信号肽,有多个磷酸化位点;二级结构与三级结构主要以α螺旋和无规则卷曲为主;与南荻相似性最高,遗传距离最近。(3)qRT PCR分析结果发现,EfMYB1基因在蔗茅根和叶组织中的相对表达量随低温胁迫时间的持续而逐渐显著上调,并于胁迫72 h时达到最大值,而在茎中的表达则几乎没有变化;茉莉酸甲酯胁迫下,EfMYB1基因的相对表达量呈先升高后降低的趋势,且在处理6 h时达到最高值;脱落酸胁迫下EfMYB1基因的表达水平较0 h时极显著降低。研究认为,EfMYB1基因属于低温胁迫响应基因,可能参与蔗茅低温胁迫下的应答反应。     

烟草NtNHX1 3基因的克隆及表达特性

以栽培烟草‘云烟87’为材料,通过同源克隆方法分离了烟草NHX（Na⁺,K⁺/H⁺ exchanger）基因NtNHX1 3。结果表明：NtNHX1 3基因CDS长度1 617 bp,编码蛋白质长度为538 aa,蛋白理论等电点为8.67,分子量为59.34 kD。预测NtNHX1 3属于膜蛋白,含有11个跨膜区,且含有NHX类蛋白保守位点氨氯吡嗪咪结合位点。进化树分析显示,NtNHX1 3与菊苣、野菊花NHX遗传距离最近。qRT PCR组织特异性表达分析表明,NtNHX1 3在烟草叶片中表达量最高,根、茎、花中也有表达;盐胁迫处理后NtNHX1 3基因的表达上调,表明该基因参与了盐胁迫反应;打顶初期NtNHX1 3基因的表达呈逐渐上调的趋势,与该时期钾含量逐渐升高相吻合。研究推测,NtNHX1 3具有将钾离子从细胞质转运至液泡的功能。     

藜麦CqSAP8基因克隆及其在非生物胁迫下的表达分析

该研究根据NCBI公布的藜麦胁迫相关蛋白(SAP)基因CqSAP8序列进行克隆,利用生物信息学分析CqSAP8蛋白序列、理化性质和结构特点,并采用qRT PCR方法检测CqSAP8基因表达的组织特异性及在非生物胁迫下的相对表达。结果表明：(1)藜麦CqSAP8基因CDS全长528 bp,编码175个氨基酸;预测CqSAP8蛋白分子量为18.73 kD,理论等电点为7.46,属于稳定的亲水性蛋白质;CqSAP8蛋白在N端和C端分别含有A20和AN1保守域,是SAP蛋白最典型的类型。(2)序列比对与进化分析显示,藜麦CqSAP8与甜菜BvSAP8、菠菜SoSAP8亲缘关系最近,序列相似性分别为89.66%和89.47%。(3)qRT PCR分析表明,藜麦CqSAP8基因在根、茎、叶、花和种子中均有表达,且在种子中表达量最高;CqSAP8基因在干旱和高温胁迫12 h表达量达到最大值,分别是对照的13.09和17.47倍,高盐和低温胁迫下的最大表达量均为对照的3.91倍,说明藜麦CqSAP8基因响应多种非生物胁迫应答;另外,藜麦CqSAP8的表达量在ABA胁迫下24 h急剧升高,推测CqSAP8基因在非生物胁迫前期的响应不依赖ABA。该研究为进一步研究CqSAP8基因功能及抗逆分子机制奠定了基础。     

紫背天葵叶片中花青素种类及合成调控基因转录组分析

为获取紫背天葵(Cynura bicolor DC.)叶片中花青素种类及其合成调控基因等信息,该试验以紫背天葵叶背面紫色以及经处理叶背面几乎全绿(对照)的叶片为材料,进行转录组测序分析,同时进行6个相关差异表达基因的qRT-PCR分析和6种花青素苷元的HPLC检测,以揭示紫背天葵特有的花青素苷元及其合成调控关键基因信息。结果表明:(1)在紫背天葵中共获得14个花青素苷元及32个花青素合成调控基因信息,其中表达量差异显著下调的4个基因为Pg(c11692)、Cy(c42112)、ANS(c38551)和3GT(c9064),表达量差异显著上调的2个基因是D FR(c35961)和3GT(c20283)。(2)qRT-PCR检测结果显示,上述6个基因在2种紫背天葵叶中的表达趋势(上调或下调)与转录组测序结果完全一致,但转录组测序检测到的表达趋势差异倍数比qRT-PCR检测结果更加明显。(3)HPLC分析显示,紫背天葵叶中均未检测到Dp、Pt、Pn及Mv等4类花青素苷元,但紫背天葵叶中富含Cy花青素苷元,且背面紫色的叶中Cy类花青素苷元含量(62.21 mg/kg)显著高于绿色叶对照(6.86 mg/kg);背面紫色和全绿叶中的Pg花青素苷元含量均低于0.43 mg/kg。研究推测,Cy和Pg花青素苷元在绿叶紫背天葵(对照)中含量显著降低可能是因为存在1个ANS和1个3GT正调控以及1个DFR和1个3GT负调控所致。     

葡萄风信子MaGT1基因的克隆及其表达分析

该研究以葡萄风信子(Muscari ameniacum)‘亚美尼亚’为试材,克隆了花青素合成途径过程中的类黄酮糖基转移酶基因MaGT1(GenBank登录号MK652470)。该基因开放阅读框全长1 338 bp,编码445个氨基酸,预测蛋白分子量为49.301 kD,理论等电点为5.40。结构分析显示,MaGT1蛋白具有PSPG保守结构域、UDP 糖基转移酶家族结构域和UDP 葡萄糖醛酸基/葡萄糖基转移酶保守域(UDPGT)。进化分析表明,MaGT1蛋白与油棕、海枣、葡萄亲缘关系相近,聚类于类黄酮糖苷糖基转移酶类分支,以UDP 葡萄糖/鼠李糖为主要糖供体。花青苷含量测定显示,花青苷仅在葡萄风信子着色的花中积累,在根、鳞茎和叶以及未着色的花蕾(S1)中几乎检测不到花青苷,且随着花的发育,花青苷含量不断增加,并在衰败期(S5)达到最高。荧光定量PCR分析表明,MaGT1基因的表达具有显著的时空特异性,并在花中优势表达,而在根、鳞茎和叶片中微量表达;在花发育不同阶段,MaGT1基因的表达量随着花发育不断增加,并在盛花期达到峰值。研究表明,MaGT1蛋白催化反应是花青素合成途径中的重要修饰步骤。该研究结果为进一步分析MaGT1基因在葡萄风信子花青素合成和调控中的功能提供了依据。     

转彩色马铃薯StAN1基因的烟草幼苗耐旱性分析

该研究以转彩色马铃薯StAN1基因烟草为材料、野生型烟草(WT)为对照,测定分析转StAN1基因烟草在种子萌发期、幼苗期和苗期对干旱(甘露醇)处理的耐受情况,并对苗期旱热共同胁迫的耐受情况进行测定分析,以探讨彩色马铃薯StAN1基因的功能,为耐旱彩色马铃薯育种提供新路径。结果显示:(1)转StAN1基因烟草鉴定显示,阳性率为82.6%,且转基因烟草的叶片明显变紫,花青素含量极显著高于野生型烟草。(2)在培养基甘露醇浓度为150 mmol/L时,点播在培养基上的转基因烟草种子第5天时的萌发率达到了7%,是野生型烟草萌发率的2.3倍。(3)在甘露醇浓度为0和100 mmol/L的培养基上竖直培养时,转基因烟草的根长分别是野生型烟草的1.46和1.30倍,根长比野生型烟草显著增长。(4)在干旱胁迫下,转基因烟草幼苗叶片中的脯氨酸含量以及超氧化物歧化酶活性均显著高于野生型烟草,丙二醛含量均显著低于野生型烟草。(5)转基因烟草LEA基因和ERF基因在干旱和旱热处理中的相对表达量均高于野生型烟草。研究表明,StAN1基因在提高植物花青素含量的同时也提高了植物的耐旱性。     

藤茶香树脂醇合成酶基因编码区克隆及表达分析

为研究藤茶(Ampelopsis grossedentata)三萜类化合物的生物合成,采用RT-PCR方法,从藤茶叶片cDNA中扩增得到香树脂醇合成酶(amyrin synthase)基因,命名为AgAS。该基因编码区长2 250bp,编码750个氨基酸,与葡萄的同源蛋白亲缘关系最近。亚细胞定位和Southern blot结果表明,AgAS编码蛋白主要定位于细胞核与细胞膜,在藤茶基因组中存在2个拷贝。实时荧光定量PCR结果显示,AgAS基因在紫芽藤茶的根、茎和叶均有表达,其中叶片中表达最高,茎次之,根中表达量最少,且随着叶片成熟程度的增加,表达量呈先升后降趋势;而在绿芽藤茶中,AgAS基因在叶片中的表达量随着成熟程度的增加呈上升趋势,根与茎中表达量相对较少。     

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。     

栀子八氢番茄红素合成酶基因的分离及表达分析

为探讨栀子(Gardenia jasminoides)果实中藏花素的合成机理,克隆了栀子类胡萝卜素生物合成的关键酶八氢番茄红素合成酶(GjPSY)基因的全长cDNA。结果表明,推导的GjPSY氨基酸序列与双子叶植物来源的GjPSY亲缘关系较近。采用HPLC检测栀子果实中的藏花素-1含量为(3.96±1.48) mg g-1,在叶片中未检出。通过RT-PCR分析表明,GjPSY在栀子叶片和果实中均有表达,且表达水平一致。因此推测,GjPSY的转录水平与果实中藏花素-1的合成无关。     

茶树CsPAL3基因的亚细胞定位及遗传转化

苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL)由多基因家族编码,是花青素等多酚物质合成途径的起始酶,对其合成具有调控作用。以紫化茶树武夷奇种C18为材料,采用Gateway技术体系分别构建了茶树的CsPAL3过表达载体pGWB502:CsPAL3和pGWB505:CsPAL3:GFP,并成功将其转入根癌农杆菌GV3101。注射烟草瞬时表达激光共聚焦扫描显微镜可观察到GFP绿色荧光,结果表明CsPAL3主要集中在细胞核和细胞膜中。通过侵染拟南芥,筛选纯合子,获得稳定表达的转CsPAL3基因拟南芥。实时荧光定量PCR(qPCR)检测发现,CsPAL3在转CsPAL3基因拟南芥中的根部表达量显著高于叶片,且CsPAL3基因受光照调控。该结果为进一步研究茶树CsPAL3基因功能以及促进茶树花青素合成与积累的分子调控机理提供科学依据。