水稻OsRab7耐盐功能的初步鉴定及其表达载体的构建

Rab7是一个GTP结合蛋白,隶属于Rab家族,该家族在调控膜泡的运输、结合以及细胞内膜结构的组织中行使重要作用.本实验通过RT-PCR技术从盐敏感水稻品种'日本晴'('Nipponbare')获得了OsRab7基因全长序列,成功构建了原核表达载体pET-32a-OsRab7.在IPTG诱导下,该蛋白高效表达,并明显缓解了高盐环境(4.5%～8.5% NaCl)对大肠杆菌的生长胁迫.为进一步研究该基因的功能,将OsRab7在大肠杆菌中的表达蛋白纯化, 并利用p1301B(pCAMBIA1301改造载体)构建了植物表达载体,成功转化来源于水稻株系'中花11'(盐敏感)的愈伤组织,为探讨其在水稻中的表达模式和功能分析及应用于水稻耐盐品种的改良奠定了一定的基础.     

siRNA抑制哺乳动物细胞内Rab9 GTPase表达的研究

构建Rab9 GTPase siRNA表达载体,观察siRNA对哺乳动物细胞内Rab9 GTPase表达的抑制作用,为应用Rab9 GTPase siRNA表达载体进行抗麻疹病毒感染研究奠定基础。根据Rab9 GTPase基因的mRNA序列设计合成2对靶向Rab9 GTPase基因的寡核苷酸,克隆到表达载体pSUPER.neo EGFP,通过双酶切和序列分析对重组表达载体进行鉴定。将鉴定为阳性的重组表达载体转染B95a细胞株,通过逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)和免疫印迹技术(Western-blot)检测B95a细胞内Rab9 GTPase mRNA和蛋白的表达水平。双酶切和序列分析表明成功构建了Rab9 GTPase siRNA表达载体,RT-PCR和Western-blot技术实验表明重组表达载体可显著抑制B95a细胞内Rab9 GTPase mRNA和蛋白的表达(最高抑制率分别为89.4%±0.5%和87.6%±0.7%),而对照组则没有变化。结果表明,成功构建了Rab9 GTPase siRNA表达载体,该表达载体可有效地抑制Rab9 GTPase在哺乳动物细胞内的表达。     

盐穗木转录因子HcSCL13转录激活的体外鉴定及植物表达载体的构建

通过同源重组的方法将盐穗木盐响应GRAS家族转录因子HcSCL13基因(GenBank登录号:KC68640)构建至酵母双杂交诱饵表达载体pGBKT7上,转化酵母菌Y2HGold,通过自激活性和毒性检测确定该转录因子的体外激活能力。试验表明,重组菌株pGBKT7-HcSCL13/Y2HGold对宿主菌无毒性,且该菌株表达的融合蛋白能够激活报告基因的表达,说明HcSCL13具有转录激活域,是一类转录因子。成功构建了HcSCL13基因的植物表达载体和亚细胞定位表达载体,为进一步在体内研究该基因的耐盐功能奠定了基础。     

鱼腥藻PCC7120藻蓝蛋白α亚基体内重组研究

为了研究藻蓝蛋白α亚基的生物合成途径,通过构建相容的3种重组质粒pETDuet-cpcA、pCOLADuet-cpcE-cpcF和pACYCDuet-ho1-pcyA,将裂合酶基因cpcE和cpcF、血红素氧化酶基因ho1、藻蓝胆素合成酶基因pcyA和脱辅基藻蓝蛋白α亚基基因cpcA共同转入大肠杆菌BL21(DE3)。通过色素蛋白锌电泳和光谱检测表明产生了生物活性的CpcA-PCB。成功实现了大肠杆菌内藻蓝蛋白α亚基84位半胱氨酸残基与PCB的连接。而在裂合酶基因cpcE和cpcF不转入大肠杆菌的情况下,大肠杆菌内只有0.2%的CpcA-PCB产生。以上研究为进一步在大肠杆菌内合成天然的藻蓝蛋白奠定了基础。     

水稻新基因OsRwp34在大肠杆菌中表达的毒害作用

在水稻高温诱导cDNA文库中克隆了一个新的水稻基因OsRwp34,同源性分析表明OsRwp34是一典型的孤儿基因。为了研究OsRwp34的功能,构建了OsRwp34的表达载体pET-28(a)OsRwp34,并转化大肠杆菌菌株BL21(DE3),用IPTG诱导并定时从培养液中取样以检测OD600值和用平板记数法测定活菌数,结果发现在诱导30min后宿主菌开始大量死亡,表明OsRwp34的表达产物使宿主菌死亡。随后构建了1个N末端缺失15个氨基酸残基和2个C末端分别缺失12和47个氨基酸残基的OsRwp34缺失体,IPTG诱导后都没有出现毒性作用,推测N和C末端氨基酸残基的同时存在是OsRwp34的毒性作用所必须的。其详细机理有待进一步研究。     

谷子SiRLK35基因克隆及功能分析

为探讨谷子(Setaria italica L.)耐旱抗逆机制,解析类受体蛋白激酶(receptor like protein kinase, RLKs)基因功能,进而为培育谷子抗逆新品种提供依据,本文以干旱处理的谷子“豫谷1号”为材料,通过iTRAQ技术筛选到1个干旱响应的类受体蛋白激酶基因,命名为SiRLK35。以谷子RNA反转录的单链cDNA为模板,经PCR扩增获取SiRLK35基因全长序列。应用qRT-PCR方法,对SiRLK35在NaCl、PEG、ABA、GA、MeJA等不同处理下的表达模式进行分析。进一步构建基因原核表达载体pET28a-SiRLK35,结合斑点法对SiRLK35的抗盐能力进行初步评价。同时构建过表达载体pCAMBIA1301P-SiRLK35转化水稻,并对转基因植株抗盐能力进行检测。结果显示：胁迫及激素处理均可不同程度诱导SiRLK35基因的表达;斑点法研究结果显示,在相同NaCl浓度的LB平板上,含有SiRLK35基因的原核表达载体的大肠杆菌菌株生长状态较阴性对照好,SiRLK35具有一定的抗盐能力;获得的转SiRLK35基因水稻植株对盐胁迫的耐受性高于对照。SiRLK35基因对不同胁迫均可以产生响应,但对盐胁迫的响应较为明显,推测该基因可能在谷子的抗盐及抗逆过程中发挥作用。     

带有丝素重链信号肽序列的家蚕丝胶蛋白启动子驱动DsRed的瞬时分泌表达

为了探讨家蚕Bombyx mori丝素蛋白重链信号肽序列在中部丝腺组织中是否具有功能活性,根据家蚕丝蛋白基因的启动子活性高、丝蛋白具有高效分泌的特性,构建了带有丝素重链基因fib-H信号肽的家蚕丝胶-1(ser-1)启动子(ser-HS),用ser-HS驱动DsRed基因构建了分泌型瞬时表达载体pSK-SerHS-DsRed-polyA。转染细胞实验显示,该载体能在家蚕BmN细胞中瞬时表达DsRed。家蚕注射载体后,可在中部丝腺腔中检测到红色荧光,表明瞬时表达的DsRed已分泌到丝腺腔内。据此提出克隆的fib-H信号肽序列在家蚕中部丝腺组织中具有信号肽的功能。     

以木糖异构酶基因xylA为选择标记的Gateway系统植物表达载体的构建

目的:构建以木糖异构酶基因xylA为筛选标记的无抗生素标记Gateway系统植物表达载体。方法:克隆大肠杆菌木糖异构酶基因xylA并用其替换植物表达载体pCAMBIA1301中的hpt基因,利用载体中的多克隆位点将Gateway Binary Vector(pH7WG2D)中酶切位点XbaⅠ和HindⅢ之间包括P35S、T35S、attR1、attR2和CmR-ccdB的片段重组入表达载体pCAMBIA1301中,构建表达载体pCAMBIA1301-xylA-GW,利用含有津田芜菁HY5基因片段的BP反应产物与载体进行LR反应,获得含有目的基因的植物表达载体pCAMBIA1301-xylA-HY5,并导入根癌农杆菌LBA4404中。结果:抗生素筛选及酶切和PCR鉴定表明成功构建了以xylA为筛选标记的无抗生素标记植物表达载体pCAMBIA1301-xylA-HY5。结论:利用木糖异构酶基因xylA结合Gateway克隆技术构建无抗生素标记植物表达载体,可简化、方便植物转基因表达载体构建。     

青杨脊虎天牛CYP4G2基因片段的克隆、序列分析与表达

根据报道的十几种昆虫CYP4家族基因的氨基酸序列保守区域设计一对引物,利用RT-PCR技术扩增编码青杨脊虎天牛Xylotechus rusticus中肠细胞色素氧化酶CYP4G2蛋白的cDNA片段,构建原核表达载体pET-CYP4G2,将其转化入大肠杆菌Escherichia coli JM109中表达。序列分析结果表明,该基因(CYP4G2,GenBank登录号为EF429250)保守区域阅读框全长387 bp,编码129个氨基酸残基,预测分子量和等电点分别为16.9 kD和5.75;推导的氨基酸序列与已报道的昆虫CYP4家族氨基酸序列一致性较高（63%～86%）,且具有细胞色素氧化酶的典型特征。IPTG诱导后,SDS-PAGE电泳检测到一条22 kD大小的外源蛋白,与预测融合蛋白的分子量大小相应。CO差光谱分析证明重组菌表达了有活性的pET-CYP4G2。     

植物多基因干扰载体体系构建与效用分析

多数重要的功能基因属于多基因家族,这些家族成员间存在功能冗余,高效的多基因干扰体系对研究多基因家族成员的生物学功能及其分子调控机制具有重要意义。对pCAMBIA1301载体改造,构建了适用于植物的多基因干扰体系pCAMBIA1301m和pCAMBIA1301s。使用该多基因干扰体系构建了四基因的干扰载体pCAMBIA1301m：35S∷SlPP2C1-2-3-4,4个目标基因为来源于番茄PP2C家族A组的PP2C1、PP2C2、PP2C3和PP2C4,并通过遗传转化导入番茄,用GUS染色和PCR检测转基因阳性植株,再利用RT-qPCR技术检测T₁和T₂代转基因植株中目标基因的干扰效率,用T₂代种子分析转基因番茄对ABA敏感性。结果表明,应用该干扰体系成功获得了四基因干扰的转基因植株35S∷SlPP2C1-2-3-4。在转基因番茄中4个目标基因的表达量显著低于野生型,其干扰效率均高于70%,转基因番茄种子萌发具有强烈的ABA不敏感性。多基因干扰体系能高效地同时沉默多个目标基因。     

番茄(Solanum lycopersicum)果胶酸裂解酶P56在大肠杆菌中的重组表达

果胶酸裂解酶P56在番茄花粉管伸长过程中起着重要的作用,为了制备番茄P56蛋白的抗体,进行番茄花粉管萌发过程中P56蛋白的免疫组织化学研究,对P56基因在大肠杆菌系统的重组表达进行了研究。先采用Overlap-PCR的方法,从番茄基因组DNA中克隆了成熟P56蛋白的cDNA序列(LAT56),再构建重组表达质粒pET28a(+)-LAT56,转化大肠杆菌BL21-CodenPlus(DE3)-RIL,得到了重组表达工程菌pET-28a(+)-LAT56-BL21-Co-denPlus(DE3)-RIL。在0.5 mmol/L IPTG、15℃和180 r/min条件下,经过60 h的诱导培养,重组蛋白表达量为细胞总蛋白的30%左右,主要以包涵体形式存在,重组蛋白经Ni²⁺-nitrilotriacetate-agrose亲和柱层析,得到了SDS-PAGE显示为单一蛋白带的纯化蛋白。     

过表达OsCatC基因水稻的获得及其耐盐性机理分析

过氧化氢酶C(Catalase C,CatC)作为重要的抗氧化酶,在水稻发育和胁迫响应方面起重要作用。为了探究CatC在盐胁迫响应中的功能及其作用机制,该研究构建了OsCatC过表达转基因水稻,并比较了其耐盐性和相关抗逆生理指标的变化。结果表明:(1)成功构建过量表达载体pCUbi1390-OsCatC-Flag,并经农杆菌介导的愈伤组织转化获得了30个独立转基因株系(T0),Western blot鉴定T1代幼苗共获得2个OsCatC过表达株系(OE-10、OE-18);qRT-PCR分析发现,OE-10和OE-18株系的OsCatC转录水平显著高于野生型(WT),证明OsCatC基因已成功过表达于转基因株系(OE-10、OE-18)中,且能正常翻译为融合蛋白CatC-Flag。(2)正常水培条件下,OE-10和OE-18与WT的水稻幼苗长势无明显差异,200 mmol·L-1 NaCl处理7 d后再恢复水培10 d时,OE-10和OE-18幼苗的存活率为20%~25%,而WT幼苗绝大部分则干枯死亡,存活率仅为5%左右。(3)与WT相比,OsCatC过表达水稻(OE-10和OE-18)幼苗的耐盐性显著增强,其盐胁迫下的相对电导率、丙二醛和H₂O₂含量显著降低,过氧化氢酶活性显著升高;4μmol·L^-1甲基紫精(MV)处理7 d后,OE-10和OE-18生长受抑制程度显著小于WT,且幼苗的长度均显著大于WT,表现出较强的氧化胁迫耐受性。研究发现,CatC主要通过降解盐胁迫下过量积累的H₂O₂,减轻氧化损伤,从而提高水稻的耐盐性,证明过表达OsCatC能显著提高水稻对盐胁迫的耐受性,且OsCatC是一个非常好的水稻耐盐候选基因。     

鱼腥藻PCC7120基因all5292和alr0647的初步研究

通过BLAST软件分别对藻胆蛋白裂合酶(biliprotein lyase)编码基因cpcS和cpcT进行同源搜索分析,在鱼腥藻(Anabaena)PCC7120中获取了同源基因all5292和alr0647。同源分析发现,这两个基因所编码氨基酸序列与其相对应的裂合酶氨基酸序列相似程度分别达到53.4%和61.4%。随后,对这两个基因进行了初步研究。结果显示:All5292和Alr0647无论单独还是共同表达均没有裂合酶催化藻蓝胆素PCB结合到藻蓝蛋白(phycocyanin)或藻红蓝蛋白(phycoerythrocyanin)β亚基上的功能。通过在不同生理条件下对鱼腥藻PCC7120的培养,还对这两个基因的调控表达进行了初步的探索。结果表明:all5292和alr0647的表达与氮源的缺乏与否有联系,在氮胁迫条件下两个基因均进行了转录而在氮源充足的情况下则没有表达。     

MutY is down-regulated by oxidative stress in E. coli

In Escherichia coli, MutM (8-oxoG DNA glycosylase/lyase or Fpg protein), MutY (adenine DNA glycosylase) and MutT (8-oxodGTPase) function cooperatively to prevent mutation due to 7, 8-dihydro-8-oxoguanine (8-oxoG), a highly mutagenic oxidative DNA adduct. MutM activity has been demonstrated to be induced by oxidative stress. Its regulation is under the negative control of the global regulatory genes, fur, fnr and arcA. However, interestingly the presence of MutY increases the mutation frequency in mutT- background because of MutY removes adenine (A) from 8-oxoG:A which arises from the misincorporation of 8-oxoG against A during DNA replication. Accordingly we hypothesized that the response of MutY to oxidative stress is opposite to that of MutM and compared the regulation of MutY activity with MutM under various oxidative stimuli. Unlike MutM, MutY activity was reduced by oxidative stress. Its activity was reduced to 30% of that of the control when E. coli was treated with paraquat (0.5 mM) or H

2

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(0.1 mM) and induced under anaerobic conditions to more than twice that observed under aerobic conditions. The reduced mRNA level of MutY coincided with its reduced activity by paraquat treatment. Also, the increased activity of MutY in anaerobic conditions was reduced further in E. coli strains with mutations in fur, fnr and arcA and the maximum reduction in activity was when all mutations were present in combination, indicating that MutY is under the positive control of these regulatory genes. Therefore, the down-regulation of MutY suggests that there has been complementary mechanism for its mutagenic activity under special conditions. Moreover, the efficacy of anti-mutagenic action should be enhanced by the reciprocal co-regulation of MutM.     

盐胁迫下根瘤共生豌豆植株对外源钙的生理响应

为明确外源钙对根瘤共生豌豆植株耐盐性的影响机制,本试验采用盆栽方式研究了NaCl (170 mmol·L^-1)胁迫下,外源施加CaCl₂(0、5、15 mmol·L^-1)对接种根瘤菌(菌株15657、15735、Ca66)的两种耐盐性不同品种豌豆(定豌8号、陇豌6号)植株生理指标的影响。结果表明: 接种根瘤菌、施加CaCl₂或接种根瘤菌后施加CaCl₂均提高了豌豆植株的生物量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性、脯氨酸(Pro)和可溶性糖(SS)含量,降低了丙二醛(MDA)含量;接种根瘤菌后施加15 mmol·L^-1 CaCl₂显著提高了豌豆植株的生物量、POD活性和Pro含量。接种与豌豆植株匹配性较好的15735菌株并施加CaCl₂对豌豆在盐胁迫下各指标的影响相对较小,接种匹配性差的菌株(156567、Ca66)并施加CaCl₂影响较大。经隶属函数综合分析表明,接种根瘤菌后施加CaCl₂的豌豆植株表现出较强的耐盐性,接种15735菌后施加15 mmol·L^-1 CaCl₂的定豌8号隶属函数值为0.814,耐盐性最强。本研究表明,相比接种根瘤菌和施加CaCl₂处理,接种根瘤菌后施加CaCl₂可更有效地提高盐胁迫下豌豆植株的抗氧化酶活性,增强渗透调节能力,降低膜脂过氧化伤害,从而提高豌豆植株的耐盐性。     

铁棍山药微型块茎遗传转化体系的建立

怀山药(Dioscorea opposita)遗传转化是对其进行基因功能分析和遗传改良的基础, 但目前国内外尚未见相关报道。以怀山药优良品种铁棍山药(D. opposita cv. ‘Tiegun’)的微型块茎为受体材料, 对影响遗传转化的因素进行优化, 建立了由根癌农杆菌介导的山药遗传转化体系。过表达质粒载体pCAMBIA1301-DoSERK2含GUS标记基因和潮霉素(Hyg)抗性筛选基因, 沉默质粒载体pART27-DoSERK2含卡那霉素(Kan)抗性筛选基因。根癌农杆菌抑制剂特美汀(Tim)的最佳浓度为500 mg·L ^-1; 再生芽和生根时, Hyg的最佳浓度分别为15和20 mg·L ^-1, Kan的最佳浓度分别为120和160 mg·L ^-1。对转化植株进行PCR和GUS组织化学检测, 结果显示外源基因已整合到铁棍山药转基因株系的基因组中并在细胞中表达。该研究建立了一套取材便利的铁棍山药遗传转化方法, 对其它品种山药的转化也具有参考价值。     

RFLP tagging of a salt tolerance gene in rice

A salt tolerant rice mutant (M-20) was obtained through selection in vitro. Its tolerance was stably inherited over eight generations and most traints between M-20 and its sensitive original 77–170 (Oryza sativa) were very similar. By deriving an F₂ population of M-20 × 77–170 and splitting every F₂ individual into two parts, with one part planted in normal conditions and another part in saline conditions, the inheritance of salt tolerance in rice was studied. Under normal conditions, there was no apparent segregation among F₂ individuals. Under saline conditions, however, the segregation of traits was obvious. According to our standards, the ratio of salt sensitive:moderately-tolerant:tolerant plants was 25:42:18, in accordance with a 1:2:1 ratio. It suggested that the improvement of salt tolerance in our materials was induced by the mutation of a major tolerant gene which showed incomplete dominance. By use of 130 RFLP probes distributed throughout the rice genome, the gene was tagged by a single copy DNA probe, RG4, which was located on chromosome 7. The genetic distance between the salt tolerant gene and RG4 was 7.0 ± 2.9 cM. Based on the split method, a method which could be currently used to evaluate the damage of salt stress in rice was proposed.