小麦条锈菌钙调素依赖蛋白激酶基因Pscamk的功能

【目的】克隆小麦条锈菌钙调素依赖蛋白激酶基因Pscamk,并分析其在条锈菌侵染小麦过程中的表达特征及初步功能。【方法】基于本实验室已测序的小麦条锈菌基因组序列,利用RT-PCR方法,从小麦条锈菌生理小种CYR32中克隆Pscamk基因的cDNA序列,并利用网络数据库和生物信息学工具预测该基因编码蛋白的基本特征和保守结构;运用qRT-PCR技术分析Pscamk在不同发育及侵染阶段的表达水平,进一步通过钙调素依赖蛋白激酶(CaMK)的免疫抑制剂KN-93处理小麦条锈菌夏孢子,观察其萌发状况。【结果】获得1个1620 bp的小麦条锈菌CaMK基因Pscamk;序列分析发现,Pscamk编码蛋白包含CaMK蛋白的保守结构域,并与小麦杆锈菌该类蛋白序列相似性最高。qRT-PCR分析表明,Pscamk在条锈菌侵染初期过程中的芽管发育、初生菌丝侵染及吸器形成时期呈显著上调表达,且在条锈菌接种6 h时表达量最高,为对照夏孢子的20.74倍。在专一性免疫抑制剂KN-93处理后,随着KN-93施加浓度的增加,条锈菌夏孢子萌发率逐渐降低,当浓度为1.4μmol/L时夏孢子萌发率为8.02%,仅为对照的12%。【讨论】推测Pscamk基因参与了小麦条锈菌夏孢子萌发、芽管发育以及初期侵染结构的形成。本研究为进一步探索条锈菌细胞钙信号传导机理和致病机制奠定了基础。     

小麦条锈菌PsNCS1基因的克隆及转录表达特征

摘要：【目的】克隆小麦条锈菌神经钙离子感应蛋白基因PsNCS1,分析其在病菌不同发育时期的表达水平。【方法】利用文库筛选和RT-PCR技术克隆PsNCS1的cDNA序列,采用生物信息学技术预测分析该基因编码蛋白的保守结构域及基本特性,构建系统发育树;运用实时荧光定量RT-PCR技术分析PsNCS1在病菌不同生长发育时期的表达水平。【结果】PsNCS1全长cDNA为1007 bp（GenBank登录号GU134621）,开放阅读框为573 bp,编码190个氨基酸,分子量为22.17 kDa, 等电点为4.     

小麦条锈菌PsCdc2基因的克隆及在条锈菌侵染小麦后的转录表达分析

【目的】克隆小麦条锈菌细胞分裂基因PsCdc2,分析该基因在条锈菌接种小麦后不同时间点的表达特征。【方法】利用PCR和RT-PCR技术克隆PsCdc2的cDNA序列和基因组序列,采用生物信息学技术预测分析该基因编码蛋白的保守结构域及基本特性,对该蛋白进行系统发育分析,构建进化树;运用实时荧光定量RT-PCR技术,以PsCdc2在夏孢子时期的表达情况为对照,分析该基因在亲和及非亲和互作中不同时间点的表达特征。【结果】PsCdc2基因组序列长2279 bp,由11个外显子和10个内含子构成,开放阅读框为885 bp,编码294个氨基酸,分子量为33.14 kDa,等电点为6.26。编码蛋白含两个保守的激酶特征位点,一个跨膜螺旋区域。PsCdc2基因编码蛋白与小麦秆锈菌、新型隐球菌、玉米瘤黑粉菌等多种真菌的Cdc2高度相似,其中与小麦秆锈菌的Cdc2亲缘关系最近,序列相似性达73.1%。实时荧光定量RT-PCR结果表明,在亲和组合中,该基因在条锈菌接种小麦的前期上调表达,其中接种后12 h时表达量最高,约为夏孢子中表达量的1.62倍,接种后24-268 h,基因表达基本呈下调趋势,其中96 h基因表达量最低,仅为夏孢子时期的0.07倍。在非亲和组合中,该基因表达基本呈下调趋势,在接种后各个时间点的表达量均低于在夏孢子中的表达量,其中接种后12 h时表达量最高,但仅为夏孢子中表达量的0.34倍;接种后96 h表达量最低,为夏孢子中表达量的0.02倍。【结论】PsCdc2可能通过调控条锈菌的细胞周期循环参与了侵染前期初生菌丝生长和吸器母细胞的形成,与条锈菌的致病性相关。本文首次报道了小麦条锈菌的Cdc2基因,为进一步揭示条锈菌细胞周期调控的本质及研究开发靶向Cdc2的新型农药,以及实现对小麦条锈病的新型药剂防治提供了理论基础。     

桃蛀螟成虫Orco嗅觉受体基因的克隆及组织表达谱分析

【目的】克隆桃蛀螟Conogethes punctiferalis (Guenée)的Orco嗅觉受体基因, 并研究其在不同组织的表达谱。【方法】利用PCR技术克隆桃蛀螟触角Orco基因, 对该基因编码的氨基酸序列进行生物信息学分析, 并利用荧光定量PCR技术分析该基因在的表达量。【结果】获得桃蛀螟成虫Orco的cDNA全长序列, 并命名为CpunOrco（GenBank登录号： JX101681）。该基因的开放阅读框全长1 425 bp, 编码475个氨基酸, 序列中有7个跨膜区。对桃蛀螟成虫不同组织中CpunOrco的荧光定量PCR结果表明, CpunOrco主要在触角和下颚须中表达, 雄虫触角中的表达量高于雌虫, 并且该基因在其他组织中也有一定的表达。【结论】本研究明确了该嗅觉受体基因在桃蛀螟成虫不同组织内的表达水平, 为进一步研究其功能提供了理论依据。     

小麦F-box基因TaFBL14的克隆及表达分析

该研究利用同源克隆策略,获得了1条小麦F-box/LRR重复蛋白14基因(TaFBL14)。TaFBL14基因编码486个氨基酸,预测分子量为53.48kD,等电点为5.93,序列N端包含一个F-box结构域,C段包含7个LRR结构域。TaFBL14基因编码蛋白不具有信号肽及核定位信号序列,主要定位在细胞质中,二级结构以α-螺旋为主,呈球状。进化树分析表明,TaFBL14与粗山羊草和乌拉尔托小麦的FBL14蛋白亲缘关系较近。qRT-PCR分析结果显示,TaFBL14基因主要在小麦叶组织中表达,且受非亲和叶锈菌侵染后呈现上调表达趋势,说明该基因可能参与小麦抵御叶锈菌的侵染过程。     

棉铃虫齿唇姬蜂嗅觉受体基因 CchlOrco 的克隆及组织表达谱分析

【目的】昆虫的嗅觉受体（olfactory receptors, ORs）一般以气味分子特异的ORs与共受体（ co-Receptor, Orco）通过形成异质二聚体在嗅觉感受中发挥关键作用,其中Orco由于具有序列的保守性而受到广泛的重视。本研究旨在克隆棉铃虫齿唇姬蜂 Campoletis chlorideae 的Orco基因,并对其组织表达谱进行分析。【方法】利用RT-PCR技术和转录组分析技术克隆棉铃虫齿唇姬蜂的Orco基因,并对其编码的氨基酸序列进行生物信息学分析;利用Real-time PCR技术对该基因在该蜂成虫不同组织中的表达量进行分析。【结果】获得了棉铃虫齿唇姬蜂 Orco 的全长cDNA序列,命名为 CchlOrco（GenBank登录号：KP255444）。序列分析表明, 该基因开放阅读框全长1 437 bp,编码478个氨基酸,预测该氨基酸序列具有7个跨膜区。CchlOrco 主要在成虫触角中表达,且在雄蜂触角中的表达量最高,是雌蜂触角中表达量的8.0倍,而在其他组织中表达量极低。【结论】本研究克隆了棉铃虫齿唇姬蜂 CchlOrco 序列全长,明确了其在成虫不同组织中的表达水平,为进一步研究该基因及其他嗅觉受体基因功能奠定了基础。     

棉铃虫HaTO-like基因的克隆、序列分析和表达特征

【目的】克隆和分析了棉铃虫Helicoverpa armigera HaTO-like基因的编码框序列,检测了该基因的时空表达谱以及在棉铃虫感染核型多角体病毒HaSNPV后的转录变化,为深入研究该基因的功能提供理论依据。【方法】本研究利用RT-PCR的方法首次克隆获得HaTO-like基因的全长cDNA序列,通过几种生物信息学软件对该基因的核苷酸序列和氨基酸序列进行了分析,并利用荧光定量PCR技术检测了该基因在棉铃虫不同发育阶段、幼虫组织和成虫组织的表达情况,以及HaSNPV感染对HaTO-like基因表达的影响。【结果】棉铃虫HaTO-like基因cDNA全长为994 bp,开放阅读框为756 bp,编码251个氨基酸,其蛋白序列的N端含有23个氨基酸的信号肽。进一步的序列分析表明棉铃虫HaTO-like与其他昆虫同源蛋白的氨基酸序列一致性不是太高,大概在39%~61%之间,其中与家蚕和脐橙螟在系统进化上关系最近。荧光定量PCR结果表明该基因在棉铃虫的5龄0 h和成虫第1天的的表达量相对较高,在幼虫的头部和表皮内的表达量较其他幼虫组织较高,在成虫的头部和足的表达量也相对较高。而病毒感染则显著地诱导了该基因在棉铃虫幼虫头部和表皮内的表达。【讨论】本研究克隆了棉铃虫HaTO-like基因的全长cDNA序列,分析了该基因的序列特征和表达谱,为进一步阐释该基因的功能奠定理论基础。     

小麦叶锈菌休眠与萌发夏孢子的差异表达

【目的】小麦叶锈菌引起的小麦叶锈病是小麦的重要病害之一,孢子萌发和侵入气孔是保证叶锈菌正常侵染寄主的重要前提。本研究旨在研究小麦叶锈菌夏孢子萌发的差异表达特性,为揭示萌发的机制及其与致病的关系提供依据。【方法】利用小麦叶锈菌致病类型THTT的休眠夏孢子和萌发夏孢子进行RNA-seq分析。【结果】在萌发夏孢子中筛选出相比休眠夏孢子上调表达的基因为4400个,下调基因5325个。GO富集分析发现,上调差异基因主要涉及细胞进程、有机物代谢、信号传导、单个有机体过程、催化酶活性等;下调基因主要涉及单组织过程、单个有机体细胞过程、有机物代谢过程、催化活性调节等过程。利用KEGG分析发现,差异基因共参与109条通路,从中筛选出两条与孢子萌发相关的通路——丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路和囊泡运输中的SNARE蛋白交流。10个基因的定量分析结果与基因数字表达谱分析结果一致。【结论】研究获得了叶锈菌孢子萌发及侵入气孔过程中的重要差异基因,研究结果为研究叶锈菌致病机制奠定基础。     

小麦锌指蛋白基因TaLOL2的克隆及特征分析

通过电子克隆与RT-PCR相结合的方法,在条锈菌诱导的小麦叶片中克隆获得1个新的LSD1型锌指蛋白基因TaLOL2,并用qRT-PCR技术分析了其转录表达特征。结果显示:(1)小麦锌指蛋白基因TaLOL2的cDNA全长1 095bp,编码179个氨基酸。(2)TaLOL2含有3个典型的zf-LSD1型(CxxCxRxxLMYxxGASxVxCxxC)保守结构域,与水稻、拟南芥、大麦等植物LSD1型锌指蛋白序列具有高度相似性,其中与水稻OsLOL2相似度达86.0%。(3)进化树分析表明,TaLOL2与水稻、拟南芥和大麦中部分含有3个保守zf-LSD1锌指结构的基因亲缘关系较近,而与其它包含不同数目的zf-LSD1锌指结构的基因亲缘关系较远。(4)qRT-PCR定量分析表明,TaLOL2在条锈菌侵染前期呈上调表达,在亲和及非亲和反应中差异表达。研究表明,TaLOL2参与了条锈菌诱导的小麦抗病防卫反应,很可能作为正调控因子参与了小麦-条锈菌非亲和互作中对条锈菌的抗性信号途径。     

柞蚕蛹解除滞育过程中海藻糖合成酶基因的表达变化

【目的】克隆柞蚕Antheraea pernyi海藻糖合成酶(trehalose-6-phosphate synthase,TPS)基因,并对其进行组织表达分析,探讨该基因在柞蚕滞育蛹解除滞育过程中的表达规律,为阐明柞蚕滞育期间碳水化合物代谢规律与蛹滞育解除的关系提供数据支持。【方法】利用PCR及3'RACE技术从柞蚕幼虫脂肪体组织中克隆得到TPS基因,并进行生物信息学分析;RT-PCR检测该基因在柞蚕幼虫各组织中的表达分布,进一步采用Real-time PCR分析柞蚕滞育蛹解除滞育过程中该基因在脂肪体组织和血淋巴中的表达量变化。【结果】克隆获得柞蚕海藻糖合成酶基因并命名为ApTPS。其开放阅读框长2 487 bp,编码828个氨基酸,蛋白预测分子量为93.19 k D,等电点(p I)4.61;无信号肽,无跨膜区。蛋白质亚细胞定位预测该蛋白定位于细胞质中;蛋白质结构域分析表明,ApTPS有两个保守功能区:TPS(第22-497位氨基酸)和TPP(第532-772位氨基酸)。组织特异性分析表明,ApTPS基因在柞蚕幼虫脂肪体中表达量最高;柞蚕解除滞育过程中,ApTPS在脂肪体和血淋巴中的表达量均有所升高,且显著高于对照组(P0.05),但血淋巴中表达量的升高滞后于脂肪体。【结论】结果提示ApTPS参与了柞蚕蛹滞育中碳水化合物代谢调控并在其中发挥重要作用,与柞蚕蛹滞育解除关系密切。     

Chitin synthase A: a novel epidermal development regulation gene in the larvae of Bombyx mori

Chitin synthase is the key regulatory enzyme for chitin synthesis and excretion in insects, as well as a specific target of insecticides. The chitin synthase A gene (BmChsA) cloned from Bombyx mori, the model species of lepidopteran, is an epidermis-specific expressed gene during the molting stage. Knockdown BmChsA gene in 3rd instar larvae increased the number of non-molting and abnormal molting larvae. Exposure to nikkomycin Z, a chitin synthase inhibitor downregulated the expression of BmChsA and decreased the amount of epidermis chitin during the molting process. The thickness of the new epidermis and its dense structure varied greatly. The exogenous hormones significantly upregulated the expression of BmChsA with low levels of endogenous MH and high levels of endogenous JH immediately after molting. With low levels of endogenous hormones during the mulberry intake process, BmChsA was rarely upregulated by exogenous hormones. With high levels of endogenous MH and low levels of endogenous JH during the molting stage, we did not detect the upregulation of BmChsA by exogenous hormones. The expression of BmChsA was regulated by endocrine hormones, which directly affected the chitin synthesis-dependent epidermal regeneration and molting process.     

Chitin synthase homologs in three ectomycorrhizal truffles

Abstract Degenerate PCR primers were used to amplify a conserved gene portion coding chitin synthase from genomic DNA of six species of ectomycorrhizal truffles. DNA was extracted from both hypogeous fruitbodies and in vitro growing mycelium of Tuber borchii . A single fragment of about 600 bp was amplified for each species. The amplification products from Tuber magnatum, T. borchii and T. ferrugineum were cloned and sequenced, revealing a high degree of identity (91.5%) at the nucleotide level. On the basis of the deduced amino acid sequences these clones were assigned to class II chitin synthase. Southern blot experiments performed on genomic DNA showed that the amplification products derive from a single copy gene. Phylogenetic analysis of the nucleotide sequences of class II chitin synthase genes confirmed the current taxonomic position of the genus Tuber , and suggested a close relationship between T. magnatum and T. uncinatum .     

定虫隆对锈赤扁谷盗生长发育影响及其作用机理初探

定虫隆是一种昆虫生长调节抑制剂,研究其对锈赤扁谷盗的控制作用,将为锈赤扁谷盗的综合防治提供理论基础。本研究以锈赤扁谷盗幼虫为研究对象,用定虫隆拌粮进行饲喂,观察定虫隆对锈赤扁谷盗的亚致死效应,并利用实时荧光定量PCR(qPCR)技术,测定经定虫隆处理后锈赤扁谷盗幼虫几丁质合成酶1(CfCHS1)和几丁质合成酶2(CfCHS2)基因表达量的变化。结果表明:定虫隆对锈赤扁谷盗的毒力回归方程为y=7.514+1.81x(r=0.974),LD 10、LD 20、LD 30分别为0.008 mg/kg、0.014 mg/kg、0.021 mg/kg,亚致死剂量定虫隆可使锈赤扁谷盗幼虫发育历期明显延长(P<0.05),体重和几丁质含量明显降低(P<0.05),这说明了定虫隆对锈赤扁谷盗的生长发育有明显的抑制作用,可以有效控制锈赤扁谷盗的为害。qPCR结果显示,与对照组相比,LD 30处理后的锈赤扁谷盗幼虫的CfCHS 1基因表达量提高了74.7%,CfCHS 2基因的表达量提高了27.4%,均差异显著(P<0.05)。CfCHS 1和CfCHS2基因表达量的上调,可能是几丁质合成酶受到了抑制,锈赤扁谷盗为了维持机体的稳定,提高几丁质合成酶基因的表达量,从而形成一种代偿性增加的反馈机制,由此推测定虫隆可能作用于几丁质合成酶。     

Two chitin synthases in Saccharomyces cerevisiae

Disruption of the yeast CHS1 gene, which encodes trypsin-activable chitin synthase I, yielded strains that apparently lacked chitin synthase activity in vitro, yet contained normal levels of chitin (Bulawa, C. E., Slater, M., Cabib, E., Au-Young, J., Sburlati, A., Adair, W. L., and Robbins, P. W. (1986) Cell 46, 213-225). It is shown here that disrupted (chs1 :: URA3) strains have a particulate chitin synthetic activity, chitin synthase II, and that wild type strains, in addition to chitin synthase I, have this second activity. Chitin synthase II is measured in wild type strains without preincubation with trypsin, the condition under which highest chitin synthase II activities are obtained in extracts from the chs1 :: URA3 strain. Chitin synthase II, like chitin synthase I, uses UDP-GlcNAc as substrate and synthesizes alkali-insoluble chitin (with a chain length of about 170 residues). The enzymes are equally sensitive to the competitive inhibitor Polyoxin D. The two chitin synthases are distinct in their pH and temperature optima, and in their responses to trypsin, digitonin, N-acetyl-D-glucosamine, and Co2+. In contrast to the report by Sburlati and Cabib (Sburlati, A., and Cabib, E. (1986) Fed. Proc. 45, 1909), chitin synthase II activity in vitro is usually lowered on treatment with trypsin, indicating that chitin synthase II is not activated by proteolysis. Chitin synthase II shows highest specific activities in extracts from logarithmically growing cultures, whereas chitin synthase I, whether from growing or stationary phase cultures, is only measurable after trypsin treatment, and levels of the zymogen do not change. Chitin synthase I is not required for alpha-mating pheromone-induced chitin synthesis in MATa cells, yet levels of chitin synthase I zymogen double in alpha factor-treated cultures. Specific chitin synthase II activities do not change in pheromone-treated cultures. It is proposed that of yeast's two chitin synthases, chitin synthase II is responsible for chitin synthesis in vivo, whereas nonessential chitin synthase I, detectable in vitro only after trypsin treatment, may not normally be active in vivo.     

特异腐质霉内切葡聚糖酶Ⅱ基因在毕赤酵母中的表达及酶学性质

【目的】在毕赤酵母中表达特异腐质霉Humicola insolens的中性内切葡聚糖酶Ⅱ,并对其性质加以研究。【方法】利用RT-PCR的方法,以特异腐质霉(Humicola insolens)NC3总RNA为模板,克隆到中性内切葡聚糖酶Ⅱ基因(egⅡ)的cDNA。将其插入表达载体pPIC9K,重组质粒经线性化后电击转化毕赤酵母(Pichia pastoris)菌株GS115。【结果】SDS-PAGE和酶活的检测结果均表明:egⅡ基因在毕赤酵母中成功表达。重组酶的部分酶学性质研究表明,该酶的最适反应温度为70°C,且在65°C以下具有较好的热稳定性。最适反应pH为6.5,在pH 6.0?7.0之间有较好的稳定性。【结论】用重组毕赤酵母可高效表达外源中性内切葡聚糖酶,为其今后在工业应用奠定了基础。