盐生植物盐爪爪甜菜碱醛脱氢酶基因的克隆及在盐胁迫下的BADH 基因的表达

根据已发表的几种藜科植物甜菜碱醛脱氢酶(BADH) 基因的同源保守区设计了一对引物, 采用RT-PCR 方法从盐生植物盐爪爪( Kalidium foliatum) 中扩增出BADH 基因的1 个开放阅读框架, 其核苷酸序列长1 503 bp , 推测的氨基酸序列全长为500 个氨基酸残基。核苷酸序列与藜科几种盐生植物如滨藜、碱蓬、菠菜、山菠菜和甜菜等的同源性为81% , 与甜土植物水稻的同源性为69%。氨基酸序列与以上两类植物(盐生植物和甜土植物) 的同源性比对为80% 和71% , 说明BADH 基因在藜科盐生植物中是一种较高保守的基因。BADH 基因编码的多肽在高等植物中行使重要的功能。用不同浓度的NaCl 胁迫处理盐爪爪植株, BADH mRNA 的表达水平比对照植株高, 说明盐爪爪BADH 基因的表达受盐诱导, 间接说明甜菜碱醛脱氢酶催化合成的甜菜碱作为渗透调节的小分子物质, 它的积累与盐胁迫存在紧密关联, 本研究为进一步从生理和分子水平阐明盐爪爪的耐盐机制提供一定的参考。     

盐生植物盐爪爪甜菜碱醛脱氢酶基因的克隆及在盐胁迫下的BADH基因的表达

根据已发表的几种藜科植物甜菜碱醛脱氢酶(BADH)基因的同源保守区设计了一对引物,采用RT-PCR方法从盐生植物盐爪爪(Kalidium foliatum)中扩增出BADH基因的1个开放阅读框架,其核苷酸序列长1503bp,推测的氨基酸序列全长为500个氨基酸残基。核苷酸序列与藜科几种盐生植物如滨藜、碱蓬、菠菜、山菠菜和甜菜等的同源性为81%,与甜土植物水稻的同源性为69%。氨基酸序列与以上两类植物(盐生植物和甜土植物)的同源性比对为80%和71%,说明BADH基因在藜科盐生植物中是一种较高保守的基因。BADH基因编码的多肽在高等植物中行使重要的功能。用不同浓度的NaCl胁迫处理盐爪爪植株,BADHmRNA的表达水平比对照植株高,说明盐爪爪BADH基因的表达受盐诱导,间接说明甜菜碱醛脱氢酶催化合成的甜菜碱作为渗透调节的小分子物质,它的积累与盐胁迫存在紧密关联,本研究为进一步从生理和分子水平阐明盐爪爪的耐盐机制提供一定的参考。     

梭梭CMO基因的克隆与植物表达载体的构建

采用RT-PCR、RACE等方法从超旱生耐盐植物梭梭(Haloxylon ammodendron)中扩增出甜菜碱合成过程中的限速酶胆碱单加氧酶(CMO)编码基因的cDNA序列(命名为HaCMO),其开放阅读框为1 344 bp,推测的氨基酸序列全长为447个氨基酸残基.根据已获得的开放阅读框,构建重组植物表达载体pCAMBIA2300-HaCMO.HaCMO核苷酸序列与藜科几种盐生植物如菠菜(Spinacia oleracea)、山菠菜(Atriplex hortensis)、辽宁碱蓬(Suaeda liaotungensis)、盐角草(Salicornia europaea)和甜菜(Beta vulgaris)等的一致性均在74.5%以上,推导编码蛋白的氨基酸序列一致性均在73.5%以上,表明CMO编码基因在藜科植物中是一种比较保守的基因.研究结果为进一步从分子水平探明梭梭的抗旱、耐盐机制,挖掘并利用植物抗逆基因奠定了基础.     

盐穗木甜菜碱醛脱氢酶基因（BADH）的克隆及其在盐胁迫下的表达分析

根据我们实验室已发表的植物甜菜碱醛脱氢酶基因（BADH）的同源保守区设计引物,通过RT—PCR扩增获得了由1503个核苷酸组成的盐穗木BADH基因开放阅读框,推测该基因编码500个氨基酸,分子量约为54．49kDa的多肽。推测的盐穗木BADH氨基酸序列中包含一段甜菜碱醛脱氢酶中高度保守的十肽序列（VTLELGGKSP）以及与酶功能有关的半胱氨酸残基（Cys）。序列比对结果显示,盐穗木BADH与盐地碱蓬、中亚滨藜、盐爪爪以及菠菜等的核苷酸序列同源性在81％以上,与水稻的同源性也达到68％。半定量RT—PCR分析结果表明,盐穗木BADH基因的表达受盐胁迫诱导,推测BADH可能与盐穗木具有较强的耐盐能力有关。     

新疆3种藜科盐生植物NHX基因的克隆与序列分析比较

从新疆野生植物盐角草(Salicornia europaea)、盐爪爪(Kalidium foliatum)和盐穗木(Halostachys caspica)中分别克隆了约1.7kb的NHX基因cDNA片段,此片段均包含了NHX完整基因,三者之间有较高的同源性,盐角草NHX基因与盐爪爪NHX基因同源性达92.81%,盐角草与盐穗木同源性达92.19%,盐爪爪与盐穗木同源性达97.66%.它们与其它几种藜科盐生植物如滨藜、碱蓬、灰绿藜的NHX基因同源性也很高,达到80%以上,与拟南芥同源性也达到86%.此基因在植物尤其是藜科盐生植物中高度保守,其编码的功能性蛋白可能在影响植物耐盐中起作用.     

甘菊BADH基因cDNA的克隆及在盐胁迫下的表达

利用PCR、RT-PCR和PCR-RACE技术,从菊科植物甘菊(Dendranthema lavandulifolium)中克隆到2个甜菜碱醛脱氢酶(betaine aldehyde dehydrogenase,BADH)基因的同源基因,分别命名为DlBADH1和DlBADH2,GenBank登录号分别为DQ011151和DQ011152.DlBADH1的cDNA全长1821 bp,其开放阅读框编码503个氨基酸的蛋白质;DlBADH2全长1918 bp,编码506个氨基酸的蛋白质.两个基因核苷酸序列的同源性为97%,推导的氨基酸序列的同源性为98%.与已发表的其它植物BADH基因氨基酸序列的同源性在64%以上.在推导的氨基酸序列中,均含有醛脱氢酶所具有的高度保守的十肽(VTLELGGKSP)以及与酶功能有关的半胱氨酸残基(C).在推导的氨基酸序列的系统关系中,甘菊位于其它双子叶植物和单子叶植物之间,与其植物分类的系统关系相吻合.RT-PCR-Southern半定量表达分析表明,甘菊BADH基因家族中存在表达受盐诱导的成员.     

甘菊BADH基因cDNA的克隆及在盐胁迫下的表达

利用PCR、RT-PCR和PCR-RACE技术,从菊科植物甘菊(Dendranthema lavandulifolium)中克隆到2个甜菜碱醛脱氢酶(betaine aldehyde dehydrogenase,BADH)基因的同源基因,分别命名为DlBADH1和DlBADH2,GenBank登录号分别为DQ011151和DQ011152。DlBADH1的cDNA全长1821 bp,其开放阅读框编码503个氨基酸的蛋白质;DlBADH2全长1918 bp,编码506个氨基酸的蛋白质。两个基因核苷酸序列的同源性为97%,推导的氨基酸序列的同源性为98%。与已发表的其它植物BADH基因氨基酸序列的同源性在64%以上。在推导的氨基酸序列中,均含有醛脱氢酶所具有的高度保守的十肽(VTLELGGKSP)以及与酶功能有关的半胱氨酸残基(C)。在推导的氨基酸序列的系统关系中,甘菊位于其它双子叶植物和单子叶植物之间,与其植物分类的系统关系相吻合。RT-PCR-Southern半定量表达分析表明,甘菊BADH基因家族中存在表达受盐诱导的成员。     

甘菊BADH基因cDNA的克隆及在盐胁迫下的表达

利用PCR、RT—PCR和PCR—RACE技术,从菊科植物甘菊（Dendranthema lavandulifolium）中克隆到2个甜菜碱醛脱氢酶（betaine aldehyde dehydrogenase,BADH）基因的同源基因,分别命名为DlBADH1和DlBADH2,GenBank登录号分别为DQ011151和DQ011152。DlBADH1的cDNA全长1821bp,其开放阅读框编码503个氨基酸的蛋白质;DlBADH2全长1918bp,编码506个氨基酸的蛋白质。两个基因核苷酸序列的同源性为97％,推导的氨基酸序列的同源性为98％。与已发表的其它植物BADH基因氨基酸序列的同源性在64％以上。在推导的氨基酸序列中,均含有醛脱氢酶所具有的高度保守的十肽（VTLELGGKSP）以及与酶功能有关的半胱氨酸残基（C）。在推导的氨基酸序列的系统关系中,甘菊位于其它双子叶植物和单子叶植物之间,与其植物分类的系统关系相吻合。RT—PCR—Southern半定量表达分析表明,甘菊BADH基因家族中存在表达受盐诱导的成员。     

梭梭Na+/H+逆向转运蛋白基因克隆及分析

采用RT-PCR、RACE方法从超旱生、耐盐植物梭梭中扩增出Na+/H+逆向转运蛋白基因的开放阅读框架,其核苷酸序列长1 683bp,推测的氨基酸序列全长为560个氨基酸残基。含有多个物种Na+/H+逆向转运蛋白基因的高度保守序列氨氯砒嗪脒的结合位点(LFFIYLIPPI)。序列一致性分析结果显示,该cDNA片段与同科植物NHX基因的一致性为70%～80%,但与不同科植物的一致性较低,仅为60%,表明该基因在进化上存在多样性,但它们都具有氨氯砒嗪脒结合位点,对Na+具有高度专一性,对植物的耐盐性起着重要作用。     

菠菜甜菜碱醛脱氢酶基因的克隆和序列分析

以耐盐的菠菜mRNA为模板,经反转录合成甜菜碱醛脱氢酶(BADH)基因第一链cDNA。在人工合成的两端引物引导下,通过多聚酶链式反应(PCR),扩增获得双链cDNA。把重组有BADH基因的pUC19转化至E.coli DH5α菌株,亚克隆后测定了基因的全序列。所得到的BADH基因全长序列为1491bp,编码497个氨基酸。与文献报道的相比较,核苷酸序列同源性99.8％,氨基酸序列同源性达99.6％。在此基础上,构建了BADH基因的高等植物表达载体。     

Isolation of cDNA and enzymatic properties of betaine aldehyde dehydrogenase from Zoysia tenuifolia

We isolated cDNAs encoding betaine aldehyde dehydrogenase (BADH, EC 1.2.1.8) from the salt-tolerant Poaceae, Zoysia tenuifolia by polymerase chain reactions. Zoysia betaine aldehyde dehydrogenase 1 (ZBD1) is 1892bp long and codes for 507 amino acids. The deduced amino acid sequence of ZBD1 is 88% similar to the sequence of rice BADH. Ten cDNA clones were isolated from a cDNA Library of salt-treated Z. tenuifolia by using the ZBD1 fragment as a probe. The proteins coded in some clones were more homologous to BBD2, the cytosolic BADH of barley, than to ZBD1. To investigate their enzymatic properties, ZBD1 and spinach BADH were expressed in Escherichia coli and purified. The optimal pH of ZBD1 was 9.5, which was more alkaline than that of spinach BADH. ZBD1 was less tolerant to NaCl than spinach BADH. ZBD1 showed not only BADH activity but also aminoaldehyde dehydrogenase activity. The Km values of ZBD1 for betaine aldehyde, 4-aminobutyraldehyde (AB-ald), and 3-aminopropionaldehyde (AP-ald) were 291, 49, and 4.0 microM, respectively. ZBD1 showed higher specific activities for AB-ald and AP-ald than did spinach BADH.     

Betaine aldehyde dehydrogenase in sorghum.

The ability to synthesize and accumulate glycine betaine is wide-spread among angiosperms and is thought to contribute to salt and drought tolerance. In plants glycine betaine is synthesized by the two-step oxidation of choline via the intermediate betaine aldehyde, catalyzed by choline monooxygenase and betaine aldehyde dehydrogenase (BADH). Two sorghum (Sorghum bicolor) cDNA clones, BADH1 and BADH15, putatively encoding betaine aldehyde dehydrogenase were isolated and characterized. BADH1 is a truncated cDNA of 1391 bp. BADH15 is a full-length cDNA clone, 1812 bp in length, predicted to encode a protein of 53.6 kD. The predicted amino acid sequences of BADH1 and BADH15 share significant homology with other plant BADHs. The effects of water deficit on BADH mRNA expression, leaf water relations, and glycine betaine accumulation were investigated in leaves of preflowering sorghum plants. BADH1 and BADH15 mRNA were both induced by water deficit and their expression coincided with the observed glycine betaine accumulation. During the course of 17 d, the leaf water potential in stressed sorghum plants reached -2.3 MPa. In response to water deficit, glycine betaine levels increased 26-fold and proline levels increased 108-fold. In severely stressed plants, proline accounted for > 60% of the total free amino acid pool. Accumulation of these compatible solutes significantly contributed to osmotic potential and allowed a maximal osmotic adjustment of 0.405 MPa.     

甜菜碱醛脱氢酶(BADH)基因转化小麦及其表达

采用基因枪法将山菠菜甜菜碱醛脱氢酶 (BADH)基因导入小麦 (TriticumaestivumL .)品种 ,并且得以表达。该基因由玉米Ubi1启动子控制。在盐胁迫条件下 ,多数转基因植株叶片的BADH活性比受体亲本提高 1～ 3倍 ,部分植株相对电导率比亲本明显低 ,表明转基因植株的细胞膜在胁迫时有受损较轻倾向。PCR和Southern杂交分析证实外源BADH基因已插入小麦基因组 ,平均转化频率为 4.1%。     

甜菜碱醛脱氢酶(BADH)基因转化小麦及其表达

Betaine aldehyde dehydrogenase (BADH) cDNA cloned from Atriplex hortensis L. in the plasmid pABH9 containing maize ubiquitin promoter and bar gene was transferred into wheat (Triticum aestivum L.) by microprojectile bombardment with 4.1% of average frequency of transformation. From 300 young embryo calli bombarded with the plasmid, 24 transgenic plants were obtained showing BADH gene integration by both PCR and Southern blotting analysis. Among the 24 transgenic plants, 13 exhibited higher BADH activity than the control. Some transgenic plants grew normally with healthy roots on the medium containing 0.7% NaCl while the control plants had very poor roots and finally died.     

两种滨藜甜菜碱醛脱氢酶基因的克隆及序列分析

甜菜碱醛脱氢酶(Betaine aldehyde dehydrogenase,BADH)对非生物胁迫下植物渗透调节物质的合成和积累具有重要作用。分别从异苞滨藜和鞑靼滨藜两种盐生植物中分离到了BADH基因。序列分析表明,BADH全长均为1 507bp,编码501个氨基酸,两种BADH序列具有较高的相似性。甜菜碱醛脱氢酶的克隆为植物的基因转化及其功能分析奠定了基础。     

中亚滨藜甜菜碱醛脱氢酶基因的表达特性

根据已发表的几种植物的甜菜碱醛脱氢酶（BADH）基因的同源保守区设计了一对兼并引物,通过RT-PCR方法从中亚滨藜中扩增出BADH基因的近5′端序列,共395bp,与菠菜、山菠菜、甜菜、千穗谷、大麦的BADHcDNA相应片段的同源性较高。以此片段为探针,对中亚滨藜的基因组进行Southern杂交分析,证明该基因可能是单拷贝的。Northern印迹杂交结果表明NaCl250mmol/L处理的植株的BADHmRNA水平比对照植株约高2倍,说明中亚滨藜中BADH基因的表达受盐诱导。