两个小麦14-3-3基因的特征、亚细胞定位及其对非生物胁迫的响应(英文)

为了探讨14-3-3基因在小麦逆境胁迫应答中的调控作用,利用RACE技术克隆了两个包含完整编码框的14-3-3基因(命名为Ta14R1和Ta14R2),其中Ta14R1 cDNA长999 bp,编码262个氨基酸,而Ta14R2 cDNA长897 bp,编码261个氨基酸。Ta14R1/Ta14R2-GFP融合载体瞬时表达结果显示,Ta14R1和Ta14R2蛋白均定位于细胞质和细胞膜,但不在叶绿体中。荧光定量PCR分析表明,Ta14R1和Ta14R2均在萌发1 d的胚芽鞘中表达量最高;在高温、低温、模拟干旱和ABA处理下,两个基因在小麦的根和叶中都受胁迫诱导而且显著上调表达,推测这两个14-3-3基因通过依赖ABA的非生物胁迫响应途径发挥作用,可能参与了小麦中高温、低温和干旱胁迫的耐受调节过程。     

异叶天南星苯丙氨酸解氨酶基因的克隆与蛋白结构分析

以异叶天南星(Arisaema heterophyllum Blume)为材料,采用逆转录PCR(RT-PCR)法扩增其苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanine ammonia-lyase,PAL)基因Ah PAL,获得该基因的开放读码框(ORF),并通过系统的生物信息学软件分析Ah PAL的结构和理化性质。结果显示,Ah PAL的ORF全长为2184 bp,编码727个氨基酸;Ah PAL与郁金香(Tulipa fosteriana W. Irving) PAL的亲缘关系最近,序列相似性达88%。空间结构模型分析结果显示,Ah PAL为同型四聚体,每个单体由3个结构域组成,其中MIO结构域含有PAL酶家族的保守序列和Ala-Ser-Gly三肽活性中心,是Ah PAL酶活性的决定性结构域。利用荧光定量PCR方法检测3个Ah PAL Unigene在根、块茎和叶中的表达情况,发现它们在根中表达量均最高,而在叶和块茎中表达较低。     

两个与盐和赤霉病菌胁迫相关的小麦糖基转移酶基因的克隆与表达

摘要: 在植物体内, 糖基转移酶通过参与多种物质的糖基化而在植物抗逆境方面起着重要作用。为了解小麦糖基转移酶基因响应病原菌和盐胁迫的分子机制, 文章分离了两个小麦糖基转移酶基因(TaUGT1, TaUGT2)。这两个基因均编码496个氨基酸, cDNA序列相似性为90％。它们均含有一个内含子, 分别为335 bp(TaUGT1)和324 bp(TaUGT2)。序列比对分析表明, TaUGT1和TaUGT2与尿苷二磷酸葡萄糖醛酸/尿苷二磷酸葡萄糖转移酶(UDP-glucoronosyl and UDP-glucosyl transferase)基因同源性最高, 且都含有PSPG(Putative secondary plant gly-cosyltransferase)保守结构域。Real-time PCR表达分析显示, TaUGT1受赤霉病菌抑制表达, 而TaUGT2受赤霉病菌诱导表达; 在高浓度NaCl胁迫下, TaUGT1和TaUGT2的相对表达量分别为对照的2.87及4.56倍, 差异达到极显著水平。以上结果表明, TaUGT2可能与小麦赤霉病抗性有关, 而TaUGT1和TaUGT2可能共同参与了小麦对盐胁迫的响应。     

异叶天南星苯丙氨酸解氨酶基因的克隆与蛋白结构分析

以异叶天南星（Arisaema heterophyllum Blume）为材料,采用逆转录PCR（RT-PCR）法扩增其苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine ammonia-lyase,PAL）基因AhPAL,获得该基因的开放读码框（ORF）,并通过系统的生物信息学软件分析AhPAL的结构和理化性质。结果显示,AhPAL的ORF全长为2184 bp,编码727个氨基酸;AhPAL与郁金香（Tulipa fosteriana W.Irving）PAL的亲缘关系最近,序列相似性达88%。空间结构模型分析结果显示,AhPAL为同型四聚体,每个单体由3个结构域组成,其中MIO结构域含有PAL酶家族的保守序列和Ala-Ser-Gly三肽活性中心,是AhPAL酶活性的决定性结构域。利用荧光定量PCR方法检测3个AhPAL Unigene在根、块茎和叶中的表达情况,发现它们在根中表达量均最高,而在叶和块茎中表达较低。     

香蕉枯萎病菌全局性调控因子FocVeA基因的克隆及功能预测

根据轮枝样镰刀菌(Fusa rium ve rticillioides)和藤仓镰刀菌(F.fujikuroi)veA同源基因相关序列设计引物,利用PCR与RT-PCR技术分别克隆了香蕉枯萎病菌2个生理小种的FocV eA基因序列和开放阅读框,同时对该基因的编码蛋白进行序列特征、系统发育与结构域分析。结果表明,2个生理小种的FocVeA基因(分别命名为F1VeA和F4VeA)的DNA片段全长分别为1 693 bp和1 690 bp,开放阅读框分别为1 599 bp和1 596 bp,分别编码532个和531个氨基酸。F1VeA和F4VeA基因预测氨基酸序列相似性均为9 9%,与G enBank中公布的Fusarium spp.veA基因氨基酸序列均有78%-99%相似性。系统聚类分析显示,F1V eA和F4VeA与GenBank中已登录的轮枝样镰刀菌(F.verticillioides)和藤仓镰刀菌(F.fujikuroi)等veA同源蛋白高度同源。蛋白质保守域搜索表明,FocVeA具有veA蛋白的功能域,属于veA蛋白家族的一员,推测该基因可能参与调控F.oxysporum f.sp.cubense的生长、毒素合成及致病性等。     

玉米自交系干旱应答基因的鉴定

为开发耐旱分子选择标记提供有用信息,用mRNA差异显示技术分离耐旱玉米自交系‘81565’在干旱胁迫与灌溉对照之间差异表达的基因,发现MD1、MD2和MD3三个在干旱胁迫下差异表达的片段。MD1和MD2为下调表达,MD3为上调表达。序列分析和同源性比对表明,MD1与编码成熟酶的玉米叶绿体基因matK有97％的相似性,MD2与极端耐旱植物Sporobolus stapfianus编码丝氨酸／苏氨酸蛋白磷酸酶的PP2C基因有99％的相似性,MD3与属精氨酸／赖氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶类的水稻metacaspase酶基因有99％的相似性。根据MD2片段序列,结合电子克隆和RT-PCR方法,克隆出一条1731bp的全长cDNA序列,它编码388个氨基酸。此氨基酸序列包含丝氨酸／苏氨酸蛋白磷酸酶2C的催化中心结构域,被认定为玉米PP2C基因族的新成员,命名为ZmPP2Ca。实时荧光定量PCR结果表明,在干旱胁迫下,ZmPP2Ca基因在3个耐旱自交系中呈下调表达,在2个不耐旱自交系中呈上调表达。     

小麦TaLEC1基因的克隆及其表达特性分析

为了探讨LEC1基因在小麦(Triticum aestivum L)非生物胁迫应答中的功能,该研究通过RT-PCR结合RACE技术克隆小麦TaLEC1基因,并采用qRT-PCR方法分析了该基因在小麦不同组织以及不同处理下的表达模式,为深入研究小麦LEC1基因在干旱、高温和高盐胁迫下的响应机制奠定基础。结果表明:(1)成功克隆到小麦TaLEC1基因,该基因cDNA序列全长为1 074 bp,其中5′端非编码区23 bp,开放阅读框为741 bp,3′端非编码区310 bp,编码246个氨基酸,具有典型的CBFD_NFYB结构域。(2)实时荧光定量分析显示,TaLEC1在不同组织间表达差异显著,10 d龄幼苗的叶中表达量最高。(3)TaLEC1基因可被植物激素ABA诱导而上调表达,属于ABA依赖型的表达调控通路。(4)PEG模拟干旱胁迫处理后的0.5～1 h,TaLEC1基因呈上调表达;42℃胁迫处理过程中,TaLEC1基因呈稳定上调表达趋势,并在胁迫处理后12 h和48 h时表达急剧上调,分别为对照的52.8倍和34.5倍;NaCl胁迫处理0.5 h时TaLEC1基因迅速上调表达。研究表明,小麦TaLEC1基因参与ABA依赖的胁迫响应,推测可能在小麦耐受高温胁迫和渗透胁迫过程中发挥着重要的脱水保护功能。     

香蕉苹果酸脱氢酶基因克隆及其逆境胁迫表达

从香蕉果实抑制差减文库中获得一条香蕉苹果酸脱氢酶基因片段,采用RACE技术获得全长,命名为MaMDH;MaMDH基因全长1 249bp,编码332个氨基酸。生物信息学分析预测其编码蛋白分子量约35 448Da,等电点为6.53。与已知植物苹果酸脱氢酶基因相比,氨基酸同源性均达92%。保守结构域分析发现,MaMDH基因具有NAD结合位点、苹果酸结合位点和二聚体结合位点。系统进化树比对分析表明,MaMDH与玉米和小麦的亲缘关系较近。MaMDH基因在乙烯利处理香蕉苗中上调表达;在盐、Al 3+胁迫和香蕉尖孢镰刀菌4号生理小种处理幼苗中先上调表达,后下调表达;在冷害胁迫幼苗中先下调表达,后上调表达;而在干旱胁迫、伤害胁迫幼苗中表达没有明显变化。研究表明,香蕉中的苹果酸脱氢酶基因具有响应生物胁迫和非生物胁迫能力,可能在香蕉适应衰老、盐、铝、低温胁迫和枯萎病菌侵染等逆境中发挥重要作用。     

小麦TaHDA19基因的克隆及胁迫表达分析

利用基因克隆技术从小麦(Triticum aestivum L.)品种‘科农199’中扩增得到一个RPD3/HDA1型组蛋白去乙酰化酶基因Ta HDA19,采用生物信息学方法对该基因序列的结构特征进行分析,并对植株不同组织及不同胁迫条件下该基因的表达量进行检测。结果显示:Ta HDA19的开放阅读框长1560 bp,共编码519个氨基酸;该基因的氨基酸序列存在组蛋白去乙酰化酶(HDAC)家族典型的结构域Hist-deacety1。该基因上游启动子区含有多种响应元件,如:光响应元件I-box和G-box,脱落酸响应元件ABRE和低温响应元件LTR等。‘科农199’Ta HDA19基因的表达结果表明:该基因在根、茎、叶片和幼穗中均有表达,其中在叶片中表达量最高;采用脱落酸、氯化钠和PEG分别处理植株0、1、3、6、12、24 h后,基因的表达水平出现差异;在对植株的12个生育时期进行35℃和42℃热胁迫处理1 h后,该基因表达量均出现上调。研究结果表明Ta HDA19可能在小麦响应非生物胁迫过程中发挥重要作用。     

欧李DAM5基因的克隆及表达分析

休眠相关MADS-box(DAM)基因在植物芽休眠诱导过程中发挥重要作用。该研究以欧李‘农大4号’不同阶段的芽为材料,利用PCR技术,克隆获得ChDAM基因。ChDAM基因全长705 bp,编码234个氨基酸。多序列比对与结构域分析发现,ChDAM基因编码的蛋白具有典型的MADS-box结构域和K-box结构域,其氨基酸序列与桃的DAM5蛋白相似性较高。启动子分析发现,ChDAM5基因的表达可能会受到低温和脱落酸的调控。实时荧光定量PCR分析发现,ChDAM5基因的表达随着休眠诱导进程逐渐升高。研究推测,ChDAM基因在诱导欧李芽休眠中发挥关键作用,为后续深入的代谢途径研究奠定了基础。     

大蕉苯丙氨酸解氨酶基因的克隆、鉴定和表达分析

为了研究苯丙氨酸解氨酶基因与大蕉(Musa ABB cv. Dongguandajiao)抗枯萎病的关系,利用 RT-PCR 和 RACE技术克隆了大蕉苯丙氨酸解氨酶基因全长 cDNA。此 cDNA 长 1 300 bp,包含一个长为 1 191 bp,编码 397 个氨基酸的完整开放阅读框(ORF),推导的氨基酸序列与水稻 PAL 基因氨基酸序列同源性达 89%,将此基因命名为 M-PAL。Southern杂交结果表明大蕉中存在一个包含 4-5 个 PAL基因的基因家族,将此基因克隆到大肠杆菌表达载体 pET32(a )中,表达的蛋白质分子量大小与推导的相一致,并且表达的蛋白质表现出 PAL 酶活性。对接种香蕉枯萎病菌 4 号生理小种(Fusarium oxysporumf. sp. cubense (FOC) race 4 )后大蕉叶片中 M-PAL基因的转录谱进行研究表明,在接种枯萎病菌后,M-PAL基因在叶片中的转录水平提高,因此推测 M-PAL基因的表达可能与香蕉枯萎病抗性相关。     

香蕉（‘威廉斯突变体’）苯丙氨酸解氨酶基因克隆、表达及酶活性分析

选用抗枯萎病突变体‘威廉斯突变体(Musa spp.AAA,Williams Mutant)'为试材,用RT-PCR技术从香蕉叶中克隆得到一个长为1 504 bp,编码501个氨基酸的苯丙氨酸解氨酶(PAL)基因cDNA序列.序列分析与其它植物PAL蛋白有较高同源性,尤其是麻疯树和柑橘属同源性高达93%.半定量PCR和酶活性测定被采用研究威廉斯突变体在接种枯萎病菌Fusarium oxysporum f. sp.cubense.roce 4(FOC4)茎中PAL表达的变化,结果显示茎中PAL活性呈规律性变化,且均高于同期对照,与其它植物相关研究结果类似,表明PAL与香蕉抗枯萎病密切相关.     

禾谷镰刀菌降解毒素基因Tri101的克隆和序列分析

禾谷镰刀菌Tri101基因编码的单端孢酶烯3-O-乙酰转移酶可通过加乙酰基的形式使禾谷镰刀菌产生的单族毒素(如DON)转变为较低的毒性。本研究利用RT-PCR技术从禾谷镰刀菌0623中扩增并克隆了Tri101基因的cDNA片段,测序结果表明,Tri101基因核苷酸序列阅读框架全长1356bp(GenBank序列号:GQ907236),编码451个氨基酸的多肽,推测分子量为49.45kD,等电点为5.14。氨基酸序列同源性比对结果表明,它与Kimura报道的禾谷镰刀菌Tri101氨基酸序列同源性最高,为99.56%,与其它13种镰刀菌的Tri101氨基酸序列的同源性分别为97.91%-75.68%。系统进化树分析结果表明,Fusarium graminearium0623与Fusarium sporotrichioides属于同一进化枝且与Fusarium asiaticum有较近的亲缘关系,而与F.oxysporum、F.moniliforme、F.nygamai、F.nisikadoi和F.decemcellulare的亲缘关系较远。     

鳜两种生长抑素受体cDNA全长克隆与组织表达

利用cDNA末端快速扩增(RACE)技术克隆了鳜(Siniperca chuatsi)脑中2种生长抑素受体(somatostatin receptor,SSTR2和SSTR3)cDNA全长序列。结果显示,鳜SSTR2 cDNA全长1 820 bp,含开放阅读框1 146 bp,编码382个氨基酸;SSTR3 cDNA全长1 874 bp,含开放阅读框1 458 bp,编码486个氨基酸。SSTR均由5个结构区域组成:N端、7个转膜区(TMD)、3个细胞外袢(ECLs)、4个细胞内袢(ICLs)和C末端。NJ系统进化树分析显示,鳜SSTR2和SSTR3分别形成相对独立的分支,两者间的氨基酸序列相似度为51.2%,表明它们是由不同基因编码而成。利用实时荧光定量RT-PCR技术检测了鳜SSTR2和SSTR3 mRNA的组织表达特征,它们均在多种组织中广泛表达,SSTR2 mRNA在肝中表达量最高,SSTR3 mRNA在胃中表达量最高。SSTR2、SSTR3表达差异反映它们可能参与不同生理调控作用。     

水稻氯离子通道蛋白基因的克隆及表达分析

从粳稻品种‘武进9998-3’中克隆到1个2 429 bp的cDNA片段,结构分析表明,其开放阅读框编码1个含有808个氨基酸残基的碱性蛋白,有11个疏水跨膜区、1个电压门控的氯离子通道、1个胱硫醚β-合酶结构域和3个与阴离子选择性有关的高度保守区。同源性分析结果显示,其与烟草、拟南芥和水稻‘日本晴’中的CLC蛋白相似程度均在50%以上;该基因导入ScCLC(Gef1)基因缺失的酵母突变株中可使其在NaCl或其他盐酸盐胁迫下的生长得到部分恢复。以上结果表明该cDNA片段是一个新的水稻氯离子通道蛋白基因,命名为OsCLC。Q RealTi me-PCR实验表明,该基因在水稻幼穗、旗叶、叶鞘、根、节、节间、叶、愈伤、芽点中均有基础水平表达,在根中表达最高;在盐胁迫24 h内,OsCLC表达明显上升随后下降,此变化趋势具有时间依赖性。由此说明此基因对盐胁迫产生响应,这为深入研究OsCLC的功能奠定一定的理论基础。     

球毛壳菌组蛋白H3基因克隆与特性分析

构建了球毛壳菌菌丝的cDNA文库,并获得了1410条ESTs序列,用里氏木霉(Hypocrea jecorina,AAM76068)和粗糙脉胞菌(Neurospora crassa,CAA25761)的组蛋白H3基因(Histone H3)蛋白序列对球毛壳菌(Chaetomium globosum)ESTs序列本地数据库进行tBlastn检索,获得了球毛壳菌组蛋白H3cDNA序列。cDNA序列全长739bp,开放阅读框411bp,编码136个氨基酸组成的多肽,蛋白分子量为15.4kD。BlastP同源性分析表明该基因与里氏木霉同源性最高为100%;与地钱(Marchantia polymorpha)同源性最低为95%。三级结构预测表明,该蛋白C端为球状结构域,而N端结构对其发挥调控作用起重要作用。该基因的cDNA序列及推测的氨基酸序列在GenBank登录(登录号分别为AY669068,AAT74576)。     

小麦Na+/H+反转运蛋白基因的克隆和特性

以水稻(Oryza sativa L.) Na+/H+反转运蛋白cDNA片段为探针,从小麦盐胁迫cDNA文库中筛选和克隆了2个小麦Na+/H+反转运蛋白基因,分别命名为TaNHX1 和 TaNHX2.序列分析表明TaNHX1为2 029 bp,包含一个完整的1 638 bp的ORF,编码546个氨基酸,其中含有DIFFIYLLPPI跨膜区.TaNHX2为1 693 bp,包含部分ORF及808 bp的3′-UTR.这2个基因与已知的水稻、拟南芥(Arabidopsis thialiana)和滨藜(Atriplex gmelini)中的同类基因NHX的相似性约为70%.RT-PCR分析表明小麦苗经400 mmol/L NaCl处理1 h后,TaNHX1的转录水平有所提高.     

The essential tyrosine-containing loop conformation and the role of the C-terminal multi-helix region in eukaryotic phenylalanine ammonia-lyases

Besides the post-translationally cyclizing catalytic Ala-Ser-Gly triad, Tyr110 and its equivalents are of the most conserved residues in the active site of phenylalanine ammonia-lyase (PAL, EC 4.3.1.5), histidine ammonia-lyase (HAL, EC 4.3.1.3) and other related enzymes. The Tyr110Phe mutation results in the most pronounced inactivation of PAL indicating the importance of this residue. The recently published X-ray structures of PAL revealed that the Tyr110-loop was either missing (for Rhodospridium toruloides) or far from the active site (for Petroselinum crispum). In bacterial HAL ( approximately 500 amino acids) and plant and fungal PALs ( approximately 710 amino acids), a core PAL/HAL domain ( approximately 480 amino acids) with >or= 30% sequence identity along the different species is common. In plant and fungal PAL a approximately 100-residue long C-terminal multi-helix domain is present. The ancestor bacterial HAL is thermostable and, in all of its known X-ray structures, a Tyr83-loop-in arrangement has been found. Based on the HAL structures, a Tyr110-loop-in conformation of the P. crispum PAL structure was constructed by partial homology modeling, and the static and dynamic behavior of the loop-in/loop-out structures were compared. To study the role of the C-terminal multi-helix domain, Tyr-loop-in/loop-out model structures of two bacterial PALs (Streptomyces maritimus, 523 amino acids and Photorhabdus luminescens, 532 amino acids) lacking this C-terminal domain were also built. Molecular dynamics studies indicated that the Tyr-loop-in conformation was more rigid without the C-terminal multi-helix domain. On this basis it is hypothesized that a role of this C-terminal extension is to decrease the lifetime of eukaryotic PAL by destabilization, which might be important for the rapid responses in the regulation of phenylpropanoid biosynthesis.     

甘蔗乙烯合成酶基因家族三个成员的克隆与序列分析

ACC（1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid）合成酶是高等植物乙烯生物合成途径中的限速酶.根据已克隆的植物ACS（1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid synthase）基因同源序列,设计简并引物,以甘蔗叶片总DNA为模板,通过PCR扩增,得到3条特异性强的扩增片段：Sc-ACS1为1 041 bp、Sc-ACS2为1 345 bp和Sc-ACS3为1 707 bp.将序列在GenBank核酸数据库进行同源性搜索,结果表明,3个片段均为ACS基因,推导编码的蛋白质序列分别包含326、242和310个氨基酸.其中,Sc-A CS1和Sc-ACS3同源性最高,核苷酸序列和蛋白质氨基酸序列分别有98%和96%同源,与禾本科植物玉米Zm ACS6、水稻OS-ACS2、毛竹等ACS基因家族也有很高的同源性,核苷酸序列同源性为88%-98%,蛋白质氨基酸序列同源性为73%-81%.甘蔗Sc-ACS2与水稻OS-ACS5在核苷酸和氨基酸序列上分别有91%和79%同源性,但与甘蔗Sc-ACS1和Sc-ACS3基因成员之间,氨基酸同源性分别只有45%和49%.系统进化分析表明,Sc-ACS1和Sc-ACS3基因与玉米Zm ACS6基因亲缘关系最近,而Sc-ACS2基因与水稻OS-ACS5基因亲缘关系最近.Southern杂交表明三基因在基因组中确实存在而且是多拷贝基因.三个片段已在GenBank数据库中注册,注册号分别为AY620985、AY620986和AY788919.