水稻氮饥饿诱导基因的克隆与表达分析

为了解水稀(Oryza sativa L.)对氮饥饿反应的分子与基因背景,利用RaSH策略构建了水稻氮(N)饥饿诱导cDNA文库。通过反向Northern筛选该文库,获得氮饥饿诱导的18个功能已知基因和2个功能未知基因。这些已知基因涉及碳代谢、次生代谢产物合成、蛋白质分解代谢、激素代谢、信号转导、生长调控过程及转录因子。这些基因表现出不同的时空表达模式。研究结果表明了植物对氮饥饿反应涉及互相关联的多种生理与分子机理,提供了相关的一些基因信息。     

利用抑制性扣除杂交技术克隆水稻磷饥饿诱导基因

磷素是植物生长所必需的重要元素.在缺磷环境中,植物能够调节自身的形态、生理生化和基因表达水平来适应环境的变化.为研究水稻(Oryza sativa L.)耐低磷胁迫的分子机理,采用抑制性扣除杂交技术(SSH)构建磷饥饿诱导的水稻根系扣除cDNA文库.通过文库筛选和测序获得18个已知基因和47个功能未知基因.这些基因参与了不同的代谢过程,包括磷吸收和转运、信号传导、蛋白质合成和降解、碳水化合物代谢和胁迫反应.Northern杂交结果表明,在磷饥饿胁迫下这些基因呈现不同的表达模式,并且不同代谢过程中的基因对磷饥饿有着不同的反应.     

利用抑制性扣除杂交技术克隆水稻磷饥饿诱导基因

磷素是植物生长所必需的重要元素。在缺磷环境中,植物能够调节自身的形态、生理生化和基因表达水平来适应环境的变化。为研究水稻(Oryzn sativa L.)耐低磷胁迫的分子机理,采用抑制性扣除杂交技术(SSH)构建磷饥饿诱导的水稻根系扣除cDNA文库。通过文库筛选和测序获得18个已知基因和47个功能未知基因。这些基因参与了不同的代谢过程,包括磷吸收和转运、信号传导、蛋白质合成和降解、碳水化合物代谢和胁迫反应。Northern杂交结果表明,在磷饥饿胁迫下这些基因呈现不同的表达模式,并且不同代谢过程中的基因对磷饥饿有着不同的反应。     

氮磷饥饿诱导的水稻糖转运体基因的cDNA克隆和鉴定

运用快速扣除杂交 (RaSH)方法构建了水稻氮饥饿诱导的cDNA文库。从该文库获得了一个cDNA克隆OsNSI1 (Oryzasativanitrogenstarva tion inducible 1 )。该全长cDNA编码 5 77个氨基酸 ,蛋白分子量为 6 1 .2kD。推测得出的氨基酸序列与其他物种的糖转运体有很高的同源性。水合性分析表明OsNSI1包含有 1 2个跨膜区域和一个中心亲水环。这些数据提示OsNSI1是一个糖转运体蛋白。Southern印迹分析表明OsNSI1是一个单拷贝基因。Northern印迹分析表明OsNSI1主要在叶及根中表达 ,氮、磷饥饿能强烈诱导其表达增强     

受褐飞虱取食的水稻幼苗的抑制消减cDNA文库的构建及筛选

采用抑制消减杂交方法,以褐飞虱取食32h的水稻幼苗及未受褐飞虱取食的水稻幼苗为作为对比材料构建了消减cDNA文库,以分离水稻幼苗中褐飞虱应答基因。随机从消减cDNA文库中挑选16个白色菌落提取质粒,进行PCR扩增,发现插入片段的长度位于100～900bp之间。以在受褐飞虱取食的水稻幼苗中特异表达的基因(BpHi008A)为探针,通过斑点印迹分析发现在抑制消减后的cDNA池中,目的基因得到有效富集。利用反向总RNA斑点印迹分析和Northern杂交验证,从消减cDNA文库中筛选到了25个基因受褐飞虱取食的诱导。其中有17个克隆与编码已知功能蛋白的基因有显著的同源性,它们分别参与蛋白质的折叠与降解、蛋白质与蛋白质的相互作用及信号传递、脂类代谢、胁迫反应、物质运输和细胞生长等。总体上,参与胁迫反应和衰老的基因在褐飞虱取食后表达增强。     

白叶枯病菌胁迫下云南普通野生稻SSH文库的构建及抗病相关基因分析

以云南普通野生稻为材料,利用抑制差减杂交技术（SSH）,构建了白叶枯病菌胁迫的云南普通野生稻特异表达基因的差减文库.通过对文库所有阳性单克隆进行测序,聚类分析后共获得494条高质量的表达序列标签（EST）.经过BlastN分析,有417条与已知功能的序列有较高同源性;经BlastX分析,有104条EST与未知功能蛋白或假定蛋白有较高相似性,49条EST未能找到同源匹配,341条EST与已知功能蛋白有较高同源性.初步分析发现,这些基因主要涉及能量代谢、蛋白质代谢、核酸代谢、防御与抗逆应答反应、信号转导、光合作用及膜运输等代谢过程.使用半定量RT-PCR研究了7个可能与白叶枯病抗性相关的EST序列在云南普通野生稻对照和白叶枯病菌处理的叶片中的表达情况,并获得这些基因的表达谱.结果发现,克隆编号为OR7,OR68和OR826的EST受白叶枯病菌胁迫诱导上调表达,其中OR826 EST在蛋白数据库中无同源序列,可能是一类新的白叶枯病抗性基因,而组成型表达的OR143 EST在对照和接菌处理的叶片中均能检测到其mRNA的表达,但其表达量在白叶枯病菌胁迫48 h后逐渐增强,推测这些基因直接参与了云南普通野生稻抗病防御反应.本研究为从云南普通野生稻中发掘和克隆新的白叶枯病抗性基因提供了理论依据,为进一步研究云南普通野生稻抗白叶枯病的分子机制奠定了基础.     

大白菜霜霉菌诱导抑制性消减杂交cDNA文库的构建和分析

以抗霜霉病大白菜双单倍体系（DH）‘T12-19’为材料,构建了霜霉病诱导表达的正向抑制性消减文库,并利用反向Northern斑点杂交技术对768个阳性克隆进行了筛选,共获得57个病原菌诱导上调表达的克隆。测序后得到55条通读表达序列标签（ESTs）,对这些ESTs序列进行聚类和拼接分析,共获得50个unigenes。Blast分析表明,37个unigenes与已知基因高度同源,占全部非重复序列的67.3%。对已知功能基因按MIPS的分类方法进行功能分类,发现这些基因的功能主要涉及物质与能量代谢、转录调控、蛋白质合成与代谢、膜及转运、信号转导、抗病防御等。为了验证文库筛选结果的可靠性,采用实时荧光定量PCR技术分析了其中2个克隆BFCH10和BFIA7的表达谱。结果表明,这2个克隆在接种病菌6h后明显上调表达,与反向Northern斑点杂交结果基本一致。     

通过cDNA微阵列鉴定水稻(Oryza sativa L.) 盐胁迫应答基因

利用水稻耐盐品种兰胜构建了一个高质量的cDNA文库以鉴定水稻盐胁迫应答基因, 从cDNA文库中提取约15000个质粒, 并用Biomek 2000 高密度点阵系统或手工操作, 将这些质粒点于尼龙膜上. 通过这种方法鉴定了30个盐应答基因, 对其中的12个基因通过Northern杂交进行表达分析, 确证了cDNA微阵列的杂交结果. 30个基因中, 18个基因受盐诱导, 另外12个基因受盐抑制, 其中27个在GenBank数据库中有同源序列. 根据功能, 这些基因大致可以分为5类：光合作用相关基因、物质运输相关基因、代谢相关基因、耐逆相关基因以及其他未分类的基因. 研究结果表明, 盐胁迫影响了植物生长发育的多个方面, 其中有些基因可能在植物体的耐盐过程中具有重要作用.     

日本血吸虫期别差异表达基因文库的构建及分析

为从期别差异表达基因分析入手研究血吸虫的生长发育机制,应用抑制性消减杂交 (suppressed subtractive hybridization , SSH) 技术首次构建了日本血吸虫尾蚴、虫卵和成虫的期别差异表达基因文库 . 经消减效率分析和三种文库克隆的 EST 的期别差异性鉴定,表明所建文库质量较高,为在整个基因组水平分离血吸虫的差异表达基因提供了重要材料 . 由三个文库选择 257 个插入片段大于 500 bp 的克隆测定了 EST 序列 . 同源性分析结果表明 257 个 EST 代表 182 种血吸虫基因,其中有 22 种为血吸虫已知基因,有 128 种为血吸虫已知 EST ,有 32 种为新发现的血吸虫基因 . 对 EST 编码蛋白的功能预测结果显示：尾蚴消减文库的基因多与运动、能量代谢、转录调节及致病性相关;虫卵消减文库的基因可能参与信号转导、细胞粘附、蛋白质和碳水化合物的代谢以及抗氧化反应;成虫消减文库的基因多参与蛋白质的合成、转运及分解代谢,参与虫体的运动等 . 大规模分离、分析血吸虫期别差异表达基因将对从分子水平去解读血吸虫的生长发育机制,筛选高效疫苗候选抗原、药物靶标及诊断制剂有重要意义 .     

低温诱导蛋白在拟南芥花药晚期的转录组分析

本研究以对照(22℃)和冷胁迫(4℃)处理24 h的拟南芥9~14期花药为材料,分别构建两个c DNA文库并使用Illumina技术进行了转录组测序。获得了拟南芥9~14期花药的25 349个unigene(c DNA序列),其中低温诱导上调基因1 804个,下调基因1 550个。通过Gene Ontology(GO)功能和Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes(KEGG)代谢途径网络分析显示低温诱导上调基因主要富集在刺激应答通路,低温诱导下调基因主要富集在离子运输通路。同时发现拟南芥9~14期花药在低温处理后有1 708个基因被诱导,796个基因被完全抑制,低温诱导基因主要与植物的胁迫应答和脂代谢途径相关,低温抑制基因主要与蛋白质代谢相关,其中有些基因参与了植物的生殖发育。植物低温应答反应是一个涉及多基因、多信号途径的复杂过程,低温对花药的调控有其特异性,这些结果可为研究花药在冷胁迫环境下的刺激应答提供了一定的参考依据。     

Revealing different systems responses to brown planthopper infestation for pest susceptible and resistant rice plants with the combined metabonomic and gene-expression analysis

Brown planthopper (BPH) is a notorious pest of rice plants attacking leaf sheaths and seriously affecting global rice production. However, how rice plants respond against BPH remains to be fully understood. To understand systems metabolic responses of rice plants to BPH infestation, we analyzed BPH-induced metabolic changes in leaf sheaths of both BPH-susceptible and resistant rice varieties using NMR-based metabonomics and measured expression changes of 10 relevant genes using quantitative real-time PCR. Our results showed that rice metabonome was dominated by more than 30 metabolites including sugars, organic acids, amino acids, and choline metabolites. BPH infestation caused profound metabolic changes for both BPH-susceptible and resistant rice plants involving transamination, GABA shunt, TCA cycle, gluconeogenesis/glycolysis, pentose phosphate pathway, and secondary metabolisms. BPH infestation caused more drastic overall metabolic changes for BPH-susceptible variety and more marked up-regulations for key genes regulating GABA shunt and biosynthesis of secondary metabolites for BPH-resistant variety. Such observations indicated that activation of GABA shunt and shikimate-mediated secondary metabolisms was vital for rice plants to resist BPH infestation. These findings filled the gap of our understandings in the mechanistic aspects of BPH resistance for rice plants and demonstrated the combined metabonomic and qRT-PCR analysis as an effective approach for understanding plant-herbivore interactions.     

Isolation and characterization of triacontanol-regulated genes in rice (Oryza sativa L.): possible role of triacontanol as a plant growth stimulator

Triacontanol (TRIA) is a saturated long-chain alcohol that is known to have a growth promoting activity when exogenously supplied to a number of plants. In this study, dry weight, protein and chlorophyll contents of rice seedlings were increased by foliar application of TRIA. Leaf net photosynthesis rate (Pn) was increased very quickly and persistently at a given photon flux density (PFD). The TRIA-regulated genes in rice were isolated from cDNA library by differential screening with probes generated from the forward- and reverse-suppression subtractive hybridization (SSH) populations and confirmed by Northern blot. Sequence analysis revealed that most of the up-regulated genes encoded the photosynthetic and photorespiratory proteins. Two down-regulated genes were identified as those encoding an ABA- and stress-related protein and a wounding-related protein. These results suggested that TRIA up-regulated the photosynthesis process and suppressed stresses in rice plants. Time-course profiles of expression of rbcS isogenes suggested the complex mechanisms involved in the regulation of photosynthesis promoted by TRIA.     

谷氨酰胺合成酶基因GS1和GS2的高效表达增强转基因水稻对氮素缺乏的耐性

构建了同时含有胞质谷氨酰胺合成酶(GS1)cDNA和叶绿体谷氨酰胺合成酶(GS2)cDNA的植物表达载体p2GS,通过农杆菌介导法用它们转化了水稻品种"中花10号"的成熟胚愈伤组织,经潮霉素(Hyg)筛选培养及分化再生,获得了抗Hyg的转基因水稻植株.PCR和基因组Southern杂交分析结果证明,GS1和GS2基因均已经整合到转基因水稻的基因组内.Northern杂交实验结果证实,GS1和GS2基因在转基因水稻的转录水平上得到了有效表达.在以0.7 mmol/L的(NH4)2SO4取代了其中氮成分的MS培养基上测试植株生长量,结果表明转基因植株鲜重增长量显著高于对照,证明高效表达GS增强了转基因水稻对土壤氮素缺乏的耐性.