枸杞WRKY_2基因的克隆及组织表达分析

WRKY是调控果实发育的一类重要转录因子,在植物的生长发育调节、物质代谢调节等生理活动中发挥重要的作用。以宁夏枸杞果实为材料,利用RACE技术克隆枸杞WRKY基因,采用DNAMAN软件分析核酸和氨基酸序列,构建进化树;通过BLASTn和BLASTp进行相似性分析;采用ExPaSy的SOPMA和Phyre 2软件进行蛋白质二级结构预测与3D结构建模;利用qPCR方法检测Lb WRKY_2在果实发育不同时期、不同器官及不同组织的表达特性。结果显示:Lb WRKY_2基因(GenBank登录号为KU955318)开放阅读框1 055 bp,编码335个氨基酸。Lb WRKY_2蛋白二级结构预测发现不规则卷曲(random coil)结构所占比例最大,为43.28%;α螺旋(alpha helix)次之,比例为32.24%;延伸链结构(extended strand) 19.2%;β-转角(beta turn)最少,仅为5.28%。生物信息学分析显示Lb WRKY_2蛋白具有70个氨基酸残基组成的信号肽,与烟草(Nicotiana sylvestris XP 009798860.1)相似度74%、马铃薯(Solanum tuberosum XP 006339686.1)相似度74%、芝麻(Sesamum indicum XP 011093555.1)相似度48%。Real time QPCR结果显示,Lb WRKY_2在枸杞不同的器官中,表达存在差异,在花中的表达量达到最高值,且枸杞果实形成过程的每一阶段Lb WRKY_2都有表达,在果实发育第四阶段表达量最高;Lb WRKY_2在果实的不同组织中的表达量趋势为:果皮种子果肉,以上结果表明枸杞Lb WRKY_2调控枸杞果实生长发育。     

枸杞MADS-box1基因的克隆及组织表达分析

MADS-box转录因子是果实成熟调控网络中的关键因子之一,调控果实发育、成熟与开裂、花器官的形成、光合作用与营养代谢以及激素信号转导等生理活动.本研究以宁夏枸杞果实为材料,利用RACE技术克隆枸杞MADS-box1基因,通过BLASTN进行相似性分析;采用DNAMAN软件构建进化树;采用ExPaSy的SOPMA和Phyre 2软件进行蛋白质二级结构预测与3D结构建模;利用实时PCR方法分析Lb MADS-box1基因的时空表达变化规律.结果显示:LbMADS-box1基因(GenBank登录号为KU955318)全长788 bp,ORF(开放阅读框)741 bp,编码247个氨基酸.生物信息学分析显示LbMADS-box1蛋白包含一个MADS保守结构域和K-domain,属于SEP亚家族,具有26个丝氨酸位点,7个苏氨酸位点和4个酪氨酸位点,这37个位点为蛋白激酶信号级联放大时磷酸化点.二级结构预测发现α螺旋所占比例最大,为53.49％;不规则卷曲结构次之,比例为33.33％;延伸链结构占8.91％;beta turn(β转角)最少,仅为4.26％.qPCR结果显示LbMADS-box1基因在枸杞不同器官的表达具有特异性.在花中的表达量达到峰值在叶、茎中的表达量次之,在根中的表达量最小.在枸杞果实绿熟期、破色期、粉红期和红熟期发育过程中,LbMADS-box1表达量呈现逐步升高,与果实软化的趋势一致,表明LbMADS-box1转录因子可能参与调控枸杞果实成熟和软化.     

枸杞Lb_SPL12基因的克隆及表达分析

SPL(SQUAMOSA promoter-binding protein-like)是植物发育过程中特有的转录因子,SPL基因家族由多个成员组成.本研究通过RACE方法克隆到枸杞Lb SPL12转录因子的全长cPNA.研究结果表明,该cDNA基因的开放阅读框包含1 353 bp个碱基,编码450个氨基酸.Lb_SPL12蛋白的二级结构中含有无规则卷曲、α螺旋、延长链和β转角.氨基酸序列分析发现,不同物种的SPL12蛋白在氨基酸序列以及基序种类上具有较高的相似性.实时荧光定量PCR分析显示,Lb_SPL12基因在枸杞的花器官中表达,且在花药发育的小孢子发育时期表达量最高.亚细胞定位结果进一步证实了Lb_SPL12蛋白定位在细胞核中.初步推测,枸杞Lb SPL12转录因子可能在枸杞花器官发育过程中发挥了重要作用.本研究为进一步揭示枸杞Lb_SPL12的作用机制提供了分子基础.     

枸杞液泡膜H^+-转运焦磷酸酶基因LbVP1克隆及表达分析北大核心CSCD

液泡膜H^+-转运焦磷酸酶在调节植物生长发育和逆境胁迫应答中发挥重要作用。本研究在已构建的枸杞本地数据库中先进行VP基因电子克隆,然后结合RT-PCR方法克隆到一个枸杞液泡膜H^+-转运焦磷酸酶编码基因LbVP1,并对其序列结构、时空表达模式进行了初步分析。LbVP1开放阅读框全长2301 bp,编码766氨基酸残基。多序列比对显示该基因与拟南芥AVP基因相似性达87.9%,序列结构生物信息学预测和亚细胞定位实验表明,该基因具有液泡膜H^+-转运焦磷酸酶的保守结构域和跨膜区,可能在液泡膜发挥作用。荧光定量PCR结果显示,LbVP1在花、叶和不同发育阶段果实中存在时空表达差异,干旱胁迫处理下叶片和果实中该基因表达量与对照存在(极)显著差异(P<0.01,P <0.05)。研究结果将为阐明该基因在枸杞抗旱分子调控机制中的作用提供基础理论依据。     

枸杞液泡膜H~+-转运焦磷酸酶基因LbVP1克隆及表达分析

液泡膜H~+-转运焦磷酸酶在调节植物生长发育和逆境胁迫应答中发挥重要作用。本研究在已构建的枸杞本地数据库中先进行VP基因电子克隆,然后结合RT-PCR方法克隆到一个枸杞液泡膜H~+-转运焦磷酸酶编码基因LbVP1,并对其序列结构、时空表达模式进行了初步分析。LbVP1开放阅读框全长2301 bp,编码766氨基酸残基。多序列比对显示该基因与拟南芥AVP基因相似性达87.9%,序列结构生物信息学预测和亚细胞定位实验表明,该基因具有液泡膜H~+-转运焦磷酸酶的保守结构域和跨膜区,可能在液泡膜发挥作用。荧光定量PCR结果显示,LbVP1在花、叶和不同发育阶段果实中存在时空表达差异,干旱胁迫处理下叶片和果实中该基因表达量与对照存在(极)显著差异(P0.01,P 0.05)。研究结果将为阐明该基因在枸杞抗旱分子调控机制中的作用提供基础理论依据。     

枸杞脂肪酰基还原酶基因的克隆及表达分析

脂肪酰基还原酶基因广泛参与植物的脂类代谢过程,影响植物雄配子体花药发育以及表皮蜡酯合成等。本研究利用RACE方法从宁夏枸杞(宁杞1号)花药中克隆脂肪酰基还原酶LbMS2-2基因,开放阅读框全长1800bp,编码599个氨基酸,等电点为9.00。生物信息学分析表明,LbMS2-2蛋白定位于叶绿体中,该蛋白序列与茄科植物甜辣椒、烟草和马铃薯中的脂肪酰基还原酶表现出较高的序列相似性;实时荧光定量PCR显示,LbMS2-2基因在枸杞花器官中表达,且在枸杞花药发育的四分体时期、单核花粉时期和双核花粉时期表达量较高。原位杂交结果证实该基因只在花药绒毡层和小孢子中表达。亚细胞定位结果进一步验证LbMS2-2基因的叶绿体定位。以上结果表明,枸杞脂肪酰基还原酶基因是枸杞花器官发育过程中的重要基因。     

黑果枸杞和宁夏枸杞FT(Flowering Locus T)基因的克隆及表达分析

黑果枸杞(Lycium ruthenicum Murr.)和宁夏枸杞(Lycium barbarum L.)系茄科枸杞属植物,具有非常重要的药用价值。本研究通过挖掘黑果枸杞和宁夏枸杞的转录组数据克隆获得其开花关键基因FT(Flowering Locus T),分别命名为Lr FT和Lb FT,通过生物信息学方法分析两个蛋白质的氨基酸序列、功能域及其系统发育关系等;并通过实时定量PCR分析其在两种枸杞不同组织中的表达模式。研究结果表明:Lr FT和Lb FT均编码一个由173个氨基酸组成的蛋白质。蛋白序列分析表明:Lr FT和Lb FT序列相似度达98%,具有保守的PEBP(phosphatidylethanolamine-binding protein)结构域。系统进化分析表明:Lr FT和Lb FT与茄科植物番茄、烟草和马铃薯的FT亲缘关系较近。基因表达结果表明:Lr FT和Lb FT主要在叶片中表达,且在两种枸杞的叶片中表达量有一定的差异。本研究为今后黑果枸杞和宁夏枸杞开花相关功能基因的验证及分子育种奠定了一定的基础。     

枸杞Lb14-3-3c基因克隆及转化马铃薯的研究

在开花植物中,14-3-3蛋白对植物生长发育具有重要的调控作用。本试验利用逆转录PCR(RT-PCR)技术,从宁夏枸杞宁杞1号花药中克隆了一个14-3-3蛋白家族基因Lb14-3-3c。利用荧光定量PCR技术分析Lb14-3-3c基因在花药发育不同时期的表达特征,构建Lb14-3-3c基因的植物过表达载体pCambia1305.1-35s-Lb14-3-3c(+)及植物抑制表达载体pCambia1305.1-35s-Lb14-3-3c(-),继而经农杆菌介导法将过表达载体转化马铃薯紫花白幼茎,获得了阳性转基因马铃薯植株。结果表明,Lb14-3-3c基因编码的蛋白与番茄处于进化树同一分枝上,亲缘关系最近。荧光定量PCR分析表明,该基因在枸杞各器官都有表达,在雄蕊中的表达量最高。在花药发育的各个时期均表达,且在小孢子母细胞时期表达量最高。成功将外源基因Lb14-3-3c载入含强启动子CaMV35s的植物表达载体中,并将该基因的植物过表达载体转化马铃薯,通过表型观察与PCR阳性鉴定得到5株转基因植株,发现转基因植株长势优于野生型植株,苗期野生型与转基因型淀粉含量相差不大,结薯期和成熟期转基因型马铃薯的叶片淀粉含量均高于野生型,且差异显著。本研究为进一步探讨Lb14-3-3c基因对枸杞花药发育过程中淀粉供能的调控提供了参考依据,并且为阐明Lb14-3-3c基因在植物发育过程中的功能及枸杞的分子遗传改良提供了研究基础。     

枸杞花药发育基因LbMS2的克隆及表达分析

MS2(Male sterily2)类基因编码脂肪酰基还原酶,参与了花药绒毡层中脂类代谢过程。该研究以宁夏枸杞(‘宁杞1号’)为试验材料,采用RACE方法从枸杞花药cDNA中获得枸杞LbMS2基因。结果显示,LbMS2基因开放阅读框为1 782bp,编码593个氨基酸,等电点为8.98;生物信息学分析显示,LbMS2蛋白定位于叶绿体;LbMS2蛋白序列与茄科植物矮牵牛、茸毛烟草、马铃薯、番茄以及甜辣椒中的MS2蛋白表现出较高的序列相似性;实时荧光定量PCR结果显示,LbMS2基因具有器官表达特异性,只在枸杞花器官中表达,并且在枸杞花药发育的四分体时期以及单核花粉时期表达量最高。研究表明,LbMS2基因是枸杞花器官发育过程中的重要基因。     

小麦TaWRKY47基因的克隆与表达分析

为了探究小麦WRKY基因的功能,该研究采用RT PCR方法,在小麦叶片组织中克隆WRKY基因,并对其进行生物信息学和不同逆境胁迫下的表达分析。结果表明：(1)成功克隆得到1个小麦WRKY基因,命名为TaWRKY47。(2)TaWRKY47基因开放阅读框长度为900 bp,编码299个氨基酸,含有一个WRKY保守结构域和一个C₂HC锌指结构域,属于WRKY基因家族的第Ⅲ类成员。(3)亚细胞定位分析结果显示,TaWRKY47蛋白定位于细胞核。(4)荧光定量PCR结果表明,TaWRKY47基因在小麦根、茎、叶、雄蕊和雌蕊中均有表达,其中在雌蕊中表达量最高,且受低温、干旱、盐、ABA和H₂O₂等胁迫表达增强,推测TaWRKY47基因参与了小麦的逆境胁迫过程。该研究结果为进一步研究TaWRKY47基因功能与抗逆机制奠定了理论基础。     

辣椒CaWRKY8基因克隆及胁迫下的表达分析

为了揭示辣椒WRKY基因功能,以辣椒PI201234为实验材料,克隆得到WRKY基因全长1 647bp的cDNA序列,命名为CaWRKY8。生物信息学分析表明,该基因含有一个1 647bp完整开放阅读框(ORF),编码548个氨基酸残基。氨基酸序列分析显示,CaWRKY8编码的蛋白含有2个WRKY结构域,属于Group I。氨基酸序列比对结果表明,CaWRKY8与辣椒WRKY25、马铃薯WRKY、番茄基因组中预测的WRKY26、烟草基因组中预测的WRKY33和猕猴桃WRKY的氨基酸序列之间均具有高度的保守性。实时荧光定量分析表明,CaWRKY8受盐、高温、干旱和辣椒疫霉菌诱导表达;其中CaWRKY8的表达量在盐和干旱处理下3h达到峰值,分别是对照的2.38倍和121.10倍,在高温和疫霉菌处理下12h达到峰值,分别是对照的6.12和6.81倍。以上研究结果表明,CaWRKY8基因在辣椒响应胁迫进程中发挥着重要作用。     

巴西橡胶树HbWRKY1基因的克隆及转化烟草的初步研究

利用RACE结合RT-PCR技术,从巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)总RNA中扩增得到长度为1234 bp的WRKY基因cDNA全长编码序列。通过氨基酸同源性比对,该序列推导的氨基酸序列与蓖麻、白杨的WRKY同源性分别为79%和73%,表明分离的cDNA序列为橡胶树WRKY基因,命名为HbWRKY1。通过构建pCAMBIA1304-HbWRKY1植物表达载体,经农杆菌GV3101介导,将HbWRKY1基因导入烟草(Nicotiana tabacum)中,对所获得的潮霉素抗性烟草株系进行PCR鉴定。结果表明,HbWRKY1基因已整合到65株转基因植株中。干旱胁迫试验表明,HbWRKY1的过量表达可以明显提高转基因烟草对干旱胁迫的耐受能力。这说明WRKY基因与橡胶树抗旱能力之间存在一定的关系。     

玉米转录因子WRKY76克隆及抗纹枯病表达模式分析

玉米纹枯病是影响玉米产量和品质的重要病害之一。转录因子WRKY家族部分成员能够调控水杨酸和茉莉酸甲酯信号传递方式来激发防卫反应基因的表达。在NCBI上检索玉米中WRKY家族成员及拟南芥中抗病相关的WRKY家族成员,利用CLUSTAL X和MEGA5.05构建系统进化树,发现转录因子WRKY76可能参与玉米抗纹枯病的调控途径。该研究以玉米抗纹枯病材料R15和感病材料Ye478为对象,在玉米拔节期接种立枯丝核菌AG1-IA,首先分别于接菌前(对照)和接菌后1、2、4、6、12、24 h取叶鞘;然后分别进行水杨酸和茉莉酸甲酯胁迫处理,分别于处理前(对照)和处理后1、2、4、6、12 h取叶鞘,提取RNA,实时荧光定量PCR分析WRKY76转录因子基因在玉米叶鞘组织中不同胁迫条件下的差异表达。结果表明:在立枯丝核菌AG1-IA胁迫下,WRKY76转录因子基因在胁迫后1 h表达量达最大值,抗病材料R15的相对表达量高于感病材料Ye478且差异显著(P≤0.05);经水杨酸(Salicylic Acid,SA)处理,WRKY76在抗感材料中表达趋势相似,在感病材料掖478中,WRKY76被诱导而显著地上调表达,在抗病材料中,相对表达量峰值出现在胁迫后4 h,且相对表达量低于感病材料掖478。经茉莉酸甲酯(Methyl jasmine,Me JA)处理,WRKY76基因在感病材料中呈现下调表达趋势。WRKY76基因在1 h表达量为对照的0.6倍,其他调查时间点基本都在0.1~0.3之间。在抗病材料R15中,WRKY76基因表达呈现上升趋势,变化趋势不明显。这表明WRKY76转录因子基因能够被病原物、SA、Me JA诱导表达,可能参与植物抗纹枯病调控途径。     

Molecular cloning and characterization of a novel WRKY gene from Brassica chinensis

A new WRKY gene was cloned from Brassica chinensis by rapid amplification of cDNA ends (RACE). The full-length cDNA of BcWRKY was 1175 bp long and contained a 924-bp open reading frame (ORF) encoding a putative W-box-binding protein of 308 amino acids. The predicted BcWRKY protein was found to have a potential bipartite nuclear localization sequence (NLS-PB) in its N-terminal region followed by a WRKY DNA-binding domain. Bioinformatic analysis revealed that BcWRKY resembled other WRKY domain-containing proteins from Arabidopsis thaliana (AtWRKY18), tobacco (WIZZ), parsley (PcWRKY4), and wild oat (ABF2). Expression of the BcWRKY gene could be induced by salicylic acid (SA) and influenced by Pseudomonas syringae pv. tomato strain DC3000 infection and wounding treatment. Our study implies that BcWRKY might have similar functions possessed by other WRKY genes, such as inducing the expression of some defense-related genes and increasing plants’ disease resistance ability. Published in Russian in Molekulyarnaya Biologiya, 2006, Vol. 40, No. 5, pp. 816–824. The text was submitted by the authors in English.