农作物钾离子通道基因的生物信息学分析

以AtAKT1所编码的氨基酸序列为检索序列,通过对GenBank NR数据库以及EMBL、DDBJ、PDB数据库进行检索,发现水稻、小麦、大麦、玉米、烟草等作物中具有cds全长的34个疑似K~+通道基因.其中:水稻7个,玉米6个,烟草4个,马铃薯、胡萝卜、大麦各3个,葡萄、番茄各2个,蚕豆、小麦、油菜、甜瓜等各1个;有25个基因经过功能验证确定为K~+通道基因.利用比较基因组学,将剩余的9个基因确定为K~+通道基因.对34个K~+基因进化关系的分析表明,与AtAKT1的同源性较高的K~+通道基因为马铃薯的SKT1(相似性71%)、番茄的LKT1(相似性71%)、胡萝卜的DKT1(相似性69%)、烟草的NKT1(相似性62%).     

烟草乙烯转录因子ERF基因NtTOE3的克隆、载体构建及表达分析

ERF（Ethylene-responsive factor）是一类具有AP2特征结构域的乙烯应答转录因子,在响应植物的逆境胁迫应答中起关键作用。为明确ERF家族成员TOE3在烟草中的生物学功能和调控机制,同源克隆普通烟草K326中NtTOE3基因cDNA全长,利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）表征基因表达模式,结合生物信息学分析,对基因功能和调控机制进行初步预测。结果表明,该基因全长1 356 bp,编码451个氨基酸残基,预测分子量为49.84 ku。生物信息学分析表明,该蛋白是一个亲水蛋白,可能定位在细胞核,且与美花烟草（Nicotiana sylvestris）NsTOE3有96%的同源性,故命名为NtTOE3。组织表达分析发现,该基因在烟草根、茎、叶、花中均有表达,其中茎中表达量最高。逆境胁迫试验表明,该基因能快速响应低钾、高盐、干旱、H₂O₂、ABA和4℃等逆境处理。表明NtTOE3转录因子在烟草非生物胁迫中起着重要调节作用。     

基于转录组测序的花烟草低温胁迫响应转录因子挖掘

为了鉴定参与花烟草低温胁迫的转录因子,对花烟草幼苗进行了4℃低温处理,并在处理后12 h采集其幼苗样本,提取总RNA后,采用高通量测序技术,进行了转录组测序。在对差异表达基因进行GO及KEGG分析的基础上,对参与其中的转录因子进行了挖掘,并采用qRT-PCR的方法,对转录组测序的结果进行了验证。结果表明,低温处理后,花烟草基因表达量变化在2倍以上的基因有8388个(P<0.01),其中,上调表达4229个,下调表达4159个。这些差异表达基因的功能归类于生物过程、细胞组分及分子功能3大类69个GO条目,并显著富集在40条KEGG代谢通路中。同时,在低温胁迫下,花烟草有118个转录因子的表达发生了显著改变,其中,上调表达82个,下调表达36个。这些转录因子属于28个家族,其中,数量最多的为NAC家族19个,其次为ERF家族16个、MYB家族15个、WRKY家族15个。本研究的结果为花烟草低温响应分子机制的研究提供了借鉴。     

烟草NtCBL1基因的克隆、表达载体构建及表达分析

CBL是一类Ca²⁺感受蛋白,在植物适应或抵制逆境胁迫的过程中发挥重要的作用。从烟草品种K326中克隆到了一个CBL1的同源基因,该序列包含了一个642 bp的开放阅读框,编码一个由213个氨基酸残基组成的蛋白,预测分子量为24.5 kDa,等电点为5.03。同源性分析结果显示,该基因与林烟草CBL1、甜辣椒CBL1等具有较高的同源性,故命名为NtCBL1。生物信息学分析表明,NtCBL1具有CBL家族保守的EF-hand钙结合结构域。组织表达分析发现该基因在成熟期的根、茎、叶、花中均有表达,在根中的表达量最高。逆境胁迫实验表明,该基因表达受低钾、高盐、干旱、ABA和低温诱导调控,参与烟草生物与非生物逆境胁迫的响应。并成功构建了NtCBL1-pBI121过表达载体。研究结果为解析NtCBL1在响应逆境胁迫的功能奠定一定理论基础。     

马铃薯bHLH转录因子家族全基因组鉴定与表达分析

对马铃薯bHLH转录因子进行全基因组鉴定与表达模式分析,为其生物学功能研究提供借鉴。基于马铃薯基因组数据库和Pfam数据库,运用HMMER对马铃薯bHLH家族成员进行全基因组鉴定,剔除冗余序列后,利用ExPASy和MEME软件对候选序列进行基本理化性质及保守元件分析,并使用MEGA-X软件进行聚类分析;用MG2C和TBtools软件分别绘制染色体定位图和表达模式图。结果表明,从马铃薯基因组数据库中共检索出108个bHLH转录因子,其氨基酸数目为62-694个,分子量为7 527.78-75 939.94 Da,理论等电点为4.55-10.40。这些bHLH转录因子分布在马铃薯的12条染色体上,均具有典型的HLH结构域,可划分为16个亚族。基因表达模式分析表明,马铃薯bHLH家族成员具有组织表达特异性,多数响应盐、甘露醇、生长素、脱落酸、赤霉素及热等胁迫。马铃薯全基因组包括108个高度保守的bHLH基因家族成员,其表达具有组织特异性,并且响应非生物胁迫的诱导。     

高等植物K+吸收转运蛋白及其分子调节

K 在植物的生命活动中发挥着十分重要的作用。植物对K 的吸收,可分为高亲和吸收与低亲和吸收。在分子水平上,高亲和吸收主要由KUP/HAK/KT及HKT家族的K 转运蛋白来承担;而Shaker、KCO等家族的K 通道蛋白,则主要在植物的低亲和吸收中发挥重要作用。AKT1、HAK5及其在植物中的同源基因在高等植物K 吸收转运中占有举足轻重的地位。KUP/HAK/KT家族基因的调节,主要是转录水平的调节,而K 通道蛋白的调节则可能主要是一种翻译后调节。植物的蛋白激酶通过磷酸化K 通道蛋白来调节通道的活性,从而改变K 的吸收特性。本文综述了高等植物K 吸收运转及调节的分子机制研究方面的最新进展,并对研究的前景进行了展望。     

不同烤烟基因型钾离子通道特性研究

通过对4个不同钾营养效率的烤烟品种的根皮层细胞质膜内向跨膜钾电流进行全细胞记录,研究钾营养效率不同的烤烟基因型的钾离子通道的特性。结果表明,NC89的电流密度(pA/pF)最高,约为-80;其次是农大202及净叶黄,其电流密度分别为-60及-50;NC2326的电流密度在四个基因型中最小,大约-40。结果表明,烤烟根皮层细胞质膜跨膜内向钾电流的大小,与基因型对K+亲和力及吸收能力的大小,以及烤烟基因型钾营养效率高低有着密切的关系,可以作为一个比较可靠的参考鉴定指标,指导K+营养高效的基因型的筛选与鉴定。     

花烟草NaNHX1基因的克隆及其在非生物胁迫下的表达模式

植物NHX家族基因,在植物的生长发育以及生物与非生物胁迫的应答反应中发挥着十分重要的作用。为了探究花烟草Na+/H+逆向转运蛋白的生理功能,为花烟草耐盐分子机制的研究提供参考。采用同源克隆的方法进行基因克隆,对花烟草进行非生物胁迫,并运用qPCR的方法进行基因表达模式分析。结果表明,从花烟草(Nicotiana alata)中克隆了一个属于Na+/H+逆向转运蛋白家族的基因NaNHX1。该基因的开放阅读框全长为1 599 bp,编码了532个氨基酸残基。生物信息学分析结果表明,该基因编码的蛋白分子量为58.4 kD,等电点为5.66;具有Na+/H+逆向转运蛋白家族典型的保守结构域NhaP2;该蛋白属于疏水性蛋白,包含10个跨膜区。NaNHX1基因主要定位于细胞质膜,并含有多个磷酸化位点。同源性分析的结果显示,NaNHX1基因与美花烟草(Nicotiana sylvestris)、茸毛烟草(Nicotiana tomentosiformis)以及番茄(Solanum lycoperisicum)NHX基因的亲缘关系最近,而与拟南芥的NHX基因同源性最低。NaNHX1基因的表达具有组织表达特异性,花中表达量最高,茎中次之,根和叶中表达量较低。在高盐、干旱、低温、ABA、低钾及H2O2等非生物胁迫下,NaNHX1的表达呈现3种不同的表达模式。其中,对高盐及低钾胁迫的响应强烈。本研究的结果表明,NaNHX1基因属于Na+/H+逆向转运蛋白家族,可能参与了花烟草高盐和低钾胁迫,以及其它非生物胁迫响应在内的众多生理过程。     

花烟草NaERF1基因的克隆及在非生物胁迫下的表达模式分析

AP2/ERF类转录因子,是植物所特有的最大的一类转录因子家族,在植物的生长发育过程中,扮演着重要的角色。探究花烟草ERF转录因子的生理功能,为花烟草抵御逆境的分子机制研究提供借鉴。采用同源克隆的方法进行基因克隆。通过对花烟草进行非生物胁迫,运用qPCR的方法进行基因表达模式分析。从花烟草(Nicotiana alata)中克隆了一个属于ERF家族的基因NaERF1。该基因的开放阅读框全长为819 bp,编码了272个氨基酸。生物信息学分析结果表明,该基因编码的蛋白分子量为30.7 kD,等电点为6.07;具有AP2/ERF类转录因子家族典型的保守结构域;该基因主要定位于细胞质内,并含有多个磷酸化位点。同源性分析的结果显示,NaERF1基因与茄科植物的ERF同源性较高,并且与普通烟草的ERF亲缘关系最近。NaERF1基因的表达具有组织表达特异性,花中表达量最高,茎中次之,根和叶中表达量较低。同时,在高盐、干旱、低温、ABA、低钾及H2O2等非生物胁迫下,NaERF1的表达呈现5种模式。其中,对低钾及ABA胁迫的响应强烈。NaERF1基因属于AP2/ERF类转录因子,可能广泛参与了花烟草包括非生物胁迫响应在内的众多生理过程。