In Vitro Assays of Processive Myosin Motors

Myosin V is an actin-based motor thought to be involved in vesicle transport. Since the properties of such a motor may be expected to differ from those of muscle myosin II, we have examined myosin V-driven movement using a combination of gliding filament and optical trap assays to observe single molecules with high resolution. The results clearly demonstrate that brain myosin V is a highly efficient processive motor. In vitro motility assays at low myosin V densities reveal apparent single-molecule supported movement. Processive stepping was also observed in optical trapping assays of myosin V-driven motion. Here the methods that were used to demonstrate the processivity of myosin V are described. These methods include density-dependent assays that eliminate the possibility of aggregation or chance colocalization of multiple motors being responsible for apparent single-molecule motility. Such assays will be useful tools for identifying other processive classes of myosins.     

DIF-Resistant Expression of a Prespore-Specific Gene in Dictyostelium in Vitro Development

In submerged culture, the prespore-specific gene, D19, of Dictyostelium discoideum was found to be expressed in the early stages of development, even in the presence of 1 nM of DIF-1 (stalk differentiation inducing factor). This concentration of DIF-1 later caused the degradation of the previously accumulated D19 mRNA concomitant with the induction of the prestalk-specific genes ecmA/ecmB and eventually 85% of cells differentiated into stalk cells. These results suggest that prespore differentiation occurs at least transiently even in the presence of DIF-1.     

番茄SlTpx原核表达蛋白的体外功能分析*

H₂O₂是一种重要的信号分子,参与植物体内多种生理代谢活动,但过量的H₂O₂破坏生物大分子,从而使细胞受到毒害。硫氧还蛋白过氧化物酶(thioredoxin peroxidase,Tpx)通过清除H₂O₂在保护植物免受氧化损伤方面起着重要作用。为进一步研究番茄Tpx基因(SlTpx)的功能,构建了番茄SlTpx原核表达载体,并诱导和纯化了SlTpx蛋白,发现该蛋白质大小约为21 kDa。为检测SlTpx的抗氧化功能,通过体外的混合功能氧化酶(MFO)实验、过氧化氢清除实验和SlTpx蛋白体外抗重金属和H₂O₂实验,证明SlTpx可以保护DNA不受有害活性氧切割,并且提高大肠杆菌抵抗重金属和H₂O₂胁迫的能力。为揭示SlTpx在植物中的功能和作用机制奠定基础。     

Gene Expression Analysis

The response of cells to extracellular signals usually requires altered expression of many genes, possibly including several distinct metabolic pathways. In some cases, only a subset of genes involved in such responses are known, which requires techniques to analyze changes in the expression of multiple genes, both known and unknown. Three techniques, two‐dimensional gel electrophoresis, differential display, and gene discovery arrays, provide opportunities for measuring changes in gene expression levels, as well as for identifying novel gene products.     

基因表达的连续分析技术

基因表达的连续分析技术是一种能对某一细胞群或特定的微解剖结构基因表达做全面分析的技术。本文就基因表达的连续分析技术的原理、方法进行综述。     

小麦TaLhca基因的克隆及表达分析

为了从分子水分研究小麦的光合作用,该研究采用RT-PCR方法,从小麦品种‘百农207’的叶中克隆到1个捕光叶绿素a/b结合蛋白基因,命名为TaLhca。序列分析结果表明,TaLhca的编码区序列(coding DNA sequence,CDS)长810 bp,编码269个氨基酸,推测分子量为29.31 kD,等电点为8.69。TaLhca被定位于叶绿体,无信号肽,存在3个明显的跨膜区域,预测其蛋白结构含有典型的捕光叶绿素a/b结合蛋白功能域(chlorophyll a/b binding domain),为亲水性非分泌蛋白。蛋白序列比对和进化树分析表明,小麦与二穗短柄草(Brachypodium distachyon)和水稻(Oryza sativa)中的Lhca序列相似性最高,亲缘关系最近。启动子顺式作用元件预测表明,启动子区域包含多个光响应元件及逆境响应元件。实时荧光定量PCR分析表明,TaLhca基因在小麦根、茎、叶中均有表达。其中在叶中表达量最高,在根中表达量最低,且受NaCl、干旱、ABA、H2O2和低温胁迫表达增强,受黑暗胁迫表达降低。该研究结果为进一步解析小麦光合作用机理及其相关基因的诱导表达特性提供了依据。     

香蕉BTB/POZ域基因的克隆及表达分析

利用抑制缩减杂交文库从香蕉中分离获得一个cDNA片段,结合RACE技术获得该基因的全长序列,命名为MaBTB基因,该cDNA的ORF全长1 080个碱基。通过Blastx同源性分析结果显示该基因的氨基酸序列与水稻OsBTB、苜蓿MtBTB/POZ、拟南芥AtBPM4、葡萄VvBTB、玉米ZmBTB 、松树PsBTB基因的氨基酸序列同源性很高,分别为86%、85%、84%、84%、86%和87%。遗传进化树分析发现该基因与苜蓿MtBTB/POZ和拟南芥AtBPM4基因亲缘关系较近。用RT-PCR的方法研究该基因在不同胁迫处理下的表达特性,结果表明该基因在盐、乙烯和紫外线处理后其表达量逐渐增强;低温处理和香蕉尖孢镰刀菌4号生理小种处理后该基因表达量开始降低,随后逐渐升高;伤害处理后该基因的表达量没有明显变化。     

玉米ZmNPR1基因的克隆及表达分析

该研究从玉米高抗自交系D863F中克隆了ZmNPR1基因(GenBank登录号为MH619241)的gDNA和cDNA序列,开放阅读框长1 866 bp,编码621个氨基酸,相对分子质量67.61 kD,等电点为5.46。系统进化树比对表明,玉米ZmNPR1蛋白和高粱SbNPR1蛋白的亲缘关系较近,相似性高达97%。实时荧光定量PCR结果表明,ZmNPR1在叶片中能够被水稻黑条矮缩病毒诱导并显著上调表达。同时ZmNPR1在玉米叶片、茎、根、雄穗、雌穗以及花丝中均有表达,在雌穗和叶片中的表达量较高。研究表明,ZmNPR1可能在玉米粗缩病抗病过程中起着重要作用。     

番茄SlMYB86基因的原核表达及缺氮胁迫下的表达分析北大核心CSCD

MYB转录因子参与植物细胞形态与模式建成、次级代谢的调控以及生物和非生物胁迫应答等反应。该研究采用RT-PCR方法扩增了番茄SlMYB86基因,并进行了聚类分析和保守域序列分析,构建原核表达载体和诱导纯化蛋白,利用qRT-PCR和Western blot检测SlMYB86在缺氮复氮下的表达水平,为深入探究番茄MYB86转录因子在缺氮胁迫下的功能奠定基础。结果表明:(1)番茄SlMYB86与番茄SlMYB26在进化树上属于同一分支,亲缘关系较近,且SlMYB86含有2个Myb_DNA-binding保守结构域,属于R2R3-MYB型转录因子。(2)qRT-PCR分析发现,SlMYB86基因在番茄根和叶中均有表达,缺氮胁迫下SlMYB86表达较对照显著增加。(3)成功构建pET-28a-SlMYB86原核表达载体并转化E.coli BL21(DE3),SDS-PAGE和Western blot结果表明,SlMYB86蛋白的最佳诱导条件为0.5 mmol/L的IPTG、37℃诱导8 h;目的蛋白相对分子量大约为41 kD,与预期大小一致,并获得较高纯度的SlMYB86原核蛋白。(4)将纯化的SlMYB86蛋白免疫小白鼠获得抗体,利用该抗体进行Western blot分析发现,番茄中SlMYB86蛋白在缺氮胁迫后表达上调,表明番茄SlMYB86基因参与了缺氮胁迫的应答。     

牡丹DGAT基因的克隆及表达分析

利用RT-PCR和RACE技术,从牡丹种子中克隆得到1个二酰甘油酰基转移酶基因(DGAT),命名为PaDGAT1(GenBank登录号为MG214258)。PaDGAT1基因cDNA全长为2 028bp,包含1 554bp开放阅读框,编码517个氨基酸。PaDGAT1蛋白属于疏水性碱性蛋白,分子量为58.86kD,理论等电点为8.62,二级结构预测表明,无规则卷曲和延伸链是该蛋白的主要结构元件。氨基酸序列对比分析表明,PaDGAT1基因编码的蛋白属于DGAT1亚家族,与油橄榄(Olea europaea)的DGAT1蛋白亲缘关系最近。实时荧光定量分析结果表明,PaDGAT1基因在花芽中表达水平较高,在叶、茎和未发育子房中表达水平较低;在种子发育过程中,PaDGAT1基因表达水平呈现出升高-降低-升高的趋势,其中在发育28d时表达水平最高,随后其表达水平逐渐减低,在种子发育70d时又升高,至发育末期的85d时表达水平升高至较高水平;在种子收获后,常温存放7d时,PaDGAT1基因表达水平最高,随后其表达水平逐渐下降。结果推测,DGAT基因在牡丹种子的油脂合成中起重要的调控作用。     

铁皮石斛DORCA基因的克隆及表达分析

为了研究铁皮石斛的光合特性,根据Rubisco活化酶(RCA)基因的保守序列设计兼并引物,采用RT-PCR和RACE方法从铁皮石斛叶中分离到一个RCA基因,命名为DORCA(GenBank登录号KT205841)。DORCA基因cDNA全长为1 724bp,包含1 317bp开放阅读框(ORF),编码438个氨基酸。系统进化分析显示,DORCA与马蹄莲ZaRCA(AAK25801.1)亲缘关系最近。生物信息学分析表明,DORCA与其他植物的RCA蛋白具有较高一致性,属于RCA的β亚基。DORCA蛋白具有定位于叶绿体的N端转运肽,2个保守的ATP结合结构域和多个磷酸化位点。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析表明,DORCA基因在茎、叶中表达;在自然光周期条件下,DORCA基因在8:30时表达量最高,20:30时表达量最低,具有明显的光诱导表达特性。     

甘蓝型油菜PGK基因的克隆与表达分析

为研究甘蓝型油菜磷酸甘油酸激酶(PGK)基因表达特性,在对拟南芥PGK基因家族生物信息学分析的基础上,通过电子克隆方法获得3个甘蓝型油菜PGK基因(BnPGK1、BnPGK2、BnPGK3)。分别设计特异引物,以甘蓝型油菜雄性不育系09A和保持系09B的cDNA为模板克隆BnPGK基因全长序列。根据获得的cDNA序列设计实时荧光定量特异引物,采用实时荧光定量PCR技术,研究油菜雄性不育系与保持系PGK基因表达差异。结果显示:BnPGK基因在甘蓝型油菜雄性不育系09A和保持系09B的根、茎、叶、花蕾中均有表达,属组成性表达。除茎中的BnPGK3外,BnPGK其它基因在根、茎、叶中的表达均表现为09A高于09B,而在花蕾中均为09B高于09A,BnPGK1和BnPGK3在09B中的表达量是09A中的2倍以上。     

穿龙薯蓣DnSQS基因的克隆及表达分析

角鲨烯合成酶(SQS)是植物甾醇和萜类化合物合成的关键酶之一。为了揭示穿龙薯蓣SQS基因的功能,该研究以穿龙薯蓣cDNA为模板,采用PCR方法克隆DnSQS基因,并对得到的序列进行生物信息学分析。采用HPLC方法检测不同组织的薯蓣皂苷元含量,采用实时荧光定量PCR技术分析DnSQS基因在不同组织、激素诱导及非生物胁迫下的表达特征。结果表明：(1)成功克隆得到穿龙薯蓣2个基因DnSQS1与DnSQS2,二者分别编码409和433个氨基酸,但编码的蛋白二级结构均以α螺旋和无规则卷曲为主,都存在由α螺旋折叠形成的保守催化中心以及2个富含天冬氨酸的功能结构,都具有2个跨膜螺旋结构,并且都定位于内质网。(2)DnSQS1和DnSQS2与盾叶薯蓣DzSQS的亲缘关系较近,2个DnSQS蛋白在进化上相对保守。(3)不同组织的薯蓣皂苷元含量存在差异,其含量大小依次为叶>根状茎>地上茎>根;DnSQS1与DnSQS2基因在不同组织中的表达也具有显著差异,其中DnSQS1在地上茎中表达水平最高,DnSQS2在叶中表达水平最高。(4)以激素MeJA、ABA、SA、Eth及非生物胁迫H     

丹参SmVS基因的克隆和表达分析

为了解丹参(Salvia miltiorrhiza)的Vinorine合成酶基因(VS)的功能,从丹参中克隆了SmVS基因,并通过Ex PASy等在线分析软件对其进行生物信息学分析,同时利用RT-qPCR技术分析其表达模式。结果表明,SmVS基因全长726 bp,编码241个氨基酸,编码蛋白分子量为26 861.72,等电点PI为5.66,为膜外蛋白,推测定位于线粒体。系统进化分析表明,丹参SmVS与野生油橄榄(Olea europaea var. sylvestris)的VS亲缘关系较近。SmVS基因在丹参根中的表达比叶的高,叶中的转录水平在21:00最高。因此,推测SmVS基因与光应答有关。     

山黧豆LsSULTR基因的克隆与表达分析

为研究山黧豆(Lathyrus sativus)硫酸盐转运蛋白(sulfate transporter,SULTR)与内源活性物质β N 草酰 L α,β 二氨基丙酸(β N oxalyl L α,β diaminopropionic acid,β ODAP)含量之间的关系,该研究采用序列比对的方法,从山黧豆转录组数据(SRP145030)中查找SULTR基因序列,并进行生物信息学分析;采用PCR方法克隆基因全长序列并进行组织特异性表达分析,以筛选与β ODAP含量相关的SULTR基因。结果表明：(1)经序列比对共查找到13条SULTR基因序列,其编码蛋白分别隶属于SULTR Ⅰ-Ⅳ。其中LsSULTR3;3和LsSULTR3;5具有SULTR蛋白家族保守的STAS结构域 (PF01740) 和Sulfate_transp结构域(PF00916),且二者活性受到转录因子MYB和激素响应等多个顺式作用元件的共同调节,并受蛋白水平互作及磷酸化等翻译后修饰调控。(2)成功获得LsSULTR3;3和LsSULTR3;5基因全长cDNA分别为1 962 bp和1 923 bp,分别编码653和640个氨基酸。(3)半定量RT PCR分析显示,LsSULTR3;3在山黧豆主根、成熟叶、茎、花、盛荚初期(S2)种子和鼓粒满期(S6)种子中表达,并在茎中的表达量较高;LsSULTR3;5在山黧豆主根、侧根、花、S2时期种子中均有表达,且花中的表达量最为显著。该研究结果为进一步研究山黧豆中硫酸盐的吸收、转运及同化、β ODAP的生物合成途径等奠定了基础。     

盐穗木HcPEAMT基因的克隆及表达分析

依据盐穗木编码PEAMT的EST序列设计引物,通过快速扩增cDNA末端技术,获得盐穗木磷酸乙醇胺甲基转移酶(phosphoethanolamine N-methyltransferase,PEAMT)全长cDNA,命名为HcPEAMT。序列分析表明HcPEAMT基因开放阅读框为1 482bp,编码494个氨基酸,推测分子量为56.3kD,理论等电点为5.51。保守结构域分析表明,HcPEAMT含有2个独立的S-腺苷甲硫氨酸依赖性甲基转移酶的保守结构域,每个结构域含有4个基序。系统进化树分析确认HcPEAMT与盐生植物盐角草的亲缘关系较近。实时荧光定量PCR分析表明,盐胁迫3h时,盐穗木同化枝和根中HcPEAMT基因的表达迅速上调并达到最大值,分别为对照的4.3倍和6.7倍。脱落酸(ABA)胁迫3h时,同化枝中HcPEAMT的表达量达到最高,而根中HcPEAMT的表达在12h才达到最高,表达量分别为对照的2.6和2.5倍。研究结果表明,HcPEAMT基因表达受盐胁迫的强烈诱导,也受ABA胁迫的诱导。该研究结果有助于阐明HcPEAMT基因表达与植物抗逆性的相关性。     

甘蓝型油菜BnFLA基因的克隆及表达分析

利用同源克隆法从甘蓝型油菜中获得了1个类成束阿拉伯半乳聚糖蛋白基因(FLA),命名为BnFLA。BnFLA基因开放阅读框长为1 200bp,编码399个氨基酸,分子量为42 885.9Da,等电点为6.37。预测的BnFLA蛋白包含N-端信号肽、2个AGP-like结构域、2个fasciclin-like结构域和C-端GPI-anchor序列。系统进化分析表明BnFLA氨基酸序列与BrFLA17和AtFLA2进化关系较近,一致性分别为98%和87%。qRT-PCR分析表明,BnFLA基因在油菜各组织均有表达,并以下胚轴中表达量最高,其次为子叶,茎秆中表达最少;BnFLA基因的表达受到GA3、BR、IAA、ABA和NaCl的诱导,但受6-BA、蔗糖、低温和PEG抑制。研究认为,油菜中BnFLA基因可能参与激素信号转导途径和非生物胁迫应答。