高等植物赤霉素2-氧化酶基因的克隆、表达及其调控

赤霉素(GA)是一类重要的植物激素,对高等植物整个生命周期的生长发育起关键作用。调控赤霉素生物合成和代谢途径中的关键酶基因的表达可以控制植物体内赤霉素的含量。GA2-氧化酶是调节赤霉素合成和代谢的关键酶之一,使活性GA失活。本文主要对GA2-氧化酶基因的克隆、表达调控及其在植物基因工程中的应用等方面进行综述,为通过基因工程技术调控植物体内活性赤霉素的含量从而得到改良品种提供思路。     

棉花赤霉素氧化酶同源基因GhGA20ox1在烟草中的功能表达

为研究棉花GA20-氧化酶同源基因GhGA20ox1的功能,将该基因转入本明烟（N．benthamiana）中进行超量表达。RT-PCR分析表明GhGA20ox1基因在转基因植株中得到了不同水平的表达。GhGA20ox1基因的超量表达促进了本明烟中的GA4＋7合成,并导致赤霉素过量的表型出现。转基因本明烟的表型变化程度与GhGA20ox1基因的表达水平和GA4＋7的含量一致。这些结果表明,GhGA20ox1基因编码一个有功能的GA20-氧化酶,能够在转基因烟草中促进活性GA（GA4＋7）的合成,可以用作目的基因来提高棉花纤维和其他植物的内源GA水平。     

烟草氧化胁迫相关基因NtOSA1的克隆表达及亚细胞定位分析

植物类蛋白激酶Abc1家族(activity of bc1complex)在植物生长发育及响应非生物胁迫中起着重要的作用。该研究通过将拟南芥AtOSA1蛋白氨基酸序列与烟草转录组数据进行比对,利用巢式PCR技术克隆得到1个烟草氧化胁迫相关Abc1家族基因NtOSA1,NtOSA1与拟南芥AtOSA1基因具有72.89%的一致性。NtOSA1基因开放阅读框长度为2 283bp,编码760个氨基酸,含有典型的ABC1结构域、一个激酶结构域、叶绿体定位信号肽和两个跨膜结构域。采用实时荧光定量PCR技术,对NtOSA1基因在烟草不同组织以及氧化胁迫、盐胁迫等处理下的表达分析表明:NtOSA1基因的表达具有组织特异性,主要在叶片中表达;NtOSA1基因在H2O2和NaCl处理后表达量上升,均在处理后6h达到最大值,分别为处理前的1.95和2.69倍。亚细胞定位结果表明,NtOSA1蛋白定位在细胞叶绿体上,与预测结果一致。研究表明,NtOSA1基因参与了烟草抗氧化胁迫和盐胁迫的响应。     

普通烟草CESA基因家族成员的鉴定、亚细胞定位及表达分析

纤维素合成酶蛋白(cellulose-synthase proteins, CESA)是一类质膜定位蛋白,以蛋白复合体的形式存在于质膜上合成纤维素,在细胞壁建成和植物生长发育过程中起着非常重要的作用。本研究利用CESA蛋白保守域序列PF03552检索普通烟草(Nicotiana tabacum L.)蛋白序列,并通过拟南芥(Arabidopsis thaliana)10个CESA蛋白序列在普通烟草基因组数据库中利用TBLASTN程序进行比对,共获得21条NtCESA基因候选序列,对这些序列进行蛋白序列理化性质分析、系统进化树构建、基因结构分析、保守结构域及跨膜区分析和组织表达模式分析,并对NtCESA9和NtCESA14两个蛋白进行了亚细胞定位实验。结果表明：获得的21条NtCESA蛋白序列的理化性质相似;系统进化分析将21个NtCESA基因和10个AtCESA基因分成5个分支,每一个分支各成员之间的进化相对保守,基因结构类似,不同分支之间的基因结构差异也较小;NtCESA蛋白结构域相对保守,都含有CESA蛋白典型的N端锌指结构、C端跨膜区和DDD-QXXRW保守功能域;组织表达分析结果表明,大部分NtCESA基因在幼苗和成熟期烟草的根、叶、胚芽和愈伤组织中都有表达,同一个分支中的基因表达模式基本一致,并且NtCESA基因参与初/次生细胞壁纤维素的合成与该基因编码蛋白的跨膜区数目存在关联,表明NtCESA基因家族成员功能上的复杂性;亚细胞定位结果证实NtCESA9和NtCESA14为质膜定位蛋白。本研究为烟草CESA基因家族功能的深入研究奠定了基础。     

苹果酸度相关基因MdPH1的克隆、表达及亚细胞定位分析

以苹果属（Malus）植物沧江海棠（M.ombrophila Hand.-Mazz）的果实为材料,对其发育过程中苹果酸的含量进行测定,并结合转录组测序的方法筛选控制果实酸度的候选基因。结果显示：MdPH1候选基因的编码区包含2829 bp,编码942个氨基酸;基因组序列全长为4269 bp,包含8个外显子和7个内含子。对10份苹果种质资源中PH1基因序列的分析结果表明,该基因序列中存在22个单核苷酸多态性（SNP）,其中13个位于内含子区,9个位于外显子区;位于最后一个外显子上SNP（G/A）的变异导致了编码氨基酸从缬氨酸变为异亮氨酸。MdPH1蛋白包含8个跨膜结构域,其中蛋白N端包含3个跨膜结构域,C端包含5个跨膜结构域。系统进化分析结果显示,苹果中的PH家族成员与梨（Pyrus communis L.）中的PH家族成员聚集成一簇。组织特异性表达结果发现,MdPH1基因在苹果果实中的表达量最高,其次是叶、花和根,茎中表达量最低。亚细胞定位分析表明MdPH1蛋白定位于液泡膜上。     

香蕉MaPIP2-6基因的克隆、亚细胞定位及表达分析

该研究从香蕉中克隆了一个水通道蛋白(AQP)基因MaPIP2-6。序列分析表明,MaPIP2-6基因开放阅读框(ORF)为849bp,编码282个氨基酸。多序列比对和进化树分析表明,MaPIP2-6基因所编码的蛋白与其它植物中AQP蛋白具有较高的一致性,并且与水稻OsPIP2-6的亲缘关系最近。亚细胞定位表明,MaPIP2-6基因定位在细胞膜上。实时荧光定量PCR分析表明,甘露醇和高盐胁迫处理下,MaPIP2-6基因在巴西蕉和粉蕉中的表达趋势基本一致,在处理早期表达量轻微下降,随后被诱导并达到最大值,然后下降;在低温和ABA处理下,MaPIP2-6基因在巴西蕉和粉蕉的表达趋势相反,低温处理47h时,巴西蕉的MaPIP2-6表达量显著降低,而粉蕉无显著变化,但在其他时间点,巴西蕉的表达量无显著变化,粉蕉显著降低。ABA处理下,MaPIP2-6基因在巴西蕉被诱导,而在粉蕉被抑制。研究认为,MaPIP2-6可能参与了非生物逆境胁迫应答,为进一步研究MaPIP2-6基因的功能鉴定了基础。     

大青杨PubZIP1基因的克隆及亚细胞定位与抗旱表达特性分析

从大青杨中克隆得到PubZIP1基因,通过基因测序结果可知,PubZIP1基因全长1 083 bp,编码360个氨基酸。分析得出PubZIP1蛋白含有BZIP和DOG1两个结构域,其二级结构包括α-螺旋（62.50%）、无规卷曲（29.72%）、延伸链（5.56%）、β-折叠（2.22%）。通过亚细胞定位试验表明PubZIP1基因位于细胞核。通过qRT-PCR分析表明,在模拟干旱的不同7% PEG6000胁迫时间下,分析结果表明胁迫后PubZIP1基因在大青杨根中的表达量呈下降趋势。而在大青杨茎和叶片中的表达量呈上升趋势,尤其是在叶片中明显被诱导表达。预测该基因可能主要在叶片中表达并行使功能。     

苦瓜果实β-半乳糖苷酶基因的克隆、表达及亚细胞定位

根据已构建苦瓜果实均一化文库中获得的1个与β-Gal基因相关的EST序列,采用经3’RACE技术,克隆获得1 个苦瓜β-Gal基因的cDNA 序列McGAL,全长为2261bp,开放阅读框2187bp,编码719个氨基酸。该基因在GenBank 基因数据库的登录号为AFD54987.1。应用生物信息学软件对McGAL氨基酸序列分析表明,McGAL含有糖苷水解酶家族35的保守结构域G-G-P-[LIVM]-x-Q-x-E-N-E-[FY],C端不含凝集素结构域。二级结构显示,该酶含有α-螺旋（19.89%）,伸展链（26.98%）,β-转角（6.54%）和无规卷曲（46.59%）。McGAL氨基酸序列与鹰嘴豆、苜蓿、绿豆、大豆、羽扇豆的氨基酸序列的同源性分别达到73%、73%、73%、72%和71%。亚细胞定位结果表明,McGAL定位在线粒体膜上。荧光定量结果表明,McGAL在果实绿熟期表达量最高并随之下降,该基因可能与果实成熟软化初期相关。     

橡胶树红根病菌GPFTR1基因的克隆、亚细胞定位与表达分析

高亲和性铁通透酶FTR1是参与铁元素由胞外转移到胞内过程的重要铁转运蛋白。为了解橡胶树红根病菌(Ganoderma pseudoferreum (Wakef.) V. Over. et Steinm)的高亲和性铁通透酶编码基因GPFTR1,通过同源克隆技术,从橡胶树红根病菌中克隆得到GPFTR1的基因序列,并对其编码的氨基酸序列进行蛋白理化性质分析、保守结构域及跨膜区分析和系统进化树分析,并构建植物表达载体pBIN-GPFTR1-GFP进行该蛋白的亚细胞定位分析。利用生长速率法测定己唑醇和青蒿琥酯对橡胶树红根病菌的抑制率,并在EC50条件下进行橡胶树红根病菌的GPFTR1基因表达分析。结果表明,该基因编码区全长1 191 bp,编码396个氨基酸,推测其分子量为43.23 kD,等电点为6.92,为疏水性蛋白,具有保守基团REXLE和7个跨膜结构域;系统进化树分析显示GPFTR1与紫芝(Ganoderma sinense J. D. Zhao, L. W. HsuX. Q. Zhang)同类基因(登录号PIL27756.1)的亲缘关系最近,氨基酸同源性为89%;亚细胞定位结果显示GPFTR1蛋白定位在细胞膜上;生长速率法测定己唑醇和青蒿琥酯EC50分别为0.192 mg/L、26.288 mg/L;实时荧光定量PCR技术检测到GPFTR1蛋白编码基因分别在红根病菌受己唑醇和青蒿琥酯胁迫处理6 h和4 h表达量最高。为进一步研究橡胶树红根病菌GPFTR1基因功能提供了理论参考,对橡胶树红根病的防治具有重要意义。     

小鼠一个新基因mLPTS的克隆、表达及亚细胞定位

利用EST拼接技术,RT－PCR及DNA序列测定,首次成功克隆了小鼠新基因mLPTS。获得的mLPTS基因片段长1244bp,编剧了一个由332个氨基酸组成的蛋白质。该蛋白质与人的LPTS蛋白有78％的同源性,LPTS基因是本实验室通过定位候选克隆策略获得的一个新的肝癌相关基因。它在肝癌组织中不表达或低表达,并参与细胞生长的负调控。小鼠mLPTS基因在小鼠的各个组织中都有表达,与人LPTS基因的表达组织分布相同。分析比较了LPTS蛋白在不同物种间的序列同源性,发现LPTS在进化上是高度保守的,是一个具有重要功能的基因。将mLPTS基因与绿色荧光蛋白EGFP融合构建真核表达载体,在中国仓鼠卵CHO细胞中表达,发现mLPTS基因表达产物位于细胞核仁中,为进一步研究该基因的功能及作用途径提供了重要信息。     

烟草渗调蛋白基因的分离克隆及序列分析

参照国外报道的渗调蛋白基因序列,自行设计并合成了一对寡核苷酸引物,通过ＰＣＲ技术从云南地方栽培的烤烟品种“红花大金元”基因组ＤＮＡ中直接扩增出了其全编码序列。ＰＣＲ产物纯化后直接克隆到ｐＧＥＭ－Ｔ载体系统中,转化大肠杆菌ＤＨ５α,在Ｘｇａｌ平板上筛选白色菌落,经ＳｐｈＩ和ＳａｃＩ双酶切,鉴定所得的重组质粒中含有７５３ｂｐ左右的ＰＣＲ扩增片段。采用双链双脱氧法定序分析表明所克隆的渗调蛋白基因编码区序列与国外迄今所报道的两个株系的序列完全一致,提示了该基因在进化上的保守性     

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。     

烟草T-phylloplanin基因编码蛋白结构与功能的生物信息分析

利用美国国家生物技术信息中心(NCBI)网站所提供的相关信息,分析T-phylloplanin基因编码蛋白。该基因全长861hp,有一个完整的330hp的开放读框,编码110个氨基酸。该基因编码蛋白分子量为11.31kD,理论等电点为7.74。其氨基酸残基的不同区域分布有多N-糖基化位点、酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点和N-肉豆蔻酰化位点,还有一个跨膜信号肽。T-phylloplanin基因编码蛋白与烟草叶片短柄腺毛分泌的抗性蛋白具有高度的同源性(93%),显示它在烟草抗性系统研究中有潜在价值。     

烟草类锌指基因NtZFL基因的功能分析

从烟草cDNA中分离出一个类锌指基因NtZFL,开放读码框321 bp,编码106个氨基。QRT-PCR分析表明MV、H₂O₂、ABA、冷胁迫处理都提高了NtZFL在烟草的表达,Northern blot分析表明该基因在烟草的不同组织中具有组织特异性,在幼叶和花中表达量较高。亚细胞定位表明NtZFL蛋白是定位在细胞壁中的蛋白。NtZFL基因启动子驱动GUS基因转烟草植株显示在幼苗中整株有表达,但在根部和叶脉处表达量较高。     

烟草FIE和MSI1基因的克隆及序列分析

采用电子克隆与实验克隆结合的方法获得了烟草胚乳发育相关基因NTFIE和NTMSI1的cDNA序列,序列号分别为EU375458和EU375459.序列分析结果表明,这两个cDNA序列均含有完整的开放读码框,分别编码370和424个氨基酸,含有保守的WD基序.氨基酸序列比对和系统发育分析结果显示,不同物种之间FIE和MSI1基因编码氨基酸序列同源性都较高.组织表达分析结果表明,这两个基因均具有一定程度的组织表达特异性,NTFIE cDNA基因在花中的表达量最多,但在根和茎中未检测到表达,而NTMSI1 cDNA基因只在离体培养的细胞和根中特异性表达.     

普通烟草ARF基因家族序列的鉴定与表达分析

ARF(AUXIN RESPONSE FACTOR)基因含有一个B3功能域和具有转录激活或抑制活性的中心功能域,在植物发育过程中起到非常重要的作用。本研究采用生物信息学方法,根据拟南芥ARF基因序列鉴定了普通烟草基因组中的ARF基因,并对家族成员进行了序列特征、系统发生、亚细胞定位和表达模式分析。目前在普通烟草基因组中共得到50个ARF基因成员,其基因结构相对复杂,一般含有10个外显子。亚细胞定位结果表明,少数ARF蛋白定位到线粒体或叶绿体,大多数未检测到定位信号。转录组数据分析表明,ARF基因具有不同的组织表达模式,部分基因表现出组织特异性。这些研究结果为普通烟草ARF基因家族功能的深入研究奠定了基础。     

拟南芥磷酸酶基因亚细胞定位与组织表达

通过克隆拟南芥磷酸酶PP2C家族基因At3g51370,构建了绿色荧光蛋白融合表达载体,用基因枪将构建好的载体轰击洋葱表皮细胞进行瞬时表达分析,发现该At3g51370基因表达蛋白定位在细胞核中;用实时定量PCR方法分析At3g51370基因的组织表达特性,发现该基因在花器官中的表达量明显高于其它组织.进一步构建了含At3g51370基因的启动子和GUS报告基因的植物表达载体,经农杆菌介导转化拟南芥,对转基因拟南芥进行GUS组织化学染色,分析该启动子在不同生长时期与不同组织中的转录活性,结果发现,在幼苗期At3g51370基因主要集中在根尖分生组织和顶端分生组织表达,在成年植株中则集中在生殖器官如花和果荚柄等部位表达,在光照和黑暗条件下,At3g51370基因的表达特性没有明显差异.研究表明,At3g51370可能与其它核定位的PP2C磷酸酶一样参与了基因表达的调控,可能在拟南芥早期发育阶段的细胞增值分裂相关信号转导途径中发挥功能,并在花器官的发育过程中行使功能,且不参与光信号转导.     

香蕉Maasr1基因表达产物的亚细胞定位

利用SSH分离香蕉果实采后差异表达基因,获得香蕉的ASR基因,并将其命名为Maasr1。对该基因与香蕉采后成熟衰老进行相关性研究,发现其在果实采后早期表达上调。通过对Maasr1基因进行生物信息学分析表明,Maasr1基因编码的蛋白可能作为转录因子定位于细胞核或细胞质中。为进一步深入研究该基因功能,构建了香蕉Maasr1基因与绿色荧光蛋白基因融合的植物表达载体pCAMBIA1304-Maasr1。利用基因枪转化法将重组载体转入洋葱表皮细胞瞬时表达,荧光显微镜检测结果表明,Maasr1基因表达产物定位在细胞核中,符合转录因子特性。