白桦BpZFP4基因启动子克隆和逆境响应元件功能分析

前期研究发现白桦锌指蛋白BpZFP4基因响应多种非生物逆境胁迫。为了深入研究其调控机制,本研究利用染色体步移技术克隆了该基因上游1 360 bp的启动子区域,序列分析结果表明该区域含有多个逆境响应顺式作用元件、激素响应元件、光响应以及病原菌和损伤响应元件等。在此基础上,构建了BpZFP4启动子5'-端一系列缺失片段融合GUS报告基因的表达载体。通过对系列缺失突变体在正常条件以及渗透胁迫、盐胁迫和脱落酸（ABA）处理条件下的GUS基因表达分析,鉴定得到BpZFP4启动子对干旱、盐和ABA应答响应的主要调节区域及可能的顺式作用元件。本研究结果为进一步探究BpZFP4基因应答非生物胁迫和信号分子刺激的调控机理提供了重要的理论依据。     

香蕉钙调蛋白基因MaCAM在非生物胁迫下的表达分析

为研究香蕉钙调蛋白基因MaCAM的功能,对香蕉幼苗进行盐、低温和干旱胁迫处理,利用荧光定量PCR技术分析香蕉根中钙调蛋白基因MaCAM在上述不同非生物胁迫条件下的表达特性.盐胁迫处理后MaCAM表达随时间延长为先增加后降低趋势,在处理4 h时表达量最高;低温胁迫处理后,MaCAM的表达量随温度降低呈梯度增加,在温度降至5℃时表达量在处理范围内达最大值;干旱胁迫处理后,MaCAM的表达量随胁迫程度增加也是呈梯度增加,重度干旱胁迫时在处理范围内表达量最高.说明香蕉中的钙调蛋白基因具有响应非生物胁迫的能力,可能在香蕉适应盐、低温和干旱等胁迫逆境中发挥重要作用,参与了香蕉幼苗抗逆性调控.     

植物对盐胁迫应答的转录因子及其生物学特性

逆境胁迫会激活植物的转录因子,转录因子结合到应答基因的顺式作用元件后可以启动应答基因的表达,调控并减轻逆境胁迫对植物的伤害,因而转录调控在植物对逆境胁迫的应答反应中具有重要的作用。本文对盐胁迫下参与植物应答反应的转录因子及其生物学特性进行了综述,并对这些转录因子在植物耐盐基因工程中的应用前景作出了展望。     

植物逆境相关启动子及功能

启动子是调控基因表达的重要顺式元件, 在植物基因表达调控过程中起着重要作用。目前植物抗逆基因工程中, 人们大多使用组成型表达启动子驱动目的基因的表达。组成型表达启动子虽然能提高转基因植株的抗逆性, 但是其持续过量地表达转化的外源基因会阻碍植物的生长且减少其产量。因此, 只在胁迫条件下才会驱动外源基因表达的诱导型启动子的研究显得尤其重要, 已成为目前研究的热点。文章综述了受非生物逆境和生物逆境胁迫诱导的植物基因启动子的种类和功能, 并展望了植物逆境诱导启动子的研究方向和前景。     

盐胁迫对拟南芥AtPUB18基因的诱导表达及其启动子分析

用300mmol/L NaCl处理拟南芥幼苗,分别于处理后0、1、2、4、8、16、24、48h通过Northern Blot检测其AtPUB18基因的表达量。结果显示:拟南芥AtPUB18基因的表达量受高盐胁迫的诱导而升高,于处理后4h表达量达到最高,处理后16h表达量最低。采用PCR技术克隆AtPUB18的启动子,序列为1 974bp;序列分析发现启动子内含有大量与非生物胁迫相关的顺式作用元件,如HSE、LTR、MBS及ABRE;将启动子克隆到表达载体pCambia1300-221-GUS中,驱动报告基因GUS表达。组织化学染色结果表明,未经过高盐处理的幼苗中GUS基因表达水平很低;300mmol/L NaCl处理后GUS基因表达量显著升高。研究表明,AtPUB18的表达受高盐胁迫诱导,且AtPUB18基因的启动子是一个盐胁迫诱导型启动子。     

陆地棉GhSDP1及其启动子的克隆与表达分析

三酰基甘油脂肪酶(SDP1)是催化三酰甘油降解的关键酶,在植物油脂代谢调控中起着重要作用。克隆棉花SDP1并研究其在3种胁迫下的表达分析,为解析棉花SDP1的生物学功能提供依据。以陆地棉品种冀丰1271为试材,克隆GhSDP1编码序列和上游启动子序列;利用PlantCARE分析GhSDP1启动子区顺式作用元件;qRT-PCR检测逆境胁迫下GhSDP1的表达谱;通过烟草瞬时表达pGhSDP1启动子+GUS载体检测启动子活性。结果表明,GhSDP1的编码序列为2 541 bp,其在盐、低温和干旱胁迫下呈差异表达模式。pGhSDP1除具有启动子所必需的TATA-box和CAAT-box等基本顺式作用元件外,还含有多个与光响应、激素响应及逆境应答等相关的顺式作用元件。棉花pGhSDP1启动子能驱动GUS蛋白高效表达,具有较强的启动子活性。研究揭示了棉花GhSDP1参与胁迫应答的新功能。     

顺式调控元件对“头对头”基因对共表达的影响

转录调控是生物学过程中最关键的环节之一, 其中顺式调控元件在基因表达调控中发挥了极其重要的作用. 本研究通过对公共顺式调控元件的活性和行为进行分析, 从而推断“头对头”基因对共表达的原理. 用网络组分分析法估测顺式调控元件在不同条件下对基因启动子及其活性的影响. 结果揭示了生物系统如何利用这些调控元件调控“头对头”基因对的表达模式和整个转录调控系统.     

毛白杨PtoLBD12基因启动子的分离鉴定和胁迫应答模式分析

为了探究毛白杨(Populus tomentosa)LBD12基因对逆境胁迫的响应,本研究利用PCR技术从毛白杨中克隆了PtoLBD12基因的启动子序列;采用生物信息学技术对该基因启动子的顺式作用元件进行分析,并对其响应不同胁迫信号的时空表达模式进行分析;最后利用该基因启动子驱动GUS报告基因,构建了毛白杨GUS报告植株;对该转基因植株进行不同胁迫处理,GUS染色分析其启动子活性。结果表明,克隆获得的PtoLBD12基因启动子具有多种顺式作用元件,包括大量的光响应元件、防御和应激响应元件(TC-rich repeats)、脱落酸(ABA)响应元件、茉莉酸甲酯(MeJA)响应元件、生长素(IAA)响应元件和赤霉素(GA)响应元件等。组织表达模式分析结果表明,PtoLBD12基因主要在根和茎中表达,在叶的表达较少。PtoLBD12基因对不同胁迫信号响应模式分析结果发现,毛白杨PtoLBD12基因显著受到高温、低温、ABA和IAA的诱导表达。综上,研究结果表明PtoLBD12与毛白杨响应逆境胁迫密切相关,该基因能够响应多种逆境胁迫信号。本研究为深入阐明PtoLBD12基因调控毛白杨逆境胁迫响...     

水稻锌指蛋白基因OsBBX6的克隆、表达及生物信息学分析

锌指蛋白作为植物体内一类重要的转录因子,对植物生长发育、基因调控以及响应外界环境变化方面发挥重要作用。Os BBX6基因属于水稻锌指蛋白B-Box基因家族成员,启动子元件分析发现其含有高温应答元件(HSE)、干旱应答元件(MBS)及非生物胁迫响应元件(TC-rich repeats)等逆境相关元件。组织特异性定量表达分析表明,Os BBX6在叶片中表达最高,根其次,茎和幼穗中表达最低。胁迫处理后的荧光定量PCR发现其受低温诱导上调,受高温、干旱、盐胁迫等抑制表达,表明其正向响应低温胁迫,负向响应高温、干旱、盐胁迫等。另外,本研究还克隆了OsBBX6基因,并对其进行了系统进化、蛋白跨膜、蛋白亚细胞定位及OsBBX6基因共表达等分析,为进一步研究其生物学功能奠定基础。     

番茄低温响应转录因子SlNAC41克隆及表达分析

NAC转录因子在调控植物生长发育、生物及非生物逆境应答中发挥着重要作用。前期,我们通过对番茄幼苗在低温胁迫下的基因表达谱进行分析,发现Unigene SGN-U212711受低温诱导表达强烈。本研究从番茄中克隆了该基因,命名为Sl NAC41,其开放阅读框（ORF）1 173 bp,编码390个氨基酸,蛋白N端具有典型的NAM结构域,属于NAC转录因子家族成员。预测Sl NAC41蛋白分子量为43.5 k Da,等电点为5.2。实时荧光定量PCR分析表明,Sl NAC41在番茄各组织均有表达,在花中的表达量最高,在红熟果中的表达量最低。低温、干旱、高盐、甲基紫精（MV）、脱落酸（ABA）及乙烯利（ETH）处理均能诱导该基因的表达,其中,以低温和干旱诱导表达最为强烈。利用PLACE和Plant CARE对启动子序列进行预测分析发现,Sl NAC41启动子区含有大量响应光、病原菌侵染、激素、低温、脱水及盐胁迫的顺式作用元件。这些结果表明,Sl NAC41可能在番茄生物及非生物胁迫应答中发挥重要调控作用。     

矮化香蕉及其野生型GA3ox基因的结构特点和表达分析

香蕉的矮化突变是香蕉无性繁殖后代最常见的表型变异之一,但其变异的分子调控机理目前尚未研究清楚; 而内源赤霉素是影响植物株高的重要激素之一,GA3-氧化酶是赤霉素生物合成后期的关键酶。为探究GA3-氧化酶编码基因对香蕉矮化的分子调控机理,该研究以威廉斯B6矮化突变体及其野生型亲本为材料,通过RT-PCR技术克隆得到矮化香蕉及其野生型亲本GA3ox基因的全长cDNA序列,并对其推测的氨基酸序列进行比对分析,同时利用qRT-PCR技术对GA3ox基因在不同组织中的表达水平差异进行分析。结果表明:(1)矮化香蕉GA3ox-A和野生型香蕉GA3ox-G的ORF长度均为864 bp,均编码287个氨基酸,经序列比对分析发现两条氨基酸序列之间存在5个位点的差异,从而产生具有不同性质的蛋白质。(2)氨基酸序列同源性分析表明,矮化香蕉GA3ox的氨基酸序列与油棕、海枣、椰子的同源性最高。(3)qRT-PCR显示,GA3ox基因在矮化香蕉叶片和茎秆中的表达水平整体上低于野生型,其中GA3ox在野生型茎秆中的表达水平是矮化植株的2.2～32倍。综上推测,GA3ox基因可能对香蕉茎杆的矮化变异具有重要的调控作用。该研究结果为揭示香蕉矮化突变的分子机制与筛选优良矮化香蕉株系奠定了基础。     

香蕉凝集素基因启动子的分离、序列分析及鉴定

香蕉是世界上最重要的水果之一,由于香蕉果实是利用转基因方法生产重组药用蛋白或有价值的化合物的理想器官,构建能在香蕉果实中高水平表达异源蛋白质的表达载体是非常有意义的。而一个高效表达的载体,启动子则是其最重要元件之一,因此,果实特异性表达启动子的获得是香蕉作为生物反应器的前提。香蕉凝集素是一种在香蕉果实中大量存在的蛋白质,其基因被证明在果肉组织中大量表达。利用染色体步移法克隆到香蕉凝集素基因5′端上游的一段长702bp的序列,经序列测定及软件分析表明,该序列具有典型的启动子结构。此序列置换植物表达载体pBI121的CaMV35S启动子,构建植物表达载体,命名为pBIL2,该启动子下游为gus基因。利用基因枪法转化香蕉的根、叶和果实薄片,对gus基因的瞬时表达进行测定,结果表明所获得的凝集素基因启动子,只在香蕉果肉中瞬时表达,该启动子的表达具有果实特异性,并且表达量较高。     

草地贪夜蛾海藻糖合成酶基因的克隆、时空表达谱及对温度胁迫的响应

【目的】本研究旨在通过克隆草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda的海藻糖合成酶(trehalose-6-phosphate synthase)基因SfTPS,分析其在草地贪夜蛾不同发育阶段、不同组织中的表达水平及不同温度胁迫时5龄幼虫中的相对表达量,为进一步探究TPS在草地贪夜蛾生长发育及抗逆应激反应中的功能奠定基础。【方法】运用RT-PCR技术克隆草地贪夜蛾SfTPS的全长编码区,并进行生物信息学分析。运用RT-qPCR技术检测SfTPS在草地贪夜蛾不同发育阶段(卵、1-6龄幼虫、蛹和成虫)、5龄幼虫不同组织(体壁、中肠和脂肪体)中和经短期(2, 4和8 h)高(35℃)低温(10℃)胁迫后5龄幼虫中的表达变化。【结果】克隆获得2 571 bp的草地贪夜蛾TPS cDNA序列,命名为SfTPS(GenBank登录号： MT920672),全长开放阅读框(ORF)长2 481 bp,编码的826个氨基酸具有TPS和TPP两个保守结构域。同源比对和系统进化分析表明,昆虫TPS蛋白具有较高的保守性,SfTPS与斜纹夜蛾S. litura的TPS亲缘关系最近,序列一致性达到99.15%。SfTPS中α-螺旋、β-折叠和无规则卷曲占比分别为38.14%, 12.23%和48.55%;SfTPS的三级结构为同源二聚体。RT-qPCR结果表明,SfTPS在草地贪夜蛾卵期和1-5龄幼虫期低表达,在6龄幼虫期、蛹期和成虫期高表达,且草地贪夜蛾变态前后SfTPS的表达量变化较大。组织分布结果显示,SfTPS在5龄幼虫脂肪体中表达量最高。草地贪夜蛾5龄幼虫经2~8 h低温(10℃)和高温(35℃)胁迫后,SfTPS的相对表达量显著高于对照(25℃),分别为对照的4.43~9.34和2.50~6.03倍。【结论】SfTPS基因在草地贪夜蛾生长发育过程及抵御高低温度胁迫中可能具有重要作用。     

水杨酸对冷胁迫下香蕉幼苗抗冷性的效应

用0.6 mmol/L水杨酸(SA)喷洒香蕉幼苗叶片1 d后,于8℃低温胁迫5 d,研究水杨酸对香蕉幼苗抗冷性的影响。结果表明:SA降低了受低温胁迫的香蕉幼苗叶片相对电导率及丙二醛(MDA)和过氧化氢含量,减缓了可溶性蛋白质含量的下降,提高了脯氨酸含量及过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性。表明SA可通过提高香蕉幼苗抗氧化酶活性、清除活性氧的积累、减少膜损伤来缓解低温对香蕉幼苗的损伤。     

紫花苜蓿MsCIPK8基因的克隆与表达分析

CIPK是植物中一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,在植物响应逆境胁迫中发挥着重要的作用。本研究根据盐碱胁迫下紫花苜蓿(Medicago sativa L.)转录组数据设计引物,通过RT-PCR克隆获得紫花苜蓿MsCIPK8基因,该基因CDS全长1341bp,编码446个氨基酸,编码蛋白相对分子质量50.73 kD,等电点6.72,具有CIPKS家族蛋白所特有的N端激酶域和C端NAF/FISL结构域。生物信息学分析结果显示,MsCIPK8为可溶性蛋白,二级结构多为无规矩卷曲;系统进化分析表明,紫花苜蓿MsCIPK8与蒺藜苜蓿(Medicago truncatula Gaertn.)MtCIPK8亲缘关系最近。两个蛋白序列比对发现存在4个差异位点,其中3个在保守结构域内。MsCIPK8在低温、干旱、盐和盐碱胁迫下表达量均受到诱导上调表达。低温胁迫下,MsCIPK8在根和叶中的表达量分别在12 h和3 h达到峰值;盐胁迫下,MsCIPK8在根中的表达量12 h达到峰值;盐碱胁迫下,根和叶中MsCIPK8的表达量在12 h后持续高表达;干旱胁迫下,MsCIPK8在根和叶中的表达量在12 h均达到峰值。上述结果表明MsCIPK8参与紫花苜蓿对干旱、低温、盐和盐碱等非生物胁迫的应答。     

西方蜜蜂发育基因AmWnt1的克隆鉴定及时空表达分析

本研究旨在克隆鉴定西方蜜蜂Apis mellifera发育相关基因AmWnt1,分析其在不同发育时期和刚出房工蜂不同组织的表达特征,为进一步研究Wnt1基因功能提供理论参考。根据NCBI中AmWnt1基因序列信息,利用Primer 6.0设计引物,RT-PCR扩增AmWnt1基因完整的CDS序列,进行生物信息学预测,用推导的氨基酸序列构建系统进化树;利用荧光定量PCR检测该基因在卵（1日龄、2日龄和3日龄）、幼虫（1日龄、3日龄和5日龄）、预蛹（1日龄和3日龄）、蛹（0日龄、2日龄、4日龄、6日龄和8日龄）、刚出房工蜂、哺育蜂和采集蜂以及刚出房工蜂8个组织中相对表达量。克隆获得西方蜜蜂的Wnt1基因CDS序列,命名为AmWnt1,上传NCBI,获得GenBank登录号MT993937。全长1 239 bp,编码412个氨基酸,预测等电点为9.48,相对分子质量为46.40313 kDa。序列比对和系统进化树结果表明：AmWnt1蛋白与其它膜翅目昆虫聚为一类,其中和东方蜜蜂Apis cerana亲缘关系最近,序列相似度为99.50%。时空表达谱结果表明：AmWnt1基因在各个时期中均有表达,且在胚胎后期表达量最高,预蛹期和蛹前期表达量相对较高,其它时期表达量相对较低;AmWnt1基因在刚出房工蜂头、胸、触角表达量高于其它组织。AmWnt1可能参与西方蜜蜂胚胎晚期的神经系统发育和化蛹过程中的四肢发育等关键历程,为进一步研究AmWnt1功能提供了理论参考。     

成纤维细胞生长因子21的研究进展

以无芒隐子草干旱诱导的cDNA文库中获得的SAMDC序列为基础,应用实时荧光定量RT-PCR技术同时结合相对定量和绝对定量方法,以分析无芒隐子草SAMDC基因在不同组织、不同胁迫梯度下的表达为案例,详细介绍并比较相对定量和绝对定量在基因表达方面的应用。分别采集无芒隐子草幼苗自然干旱0、2、4、6、8、10d以及恢复浇水1、4d的叶片和根系材料,相对定量采用2 -△△CT法;以相应基因的质粒扩增产物为标准品制作标准曲线,对定量PCR的引物浓度进行了优化,而后筛选最稳定的内参基因,以内参基因获得的标准化因子对绝对定量数据进行标准化。相对定量2 -△△CT法结果显示,CsSAMDC基因在干旱胁迫8d后,叶片中的表达量为胁迫前的0.62±0.13倍,根中的表达量为胁迫前的5.93±0.71倍。绝对定量表明,CsSAMDC基因只在胁迫第8d和第10d的根组织中检测到表达量显著增大,胁迫第4～6d和恢复浇水后1～4d,CsSAMDC基因在叶和根组织中的表达较对照降低。相对定量和绝对定量在CsSAMDC基因表达研究中显示相对一致的趋势。     

香蕉胁迫相关蛋白基因的克隆及其表达分析

通过随机克隆测序的方法从香蕉根系cDNA文库中获得胁迫相关蛋白基因,命名为MaSAP1(GenBank登录号为AGH14257.1)。扩增获得的cDNA序列与质粒OZ092的目的片段序列一致,表明MaSAP1是香蕉SAP基因编码框全长cDNA,包含一个510bp的最大开放阅读框,编码一个长169个氨基酸的蛋白质。蛋白质序列同源比对发现其含有完整的A20和AN1基序结构。系统进化树比对分析表明,MaSAP1与水稻和獐茅的亲缘关系较近。组织特异性研究表明,MaSAP1基因在香蕉根和果实中的表达量较高,在茎中的表达量最低。实时荧光定量PCR分析表明MaSAP1响应激素的处理,同时也响应干旱、低温、高盐和枯萎病菌的侵染等胁迫。可见,MaSAP1基因在植物生长发育和植物响应逆境中具有重要作用。     

红鳍东方鲀GPI基因对急性低盐胁迫的响应机制

为了获得红鳍东方鲀Takifugu rubripes葡萄糖-6-磷酸异构酶(Glucose-6-Phosphate Isomerase, GPI)的基因信息及其表达特性, 研究采用RT-PCR和实时荧光定量PCR (qPCR) 技术进行了GPI基因的克隆、组织表达分析及其在急性低盐胁迫下的基因响应研究。结果显示, 所获得的红鳍东方鲀GPI基因序列长1736 bp, 包含一个完整的开放阅读框(Open Reading Frame, ORF)。ORF由1662个核苷酸组成, 编码553个氨基酸; 预测的氨基酸序列中有2个糖异构域(Sugar Isomerase Domains), 不存在信号肽和跨膜结构域。多序列比对结果表明物种间GPI具有较高的保守性。qPCR结果表明: GPI基因mRNA在红鳍东方鲀鳃、肌肉、脑、肠、肝及肾等组织中均有表达, 其中肌肉中表达量最高。在不同盐度胁迫下, 在鳃中, 各低盐组GPI mRNA相对表达量均呈现先升高后降低又回升的趋势; 在肾中, 各低盐组GPI mRNA相对表达量变化趋势各有不同。由此推测, GPI基因在红鳍东方鲀对急性低盐胁迫的响应中发挥一定作用。