3种锦鸡儿属植物过氧化物酶基因的克隆及表达分析

采用同源克隆技术分离了3种锦鸡儿属植物柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)、小叶锦鸡儿(C.microphylla)和中间锦鸡儿(C.intermedia)的过氧化物酶(POD)基因(分别命名为CkPOD、CmPOD和CiPOD),并对它们在干旱胁迫条件下的表达特征进行了分析。CkPOD、CiPOD、CmPOD基因的cDNA序列均包含有1 074bp的开放阅读框(ORF),编码的蛋白质由357个氨基酸构成,分子量为38.7kD。系统进化分析结果显示:3种锦鸡儿属植物的POD可以和鹰嘴豆等豆科植物的POD聚为一类,且CkPOD和CmPOD具有较近的亲缘关系,CiPOD与CkPOD和CmPOD的亲缘关系相对较远,这一结果与3种锦鸡儿属植物的进化地位一致,显示POD基因较为保守,可以为锦鸡儿属植物的系统分类提供参考。PEG模拟干旱胁迫能够强烈诱导CkPOD、CiPOD和CmPOD基因的表达,显示POD基因在锦鸡儿属植物抵御干旱胁迫过程中发挥着重要作用。研究结果可为解析锦鸡儿属植物的耐旱机理以及利用锦鸡儿属植物进行荒漠改良和生态修复提供理论和实验依据。     

金花茶查尔酮合成酶基因全长克隆与序列分析

利用RT-PCR和RACE方法,从我国珍稀植物金花茶(Camellia nitidissima)花瓣中获得了查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS)基因的cDNA全长,命名为Cn-CHS,GenBank登录号HQ269804.碱基序列分析表明,Cn-CHS全长1 454bp,包含77 bp的5'非翻译区、207 bp的3'非翻译区和一个长为1 170 bp编码389个氨基酸的开放阅读框.氨基酸序列分析显示该基因编码的蛋白具有CHS家族保守存在的所有功能活性位点和特征性多肽序列.氨基酸序列比对分析表明,CnCHS与蔷薇科、杜鹃花科、茄科等植物的CHS相似性都在92%以上;与山茶科山茶属物种山茶(C.japonica)CHS完全一致;与茶(C.sinensis)CHS相似性达99%,有5个氨基酸位点存在差异,其中包括一个功能性位点.     

柠条锦鸡儿CkLEA1基因克隆及表达分析

植物受到逆境胁迫后,大量逆境响应基因会被诱导表达,LEA蛋白编码基因就是与植物抗旱、抗冷等非生物胁迫密切相关的一类基因.从已构建的柠条锦鸡儿干旱胁迫抑制性削减杂交文库中筛选到了一条LEA蛋白编码基因并进行了克隆.序列比对与系统进化分析显示该基因属于LEA3基因家族成员,命名为CkLEA1(GenBank登录号是KC309408).克隆得到该基因gDNA长469bp,包含两个外显子和一个内含子;cDNA长357bp,包含300bp的开放阅读框,推导编码99个氨基酸的蛋白质.利用荧光定量PCR技术对CkLEA1基因在各种逆境胁迫条件的表达情况进行初步研究表明,CkLEA1受干旱、ABA、冷、热、盐和碱等处理不同程度地诱导,推测其与柠条锦鸡儿响应逆境胁迫的机制有关.     

无芒隐子草CsPEAMT基因克隆及表达特性分析

以无芒隐子草(Cleistogenes songorica)干旱胁迫下的cDNA文库中磷酸乙醇胺N-甲基转移酶(phosphoethanolamine N-methyltransferase,PEAMT)基因的EST序列为基础,采用RACE方法克隆该基因编码区序列,该序列全长为2 104bp,开放读码框1 506bp,编码501个氨基酸。无芒隐子草PEAMT蛋白编码的氨基酸序列与多种植物的PEAMT氨基酸序列有较高相似性,其中与高粱SbPEAMT、玉米ZmPEAMT的蛋白序列相似性最高(93%),说明PEAMT基因在植物进化中非常保守。采用实时定量RT-PCR分析无芒隐子草幼苗在干旱过程中CsPEAMT基因的表达结果显示,干旱胁迫诱导CsPEAMT基因在根和叶中大量表达,且在干旱第8天时CsPEAMT基因在叶和根中表达量分别是未干旱对照的43.35倍和13.25倍,复水后CsPEAMT基因的表达量开始下调。研究表明CsPEAMT基因可能是无芒隐子草抗旱性相关的基因。     

柠条锦鸡儿CkGR基因克隆及功能分析

通过RACE技术从柠条锦鸡儿中克隆得到一个新的GR基因,全长2 122 bp,包括5'非翻译区(5'-UTR)57 bp,3'非翻译区(3'-UTR)415 bp,开放阅读框(ORF)1 650 bp,编码550个氨基酸,推测的蛋白质分子量为59.2k Da,理论等电点为8.2,命名为Ck GR。Ck GR与鹰嘴豆Ca GR的同源性较高,为90.1%。利用染色体步移法克隆得到Ck GR起始密码子ATG上游648 bp的启动子序列,Plant CARE软件分析表明,该序列具有启动子的基本元件CAAT-box和TATA-box以及多种与逆境胁迫相关的顺式调控元件。实时荧光定量PCR分析表明,Ck GR在柠条锦鸡儿的根、茎和叶中均有表达,没有组织特异性;Ck GR的表达受低温、高盐和干旱胁迫的诱导,表明Ck GR在柠条锦鸡儿适应低温、高盐和干旱胁迫的过程中发挥作用。     

中间锦鸡儿CiABR17基因的克隆及表达分析

该研究采用blastn比对方法,从中间锦鸡儿干旱胁迫抑制消减杂交文库筛选出ABA响应蛋白17基因(ABR17)的EST序列。RACE扩增得到cDNA序列594bp,其中ORF为471bp,编码157个氨基酸,预测蛋白质分子量为16.44kD,等电点为4.93,平均疏水指数为-0.126,是一种亲水蛋白。实时荧光定量PCR检测发现,中间锦鸡儿CiABR17基因在脱水、NaCl和热胁迫下均有不同程度表达,说明CiABR17基因与中间锦鸡儿响应逆境胁迫有关;过表达CiABR17拟南芥株系的鲜重、干重和莲座直径均极显著高于野生型株系。     

楸子脱水素基因的克隆及表达分析

脱水素(dehydrin)在植物抵御非生物逆境胁迫方面具有重要作用。本研究以楸子(Malus prunifolia)为材料,采用改良CTAB法提取RNA,根据苹果的脱水素基因序列设计特异引物,利用反转录聚合酶链式反应(RT-PCR)技术扩增,获得一条楸子脱水素cDNA全长序列。该基因全长874 bp,序列中含有一个720 bp的开放阅读框,编码233个氨基酸,为YK3型脱水素,命名为MpDHN8。氨基酸同源性分析表明,该基因编码的氨基酸序列与苹果(Malus domestica)脱水素基因(AFG33216.1)的同源性高达97%。荧光定量PCR结果表明,在干旱和盐胁迫下,MpDHN8的表达量显著提高,说明该基因作为正向调控因子参与调控楸子的逆境胁迫。     

柠条锦鸡儿CkLEA4基因克隆及表达分析

LEA蛋白是一种与植物抗逆相关的胚胎发育晚期丰富蛋白。该研究从已构建的柠条锦鸡儿干旱胁迫抑制削减杂交文库中筛选到1条LEA蛋白编码基因的部分序列,用RACE技术扩增得到该基因cDNA全长并对其进行了克隆。测序表明该基因cDNA长870bp,其中开放阅读框长510bp,编码169个氨基酸,推测蛋白分子量为17.03kD,等电点为9.3,是一种亲水蛋白。序列比对和系统进化分析表明,该基因属于LEA4基因家族成员,命名为CkLEA4。实时荧光定量PCR检测发现,CkLEA4基因在干旱、ABA和NaCl处理下均受到不同程度的诱导,说明CkLEA4基因可能与柠条锦鸡儿响应逆境胁迫有关。     

青岛文昌鱼过氧化氢酶基因的克隆及生物信息学分析

过氧化氢酶(catalase,CAT)是一类广泛存在于动物、植物和微生物体内的末端氧化酶,是生物体内抗氧化酶体系的重要成员,因此本研究旨在克隆文昌鱼CAT基因并对其进行生物信息学分析。本研究以青岛文昌鱼(Branchiostoma belcheri tsingtauense)为材料,用RACE技术首次克隆了其CAT全长cDNA的基因序列,命名为AmphiCAT(GenBank登录号:KU058636);该序列总长为2640 bp,开放阅读框(open reading frame,ORF)为1533 bp,编码510个氨基酸,含有一个长为19个氨基酸序列的潜在活性位点和一个长为9个氨基酸序列的血红素配体信号,总分子量在线预测约为57.85 kD;经生物软件分析确定该蛋白质无信号肽序列,预测该蛋白质为非分泌性蛋白,属于单功能CAT的clade3分支;该基因的分子进化树表明青岛文昌鱼CAT同软体动物的亲缘关系较近。     

星星草脱氢抗坏血酸还原酶（PtDHAR）cDNA的克隆及表达分析

脱氢抗坏血酸还原酶是抗坏血酸代谢循环中的关键酶,在多种植物中与抗胁迫相关。为了获得抗盐碱植物星星草中该基因序列,利用RACE技术,从星星草中克隆出脱氢抗坏血酸还原酶基因（PtDHAR）的cDNA全长序列,其GenBank登录号为HM125046。PtDHAR cDNA核苷酸序列长度为987bp,开放阅读框为639bp,编码213个氨基酸。该基因编码的氨基酸序列与水稻、小麦等禾本科作物具有很高的同源性。Northern杂交分析表明,该基因在盐碱胁迫下表达量显著升高。     

桃ACC合酶基因的分离及其差异表达

利用5'/3'RACE FCR技术,从桃（Prunus persica(L.)Batsch）果实中克隆了植物乙烯生物合成的关键酶-ACC合酶的全长cDNA pacs,对pacs基因进行全序列测定表明,该基因全长1848个碱基,编码区1449个碱基,5'端有177个碱基的非编码区序列,3'端有219个碱基的非编码区序列（不包括终止密码子TAA）。pacs基因编码区共编码483个氨基酸,蛋白质大小为54kd,等电点为6.43。pacs与番茄（S19677）、梅（AB031026)、番木瓜（U68216）、苹果（AB034993）等其他植物ACC合酶cDNA氨基酸序列同源性分别为65%、70%、90%,并存在与这些ACC合酶氨pacs12(af467782)在叶片和花中基因表达模式基本一致,伤处理和IAA均能诱导叶片pacs和pacs12基因的表达,但pacs在伤处理叶片的表达水平比pacs12高;pacs和pacs12基因在果实表达有所不同,pacs在绿熟和成熟果实中均有表达,而pacs12在绿熟果实中基本检测不同,在成熟果实中才有表达,两在果实中的表达水平比伤处理和IAA处理叶片和花中要低。     

中间锦鸡儿CiMYB68基因克隆及表达分析

该研究以中间锦鸡儿(Caragana intermedia)为材料,利用RACE技术克隆了CiMYB68基因的全长序列。对CiMYB68的基因组DNA和cDNA全长分析显示,CiMYB68基因无内含子,开放阅读框为852bp,编码284个氨基酸。预测CiMYB68基因编码的蛋白质等电点为8.95,分子量约为31 459.4Da。序列比对和系统进化分析表明,该蛋白和大豆的GmMYB68一致性最高,达到67%。构建了CiMYB68基因与GFP融合表达质粒,激光共聚焦显微镜观察发现,融合蛋白定位于细胞核。用实时荧光定量PCR技术对在不同胁迫条件下CiMYB68基因的表达检测结果表明,在干旱和低温处理下CiMYB68均受到不同程度的诱导,暗示CiMYB68基因可能与中间锦鸡儿响应逆境胁迫有关。     

草鱼过氧化氢酶全长cDNA的克隆、序列同源分析与组织表达

过氧化氢酶(catalase,CAT)是生物体内抗氧化防御系统的关键酶之一,在清除过氧化氢而避免机体产生氧化应激的过程中起重要作用.本研究从草鱼(Ctenopharyngodon idellus)肝胰脏中克隆了CAT完整编码序列(complete coding sequence,CDS).该CAT序列(GenBank登陆号:FJ560431)全长2 263 bp,包括完全开放阅读框(ORF) 1 575 bp、5'非编码区(UTR) 118 bp和3' UTR 570 bp.其ORF编码525个氨基酸残基,理论分子量为59.59 kD,等电点为7.02.在草鱼CAT cDNA的终止密码子附近,其3' UTR具有长且完整的AC重复序列,与斑马鱼、鲢鱼及啮齿类动物CAT的3' UTR AC重复序列相似.序列比较表明,草鱼CAT的核苷酸及推测氨基酸序列与其它多种物种的一致性均较高,其一致性分别为93.4%~43.0%和98.1%~63.3%.同时,草鱼CAT cDNA的推测氨基酸序列具有与其它动物高度保守的特征性基序,包括亚铁血红素结合信号序列"RLFSYPDTH"、酶活性中心序列"FDRERIPERVVHAKGA"及3个催化位点残基His74、Asn147和Tyr357.此外,草鱼CAT还具有保守的亚铁血红素结合口袋与NADPH 结合位点.根据草鱼CAT基因的上述特征,推测其属于CAT基因家族中的单功能或典型CAT基因亚群.采用实时荧光定量PCR (Q-PCR)检测草鱼CAT的组织表达特征.结果显示,草鱼CAT mRNA在所检测的11种组织器官中均有表达,其中在肝中表达水平量较高,在红肌、白肌和脂肪中表达量较低.本研究结果将有助于进一步探讨鱼类CAT基因的结构与功能,并为研究其抗氧化分子机理奠定基础.     

桑树MaPP2C8基因克隆及其干旱胁迫下的表达

该研究基于桑树转录组测序结果及基因组数据库,采用PCR技术,克隆获得桑树2C型蛋白磷酸酶基因MaPP2C8的cDNA及其启动子序列,运用生物信息学方法对序列进行分析,并采用qRT-PCR方法检测MaPP2C8在干旱胁迫处理下的表达特性,为进一步研究MaPP2C8基因在干旱胁迫响应中的功能奠定基础。结果显示:(1)MaPP2C8基因cDNA全长为1 309 bp,开放阅读框(ORF)全长为1 053 bp,编码350个氨基酸。(2)MaPP2C8蛋白与桑科其他植物亲缘关系较近,归属于PP2Cs家族中的A亚族。(3)MaPP2C8蛋白分布于细胞中的多个位置,包括细胞质、细胞核及细胞膜等。(4)克隆获得MaPP2C8基因编码起始位点上游长度为1 612 bp启动子序列,该启动子含有3类激素相关的顺式作用元件,且与ABA相关的元件多达3个。(5)MaPP2C8基因受干旱胁迫诱导上调表达,复水处理后,其表达量显著下调。研究表明,MaPP2C8基因在桑树响应干旱胁迫过程中可能起重要作用。     

冬枣过氧化氢酶基因的克隆及表达分析

从冬枣半红期和全红期果实的SSH文库中筛选得到与桃树CAT1基因相似性高达88%的基因片段。根据该基因片段设计特异性引物,通过5′和3′-RACE扩增,拼接得到1 586bp序列,该序列包含了1 479bp的完整开放阅读框,编码492个氨基酸,具有CAT基因家族的保守功能域,命名为ZjCAT,GenBank登录号为JN831452。氨基酸序列分析表明,ZjCAT与桃树、陆地棉等多种植物的过氧化氢酶有很高的相似性,并属于类型Ⅲ过氧化氢酶。实时PCR分析结果显示,ZjCAT基因在冬枣不同组织和果实成熟期差异性表达,其中在冬枣半红期果实中表达量最高。表明ZjCAT基因在冬枣果实成熟衰老过程中可能具有重要的调控作用。     

柠条锦鸡儿肉桂酰辅酶A还原酶基因克隆和分析

肉桂酰辅酶A还原酶(cinnamoyl-CoA reductase,CCR)是木质素特异合成途径中的关键酶。根据已报道的植物CCR基因序列设计简并引物,利用RACE技术,首次从柠条锦鸡儿(Caragana korshinkii Kom.)中克隆得到CCR基因全长cDNA序列,命名为CkCCR,GenBank登录号为HQ829859。该序列长1 270bp,具备长度为1 014bp的完整开放阅读框(ORF)。推导该基因编码的蛋白质有434个氨基酸,预测等电点6.69,分子量36.76kDa。序列分析发现,柠条锦鸡儿CCR基因推导的氨基酸序列与其它植物来源的CCR序列高度相似,并且具有植物CCR共有的氨基酸序列"KNWYCYGKA"以及NADPH的结合序列。系统进化分析显示,柠条锦鸡儿CCR与拟南芥CCR2处于同一分支,与同属豆科的银合欢CCR亲缘关系最近。利用荧光定量PCR技术对柠条锦鸡儿一个月龄幼苗基因转录水平进行检测,结果显示CkCCR基因在根、茎、叶中广泛表达,并且干旱处理初期表达量有所下降,处理后期又恢复到未处理时的表达水平。     

辣椒ATP硫酸化酶基因（CaATPS1）的克隆与逆境表达

采用 RT-PCR和RACE方法,克隆了叶绿体ATP硫酸化酶基因的全长序列,命名为CaATPS1,GenBank 登录号为KX009745。该基因包含1个长为1 377 bp的完整开放阅读框,编码 458个氨基酸,预测分子量51.11 kD,等电点6.74。氨基酸同源性分析表明,该基因与 GenBank 中登录的茄科植物烟草、马铃薯及其它物种中的ATPS1氨基酸序列具有较高的同源性;进化树分析表明,辣椒CaATPS1与同为茄科属的烟草、马铃薯和胡麻属的芝麻处于同一进化分枝上,而与十字花科植物进化关系较远;荧光定量PCR分析显示,CaATPS1能被低温、干旱、高盐、机械损伤、过氧化氢、水杨酸、乙烯利以及DC3000侵染等各种胁迫和信号分子诱导。     

西伯利亚蓼谷氨酰胺合成酶基因的克隆及碱性盐胁迫下的表达

根据西伯利亚蓼(Polygonum sibiricum Laxm.)地下茎抑制消减文库(SSH)中获得的谷氨酰胺合成酶基因(Glutamin synthetase,GS)EST序列,应用RACE技术克隆了具有Poly A的全长cDNA序列,以下简称为PsGS基因。该序列全长1 273 bp,其5'非翻译区178 bp,3'非翻译区24 bp,开放阅读框编码356个氨基酸残基;根据与其他植物谷氨酰胺合成酶的氨基酸序列的比对以及系统进化分析的结果,确定此基因为谷氨酰胺合成酶基因家族成员;经过SignalP3.0预测该蛋白没有信号肽,无切割位点,为非分泌蛋白。经过ProtParam计算该蛋白的理论等电点为5.55,分子量为39.2 kD,不稳定系数为43.82%,为非稳定蛋白。实时定量PCR分析表明,PsGS在西伯利亚蓼叶、茎、地下茎中均有表达。在3%NaHCO3诱导下,该基因在叶和茎中表达升高,在地下茎中表达受到抑制,推测该基因在抵御碱性盐迫时具有重要作用。     

花生白藜芦醇合酶基因的克隆与生物信息学分析

利用Protparam、iPSORT prediction、ProtScale、SOPMA、Swiss-Modeling和Scan Prosite等生物信息学工具分别对其理化性质、信号肽、疏水性、亲水性、二级结构和三级结构进行分析。以花生粤油45总DNA和总RNA为模板,采用PCR和RT-PCR技术克隆花生白藜芦醇合酶基因的DNA和cDNA序列,并利用SWISS-PROT、DNAMAN等生物信息学工具对其基因和蛋白质序列进行了分析。测序结果显示,该基因的DNA和cDNA序列长度分别为1 498 bp和1 251 bp,cDNA序列具有完整的开放性阅读框,编码389个氨基酸的多肽。该白藜芦醇合酶氨基酸368-378位点上存在芪合酶家族的特征位点GVLFGFGPGLT。同源性分析表明,其碱基序列与已报道的花生白藜芦醇合酶基因的一致性为99%,其氨基酸序列与已报道的花生白藜芦醇合酶氨基酸序列的一致性为100%。     

中间锦鸡儿CiMYB31基因克隆及表达分析

MYB类转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,在植物的初生与次生代谢、细胞命运、生长发育及在生物与非生物胁迫应答中具有重要的作用。本研究以中间锦鸡儿为实验材料利用PCR技术分别以cDNA与gDNA为模板对CiMYB31基因进行了克隆。研究测序表明:CiMYB31基因的开放阅读框(ORF)为969 bp,编码323个氨基酸,其基因组DNA序列长度为1 724 bp,包含3个外显子与2个内含子。生物信息学分析显示:CiMYB31所编码蛋白的N端包含2个MYB结构域(14~64 aa和67~115 aa),属于R2R3-MYB类蛋白。预测该蛋白分子量为36.32 k D,等电点为5.6,蛋白整体上是亲水性的。利用染色体步移技术克隆CiMYB31基因启动子序列,得到902 bp ATG上游序列。分析显示启动子序列中包含一些非生物胁迫相关的顺式作用元件,如干旱响应元件(MBS)与低温响应元件(LTR)。利用实时荧光定量PCR技术对CiMYB31基因的表达进行分析,发现该基因受到低温的诱导。上述研究表明CiMYB31基因可能在中间锦鸡儿对非生物胁迫的响应过程中起作用。