蕙兰CyfaSTK基因的克隆与表达分析

采用同源克隆的方法,从蕙兰(Cymbidium faberi Rolfe)花芽中克隆获得CyfaSTK基因的cDNA序列,并对其进行生物信息学分析及基因表达分析。结果显示,该基因全长843 bp,其中开放阅读框(ORF)长705 bp,共编码234个氨基酸和1个终止密码子。同源蛋白序列比对及分子系统发育分析结果表明,CyfaSTK蛋白属于D类MADS-box转录因子STK-like进化系,含有MADS、I、K和C等4个结构域,其C末端转录激活区含有2个保守的基元:AG motifⅠ和AG motifⅡ,此外,还具有一个在天门冬目植物中相对保守的基元MD motif。基因表达的组织特异性分析结果显示:蕙兰CyfaSTK基因在花萼、花瓣、唇瓣、药帽、子房中均有表达,但在叶片中不表达,其中在子房中的表达量与其他组织相比,差异达到极显著水平; CyfaSTK在花芽经过休眠后的萌动期表达量最高,且在开花当天该基因表达量有上升趋势。研究结果表明CyfaSTK基因不仅参与调控蕙兰花器官的发育过程,且对子房及合蕊柱的正常发育具有重要作用。     

甜荞FaesSTK基因在长花柱长雄蕊突变体lpls中的表达分析

采用RACE技术,从甜荞（Fagopyrum esculentum Moench）中克隆获得3种花型的STK同源基因FaesSTK,并对其序列特征进行分析。结果显示,甜荞3种花型植株STK同源基因序列一致,全长为967 bp,包含长689 bp的完整开放阅读框,编码一个由225个氨基酸残基组成的D类MADS-box转录因子。蛋白序列比对及系统发育分析结果表明,FaesSTK蛋白属于MADS-box转录因子中的STK进化系。包含1个由57个氨基酸残基组成的高度保守的MADS结构域;1个由82个氨基酸残基组成的次级保守区域的K结构域,在C端的转录激活区还含有另外2个高度保守的基序（AGⅠ和AGⅡ）。实时荧光定量检测结果显示,FaesSTK基因主要在甜荞lpls突变体的雄蕊、雌蕊和不同发育时期的幼果中表达,在根和花被片中仅能检测到微弱的转录信号,在叶和茎中不表达,其中在雌蕊和果实中的表达量极显著高于其他组织。推测该基因在花发育过程中可能主要参与调控甜荞lpls突变体雌蕊和果实的发育。     

樱胚珠发育调控基因PrseSTK在单瓣与重瓣花中的表达比较

用同源克隆方法,从日本晚樱（Prunus lannesiana）花芽中克隆出了PrseSTK基因的cDNA全长,GenBank登录号为GU332504。其包括1个共669 bp的完整开放阅读框,编码222个氨基酸和1个终止密码子。同源序列比对和分子系统进化分析表明,PrseSTK是拟南芥的STK同源基因,其编码蛋白的C末端拥有2个高度保守模体：AG motif Ⅰ和Ⅱ,属D类MADS-box转录因子。其在花器官中表达的组织特异性分析表明,在单瓣‘大岛樱’中,PrseSTK主要在雄蕊和雌蕊中表达;但在重瓣品种‘普贤像’中,其在萼片、雄蕊和叶化雌蕊中均有表达。其在2个品种4轮花器官中的表达呈现明显的差异,并与拟南芥STK基因表达的组织特异性也有一定的差别;其在花萼中的异位表达可能与重瓣品种萼筒异位子房的发育调控相关。     

甜荞FeFUL2基因的克隆与表达分析

为了探索甜荞FUL同源基因参与花与籽粒发育调控的分子机制,该文采用同源克隆的方法从甜荞(Fagopyrum esculentum)长花柱和长雄蕊突变体(lpls)中克隆到1个长837 bp的FeFUL2基因(GenBank登录号为MG779493.1),其包含长690 bp的完整开放阅读框,编码1个由229个氨基酸残基组成的MADS-box转录因子。通过对FeFUL2进行分子系统发生、同源蛋白比对与转录因子结构分析,结果显示FeFUL2与核心真双子叶植物AP1/FUL亚家族转录因子中的euFUL进化系聚于1个进化分支,属甜荞euFUL型MADS-box转录因子,且包含1个57个氨基酸残基长的高度保守的MADS结构域、1个69个氨基酸残基长的次级保守的K结构域,其C末端转录激活区在序列长度和氨基酸残基组成上与其他euFUL型转录因子差异较大,但仍含有2个euFUL型转录因子特有的保守基元:FUL motif和paleo AP1 motif。用qPCR检测基因表达的组织特异性显示:FeFUL2基因在甜荞lpls突变体的根、茎、叶、花被片、雄蕊、雌蕊和发育4 d的幼果中均有表达,但其在花被片中表达量极显著高于该基因在其他器官中的表达量(LSD,P0.01)。综合转录因子的结构与基因的表达模式推测,FeFUL2基因与其他euFUL型基因的功能可能存在一定差异,其在花发育过程中可能主要参与甜荞花被片的发育调控。     

甜荞FaesSTK基因在长花柱长雄蕊突变体lpls中的表达分析

采用RACE技术,从甜荞(Fagopyrum esculentum Moench)中克隆获得3种花型的STK同源基因Faes STK,并对其序列特征进行分析。结果显示,甜荞3种花型植株STK同源基因序列一致,全长为967 bp,包含长689 bp的完整开放阅读框,编码一个由225个氨基酸残基组成的D类MADS-box转录因子。蛋白序列比对及系统发育分析结果表明,Faes STK蛋白属于MADS-box转录因子中的STK进化系。包含1个由57个氨基酸残基组成的高度保守的MADS结构域; 1个由82个氨基酸残基组成的次级保守区域的K结构域,在C端的转录激活区还含有另外2个高度保守的基序(AGⅠ和AGⅡ)。实时荧光定量检测结果显示,Faes STK基因主要在甜荞lpls突变体的雄蕊、雌蕊和不同发育时期的幼果中表达,在根和花被片中仅能检测到微弱的转录信号,在叶和茎中不表达,其中在雌蕊和果实中的表达量极显著高于其他组织。推测该基因在花发育过程中可能主要参与调控甜荞lpls突变体雌蕊和果实的发育。     

黄金树花器官特征决定的CaspAG基因克隆和表达分析

以黄金树的花芽为材料,采用同源基因克隆技术,获得黄金树花器官特征决定的AG同源基因,将其命名为CaspAG,其开放阅读框(ORF)为738 bp,编码245个氨基酸。分子系统发生和蛋白序列比对分析表明:CaspAG是拟南芥的AG同源蛋白,被归为eu AG进化分支,其MADS区有57个氨基酸,I区有32个氨基酸,K区有83个氨基酸,C区有55个氨基酸,其中C末端的转录激活区含有两个保守的基序:AGI和AGII基序。半定量RT-PCR分析表明,在花发育过程中,CaspAG基因仅在雄蕊和雌蕊中表达,而在茎、叶片、萼片和花瓣中几乎不表达。实时荧光定量PCR分析结果表明,CaspAG基因在雌雄蕊原基分化期至雌雄蕊成熟期均有表达,在雌雄蕊发育成熟期表达量达到最高;且在雄蕊的表达高峰的时间明显早于雌蕊,这与雌、雄蕊形态成熟的时间基本吻合。     

CygoSTK基因在普通春兰与奇花品种‘天彭牡丹''中的表达比较

为深入研究春兰(Cymbidium goeringii)与春兰奇花品种花器官发育调控的分子机制,该研究采用同源克隆的方法,分别从普通的春兰与春兰奇花品种‘天彭牡丹’的花芽中克隆得到1个cDNA长849 bp D类MADS-box基因CygoSTK(Genbank登录号为MH917912.1)。结果表明:该基因序列在两种春兰中高度一致,包含1个长705 bp的完整ORF,编码1个由234个氨基酸残基组成的STK进化系MADS-box转录因子;结构分析表明,CygoSTK转录因子包含1个高度保守的MADS结构域(MADS domain)(1～57)和1个次级保守的K结构域(91～172),其C末端的转录激活区含有两个高度保守的基序,即AGI基序和AGⅡ基序;进一步用qPCR检测CygoSTK基因在普通的春兰与春兰奇花品种‘天彭牡丹’不同花器官中的相对表达量发现,CygoSTK基因在普通的春兰和春兰‘天彭牡丹’子房中的表达量最高,显著高于该基因在相应品种其他花器官中的表达量(LSD,P0.05)。以上结果说明CygoSTK基因在功能上有很强的保守性,主要参与春兰子房的发育。     

中国水仙NtSOC1基因克隆及亚细胞定位

以中国水仙‘金盏银台’为实验材料,采用RACE和RT-PCR技术获得1个与开花相关的转录因子(SOC1)的同源基因NtSOC1。NtSOC1的cDNA全长1 603bp,含有1个687bp开放阅读框,编码228个氨基酸。生物信息学分析表明,NtSOC1与单子叶植物的SOC1同源基因的氨基酸序列较为相似,且在C末端同样含有一个保守性很高的SOC1motif序列,说明NtSOC1是属于SOC1/TM3亚家族基因。荧光定量PCR分析显示,NtSOC1在花芽分化阶段的表达量随着花芽的分化而升高,花芽分化结束时减少,表明NtSOC1基因可能参与中国水仙的花芽分化。成功构建了NtSOC1基因表达载体pCAMBIA1302-NtSOC1,通过农杆菌转化洋葱表皮对编码蛋白进行亚细胞定位结果显示,NtSOC1基因编码蛋白定位于细胞核,符合转录因子的亚细胞定位特征。该实验结果为进一步研究NtSOC1基因的生物学功能奠定了基础。     

枸杞LbSPL6基因的克隆及表达分析

从实验室前期对枸杞(Lycium barbarum L.)花发育过程转录组测序结果推测,枸杞Squamosa启动子结合蛋白(Squamosa promoter binding protein-like, SPL)转录因子可能在枸杞花发育过程中发挥重要功能。该研究以宁夏特色植物资源枸杞为材料,采用RACE方法克隆LbSPL6基因,通过生物信息学及基因表达分析对该基因进行初步研究。结果表明:(1)成功克隆获得LbSPL6基因,其开放阅读框全长1 524 bp,编码507个氨基酸,分子量为55.34 kD;序列分析表明LbSPL6蛋白中包含3个保守基序,且氨基酸序列与茄科植物同源蛋白的氨基酸序列高度相似。(2)qRT-PCR分析证实,LbSPL6基因在枸杞花器官中表达,并且在花药发育的四分体时期及单核花粉时期表达量较高;亚细胞定位实验证明,LbSPL6蛋白定位于细胞核中。该研究结果为进一步研究枸杞LbSPL6转录因子在花发育过程中的功能和作用机制奠定了基础。     

日本晚樱PrseSHP基因的克隆与功能分析

采用同源克隆方法结合RACE技术,从日本晚樱(Prunus lannesiana)品种‘大岛樱’中克隆到花发育调控相关的PrseSHP基因(GenBank登录号为GU362645)。PrseSHP基因序列全长1 223bp,包含1个长741bp的完整开放阅读框,编码246个氨基酸和1个终止密码子。分子系统发生分析表明,PrseSHP属MADS-box转录因子的PLE/SHP进化系,并与蔷薇科植物的SHP同源蛋白聚于同一进化分支;蛋白序列比对显示,该转录因子拥有M、I、K和C共4个结构域,且其C末端结构域中包含高度保守的AGⅠ和Ⅱ基序。基因表达分析表明,PrseSHP基因主要在‘大岛樱’的花瓣、雄蕊、雌蕊和幼果等器官中表达,在花萼中仅能检测到微弱的转录信号,在幼叶中不表达,与其他植物SHP同源基因的表达模式有一定的差别。功能分析显示,转PrseSHP基因拟南芥植株明显比野生型拟南芥弱小,转基因拟南芥在6~8片莲座叶后即抽薹开花,时间较野生型拟南芥(14~17片莲座叶后抽薹开花)明显提前,证明异位表达的PrseSHP基因能促进拟南芥早花,其在花发育过程中可能参与调控植物开花。     

三叶木通促分裂原活化蛋白激酶基因mapk3的克隆及表达分析

植物MAPK信号途径在植物生长发育以及多种逆境胁迫响应和激素调控过程中发挥着至关重要的作用。本文利用RACE-PCR技术克隆三叶木通促分裂原活化蛋白激酶基因mapk3的全长c DNA序列,并对其进行生物信息学分析和时空表达分析。克隆所得的Aktmapk3基因的ORF全长序列为1 164 bp,编码387个氨基酸,其编码的蛋白具有ATP结合位点,MAPK激酶保守结构和丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶激活位点,推测其可能通过被磷酸化而激活以及通过磷酸化下游蛋白而执行生理功能。实时荧光定量PCR结果显示,Aktmapk3基因在三叶木通各组织器官均有表达,在芽成熟叶片以及花中表达量比较高,在茎、幼叶和果肉中的表达量最低,暗示该基因可能参与了三叶木通芽的形成和花的发育。     

黄金树B类MADS-box基因表达特征分析

采用同源克隆技术, 从黄金树(Catalpa speciosa)花芽中克隆得到B类MADS-box基因CaspAP3和CaspPI的cDNA序列。序列分析表明, CaspAP3基因cDNA序列的完整开放阅读框(ORF)为696 bp, 编码231个氨基酸残基; CaspPI基因cDNA序列的ORF为639 bp, 编码212个氨基酸残基。蛋白质序列相似性比对和分子系统发生分析表明, CaspAP3属于AP3/DEF进化支, 其C末端包含保守的euAP3基序和PI-derived基序, 而CaspPI聚类于PI/GLO进化支, 其C末端包含保守的PI基序。半定量RT-PCR分析结果表明, CaspAP3和CaspPI基因均仅在花瓣和雄蕊中表达。实时荧光定量PCR分析表明, CaspAP3和CaspPI基因在花瓣和雄蕊原基分化期至成熟期均有表达, 这2个基因在雄蕊中表达高峰出现的时间均早于花瓣; 且花瓣中的CaspAP3和CaspPI基因表达高峰均出现在快速伸长阶段; 这与花瓣和雄蕊的形态发育阶段相吻合。     

板栗MADS-box蛋白基因(CmMADS3)的克隆和表达分析

根据MADS-box基因保守区结构,设计简并引物,从板栗（Castanea mollissima）中分离出花特异表达基因的cDNA片段。并通过5’RACE方法获得了全长cDNA,命名为CmMADS3。该片段全长1016bp,包含一个729bp的开放阅读框,推导的氨基酸序列（243个氨基酸）与拟南芥的SEPl、SEP2和SEP33类MADS-box蛋白有很高的序列相似性。系统进化分析同样将CmMADS3基因归入MADS-box基因家族的AGL2组。RT-PCR分析显示,该基因在板栗的花和幼果中表达丰度高,在茎中有微弱的表达,在叶中不表达,研究结果表明CmMADS3基因是板栗花器官发育中具有E功能的功能基因。     

豆科AGAMOUS同源基因结构及功能分析

AGAMOUS(AG)基因是控制高等植物花发育的重要基因,已在20多种植物基因组中发现同源基因。作为MADS-box家族的一员,AG基因结构具有高度的保守性。AG及其同源基因在植物生长发育中的功能已经十分清晰。本文研究AG同源基因在豆科几个代表物种中的分布,对其基因结构和蛋白序列进行分析比对。结果表明,AG同源基因在不同的豆科物种中具有高度的序列同源性及结构保守性。进一步通过蒺藜苜蓿Medicago truncatula的AG同源基因表达模式分析发现,其表达是与功能相互验证的。     

光皮桦ACC氧化酶基因BlACO的克隆和表达分析

ACC（1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid）氧化酶（ACO）是植物乙烯合成过程中的关键限速酶,对乙烯的合成具有重要的调控作用。以光皮桦茎叶组织提取的RNA为模板,据已报道的ACO同源序列设计简并引物,通过RT-PCR扩增获得部分基因片段,结合5＇,3＇RACE方法从光皮桦中扩增出1个ACO的全长cDNA序列。该基因cDNA全长1262bp,具有一个957bp的完整开放阅读框架,编码含318个氨基酸的蛋白。与其他植物中的ACO基因进行同源性比对的结果显示,BlACO蛋白与欧洲白桦的同源性最高,达到97%。该基因在光皮桦的雄花和雌花中表达量较高,而在茎中的表达量较低。     

甜荞FaesAP2基因的克隆与表达分析

本研究采用同源克隆和RACE技术,从甜荞（Fagopyrum esculentum Moench.）品种'西农9976'中分离出调控花器官发育的FaesAP2基因,该基因序列全长1668 bp,包含1个长为1374 bp的完整开放阅读框,共编码457个氨基酸。序列比对以及系统发育分析结果发现,FaesAP2蛋白拥有2个高度保守的AP2（APETALA2）结构域,在第1个AP2结构域前端有1段由10个氨基酸残基组成的高度保守的核定位信号区;系统发育分析显示其与拟南芥（Arabidopsis thaliana（L.） Heynh.） AP2转录因子的亲缘关系较近。基因表达模式分析表明,该基因在甜荞pin型和thrum型花的雄蕊和雌蕊中有明显的表达,但在幼叶和花被片中不表达,且其表达量在2种类型花不同发育时期呈现明显的变化,均在花药迅速膨大期达到最高值,因此推测该基因在甜荞花发育过程中可能参与了花器官发育的调控。