茶树水通道蛋白基因的克隆与表达分析

从茶树中克隆了6个水通道蛋白(aquaporin,AQP)基因的cDNA全长序列,根据序列相似性和系统进化分析结果,分别命名为CsNIP1;1、CsNIP5;1、CsPIP2;1、CsPIP2;2、CsTIP1;1和CsTIP2;2。氨基酸序列特征分析表明,6个基因的编码氨基酸序列长度在250~301个氨基酸残基,分子量在25.186~30.728kD之间;均为疏水性蛋白,并都含有6个跨膜螺旋;6个基因均含有MIP蛋白家族的特征序列HF/I/VNPA/SI/L/VTI/FA/G和NPA(Asn-Pro-Ala)基序,以及类似沙漏状的跨膜三级结构。荧光定量PCR分析显示:这6个基因在根、茎、叶和花中均表达,且在根中的表达水平最高,表明它们与茶树根系的物质转运密切相关;CsAQPs基因的表达受ABA、高盐、干旱和低温胁迫的调控,表明它们可能参与茶树抗逆响应。     

茶树CsCIGR基因克隆及表达特性分析

该研究以茶树基因组数据库为基础,采用RT-PCR技术,从茶树‘龙井43’中克隆得到基因CsCIGR。序列分析显示,CsCIGR基因开放阅读框长度为1 677 bp,编码588个氨基酸。进化分析表明,CsCIGR属于GRAS家族的PAT1亚家族。多序列比对显示,茶树CsCIGR蛋白与其他植物的GRAS蛋白氨基酸序列具有很高的相似性。氨基酸理化性质分析显示,CsCIGR转录因子属于亲水性蛋白。亚细胞定位预测显示,CsCIGR可能位于细胞核中。启动子预测分析发现,CsCIGR启动子区域包含胁迫响应元件(STRE)、干旱应答元件(MYC)、厌氧诱导元件(ARE)等多种与逆境响应相关的顺式作用元件。荧光定量PCR分析结果显示,CsCIGR基因在低温(4℃)、高温(38℃)、干旱(200 g·L~(-1) PEG)、高盐(200 mmol·L~(-1) NaCl)胁迫下均能诱导表达,且对高盐,低温和高温胁迫响应更为明显,推测CsCIGR基因在茶树响应逆境胁迫中发挥重要作用。该研究为茶树抗性育种筛选基因提供了重要理论依据。     

茶树钙调素基因CsCaMs的克隆及其低温胁迫下的表达分析

钙调素(CaM)是植物钙离子信号通道的主要参与者,参与低温胁迫下多种植物的抗寒生理作用。本研究根据钙调素基因相关表达序列标签(EST)序列,借助RACE-PCR技术,获得CsCaM1和CsCaM2两条cDNA全长序列,GenBank登录号分别为KT238971和KT238972,长度分别为693 bp和841 bp,均包含450 bp的完整开放阅读框(ORF),编码149个氨基酸,两条氨基酸序列仅一个氨基酸有差异,且均含有4个植物CaM家族的共同特征手型结构EF(EF-hand)。采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析CsCaMs在茶树低温胁迫下各种处理中的表达模式。结果表明,CsCaMs无组织表达特异性,低温胁迫处理和CaCl2均能诱导CsCaMs的表达,而钙调素拮抗剂W7与钙离子通道抑制剂LaCl3则会抑制其表达。本研究结果对阐明茶树抗寒性的分子机理有一定理论意义,为茶树的抗寒性育种提供参考。     

茶树硝酸盐转运蛋白基因的克隆和表达分析

硝酸盐转运蛋白（NRT）是植物吸收和利用硝态氮的一种关键蛋白。运用RACE技术从茶树中扩增出NRT基因的cDNA,并利用实时荧光定量PCR检测了CsNRT基因在不同茶树器官与品种之间的差异表达。结果表明：CsNRT基因的cDNA全长2 061 bp,开放阅读框为1 818 bp,编码含由605个氨基酸组成的蛋白质,GenBank登录号为KJ160503,属于NRT2基因家族。CsNRT为组成型基因,对不同处理的水培茶苗进行定量表达分析显示,该基因在根、茎、叶中都有表达,其中在根部的表达水平最高,1.0 mmol·L-1的NO3-可诱导其表达量上升7.53倍。不同茶树品种中CsNRT基因的表达也有较大差异,‘龙井长叶’和‘凫早2号’的表达量较高,前者强烈响应0.5和1.0 mmol·L-1 NO3-的诱导,后者的响应浓度为1.0和2.0mmol·L-1,而‘舒茶早’在各浓度下的表达差异不明显。     

茶树CsTMFs的克隆与表达分析

基于茶树全基因组数据,筛选鉴定茶树（Camellia sinensis(L.)O. Ktze.）TATA元件调控因子（TATA element modulatory factor,TMF）CsTMFs家族成员。克隆茶树叶片中CsTMFs编码区序列（coding sequence,CDS）全长。使用生物信息学方法对CsTMFs的保守结构域、基因结构、理化性质、蛋白质二级结构和系统发育关系进行分析。基于转录组数据进行组织特异性表达的分析,利用实时荧光定量聚合酶链式反应（real-time fluorescent quantitative PCR,qPCR）方法检测冷胁迫和干旱胁迫下CsTMFs在茶树叶片中的表达情况。结果表明,CsTMFs家族有2个CsTMF基因,序列CDS区长度分别为2 934和2 904 bp,均具有TMF-DNA-bd和TMF-TATA-bd完整保守结构域。CsTMF1和CsTMF2具有组织表达特异性,CsTMF1在花与茎中表达较高,CsTMF2在成熟叶与茎中表达较高。CsTMF1受冷胁迫诱导,CsTMF2受冷胁迫和干旱胁迫抑制。     

茶树CsGME1基因的克隆与逆境胁迫响应分析

该研究基于茶树转录组和基因组信息,以茶树‘龙井43’为实验材料,从其cDNA中克隆获得茶树CsGME1基因,并对其蛋白序列特征、基因表达模式及其在不同非生物胁迫下的表达水平进行实时荧光定量分析。结果显示:(1)茶树CsGME1开放阅读框长度为1131 bp,编码376个氨基酸;该序列与多个相关物种的GME氨基酸序列一致性为94.25%,均含有NAD结合域。(2)进化树分析表明,茶树CsGME1基因与番茄SlGME1亲缘关系较近,与水稻OsGME2亲缘关系最远。(3)CsGME1蛋白属于亲水性蛋白,理论相对分子量为42046.84 Da,理论等电点为5.73,具有4个无序化区域,无序化程度较低;CsGME1蛋白二级结构由39.25%α-螺旋,13.26%延伸主链,5.84%β-转角和41.38%随机卷曲组成;三级结构分析结果显示,CsGME1包含螺旋和随机卷曲,与二级结构吻合。(4)荧光定量分析结果显示,在高温(38℃)、低温(4℃)、干旱(20%PEG)和高盐(200 mmol·L-1 NaCl)4种非生物胁迫处理下,茶树CsGME1基因均有响应,且表达存在差异,推测CsGME1参与了茶树的逆境胁迫响应过程。     

茶树谷丙转氨酶基因的克隆及其表达分析

该研究基于茶树的转录组数据,采用RT PCR方法从茶树‘黄金芽’cDNA中克隆获得茶树谷丙转氨酶基因（CsAlaAT）,利用荧光定量PCR方法,对CsAlaAT在茶树材料‘迎霜’和‘黄金芽’不同组织、温度胁迫与激素处理的表达进行分析。结果显示：CsAlaAT基因开放阅读框长度为1 662 bp,编码553个氨基酸,含有天冬氨酸转氨酶家族（Aspartate aminotransferase family）典型的AAT like保守结构域。多序列比对显示,该序列与多个相关物种的序列一致性达78.83%,与磷酸吡哆醛（PLP）结合的10个氨基酸残基以及第358位赖氨酸催化位点在物种间高度保守。茶树CsAlaAT蛋白属亲水性蛋白,相对分子质量为60 877.5 D,等电点为6.11,碱性、酸性、脂肪族和芳香族氨基酸比例分别为12%、11%、22%和8%,无序化特征不明显,与大麦HvAlaAT具有相似的三维结构。实时定量PCR分析表明,CsAlaAT在茶树‘迎霜’和‘黄金芽’中的表达均具有组织特异性,且均在根部的表达量最高;CsAlaAT响应高温（38 ℃）和低温（4 ℃）胁迫的表达上调;外源施用脱落酸（ABA）和赤霉素（GA）能够抑制茶树中CsAlaAT基因的表达。     

茶树CsLEA5基因的克隆及表达分析

该研究以茶树‘龙井长叶’为材料,克隆获得了茶树胚胎发育晚期丰富蛋白基因CsLEA5的cDNA序列,该序列全长515 bp,包含一个375 bp的开放阅读框,编码124个氨基酸,预测蛋白分子量为13.5 kD,理论等电点为5.92。蛋白序列分析结果显示,CsLEA5为高亲水性和稳定性蛋白,且含有一个典型的LEA_3保守结构域,属于LEA蛋白中LEA_3亚家族成员。CsLEA5基因启动子区域包含多种与逆境响应相关的顺式作用元件,如乙烯响应元件（ERE）、胁迫响应元件（STRE）、创伤响应元件（WUN motif）及MYB、MYC转录因子识别位点等。qRT PCR分析显示,CsLEA5基因表达具有明显的组织特异性,在叶片中的表达量最高,其次是嫩茎,而在其他组织器官中的表达量较低,且CsLEA5基因表达受低温和干旱胁迫的诱导。研究表明,CsLEA5基因可能在茶树响应低温和干旱胁迫过程中发挥重要作用。该研究对了解茶树抗逆分子机制,筛选抗性候选基因资源提供了重要理论依据。     

茶树DELLA基因家族的鉴定及表达分析

利用生物信息学方法,从茶树（Camellia sinensis（L.）O.Ktze.）全基因组数据库中分析获得DELLA蛋白的家族成员,并对它们的系统进化关系、蛋白序列特征、基因表达特异性及其与茶树次生代谢物的相关性进行分析。结果显示：茶树基因组中共有5个DELLA基因,分别为：TEA009882（CsGAI）、TEA022818（CsRGA1）、TEA010112（CsRGL1）、TEA008736（CsRGL2）和TEA020933（CsRGL3）;其编码的氨基酸数量在525~594之间,均定位于细胞核。该蛋白的二级和三级结构分析结果表明,茶树DELLA蛋白结构中含有大量的α螺旋及少量β转角结构。蛋白保守结构域分析结果显示该蛋白与拟南芥（Arabidopsis thaliana（L.）Heynh.）具有高度的同源性,均具有GRAS、DELLA等保守结构域。基因的表达特异性分析结果表明,在茶树不同组织部位中,TEA009882、TEA022818和TEA010112基因的表达量均较高,而TEA020933和TEA008736的表达量在各组织中均较低;茶树DELLA基因的表达受到干旱、NaCl、低温及茉莉酸甲酯等非生物逆境胁迫的调控,且其表达量与茶树次生代谢物的积累间存在相关性。推测茶树DELLA基因广泛参与了茶树生长发育及非生物逆境胁迫的响应,以及对次生代谢物生物合成过程的调控。     

马铃薯StCML基因家族鉴定及表达分析

类钙调蛋白(calmodulin-like protein, CML)是植物中一种重要的Ca~(2+)结合蛋白,在植物生长发育和胁迫响应过程中起着重要的作用。该研究通过生物信息学方法在马铃薯基因组中鉴定了StCML基因家族成员,并对它们的表达模式及胁迫响应进行了分析,为深入解析马铃薯StCML基因家族成员在生长发育和胁迫响应中的作用机制奠定理论基础。结果显示:(1)在马铃薯基因组中共鉴定到80个StCML基因,它们均具有EF-hand结构;根据系统进化树拓扑结构可分为5个亚家族,在1～5亚家族中分别含有18、12、14、12、和24个基因,大部分基因具有较为保守的基因结构和基序。(2)RNA-Seq数据分析发现,StCML基因主要在马铃薯的花、叶柄、芽、雄蕊、匍匐茎和块茎中有特异表达,并且主要对盐、热、干旱和赤霉素处理有响应。(3)qRT-PCR分析发现,在低温胁迫下StCML13、StCML21和StCML53表达上调;在高温胁迫下StCML11、StCML21和StCML39表达上调;盐胁迫下StCML21和StCML60表达上调;青枯菌处理下StCML53表达上调,StCML8、StCML 13、StCML 21和StCML 60表达下调。研究表明,StCML基因对多种胁迫均有响应。     

茶树单萜合成酶CsTPS基因的克隆及表达分析

该研究在茶树转录组测序的基础上,以‘铁观音’茶树品种的芽叶为供试材料,采用RT-PCR技术,克隆了茶树的1条单萜合成酶(TPS)基因全长cDNA序列,命名为CsTPS(GenBank登录号为KY829105)。CsTPS基因全长2 077bp,其开放阅读框(ORF)为1 752bp,编码583个氨基酸。CsTPS基因编码蛋白含有单萜合成酶蛋白特有的2个天冬氨酸富集基序及RRx8W、RxR保守基序,N端具有一段叶绿体转运肽。同源比对分析显示,CsTPS氨基酸序列与多种植物的单萜合成酶序列相似性较高,与黄胡萝卜α-松油醇合成酶、白簕柠檬烯合成酶、蓖麻单萜合成酶相似性分别为74%、71%和66%。系统进化树分析表明,CsTPS属于TPSb亚家族类型。荧光定量PCR结果显示,在白茶萎凋、乌龙茶做青、红茶发酵等加工过程中,CsTPS基因的表达量均有上调,推测CsTPS基因的表达与茶叶加工过程中茶叶香气形成密切相关。     

水稻C2H2型锌指蛋白基因RZF71的克隆与表达分析

利用生物信息学和RT-PCR方法从水稻幼苗组织中分离了1个新的C2H2型锌指蛋白基因RZF71, 该基因编码一条250个氨基酸残基的多肽, 含有两个典型的C2H2型锌指结构。半定量RT-PCR分析表明: RZF71在根、茎、叶和幼穗中呈组成性表达, 在根中的表达丰度略高; 在高盐和PEG6000胁迫的水稻幼苗组织中, RZF71的表达显著增强, 但低温和ABA处理对该基因的表达量影响不大。农杆菌介导的洋葱表皮细胞GFP瞬时表达实验表明: RZF71定位于细胞核内。讨论了RZF71可能作为一个转录调控因子在水稻耐高盐和渗透胁迫中的作用。     

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。     

草莓(Fragaria×ananassa)MYC2-like基因的克隆和非生物胁迫下的表达分析

髓细胞组织增生蛋白2(myelocytomatosis protein 2, MYC2)作为MYC型bHLH转录因子家族成员,是茉莉酸响应途径的关键转录因子,在调控植物抵抗逆境胁迫中具有重要作用。本研究基于NCBI数据库中野草莓(Fragaria vesca)的基因序列,从草莓(Fragaria×ananassa)品种‘红颜’(‘Benihoppe’)中克隆鉴定了1个FaMYC2-like基因,其开放阅读框长度为1 473 bp,编码490个氨基酸残基。保守结构域分析表明,FaMYC2-like蛋白具有bHLH-MYC家族保守结构域。系统发育分析显示,FaMYC2-like蛋白与月季花(Rosa chinensis)等蔷薇科(Rosaceae)植物中的同源基因编码的蛋白质具有较近的亲缘关系。通过启动子顺式作用元件预测,发现其启动子区含有大量的光信号、胁迫响应及激素信号的响应元件。亚细胞定位结果表明,FaMYC2-like蛋白定位于细胞核中。组织特异性RT-qPCR结果显示,FaMYC2-like基因在草莓的根中表达量最高,在茎、叶和花中也有较高表达,在匍匐茎中表达量最低;在果实发育早期...     

茶树CsASMT基因的克隆和表达分析

该研究在茶树转录组测序的基础上,以茶树品种‘舒茶早’为试验材料,采用SMART^TM RACE技术,克隆了茶树褪黑素合成途径中关键限速酶N 乙酰基 5 羟色胺甲基转移酶基因（^CsASMT）的cDNA全长序列。^CsASMT基因序列全长1 282 bp,其中包含1 065 bp完整开放阅读框（ORF）,编码354个氨基酸,预测等电点5.37,蛋白分子量38.98 kD。系统进化分析表明,CsASMT与珠美海棠（Malus zumi）ASMT9的亲缘关系最近。将目的基因分别与pET 32a(+)和pMal c2X载体重组,然后再转化入原核表达菌株BL21(DE3)中,pET 32a（+）/CsASMT在28 ℃用0.5 mg/mL IPTG诱导6 h后,以包涵体蛋白的形式表达,而pMal c2X/CsASMT经诱导后在上清中可获得分子量为79 kD大量可溶性融合蛋白。实时定量 PCR 分析表明,茶尺蠖取食抑制CsASMT基因表达;褪黑素、ABA、MeJA和SA均能够诱导CsASMT基因显著上调表达。该研究结果为N 乙酰基 5 羟色胺甲基转移酶功能研究奠定了一定的基础。     

番茄LeCIPK3的克隆及非生物胁迫诱导的表达分析

CIPK是植物钙感受器蛋白钙调磷酸酶B类似蛋白特定靶向的一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。采用同源基因克隆法,在番茄叶中克隆了一个与AtCIPK3处于同一亚组的基因,命名为LeCIPK3。表达分析表明,LeCIPK3主要在根和花中表达,在叶中的表达受脱落酸、聚乙二醇及低温的诱导,可能在番茄多种胁迫抗性中起重要作用。     

茶树谷氨酰胺合成酶同源基因的克隆及表达分析

在实验室前期构建cDNA幼根文库获得谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase,GS,EC 6.3.1.2)同源序列(contig48)的基础上设计引物,通过SMART RACE技术克隆了该基因cDNA全长序列(命名为GS1-2,GenBank登录号:JQ925873.1)。结果显示:(1)GS1-2基因全长为1 710bp,开放阅读框长1 071bp,编码356个氨基酸,预测蛋白分子质量为39.3kD,理论等电点为5.65;核酸序列分析表明,GS1-2基因与从安吉白茶中克隆的茶氨酸合成酶基因相似性为99%。(2)将GS1-2基因克隆至原核表达载体pET-32a和pMAL-c5x,转化至大肠杆菌,IPTG诱导表达融合蛋白,SDS-PAGE检测结果表明,pET-32a-CsGS1-2转至Rosetta中诱导表达的蛋白与预测蛋白大小一致,主要以包涵体形式存在;而pMAL-c5x-CsGS1-2转化大肠杆菌BL21(DE3)诱导表达可产生可溶性蛋白。(3)进一步构建茶树GS1-2酵母表达载体pYES-DEST52-CsGS1-2并转化至酿酒酵母(WAT11)菌液中,添加底物(谷氨酸钠100μmol/L和盐酸乙胺500μmol/L)震荡培养并离心,UPLC-MS测定酶反应产物结果初步表明,目的蛋白不能催化盐酸乙胺和谷氨酸钠合成茶氨酸,但可以合成谷氨酰胺。     

茶树4CL基因家族的全基因组鉴定及表达分析

4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)是茶树苯丙烷代谢途径的核心酶,是类黄酮和木质素生物合成的关键酶,对茶树抗胁迫及茶叶品质形成有重要作用。研究通过生物信息学分析,从‘黄棪’和‘铁观音’茶树中分别鉴定出8个和9个4CL基因家族成员,命名为HD-Cs4CL1～8和TGY-Cs4CL1～9。系统发育分析将其分为A和B两组,A组中第Ⅰ亚家族的HD-Cs4CL3、HD-Cs4CL7、TGY-Cs4CL2和第Ⅱ亚家族的HD-Cs4CL2、TGY-Cs4CL5可能分别参与木质素和类黄酮合成。启动子顺式元件分析表明4CL基因中存在大量与植物发育、激素和胁迫响应相关的顺式作用元件。不同组织转录组数据分析表明,Cs4CL基因在茶树特定发育时期具有重要作用。实时荧光定量检测表明,HD-Cs4CL6和HD-Cs4CL8在GA、MeJA、ABA、低温和干旱处理下表达量均显著上调;HD-Cs4CL7在ABA处理和干旱处理下表达量上调,HD-Cs4CL2和HD-Cs4CL3在ABA处理下表达量上调。研究为进一步探究茶树4CL基因家族参与响应多种环境的生物学机制提供参考。     

橡胶草E2泛素结合酶基因TkUBC2基因的克隆及其表达分析

为解析橡胶草E2泛素结合酶在胁迫响应和信号转导中的功能,本文从橡胶草品系1151中克隆得到一个E2泛素结合酶基因,命名为TkUBC2,该基因编码区cDNA为459 bp,编码152个氨基酸。序列比对分析发现,不同物种间的UBC2高度同源,TkUBC2与莴苣、向日葵的UBC2相似性高达99%以上。采用荧光定量qRT-PCR技术分析该基因在橡胶草中的表达模式,结果表明,TkUBC2在不同组织中均有表达;而且PEG6000模拟干旱胁迫、甘露醇介导的渗透压胁迫以及植物激素茉莉酸甲酯(MeJA)、脱落酸(ABA)和乙烯利(ET)可诱导TkUBC2下调表达;而NaCl盐胁迫和UV辐射处理则上调TkUBC2表达。结果表明TkUBC2参与橡胶草抗逆反应、激素信号转导以及DNA损伤修复过程,以上结果为进一步解析该基因的功能奠定良好的基础。     

茶树冷诱导基因RAV的克隆与表达特性分析

对利用cDNA-AFLP技术所获得的茶树低温诱导差异表达片段TDF,通过RACE方法获得含完整编码区序列的茶树RAV基因cDNA克隆,其开放阅读框编码361个氨基酸,包含两个保守的结构域AP2和B3,与多种植物RAV蛋白具有高度同源性。qRT-PCR分析表明,茶树RAV基因受低温、乙烯、NaCl等上调表达,最大表达量分别是诱导前的5.8、10.0和1.9倍。在成熟叶片、芽、嫩茎中RAV基因表达量相近,花蕾和嫩根中表达较低,而在种子中不表达。推测该基因在组织中的表达受到严格控制以及在响应非生物胁迫中发挥重要作用。