白桦BpbHLH112基因克隆及其启动子表达特性分析

克隆白桦BpbHLH112基因的编码序列，并进行生物信息学分析。通过实时荧光定量PCR技术分析该基因在不同胁迫处理下的表达模式，进一步克隆了BpbHLH112基因上游1 446 bp的启动子区域，序列分析表明，该区域含有多个逆境响应、激素响应以及信号转导等相关元件，通过构建BpbHLH112启动子片段融合GUS报告基因的表达载体并进行烟草瞬时转化，分析在不同胁迫处理条件下BpbHLH112启动子驱动GUS基因表达的活性，结果表明BpbHLH112启动子的表达能够被一些逆境胁迫因子诱导，本研究结果为深入研究BpbHLH112调控白桦应对非生物胁迫作用的分子机理提供了理论依据。     

胡杨PeNAC121基因启动子的分离鉴定和胁迫应答模式分析

为了探究NAC转录因子家族成员在胡杨（Populus euphratica）逆境胁迫中的响应和调控机制,利用PCR技术从胡杨中克隆了PeNAC121基因的启动子序列,并采用生物信息学工具对该启动子的结构特征进行了分析,最后利用该启动子驱动GUS报告基因在三倍体毛白杨（Populus tomentosa）中表达,并对获得的转基因植株采用不同胁迫处理后进行了GUS染色和酶活性定量分析。结果表明,克隆获得的PeNAC121基因的启动子长度为1 997 bp（起始密码子ATG上游）,启动序列中除了含有大量的光响应元件,还含有多个与非生物逆境胁迫和激素响应相关的元件,如低温响应元件LTR、干旱响应元件MBS、防卫和胁迫响应元件TC-rich repeats、脱落酸（ABA）响应元件、以及赤霉素（GA）响应元件等。基因的组织表达模式检测结果显示,PeNAC121基因主要在茎中表达,在根和叶中的表达较少。GUS组织化学染色和酶活性检测结果表明,胡杨PeNAC121启动子显著受到NaCl、甘露醇、ABA和4 ℃低温的诱导表达。由上述结果推测PeNAC121基因与胡杨的逆境胁迫应答密切相关,表明该基因的启动子是一个能够应答多种逆境胁迫的诱导型启动子。本研究为阐明PeNAC121基因在胡杨逆境响应和调控中的作用机制提供理论参考。     

非生物逆境胁迫下ZmCIPK10基因表达分析

干旱、高盐、低温、高温等非生物逆境严重影响植物的生长发育,研究参与逆境胁迫应答基因具有重要的理论意义和应用价值。从玉米中克隆了一个CIPK蛋白激酶基因,暂时命名为ZmCIPK10。该基因全长2 730 bp,转录长度2 100 bp,编码438个氨基酸。顺式元件分析发现在基因启动子区域存在ABRE、HSE、TC-rich repeats等推测的逆境顺势元件。荧光实时定量PCR结果表明ZmCIPK10在干旱、低温、盐胁迫下表达量上调,在ABA、高温胁迫下表达量下调。研究结果初步证实ZmCIPK10基因响应非生物逆境胁迫,为ZmCIPK10参与植物逆境信号途径及其功能研究提供理论依据。     

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...     

玉米钼辅助因子硫酸化酶基因启动子的克隆与功能验证

为克服组成型启动子启动外源基因过量表达引起的诸多问题,同源克隆(Mo-molybdopterin cofactor sulfurase)基因（ABA3）的启动子(ABA3s)序列,并用PlantCARE软件分析其非生物逆境应答元件, 实时定量PCR检测ABA3基因在非生物逆境诱导下的差异表达后。然后,用该启动子构建启动GUS（β-glucuronidase）基因的表达载体, 基因枪法转化玉米愈伤组织。经组织化学染色法检测其表达后, 在高渗、高盐、低温胁迫处理及ABA诱导下检测GUS酶荧光值与荧光素酶(内参)发光值的比值(GUS/LUC), 以此评价ABA3s启动子在非生物逆境胁迫下的启动活性。结果表明, ABA3基因在模拟干旱、低温、高温、高盐胁迫及ABA、乙稀诱导下差异表达, 说明该基因的启动子(ABA3s)具有非生物逆境诱导活性。序列分析表明, ABA3s启动子全长777 bp, 含有ARE、HSE、MBS、TGA、Circadian等多种非生物逆境胁迫应答元件。用ABA3s启动GUS基因构建的表达载体转化的玉米愈伤组织, 响应干旱、低温、高温、高盐胁迫等多种非生物逆境胁迫, 及ABA和乙稀诱导, GUS检测呈阳性。在8%甘露醇高渗条件下, GUS/LUC比值比空白对照高6倍。上述结果表明, ABA3s启动子具有非生物逆境诱导特性, 经进一步验证其功能后, 可用于玉米抗逆转基因研究。     

百子莲脱水素基因ApY2SK2逆境应答模式及启动子调控功能研究

在百子莲胚性细胞中筛选到对超低温保存复合逆境具有积极响应的保护类蛋白脱水素(ApY_2SK_2),为探明ApY_2SK_2基因在复合逆境中的应答模式,该研究采用染色体步移技术克隆并分析了ApY_2SK_2编码基因上游1 200 bp的启动子序列。结果表明:(1)序列分析显示,该启动子含有多个与逆境和激素诱导相关的顺式调控元件;实时荧光定量PCR结果表明,ApY_2SK_2基因的表达具有组织特异性,在百子莲的叶和果中表达量较高,且在多种胁迫处理与ABA激素诱导下,其表达量显著升高。(2)成功构建了5个ApY_2SK_2启动子不同缺失片段驱动GUS基因的融合表达载体,经农杆菌转化、抗性筛选和PCR检测鉴定,获得T_3代纯和转基因拟南芥株系。(3) GUS组织化学染色结果显示,GUS基因在拟南芥幼苗全株、成年苗的叶、花和成熟果实中表达活性较强,但在未成熟果实中无明显表达;烟草瞬时表达结果显示,与对照组相比,在脱水胁迫和ABA处理下的ApY_2SK_2启动子不同缺失片段驱动GUS基因表达具有显著差异。(4)转基因拟南芥GUS活性测定结果显示,ApY_2SK_2启动子MBS元件和ABRE元件可响应干旱与渗透胁迫信号;ApY_2SK_2启动子LTR元件参与低温响应;ApY_2SK_2启动子-1 199～-262 bp区域包含多个串联的ABRE顺式调控元件(-373～-211 bp)对响应ABA信号具有主要调控作用。该研究结果揭示了ApY_2SK_2启动子的组织特异性,且启动子上的关键顺式调控元件对不同的胁迫和激素信号响应具有决定性调控作用。     

丹参晚期胚胎富集蛋白基因SmLEA的表达特征研究

利用DNA walking的方法克隆到了丹参SmLEA基因 5′ 端上游调控序列,约1 038bp。经生物信息学预测分析,该区域含有多种与逆境胁迫、ABA、种子特异表达相关的顺式作用元件。实时荧光定量PCR检测结果表明,100 μmol/L ABA,200mmol/L NaCl,低温（4℃）及脱水处理后,SmLEA基因的表达均得到了明显的提高,与启动子序列分析的结果相符合。表明SmLEA基因可对盐、脱水和低温胁迫以及 ABA做出响应。     

巴西橡胶树 HbNAC1基因启动子的克隆及序列分析

NAC转录因子是植物特有的一类转录调控因子,在植物的生长发育、激素调节和境胁迫应答中具有重要的功能。为研究NAC转录因子在巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)抗逆胁迫中的功能,本项目组根据巴西橡胶树NAC转录因子-HbNAC1基因序列,通过Genome Walking方法从巴西橡胶基因组DNA中获得了长度为1861bp的HbNAC1基因的5’调控区片段,序列分析表明该段序列含有一个典型的真核生物核心启动子区域,转录起始位点T位于起始密码子上游52bp处。该启动子序列除了含有TATA-box、CAAT-box等基本顺式作用元件外,还具有茉莉酸响应元件以及大量光顺式作用元件和逆境胁迫诱导相关的顺式调控元件,这表明HbNAC1基因在橡胶树逆境胁迫应答过程具有重要功能,其启动子可能是一个光诱导型和组织特异性启动子。     

白桦BpJMJ18基因启动子克隆及表达分析

为探究BpJMJ18基因在植物生长发育过程中的功能，本研究利用PCR技术克隆白桦（Betula platyphylla）BpJMJ18基因的启动子，通过生物信息学分析发现，该启动子序列中除了包含TATA-box和CAAT-box等基本顺式作用元件外，还具有光响应元件和多种激素应答相关的元件；进而构建植物表达载体pBI101-BpJMJ18pro：：GUS，并用农杆菌介导的瞬时转化法侵染白桦，对转基因株系进行GUS染色分析，结果发现BpJMJ18基因启动子能够驱动GUS基因在白桦的主根、侧根、根尖、叶片的维管束和嫩茎中均检测到表达。上述结果说明白桦BpJMJ18启动子具有启动活性，可能影响植物的生长发育。     

OsEBP-89启动子中应答茉莉素信号的必需DNA区域的分析

水稻OsEBP-89基因的表达受乙烯（ET）、脱落酸（ABA）、茉莉素等激素和干旱、低温等逆境胁迫处理的诱导．本研究中,克隆该基因启动子和预测应答胁迫与激素信号相关顺式作用元件的基础上,通过农杆菌注射法介导的瞬时表达证实了该启动子在烟草叶片中驱动GUS报告基因的表达受茉莉素的诱导．为了进-步确定该启动子中应答茉莉素信号的重要DNA区域,对该启动子进行了-系列的缺失突变,并将相关的缺失启动子片段与GUS报告基因融合．烟草叶片中GUS报告基因瞬时表达分析表明,该启动子中位于-1200bp和-800bp的碱基是该基因应答茉莉素信号的必需DNA区域,其中在-1127bp处有一个G—box元件;结合已有的研究结果,发现应答茉莉素信号的必需DNA区域不同于该基因应答ACC处理的必需DNA区域（在-562bp处存在一个ERE元件）．总之,本研究结果有助于探讨该基因应答不同胁迫信号表达的分子机制．     

马铃薯StNPR4基因的克隆与功能分析

为探究StNPR4基因在马铃薯（Solanum tuberosum）中应对生物胁迫和非生物胁迫的功能,本研究通过克隆StNPR4的CDS序列和启动子序列,进行生物信息学分析;利用qRT-PCR进行组织表达特异性分析;同时构建了由其自身启动子驱动的StNPR4双元表达载体,转化马铃薯获得了转基因马铃薯,研究转基因马铃薯对水杨酸、致病疫霉和高盐胁迫的响应。结果显示：StNPR4具有典型的NPR1家族的功能结构域,启动子上具有响应于生物胁迫和非生物胁迫的顺式作用元件。StNPR4在叶中的表达量最高;StNPR4受SA诱导表达,且在转基因植株中的诱导表达程度高于对照;转基因马铃薯增强了对致病疫霉的抗性,在高盐胁迫下生根率更高。说明StNPR4不仅在马铃薯生物胁迫中发挥重要作用,而且在非生物胁迫中也扮演着重要角色。     

小黑杨转录因子PsnbHLH162基因在盐和低温胁迫下应答分析

为揭示小黑杨(Populus simonii×P. nigra)在面对非生物胁迫时,转录因子PsnbHLH162在植物体内发挥的作用,同时探究该基因在植物体内的信号转导过程,进而为未来获取优良的抗逆树种提供理论基础。以小黑杨为原材料,克隆获取PsnbHLH162基因,对目的基因和启动子进行生物信息学分析;之后用150 mmol·L^-1 NaCl、4℃低温分别对野生型小黑杨进行胁迫处理,利用荧光定量PCR,分析基因响应非生物胁迫的功能。结果显示：PsnbHLH162 cDNA基因片段长537 bp,基因N端内含1个高度保守的HLH结构域。该基因表达蛋白是不含跨膜区域的稳定的亲水性蛋白,其定位在细胞核内且没有转录激活活性。启动子区域内含多种ABA应答、生长素应答、光应答和circadian元件,证实此基因参加非生物胁迫应答。荧光定量PCR结果表明在盐胁迫下,与茎、叶组织相比,基因在根组织的表达量最高;在低温胁迫下,与叶、根组织相比,基因在茎组织的表达量最高。发现野生植株内,PsnbHLH162能被盐、低温诱导表达。     

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。     

小黑杨转录因子PsnbZIP1应答盐胁迫功能分析

为揭示小黑杨(Populus simonii×P. nigra)在面对非生物胁迫时,转录因子PsnbZIP1在植物体内发挥的功能,以小黑杨为试验材料,克隆得到PsnbZIP1的ORF区序列长为432 bp,并初步分析PsnbZIP1盐胁迫下的分子机制。采用q-PCR分析PsnbZIP1在150 mmol·L^-1 NaCl处理小黑杨组培苗时的表达模式,发现该基因的表达量快速上升;通过生物信息学分析预测PsnbZIP1转录因子为无跨膜结构且具有信号肽的亲水性不稳定蛋白;用农杆菌(Agrobacterium)介导的烟草(Nicotiana)瞬时表达观察该基因的亚细胞定位情况,结果表明该基因为核定位蛋白;用酵母单杂交实验证明该基因编码的蛋白在酵母体内不具有转录激活功能。对PsnbZIP1基因的启动子序列进行分析,结果表明该启动子包含了生长素应答、脱落酸应答元件、光应答元件以及种子特异性调控的顺式作用调控元件,该基因可能在植物的生长发育与响应胁迫过程中发挥了重要作用;启动子还包括参与干旱诱导的MYB结合位点和MYBHv1结合位点,表明该基因有可能与一些干旱诱导相关MYB基因...     

白桦BpSPL2基因启动子的克隆及表达分析

SPL(SQUAMOSA promoter-binding protein-like)是植物特有的转录因子,研究表明其在参与发育阶段转变、花和果实发育等方面起着重要作用。利用PCR技术从白桦基因组DNA中扩增获得BpSPL2基因上游1 960 bp启动子序列,使用PLACE和Plant CARE在线软件分析序列,发现BpSPL2基因启动子序列中含有与开花、非生物胁迫及激素响应等相关的顺式作用元件,暗示其在植物的生长发育和胁迫应答中起重要作用。进而构建了BpSPL2基因启动子驱动GUS报告基因的植物表达载体,并利用农杆菌介导将其瞬时转化至白桦和拟南芥,通过GUS组织化学染色检测BpSPL2基因启动子的组织表达特性,结果表明BpSPL2基因启动子具有启动子活性,能够驱动GUS基因在白桦和拟南芥中表达;而其表达活性在白桦的叶片、芽及根部中较强,在拟南芥的花药、雌蕊和叶片较强,为进一步研究白桦BpSPL2基因的表达调控及其功能分析提供参考。     

Monitoring of transcriptome and proteome profiles to investigate the cellular response of E. coli towards recombinant protein expression under defined chemostat conditions

The use of strong promoter systems for recombinant protein production generates high product yields, but also overburdens the host cell metabolism and compromises production. Escherichia coli has highly developed regulatory pathways that are immediately responsive to adverse conditions. To gain insight into stress response mechanisms and to detect marker genes and proteins for stress specific monitoring time course analysis of controlled chemostat cultivations was performed using E. coli total microarray and difference gel electrophoresis (Ettan™ DIGE). In order to detect differences and consistencies of stress response as well as the impact of the inducer isopropyl-β-d-thiogalactopyranosid on cells, expression of two recombinant proteins (hSOD and GFPmut3.1) was investigated. Genes involved in aerobic metabolism under control of the ArcB/ArcA two component system were found to be down-regulated, and the interplay of the psp operon, ArcA system and guanosine tetraphosphate is suggested to be involved in stress regulatory mechanisms. A distinct impact of the two recombinant proteins was observed, particularly on levels of known stress regulatory genes and proteins, as well as on the response associated with ArcA and psp. Altogether, 62 genes as well as seven proteins showed consistent expression levels due to recombinant gene expression, and are therefore suggested to be appropriate monitoring targets.     

白桦APETALA2基因启动子的克隆及其表达分析

APETALA2（AP2）转录因子亚家族普遍存在于植物中,参与植株的生长发育、胁迫应答和多种生理生化反应的信号传导。本研究从白桦（Betula platyphylla Suk.）基因组中克隆了AP2基因2 308 bp的启动子序列,生物信息学分析发现,该序列除具有TATA-box和CAAT box等高等植物普遍具有的保守元件外,还具有大量光响应元件和激素响应元件,如响应赤霉素、脱落酸、茉莉酸甲酯等的元件。将白桦AP2基因启动子克隆至pBI121-35S：：GUS植物表达载体中,命名为pBI121-proAP2：：GUS,用农杆菌介导法侵染白桦和拟南芥,并进行GUS染色分析,结果表明AP2基因启动子驱动下的GUS报告基因在整个拟南芥中都表达,在白桦的营养器官和雌花种翅及花柄中也有表达,说明其具有启动活性,可能参与该器官的发育。