星星草铁蛋白基因PtFer的克隆及表达分析

目的:从星星草中克隆一个铁蛋白相关基因,分析其序列特征及基因表达模式。方法与结果:构建星星草RACE cDNA文库,根据GenBank中报道的铁蛋白基因EST序列设计引物,利用RACE方法克隆得到星星草铁蛋白基因PtFer的全长cDNA序列(GenBank登录号为HM125047);序列分析表明,PtFer的核苷酸序列长度为751 bp,开放读框为336 bp,编码111个氨基酸残基,预测蛋白质相对分子质量为12.8×103。其蛋白质序列具有铁蛋白的特征性保守区域,与水稻属同一进化分支,与其他禾本科植物铁蛋白的序列相似性达80%以上。Northern杂交分析表明,PtFer的表达量随Na2CO3的浓度和时间的增加而升高,并在12～24 h内持续保持较高的表达水平。结论:用分子生物学及生物信息学技术克隆并分析了星星草铁蛋白基因PtFer的全长cDNA序列及编码蛋白的结构,并初步探索了盐碱胁迫下其表达模式,为研究植物耐盐碱机理奠定了基础。     

普通小麦中双脱氢抗坏血酸还原酶(TaDHAR)基因的克隆与生化特性分析

利用同源克隆技术从六倍体普通小麦中获得了两个不同的双脱氢抗坏血酸还原酶(TaDHAR)基因的cDNA克隆。器官表达模式分析表明,这两个TaDHAR基因(暂时命名为TaDHAR1和TaDHAR2)在小麦根、茎、叶、幼穗以及开花后10d、20d和30d的种子中均有表达,为组成型表达基因。原生质体表达实验表明,两个基因的产物均可能定位在细胞质中。在细菌中表达并提纯了两个基因的重组蛋白。体外生化测定表明两个重组蛋白均具有将双脱氢抗坏血酸还原成抗坏血酸的能力,其最适pH为7.5,在37oC时的活性比25oC高,但25oC条件下pH6.0和7.0时,两个DHAR蛋白的活性显著不同。本研究的结果为进一步揭示TaDHAR基因在小麦抗坏血酸代谢中的生理作用奠定了基础。     

江南卷柏脱氢抗坏血酸还原酶的分子特性

脱氢抗坏血酸还原酶 (DHAR) 在植物抗坏血酸?谷胱甘肽循环中发挥着重要作用。利用同源克隆技术从江南卷柏中克隆到2个脱氢抗坏血酸还原酶基因,分别命名为SmDHAR1和SmDHAR2。SmDHAR1和SmDHAR2分别编码218和241个氨基酸,预测分子量分别是23.97 kDa和27.33 kDa。基因组序列分析显示这2个基因分别含有5和6个内含子。器官表达模式分析发现这2个基因在根、茎、叶中均有表达,是组成型表达基因。在大肠杆菌中表达并纯化了2个基因的重组蛋白。酶活性分析显示SmDHAR1和SmDHAR2蛋白对底物DHA的活性有显著差异,分别是19.76和0.17 μmol/(min·mg)。热力学稳定性分析显示这2个重组蛋白的热力学稳定性具有明显差异。因此,基因结构与酶学性质的差异预示着这2个基因可能存在功能上的分化。     

茶树HMG-CoA还原酶基因全长cDNA克隆及序列分析

香气是茶叶的重要品质之一,萜类物质不仅香气好,而且沸点普遍较高,是构成茶叶香气的重要物质基础,决定着茶叶的香气品质,也可作为茶叶香型划分的依据。在植物中,倍半萜、多萜醇等通过胞质中的甲瓦龙酸(MVA)途径合成。HMG-Co A还原酶(HMGR)催化HMG-Co A(3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A)生成甲瓦龙酸,是依赖MVA萜类合成途径的关键限速反应。为了有助于理解茶树萜类合成的分子遗传机制,通过RACE-PCR方法从茶树中克隆了一个编码HMG-Co A还原酶的c DNA全长序列(命名为Cs HMGR1),该序列由1 979 bp组成,包含一个1 722 bp的完整开放阅读框,编码573个氨基酸。其推定的编码蛋白与橡胶树、旱莲木、人参、荔枝、西洋参、丹参、罗汉果及龙眼的同源蛋白具有80%~82%的序列一致性。利用Cs HMGR1和其它物种HMGR同源蛋白的催化区域构建系统发育树,表明其属于真核生物I类HMGR家族。结构分析表明,Cs HMGR1含有两个跨膜区,推测其与其它真核生物同源蛋白类似地定位于内质网上;含有两个HMG-Co A结合位点、两个NADPH结合位点、四个保守的催化活性残基及一个磷酸化位点,说明磷酸化/去磷酸化很可能也是其活性调节的重要方式。表达分析表明,Cs HMGR1在"大叶龙"叶芽、母株叶芽及花芽都有较强的表达。其表达调控及生理活性对茶叶品质可能有重要影响,并在其功能解析的基础上,有可能作为茶叶品质鉴定及育种的一个依据。     

甘蔗类异黄酮还原酶(IRL)基因的克隆与表达分析

采用RT-PCR技术从甘蔗中克隆So IRL基因,用生物信息学方法对获得的氨基酸序列进行分析,利用荧光定量PCR技术研究So IRL基因在甘蔗不同组织和不同胁迫条件下的表达特性。结果表明,克隆获得甘蔗So IRL,Gen Bank登录号为KF808324。该c DNA全长1 169 bp,含有1个927 bp的完整开放阅读框(ORF),编码309个氨基酸。系统进化树分析显示,甘蔗So IRL与玉米的IRL蛋白亲缘关系较近。q RT-PCR分析表明So IRL在甘蔗根、茎、叶中均有表达;在RSD病菌及低温(4℃)、聚乙二醇(PEG)、Na Cl和脱落酸(ABA)4种非生物胁迫下均被诱导表达,但表达模式不同。说明该基因可能参与甘蔗应答RSD过程,并可能在非生物胁迫中也发挥了作用。     

棉花GhDHAR2基因克隆、功能序列分析及原核表达

通过RT-PCR方法从棉花纤维组织中克隆得到脱氢抗坏血酸还原酶基因GhDHAR2的cDNA,该基因开放阅读框为639 bp,编码212个氨基酸的蛋白质。同源性序列对比分析显示,GhDHAR2蛋白具有较高的保守性,具有典型的功能结构域,包括GST-N家族和GST-C-DHAR家族的功能结构域;进化树分析显示GhDHAR2和拟南芥AtDHAR2在进化关系上较近。将GhDHAR2基因连接到原核表达载体pET-28a中,将重组载体pET28a-GhDHAR2转入到表达菌株BL21(DE3)中,通过IPTG诱导表达出重组GhDHAR2蛋白,SDS-PAGE凝胶电泳分析显示重组蛋白大小约为28 kD,诱导表达的重组蛋白具有较高的DHAR活性。首次克隆了棉花GhDHAR2基因,通过结构域分析其可能的作用,并成功进行蛋白体外表达及酶活性分析。     

多枝赖草谷胱甘肽还原酶cDNA片段的克隆与分析

从盐胁迫处理的多枝赖草(Leymus multicaulis)新鲜叶片中提取分离出RNA,然后根据报道的多种植物谷胱甘肽还原酶氨基酸序列上两个保守区设计简并引物。RT-PCR获得了1条大小约400bp的条带,回收该条带并进行TA克隆,蓝白斑筛选,得到阳性克隆。经过质粒大小比较和PCR验址．进行序列测定和分析,发现该序列属于GR基因片段,其Genbank注册号为AY781786．编码的氨基酸序列与Oryza sativa、Zea mays、Arabidopsis thaliana和Nicotiana tabacum的GR相应区段的氨基酸序列一致性分别为91％、89％、86％和83％。蛋白质序列分析发现该序列含有一个吡啶二硫酸核苷酸氧化还原酶(pyridine nucleotide-disulphide oxideoreductase)保守结构域。进化树分析表明,该多枝赖草cDNA片段编码的氨基酸序列在进化上与水稻和玉米较近。     

异育银鲫过氧化物还原酶基因的克隆及其表达分析

采用反转录PCR和cDNA末端快速扩增技术从异育银鲫Carassius auratus gibelio肝脏中克隆了过氧化物还原酶(Prx)基因的cDNA全长序列。结果显示,异育银鲫过氧化物还原酶(CaPrx)基因cDNA全长1035 bp,开放阅读框长594 bp,编码197个氨基酸。在氨基酸序列的N端和C端各有一个保守的Cys残基,属于2-半胱氨酸类Prxs家族。多序列比对和系统进化树分析表明,异育银鲫与鲫Carassius auratus、青鱼Mylopharyngodon piceus、斑马鱼Danio rerio、犀角金线鲃Sinocyclocheilus rhinocerous和朝鲜鳑鲏Rhodeus uyekii等鱼类的Prx基因具有很高的同源性。实时荧光定量PCR结果显示,CaPrx基因在异育银鲫体内广泛表达,在血细胞和肝脏中表达量最高,在鳃和头肾的表达量较少。在感染鲤疱疹病毒Ⅱ型的个体中,肝脏和脾脏的CaPrx基因表达量显著下降,表明其抗氧化作用因病毒的感染而受到了一定的破坏。     

草莓MDHAR及AO基因的克隆及序列分析

从新鲜幼嫩‘丰香’草莓(Fragaria×ananassa cv.Toyonaka)果实中提取分离总RNA,反转录成cDNA,根据已报道的其他植物单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)及抗坏血酸氧化酶(AO)基因的保守区分别设计 一对引物,通过PCR扩增均得到目的条带.序列分析发现:mdhar基因片段长372bp,与刺梨同源性最高达96％,该片段编码123个氨基酸,推导的氨基酸序列与苹果属植物同源性为91％,与其他植物该基因编码的氨基酸序列也有较高相似性;a基因片段长842 bp,编码280个氨基酸,该片段与其他多种植物的ao基因均具有较高同源性,与甜瓜和黄瓜ao基因的同源性最高,均为70％,编码的氨基酸序列与其他多种植物均具有70％左右的相似性.     

cDNA微阵列技术研究干旱胁迫下星星草基因的表达

运用cDNA微阵列技术研究干旱胁迫下星星草基因的表达。制备了载有660条星星草单一基因的cDNA微阵列。分别对干旱胁迫和对照星星草的mRNA进行荧光标记,并与载有星星草基因的cDNA微阵列进行杂交,通过芯片的杂交信号强度分析,共获得22个下调表达和17个上调表达的基因。BLASTX分析表明这些基因按功能可以分为脱水保护、信号转导与调控、活性氧清除、代谢、核糖体蛋白等几大类。发现了一些与干旱胁迫相关的功能未知基因和新基因。     

发状念珠藻醛酮还原酶基因NfAKR的克隆与表达

以发状念珠藻细胞为试材,采用PCR技术克隆了醛酮还原酶基因的开放阅读框(ORF)序列,命名为NfAKR。对基因序列特征进行了生物信息学分析,根据其编码氨基酸序列预测了NfAKR蛋白的三维结构,同时探讨了PEG-6000胁迫下NfAKR的表达特性。结果表明:NfAKR基因的编码序列长912bp,编码304个氨基酸,预测其编码蛋白的相对分子量为33.51kD,理论等电点为4.94,具有醛酮还原酶超家族保守结构域。NfAKR蛋白主要由10个α-螺旋和11β-折叠组成,中间形成一个疏水穴,作为酶的催化活性中心。NfAKR与点形念珠藻处在同一进化枝上,具有较近的亲缘关系。qRT-PCR分析显示,PEG-6000胁迫下NfAKR基因上调表达,当PEG-6000浓度为8%时,其相对表达量为5.66并达到峰值。依据NfAKR基因响应干旱胁迫上调表达的特性,推测醛酮还原酶可能参与发状念珠藻抵御干旱胁迫过程。     

盐碱地星星草根cDNA文库的构建及初步分析

以盐碱地原位取材的星星草根为材料,利用SMART技术构建了cDNA文库。扩增后文库的滴度为1.747×109CFU/mL,插入片段分布在0.5-2 kb之间,重组率为92%。文库ESTs序列的初步分析表明,从盐碱地星星草根的cDNA文库中筛选到耐盐相关基因S-腺苷甲硫氨酸合成酶2基因和钙牵蛋白基因的EST片段。该文库可用于进一步从中筛选星星草耐盐基因。盐碱地星星草根cDNA文库的构建为揭示星星草耐盐分子机制、挖掘星星草耐盐基因、培养耐盐植物奠定了重要基础。     

枸杞脂肪酰基还原酶基因的克隆及表达分析

脂肪酰基还原酶基因广泛参与植物的脂类代谢过程,影响植物雄配子体花药发育以及表皮蜡酯合成等。本研究利用RACE方法从宁夏枸杞(宁杞1号)花药中克隆脂肪酰基还原酶LbMS2-2基因,开放阅读框全长1800bp,编码599个氨基酸,等电点为9.00。生物信息学分析表明,LbMS2-2蛋白定位于叶绿体中,该蛋白序列与茄科植物甜辣椒、烟草和马铃薯中的脂肪酰基还原酶表现出较高的序列相似性;实时荧光定量PCR显示,LbMS2-2基因在枸杞花器官中表达,且在枸杞花药发育的四分体时期、单核花粉时期和双核花粉时期表达量较高。原位杂交结果证实该基因只在花药绒毡层和小孢子中表达。亚细胞定位结果进一步验证LbMS2-2基因的叶绿体定位。以上结果表明,枸杞脂肪酰基还原酶基因是枸杞花器官发育过程中的重要基因。     

箭舌豌豆根系抗坏血酸及相关酶对镉胁迫的响应

以箭舌豌豆(Vicia sativa L.)品种L3(耐镉)和ZM(镉敏感)为材料,研究了不同程度镉胁迫下箭舌豌豆幼苗根系抗坏血酸(AsA)含量、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)同工酶活性、抗坏血酸过氧化物酶(APX)同工酶活性以及APX基因表达的变化。结果显示:(1)2个箭舌豌豆品种根系AsA和脱氢抗坏血酸(DHA)含量在镉胁迫下显著升高;AsA/DHA比值在镉耐性品种L3中显著升高,在敏感品种ZM中显著下降;相同镉处理浓度下,L3根系AsA含量和AsA/DHA比值显著大于ZM。(2)2个品种根系DHAR的活性电泳共显示4条同工酶条带,它们的活性均随镉处理浓度的升高而升高;其中DHAR1只在L3显示,DHAR4只在ZM显示;相同镉处理浓度下,品种L3的DHAR的总活性大于品种ZM。(3)2个品种根系APX的活性电泳共显示11条同工酶条带,其中的APX1、2、4仅在敏感品种ZM中受镉胁迫诱导,APX 8在耐性品种L3中受到比敏感品种ZM更显著的诱导;克隆得到1个箭舌豌豆APX基因,荧光定量RT-PCR结果显示该基因的转录在L3和ZM根系均受镉处理诱导。研究表明,镉胁迫下2个箭舌豌豆品种根系AsA含量,AsA代谢相关酶DHAR和APX的活性以及APX的转录水平均显著升高;镉耐性品种L3较敏感品种ZM能更有效地促进AsA循环,维持更高的AsA水平,从而更有效地缓解镉胁迫诱导产生的氧化胁迫,这可能是L3较ZM具有更高镉耐性的重要机制之一。     

毛白杨细胞质抗坏血酸过氧化物酶基因的克隆及表达分析

利用同源克隆技术得到1个毛白杨细胞质抗坏血酸过氧化物酶基因,命名为PcAPX。该基因编码249个氨基酸残基,预测分子量为33.01kD。采用原核表达技术在大肠杆菌中表达并纯化该蛋白并进行酶活性分析,结果表明:重组PcAPX蛋白对抗坏血酸(AsA)和过氧化氢(H2O2)有很高的活性,其对抗坏血酸的米氏常数(Km)和最大反应速度(Vmax)分别为(0.71±0.03)mmol·L-1和(0.41±0.02)mmol·L-1·min-1·mg-1;对过氧化氢的Km和Vmax分别为(0.60±0.21)mmol·L-1和(0.35±0.12)mmol·L-1·min-1·mg-1,表明PcAPX对AsA和H2O2拥有较高的催化底物的能力和催化效率。利用实时定量RT-PCR分析毛白杨PcAPX基因的表达模式,结果表明其在老叶中表达量高于新叶、韧皮部、形成层和根部。该研究结果将进一步促进毛白杨APX基因家族成员参与植物生长调控的研究。     

彩叶草羟基丙酮酸还原酶基因CbHPR的克隆及分析

为研究C3植物彩叶草的光呼吸作用,根据获得的HPR EST片段,采用RACE和文库结合的方法,克隆了HPR蛋白的全长cDNA,命名为CbHPR(GenBank accession No.EF125078).序列分析结果表明,该cDNA全长为1 393 bp,包含一个1 161 bp的ORF框,编码386个氨基酸;其5′-UTR区含有2个终止子TGA,3′-UTR区具有推测的加尾信号AATAAA;CbHPR蛋白C端具定位于微体的转运信号S-K-L,具有1个保守的2-Hacid_dh_C domain结构域(D-异构体-羟基酸脱氢酶-NAD结合结构域)、5个S磷酸化位点、4个T磷酸化位点和6个Y磷酸化位点.PSORT定位分析显示,CbHPR定位于叶的过氧化物酶体中.多序列比较和进化树分析表明,CbHPR与其他植物HPR一致性高达87%～90%,与拟南芥AtHPR具有相似的功能.CbHPR基因的克隆与分析,为进一步研究该基因在彩叶草的光呼吸作用中的表达调控奠定了基础.     

人肝脏辅酶Ⅱ依赖性视黄醇脱氢/还原酶的表达与细胞内定位

应用杆状病毒蛋白表达系统在Sf9细胞中对人肝脏辅酶Ⅱ依赖性视黄醇脱氢／还原酶(NADP-dependent retinol dehydrogenase／reductase,NRDR)进行表达。以纯化的重组蛋白质为材料,分析NRDR的催化活性和酶促反应性质。结果证实,人肝脏NRDR具有视黄醛还原酶活性,在辅酶Ⅱ存在条件下其催化视黄醛还原成视黄醇的Km值和Vmax值分别(2.8±0.24)μM和(0.468±0.036)μmol／(min·mg)。构建删除和不删除羧基端过氧化物酶体定位信号SRL序列的NRDR绿色荧光蛋白报告基因表达载体。转染HeLa细胞后,应用免疫荧光双染色的方法分析NRDR细胞内定位。结果表明NRDR定位在细胞内过氧化物酶体。羧基端SRL序列对NRDR定位到过氧化物酶体是必需的,删除SRL序列的NRDR分布在细胞质中。因此,人肝脏NRDR是存在于过氧化物酶体中的辅酶Ⅱ依赖性视黄醛还原酶。     

玉米脱氢抗坏血酸还原酶基因的克隆和特性研究

通过电子克隆方法得到玉米脱氢抗坏血酸还原酶基因,命名为ZmDHAR1。结果显示,ZmDHAR1基因全长723bp,开放阅读框642bp,编码214个氨基酸。ZmDHAR1基因与高粱、水稻及小麦等植物的脱氢抗坏血酸还原酶基因高度相似,其中与高粱的DHAR基因相似性为85%,与水稻的DHAR1基因相似性为83%。基因表达分析显示,ZmDHAR1基因在根以外的其他部位都可以检测到表达,而且ZmDHAR1基因可以在4℃低温、100μmol/L ABA、100mmol/L PEG、250mmol/L NaCl和机械损伤等多种逆境胁迫下均可应答表达。研究表明,ZmDHAR1基因可能在玉米抗逆境胁迫反应中发挥重要的作用。     

星星草cDNA文库构建和金属硫蛋白(MT-1)基因的克隆

以受NaHCO3胁迫后的星星草叶片组织为材料构建了cDNA文库,文库的初始滴度为2.0×106pfu,重组率为95%,平均插入片段长度为0.8kb,扩增后文库的滴度为4.0×109pfu.mL-1.文库克隆随机测序获得了星星草的金属硫蛋白(MT-1)基因的全长cDNA序列,显示文库中含有一定量的全长基因.MT-1基因全长622bp,其中5'非翻译区57 bp,3'非翻译区343 bp,开放读码框长222 bp,编码73个氨基酸,氨基酸序列中具有植物MT-1蛋白特有的金属响应元件(MRE)序列,MT-1蛋白的分子量为7.814 kD,理论等电点为4.72.     

过量表达星星草PtSOS_1提高拟南芥的耐盐性

将星星草中分离的质膜型Na+/H+逆向转运蛋白基因PtSOS1(GenBank登录号EF440291)构建到pGWB2植物表达载体上,转化拟南芥,获得抗卡那霉素的抗性植株.PCR和Northern检测表明,PtSOS1已整合到拟南芥基因组中并过量表达.耐盐性实验表明,PtSOS1过量表达提高了拟南芥植株的耐盐性.盐分测定表明,盐胁迫下PtSOS1转基因植株中Na+积累低于野生型的,K+含量则高于野生型的,转基因植株中K+/Na+比值高于野生型.