小桐子糖原合成激酶基因JcGSK的克隆与表达分析

以小桐子(Jatropha curcas L.)cDNA为模版,克隆了JcGSK基因的CDS序列。序列分析表明,JcGSK基因包含1 230bp完全阅读框(ORF),编码409个氨基酸。预测其编码蛋白质的相对分子量为46.33kD,理论等电点为8.58。Blast搜索结果及进化分析结果表明,JcGSK蛋白与巴西橡胶树GSK蛋白的氨基酸序列一致性最高(94%)且亲缘关系最近;JcGSK基因编码的蛋白具有一个蛋白激酶特有的结构域。组织表达结果显示,JcGSK基因在小桐子根、茎、叶、花、果皮和种子中都有表达,且在根中表达量最高。小桐子幼苗在NaCl、ABA、PEG、低温和机械损伤处理后JcGSK基因表达量有不同程度的上调,推测其参与小桐子非生物胁迫响应和信号传导过程。JcGSK基因在种子中也有较高表达,在种子发育过程中表达量的变化与种子生长发育趋势基本一致,推测JcGSK基因也参与调控小桐子种子的生长发育。     

小桐子JcLEA4基因克隆及表达和功能分析

LEA蛋白是一类跟抗逆性紧密相关的蛋白,在不同物种中都有大量发现。基于前期对小桐子叶片在干旱锻炼和干旱胁迫下的RNA-seq分析,本研究分离出一个LEA编码基因(XM_012232372.1),经序列分析可知该蛋白基因CDS序列全长为459 bp,编码蛋白由152个氨基酸组成。多重序列比对和进化分析显示该蛋白属于第四组典型亲水性LEA蛋白,暂命名为Jc LEA4。荧光定量PCR分析发现,幼苗叶片中Jc LEA4转录本的积累受到空气干旱胁迫和外源ABA处理的显著诱导。在酿酒酵母中异源表达分析显示,Jc LEA4的过表达提高了转基因酵母对PEG模拟干旱胁迫的存活率和生长速率,表现出增强的耐受性。本研究初步证实了Jc LEA4基因与抗旱性紧密相关,为以后小桐子的抗旱性遗传改良提供了良好的基因资源。     

小桐子甲硫氨酸亚砜还原酶A的基因克隆及生物信息学分析

逆境胁迫下产生的过量活性氧会导致蛋白质分子中甲硫氨酸(Met)被氧化成甲硫氨酸亚砜(Met SO),甲硫氨酸亚砜还原酶(MSR)则可以还原亚砜结构而恢复受损伤蛋白质的活性,以抵抗逆境造成的各种氧化胁迫。基于本课题组先前获得的小桐子低温锻炼转录组数据,筛选到小桐子甲硫氨酸亚砜还原酶A基因,并克隆到该基因的全长c DNA,命名为Jc MSRA(Gen Bank登录号:KJ670154.1)。结果表明,该c DNA序列全长879 bp,完整开放阅读框780 bp,编码259个氨基酸,理论分子量为29.1 k D,等电点为8.75。Jc MSRA蛋白具有GCFW保守序列及C端保守Cys残基。聚类分析表明,Jc MSRA属于A型MSR家族,与芸豆的亲缘关系最近,序列同源性达到70.3%。     

小桐子MYB基因家族的鉴定及JcMYB308基因的克隆与低温表达分析

MYB转录因子家族参与植物生长发育及对环境胁迫的应答等过程。该实验基于小桐子基因组数据库,对MYB基因家族进行鉴定,克隆了小桐子Jc MYB308基因,并对其功能结构域、系统进化、基因结构及低温表达特性进行了分析。结果表明,小桐子全基因组共鉴定到213个MYB基因家族成员,聚类为6个亚家族。克隆的Jc MYB308基因片段长度为713 bp,基因结构具有较高的保守性,均含有两个外显子,进化树显示其与同属大戟科的蓖麻亲缘关系最近,序列一致性为62.7%。q RT-PCR表达分析表明,小桐子Jc MYB308基因的表达存在组织表达特异性,在根中表达量较高,而在叶片中表达量相对较低,在根与茎中低温胁迫24 h时达到最大表达量。     

小桐子赤霉素20氧化酶的基因克隆及低温下表达分析

赤霉素20氧化酶是植物赤霉素生物合成的限速酶,决定有生物活性的GA1与GA4的合成量。基于先前获得的小桐子低温锻炼转录组数据,以小桐子幼苗的根为材料,采用RT-PCR技术克隆到小桐子赤霉素20氧化酶基因Jc GA20ox的c DNA序列(Gen Bank登录号KJ670150.1)。该c DNA全长1 307 bp,含有完整的开放阅读框(1 131 bp),编码376个氨基酸,分子量为43 k D,理论等电点为6.7。其推导蛋白属于2-ODD家族,包含2-酮戊二酸双加氧酶结构域(Fe2OG_OXY)。半定量RT-PCR表达分析显示,Jc GA20ox在小桐子各组织中都有表达,但表达水平具有组织特异性,在茎中表达量较高,且受低温诱导表达最显著,而在叶中表达量相对较低。     

小桐子JcACBP基因克隆和序列分析

以小桐子(Jatropha curcas)cDNA为模板,克隆了酰基辅酶A结合蛋白(Acyl-CoA-binding Protein)基因(JcACBP)的CDS序列,对其序列进行了生物信息学分析,并采用实时荧光定量PCR方法,研究了JcACBP基因在小桐子不同器官和果实生长发育阶段的表达模式。结果显示:JcACBP基因完全阅读框(coding sequence,CDS)全长279bp,编码92个氨基酸。预测其编码蛋白质的分子量为10.30kD,具有ACBP家族典型的结构域。JcACBP基因推测氨基酸与油桐(Vernicia fordii,AFZ62125)的亲缘关系最近(96%)。JcACBP基因在小桐子根、茎、叶、花、发育中的胚及果实等组织中都有表达,其中在花后40d的种子中表达最高,其次是果皮,而在根中表达较少;在果实发育过程中的表达与果实油脂积累的变化趋势基本一致。     

水曲柳FmJAZ1基因在非生物胁迫中的响应模式和激素诱导表达分析

克隆FmJAZ1基因,明确其在低温和NaCl胁迫中的响应模式和激素诱导下的转录表达特性。通过基因克隆的方法得到水曲柳中的FmJAZ1基因,利用生物信息学软件对所得到的序列进行分析并构建系统进化树,对水曲柳FmJAZ1基因进行了时空表达特异性的分析,对根、茎、叶、芽、雄花、雌花、种子等7个部位以及在5-9月5个月份分别取样,对水曲柳进行低温(4℃)和盐胁迫(200 mmol/L NaCl)2种非生物胁迫处理以及脱落酸(ABA)、赤霉素(GA3)、生长素(IAA)、茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)等激素信号诱导处理,然后对试验材料进行荧光定量分析。克隆出全长为684 bp的核苷酸序列。生物信息学软件分析得到JZA1基因具有完整的开放阅读框,编码227个氨基酸,JAZ1蛋白不含有信号肽,不属于跨膜蛋白,为不稳定亲水性蛋白。时空表达结果显示,FmJAZ1基因在茎中表达量最高,且在8月份表达量最高;非生物胁迫结果表明低温处理后FmJAZ1在6h、24h表达量较高;而NaCl处理后,在24 h表达量较高,且该基因响应低温胁迫较NaCl胁迫迅速;激素信号诱导结果显示,处理后不同时间,基因表达量变化较为明显,其中GA3处理后3h最为明显,为对照组的77.3倍,分析了FmJAZ1基因在低温、NaCl胁迫和激素诱导下的表达模式。FmJAZ1基因充分响应了逆境胁迫和激素信号诱导,通过蛋白和基因层面对逆境进行响应,JAZ蛋白在其中起到了桥梁的作用,并扮演了重要的角色。     

麻疯树G蛋白γ亚基JcAGG3基因的克隆及表达分析

从麻疯树c DNA中克隆到一个与拟南芥AGG3同源的基因,命名为Jc AGG3。该基因开放阅读框为834bp,编码277个氨基酸,软件预测等电点为8.61,分子质量为30.514k Da。亚细胞定位预测显示其定位于细胞质膜上。在该基因的顺势作用元件上发现了与胚乳发育、激素调节、光响应和逆境胁迫相关的启动元件。荧光定量PCR(q PCR)检测发现,Jc AGG3在根、茎、叶和种子中均有表达,在发育中的种子中表达量最高,幼叶中的表达量显著高于老叶,在茎中只检测到极微量的表达;对麻疯树的幼苗进行黑暗处理后Jc AGG3基因表达显著下调,脱落酸(ABA)和干旱胁迫处理下Jc AGG3表达量显著增加。     

苹果叶绿素合成关键酶基因MdHEMA1生物信息学和表达分析

HEMA1编码谷氨酰-tRNA还原酶(Glu TR)的合成,是叶绿素生物合成的关键酶基因。本研究利用RACE技术从苹果叶片中克隆Glu TR的编码基因,将其命名为MdHEMA1。生物信息学分析表明:MdHEMA1基因位于苹果8号染色体上,其CDS长1638 bp,编码545个氨基酸残基,蛋白分子量为59279.4 Da,等电点为8.45。蛋白序列及结构分析显示该蛋白包含保守的谷氨酰-tRNA还原酶的N端结构域、莽草酸/奎尼酸脱氢酶结构域及谷氨酰-tRNA还原酶二聚结构域。进化树分析显示MdHEMA1蛋白与白梨(Pyrus×bretschneideri)Pb HEMA1亲缘关系最近。qRT-PCR结果显示,MdHEMA1在根、茎、叶、花、果实各组织器官中均有表达,但光合组织(茎、叶、果实)中的表达水平较高;该基因在叶片和果实不同发育期表达存在差异,表达量与叶片和果实内叶绿素含量变化趋势一致;而且干旱胁迫能够诱导该基因表达。启动子分析显示MdHEMA1基因启动子区域含有多种非生物胁迫相关的顺式作用元件。     

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。     

水稻泛素连接酶基因OsRING6的克隆及表达分析

RING(Really Interesting New Gene)型泛素连接酶在水稻生长、发育、生物和非生物胁迫中发挥着重要作用。根据水稻基因组信息,利用RT-PCR技术从粳稻日本晴中克隆了OsRING6基因的CDS序列。该基因的全长c DNA为1355 bp,包括长度为918 bp的CDS,编码一个含305个氨基酸的蛋白,预测该蛋白的分子量和等电点分别为32.96 k D和3.49,与籼稻(CT832014)和短花药野生稻(XM_006659599)中同源蛋白的序列相似性最高,分别为97%和83%。IPTG诱导表达的MBPOsRING6重组蛋白的表观分子量约为100 k D,比理论值76 k D大。启动子元件分析表明,其含有与干旱胁迫、光反应、ABA和GA信号传导相关的调控元件。Real-time PCR结果表明,该基因在水稻根、茎、叶、叶鞘、花和种子中都有表达,在萌发后4 d的种子中表达量最高,花中的表达量最低,且该基因的表达受到盐和ABA的诱导及PEG的抑制。OsRING6基因的克隆为水稻抗逆分子育种和功能分析提供了优质基因资源。     

水曲柳FmWRKY44基因克隆及表达分析

克隆水曲柳FmWRKY44基因,探究其在非生物胁迫和激素胁迫中的作用。利用水曲柳干旱转录组序列设计特异引物,克隆FmWRKY44基因的完整ORF序列,并对该序列及其编码产物进行生物信息学分析,采用qRT-PCR技术分析FmWRKY44表达模式。克隆了一个水曲柳WKRY基因,编码区长1383bp,编码460氨基酸。对其编码蛋白分析发现其为稳定亲水蛋白,亚细胞定位预测主要在细胞核,进行保守域及同源性分析分析,属于WRKYⅠ类家族,命名为FmWRKY44。qRT-PCR分析发现,FmWRKY44在种子中高度表达,并不同程度响应低温、高温、盐和干旱4种非生物胁迫。同时发现FmWRKY44与NAA、ABA、GA3、JA植物激素响应,水曲柳FmWRKY44基因积极响应低温、高温胁迫。     

小桐子肌醇半乳糖苷合成酶3的基因克隆及其生物信息学分析和功能初步验证

旨在研究可溶性糖在小桐子抗冷性形成中的作用机制及其相关抗冷基因工程的应用。克隆了小桐子肌醇半乳糖苷合成酶家族成员3基因(Jc GS3)的全长c DNA,序列长1 053 bp,包含完整的开放阅读框1 008 bp,编码由335个氨基酸组成的酶蛋白(理论分子量为38 k D、等电点为5.44,含有典型的Dx D基序)。对其相应基因组序列中启动子区域进行分析,鉴定到了TATA框、CAAT框、CRT/DRE低温响应元件以及ABA应答元件等。进一步将其在酵母中表达,发现该基因的表达能够显著提高其重组酵母菌的低温抵抗能力。     

小麦TaNAC5基因克隆及表达分析

NAC转录因子在植物对非生物逆境胁迫的应答过程中发挥着重要作用。该研究利用RACE技术从小麦中克隆了1个NAC基因TaNAC5(HQ650113.1)。序列分析显示,TaNAC5基因开放阅读框(ORF)924bp,编码307个氨基酸。多序列比对和进化树分析显示,TaNAC5基因所编码的蛋白具有NAC家族蛋白的保守结构域,与玉米ZmNAC5有较近的亲缘关系。实时荧光定量PCR分析显示,TaNAC5基因的表达显著受渗透胁迫、低温胁迫、乙烯和双氧水诱导,而受高盐胁迫和ABA抑制。研究表明,TaNAC5参与非生物逆境胁迫及相关信号分子的应答。     

藜麦CqSAP8基因克隆及其在非生物胁迫下的表达分析

该研究根据NCBI公布的藜麦胁迫相关蛋白(SAP)基因CqSAP8序列进行克隆,利用生物信息学分析CqSAP8蛋白序列、理化性质和结构特点,并采用qRT PCR方法检测CqSAP8基因表达的组织特异性及在非生物胁迫下的相对表达。结果表明：(1)藜麦CqSAP8基因CDS全长528 bp,编码175个氨基酸;预测CqSAP8蛋白分子量为18.73 kD,理论等电点为7.46,属于稳定的亲水性蛋白质;CqSAP8蛋白在N端和C端分别含有A20和AN1保守域,是SAP蛋白最典型的类型。(2)序列比对与进化分析显示,藜麦CqSAP8与甜菜BvSAP8、菠菜SoSAP8亲缘关系最近,序列相似性分别为89.66%和89.47%。(3)qRT PCR分析表明,藜麦CqSAP8基因在根、茎、叶、花和种子中均有表达,且在种子中表达量最高;CqSAP8基因在干旱和高温胁迫12 h表达量达到最大值,分别是对照的13.09和17.47倍,高盐和低温胁迫下的最大表达量均为对照的3.91倍,说明藜麦CqSAP8基因响应多种非生物胁迫应答;另外,藜麦CqSAP8的表达量在ABA胁迫下24 h急剧升高,推测CqSAP8基因在非生物胁迫前期的响应不依赖ABA。该研究为进一步研究CqSAP8基因功能及抗逆分子机制奠定了基础。     

杜梨胆碱单加氧酶基因克隆及胁迫表达

为了解梨砧木—杜梨对非生物胁迫的防御机制,采用RT-PCR、RACE和长片段PCR技术从杜梨幼苗中获得1个甜菜碱合成相关的胆碱单加氧酶基因(PbCMO),运用生物信息学方法分析序列特点,并通过跨内含子引物进行半定量RT-PCR研究其在非生物胁迫下的表达情况。结果表明:(1)PbCMO基因cDNA序列编码区长1 227bp,编码由408个氨基酸组成的多肽。其对应基因组DNA序列长2 928bp,由10个外显子和9个内含子组成。其推导的多肽预测的等电点为6.19,相对分子质量为46.27kD,具备Rieske型铁硫[2Fe-2S]簇结合区域和非血红素单核态铁配位点序列,与枸杞CMO蛋白相似性最高(71%)。(2)PbCMO在幼苗根和叶中均为诱导型表达,100mmol/L氯化钠、10%(W/V)聚乙二醇、180mmol/L甘露醇或20μmol/L脱落酸处理后其表达量明显上调,表明PbCMO对盐碱、干旱、渗透胁迫和ABA均存在表达响应,可能参与杜梨应对非生物胁迫的转录调节。     

广东虫草小分子热激蛋白基因HSP30的克隆及表达分析

小分子热激蛋白(small heat shock proteins, sHSPs)是一类重要的具有调控有机体生长发育及响应环境变化功能的蛋白家族。本研究以广东虫草(Tolypocladium guangdongense)为对象,对其小分子热激蛋白基因HSP30进行克隆,对其氨基酸结构进行生物信息及系统发育分析,并采用实时荧光定量(RT-qPCR)方法检测HSP30在广东虫草不同发育时期及非生物胁迫下的相对表达量。结果表明：HSP30基因编码211个氨基酸,编码区序列长度为636 bp,无内含子,预测其蛋白分子量约为23 864.42 Da。系统发育分析显示,广东虫草HSP30蛋白与头状弯颈霉(Tolypocladium capitatum)的同源蛋白聚为一个分支,与奇异弯颈霉(T.paradoxum)和冬虫夏草(Ophiocordyceps sinensis)的同源蛋白具有较高的相似性,序列一致性分别为86.38%和66.81%。RT-qPCR结果表明,与菌丝期相比,原基期和子实体发育过程中HSP30表达量显著下调;与对照相比较,非生物胁迫条件下HSP30表达量亦显著下调。上述研究结果...     

小桐子JcCIPK2基因的克隆与表达分析

钙调磷酸酶B类似蛋白互作蛋白激酶(CBL-interacting protein kinase, CIPK)是一类植物中特有的丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)蛋白激酶,参与多种生物和非生物胁迫响应过程。该实验通过RT-PCR克隆了小桐子(Jatropha curcas L.)JcCIPK2基因cDNA全长序列,采用荧光定量qRT-PCR分析JcCIPK2基因在不同组织及不同处理(12℃和1℃低温、42℃高温、30%PEG、250 mmol/L NaCl、150μmol/L ABA)下的表达模式。结果显示:(1)小桐子JcCIPK2基因开放阅读框全长1 398 bp,编码465个氨基酸,相对分子量为52.95 kD,等电点为8.89。(2)蛋白质结构分析表明,JcCIPK2的N端含有位于第11～265个氨基酸之间的丝氨酸/苏氨酸激酶_蔗糖非发酵-1型相关蛋白激酶3催化域STKc_SnRK3,在激酶结构域内还具有激活环(Activation Loop);C端含有位于第316～430个氨基酸之间的CIPK蛋白激酶调控域CIPK_C,其调控域中含有CIPK家族典型的能与CBL特异性结合的NAF结构域,位于第314～369个氨基酸之间。(3)系统进化分析显示,小桐子JcCIPK2蛋白与同属于大戟科的木薯(Manihot esculenta Crantz.)同源关系最近,序列一致性达87%。(4)qRT-PCR分析表明,JcCIPK2基因在小桐子根、茎、叶中均有表达,经12℃和1℃低温处理后,叶片中JcCIPK2基因的表达都呈现先上调后下调表达的趋势,且都在低温处理24 h的表达量最高,与对照相比分别上调了6.0倍和16.72倍;小桐子JcCIPK2基因在42℃高温、30%PEG、150μmol/L ABA、250 mmol/L NaCl处理下也受到不同程度的诱导表达。研究推测,JcCIPK2基因在小桐子对逆境的响应与适应中起重要作用。     

小桐子转化酶基因家族的生物信息学分析及表达特性

转化酶是植物蔗糖代谢与抗逆性形成的关键酶。基于小桐子基因组数据,鉴定到16个小桐子转化酶基因,并对其系统进化、基因结构、理化性质、保守基序及表达特性进行了分析。结果表明,小桐子转化酶基因家族聚类为3个亚家族,中性/碱性转化酶α亚组与酸性转化酶基因包含6或7个外显子,β亚组包含4或5个外显子。同时,酸性转化酶N端都包含信号肽序列,且都鉴定到GH32家族保守的-NDPNG/A-与-MWECV/P-基序。qRT-PCR表达分析显示,JcC-INVD基因在小桐子子叶中表达量最高,而在根中表达量较低,且在叶中属于低温诱导基因。     

ABA对低温胁迫下小桐子幼苗耐冷性及甜菜碱积累的影响

旨在探讨外源脱落酸(ABA)对低温胁迫下小桐子幼苗耐冷性及甜菜碱积累的影响。用150μmol/L ABA处理低温胁迫下的小桐子幼苗,研究其对小桐子幼苗存活率,根系活力,电解质渗漏率,MDA含量,甜菜碱含量及其代谢关键酶BADH活性和Jc BADH基因表达水平的影响。结果表明,外源150μmol/L ABA处理可显著提高低温胁迫下小桐子幼苗的存活率和根系活力,降低电解质渗漏率和MDA含量;ABA也提高了低温胁迫下小桐子幼苗的甜菜碱含量,上调了BADH的活性和Jc BADH的表达水平。因此,ABA可提高低温胁迫下小桐子幼苗的耐冷性,并且在ABA诱发的小桐子幼苗耐冷性的提高过程中,甜菜碱发挥着重要作用。