池蝶蚌β-连环蛋白基因cDNA的克隆及表达特征分析

为了解淡水贝类性别调控与分化机制, 课题组建立了池蝶蚌(Hyriopsis schlegelii)性腺转录组, 在转录组库中, 存在β-连环蛋白(β-catenin)基因序列。实验对池蝶蚌β-catenin基因进行验证, 采用RACE技术克隆其cDNA全长, 命名为Hsβ-catenin。该序列全长4386 bp, 5′-非编码区为162 bp, 3′-非编码区为1758 bp, 开放阅读框为2466 bp, 编码821个氨基酸; 该蛋白结构域主要由12个ARM重复序列组成; 二级结构中, α-螺旋占47.75%, β-折叠占1.22%, 随机卷曲占51.04%; 三级结构中含大量α-螺旋且为右手超螺旋, 构成ARM结构域; 系统进化树分析表明, Hsβ-catenin与软体动物聚为一支, 然后与昆虫类聚为一支。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测显示, Hsβ-catenin在肠中表达量最高, 其次是斧足和精巢。Hsβ-catenin基因在12月龄和36月龄表达量较高, 且在36月龄表达量最高, 表明其可能参与池蝶蚌的性别调控与分化作用。     

珠子参中HMGR基因对皂苷生物合成的影响

该研究以珠子参愈伤组织为材料,通过同源克隆方法获得了珠子参3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)基因(PjHMGR,登录号:MG712296)的cDNA序列,并对其进行生物信息学分析。基于PjHMGR序列构建了珠子参过表达载体pCAMBIA2300s-PjHMGR,通过根瘤农杆菌转化法将其转化到珠子参细胞中,成功获得7株阳性转PjHMGR基因细胞系;通过实时荧光定量PCR、比色法及皂化法等技术测定阳性细胞系PjHMGR基因的相对表达量、HMGR酶活、皂苷和植物甾醇含量变化。结果显示:(1)与野生型珠子参细胞系相比,转PjHMGR基因珠子参阳性细胞系中,PjHMGR基因的相对表达量、HMGR酶活和皂苷含量均有不同程度的提高;在效果最好的阳性细胞中,PjHMGR基因的相对表达量、HMGR酶活和皂苷含量分别为对照的7.15、6.14和3.50倍。(2)在研究过程中,发现转基因细胞系的植物甾醇含量也有所升高。研究认为,将珠子参关键酶基因PjHMGR过表达载体导入珠子参愈伤组织细胞中,可引起相关关键酶基因相对表达量和PjHMGR酶活性的增加,从而调控珠子参总皂苷的合成,对皂苷合成途径中关键酶基因进行调控将可能实现对皂苷生物合成的调节。     

光棘球海胆(Mesocentrotus nudus)TGF-β基因克隆及其对海水酸化的响应

旨在明确光棘球海胆(Mesocentrotus nudus)转化生长因子-β(transforming growth factorβ,TGF-β)基因的序列及结构信息,探明该基因在海水酸化胁迫下的表达模式。利用同源克隆和cDNA末端快速扩增(RACE)技术首次获得光棘球海胆TGF-β基因(命名为MnTGF-β)的全长cDNA序列。结果显示:(1)光棘球海胆TGF-β基因的cDNA全长为2 299 bp,其中5'非编码区长度为745 bp,3'非编码区长度为261 bp;开放阅读框(ORF)长度为1 290 bp,编码430个氨基酸,相对分子量为48.31 kD,理论等电点为5.34。(2)同源性及系统进化分析显示,光棘球海胆MnTGF-β蛋白序列与紫球海胆(Strongylocentrotus purpuratus)SpTGF-β2蛋白序列高度保守(同源性97.69%)。(3)实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测发现,MnTGF-β基因在光棘球海胆性腺、体腔液、肠、围口膜、管足5种组织中均有表达,其相对表达量从高到低依次为:管足围口膜肠体腔液性腺。(4)与自然海水组(pH 8.06±0.01)相比,当海水△pH为-0.3时,随酸化时间延长,MnTGF-β基因在光棘球海胆性腺中的相对表达量呈先升高而后极显著降低(P0.01)再极显著升高(P0.01)趋势,在管足中的相对表达量呈现极显著上调趋势(P0.01),而在肠组织中的相对表达量则先极显著降低(P0.01)而后显著升高(P0.05);当海水△pH为-0.4和-0.5时,随酸化时间的延长,MnTGF-β基因在光棘球海胆性腺和管足中的相对表达量呈现先降低后升高的趋势,而在肠组织中的相对表达量则呈现极显著降低趋势(P0.01)。     

粘虫β-actin基因cDNA的克隆、序列分析及表达量检测

β-actin基因作为actin家族的一员,在基因定量实验中常用作内参基因。本实验运用RT-PCR和RACE技术,以粘虫Mythimna separata(Walker)cDNA为模板,对β-actin基因进行克隆获得全长cDNA序列,并利用生物信息学方法,对β-actin基因全长cDNA序列及推测得到的β-actin蛋白序列进行分析。结果表明,获得的粘虫核β-actin基因cDNA序列长度为1 472 bp,其中包括68 bp的5′非编码区、273 bp的3′非编码区和1 131 bp的开放阅读框,编码一个376个氨基酸蛋白,具有actin蛋白家族典型特征。推测得到的粘虫β-actin蛋白理论分子量为41.7497 ku,等电点为5.29,富含6种类型的特定功能位点。该蛋白序列与其他动物β-actin蛋白序列具有97.9%～99.7%高度同源性。β-actin表达量检测结果显示β-actin在6种不同组织间表达无显著差异(P>0.05),表明β-actin可作为研究粘虫不同基因表达水平高低的可靠内参基因。该基因的cDNA序列已经递交GenBank并获得登录号为GQ856238。     

刺五加甲羟戊酸焦磷酸脱羧酶基因的克隆与表达分析

利用RACE技术克隆刺五加甲羟戊酸焦磷酸脱羧酶(mevalonate diphosphate decarboxylase,MDD)基因的全长cDNA序列,运用生物信息学方法对该基因进行分析,并通过RT-PCR法检测MDD在刺五加不同生长发育时期和不同器官中的表达情况。结果表明:(1)刺五加MDD基因cDNA序列全长1 769bp(GenBank登录号为JQ905594),开放阅读框全长1 263bp,编码420个氨基酸残基,包含GHMP激酶超家族的特异性识别序列;刺五加MDD蛋白的二级结构中含有161个α螺旋,占38.33%;68个延伸链,占16.19%;19个β折叠,占4.52%;172个无规则卷曲,占40.95%;刺五加MDD蛋白无跨膜区域,定位于膜外。(2)刺五加MDD基因在不同生长发育时期和器官中均有表达,但表达量具有显著差异(P<0.05)。在整个生长期中,MDD的表达呈现高-低-高-低的变化趋势,第一个表达高峰出现在萌芽期至叶片完全展开时,第二个高峰出现在果实体积快速增长期,最高表达量(叶片完全展开期)为最低表达量(叶片衰老期)的4.51倍;不同器官中,幼茎的表达量最高,为最低表达量(叶片)的7.22倍,但叶片、叶柄和根中的表达量差异不显著。研究结果为阐明刺五加皂苷的生物合成及对其进行表达调控奠定了基础。     

丹参晚期胚胎蛋白基因SmLEA的克隆及表达分析

对丹参EST序列进行Blast分析,发现一条序列与晚期胚胎丰富蛋白(late embryogenesis abundant)基因有较高的相似性,在此基础上设计引物,分别从cDNA和gDNA水平克隆到该基因的全长(Genbank注册号:AY725206),命名为SmLEA.该序列全长739 bp,无内含子,包含1个长为495 bp的开放阅读框,编码164个氨基酸.序列比对结果显示,该序列与番茄的晚期胚胎丰富蛋白Lemmi9有较高的相似性(69%),推测该编码蛋白属于晚期胚胎蛋白LEA14家族成员.生物信息学显示,SmLEA所编码蛋白SmLEA的相对分子质量为17.34 kD,理论等电点为4.51,富含天冬氨酸及AS、IP、KV、VS、TIP肽段,定位于细胞质中,为稳定类蛋白.实时荧光定量PCR结果显示,该基因在丹参的根、茎、叶中均有表达,为组成型表达基因.     

RNAi介导珠子参PjCAS基因沉默对皂苷合成的影响

该研究利用Gateway技术构建珠子参环阿屯醇合成酶基因(Panax japonicus cycloartenol synthase,PjCAS)的RNAi表达载体,利用农杆菌介导转化在珠子参细胞中成功实现了PjCAS 的RNA干扰;采用实时荧光定量PCR分析珠子参皂苷生物合成途径中关键酶基因的表达情况,同时检测转基因细胞中皂苷和植物甾醇含量的变化,探讨PjCAS基因对珠子参皂苷合成的调控作用。结果表明：(1)成功获得PjCAS基因的RNAi片段,并成功构建了PjCAS基因RNAi载体pHellsgate PjCAS。(2)经农杆菌遗传转化,获得6株实现PjCAS基因RNA干扰的转基因阳性细胞系。(3)与普通细胞系相比,转基因细胞系中PjCAS基因的表达量大约下降了85%,同时与珠子参皂苷合成直接相关的关键酶基因PjDS、PjAS表达量最高分别上调了90%和150%。(4)转基因细胞系中6种单体皂苷的含量均显著高于对照组,其中达玛烷型单体皂苷Re、Rb1、Rd和齐墩果烷型单体皂苷R0、IV、IVa的平均含量比普通珠子参细胞系分别提高了28%、49%、40%、36%、59%、50%。说明珠子参皂苷含量的变化受PjCAS基因的间接调控。(5)6株转基因细胞系中植物甾醇含量较对照显著降低了53%~73%。研究发现,沉默PjCAS基因可促进珠子参皂苷合成的关键酶基因PjDS、PjAS显著上调表达,并提高转PjCAS基因细胞系中单体皂苷的含量,从而促进了珠子参皂苷合成量的显著增加,证明通过抑制植物甾醇合成通路关键基因PjCAS的表达可以有效降低植物甾醇合成支路的代谢通量,使更多的代谢流朝着珠子参皂苷合成方向流动,最终促进了珠子参皂苷的生物合成。     

珠子参中法尼基焦磷酸合酶(FPS)对皂苷生物合成的影响研究

珠子参作为名贵中草药已有上千年应用历史,珠子参皂苷是珠子参的主要活性成分,由达玛烷型和齐墩果烷型三萜皂苷组成。目前,对珠子参皂苷的生物合成了解甚少,有必要开展与皂苷合成相关的基础研究工作。已有报道表明,法尼基焦磷酸合酶（FPS）可能是植物中皂苷合成的关键酶。本研究克隆了珠子参FPS基因（PjFPS）的cDNA序列,并对其进行了生物信息学分析。基于PjFPS序列构建了珠子参过表达载体pCAMBIA2300s-PjFPS,将其转化到珠子参细胞中,成功获得阳性转基因细胞;测定了阳性细胞系中PjFPS基因的相对表达量、FPS酶活、皂苷以及植物甾醇含量的变化。结果表明,与野生型珠子参细胞相比,PjFPS转基因珠子参细胞系中,PjFPS基因的相对表达量、FPS酶活以及皂苷含量均有不同程度的提高。而且,由于皂苷合成代谢流的增加,也促进了相关重要关键酶基因的表达。在效果最好的阳性细胞中,PjFPS基因的相对表达量、FPS酶活、皂苷含量分别为对照的12、4和3倍;同时,转基因细胞系的植物甾醇含量也有所升高。本研究通过对皂苷合成途径关键酶基因的调控实现了对皂苷生物合成的调节,为获得高效、稳定的珠子参皂苷合成调控技术提供理论参考和依据。     

粘虫核糖体蛋白S7 cDNA的克隆和表达分析

运用RT-PCR和RACE技术克隆了粘虫Mythimna separata(Walker)核糖体蛋白S7基因(RPS7)的全长cDNA序列(GenBank登录号:JN582331),并对其进行生物信息学分析。结果表明,粘虫RPS7全长cDNA序列为762 bp,包括5'非编码区32 bp和3'非编码区67 bp。其开放阅读框(573 bp)编码190氨基酸肽链,具有核糖蛋白S7e蛋白家族典型特征。该肽链理论分子量为21.924 ku,等电点为9.82,富含4种类型的特定功能位点。该蛋白序列与其他动物RPS蛋白序列具有96.8%～98.2%高度同源性。应用荧光实时定量技术建立了粘虫脑部胚后发育RPS7表达模式。RPS7表达量随胚后发育脑部重建呈现出动态变化,这一结果显示RPS7是在转录水平上呈现发育性调节。     

绵羊CAST基因2型和4型转录本的克隆及特性分析

钙蛋白酶抑制蛋白(Calpastatin, CAST)是一种内源性的需要Ca²⁺激活的钙蛋白酶抑制剂, 在肌肉组织的蛋白质降解过程中起重要的调节作用。文章利用牛^CAST基因的mRNA序列, 通过逆转录RT-PCR首次克隆获得绵羊CAST基因2型转录本和4型转录本的部分cDNA序列, 并对序列进行生物信息学分析。CAST基因2型转录本的扩增片段为4 385 bp, 完整的开放阅读框为2 361 bp, 编码786个氨基酸; CAST基因4型转录本的扩增片段为1 467 bp, 完整的开放阅读框为1 317 bp, 编码438个氨基酸。CASTⅡ型蛋白序列存在4个保守结构域, CASTⅣ型蛋白序列存在3个保守结构域; 两者的二级结构均以螺旋为主, 富含疏水区域, 其氨基酸序列存在多个磷酸化位点以及蛋白激酶C(Protein kinase C, PKC)的磷酸化位点。通过RT-PCR分析CAST基因2型转录本和4型转录本的组织表达谱, 结果表明CAST基因2型转录本在所检测的10个组织中均表达, CAST基因4型转录本仅在睾丸组织中表达。     

大豆GmDAO1基因的功能预测及表达分析

本研究通过在大豆基因组数据库中检索拟南芥AtDAO1在大豆中的同源基因,获得了GmDAO1基因序列。通过对GmDAO1基因编码的氨基酸序列及启动子序列进行生物信息学分析,我们发现GmDAO1基因CDS序列全长951bp,编码316个氨基酸。GmDAO1编码的蛋白为亲水性蛋白,具有1个N-糖基化位点、3个激酶磷酸化位点与1个豆蔻酰化位点。结构域分析表明GmDAO1含有双加氧酶与2OG-Fe(II)加氧酶结构域,是2-酮戊二酸依赖性双加氧酶基因(2-ODD)家族的成员。GmDAO1预测的启动子区域含有与激素、胁迫、光应答、生物钟调控和转录因子结合相关的顺式作用元件。系统进化分析结果表明DAO1在豆科植物进化过程中比较保守。组织特异性表达分析结果显示GmDAO1在叶片中表达量最低,在根中表达量最高。因此我们推测其可能参与生长素的代谢途径。     

军曹鱼MHC-Ⅱβ基因全长cDNA的克隆与组织表达分析

采用同源克隆和末端快速扩增(RACE)的方法,得到1161bp的军曹鱼(Rachycentron canadum)MHC-Ⅱβ全长cDNA片段。该序列包括20bp的5′末端非编码区(UTR),394bp的3′UTR及747bp的开放阅读框(ORF),编码248个氨基酸,预测其蛋白质分子量约为27.99ku,等电点为6.21。通过构建MHC-Ⅱβ氨基酸序列的系统进化树,并进行氨基酸相似性比对,结果表明,军曹鱼和已知鱼类、鼠(Musmusculus)、鸡(Gallus gallus)及人类(Homo sapiens)MHC-Ⅱβ氨基酸的同源性在28.5%～77.5%之间。所推测的蛋白序列具有一些重要的特征,包括:前导肽、β1、β2和CP/TM/CYT区,保守的半胱氨酸等。Real-time PCR检测结果显示,MHC-Ⅱβ基因在正常军曹鱼组织中均表达,但表达量在各个组织中不同,其中,头肾表达较强,鳃、脾、肠表达程度中等,在心、脑、肌肉中表达较弱。     

甘蓝型油菜热激转录因子的克隆及表达分析

以甘蓝型纯系油菜为试材,用RT-PCR和RACE方法首次从油菜种子中获得油菜热激转录因子的cDNA全长序列,命名为BnHSFA4a,GenBank登录号为HQ435241。结果表明:该cDNA长1 667bp,编码1个具有389aa的蛋白质,该基因编码的氨基酸序列与拟南芥热激转录因子AtHSFA4a编码的氨基酸序列间相似度为82%。对34条编码不同热激转录因子的氨基酸序列进行多重比对,结果在100～190aa处序列间氨基酸总相似性超过60%,显示出较高的保守性。构建原核表达载体并成功表达出预期蛋白。半定量RT-PCR结果显示,该基因的表达先于油菜肌醇半乳糖苷合成酶(BnGOLS1)基因,符合该基因调控BnGOLS1的假设。推测AtHSFA4a基因可能通过调控BnGOLS1的表达量进而在油菜种子脱水耐性获得过程中发挥一定的作用。     

樟叶越桔熊果苷合成酶基因VdAS1的克隆及序列分析

根据樟叶越桔(Vaccinium dunalianum)叶芽转录组测序获得的熊果苷合成酶基因Vd AS1部分EST序列设计引物,结合RACE-PCR技术获得Vd AS1基因全长1 577 bp c DNA序列。其完整的开放阅读框推测编码由475个氨基酸残基组成的Vd AS1蛋白,理论相对分子量为52.22 k D,等电点p I=5.74,负电荷残基(Asp+Glu)总数为53个,正电荷残基(Arg+Lys)总数为45个,不稳定系数为37.93,属稳定性蛋白质。生物信息学分析表明Vd AS1与枸杞的糖基转移酶相似率高达74%,其二级结构主要构件为α-螺旋和随机卷曲,不存在跨膜区,属于亲水性蛋白质,并结合信号肽预测结果推测Vd AS1直接锚定在细胞基质中行使功能。该研究为后期Vd AS1的异源表达和功能研究奠定了基础。     

蝴蝶兰PhRCAβ基因的克隆及表达特性分析

为研究蝴蝶兰Rubisco活化酶(RCA)基因对低温胁迫的响应机制,以蝴蝶兰"满天红"为材料,分析了蝴蝶兰Rubisco活化酶基因PhRCAβ的全长序列(Gen Bank登录号为KU954548)及其表达特性。结果表明,PhRCAβ基因全长1 695 bp,编码440个氨基酸;其编码的蛋白具有RCA的特异位点,含叶绿体转运肽,定位于叶绿体中,其成熟蛋白的分子量为42.52 k D,等电点为蛋白5.54,属于RCA小亚基基因;该基因在绿色组织中转录表达;13℃/8℃(昼/夜)的低温胁迫抑制Ph RCAβ基因的转录表达,并随着低温胁迫时间的延长,PhRCAβ基因的表达水平逐渐降低,在温度恢复正常时其表达水平升高;4℃低温条件下,Ph RCAβ基因的表达水平随着低温处理时间的延长逐渐降低,并一直维持在较低水平。由此推测,PhRCAβ直接参与了蝴蝶兰叶片光合作用的调控。     

苎麻转录因子基因BnMYB3的克隆及表达分析

该研究采用RACE技术,从苎麻中克隆到1个MYB转录因子基因(BnMYB3)的全长cDNA序列(GenBank登录号为MF741320.1)。生物信息学分析表明,BnMYB3基因cDNA全长为1 216bp,包括900bp编码区序列,编码含有299个氨基酸的蛋白,其分子量约为33.63kD,理论等电点为9.16;该蛋白质含有2个典型的MYB结构域,属于R2R3-MYB。从苎麻基因组中克隆了BnMYB3基因1 681bp启动子序列,该序列包含ABRE、GARE-motif、CGTCA-motif和TGACG-motif等多个逆境相关的顺式作用元件。实时荧光定量PCR分析表明,BnMYB3为组成型表达基因,在茎和叶中的表达量显著高于根;BnMYB3基因能够响应镉胁迫,且表达量随镉胁迫处理时间和处理浓度的增加而显著上升。     

小麦盐胁迫相关基因TabHLH13的克隆与分析

在对小麦全长cDNA克隆进行大规模测序及转录因子功能研究过程中,筛选到一个与盐胁迫相关的bHLH转录因子基因,将其命名为TabHLH13。TabHLH13的全长cDNA序列为1072 bp,开放阅读框为720 bp,编码一个具有240个氨基酸残基的bHLH转录因子;对TabHLH13的基因组和cDNA序列比较分析表明该基因包括5个外显子和4个内含子;同源序列分析发现,TabHLH13与来自大麦和短柄草中的bHLH蛋白序列相似性最高,分别为96.2%和90.5%;电子定位发现TabHLH13位于小麦第7同源群的7DL上;亚细胞定位结果表明,TabHLH13编码一个定位在细胞核中的蛋白;组织表达特性分析表明该基因在小麦根、茎、叶、颖壳、雌蕊和花药中均有较强的表达;半定量RT-PCR与qRT-PCR结果表明TabHLH13是一个受盐胁迫诱导表达的基因。     

川西獐牙菜SmDL7H基因原核表达及组织表达

该研究根据川西獐牙菜转录组信息获得7-脱氧马钱子酸羟化酶(SmDL7H)基因的全长cDNA序列,对该基因进行同源克隆、生物信息学分析,并构建原核表达载体、转化大肠杆菌、进行原核表达和组织特异性表达分析,以探讨川西獐牙菜裂环烯醚萜合成途径中关键酶7-脱氧马钱子酸羟化酶(SmDL7H)基因的功能,为研究裂环烯醚萜类化合物合成途径奠定基础。结果表明:(1)成功克隆了川西獐牙菜SmDL7 H基因(GenBank登录号为MH243070);SmDL7 H基因开放阅读框为1 554bp,编码517个氨基酸,相对分子质量为59.5kD,等电点9.02;生物信息学预测SmDL7 H基因编码蛋白无信号肽。(2)多序列比对及进化树分析显示,SmDL7 H编码的蛋白与滇龙胆、长春花、金银花等植物的DL7 H基因编码的蛋白具有较高相似性。(3)将SmDL7 H基因连接到pET-28a原核表达载体,转化大肠杆菌Rosetta(DE3),用0.1mol/L IPTG于25℃诱导12h,原核表达分析发现在59.5kD处有目的蛋白出现,表明与之前预测的蛋白大小一致。(4)荧光定量PCR分析显示,SmDL7 H基因在川西獐牙菜叶、茎、花、根、愈伤组织中均有表达,其中在叶片中表达量最高,在根中表达量最低。     

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。     

凡纳滨对虾MT基因序列及其在卵巢发育和低温胁迫中的表达分析

在低温处理仔虾全长cDNA文库的筛选测序中, 获得凡纳滨对虾(Litopenaeus vannmei)金属硫蛋白基因全长cDNA序列, 该序列含有425个碱基, 包含177 bp开放阅读框, 上游98 bp的非编码区及下游150 bp 的非编码区, 编码58个氨基酸, 其中半胱氨酸含量丰富, 富含金属硫蛋白典型的Cys-X(1-3)-Cys 结构。多序列比对表明, 凡纳滨对虾MT蛋白序列与美洲螯龙虾(Homarus americanus)MT蛋白序列具最高同源性72.4%。Real-time PCR结果表明, 凡纳滨对虾MT基因在卵巢组织中呈优势表达, 在不同发育期的卵巢中的表达量都很高, 在低温处理凡纳滨对虾肝胰腺组织中上调表达。实验所得结果为研究凡纳滨对虾金属硫蛋白基因在生殖发育和低温应激中的功能提供了参考。