莲藕盐诱导基因CBL2的克隆与表达

[目的]CBL家族基因在植物耐盐过程中起到重要的作用。该实验从耐盐莲藕中克隆了CBL2基因的全长cDNA序列,对其表达进行分析。[方法]根据前期测序得到的转录组数据,发掘到莲藕CBL2的ESTs序列,并克隆到全长莲藕CBL2。在此基础上,对CBL2的表达进行分析。[结果]CBL2的cDNA序列长度645 bp,与其他物种CBL2的同源性分析对比结果表明,莲藕CBL2与山葡萄Va CBL2的相似率较高,同源性达90%以上。利用半定量和qRT-PCR对克隆到的莲藕基因CBL2的表达进行分析,结果表明CBL2受NaCl诱导,CBL2在NaCl处理后12 h表达量达到最大值。另外CBL2在ABA处理后表达量增加,处理6 h后达到最大值。[结论]CBL2在NaCl处理12 h与ABA处理6 h诱导表达,暗示CBL2基因在莲藕耐盐特性方面起重要的作用,并参与ABA信号转导途径。     

盐穗木钾转运蛋白基因HcKUP12的克隆及在盐胁迫下的表达分析

利用RACE技术从盐生植物盐穗木(Halostachys caspica)中克隆获得了一个钾离子转运体基因,经BLAST同源比对发现该基因与拟南芥钾离子转运蛋白At KUP12基因最为相似,命名为Hc KUP12。Hc KUP12基因c DNA全长为2953 bp,含有2544 bp的阅读框、262 bp的5'-UTR和147 bp的3'-UTR,编码847个氨基酸,分子质量为93.31 k D,理论等电点为7.19。利用实时荧光定量RT-PCR分析了Hc KUP12基因在600 mmol/L Na Cl处理下胁迫24 h的表达模式,结果显示该基因在盐胁迫下表达量显著增加,至处理24 h时达到最高(为对照的225倍),初步推测其可能是与盐穗木耐盐相关的一个候选基因。     

盐穗木HcmiR172e和预测的靶基因HcTOE3的克隆及盐胁迫下的靶向关系分析

盐穗木(Halostachys caspica)广泛分布于新疆干旱盐碱地区,属于藜科极端耐盐的盐生灌木。从600 mmol?L-1 Na Cl处理48 h的盐穗木根的小RNA文库中筛选到差异极显著的HcmiR172e做为研究对象,利用盐穗木转录组数据预测其靶基因为HcTOE3,开展HcmiR172e-HcTOE3的分子克隆和胁迫表达相关性工作。通过同源克隆和RACE技术获得盐穗木HcmiR172e前体和HcTOE3全长序列;使用生物信息软件分析前体和靶基因信息及相关性;采用q RT-PCR技术检测了不同盐浓度(200、400和600 mmol?L-1 Na Cl)处理48 h的盐穗木HcmiR172e及预测的靶基因HcTOE3的表达变化。结果显示,克隆得到的HcmiR172e前体序列可形成颈环结构,各项指标符合前体要求。其靶基因HcTOE3 c DNA全长为1 744 bp,开放阅读框1 329 bp,在编码区有一个高度匹配HcmiR172e的结合位点(CTGCAGCATCATCAGGATTC);q RT-PCR分析结果表明HcmiR172e与其预测的靶基因HcTOE3均响应盐的处理,二者呈现一定的负相关性。后续将通过实验逐步阐明盐穗木HcmiR172e对HcTOE3在逆境中的靶向调控作用。     

盐角草高亲和钾离子转运蛋白SeHKT1基因的克隆及表达分析

利用RACR技术从盐生植物盐角草中克隆Se HKT1基因,Gen Bank登录号为KP739261,用生物信息学方法对获得的基因序列进行分析,利用q RT-PCR方法研究Se HKT1基因在不同组织和不同盐胁迫下的表达特性。结果表明,该基因c DNA序列含有1个1 761 bp的完整ORF,编码550个氨基酸,Blast分析表明该蛋白与毕氏海篷子Sb HKT1蛋白亲缘关系较近。q RT-PCR分析表明Se HKT1基因在Na Cl处理下地上部和地下部均诱导上调表达,主要在盐角草根部表达,在地上部表达相对较低,200mmol/L Na Cl处理6 h后在根部表达量达到最高,随后逐渐降低;在钾饥饿条件下,该基因在根部和地上部的相对表达量均高于对照。说明Se HKT1不仅能响应N a Cl胁迫,还能在缺钾条件下提高表达,发挥高亲和钾离子载体功能。     

秋茄KcRD22基因的克隆与功能分析

本文以用200 mmol/L NaCl处理24 h后的秋茄幼苗为材料提取秋茄叶片总RNA,利用RT-PCR方法克隆获得KcRD22基因的全长cDNA,通过构建pCAMBIA-2300-KcRD22过表达载体,利用农杆菌侵染的方式获得过表达KcRD22的烟草转基因株系,并对转基因株系的耐盐性做出初步分析.实验结果显示:KcRD22基因的ORF长1 131 bp,编码1个等电点为9.07、分子量为39.8 kD、由375个氨基酸组成的蛋白.PCR及RT-PCR鉴定结果表明,KcRD22基因已经分别整合到8株烟草的染色体中,并在两个株系中获得表达.对转基因烟草进行光合作用测定,结果显示100 mmol/L NaCl处理显著降低了野生型烟草的净光合速率,而转基因植株叶片的光合作用受到的影响较小.盐浓度达到200 mmol/L时,转基因植株及野生型烟草净光合速率都明显降低,但盐胁迫解除后,转基因烟草光合作用的恢复情况明显好于野生型烟草,说明KcRD22的过表达提高了烟草的抗盐性.本文初步确定了KcRD22基因对植物耐盐性的贡献,这为进一步深入研究该基因在耐盐机制中的功能奠定了良好基础.     

盐碱胁迫下碱地肤Na+/H+逆向转运蛋白基因KsNHX1表达分析

利用RACE技术得到碱地肤KsNHX1的3'cDNA序列,分子系统进化分析显示,KsNHX1为液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白编码基因.通过半定量RT-PCR检测了该基因在盐碱胁迫下的表达,结果表明:200 mmol·L-1 NaCl胁迫2～24h,KsNHX1在叶片中表达量持续增加;200 mmol·L-1 NaCl处理10 h,KsNHX1在根、茎、叶和花中的表达都上调;不同浓度NaCl处理下,叶片中KsNHX1表达上调,160 mmol·L-1时达到最高;低于400 mmol·L-1浓度下,根中该基因的表达也都上调.经不同浓度Na2CO3胁迫,根中KsNHX1的表达变化趋势与相应浓度NaCl胁迫下的变化相同;但叶片中除160 mmol·L-1 Na,CO3处理下KsNHX1表达略有上调外,其他浓度下KsNHX1的表达都低于对照.KsNHX1的表达模式暗示,在不同盐碱胁迫下,碱地肤能够维持体内相对稳定的K+/Na+,其耐盐特性可能与Na+/H+逆向转运蛋白的作用密切相关.     

甘蔗(Saccharum spp.hybrids)木菠萝素(Jacalin)基因的克隆及生物信息学分析

木菠萝素(Jacalin)类凝集素(jacalin-related lectins,JRLs)是一类糖结合蛋白,以家族形式存在于植物中并参与各种生物进程,是植物凝集素超家族中的一类新成员。本研究从甘蔗(Saccharum spp.hybrids)叶片全长c DNA文库中克隆了一个甘蔗木菠萝素基因的c DNA全长序列,命名为Sc JRL(Gen Bank登录号为:KT971368)。Sc JRL全长845 bp,开放读码框长444 bp,共编码147个氨基酸。生物信息学分析显示,Sc JRL推导编码的蛋白为稳定亲水性蛋白,分子量为16.15 k D,预测等电点为6.13。采用实时荧光定量PCR技术,对Sc JRL基因在不同浓度以及不同处理时间的非生物胁迫处理下的表达进行了检测。结果显示,Sc JRL基因分别受Me JA(100μmol/L),SA(5 mmol/L)和H2O2(10 mmol/L)的诱导上调表达,且在处理3 h时表达量已达到最高;Sc JRL基因还分别受到ABA(100μmol/L)和Na Cl(250 mmol/L)的抑制而下调表达,且二者呈现出相同的表达模式。此外,不同处理的H2O2均诱导Sc JRL显著上调表达。当采用中等浓度的外源胁迫处理时,Sc JRL对ABA或Na Cl应答趋势的一致性,以及Sc JRL对SA或H2O2应答趋势的一致性,这说明甘蔗Sc JRL基因作为早期响应基因参与了Me JA和SA信号通路介导的甘蔗防御反应。并且该基因经由SA信号通路正向调控参与了甘蔗应答氧化胁迫,在甘蔗应答抗氧化胁迫机制过程中扮演积极的角色。此外,Sc JRL还经由ABA信号通路介导参与了甘蔗应答盐胁迫,且与ABA信号呈正相关。     

盐胁迫下水稻叶绿体中Na~ 、Cl~-积累导致叶片净光合速率下降

研究了 0～ 2 0 0mmol/L的NaCl胁迫下耐盐性不同的水稻品种Pokkali(耐盐 )和Peta(盐敏感 )根系、叶片和叶绿体中Na 、K 和Cl-含量的变化及其与叶片光合作用的关系。结果表明 :随着NaCl胁迫时间和浓度的增加 ,供试 2个品种在根、叶片和叶绿体中Na 、Cl-含量增加 ,K 含量下降。耐盐品种体内Na 、Cl-含量增加或K 含量减少的幅度小于盐敏感品种。在 2 0 0mmol/L的NaCl胁迫下盐敏感品种根、叶片和叶绿体中的Na /K 分别是耐盐品种的 2 0 8%、30 8%和 2 97%。与Na 相比 ,耐盐品种根系对K 的吸收和向叶片运输的选择性 (SK ,Na)较强。但在经过0、10 0和 2 0 0mmol/L的NaCl处理后 2个品种叶绿体中的Na /K 均高于叶片 (SK ,Na均小于 1)。盐胁迫下水稻叶绿体中Na 、Cl-含量和Na /K 与叶片净光合速率呈极显著负相关。     

新疆无苞芥Na~+/H~+逆向转运蛋白基因OpNHX1的克隆、表达分析与功能验证

从耐盐植物无苞芥中克隆获得了1个Na+/H+逆向转运蛋白基因NHX1,命名为OpNHX1(GenBank登录号:KC200248)。OpNHX1基因cDNA全长2 153 bp,包含一个1 605 bp的开放阅读框,编码534个氨基酸。系统进化树分析表明,OpNHX1编码产物与拟南芥、小盐芥亲缘关系较近,属于同一进化分支。实时荧光定量PCR分析表明,该蛋白基因在无苞芥根、茎、叶、花和荚果中均有表达,其中茎中表达量最高。半定量RT-PCR分析表明,该基因受高盐、干旱、低温及ABA的诱导上调表达。进一步将该基因在拟南芥中过量表达,显著提高了转基因植株在盐胁迫下的存活率,说明OpNHX1基因参与了植物的耐盐性。酵母功能互补试验结果显示,该基因转化酵母Δnhx1后可以补充NHX1的缺失,表明OpNHX1参与Na+/H+的转运。     

羊草水孔蛋白基因LcPIP的克隆与表达分析

本研究基于羊草水孔蛋白EST序列,应用RACE克隆技术从盐胁迫的羊草中克隆了cDNA全长为1204bp的水孔蛋白基因,其GenBank登录号为KJ459872。经生物信息学分析,该基因开放阅读框为879bp,其编码的蛋白含有292个氨基酸,蛋白质分子量为30.93kDa,理论等电点(pI)为7.00,与已知的小麦、大麦和玉米等单子叶植物来源的同类基因同源性较高,相似性为80%~98%,与小麦TaPIP1的遗传关系最近,与PIP1家族聚为一类。荧光定量PCR分析显示,在200mmol·L-1的Na2CO3胁迫不同时间后,羊草根中LcPIP基因的表达量在6h时受到抑制,12~24h之间表达量明显上升,但胁迫持续48h后,LcPIP表达量降至极低水平。羊草叶片的LcPIP基因表达量逐渐上升,48h达到最高峰,72h表达量下降。     

莱茵衣藻缺铁应答基因Femu2p的克隆及原核表达

[目的]克隆莱茵衣藻缺铁应答基因Femu2p,构建重组表达载体p GEX-6p-1-Femu2p,优化条件使其在大肠杆菌BL21(DE3)中表达。[方法]提取莱茵衣藻CC425的总RNA后,利用RT-PCR和两次重叠延伸PCR相结合的方法获得Femu2p的全长编码区,构建原核表达载体p GEX-6p-1-Femu2p,并将其转入大肠杆菌DL21(DE3)中,利用IPTG诱导融合蛋白的表达并优化表达条件。[结果]Femu2p的全长编码区为2 904 bp,编码967个氨基酸,理论分子量为100.4 k Da,理论等电点为8.86。序列分析结果显示该蛋白属于包含多个C2H2类型锌指结构域的Ran BP2家族。IPTG诱导融合蛋白表达的最佳条件为:IPTG浓度0.25 mmol/L,诱导温度16℃,诱导时间8 h。[结论]成功克隆了Femu2p基因的全长编码区,并使其在大肠杆菌BL21(DE3)中表达。     

极端耐盐植物盐穗木编码未知多肽基因HcUKPP的克隆与表达

采用RACE技术从新疆极端耐盐植物盐穗木中克隆获得1个耐盐相关的转录子,命名为HcUKPP (unknown polypeptide, UKPP),其cDNA全长为569 bp,含有1个243 bp 的完整可阅读框,预测其编码1条含80个氨基酸的多肽,分子质量为8 671.6,等电点pI为7.71实时定量PCR结果显示,该基因在600 mmol/L NaCl胁迫下呈现表达上调趋势．结果提示,HcUKPP可能是耐盐相关基因. 目前该基因在NCBI 核苷酸及蛋白数据库中未发现其相似序列,文献中也未见报道．     

黄瓜Cu/Zn-SOD基因克隆及可溶性表达和纯化

[目的]克隆黄瓜Cu/Zn-SOD基因,并利用大肠杆菌进行可溶性表达、纯化及活性测定。[方法]采用Trizol法提取黄瓜表皮的总RNA,然后设计特异性引物,通过RT-PCR技术克隆获得黄瓜Cu/Zn-SOD基因。该基因与p GEX2T载体相连后,转化大肠杆菌BL21(DE3),摸索可溶性表达方法。利用GST亲和层析方法纯化目标蛋白,SOD酶活性测定采用邻苯三酚法。[结果]成功地克隆了全长为459 bp的黄瓜Cu/Zn-SOD基因,编码152个氨基酸。Protein Blast分析表明其结构域中分别包含Cu2+、Zn2+结合位点,为典型的Cu/Zn-SOD酶。目标蛋白可溶性表达条件是16℃、0. 1 mmol/L IPTG诱导20 h。SDS-PAGE分析表明GST亲和层析成功地获得重组黄瓜Cu/Zn-SOD。活性测定表明两次纯化的蛋白样品SOD酶活力分别为2 328. 9 U/m L、2 144. 7 U/m L。[结论]从黄瓜表皮中克隆获得Cu/Zn-SOD基因,该基因在大肠杆菌系统中获得可溶性表达,纯化后的重组蛋白具有较高的SOD酶活力。     

盐生植物海马齿中与K+离子胁迫有关的基因功能初步鉴定

盐生植物海马齿常年生长在海边沙地,能忍耐高盐干旱.本研究对从海马齿植物盐胁迫下的差减文库(SSH文库)中分离的3个全长基因SRTG152-Ⅰ、SRTG152-Ⅱ和SRTG152-Ⅲ(GenBank:FJ457924,FJ457925和FJ457926)进行了微生物表达和耐盐分析.3个全长基因分别插入pET-22b(+)表达载体,经过1 mmol/L的IPTG在37℃下诱导3 h,它们均获得了成功表达.耐盐性功能分析表明,3个基因对Ca2+、Mg2+和Na+离子没有抗性,而在900 mmol/L高浓度K+离子的胁迫下与对照相比赋予菌株一定的K+离子抗性.所以,我们初步推测这3个全长基因SRTG152-Ⅰ、SRTG152-Ⅱ和SRTG152-Ⅲ是一类与K+离子的抗性相关的基因.     

长叶红砂液泡膜Na~+/H~+逆向转运蛋白基因的克隆及表达特性

为研究长叶红砂(Reaumuria trigyna)离子转运分子机制,利用RT-PCR和RACE技术,克隆到其液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因(NHX1)的全长cDNA片段,命名为RtNHX1(NCBI序列号为KR919802)。结果表明:RtNHX1的cDNA片段全长2 622bp,开放阅读框1 662bp,5′非编码区509bp,3′非编码区451bp,编码553个氨基酸,推测分子量为60.91kD。该蛋白含有12个跨膜结构域,为疏水蛋白,与其他植物液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白NHX1的亲缘关系较近。实时荧光定量PCR对其在NaCl胁迫下的表达检测显示,不同时间和不同浓度NaCl胁迫下,RtNHX1表达量变化均呈先升高后降低趋势,在100mmol/L NaCl胁迫6h和200mmol/L NaCl胁迫后达到最高,表达量分别超过或约是对照的3倍,一定程度反应出RtNHX1参与长叶红砂的盐胁迫应答,是该植物离子转运体系的重要元件。     

马铃薯WRKY2基因的克隆和非生物逆境下的表达模式

马铃薯WRKY2基因的功能尚未见有报道,WRKY蛋白是近年来发现的一类重要转录因子家族,它们在植物应对生物胁迫、非生物胁迫和生长发育过程中起到关键的调控作用。该研究采用电子克隆法获得马铃薯WRKY2基因,该基因的编码区长度1 065 bp,编码355氨基酸,序列分析表明,该蛋白属于WRKY家族第二组成员,锌指结构为C-X5-C-X23H-X-H。构建系统发育树结果表明它与番茄WRKY7亲缘关系较近,氨基酸序列相似性达96%,与烟草中WRKY蛋白的相似性为86%,利用原核表达法在大肠杆菌中获得该蛋白。通过凝胶阻滞实验证明,该蛋白在体外能结合W-box元件,而且这种结合能被冷探针所竞争,同时也表明St WRKY2不能结合含有突变W-box DNA片段,证明St WRKY2与W-box结合具有特异性。通过实时荧光定量PCR技术分析该基因在根、茎和叶中的表达量,结果表明该基因主要在根中表达,其次是叶和茎。为进一步研究该基因可能参与的生理功能,对马铃薯组培苗进行10μmol/L低磷、10μmol/L低钾、200 mmol/L Na Cl、400 mmol/L PEG溶液和4℃低温处理,处理时间6 h,实时荧光定量PCR的结果表明该基因在低磷处理后表达量明显下降,在200 mmol/L Na Cl和400 mmol/L PEG处理6 h后表达量明显升高,但在10μmol/L低钾和4℃低温处理后表达量与对照相比无明显变化。说明St WRKY2能响应低磷、Na Cl和PEG这三种非生物逆境胁迫。研究结果可为进一步深入研究马铃薯WRKY2基因的功能奠定基础。     

黄花草木樨MoSOS1基因克隆及表达分析

植物质膜Na+/H+逆向转运蛋白基因SOS1是植物耐盐性必需的基因之一,在抵御盐胁迫过程中发挥十分重要的作用。以黄花草木樨叶片总RNA为模板,通过RT-PCR结合RACE方法克隆得到黄花草木樨MoSOS1基因全长序列,命名为MoSOS1。序列分析表明该基因全长为3 931 bp,开放阅读框(ORF)为2 874 bp,编码957个氨基酸,分子量为112.8 k D,等电点为5.31。TMHAM软件跨膜区的预测分析表明,黄花草木樨MoSOS1蛋白具有8个跨膜结构区域,N端和C端都位于细胞外。氨基酸序列分析表明,MoSOS1蛋白含有1个Na+/H+Exchanger superfamily和一个c NMP(Cyclic nucleotide-monophosphate)结合位点以及1个CAP_ED(Catabolite gene activator protein-effector domain)superfamily结构域。生物信息预测显示,MoSOS1的编码蛋白为不稳定酸性蛋白,不存在信号肽,二级结构多为α-螺旋和无规则卷曲。荧光实时定量RT-PCR分析表明:随着Na Cl浓度的增加,黄花草木樨地上部和根中MoSOS1基因表达水平呈增加趋势,根中表达量大于地上部,表明MoSOS1基因的表达受盐胁迫诱导和调节。     

50份长果黄麻种质资源耐盐性鉴定评价

通过对来自不同国家的50份长果黄麻种质苗期耐盐性综合评价,评估不同黄麻种质耐盐特性,筛选黄麻耐盐极端材料,为进一步挖掘黄麻耐盐基因及分子机理研究准备材料。本研究采用水培法,设0、250 mmol/L Na Cl两个浓度对50份黄麻种质材料进行处理,调查盐处理后每份材料盐害指数的变化以及第8天的死亡率,建立盐害指数随时间变化的回归模型,利用回归方程分别求出每份材料盐害症状出现的时间以及盐害指数达到50%的时间,通过主成分分析、隶属函数法、聚类分析等方法对供试材料进行综合评价和耐盐性级别划分。结果表明,250 mmol/L Na Cl胁迫对于本试验是一个适宜的浓度;建立的50个回归方程拟合效果良好;根据对50份黄麻种质材料的综合评价值及聚类分析,可以将其分为4种耐盐类型,其中,高耐盐材料3份,耐盐材料6份,盐敏感材料10份,中度耐盐材料31份。     

油菜素内酯对盐渍下油菜幼苗生长的调控效应及其生理机制

为了探讨油菜素内酯对植物耐盐性的调控,以甘蓝型油菜"南盐油1号"为试验材料,研究了外源24-表油菜素内酯(24-EBL)对100、200 mmol/L Na Cl胁迫下油菜幼苗干重(DW)、相对含水量(RWC)、渗透调节能力(OAA)、叶片气体交换参数、气孔限制值(Ls)等的调节效应,还测定了不同器官的Na+、K+、Cl-含量,并计算各器官的K+/Na+和SK,Na。结果表明:(1)在不同浓度的盐胁迫下,油菜幼苗DW显著下降,胁迫下外源喷施10-12、10-10、10-8、10-6mol/L 24-EBL作用下,油菜植株干重均不同程度的上升,且植株干重都在10-10mol/L 24-EBL(EBL2)处理下达到最大值,分别比100、200 mmol/L Na Cl胁迫下增加29%和20%。与对照相比,非盐胁迫下外源喷施10-12、10-10、10-8、10-6mol/L 24-EBL,油菜幼苗植株干重与对照相比均无显著变化。(2)不同Na Cl浓度胁迫下,油菜叶片的RWC显著下降,外施EBL2可显著提高油菜叶片的RWC和OAA。(3)不同浓度Na Cl胁迫下,油菜幼苗叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)均不同程度下降,而Ls显著上升,而外喷EBL2可不同程度的提高Pn、Gs、Ci、Tr,降低Ls。(4)与对照相比,Na Cl胁迫下油菜幼苗叶片、叶柄和根的Na+和Cl-含量均显著上升,Na Cl浓度愈高,Na+和Cl-含量上升愈显著。而K+含量均下降,外源EBL2可显著降低幼苗各器官的Na+和Cl-含量,对幼苗叶片K+含量没有影响,但提高了叶柄和根中的K+含量。上述表明,合适浓度的24-EBL外喷可明显提高油菜的耐盐水平,且不同浓度Na Cl胁迫下,最适24-EBL浓度均为10-10mol/L。主要是因为外源喷施24-EBL能显著改善离子稳态和渗透调节能力,从而改善盐胁迫下油菜幼苗的光合作用、水分状况,提高其耐盐性。而24-EBL对盐处理下油菜植株气孔限制的显著改善是其促进其光合、水分利用的重要原因,也是其对100 mmol/L Na Cl处理的油菜生长调控效果优于200 mmol/L Na Cl处理的重要原因之一。结果还显示,在叶片中,24-EBL外施可通过排Na+和Cl-来维持植株离子稳态,而对K+影响不大;在根、茎中可通过排Na+、排Cl-、吸K+维持稳态。