铁皮石斛RCA2基因克隆与生物信息学分析

核酮糖1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶是光合碳同化作用的关键酶,它对调节铁皮石斛Rubisco活性和光合速率具有直接的作用,对其进行基因等方面的研究,会对改变植物光合速率打下良好基础。该研究以一年生铁皮石斛叶片为材料,采用RT-PCR和RACE技术成功克隆了Rubisco活化酶(RCA)基因,并对其进行生物信息学分析。结果表明:RCA基因全长1 730 bp,命名为RCA2(Gen Bank登录号KT205842),其中5'-UTR 81 bp、3'-UTR 326 bp,开放阅读框1 323 bp,编码440个氨基酸,分子质量为48.53 k Da,等电点为6.19,包含P-loop NTPase超家族基因结构。氨基酸多重序列比对发现RCA2核苷酸序列与蝴蝶兰的相似性高达87%。RCA2编码蛋白为亲水性蛋白;亚细胞定位于叶绿体基质;蛋白质二级结构分析,α螺旋占30.68%,延伸链占25.45%,不规则折叠占43.86%。RCA2编码蛋白质的功能预测发现,RCA2在中间代谢起到了一个非常重要的角色。该研究发现对铁皮石斛光合作用关键酶Rubisco的分析可为其光合作用特性的发掘提供理论基础,并为提高温室大棚栽培效率提供理论依据。     

铁皮石斛DORCA基因的克隆及表达分析

为了研究铁皮石斛的光合特性,根据Rubisco活化酶(RCA)基因的保守序列设计兼并引物,采用RT-PCR和RACE方法从铁皮石斛叶中分离到一个RCA基因,命名为DORCA(GenBank登录号KT205841)。DORCA基因cDNA全长为1 724bp,包含1 317bp开放阅读框(ORF),编码438个氨基酸。系统进化分析显示,DORCA与马蹄莲ZaRCA(AAK25801.1)亲缘关系最近。生物信息学分析表明,DORCA与其他植物的RCA蛋白具有较高一致性,属于RCA的β亚基。DORCA蛋白具有定位于叶绿体的N端转运肽,2个保守的ATP结合结构域和多个磷酸化位点。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析表明,DORCA基因在茎、叶中表达;在自然光周期条件下,DORCA基因在8:30时表达量最高,20:30时表达量最低,具有明显的光诱导表达特性。     

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。     

铁皮石斛蔗糖磷酸合成酶基因的克隆与原核表达

应用同源序列克隆法克隆了铁皮石斛蔗糖磷酸合成酶(SPS)基因cDNA全长,并进行了原核表达分析,为进一步研究该基因的时空表达、功能分析及多糖合成机理提供理论依据。结果表明:(1)铁皮石斛SPS基因cDNA全长3 502bp,编码区3 186bp,GenBank登录号JF423929。该基因编码1 061个氨基酸,与文心兰的SPS基因氨基酸序列的一致性最高为93%,与其他科植物SPS基因的氨基酸序列的一致性均高于60%。(2)原核诱导表达结果显示,SPS基因在大肠杆菌中的重组蛋白分子质量约为118.7kD,其表达与序列分析推测的结论一致。(3)生物信息学分析表明,铁皮石斛SPS基因的二级结构包括了螺旋、β-折叠和无规则卷曲,是非跨膜结构的亲水性不稳定蛋白,有2个功能结构域,分别是蔗糖合成功能域及糖基转移功能域。     

小麦Rubisco 活化酶基因的克隆和表达特性

Rubisco活化酶是广泛存在于光合生物中调节Rubisco活性的酶, 我们利用PCR技术, 从小麦(Triticum aestivum)叶片cDNA文库中克隆得到Rubisco活化酶基因cDNA片段, 该片段长度为850 bp, 编码201个氨基酸。Northern blot表明, 小麦叶片在暗诱导衰老的条件下, 叶片中活化酶基因表达水平逐渐下降; 同时, 小麦叶片的光合特性、叶绿素含量和Rubisco活性呈现下降趋势。这些结果表明, 衰老时小麦叶片Rubisco活化酶基因表达水平下降与光合速率下降密切相关。     

小麦Rubisco活化酶基因的克隆和表达特性

Rubisco活化酶是广泛存在于光合生物中调节Rubisco活性的酶,我们利用PCR技术,从小麦(Triticum aestivum)叶片cDNA文库中克隆得到Rubisco活化酶基因cDNA片段,该片段长度为850 bp,编码201个氨基酸.Northern blot表明,小麦叶片在暗诱导衰老的条件下,叶片中活化酶基因表达水平逐渐下降;同时,小麦叶片的光合特性、叶绿素含量和Rubisco活性呈现下降趋势.这些结果表明,衰老时小麦叶片Rubisco活化酶基因表达水平下降与光合速率下降密切相关.     

羊草光合作用相关基因的克隆与分析

在构建了羊草叶片cDNA文库的基础上,利用M13载体通用引物筛选其亚文库,挑选阳性克隆进行测序,将测序结果在NCBI基因库中进行比对,得到一个Rubisco大亚基基因全长序列和Rubisco小亚基基因部分序列,并对其核苷酸及其编码的氨基酸序列进行分析。结果显示,Rubisco大亚基基因长度为1 796 bp,与禾本科大麦、小麦、野雀麦、粗山羊草、旱麦草、异形花草、黑麦等的核苷酸序列同源性达98%以上;羊草的Rubisco小亚基基因部分序列含有一个开放阅读框,其长度为186 bp,编码61个氨基酸,与禾本科的小麦、大麦、燕麦、黑麦以及扁穗雀麦Rubisco小亚基基因氨基酸序列的同源性分别为93%、93%、91%、91%、92%。羊草Rubisco基因的克隆与分析有利于进一步研究其光合作用效率。     

铁皮石斛Csl基因家族生物信息学及表达分析

通过分析铁皮石斛类纤维素合成酶(cellulase synthase-like, Csl)的氨基酸序列特征,挖掘与多糖合成相关的Csl基因,从而为参与多糖代谢的铁皮石斛Csl蛋白的后续研究提供有力参考。本研究在生物信息学层面,对铁皮石斛21条完整Csl蛋白序列的理化性质、导肽、信号肽、疏水性/亲水性、跨膜结构域、蛋白质高级结构及功能域等进行预测分析,并与拟南芥的Csl蛋白进行了同源比对并构建系统进化树。结果表明,CslD2a/b/c、CslD4、CslG3b为酸性蛋白,其余为碱性蛋白;Leu、Ser、Ala、Phe、Val和Ille等氨基酸是铁皮石斛Csl蛋白的主要氨基酸;铁皮石斛Csl蛋白具有明显的疏水区和亲水区,都存在跨膜结构。蛋白质二级结构的主要元件是α-螺旋、无规则卷曲和延伸链。与拟南芥的进化分析显示,铁皮石斛Csl蛋白基因被分为3大分支,CslA和CslC归为一支,CslB/E/G/H归为一支,CslD归为一支。本研究系统分析了铁皮石斛Csl蛋白的序列特征,可为今后深入研究该蛋白在铁皮石斛多糖代谢上的功能提供参考。     

白及丝氨酸羟甲基转移酶(SHMT)基因的序列分析

丝氨酸羟甲基转移酶（SHMT）是植物细胞光合作用和一碳代谢的关键酶之一,研究SHMT基因的序列信息对揭示其蛋白结构与功能具有重要指导意义。从白及转录组数据库中分离得到SHMT基因（NCBI登录号：MG544187）,运用生物信息学软件对该基因进行序列分析。结果显示：该基因长度为1 953 bp,编码的蛋白质长度为471aa、分子量为51.861 06 kD、理论等电点为7.17,SHMT二级结构主要由无规则卷曲结构和α螺旋结构组成,核苷酸和氨基酸序列与铁皮石斛SHMT相似性最高,达93%,结构域分析发现该蛋白具有高度保守结构域,三级结构预测为四聚体结构,跨膜区及信号肽分析发现该蛋白无跨膜区及信号肽,亚细胞定位分析发现该蛋白主要位于细胞质、叶绿体亚细胞器位置。本分析结果为白及SHMT的应用研究提供了基础数据,也为植物SHMT基因的分子研究提供了理论依据及基础资料。     

彩叶草Rubisco活化酶基因SsRCA的分子特征及其表达模式

为研究观赏植物彩叶草的光合特性,根据Rubisco活化酶(RCA)的保守区域简并扩增获得的保守片段,采用RACE方法,克隆了RCA全长cDNA,命名为SsRCA(GenBank登录号FJ787730).SsRCA cDNA全长1 548bp,包含1个1 311bp的ORF框,编码436个氨基酸的前体蛋白.其5'-UTR区含有1个终止子TAA,3'-UTR区具有2个mRNA非稳定性相关的DST-like元件和推测的加尾信号AATAAA.SsRCA蛋白具有定位于叶绿体的N端转运肽,具有2个保守的ATP-binding结构域、1个sensor 2基序和多个磷酸化位点.多序列比对和系统进化分析表明,SsRCA与其他植物的RCA蛋白具有较高的一致性,属于RCA的β亚基.表达分析表明,SsRCA基因在含有绿色组织的茎、叶和萼片表达.在9 h黑暗和15 h光照的光周期处理中,正午时表达量最高,午夜时表达量最低,具有明显的光诱导表达特性.     

籽粒苋中PPDK基因的克隆及表达特性分析

为寻找能提高植物光合效率的基因资源,以高光效植物籽粒苋(Amaranthus hypochondriacus L.)为试材,利用同源克隆和RACE技术克隆了丙酮酸磷酸二激酶(Pyruvate orthophosphate dikinase, PPDK)基因,基因cDNA全长为3 224 bp,其中5′非翻译区为71 bp,阅读框为2 868 bp,3′非翻译区为285 bp,推导的蛋白质为956个氨基酸,分子量约106 kDa。序列分析表明,克隆的基因含有PPDK基因的功能结构域。表达模式分析显示克隆的PPDK基因在绿色组织中特异表达,为PPDK基因的长转录本,初步确定已克隆得到为籽粒苋中的PPDK基因,将其命名为AhPPDK。     

白及蔗糖合成酶基因的克隆及表达分析

为揭示白及蔗糖合成酶基因与生长发育的关系,该研究以白及为材料,利用RT-PCR技术同源克隆白及蔗糖合成酶的关键基因SuSy,对SuSy基因的生物学特性及表达特征进行了分析,并利用实时荧光定量PCR检测SuSy基因在不同组织中的表达规律。结果表明:(1)白及SuSy基因长度为2 215 bp,编码737个氨基酸,与铁皮石斛、文心兰和蝴蝶兰的蛋白质氨基酸序列的相似性分别为97%、92%和95%。(2)生物信息学分析表明,SuSy蛋白质序列具有较高的亲水性,与拟南芥SuSy蛋白质氨基酸三级结构一致性为75.2%;系统进化树分析发现,白及SuSy蛋白与铁皮石斛处于同一个分支上。(3) qRT-PCR结果表明,SuSy基因在叶片中的表达量最高,块茎中的表达量最低;成熟叶片的表达量高于未成熟叶片的表达量;数据差异性分析显示,SuSy基因在根、块茎中表达量具有极显著性差异,但在一年生叶和二年生叶中的表达量无显著性差异,幼苗叶和一、二年生叶中表达量具有极显著性差异。由此推测,SuSy基因可能受生长发育的诱导,是调控白及生长发育关键基因。     

水稻Rubisco和RCA的日变化及其细胞定位

采用免疫胶体金标记电镜技术对水稻(0ryza sativa subsp.indica cv.浙农952)叶片中的Rubisco及其活化酶(RCA)进行细胞器定位和定量,同时用免疫扩散法进行叶片含量分析,研究了这两种酶含量及活力的日变化.结果表明Rubisco主要分布于叶绿体,RCA分布于叶绿体和线粒体中;光合速率(Pn)、Rubisco初始活力和RCA活力与光合日变化密切相关;在光照最强的13时,出现光合"午休",叶绿体中Rubisco的密度有一定程度降低,而全叶的总Rubisco保持稳定,Rubisco初始活力也有明显的"午休",这意味着体内Rubisco的活力除受RCA调节外,可能还与叶绿体中Rubisco的分布有关.RCA活力变化与叶绿体中RCA含量变化较为一致,表明RCA在叶绿体中的分布对调节其本身活力和Rubisco活性有重要作用.     

采用液质联用方法检测黄秋葵荚果黄酮类物质含量

该研究为了培育兼抗4种病毒的马铃薯品种,采用RT￣PCR技术对PVX、PVS、PVY和PLRV的外壳蛋白( CP )基因进行克隆与分析,获得了大小分别为670、800、700、600 bp的CP基因序列,将获得的CP基因序列与NCBI中已报道的序列进行比对分析,其同源性都在96％以上。根据所克隆的CP 基因对靶标片段进行筛选,获得了大小约300 bp的靶标片段PVX￣rh、PVS￣rh、PVY￣rh和PLRV￣rh,同时利用 Overlap￣PCR技术将4种病毒的靶标片段进行拼接,得到了长度约为1200 bp的融合片段XSYV￣rh,与预期目标片段XSYV￣yxz的相似性达100％。利用DNA重组技术将融合片段XSYV￣rh克隆到pGM￣T载体上构建成克隆载体pGM￣T￣XSYV￣rh,用SpeⅠ和SacⅠ对克隆载体pGM￣T￣XSYV￣rh和植物表达载体pART27进行同步双酶切,用T4 DNA连接酶将XSYV￣rh片段连接到载体pART27上,成功构建了同时含4种病毒CP 基因片段的植物表达载体pART27￣XSYV￣rh。采用直接转化法将植物表达载体导入根癌农杆菌LBA4404中,并利用农杆菌介导法对烟草品种T12试管苗进行遗传转化,转化后的烟草植株经PCR检测,有40株转化植株可扩增出目的条带,表明XSYV￣rh融合基因已成功转入烟草基因组中。     

铁皮石斛GRAS转录因子家族基因SCL3克隆及表达分析

GRAS家族是一类植物特有的转录调控因子,参与调控植物生长发育及抵御逆境胁迫,并且在赤霉素(gibberellins, GAs)信号转导过程中具有重要作用。本研究采用RT-PCR结合RACE方法从铁皮石斛(Dendrobium officinale Kimura et Migo)原球茎中克隆到了一个转录因子GRAS家族基因SCL3 (scarecrow-like 3)并对其进行了表达分析。该基因cDNA序列全长2 278 bp,命名为DoSCL3 (GenBank注册号:MG252261),其编码425个氨基酸,分子量为47.88 kD,等电点(PI)为6.21。DoSCL3基因编码的蛋白不含跨膜域和信号肽,具有GRAS转录因子家族特有的保守结构域(22~422);多序列比对表明,DoSCL3与小兰屿蝴蝶兰的SCL3蛋白高度同源(相似性达到83%),同时进化树分析结果显示其与小兰屿蝴蝶兰亲缘关系非常相近。qRT-PCR实验结果显示,DoSCL3基因在铁皮石斛种子共生萌发中随着萌发进程的变化(1~3级,萌发至原球茎阶段)其表达量逐渐升高,并且在种子萌发至2级时,共生萌发组表达量显著高于无菌萌发组(为无菌组2.2倍),表明DoSCL3在兰科药用植物铁皮石斛种子共生萌发中菌根共生关系的建立过程起到重要的调控作用。     

衣藻质体分裂相关基因CrFtsZ2的克隆及其进化分析

ＦｔｓＺ(ｆｉｌａｍｅｎｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｉｔｉｖｅ)是一类从大肠杆菌温度敏感型突变体中分离到的基因 .该基因与Ｅ .ｃｏｌｉ细胞分裂密切相关 .突变体由于细胞分裂受阻而呈现“长丝状”[1] .此类基因于 1980年首次被克隆[2 ] .随后的研究表明 ,ＦｔｓＺ蛋白在Ｅ .ｃｏｌｉ分裂细胞的凹陷处形成环状多聚体 ,Ｚ环 ,是Ｅ .ｃｏｌｉ细胞分裂的限制因子[3 ] .衣藻属于绿藻 ,在现存的所有单细胞真核藻类中 ,绿藻是与陆生植物亲缘关系最近的一支[4] .由于衣藻为单细胞真核生物 ,并且仅含有一个巨大的叶绿体 ,因而是研究…     

水稻Rubisco和RCA的日变化及其细胞定位

采用免疫胶体金标记电镜技术对水稻(Oryza satova subsp.indica cv.浙农952)叶片中的Rubisco及其活化酶(RCA)进行细胞器定位和定量,同时用免疫扩散法进行叶片含量分析,研究了这两种酶含量及活力的日变化。结果表明Rubisco主要分布于叶绿体,RCA分布于叶绿体和线粒体中;光合速率(Pn)、Rubisco初始活力和RCA活力与光合日变化密切相关;在光照最强的13时,出现光合“午休”,叶绿体中Rubisco的密度有一定程度降低,而全叶的总Rubisco保持稳定,Rubisco初始活力也有明显的“午休”,这意味着体内Rubisco的活力除受RCA调节外,可能还与叶绿体中Rubisco的分布有关。RCA活力变化与叶绿体中RCA含量变化较为一致,表明RCA在叶绿体中的分布对调节其本身活力和Rubisco活性有重要作用。