小麦翻译控制肿瘤蛋白TCTP与蔗糖非酵解型蛋白激酶SnRK1的相互作用

翻译控制肿瘤蛋白(Translationally controlled tumor protein, TCTP)广泛存在于真核细胞中,参与调节细胞分裂、植物生长发育,并介导植物抵御病原物侵染。蔗糖非酵解型蛋白激酶(SNF1-related protein kinase, SnRK1)在酵母、动物和植物中非常保守,并参与包括糖代谢和抵抗非生物和生物胁迫在内的一系列生理过程。本实验室前期工作证明TaTCTP响应叶锈菌侵染并参与诱发寄主产生防卫反应。为了深入探讨TaTCTP在叶锈菌侵染小麦诱发的防卫反应中发挥的作用,采用串联亲和纯化(TAP)与质谱(MS)联用技术,鉴定出SnRK1可能为TaTCTP潜在互作蛋白。文中对TCTP和SnRK1的相互作用进行了研究。酵母双杂交结果表明,同时携带TCTP和SnRK1的酵母可以在SD/-Leu/-Trp/-His/-Ade(SD/-LWHA,四缺)培养基上生长,说明TCTP与SnRK1在酵母双杂交系统中可以发生相互作用;通过双分子荧光互补实验,发现TCTP与SnRK1发生相互作用的荧光信号分布在细胞质中;进一步用Co-IP实验证明TCTP和SnRK1可以发生相互作用。本研究为深入研究TaTCTP在小麦与叶锈菌互作过程中的作用机制奠定了重要基础,对进一步完善小麦抵御叶锈菌侵染的分子机理具有重要意义。     

叶锈菌侵染的小麦叶片转录组数据分析

选取小麦近等基因系Tc Lr26与其轮回亲本Thatcher(Tc),与叶锈菌生理小种260分别组成不亲和及亲和组合,通过Illumina/Solexa平台的HiSeq~(TM) 2000高通量测序技术对接种叶锈菌后的小麦转录组进行测序,利用Trinity软件将数据组装形成转录本,对所有转录本进行COG、GO和KEGG分类和功能注释、Pathway注释以及蛋白编码区的预测。结果表明,转录组测序片段经de novo拼接共得到87291条平均长度866 bp的Unigenes;通过功能聚类,分别获得25个COG分类、55个GO功能亚类和128条KEGG通路;差异表达基因分析显示,相对于亲和组合,不亲和组合在接种叶锈菌后8 h上调Unigenes4037条,下调Unigenes 1949条;接种后24 h,上调Unigenes 2122条,下调Unigenes 3248条。其中植物与病原物互作过程中的钙信号通路,活性氧爆发及SA信号通路相关基因在不同时间有差异表达,在接种后8 h所表达的差异基因可能与基础防卫反应诱发密切相关,而在接种后24 h的差异表达基因可能与Lr26介导的过敏性防卫反应表达有紧密联系。这为深入分析和发掘小麦抗叶锈病相关基因及系统研究小麦抗锈病分子机制奠定了坚实基础。     

小麦锌指蛋白基因TaLOL2的克隆及特征分析

通过电子克隆与RT-PCR相结合的方法,在条锈菌诱导的小麦叶片中克隆获得1个新的LSD1型锌指蛋白基因TaLOL2,并用qRT-PCR技术分析了其转录表达特征。结果显示:(1)小麦锌指蛋白基因TaLOL2的cDNA全长1 095bp,编码179个氨基酸。(2)TaLOL2含有3个典型的zf-LSD1型(CxxCxRxxLMYxxGASxVxCxxC)保守结构域,与水稻、拟南芥、大麦等植物LSD1型锌指蛋白序列具有高度相似性,其中与水稻OsLOL2相似度达86.0%。(3)进化树分析表明,TaLOL2与水稻、拟南芥和大麦中部分含有3个保守zf-LSD1锌指结构的基因亲缘关系较近,而与其它包含不同数目的zf-LSD1锌指结构的基因亲缘关系较远。(4)qRT-PCR定量分析表明,TaLOL2在条锈菌侵染前期呈上调表达,在亲和及非亲和反应中差异表达。研究表明,TaLOL2参与了条锈菌诱导的小麦抗病防卫反应,很可能作为正调控因子参与了小麦-条锈菌非亲和互作中对条锈菌的抗性信号途径。     

小麦TaLSDl锌指蛋白基因的电子克隆及序列分析

采用电子克隆与RT-PCR相结合的技术,在条锈菌（Pucciniastriiformis f．sp．tritici）侵染的小麦中克隆了一个LSDl型锌指蛋白基因,命名为TaLSDl（GenBank登录号为EF553327）。序列分析表明,该基因全长1024bp,编码生成1个包含3个保守LSDl型锌指结构（CxxCxRxxLMYxxGASxVxCxxC）且长度为146个氨基酸的多肽。进化树分析表明,TaLSDl与水稻（Oryzasativa）、拟南芥（Arabidopsisthaliana）和芜菁（Brassicarapa）中部分含有3个保守LSDl型锌指结构的同源基因亲缘关系较近,而与其它包含不同数目的LSDl型锌指结构基因亲缘关系较远。推测TaLSDl在进化中丢失了部分序列,进而执行新的功能。半定量RT-PCR结果显示,该基因在亲和以及非亲和组合中的表达模式很相似,均表现在前期基因表达被抑制而后期恢复正常。初步推测TaLSDl在转录水平上的表达受光诱导,同时,作为一个细胞程序性死亡的负调控因子在小麦与条锈菌互作过程中起作用。     

小麦TaLSD1锌指蛋白基因的电子克隆及序列分析

采用电子克隆与RT-PCR相结合的技术,在条锈菌(Pucciniastriiformis f.sp.tritici)侵染的小麦中克隆了一个LSD1型锌指蛋白基因,命名为TaLSD1(GenBank登录号为EF553327)。序列分析表明,该基因全长1024bp,编码生成1个包含3个保守LSD1型锌指结构(CxxCxRxxLMYxxGASxVxCxxC)且长度为146个氨基酸的多肽。进化树分析表明,TaLSD1与水稻(Oryza sativa)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)和芜菁(Brassica rapa)中部分含有3个保守LSD1型锌指结构的同源基因亲缘关系较近,而与其它包含不同数目的LSD1型锌指结构基因亲缘关系较远。推测TaLSD1在进化中丢失了部分序列,进而执行新的功能。半定量RT-PCR结果显示,该基因在亲和以及非亲和组合中的表达模式很相似,均表现在前期基因表达被抑制而后期恢复正常。初步推测TaLSD1在转录水平上的表达受光诱导,同时,作为一个细胞程序性死亡的负调控因子在小麦与条锈菌互作过程中起作用。     

小麦NTL转录因子的全基因组鉴定及其在小麦与条锈菌互作过程中的表达变化分析

NTL(NAC with transmembrane motif 1-like,NTM1-LIKE)类转录因子是NAC转录因子家族的一员,其特征是除NAC结构域外,C末端具有跨膜结构域。NTL转录因子已被证实在植物发育以及响应生物和非生物胁迫中发挥着重要作用,但小麦中NTLs的研究相对较少。基于此,对小麦中NTL类转录因子进行全基因组鉴定,并分析NTLs的系统发育、基因结构、保守基序及其在小麦与亲和条锈菌互作过程的表达变化。结果表明,在小麦中有17个NTLs,属于7个同源群,分布在12条染色体上,亚细胞定位的预测分析结果显示,NTL转录因子在细胞核、质膜、叶绿体类囊体及内质网膜都有定位信号的出现。此外,部分NTL转录因子的表达受小麦与条锈菌亲和互作的诱导。研究结果为小麦NTL转录因子家族的功能分析提供了一定的参考。     

小麦条锈菌PsCdc2基因的克隆及在条锈菌侵染小麦后的转录表达分析

【目的】克隆小麦条锈菌细胞分裂基因PsCdc2,分析该基因在条锈菌接种小麦后不同时间点的表达特征。【方法】利用PCR和RT-PCR技术克隆PsCdc2的cDNA序列和基因组序列,采用生物信息学技术预测分析该基因编码蛋白的保守结构域及基本特性,对该蛋白进行系统发育分析,构建进化树;运用实时荧光定量RT-PCR技术,以PsCdc2在夏孢子时期的表达情况为对照,分析该基因在亲和及非亲和互作中不同时间点的表达特征。【结果】PsCdc2基因组序列长2279 bp,由11个外显子和10个内含子构成,开放阅读框为885 bp,编码294个氨基酸,分子量为33.14 kDa,等电点为6.26。编码蛋白含两个保守的激酶特征位点,一个跨膜螺旋区域。PsCdc2基因编码蛋白与小麦秆锈菌、新型隐球菌、玉米瘤黑粉菌等多种真菌的Cdc2高度相似,其中与小麦秆锈菌的Cdc2亲缘关系最近,序列相似性达73.1%。实时荧光定量RT-PCR结果表明,在亲和组合中,该基因在条锈菌接种小麦的前期上调表达,其中接种后12 h时表达量最高,约为夏孢子中表达量的1.62倍,接种后24-268 h,基因表达基本呈下调趋势,其中96 h基因表达量最低,仅为夏孢子时期的0.07倍。在非亲和组合中,该基因表达基本呈下调趋势,在接种后各个时间点的表达量均低于在夏孢子中的表达量,其中接种后12 h时表达量最高,但仅为夏孢子中表达量的0.34倍;接种后96 h表达量最低,为夏孢子中表达量的0.02倍。【结论】PsCdc2可能通过调控条锈菌的细胞周期循环参与了侵染前期初生菌丝生长和吸器母细胞的形成,与条锈菌的致病性相关。本文首次报道了小麦条锈菌的Cdc2基因,为进一步揭示条锈菌细胞周期调控的本质及研究开发靶向Cdc2的新型农药,以及实现对小麦条锈病的新型药剂防治提供了理论基础。     

蔗糖转运蛋白的调节

对影响植物蔗糖转运蛋白的表达和活性的各种内外调节因子作了综述.分别介绍了蔗糖转运蛋白在转录和翻译水平的调控、蛋白间的互作、激素协调、及外界环境因素等.     

基于转录组测序开发的一个小麦叶锈菌特异分子标记

小麦叶锈菌毒性变异频繁,新的毒性小种不断出现,往往导致小麦抗叶锈病品种在推广种植几年后的抗性丧失。因此,开发用于田间小麦叶锈病的诊断与预测预报的特异性分子标记具有重要意义。在前期已经完成小麦叶锈菌PHNT转录组测序的基础上,本研究拟在数据库中挑选候选效应蛋白,利用实时荧光定量PCR明确其在叶锈菌侵染小麦后不同时间点的表达模式,根据差异表达分析筛选出候选效应蛋白,再根据编码候选效应蛋白的基因序列设计引物,对小麦叶锈菌PHNT基因组DNA进行PCR扩增,旨在开发小麦叶锈菌特异性分子标记。结果在转录组数据库中筛选出24个候选效应蛋白,qPCR检测明确其中17个具有明显的表达差异。PCR扩增结果表明,基于候选效应蛋白基因PTTG-05290设计的引物在小麦叶锈菌PHNT中获得一条920 bp的条带,且在检测的25种叶锈菌生理小种中均稳定存在,而在小麦条锈菌、菜豆锈菌、枣树锈菌、柳树锈菌、苹果树锈菌及芦苇锈菌6种锈菌中不能获得有效扩增,表明该引物在小麦叶锈菌中具有特异性。qPCR结果表明,PTTG-05290在叶锈菌侵染小麦4 d时达到表达高峰,表达量为0 d的218倍,而0.5 d时便大量检测到该基因。因此,PTTG-05290可作为分子标记用于小麦叶锈菌的田间早期检测及预测预报,对小麦抗叶锈病品种在田间的合理布局具有重要意义。     

小麦F-box/Kelch类基因TaFKOR23的抗逆相关表达模式及分子互作蛋白鉴定

为了解F-box成员在小麦中响应生物和非生物逆境的表达情况及作用机制,本研究自小麦抗叶锈病近等基因系Tc Lr15中克隆了F-box基因Ta FKOR23,该基因编码一个由421个氨基酸残基组成的蛋白,N端具有F-box结构域,中间带有2个明显的Kelch结构域,属于F-box/Kelch类型基因。系统进化分析表明,Ta FKOR23与粗山羊草(AegilopstauschiiCoss.)和二穗短柄草(Brachypodium distachyon(L.)P. Beauv.)中的F-box/Kelch-repeat protein OR23同源性均较高。利用q RTPCR对接种亲和及非亲和叶锈菌、激素处理、非生物逆境胁迫后Tc Lr15植株中该基因的表达模式进行分析。研究结果表明,Ta FKOR23基因表达受叶锈菌侵染而略升高,但在亲和与非亲和组合间的表达量无明显差异;受脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)和茉莉酸甲酯(Me JA)3种激素处理后,该基因均呈先升高后降低的表达趋势,且表达量于处理后12 h达到最高,Me JA对该基因的诱导表达程度略高于SA和ABA;盐胁迫处理后,除了12 h外,Ta FKOR23整体呈现上升的表达趋势,最高表达峰出现在处理后48 h;Ta FKOR23受聚乙二醇(PEG)处理的影响较小;该基因在旗叶中的表达量远高于其他部位。利用酵母双杂交文库筛选并验证与该基因编码蛋白互作的上游靶蛋白。经文库筛选得到11类可能与Ta FKOR23互作的靶蛋白,进一步回转验证及β-半乳糖苷酶检测结果表明Ta FKOR23与小麦S-期激酶相关蛋白(Ta Skp1)、SEC1家族运输蛋白SLY1(Ta SLY1)和几丁质酶2(Ta Chitinase 2)均存在相互作用。研究结果为深入解析小麦中Kelch类F-box基因的功能及代谢网络奠定了基础,并拓宽了对植物中Kelch类F-box基因的功能认识。     

条形柄锈菌吸器特异效应蛋白Hasp68抑制寄主免疫并与小麦组织蛋白酶B互作

作为活体营养专性寄生真菌,条形柄锈菌（小麦条锈病）在侵染过程中通过形成吸器向寄主细胞释放效应蛋白,干扰寄主的防卫反应,促进其侵染与致病。因此,条形柄锈菌效应蛋白的鉴定与功能研究对揭示其毒性机理具有重要意义。本实验室前期完成了条形柄锈菌CYR31生理小种吸器转录组分析,从中鉴定得到一个吸器特异诱导表达分泌蛋白Hasp68,利用农杆菌侵染在烟草细胞中瞬时表达该基因,能够抑制小鼠促细胞凋亡蛋白Bax诱导的细胞程序性死亡,鉴定为条形柄锈菌候选效应蛋白。Hasp68基因全长318bp,编码105_aa,N-端包含20_aa的信号肽,无保守结构域。BlastX分析表明Hasp68为条形柄锈菌特有效应蛋白,在其他真菌中无同源蛋白,且在条形柄锈菌16个菌系中呈较低的序列多态性,表明其在条形柄锈菌的进化过程中相对保守。借助荧光假单胞菌EtHAn的三型分泌系统,在小麦细胞中过表达Hasp68能够抑制由非致病细菌引起的PTI（PAMP-triggered immunity）相关胼胝质的积累;同时,也能抑制小麦与无毒条形柄锈菌互作中ETI（effector-triggered immunity）相关的活性氧爆发和过敏性坏死反应,表明效应蛋白Hasp68具有抑制寄主免疫反应的功能。利用酵母双杂交系统筛选Hasp68在小麦中的互作蛋白,发现其与组织蛋白酶B（cathepsin B）TaCTSB互作,双分子荧光技术进一步验证二者在烟草细胞中共表达存在互作,初步揭示了效应蛋白Hasp68的互作靶标。     

白粉菌诱导下感病小麦京411中TCTP基因的表达分析

TCTP广泛存在于动植物及微生物中,参与重要的生物过程。对小麦中克隆到的TCTP基因进行了白粉菌诱导下的表达模式分析,结果发现,在对白粉菌敏感的小麦京411中,白粉菌侵染后TCTP基因应答迅速,且基因表达水平较高。用病毒介导的基因沉默方法沉默京411中的TCTP基因,发现白粉菌成功侵染小麦叶片的比例下降,乳突等抗性结构特征比例上升,H2O2在细胞内的累积水平升高。试验结果表明,TCTP在小麦与白粉菌互作过程中起重要作用。     

小麦隐匿柄锈菌与小麦互作不同阶段的基因差异表达分析

[目的]小麦叶锈病是影响小麦生产主要病害之一,其病原菌新小种的出现和劣势小种上升为优势小种导致抗病品种的抗病性不断被克服.小麦隐匿柄锈菌与小麦互作不同阶段差异表达谱分析对于揭示该病菌致病的分子机制,进而有效防控小麦叶锈病具有重要意义.[方法]利用转录组分析小麦隐匿柄锈菌致病生理小种与感叶锈病小麦品种MuTcLr19亲和...     

小麦叶绿体信号识别颗粒54基因的克隆与分析

根据LWSRC336(GenBank登录号为EV254029)的cDNA序列设计引物,从受条锈菌(Puccinia striifor-misf.sp.tritici)诱导的小麦幼叶中提取总RNA,采用RACE与RT-PCR相结合的技术对该基因克隆.测序结果表明,扩增片段长度为1 725 bp,其中包含一个编码481个氨基酸的开放阅读框,与水稻的叶绿体信号识别颗粒54蛋白高度同源.实时荧光定量PCR分析结果显示,该基因在受条锈菌诱导下,在亲和组合中表达趋势明显下调,而在非亲合组合中的表达在24 h之前呈下降趋势,到24 h最低,在72 h又恢复到正常水平,随后又下降.推测条锈菌侵染小麦后,影响了叶绿体蛋白的运输,进而影响了小麦的光合作用.     

采用酵母双杂交系统筛选橡胶树HbTCTP1互作蛋白

翻译控制肿瘤蛋白(translationally controlled tumor protein,TCTP)是一种在生物体中普遍存在和结构上高度保守的多功能蛋白。本研究以橡胶树Hb TCTP1基因的开放阅读框(open reading frame,ORF)作为诱饵,采用酵母双杂交系统构建筛选Hb TCTP1互作蛋白的诱饵表达载体p BD-GAL4-Hb TCTP1,并在p ADGAL4-2.1质粒构建的橡胶树胶乳cDNA文库中筛选Hb TCTP1互作蛋白。将获得的两个与Hb TCTP1互作的阳性克隆进行测序,比对NCBI非丰富蛋白数据库发现:它们分别是橡胶延长因子(rubber elongation factor,REF)和60S核糖体L44蛋白(60S ribosomal protein L44,RPL44)。本研究结果对进一步揭示Hb TCTP1在橡胶树中的作用具有重要意义。     

石榴WRKY基因家族全基因组鉴定与表达分析

WRKY蛋白是一类在植物生长发育过程及生物与非生物胁迫过程中起重要调控作用的转录因子。该研究利用石榴全基因组数据,采用生物信息学的方法,对石榴WRKY转录因子家族成员蛋白理化性质、系统进化、基因结构、保守基序、顺式作用元件、蛋白互作及基因共表达和转录组表达模式进行系统分析。结果共鉴定出69个PgWRKY基因;分组鉴定和进化分析显示WRKY蛋白可分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ共三大类型。顺式作用元件分析表明,PgWRKY基因广泛参与到非生物胁迫中;蛋白互作网络与共表达分析暗示PgWRKY基因在同一胁迫应答中可能作用一致并同时诱导表达;RNA-Seq数据分析表明,PgWRKY基因有一定的组织表达特异性,广泛参与植物营养、生殖生长以及根部逆境胁迫应答过程。     

TCP家族基因研究进展

TCP基因编码植物特异性的转录因子,含有一个b HLH motif,能够与DNA结合或者产生蛋白质与蛋白质的互作。TCP基因家族在单子叶植物中有5个成员,在双子叶植物中有超过20个成员。基因的复制和多样化进化出了两类有轻微不同TCPdomain的TCP基因家族。越来越多关于TCP基因功能的研究使得将TCP基因作为工具,调整植物生长模式,产生新的农业学性状成为可能。简要概括这一家族当前的进化、调控、蛋白的生化特性,以及部分成员的生化功能,特别是在控制发育组织的细胞增殖方面。旨在为更好的调节植物的生长模式和调控植物的生理特性的研究提供思路。     

植物多酚通过microRNA调控脂质代谢研究进展

microRNA（简称miRNA）是长度18~25个核苷酸的非编码RNA分子,具有调控mRNA的翻译和/或稳定性的功能,从而在转录后水平调节不同基因的表达。人体内约60%编码蛋白的基因的表达受到miRNA调节,其中包括脂质代谢调控相关基因。植物多酚具有良好的生物活性,可以通过调节脂质代谢相关miRNAs,如miR-122和miR-33的表达进而发挥降血脂等活性。该文综述了miRNA调控脂质代谢相关mRNA的作用机制以及植物多酚在这一过程中的可能作用。     

小麦F-box基因TaFBL14的克隆及表达分析

该研究利用同源克隆策略,获得了1条小麦F-box/LRR重复蛋白14基因(TaFBL14)。TaFBL14基因编码486个氨基酸,预测分子量为53.48kD,等电点为5.93,序列N端包含一个F-box结构域,C段包含7个LRR结构域。TaFBL14基因编码蛋白不具有信号肽及核定位信号序列,主要定位在细胞质中,二级结构以α-螺旋为主,呈球状。进化树分析表明,TaFBL14与粗山羊草和乌拉尔托小麦的FBL14蛋白亲缘关系较近。qRT-PCR分析结果显示,TaFBL14基因主要在小麦叶组织中表达,且受非亲和叶锈菌侵染后呈现上调表达趋势,说明该基因可能参与小麦抵御叶锈菌的侵染过程。     

植物叶绿体基因组基因表达调控的研究

叶绿体基因的表达在许多方面与原核基因表达相似,所以最早的理论认为叶绿体基因的表达与原核相似,是在转录起始水平上的调控,进一步的研究认为叶绿体基因表达调控是在不同水平上进行的如：转录水平的调节、转录后调节与修饰、翻译和翻译后修饰等。