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。     

荷花液泡膜型Na^＋/H^＋逆向转运蛋白基因NnNHX1的克隆与特性分析

采用简并引物和RACE等技术从荷花中分离出液泡膜型Na＋/H＋逆向转运蛋白基因NHX1的全长cDNA序列,命名为NnNHX1。该基因全长2237bp,预测其编码一个由538个氨基酸组成的多肽,其N-端是一个由11个跨膜结构组成的疏水区域,C-端是一个亲水的尾巴。序列比对表明,NnNHX1与葡萄NHX1等的同源性较高,并且都具有高度保守的氨氯吡嗪咪结合位点序列LFFIYLLPPI。系统进化树表明NnNHX1与液胞膜型Na＋/H＋逆向转运蛋白关系较近,而与质膜型Na＋/H＋逆向转运蛋白关系较远。qRT-PCR结果显示NnNHX1基因在植株中属于组成型表达,但经NaCl诱导后,根中NnNHX1的表达量急剧增高后又迅速下降,而叶中的表达量却先缓慢增加后又剧烈下降。     

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。     

北美海蓬子SbNHX1基因耐盐性及功能结构域分析

对从北美海蓬子中分离的Na+/H+逆向转运蛋白基因SbNHX1进行了耐盐性及功能结构域分析.利用套叠PCR技术去除SbNHX1基因C末端162个核苷酸,得到SbNHX1-C基因,然后将SbNHX1、SbNHX1-C和拟南芥Na+/H+ 逆向转运蛋白基因AtNHX1分别插入pET22b(+)表达载体,转化大肠杆菌B菌株,进行各种金属盐离子胁迫分析.结果表明,北美海蓬子Na+/H+ 逆向转运蛋白基因SbNHX1只对Na+ 、K+离子有抗性,且耐盐性强于拟南芥Na+/H+ 逆向转运蛋白基因AtNHX1.缺失C末端的SbNHX1-C基因对Na+、K+离子胁迫无抗性,说明北美海蓬子Na+/H+ 逆向转运蛋白基因SbNHX1的耐盐作用与该基因C末端1 353 bp至1 514 bp的序列密切相关.     

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。     

水稻NHX1基因启动子和C末端的调控功能研究

为了解水稻Na+/H+逆向转运蛋白(OsNHX1)在植物应答非生物胁迫中的分子调控机制,采用RT-PCR方法克隆OsNHX1基因上游2 000bp的启动子序列,并通过基因枪轰击瞬时转化洋葱表皮细胞,检测不同非生物胁迫下启动子的活性和表达模式;同时,分别克隆全长和C末端缺失的OsNHX1基因,通过花序浸染法转化拟南芥,研究OsNHX1基因及其C末端的功能。结果显示:OsNHX1启动子受逆境胁迫诱导,在盐、干旱、脱落酸胁迫处理下GUS表达活性明显升高;过表达OsNHX1的转基因拟南芥中,种子萌发率、根长、丙二醛含量和相对含水量的测定结果均显示其胁迫耐受性得到改善,但过表达OsNHX1C末端缺失基因对转基因植株的胁迫耐受性无明显影响。研究表明,Na+/H+逆向转运蛋白有助于提高植物耐盐性,且其C末端区域对该转运蛋白活性的发挥具有关键作用。     

花烟草NaNHX1基因的克隆及其在非生物胁迫下的表达模式

植物NHX家族基因,在植物的生长发育以及生物与非生物胁迫的应答反应中发挥着十分重要的作用。为了探究花烟草Na+/H+逆向转运蛋白的生理功能,为花烟草耐盐分子机制的研究提供参考。采用同源克隆的方法进行基因克隆,对花烟草进行非生物胁迫,并运用qPCR的方法进行基因表达模式分析。结果表明,从花烟草(Nicotiana alata)中克隆了一个属于Na+/H+逆向转运蛋白家族的基因NaNHX1。该基因的开放阅读框全长为1 599 bp,编码了532个氨基酸残基。生物信息学分析结果表明,该基因编码的蛋白分子量为58.4 kD,等电点为5.66;具有Na+/H+逆向转运蛋白家族典型的保守结构域NhaP2;该蛋白属于疏水性蛋白,包含10个跨膜区。NaNHX1基因主要定位于细胞质膜,并含有多个磷酸化位点。同源性分析的结果显示,NaNHX1基因与美花烟草(Nicotiana sylvestris)、茸毛烟草(Nicotiana tomentosiformis)以及番茄(Solanum lycoperisicum)NHX基因的亲缘关系最近,而与拟南芥的NHX基因同源性最低。NaNHX1基因的表达具有组织表达特异性,花中表达量最高,茎中次之,根和叶中表达量较低。在高盐、干旱、低温、ABA、低钾及H2O2等非生物胁迫下,NaNHX1的表达呈现3种不同的表达模式。其中,对高盐及低钾胁迫的响应强烈。本研究的结果表明,NaNHX1基因属于Na+/H+逆向转运蛋白家族,可能参与了花烟草高盐和低钾胁迫,以及其它非生物胁迫响应在内的众多生理过程。     

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.     

盐胁迫下盐角草 Na ＋／H ＋转运基因表达分析

Na＋/H＋逆向转运蛋白具有调节细胞内离子浓度及维持pH值稳定的作用,是植物抵御盐胁迫的重要因子。从盐角草RNA-Seq数据中筛选Na＋/H＋逆向转运蛋白序列,利用生物信息学手段,拼接得到5条Na＋/H＋逆向转运蛋白完整cDNA序列,通过与NCBI已有序列比对分析,将其命名为SeNHX1、SeNHX3、SeNHX4、SeNHX5和SeN-haD。考察盐角草Na＋/H＋逆向转运蛋白在两种盐分变化情况下的表达变化：1）从无盐处理转移到200 mM NaCl处理;2）从200 mM NaCl培养基转移到无盐培养基。结果表明：SeNHX4的表达量非常低,在地下部几乎检测不到;SeNhaD在地上部的表达量是地下部的2倍左右,说明NhaD主要在盐角草地上部发挥作用;SeNHX1、SeNHX3和SeNHX5的表达量明显高于其他两个基因,对盐角草的耐盐机制起到更大的作用,并且SeNHX1和SeNHX5受盐分诱导表达,表达量与盐浓度呈正相关,可能在盐角草耐盐调控网络中发挥重要作用。综上,NHX基因家族和NhaD的表达量受到基质中盐分的调控作用,其表达在盐分处理或者盐分去除1～3d后发生变化。研究结果有助于阐明盐角草NHX基因家族和NhaD对盐分的响应特点。     

梭梭Na+/H+逆向转运蛋白基因克隆及分析

采用RT-PCR、RACE方法从超旱生、耐盐植物梭梭中扩增出Na+/H+逆向转运蛋白基因的开放阅读框架,其核苷酸序列长1 683bp,推测的氨基酸序列全长为560个氨基酸残基。含有多个物种Na+/H+逆向转运蛋白基因的高度保守序列氨氯砒嗪脒的结合位点(LFFIYLIPPI)。序列一致性分析结果显示,该cDNA片段与同科植物NHX基因的一致性为70%～80%,但与不同科植物的一致性较低,仅为60%,表明该基因在进化上存在多样性,但它们都具有氨氯砒嗪脒结合位点,对Na+具有高度专一性,对植物的耐盐性起着重要作用。     

Isolation and characterization of a new Na+/H+ antiporter gene OsNHA1 from rice (Oryza sativa L.).

The full-length cDNA (3612 bp) of OsNHA1 was cloned by RT-PCR approach from rice (Oryza sativa L.), which encodes a putative plasma membrane Na+/H+ antiporter. Its deduced protein, OsNHA1, has 11 transmembrane domains and a significant similarity to a plasma membrane Na+/H+ antiporter AtNHA1 from Arabidopsis thaliana. Phylogenetic analysis showed that the OsNHA1 clusters with the plasma membrane Na+/H+ antiporters from various organisms. The semi-quantitative RT-PCR assay revealed that the expression of OsNHA1 was up-regulated in both shoots and roots of rice seedlings under salt stress, whereas it was not induced in the rice seedlings treated by drought stress.     

新疆盐生植物车前PmNHX1基因的克隆及生物信息学分析

盐分对植物的伤害主要是Na+引起的,而Na+/H+逆向运输蛋白催化Na+/H+逆向跨膜运输,从而使质膜上Na+运出细胞和液泡膜中的Na+区隔化。这是植物尤其是盐生植物抵御盐胁迫的主要方式之一。根据不同植物编码液泡膜逆向运输蛋白基因的保守序列,设计简并引物,采用RT-PCR和RACE技术,首次从新疆盐生植物车前（Plantago maritima）中克隆到Na+/H+逆向运输蛋白基因的cDNA全长2464 bp,命名为PmNHX1(GenBank登录号：EU233808),该基因编码区长为1 662bp,编码553个氨基酸,理论分子量为61.16kDa,等电点为7.22。数据分析结果显示,该蛋白质主要定位于液泡膜上,由12个序列保守的跨膜结构域组成,其中TM3跨膜结构域上存在“LFFIYLLPPI”-氨氯吡嗪咪结合域,并且该位点与Na+有竞争作用。PmNHX1逆向运输蛋白与其他植物逆向运输蛋白的氨基酸同源性为64％~80％。通过生物信息学方法对其理化性质和功能分析进行预测,这为进一步研究转耐盐基因PmNHX1及其功能鉴定奠定了基础。     

中间偃麦草Na+/H+逆向转运蛋白的分子克隆及生物信息学分析

根据小麦液泡膜Na /H 逆转运蛋白基因TaNHX1的全长序列设计引物,通过RT-PCR直接扩增的方法从中间偃麦草(Elytrigia intermedia)中克隆到了TaNHX1的同源基因,命名为TiNHX1(Acession Numeber:EF409418).TiNHX1最大开放阅读框为1 641 bp,编码含有546个氨基酸残基、分子量为59.8 kDa的蛋白,预测等电点8.0.TiNHX1含有38个碱性氨基酸,36个酸性氨基酸,256个疏水氨基酸及129个极性氨基酸.二级结构预测表明该蛋白含约44%的a-螺旋、21%的p-折叠、4%的p-转角和29%的不规则卷曲.亲疏水性分析显示,TiNHX1含有12个连续的疏水片断,其中10个可能构成穿膜螺旋.序列分析显示,TiNHX1与小麦(Triticum aestivum)、长穗偃麦草(Elytrigia elongate)、水稻(Oryza sativa)、小盐芥(Thellungiella halophila)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)等植物的液泡膜Na /H 逆向转运蛋白高度同源,序列相似性分别为97%、96%、85%、68%、67%.序列比对结果以及进化树分析均表明TiNHX1应为定位于中间偃麦草液胞膜上的Na /H 逆向转运蛋白.     

小麦Na+/H+反转运蛋白基因的克隆和特性

以水稻(Oryza sativa L.) Na+/H+反转运蛋白cDNA片段为探针,从小麦盐胁迫cDNA文库中筛选和克隆了2个小麦Na+/H+反转运蛋白基因,分别命名为TaNHX1 和 TaNHX2.序列分析表明TaNHX1为2 029 bp,包含一个完整的1 638 bp的ORF,编码546个氨基酸,其中含有DIFFIYLLPPI跨膜区.TaNHX2为1 693 bp,包含部分ORF及808 bp的3′-UTR.这2个基因与已知的水稻、拟南芥(Arabidopsis thialiana)和滨藜(Atriplex gmelini)中的同类基因NHX的相似性约为70%.RT-PCR分析表明小麦苗经400 mmol/L NaCl处理1 h后,TaNHX1的转录水平有所提高.