小麦花粉特异性表达的cDNA的分离及表达特性

应用抑制差示杂交和5′/3′RACE PCR方法分离了小麦(Triticum aestivum L.)花粉特异性表达的全长cDNA(TaPSG719,GenBank:AY451238)),该基因全长1 172 bp,5′非编码区序列长达329 bp,包含多个上游可译框架(uORF);该基因编码1 88个氨基酸的蛋白质,大小约20 kD,等电点为12.1.Northern杂交和RT-PCR分析表明该基因在成熟花粉特异表达,而在小孢子、叶片、根和未成熟的种子、幼茎和子房等组织几乎检测不到.进一步研究小麦花粉发育过程的表达水平表明,TaPSG719在单核和双核小孢子阶段不表达,在开花前5 d(已完成有丝分裂)开始表达并迅速增强达到高峰,但随着花粉的成熟表达水平逐渐下降.表明TaPSG719是一个花粉中晚期特异性表达基因.经BLAST同源性分析表明,与目前已登录的基因没有显著的同源性.Southern杂交表明TaPSG719可能为一个多拷贝基因.为研究TaPSG719 cDNA 5′非编码区序列的uORF对可译框架的翻译的影响,构建不同缺失或突变的表达载体,采用麦胚体外翻译系统,结果显示含uORF的5′非编码区序列能显著抑制蛋白质的翻译水平,表明TaPSG719基因表达至少部分是在翻译水平上调控.     

一种鉴别差异表达基因的新方法：———cDNA示差分析技术

ｃＤＮＡ示差分析技术是继ｍＲＮＡ差异显示技术之后又一种鉴别差异表达基因的方法。该技术利用双链ＤＮＡ模板在ＰＣＲ时呈指数扩增,而单链ＤＮＡ模板为线性扩增原原理,先用常见的限制性内切酶将实验组与对照组消化成平均长度为２５６ｂｐ的ｃＤＮＡ片段,再用ＰＣＲ技术使用组的ｃＤＮＡ片段富集,随后进行３次差减杂交去除共有基因,最后扩增实验组中的特异表达的基因。本概述了该技术的原理、基本方法及其应用前景。     

小麦种子基因的表达序列标签分析

以授粉后12 d的小麦(Triticum aestivum L.)种子为材料,构建起cDNA文库.从中随机挑选10 000个克隆,利用Biomek 2000核酸工作站制成高密度cDNA阵列.然后分别以未受精子房、胚和胚乳中提取的RNA为模板,反转录合成探针与膜杂交,进行差示筛选.根据筛选结果,选取800个在胚、胚乳或胚和胚乳中表达的克隆进行表达序列标签(EST)分析,鉴定出216个不同的基因序列.其中24个ESTs属于已知的小麦基因;122个ESTs为推测的小麦新基因,它们编码的产物与种子贮藏蛋白或与生化代谢、发育等其他的生物学过程有关;70个ESTs的序列特征尚未确定.本研究为研究种子发育和小麦品质改良等提供了基础资料.     

用抑制差减杂交法分离和克隆梭梭幼苗受渗透胁迫诱导相关基因的cDNA片段

以Hoagland溶液培养的梭梭幼苗（H）为对照群体,甘露醇处理的梭梭幼苗（M）为目标群体,进行抑制差减杂交。用经过H cDNA差减的M cDNA构建了一个含有大约400个独立克隆的差减文库;采用差减前的H cDNA和M cDNA以及正向／反向差减杂交后的cDNA为模板标记探针,对随机挑取的100个重组质粒进行差示筛选,获得了21个阳性侯克隆,从这些阳性候选克隆中随机挑取了8个进行Northern blot分析。证实其中3个候选克隆代表了在M中特异表达或表达增强的基因,序列分析和同源性比较表明它们与逆境胁迫有关;而另外5个候选克隆无Northern杂交信号,推测它们为低丰度转录本。     

差异表达基因的分离策略

生命活动的各个进程伴随着不同基因的选择性开启和关闭。如何有效地分离克隆各种差异表达的基因,成为分子生物学研究的一个努力方向,大量差异基因分离策略因之问世。本文扼要介绍了近年来发展的几种主要分离策略,并详细介绍一种新的差异基因分离方法--抑制差减杂交。     

差异表达基因的分离策略

生命活动的各个进程伴随着不同基因的选择性开启和关闭。如何有效地分离克隆各种差异表达的基因,成为分子生物学研究的一个努力方向,大量差异基因分离策略因之问世。本文扼要介绍了近年来发展的几种主要分离策略,并详细介绍一种新的差异基因分离方法－抑制差减杂交。     

用抑制差减杂交法分离小麦幼苗水分胁迫诱导表达的cDNA

小麦种子水培 ,幼苗长至一叶一心后 ,在 2 0℃生长箱中水培 4 8h作为对照组 (Driver) ,PEG 6 0 0 0水溶液胁迫培养 4 8h作为处理组 (Tester)。进行抑制差减杂交 ,构建包含 15 0 0个独立克隆的SSH文库。以正向和反向差减杂交后的cDNA为探针 ,筛选SSH文库 ,得到 181个阳性克隆 ,测序后获不重复EST 10 1个。     

用抑制差减杂交法分离和克隆梭梭幼苗受渗透胁迫诱导相关基因的cDNA片段

以Hoagland溶液培养的梭梭幼苗(H)为对照群体,甘露醇处理的梭梭幼苗(M)为目标群体,进行抑制差减杂交.用经过H cDNA差减的M cDNA构建了一个含有大约400个独立克隆的差减文库;采用差减前的H cDNA和M cDNA以及正向/反向差减杂交后的cDNA为模板标记探针,对随机挑取的100个重组质粒进行差示筛选,获得了21个阳性候选克隆.从这些阳性候选克隆中随机挑取了8个进行Northern blot分析,证实其中3个候选克隆代表了在M中特异表达或表达增强的基因,序列分析和同源性比较表明它们与逆境胁迫有关;而另外5个候选克隆无Northem杂交信号,推测它们为低丰度转录本.     

人体肝癌细胞急性低氧及低氧习服差异表达基因分析

本文分析了人体肝癌细胞(HepG2)急性低氧处理以及低氧习服处理后基因表达谱的改变。急性低氧处理为细胞在1％氧气中培养48h,低氧习服处理为细胞在1％氧气中培养24h,常氧培养24h,以此作为一个周期,重复6个周期。联合应用抑制消减杂交技术和cDNA芯片技术,筛选HepG2细胞经急性低氧处理与正常培养细胞相比差异表达的基因,以及经低氧习服处理细胞与正常培养细胞相比差异表达的基因。结果显示,HepG2细胞经急性低氧处理与在常氧条件下培养相比,差异表达的基因有37个,表达水平全部表现为下调,其中包括参与细胞周期、细胞应激、细胞信号转导、细胞骨架形成、转录相关蛋白及细胞代谢相关蛋白的基因,1个未知基因序列、4个EST序列、5个线粒体蛋白基因,另外有功能不明的蛋白质基因12个。低氧习服处理的细胞与常氧条件下培养的细胞相比,差异表达的基因有6个,其中包括两个线粒体蛋白基因、金属蛋白酶1基因、转铁蛋白基因、Thymosin ．beta-4和TPT1基因。其中线粒体蛋白ND4、转铁蛋白、Thymosin.beta-4和TPT1基因的表达呈上调,线粒体NDl及金属蛋白酶1基因的表达水平呈下调。经低氧习服处理后,细胞低氧耐受力提高,低氧习服处理细胞基因的表达与急性低氧处理细胞和正常培养细胞的基因表达不同,这种变化可能与低氧习服细胞低氧耐受力的增强有关。     

锌胁迫下小麦SSH文库的构建及初步分析

Zn是植物必需的微量元素,同时也是近年来造成环境污染的重金属元素之一.为了从基因表达水平揭示小麦Zn胁迫响应的分子机制,本研究利用抑制差减杂交(suppression subtractive hybridization,SSH)技术构建了Zn胁迫（0.5 mmol/L,1 mmol/L）下小麦的正反向SSH文库.从正反向文库中随机挑选阳性单克隆,并利用通用引物T7/Sp6对其进行验证. 结果显示,正反库中分别获得307和821个EST序列,其片段长度在200～1 000 bp之间,它们反映了Zn胁迫下特异响应的基因.利用BLASTn和BLASTx将这些EST序列进行比对分析,在正、反库中分别筛选出221和641个uniESTs,其中751个uniESTs被注释（包括正库中193个和反库中558个）.这些序列的功能主要涉及信号转导、抗氧化防御、转录与翻译、物质运输、核糖体结构、能量代谢,以及一些功能未知的基因.     

Isolation and partial characterization of a novel pollen-specific cDNA with multiple polyadenylation sites from wheat

Wheat is the foremost staple food crop that offers bothcalories and proteins to a large global population. Wheat(hexaploid AABBDD genome, 16 billion bp) is a geneti-cally complex, self-pollinating plant with bisexualflowers that produce short-lived pollen. Very little is knownabout the molecular biology of its gametophyte develop-ment despite a longstanding interest in hybrid seeds. Mostof our information is from the studies on a few model andcrop plants such as Arabidopsis, tobacco, vegeta…     

Nylon Filter Arrays Reveal Differential Expression of Expressed Sequence Tags in Wheat Roots Under Aluminum Stress

To enrich differentially expressed sequence tags (ESTs) for aluminum (Al) tolerance, cDNA subtraction libraries were generated from Al-stressed roots of two wheat (Triticum aestivum L.) nearisogenic lines (NILs) contrasting in Al-tolerance gene(s) from the Al-tolerant cultivar Atlas 66, using suppression subtractive hybridization (SSH). Expression patterns of the ESTs were investigated with nylon filter arrays containing 614 cDNA clones from the subtraction library. Gene expression profiles from macroarray analysis indicated that 25 ESTs were upregulated in the tolerant NIL in response to Al stress. The result from Northern analysis of selected upregulated ESTs was similar to that from macroarray analysis. These highly expressed ESTs showed high homology with genes involved in signal transduction, oxidative stress alleviation, membrane structure, Mg2 transportation, and other functions. Under Al stress, the Al-tolerant NIL may possess altered structure or function of the cell wall, plasma membrane, and mitochondrion. The wheat response to Al stress may involve complicated defense-related signaling and metabolic pathways.The present experiment did not detect any induced or activated genes involved in the synthesis of malate and other organic acids in wheat under Al-stress.     

Nylon Filter Arrays Reveal Differential Expression of Expressed Sequence Tags in Wheat Roots Under Aluminum Stress

To enrich differentially expressed sequence tags (ESTs) for aluminum (A1) tolerance, cDNA subtraction libraries were generated from Al-stressed roots of two wheat (Triticum aestivum L.) nearisogenic lines (NILs) contrasting in Al-tolerance gene(s) from the Al-tolerant cultivar Atlas 66, using suppression subtractive hybridization (SSH). Expression patterns of the ESTs were investigated with nylon filter arrays containing 614 cDNA clones from the subtraction library. Gene expression profiles from macroarray analysis indicated that 25 ESTs were upregulated in the tolerant NIL in response to A1 stress. The result from Northern analysis of selected upregulated ESTs was similar to that from macroarray analysis. These highly expressed ESTs showed high homology with genes involved in signal transduction, oxidative stress alleviation, membrane structure, Mg^2 transportation, and other functions. Under A1 stress, the Al-tolerant NIL may possess altered structure or function of the cell wall, plasma membrane, and mitochondrion. The wheat response to A1 stress may involve complicated defense-related signaling and metabolic pathways. The present experiment did not detect any induced or activated genes involved in the synthesis of malate and other organic acids in wheat under Al-stress.     

小麦泛素融合降解蛋白基因的克隆及特征分析

酵母UFD1基因编码的泛素融合降解蛋白是泛素依赖性降解系统或泛素融合降解途径中的一个关键因子。利用RT-PCR技术在小麦(Triticum aestivum L.)中分离到一个UFD1类似基因。该基因的编码区长948 bp,编码长315个氨基酸的多肽,其氨基酸序列与GenBank中登录的一个拟南芥UFD1类似蛋白有74％的同源性。在多肽链的N-端具有在真核生物中高度保守的UFD1结构域。我们将该基因定位在小麦的第六染色体群并将其命名为了UFD1。Southern杂交和数据库搜索表明植物的UFD1基因是单拷贝或低拷贝的。无论是在单子叶中还是在双子叶植物中,UFD1蛋白都高度同源。除了N端UFD1结构域外,该类蛋白还有3个高度保守的C端结构域。TUFD1基因在小麦幼苗的根、茎、胚芽鞘、叶片以及幼穗和腊熟期子粒中呈组成性表达。     

条锈菌诱导的抗锈小麦种质的基因表达分析

以条锈菌接种前后的抗条锈病种质N 95175的小麦幼苗叶片为材料,利用抑制消减杂交技术,构建了条锈菌接种初期小麦抗性种质叶片的SSH-cDNA文库。通过对文库中随机选取的50个阳性克隆提取质粒,进行测序,共获得已知功能的EST序列14条,如蛋白激酶、锌指蛋白、细胞色素P 450和OM T 1等抗病相关基因,它们涉及植物的信号传导、转录调控、丙烷代谢途径及防卫反应等方面。     

通过小麦Ms2近等基因系的抑制缩减杂交分析揭示小穗和花药中差异表达基因

以Ms2近等基因系处于减数分裂期的可育小穗cDNA作为驱动因子(driver),以同一时期的不育小穗cDNA作为测验因子(tester)进行缩减杂交(SSH),将扩增后的缩减杂交产物进行克隆,构建了一个包含882个重组克隆的SSH文库.分别以可育小穗和不育小穗的cDNA为探针与SSH文库克隆进行反式Northern杂交,结果显示接近90%的克隆在不育小穗中呈上调表达.对文库中21个克隆插入片段的序列相似性分析表明其中有18个与来源于穗部或减数分裂期的花药cDNA同源.13个克隆的编码产物与已知功能的蛋白质同源,其中5个参与碳代谢活动,4个参与胞内分子的运输,2个蛋白产物参与染色体的构成及染色体的结构变化,1个是生长素抑制蛋白,1个是转录因子.用中国春缺体四体材料对9个克隆进行了染色体定位,其中一个克隆定位于第四染色体同源群,与Ms2所在的染色体同属一个同源群.通过搜索水稻的同源BAC(bacterial artificialchromosome)和PAC(P1 artificial chromosome)克隆,推测另外11个克隆的染色体位置,其中4个克隆可能位于第四染色体同源群.用RNA点杂交对11个克隆进行表达谱分析,其中8个克隆在不育株的小穗和花药中呈上调表达.     

冬小麦丙二烯氧化合酶基因(TaAOS)的克隆及其特性

丙二烯氧化合酶(allene oxide synthase,AOS)是茉莉酸脂加氧酶合成途径过程中的第一个酶.从冬小麦(Triticum aestivum L. cv.Jinghua No.3)克隆到了该酶的一个全长cDNA片段,其开放阅读框长约1 410 bp,编码一约含470个氨基酸残基的多肽,推测其分子量为51.9 kD.Southern分析显示其在基因组中以3个拷贝的形式存在.Northern杂交分析表明该基因表达可被外源的茉莉酸诱导,诱导10 h时达到高峰,进一步的RNA原位杂交表明该基因优先在幼叶中,尤其是在维管束附近的薄壁细胞中表达.同时,原位杂交还显示质膜钙通道的抑制剂La3 并不能抑制外源茉莉酸诱导该区域TaAOS的表达.     

小麦泛素融合降解蛋白基因的克隆及特征分析

酵母UFD1基因编码的泛素融合降解蛋白是泛素依赖性降解系统或泛素融合降解途径中的一个关键因子.利用RT-PCR技术在小麦(Triticum aestivum L.)中分离到一个UFD1类似基因.该基因的编码区长948 bp,编码长315个氨基酸的多肽,其氨基酸序列与GenBank中登录的一个拟南芥UFD1类似蛋白有74%的同源性.在多肽链的N-端具有在真核生物中高度保守的UFD1结构域.我们将该基因定位在小麦的第六染色体群并将其命名为TUFD1.South-ern杂交和数据库搜索表明植物的UFD1基因是单拷贝或低拷贝的.无论是在单子叶中还是在双子叶植物中,UFD1蛋白都高度同源.除了N端UFD1结构域外,该类蛋白还有3个高度保守的C端结构域.TUFD1基因在小麦幼苗的根、茎、胚芽鞘、叶片以及幼穗和腊熟期子粒中呈组成性表达.     

小麦几丁质酶基因Wch2的克隆与表达分析

利用小麦几丁质酶基因PCR特异片段为探针,分离克隆了一个小麦Chidl几丁质酶基因Wch2。该基因编码311个氨基酸,不含内含子,具有一个信号肽、一个富含半胱氨酸的几丁质结合区域、两个变异区、两个酶活性区域。Southern分析表明,在小麦基因组中Wch2有多个拷贝。秆锈菌接种诱导Wch2在一对小麦近等基因系中差异表达;在抗病系中国春Srll中,接种3d后Wch2开始表达,6d后表达量更高;而在感病等基因系中国春srll中,在所有取样分析的时间内均未检测到Wch2表达。将Wch2克隆到细菌表达载体pET22b,在细菌中表达的重组Wch2具有几丁质酶活性。这些结果说明,分离的Wch2基因在小麦秆锈菌诱导的抗性反应中具有重要作用。