Cloning and characterization of cotton GhBG gene encoding beta-glucosidase.

Beta-1,4-glucosidase (BG, EC3.2.1.21), one of three cellulases, is a widespread family of enzymes involved in the metabolism of cell wall polysaccharides in both prokaryocytes and eukaryotes. Here, we report the isolation of a full-length cDNA encoding beta-1,4-glucosidase protein (designated as GhBG) and its putative function in the process of fiber development and in yeast. Through random sequencing of the cotton fiber cDNA library from 7235 germplasm line, with elite fiber quality in Gossypium hirsutum L. and utilizing the 5' rapid amplification of cDNA ends (RACE) technique, a 2133 bp cDNA clone encoding a cotton fiber specifically expressed protein (accession number: DQ103699) was isolated. GhBG was composed of a 1884 bp open reading frame (ORF) encoding 627 amino acid residues. This putative protein had an isoelectric point of 8.17, a calculated molecular weight of 68.78 KD and a signal peptide with 23 amino acid residues at the N-terminal. RT-PCR analysis indicated GhBG was specifically expressed in fiber cells and was highly abundant in 5-17 day post anthesis (DPA). It was not, however, expressed in root, hypocotyls or leaves. Southern blotting analysis showed there were two copies of GhBG in the upland cotton genome; most likely contained in sub-genome A and sub-genome D. GhBG was then integrated into a yeast expression vector, pREP-5N and electro-transformed into fission yeast Schizosaccharomyces pombe Q-01. The results demonstrated that GhBG led to a significant increase in cell length and width and a remarkable decrease of the length/width ratio. Compared to vector control transformants, cells were significantly larger and rounder and their growth velocity was also reduced.     

棉花nodulin-like基因及其启动子的结构特征和遗传表达

用同尾酶反向PCR技术(Ⅱ-PCR)和快速分离目的基因cDNA 5'未知序列方法(RICUP)首次从陆地棉品种Y18(Gossypium arboreum L.Y18)中分离到nodulin-like基因的全长cDNA、DNA和启动子序列.结果表明,该基因全长为2 353 bp,具有5个内含子和6个外显子.cDNA全长1480 bp,含有一个1125 bp的ORF结构,编码375个氨基酸,在GenBank nr数据库中没有与之同源的基因序列,在EST数据库中仅有一条733 bp的亚洲棉纤维EST序列(GenBank登录号:BF271235)与之有92%的同源性.Nodulin-like基因的启动子全长1 969 bp,启动子区域具有Initiator、TATA box、CAAT-like box和富含AT序列等启动子特征序列.Southern blot结果表明:该基因在棉花基因组中有一个拷贝.Northern blot结果表明:该基因在棉花的蕾、花、纤维和铃壳等生殖器官中呈优势表达.本研究有望为改良棉花生殖器官的农艺性状提供靶基因,并为解决目前转基因抗虫棉"前期抗虫性强、后期抗虫性弱"这一生产实际问题提供有效的表达调控元件.     

4个棉花ADF基因的分子鉴定及其差异表达

肌动蛋白解聚合因子(actin-depolymerizing factor, ADF)是一种在真核生物中广泛存在的低分子量的肌动蛋白结合蛋白,它在调控细胞内肌动蛋白纤丝的解聚合和再聚合中起着关键作用。我们在棉纤维cDNA文库中分离克隆了4个ADF基因(cDNAs),分别命名为GhADF2,GhADF3,GhADF4,GhADF5。GhADF2 cDNA 长度为705 bp,编码139个氨基酸;GhADF3 cDNA长度为819 bp,编码139个氨基酸;GhADF4 cDNA长度为804 bp,编码143个氨基酸;GhADF5 cDNA长度为644 bp,编码141个氨基酸。分析表明,GhADF2与GhADF3的氨基酸序列同源性为99%。而且,GhADF2/3与矮牵牛PeADF2之间的氨基酸序列同源性也高达89%。GhADF4与拟南芥AtADF6的亲缘关系较近,二者的氨基酸序列同源性为78%。GhADF5与拟南芥AtADF5的亲缘关系较近,氨基酸序列的同源性为83%。上述结果表明植物ADF基因在进化中具有高度保守性。RT-PCR分析表明,GhADF2在纤维中优势表达,而GhADF5基因则在子叶中表达量最高。另一方面,GhADF3和GhADF4似乎不具有组织特异性或偏爱性表达。同一组织中不同GhADF基因表达量有较大的差异,表明它们可能涉及棉花不同组织生长发育过程的调节。而且,在进化过程中,各ADF同分异构体之间可能发展形成某种功能上的差异性。     

棉花PTS2受体基因(GhPex7)的克隆及表达分析

利用cDNA—AFLP差异片段F010,通过RACE延伸、EST、检索等方法获得了一个棉花过氧化物酶体定位信号2受体蛋白基因(peroxisomal targetingsignal type 2 receptor,GhPex7p)的编码序列。该cDNA包含一个954bp的开放阅读框,编码317个氨基酸,推测其等电点为5．603。同源性分析表明：推测GhPex7与拟南芥、酵母、果蝇、小鼠和人的Pex7p基因存在序列相似性,其中与拟南芥的同源性最高,为83％,并具有3段WD-40蛋白家族的保守域,与拟南芥AtPex7的编码蛋白同类。Southern杂交结果表明该基因在陆地棉基因组中存在两个拷贝。Northern blotting和RT-PCR分析表明该基因在棉花根、茎、叶、花、胚珠和纤维中均表达,但茎、叶组织中的表达水平明显高于胚珠和纤维。     

棉花两个β-甘露糖苷酶cDNA的克隆及其特征

从陆地棉纤维cDNA文库中分离出两个B-甘露糖苷酶的cDNA克隆,GhManAl和GhManA2.它们的开放读码框编码长度分别为834个氨基酸和976个氨基酸的多肽序列,这两个多肽C-末端的747个氨基酸残基是完全一致的,而N-末端的序列差异较大.GhManAl和GhManA2均属于糖基水解酶家族2的成员,它们与其它植物来源的该家族中β-甘露糖苷酶之间具有较高的同源性,而与非植物来源的β-甘露糖苷酶之间的同源性较低,但不同蛋白序列中均存在糖基水解酶家族2的酶催化活性所需的两个Glu保守残基.这两个多肽的N-末端均没有信号肽序列,因此可能为胞内酶.从表达特征来看,GhManA1属于组成型表达基因,而GhManA2则为纤维细胞优势表达基因.     

棉花咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶基因的克隆及表达

根据棉花纤维特异表达cDNA文库分析得到的咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶(CCoAOMT)基因EST序列设计引物,采用RT-PCR技术首次从棉花中克隆了一个CCoAOMT基因,命名为GhCCoAOMT1(GenBank登录号为FJ848871).研究结果表明:GhCCoAOMT1基因cDNA全长960 bp,具有一个753 bp的开放阅读框,5'非编码区为9 bp,3'非编码区为198 bp,编码250个氨基酸,预测分子量约为28.306 kDa,等电点为5.39.利用PCR方法克隆了GhCCoAOMT1基因的基因组序列,长度为1 311 bp,包含5个外显子和4个内含子.氨基酸同源性分析发现,GhCCoAOMT1与来自毛白杨、烟草和苎麻的CCoAOMT同源性较高.半定量RT-PCR检测表明,GhCCoAOMT1基因在棉花各个组织中都有表达,其中茎部的表达量最高,其次表达量依次为根>花瓣>子叶>10 d纤维>雄蕊>胚珠>叶.     

棉花143-3L基因的分子鉴定及其在纤维发育中优势表达分析

14-3-3蛋白以二聚体形式存在于所有真核生物中,是一种高度保守的调节蛋白,在细胞生长、增殖、凋亡、信号转导等生命活动中发挥着重要调控作用。我们在棉纤维cDNA文库中分离克隆到1个基因(cDNA),编码14-3-3蛋白类似物,命名为Gh14-3-3L(Gossypiumhirsutum14-3-3-like)。该cDNA长度为1,029bp,包含762bp开放阅读框,其编码蛋白由253个氨基酸组成。Gh14-3-3L与其他真核生物的14-3-3蛋白具有较高的同源性,并具有14-3-3蛋白的基本结构:二聚体结构域、磷酸化丝氨酸富集识别序列、4个CC结构和1个EFHand结构。Northern杂交分析显示Gh14-3-3L在棉纤维发育早期优势表达,且在10DPA棉纤维细胞中表达量最高,这表明Gh14-3-3L基因可能涉及棉纤维细胞伸长过程的调节。研究还表明,该基因在胚珠和花瓣组织中也有较强的表达,但在其他组织中表达较弱或不表达。