拟南芥基因组研究进展

拟南芥基因组全序列在2000年底已完全测定并公开发表,这是第一个经完全测序的开花植物.序列的获得为进行大规模高等植物基因的鉴定、基因结构与功能的分析、基因表达与调控的研究奠定了坚实物质基础,并将改进和发展一系列进行功能基因组研究的方法与技术.     

植物固醇合成途径关键基因CPI1的功能进化

固醇是真核生物膜的重要组分, 在生长发育中具有重要作用。CPI1 (CYCLOPROPYL STEROL ISOMERASE1)基因是植物特有的固醇合成途径基因, 其编码产物为环丙基固醇异构酶。目前只有拟南芥(Arabidopsis thaliana)的CPI1基因被克隆并解析。研究发现, 从藻类到高等开花植物中均存在单一拷贝的CPI1基因。陆生植物CPI1的基因结构及其所编码的氨基酸序列均高度保守, 蛋白质序列相似性范围为48%–90%, 但陆生植物CPI1与绿藻CPI1的蛋白序列之间存在显著差异。蛋白质结构预测发现CPI1具有非常相似的拓扑结构, 均具有7个跨膜结构域和6个亲水环。组织表达模式分析显示, 陆生植物CPI1在不同组织中均表达, 是组成型表达基因。为了验证CPI1基因的功能, 克隆了二穗短柄草(Brachypodium distachyon)BdCPI1基因, 并转化拟南芥cpi1-1突变体。结果表明, BdCPI1能完全回补cpi1-1突变体的表型。基于单拷贝基因数目、保守的基因结构和蛋白质拓扑结构及基因表达模式, 推测CPI1基因的功能可能在陆生植物中高度保守。     

植物瞬间表达系统与功能基因组学研究

结构基因组学和功能基因组学的发展使特定植物基因组和转录组序列的获取更为方便和快捷。随之而来的是对各种基因和调控序列的功能注释,探索植物生长和发育的遗传机理。表达和调控表达是遗传物质的自身语言和动态属性,因此通过植物细胞内表达来分析目标基因和序列的表达和调控行为是功能分析的主要立足点。除创造转基因植株外,近几年来植物细胞瞬间表达系统得到了广泛的使用,与基因重排、病毒诱导基因沉默和RNA干扰等新兴技术的结合使其在植物功能基因组研究中扮演了越来越重要的角色。     

植物病原物无毒基因及其功能

植物抗病基因与病原物无毒基因产物间直接或间接相互作用导致产生的基因对基因抗性是植物抗病性的重要形式。无毒基因已在多种植物病原物 ,包括真菌、细菌、病毒和卵菌等中得到克隆。绝大多数已克隆无毒基因之间 ,及其与已知蛋白之间 ,均无显著序列同源性。然而 ,多数已克隆植物抗病基因有较高序列一致性 ,产物往往具有相似的结构域。由序列一致性很高的抗病基因产物与没有明显序列同源性的无毒基因产物相互作用 ,介导产生的过敏性细胞坏死和抗病性 ,在产生速度、强度和组织特异性等方面均可能有显著差异。无毒基因具有双重功能 :在含互补抗病基因植物中表现无毒效应 ,而在不含互补抗病基因植物中显示小种、菌株、致病型、或种特异性毒性效应     

植物MADS-box基因研究进展

植物中的MADS-box基因是一个序列特异的调节基因家族,其编码的MADS-box蛋白转录因子以二聚体化的形式通过保守的MADS结构域与特定的DNA序列结合来调控基因的表达,从而调节植物的生长发育.对植物MADS-box基因的分布、分类、结构、功能和前景作了简要的综述。     

大麦HVA1基因和LEA蛋白与植物抗旱性的研究

干旱胁迫下,植物体内会积累多种蛋白以保护细胞免受脱水伤害,其中包括Lea蛋白。LEA蛋白在植物耐寒、耐盐碱、耐干旱性方面起重要作用。大麦HVA1基因编码的蛋白即属于第三组LEA蛋白,国内外学者对该基因的结构与功能进行了深入的研究。根据近年研究结果,本文对LEA蛋白的结构与功能,大麦HVA1基因的表达与调控,大麦HVA1基因高同源性序列的克隆以及转基因植物对HVA1基因抗旱性功能验证等方面进行综述。     

植物功能基因组学的研究策略

植物基因组学是一门研究植物基因组内基因与遗传信息是如何有机结合并如何决定其功能的一门科学。随着植物基因组计划的顺利进行 ,植物基因组学的研究已从结构基因组学转向功能基因组学。近年来 ,多采用高通量 (highthroughput,HTP)序列分析技术、大规模实验技术及计算机统计分析技术研究植物基因组功能。概述了植物功能基因组学的最新进展。     

用生物信息学软件分析风信子HPI1基因及其产物蛋白

利用生物信息学方法对风信子HPI1基因及其产物蛋白进行序列、结构分析和功能预测。所研究的HPI1基因与许多植物的花器官决定基因具有较高的相似性 ,推测它们可能为同源基因 ,具有相似的生物学功能 ,即可预测HPI1基因与花器官的形成有关。     

表达序列标签及基因芯片技术在植物抗性基因研究中的应用

表达序列标签和基因芯片技术是基因组学研究的重要手段。表达序列标签是cDNA的3’或5’端的一段序列,通过表达序列标签可以寻找在某种胁迫条件下特异表达的基因并推测其可能的功能。基因芯片技术是指将大量基因探针分子固定于载体上并与标记的样品分子进行杂交,通过检测每个探针分子的杂交信号强度获取样品分子数量和序列信息,通过基因芯片技术,可以研究基因在不同的条件下的表达量,进而研究植物抗性机理。     

植物MicroRNA的特点与研究方法

MicroRNAs(miRNAs)是一类在植物、动物、单细胞藻类和病毒等中存在的具有调控基因表达作用的内源非编码小RNA(small RNAs).在植物中,miRNAs主要依靠与靶基因之间完全或近乎完全的互补配对切割靶基因或翻译抑制实现其调控功能.主要综述植物miRNA的特点,并介绍miRNA的获得方式、靶基因预测及验证方法.     

番杏Actin基因片段的克隆及生物信息学分析

本实验为研究番杏(Tetragonia tetragonioides)功能基因表达模式提供内参基因,根据登录在NCBI上植物的Actin基因的保守区域设计简并性引物,通过RT-PCR克隆获得番杏的Actin基因片段,将该片段连接于载体pGEM-T后进行测序,并将该基因序列通过生物信息学软件进行分析。结果显示,克隆所得基因片段大小为598 bp,编码198个氨基酸;该序列与登录在NCBI上的其他植物的Actin基因的核苷酸序列的同源性最大可达86%以上,编码蛋白的氨基酸序列同源性在88%以上。结果表明,本研究克隆所得的基因序列为番杏Actin基因片段。该基因命名为TtActin1,在Gen Bank的登录号为MH33308。     

植物NBS类抗病基因的进化

NBS(Nucleotide-binding site)类抗病基因是植物中最重要的一类抗病基因, 其进化模式、结构特点和功能调控一直是抗病基因研究领域的热点。这类基因具有保守的结构域, 广泛存在于植物基因组中, 在不同植物基因组中数目差异较大且具有较低的表达量。此外, 同源NBS类抗病基因之间通过频繁的序列交换产生广泛的序列多样性, 且抗病基因位点具有较差的线性。依据基因之间序列交换的频率, 抗病基因可分为TypeⅠ和TypeⅡ两类。文章从抗病基因的结构、数量、分布、序列多样性、进化模式以及表达调控等方面进行了综述, 旨在为后续NBS类抗病基因的相关研究提供参考。     

黄独微型块茎鲨烯合酶的基因克隆与序列分析

通过黄独微型块茎转录组数据库筛选到SQS基因的核心片段,利用RT-PCR技术获得SQS基因保守片段,采用RACE技术获得SQS基因的3′及5′末端序列,并采用生物信息学方法进行序列分析。结果表明,黄独微型块茎SQS基因编码序列长1548 bp,编码415 bp的氨基酸序列,理论分子量为46786.38 D,等电点(pI)为5.97。SQS蛋白为疏水性蛋白,无信号肽,含有SQS所必需的功能结构域,属于Isoprenoid_Biosym_C1 superfami?ly。黄独SQS蛋白与其他植物的SQS蛋白同源性较高,其中与盾叶薯蓣的SQS蛋白氨基酸相似性为96.4%。本试验结果从黄独微型块茎中首次获得SQS基因cDNA全长序列,该基因具有SQS同源基因的典型特征,为进一步研究黄独微型块茎SQS基因结构、基因表达和基因突变提供了基础,并为薯蓣属植物三萜合成通路关键酶SQS的正选择位点与功能的关联性分析提供了数据支持。     

转基因枸杞表达HIV-1壳体蛋白病毒样颗粒疫苗表达载体的构建

利用PCR技术扩增出人免疫缺陷病毒HIV-1MA₄-CA融合基因,将其克隆到pGEM-T载体中,测定其核苷酸序列,并推导其氨基酸序列。该基因全长为450bp,与已发表的HIV-1的全序列基因(AF324493)完全同源,编码一个含150个氨基酸残基的蛋白质。将该基因与分泌型表达载体pCAMBIA1305.2连接,同时将水稻中富含甘氨酸蛋白的信号肽序列(GRP)引入MA₄-CA融合基因,构建了含MA₄-CA基因的植物分泌表达载体pCAMBIA1305.2-MA₄-CA。     

豆科AGAMOUS同源基因结构及功能分析

AGAMOUS(AG)基因是控制高等植物花发育的重要基因,已在20多种植物基因组中发现同源基因。作为MADS-box家族的一员,AG基因结构具有高度的保守性。AG及其同源基因在植物生长发育中的功能已经十分清晰。本文研究AG同源基因在豆科几个代表物种中的分布,对其基因结构和蛋白序列进行分析比对。结果表明,AG同源基因在不同的豆科物种中具有高度的序列同源性及结构保守性。进一步通过蒺藜苜蓿Medicago truncatula的AG同源基因表达模式分析发现,其表达是与功能相互验证的。     

厚藤Actin基因片段的克隆及序列分析

为研究功能基因在厚藤(Ipomoea pes-caprae L)中的表达和调控提供内参基因,本文根据Actin基因的保守区设计简并性引物,采用RT-PCR克隆厚藤的Actin基因片段,然后将获得的片段连接于克隆载体上进行测序,并运用分子生物学软件对该基因序列进行分析。结果表明,该基因片段大小为554bp,编码184个氨基酸;该序列与其他植物Actin基因的cDNA序列的同源性均在80%以上,与氨基酸序列的同源性在94%以上。由此得出,本研究克隆的基因序列为Actin基因片段,将其命名为IpActin1,并登录在GenBank,登录号为KU564627。     

植物WRKY转录因子结构特点及其生物学功能

WRKY转录因子是近年来在植物中发现的N-端含有WRKYGQK高度保守氨基酸序列的新型转录调控因子, 它能够与(T)(T)TGAC(C/T)序列(W-box)发生特异性作用, 调节启动子中含W-box元件的调节基因和/或功能基因的表达, 从而参与植物的各种防卫反应, 调节植物的生长发育等。文章主要论述了植物WRKY转录因子的基本结构及其生物学功能。     

猪干扰素-α基因的克隆及其植物表达载体的构建

目的:克隆与分析猪干扰素-α(INF-α)基因,构建猪干扰素基因的高效植物表达载体。方法:根据NCBI中DQ248997序列设计引物,以猪的总DNA为模板,PCR扩增出猪的INF-α基因,克隆至pBS-T载体后进行序列分析,构建猪干扰素基因的植物表达载体。结果:实验所克隆序列经Blastn比对,98%的核酸序列相同,98%的蛋白质序列相同,3个非功能性氨基酸与基因库中序列不一致,推测为猪INF-α的一个亚型。构建的2个植物表达载体经BamHⅠ/SacⅠ限制性内切酶消化,均可得到570bp的目的基因。结论:成功克隆了猪的INF-α基因,并构建出含猪INF-α基因的高效植物表达载体pBI121/INF和pCAMBIA1301/INF。     

利用水稻原生质体快速分析miRNA靶标RNA

与转基因方法相比,基因瞬时表达系统在基因表达研究上具有快速便捷的特点。为检验水稻mi RNA与靶标基因之间的调控关系,将MIRNA基因与GFP/靶标序列融合基因(或GFP/靶标突变序列融合基因)构建在同一瞬时表达载体上,并转化水稻原生质体,通过观察含有GFP/靶标序列融合基因和GFP/靶标突变序列融合基因的载体之间的荧光强度差异,以及通过q RT-PCR方法检测靶标和非靶标m RNA水平差异来验证mi RNA对靶标基因的调控。用osa MIR156和osa MIR397及其靶标序列对实验设计方法进行验证,荧光显微观察和q RT-PCR检测证明,osami R156和osami R397能降低相应靶标序列GFP融合基因的转录物水平和GFP荧光水平。此种水稻原生质体瞬时表达方法用于在体内进行大规模mi RNA靶标基因检测。由于其他近缘单子叶植物很可能与水稻有近似的小RNA加工系统,因此对于其他单子叶植物mi RNA功能研究也将有很好的应用前景。     

利用全测序基因组数据对被子植物纤维素合成酶基因的进化分析

利用已经分离的植物纤维素合成酶基因的Cellulose_synt结构域为检索序列,从NCBI和其他数据库中调取已完成测序的物种的纤维素合成酶的氨基酸序列,共涉及10个物种的171个基因,基于以上氨基酸序列,应用MEGA4.0生成系统进化树。结果表明:CesA基因和Csl基因直向的相似度远大于平行的相似度,且它们的分化可能在单子叶和真双子叶植物分化之前,单子叶和真双子叶植物的最近共同祖先中至少存在7个CesA基因,综合已知的模式植物CesA基因的功能(初生壁或次生壁形成特异性),可为推测其他物种中该基因的功能提供帮助。