柠条锦鸡儿肉桂酰辅酶A还原酶基因克隆和分析

肉桂酰辅酶A还原酶(cinnamoyl-CoA reductase,CCR)是木质素特异合成途径中的关键酶。根据已报道的植物CCR基因序列设计简并引物,利用RACE技术,首次从柠条锦鸡儿(Caragana korshinkii Kom.)中克隆得到CCR基因全长cDNA序列,命名为CkCCR,GenBank登录号为HQ829859。该序列长1 270bp,具备长度为1 014bp的完整开放阅读框(ORF)。推导该基因编码的蛋白质有434个氨基酸,预测等电点6.69,分子量36.76kDa。序列分析发现,柠条锦鸡儿CCR基因推导的氨基酸序列与其它植物来源的CCR序列高度相似,并且具有植物CCR共有的氨基酸序列"KNWYCYGKA"以及NADPH的结合序列。系统进化分析显示,柠条锦鸡儿CCR与拟南芥CCR2处于同一分支,与同属豆科的银合欢CCR亲缘关系最近。利用荧光定量PCR技术对柠条锦鸡儿一个月龄幼苗基因转录水平进行检测,结果显示CkCCR基因在根、茎、叶中广泛表达,并且干旱处理初期表达量有所下降,处理后期又恢复到未处理时的表达水平。     

丹参SmHB12基因生物信息学及表达分析

植物同源异型域-亮氨酸拉链Ⅰ(homeodomain-leucine zipperⅠ, HD-ZipⅠ)转录因子在响应非生物胁迫方面发挥了重要作用。本研究根据干旱胁迫下丹参(Salvia miltiorrhiza Bunge)幼苗根转录组数据,克隆获得丹参HB12(SmHB12)基因片段并进行测序验证,其开放阅读框长度603bp,编码200个氨基酸。蛋白理化性质分析表明蛋白质相对分子量为22.95 kDa,理论等电点为5.42,含有丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸磷酸化位点。亚细胞定位结果表明SmHB12蛋白定位于细胞核。实时荧光定量PCR结果表明SmHB12基因在不同组织中均有表达,花中表达量最高,其次是茎和叶,根中最低,并受脱落酸(ABA)和聚乙二醇-6000 (PEG-6000)胁迫强烈诱导。上述结果为后续开展SmHB12基因的功能研究提供理论依据。     

植物肉桂酰辅酶A还原酶基因克隆研究进展

木质素单体合成的过程中涉及了许多酶的参与,而肉桂酰辅酶A还原酶(cinnamoyl-CoA reductase,CCR)是该过程中的一个关键酶。综述了CCR基因在植物体内的克隆、基因功能及在植物组织中的表达情况,并介绍了该基因在植物的抗病虫害和抗逆性研究、饲草和能源上的应用潜力,为进一步研究CCR基因生物学功能和利用奠定了基础。     

番茄COBRA基因克隆、表达模式及生物信息学分析

COBRA作为一种重要的胞外糖基磷脂酰肌醇(GP-I)锚定蛋白,影响植物细胞壁中纤维素含量及细胞的定向伸长。目前已有多个拟南芥、玉米及水稻的COBRA基因的突变体被研究。而有关番茄COBRA基因克隆的研究尚未见报道。本研究利用RT-PCR技术克隆了一个假定编码番茄COBRA蛋白的SlCOBRA基因,并在GenBank注册(JN398667)。序列测定和分析表明,该序列由6个外显子组成,编码444个氨基酸残基;氨基酸序列中存在COBRA蛋白的CCVS保守基序,N端的跨膜信号肽及C-末端的疏水性尾部和GPI锚定ω-位点。系统进化分析表明番茄SlCOBRA与拟南芥AtCOB具有80%氨基酸序列同源性,聚在一个分支上。Real-time PCR分析番茄各个组织中COBRA基因的表达结果表明番茄COBRA为组成型表达,在营养器官(根、茎、叶)中的表达量高于花和果实,尤其在成熟的果实中(从转色期到红熟期)表达量明显减少。     

丹参异戊烯焦磷酸异构酶基因（SmIPI）的生物信息学及表达分析

异戊烯焦磷酸异构酶（IPI）是萜类合成途径的关键酶之一。本文在丹参转录组高通量数据分析的基础上,对丹参IPI基因（SmIPI）进行了克隆及序列分析。SmIPI脸长1234bp,包含681bp的开放读码框,编码226个氨基酸。生物信息学结构分析表明,SmIPI亲水性α／β蛋白,包含有IPI结构域,在序列组成、结构及活性位点等方面与其他植物的IPI均具有高度的相似性。实时荧光定量PCR分析结果表明,SmIPI在丹参生长的各个时期和不同组织器官中差异表达,其表达受病原菌和茉莉酸甲酯的诱导。     

丹参肉桂醇脱氢酶基因（SmCAD）的克隆及表达分析

肉桂醇脱氢酶（cinnamyl alcohol dehydrogenase,CAD）依赖于NADPH还原肉桂醛及其衍生物,是催化木质素单体生物合成途径的最后一步关键酶。通过分析丹参转录组数据库,从丹参中获得一条肉桂醇脱氢酶基因,命名为SmCAD（Genebank注册号：HQ162287）。该序列包含一个长为1083 bp的开放阅读框,有3个内含子和4个外显子,编码360个氨基酸,含有NADP（H）结合域,Zn1和Zn2锌结合位点。利用BD walking的方法获得其启动子序列1202 bp,序列分析结果表明,SmCAD启动子区包含茉莉酸甲酯（MeJA）、脱落酸（ABA）、赤霉素（GA3）响应元件以及MYB结合位点。利用实时荧光定量PCR分析表明,该基因在丹参根、茎、叶中均有表达,且其表达受到MeJA的诱导和GA3的抑制,推测该基因可能参与了丹参对外源信号的应答反应。研究结果可为进一步研究SmCAD基因在丹参中的具体功能提供理论依据。     

丹参ACC氧化酶基因(SmACO1)的克隆与序列分析

依据丹参转录组数据库序列信息,采用RT-PCR和染色体步移技术从丹参中首次克隆得到ACC氧化酶基因,命名为SmACO1(GenBank注册号为JQ026111)。该基因gDNA序列长1 347 bp,由3个外显子和2个内含子组成;cDNA全长1 117 bp,包含945 bp的开放阅读框,编码314个氨基酸残基。生物信息学分析显示SmACO1为无信号肽与跨膜结构域,且定位于细胞质的稳定亲水蛋白,含有Fe²⁺依赖的加氧酶结构域。实时荧光定量PCR结果表明,SmACO1基因在丹参不同组织器官中差异表达,花中表达量最高;其表达受到病原菌和茉莉酸甲酯的诱导,表明SmACO1基因可能在植物防御反应中发挥作用。     

丹参谷胱甘肽过氧化物酶的生物信息学分析

谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase, GPX)是动植物体内一种重要的抗氧化酶,它能够清除机体逆境胁迫而产生的过氧化氢和脂质过氧化物,使机体进行正常生长发育,因此解析丹参GPX的氨基酸序列,并与其它植物进行比较,为丹参GPX基因的后续研究提供重要参考。采用生物信息学的方法,在丹参基因组库中找到8个GPX基因,并对其进行生物信息学分析。8个GPX基因有不同的等电点和相对分子量,而二级结构存在相似特征;序列比对与系统发生分析表明,8个基因都具有3个保守结构域以及3个保守的催化残基;除Sm GPX4、At GPX4和Zm GPX02,Sm GPX8与At GPX8处于系统进化树的同一分支外,其它基因与玉米和拟南芥GPX基因的亲缘关系较远;Sm GPX1-2、Sm GPX6-1、Sm GPX6-2、Sm GPX8主要在叶片中表达,而Sm GPX1-1主要在花中表达,具有组织特异性。本研究为进一步了解丹参谷胱甘肽过氧化物酶的基本功能奠定了基础,为开展植物抵御氧化胁迫研究提供了理论依据。     

丹参SmPI1和SmPI2基因克隆及胁迫表达研究

该研究从药用植物丹参中克隆了SmPI1和SmPI2蛋白酶抑制剂基因,采用生物信息学和实时荧光定量PCR方法对其序列及表达模式进行了分析。序列分析结果表明,丹参SmPI1和SmPI2基因分别含有一个长度为222bp和216bp的开放阅读框,编码73和71个氨基酸;2个编码蛋白都无跨膜结构域和信号肽,预测都定位于细胞质中;SmPI1和SmPI2蛋白与川桑、可可、苜蓿等植物的蛋白酶抑制剂基因相似性较高,分别为58%、52%、53%和54%、56%、51%。实时荧光定量PCR结果表明,SmPI1和SmPI2基因受茉莉酸甲酯(MeJA)和甘蓝黑腐病黄单胞菌(Xanthomonas campestris pv.Campestris,XC)显著诱导,说明丹参SmPI1和SmPI2基因可强烈响应这两类胁迫,可能参与丹参中两类胁迫分子途径相关的抗性反应。     

丹参胁迫诱导基因SmSIP1的表达特征分析

从丹参EST库中筛选到一个胁迫诱导蛋白基因,命名为SmS1P1,其序列全长296bp,编码80个氨基酸。生物信息学预测表明SmS1P1是一个亲水的,不具有跨膜结构域,包含一个N-端信号肽和多个可能的磷酸化位点的蛋白。实时荧光定量PCR分析显示,SmS1P1在根中的表达量高于茎和叶,并且受ABA和干旱的诱导,推测其可能参与根部的胁迫应答反应。     

丹参bHLH转录因子基因SmMYC2的克隆和表达分析

MYC2是植物茉莉酸类激素响应途径中的核心转录因子,在植物防御反应、次生代谢调控及生长发育过程中均有重要的调控作用。基于丹参转录组和基因组survey序列,本研究克隆了丹参转录因子MYC2的基因序列,并命名为Sm MYC2(Gen Bank No.KJ945636)。Sm MYC2基因的c DNA序列长度为1910 bp,开放阅读框(ORF)的长度为1809 bp,编码602个氨基酸,无内含子;该基因编码蛋白与烟草、番茄等植物的MYC2蛋白具有较高的同源性;Sm MYC2蛋白无跨膜结构域、信号肽等结构。实时荧光定量PCR检测结果显示,Sm MYC2在丹参的根、茎、叶、花中均有表达,并且在根和茎中的表达量更高;此外,该基因表达受茉莉酸甲酯、光和机械损伤的诱导,但受赤霉素的抑制。本实验结果为进一步探讨Sm MYC2基因在丹参中的生物学功能奠定了基础。     

丹参硫氧还蛋白基因SmTrxh的克隆和生物信息学分析

对丹参EST数据库进行BLAST同源性比对发现,登录号为CV165156的EST序列与硫氧还蛋白基因（Trx）有很高的同源性。进一步用PCR方法从丹参基因组水平上克隆到长1806bp的DNA序列（登录号为FJ217699）,与cDNA序列比对发现,该基因（SmTrxh）含有2个内含子。生物信息学分析表明,SmTrxh所编码蛋白的分子质量为13．4kDa,理论等电点为5．53,无信号肽,属于定位于细胞质中的稳定类蛋白。该蛋白与其他7种植物中的Trx高度同源,同源性介于68％-74％之间。实时定量PCR检测的结果显示,SmTrxh在丹参中为组成型表达基因,在根、茎和叶中都有表达,主要在根部表达,茎中的表达量最低。     

丹参SmGGPPS3基因的克隆及表达分析

香叶基香叶基焦磷酸合酶(Geranylgeranyl pyrophosphate synthase,GGPPS)是植物细胞二萜类物质合成的重要调节靶点。本研究从药用植物丹参中克隆了一条新的GGPPS基因(SmGGPPS3),基因全长2908 bp,包含一个931 bp的内含子和一个960 bp的编码序列。推测的氨基酸序列与蓖麻、橡胶、拟南芥等植物GGPPS一致性达到67%以上。实时定量PCR结果显示,SmGGPPS3基因在丹参不同发育时期不同器官中表达差异显著,同时受茉莉酸甲酯和病原菌的诱导。遗传互补实验也表明,SmGGPPS3编码蛋白具有GGPP合酶的活性。     

丹参非特异性脂质转移蛋白基因（SmLTP1）的克隆及其表达分析

对丹参EST序列进行Blast分析,获得一个新的非特异性脂质转移蛋白基因,命名为SmLTP1（GenBank注册号为EF187461）。该基因cDNA全长593bp,包含一个长为357bp的开放读码框,编码118个氨基酸。生物信息学结构分析表明,该蛋白具有植物nsLTP的典型结构,即4对二硫键,4个a-螺旋,1个可结合和容纳脂肪酸分子的类似口袋状的疏水结构。实时荧光定量PCR分析结果表明,SmLTP1基因在丹参不同组织器官中差异表达,其表达受病原菌和茉莉酸甲酯的诱导,显示SmLTP1基因在植物防御反应中发挥作用。     

丹参miR408基因前体序列的克隆及表达分析

MiR408是植物中一类高度保守的miRNA,其靶基因编码含铜蛋白,miR408的表达受植物生长发育和环境条件的显著影响。拟南芥中miR408在HY5-SPL7基因网络中起着关键作用,而HY5-SPL7基因网络可介导拟南芥对光照和铜离子的协调应答,进一步表明miR408在植物对环境的响应中发挥了核心作用。本研究基于丹参基因组Survey数据库,从中搜索并克隆得到366 bp的含有稳定茎环结构的miR408前体序列及其上游723 bp片段的启动子区,Gen Bank登录号分别为KU360384和KU360385,并将miR408的前体序列命名为SmMIR408。生物信息学分析结果显示:Sm-MIR408上游启动子序列与模式植物拟南芥Ath-MIR408、水稻OsaMIR408启动子区具有许多相同的顺式作用元件,如G-box、CGTCA-motif、TGACG-motif、GTAC-motif等,而HSE、CATT-motif作用元件仅存在于丹参启动子区;miR408成熟序列在不同物种中具有很高的保守性;基于不同物种miR408前体序列构建的系统进化树显示,来源于单子叶植物的miR408前体序列聚为一支,来源于双子叶植物的miR408前体序列聚为另一支。实时定量PCR分析结果显示:Sm-MIR408在丹参的根、茎、叶、花中都有表达,其在花中的表达量最高,根中最低;Sm-MIR408的表达受茉莉酸甲酯和伤害的抑制,黑暗和持续光照也可抑制该基因的表达。Sm-MIR408基因的克隆与表达分析为今后研究丹参miR408的功能奠定了基础。