2个慈竹bZIP基因的克隆、生物信息学分析及其诱导表达

从慈竹笋转录组数据库中筛选并克隆出2个bZIP基因（BebZIP2和BebZIP6）进行生物信息学分析。分析结果表明,它们编码序列长度分别为504和720 bp,编码167个和239个氨基酸,BebZIP2和BebZIP6属于bZIP相关蛋白,与水稻OsbZIP52/RISBZ5蛋白聚在一枝。组织表达分析表明,这2个慈竹BebZIP基因在慈竹笋、茎、展开叶和未展开叶等部位均有表达,属于组成型表达,同一基因在不同组织中的表达量差异较大,表达量的大小为未展开叶 > 展开叶 > 茎 > 笋。对慈竹幼苗进行ABA、NaCl和PEG6000非生物胁迫处理,结果表明,BebZIP2和BebZIP6对盐、干旱和ABA胁迫均具有不同程度的响应。     

茶树CsCCD1和CsCCD4基因的克隆和表达分析

该研究以‘铁观音’茶树为材料,同源克隆了茶树类胡萝卜素裂解双加氧酶基因CsCCD1和CsCCD4 (NCBI登录号分别为MH119136和MH119137)全长cDNA。序列分析结果显示,CsCCD1序列全长1 766 bp,包含1 641 bp开放阅读框(ORF),编码545个氨基酸,定位于细胞质中,不存在跨膜结构和信号肽;CsCCD4序列全长1 942 bp,包含1 842 bp ORF,编码612个氨基酸,不存在跨膜结构,但在N端具有叶绿体转运肽,定位于质体中。进化树分析显示,CsCCD1和CsCCD4与杜鹃聚为一类。荧光定量检测显示,CsCCD1和CsCCD4在叶、茎和花中表达量较高。在乌龙茶做青过程中,CsCCD1和CsCCD4基因都是从鲜叶到晒青表达量下调,而CsCCD1在一摇和二摇显著上调表达,在三摇后下降;CsCCD4只在一摇后上调表达,之后表达量迅速降低。推测CsCCD1和CsCCD4基因可能与乌龙茶做青香气品质形成关系密切。     

芜菁BrrHMA2.1和BrrHMA2.2基因的克隆与表达

该研究以芜菁(Brassica rapa var.rapa)为材料,克隆得到重金属ATP酶(HMA)家族1对同源基因BrrHMA2.1(GenBank登录号:MG_283237)和BrrHMA2.2(GenBank登录号:MG_283238),并对其蛋白质序列特征和基因表达模式进行分析。结果表明:(1)BrrHMA2.1和BrrHMA2.2基因的全长开放阅读框分别为2 619和2 724bp,分别编码872和907个氨基酸;序列结构分析显示,BrrHMA2.1和BrrHMA2.2蛋白含有6个跨膜区和HMA蛋白家族保守结构域;系统进化树结果显示,BrrHMA2.1和BrrHMA2.2蛋白与拟南芥HMA家族成员AtHMA2进化关系最近。(2)亚细胞定位结果表明,BrrHMA2.1和BrrHMA2.2蛋白都定位于细胞膜上。(3)qRT-PCR分析表明,芜菁生长初期BrrHMA2.1和BrrHMA2.2基因在叶中的表达量最高;随着生长时间的延长,叶中的表达量逐渐降低,而根中的表达量逐渐增加。(4)研究发现,BrrHMA2.1受Cd~(2+)、Zn~(2+)、Na~+、Mg~(2+)胁迫诱导表达,BrrHMA2.2受Cd~(2+)、Na~+、Cu~(2+)胁迫诱导表达,表明2个基因可能参与这些金属离子的转运过程。该研究结果为进一步研究植物HMA基因在重金属吸收和转运过程中的功能奠定了基础。     

阜豆GmABC基因的克隆及表达分析

利用RACE技术从大豆品种‘阜豆11号’中克隆到1个ABC转运蛋白基因,该基因cDNA全长为4 693bp,其中开放读码框4 341bp,编码1 447个氨基酸,分子量162.5kD,具有高度保守的ATP结合位点,命名为GmABC。蛋白序列比对结果显示,该基因编码蛋白属于PDR(pleiotropic drug resistance)多向耐药性蛋白家族成员。系统进化树分析显示,GmABC与苜蓿PDR亲缘关系最近,相似性达84%。基因表达分析显示,GmABC受镉诱导表达,当Cd2+浓度达到100mg.L-1时,其表达量最高。研究表明,GmABC可能对阜豆镉胁迫抗性发挥重要作用。     

茶树CsIDI1和CsIDI2基因的克隆及其表达分析

该研究在茶树转录组测序基础上,以铁观音品种茶树为材料,采用RT-PCR技术,克隆了茶树异戊烯基焦磷酸异构酶(IDI)的2个编码基因(CsIDI1和CsIDI2)的cDNA全长序列。CsIDI1的全长为1 378bp,其开放阅读框(ORF)长度894bp,编码297个氨基酸,亚细胞定位预测位于叶绿体上,其氨基酸序列与葡萄IDI的相似性达95%;CsIDI2的全长为1 216bp,其ORF长度为717bp,编码238个氨基酸,亚细胞定位预测位于细胞质上,其氨基酸序列与芝麻IDI相似性达96%。CsIDI1和CsIDI2均含有典型的NUDIX水解酶域。荧光定量PCR结果表明,CsIDI1和CsIDI2基因在茶树地上部不同组织都有表达,但CsIDI2的表达量相对较高;品种间表达量分析显示,它们在父本黄旦品种及杂交后代高香型乌龙茶品种中的表达量显著高于母本铁观音品种,表现出香气上的杂种优势;在乌龙茶做青过程中,随着摇青的进行,CsIDI2的表达被显著诱导,表明CsIDIs在茶叶萜类香气物质形成中发挥重要功能。     

中国南瓜CmNPR1基因的克隆和表达分析

从实验室前期对中国南瓜雌花败育转录组测序结果推测,CmNPR1基因可能在南瓜花发育过程中发挥重要功能。该研究以中国南瓜自交系‘3 1’为试验材料,采用同源克隆方法获得中国南瓜CmNPR1基因CDS序列,通过生物信息学、基因表达以及亚细胞定位分析对该基因进行初步研究, 为进一步研究CmNPR1基因在南瓜花发育中的功能和作用机制奠定基础。结果表明：(1)中国南瓜CmNPR1基因CDS全长1 442 bp,编码480个氨基酸;蛋白序列包含有一个BTB/POZ和一个锚蛋白重复序列(Ank)保守结构域;该蛋白无信号肽和跨膜结构;多序列比对分析结果显示,CmNPR1氨基酸序列与美洲南瓜的亲缘关系最近,为96.05%,其次是印度南瓜,为95.63%。(2)CmNPR1基因在所取样品中花纵径0.5 cm时期表达量最高,且在花不同结构中柱头的表达量最高。(3)通过拟南芥原生质体亚细胞定位分析发现,该蛋白定位于细胞质和细胞核。     

茶树CsNCED2基因的克隆和表达分析

该研究以铁观音茶树品种叶片为材料,通过RT-PCR技术,克隆了茶树脱落酸(ABA)合成途径关键限速酶——9-顺式环氧类胡萝卜素裂解双加氧酶(9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase,NCED)基因的全长cDNA序列。该基因cDNA全长1 931bp,包含1 821bp完整开放阅读框,共编码606个氨基酸残基。NCBI同源分析结果表明,与葡萄VvNCED2相似性最高(78%),命名为CsNCED2(NCBI登录号:MF765770)。氨基酸序列分析显示,其具有NCED家族的FLNO2258保守结构域,以及MIAHPKxDP和HDFAITE保守结构域序列;在保守区存在4个Fe2+活性组氨酸结合位点,N-端含有叶绿体转运肽。实时荧光定量PCR分析表明,CsNCED2基因在铁观音叶、茎和花中表达量较高;白茶萎凋和乌龙茶做青均可以诱导CsNCED2基因显著上调表达;除干旱胁迫抑制CsNCED2表达外,ABA和低温胁迫均能够诱导CsNCED2基因显著上调表达。表明CsNCED2基因在茶树ABA合成代谢以及胁迫响应中发挥重要作用。     

山黧豆LsSULTR基因的克隆与表达分析

为研究山黧豆(Lathyrus sativus)硫酸盐转运蛋白(sulfate transporter,SULTR)与内源活性物质β N 草酰 L α,β 二氨基丙酸(β N oxalyl L α,β diaminopropionic acid,β ODAP)含量之间的关系,该研究采用序列比对的方法,从山黧豆转录组数据(SRP145030)中查找SULTR基因序列,并进行生物信息学分析;采用PCR方法克隆基因全长序列并进行组织特异性表达分析,以筛选与β ODAP含量相关的SULTR基因。结果表明：(1)经序列比对共查找到13条SULTR基因序列,其编码蛋白分别隶属于SULTR Ⅰ-Ⅳ。其中LsSULTR3;3和LsSULTR3;5具有SULTR蛋白家族保守的STAS结构域 (PF01740) 和Sulfate_transp结构域(PF00916),且二者活性受到转录因子MYB和激素响应等多个顺式作用元件的共同调节,并受蛋白水平互作及磷酸化等翻译后修饰调控。(2)成功获得LsSULTR3;3和LsSULTR3;5基因全长cDNA分别为1 962 bp和1 923 bp,分别编码653和640个氨基酸。(3)半定量RT PCR分析显示,LsSULTR3;3在山黧豆主根、成熟叶、茎、花、盛荚初期(S2)种子和鼓粒满期(S6)种子中表达,并在茎中的表达量较高;LsSULTR3;5在山黧豆主根、侧根、花、S2时期种子中均有表达,且花中的表达量最为显著。该研究结果为进一步研究山黧豆中硫酸盐的吸收、转运及同化、β ODAP的生物合成途径等奠定了基础。     

慈竹纤维素合酶BeCesA4的克隆及功能分析

非木造浆是解决国内纸浆短缺的重要手段。慈竹(Bambusa emeiensis)是我国非木造浆的主要原材料之一,提高慈竹中纤维素的含量能够有效提高竹类造浆的效率。通过前期对慈竹进行的转录组测序分析,挖掘出慈竹中一个与植物中纤维素合酶亚基A(cellulose synthase A,CesA)同源的基因,命名为BeCesA4。结果显示,克隆出的BeCesA4基因编码一个含有982个氨基酸的蛋白质,具备CesA家族的保守结构域;BeCesA4在慈竹快速生长的笋与茎中显著表达;过量表达该基因会使转基因植物出现生物量提升、纤维素含量升高和次生细胞壁加厚等现象。结果表明,BeCesA4的表达量与慈竹茎内纤维素的积累呈正相关。本研究结果为进一步揭示慈竹纤维素合成机制奠定了基础。     

巴西橡胶树importin和exportin基因的克隆及其乙烯响应规律分析

为了解巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)中importin和exportin基因的功能,采用RACE技术从巴西橡胶树中克隆了他们的c DNA全长,分别命名为Hb IMP和Hb XPO。结果表明,Hb IMP全长4170 bp,编码1115个氨基酸;Hb XPO全长4108 bp,编码1081个氨基酸。Hb IMP和Hb XPO分别与importin5和exportin1A亚家族的同源性最高。Hb IMP包含18个外显子,17个内含子,而Hb XPO包含30个外显子,29个内含子,且在上游调控序列中都存在乙烯响应元件ERELEE4和LECPLEACS2。在无乙烯刺激情况下,Hb IMP和Hb XPO在根、茎、叶、皮中有表达,但在胶乳中几乎检测不到表达;乙烯处理后Hb IMP和Hb XPO在胶乳中被明显诱导表达。因此,推测Hb IMP和Hb XPO参与了乙烯诱导蛋白出入细胞核的转运。     

慈竹中2个NAC转录因子的克隆与分析

基于慈竹转录组数据库,从慈竹笋克隆得到2个NAC基因,分别命名为BeNAC3(GenBank登录号KU821587)和BeNAC4(GenBank登录号KU821588),在生物信息学分析的基础上,研究了2个基因的组织表达模式和转录活性。TMHMM软件和系统进化分析表明,BeNAC3和BeNAC4都有一个明显的跨膜结构域,可能是膜结合蛋白,且两者分别与NAC2亚家族和ANAC011亚家族有较高相似性。根据BeNAC3在笋、未展开叶、展开叶和茎中的相对表达量,及其在进化树中与NAC2亚家族近似的亲缘关系,推测其可能与激素合成调控及开花有关;而BeNAC4基因在成熟组织中表达量明显高于幼嫩的笋和未展开叶,表明其可能参与慈竹的次生生长发育调控。酵母单杂活性实验分析表明,BeNAC3和BeNAC4都能够激活β-半乳糖苷酶基因(lacZ)的表达,表明这2个基因均具有一定的转录活性。该研究结果为今后获得转基因慈竹植株功能的验证奠定了一定的基础。     

麻竹EST-SSR标记开发及其对慈竹变异类型的分析研究

利用麻竹(Dendrocalamus latiflorus)已有的EST序列,开发了一批EST-SSR分子标记,并用于慈竹(Bambusa emeiensis)栽培变异类型的多态性研究。结果表明,在麻竹9574个EST中找到了331个EST,含有381个SSR位点,SSR出现的频率为3.98%。EST-SSR的重复类型共有59个,其中2个核苷酸的重复最多,占63.8%,其次是3个核苷酸的重复序列。根据含有SSR的EST序列设计出了44对引物,对慈竹及其变异类型进行了扩增效率、多态性及通用性检测,其中37对引物能够扩增出稳定且清晰的条带,且扩增具有多态性,扩增片段长度主要集中在100～1000 bp,引物有效率达84.1%。遗传相似性分析结果显示,所检测样品间遗传距离为0.263～0.840,平均为0.552,其中‘黑笋慈竹’与‘琴丝慈竹’‘、蛇头慈竹’与‘龙头慈竹’之间的遗传距离较近,而‘罗汉慈竹’与其他样品的遗传距离最远。     

葡萄风信子MaGT1基因的克隆及其表达分析

该研究以葡萄风信子(Muscari ameniacum)‘亚美尼亚’为试材,克隆了花青素合成途径过程中的类黄酮糖基转移酶基因MaGT1(GenBank登录号MK652470)。该基因开放阅读框全长1 338 bp,编码445个氨基酸,预测蛋白分子量为49.301 kD,理论等电点为5.40。结构分析显示,MaGT1蛋白具有PSPG保守结构域、UDP 糖基转移酶家族结构域和UDP 葡萄糖醛酸基/葡萄糖基转移酶保守域(UDPGT)。进化分析表明,MaGT1蛋白与油棕、海枣、葡萄亲缘关系相近,聚类于类黄酮糖苷糖基转移酶类分支,以UDP 葡萄糖/鼠李糖为主要糖供体。花青苷含量测定显示,花青苷仅在葡萄风信子着色的花中积累,在根、鳞茎和叶以及未着色的花蕾(S1)中几乎检测不到花青苷,且随着花的发育,花青苷含量不断增加,并在衰败期(S5)达到最高。荧光定量PCR分析表明,MaGT1基因的表达具有显著的时空特异性,并在花中优势表达,而在根、鳞茎和叶片中微量表达;在花发育不同阶段,MaGT1基因的表达量随着花发育不断增加,并在盛花期达到峰值。研究表明,MaGT1蛋白催化反应是花青素合成途径中的重要修饰步骤。该研究结果为进一步分析MaGT1基因在葡萄风信子花青素合成和调控中的功能提供了依据。     

小麦TaLEC1基因的克隆及其表达特性分析

为了探讨LEC1基因在小麦(Triticum aestivum L)非生物胁迫应答中的功能,该研究通过RT-PCR结合RACE技术克隆小麦TaLEC1基因,并采用qRT-PCR方法分析了该基因在小麦不同组织以及不同处理下的表达模式,为深入研究小麦LEC1基因在干旱、高温和高盐胁迫下的响应机制奠定基础。结果表明:(1)成功克隆到小麦TaLEC1基因,该基因cDNA序列全长为1 074 bp,其中5′端非编码区23 bp,开放阅读框为741 bp,3′端非编码区310 bp,编码246个氨基酸,具有典型的CBFD_NFYB结构域。(2)实时荧光定量分析显示,TaLEC1在不同组织间表达差异显著,10 d龄幼苗的叶中表达量最高。(3)TaLEC1基因可被植物激素ABA诱导而上调表达,属于ABA依赖型的表达调控通路。(4)PEG模拟干旱胁迫处理后的0.5～1 h,TaLEC1基因呈上调表达;42℃胁迫处理过程中,TaLEC1基因呈稳定上调表达趋势,并在胁迫处理后12 h和48 h时表达急剧上调,分别为对照的52.8倍和34.5倍;NaCl胁迫处理0.5 h时TaLEC1基因迅速上调表达。研究表明,小麦TaLEC1基因参与ABA依赖的胁迫响应,推测可能在小麦耐受高温胁迫和渗透胁迫过程中发挥着重要的脱水保护功能。     

绿竹BoCOBL基因的分子特征及其表达分析

COBRA相像蛋白（COBL）在植物细胞发育过程中起着重要的调控作用,为研究同类蛋白在竹子中的作用,采用RT-PCR和RACE技术,从绿竹（Bambusa oldhamii）叶片中克隆到一个COBL同源基因BoCOBL（注册号：EU247930）,cDNA全长1743 bp。序列分析表明,BoCOBL编码一个451 aa的COBL,其N端具有一个明显的跨膜螺旋结构,C端具有一个糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白信号序列,属于糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白家族,为典型的膜蛋白。构建BoCOBL::GFP融合表达载体,并在烟草悬浮细胞中表达,显微观察表明,BoCOBL::GFP融合蛋白定位于细胞膜上,而对照GFP的分布无特异性,证明BoCOBL基因编码的蛋白为膜蛋白。组织特异性表达分析表明,BoCOBL基因的表达模式为组成型,在根、茎、叶片和叶鞘中均有表达,但在茎中的表达丰度略低。这为深入研究BoCOBL基因在竹子中的功能奠定了基础。     

黑果枸杞LrTTG1基因的克隆及表达分析

以黑果枸杞为材料,利用RT PCR和RACE技术克隆了花青素合成相关基因LrTTG1（GenBank登录号为MH633481）。序列分析表明,LrTTG1基因cDNA全长1 453 bp,包含1 029 bp开放阅读框,编码342个氨基酸,含有5个WD40重复基序。同源比对结果表明,LrTTG1与茄子SmTTG1的氨基酸序列相似性较高,达到83.73%。qRT PCR分析显示,LrTTG1基因在茎、叶、花、青果、紫果和黑果中均有表达,且在青果中的表达水平（最高）约为黑果（最低）的4倍;紫外胁迫下LrTTG1基因的表达随胁迫时间的延长呈先降低后升高的变化趋势。花青素含量分析表明,黑果的花青素含量最高（11.3 mg/g）,分别约为紫果（ 1.2 mg/g）和青果（0.53 mg/g）含量的9.4倍和21.3倍。研究表明,随着黑果枸杞果实的发育,LrTTG1基因的表达量呈现下降趋势,而花青素的含量则呈上升趋势,两者呈负相关关系;推测LrTTG1基因在黑果枸杞花青素合成中可能具有重要的调节作用。     

萼脊兰AP1-like基因的克隆与表达分析

采用RT-PCR和RACE技术从萼脊兰(Sedirea japonica)花瓣中分离到1个MADS-box A类基因,该基因命名为AP1-like(登录号JQ776636)。AP1-like基因的cDNA全长1 221bp,包含1个753bp的开放阅读框(ORF),共编码250个氨基酸。蛋白序列比对和进化树分析表明,AP1-like蛋白与蝴蝶兰ORAP11蛋白的一致性为96%,进化距离最近。二级结构分析表明,该蛋白分子属于亲水性蛋白,其中有53.60%的α螺旋、7.20%的延伸链、39.20%的不规则折叠。实时荧光定量PCR分析表明,萼脊兰AP1-like基因在盛花期的根和叶中表达量最高;在生殖器官中花蕾期花葶的表达量最高,其次是花蕾;盛花期中花葶的表达量最高,子房和合蕊柱的表达量次之,萼片、花瓣、唇瓣均有微量表达。研究认为,AP1-like可能在调控植物由营养生长向生殖生长过渡阶段及子房的建成中起重要作用。     

紫苏PfLEC1基因的克隆及表达研究

紫苏是目前发现的α-亚麻酸含量最高的药食同源经济作物,其种子油脂中含60%以上的α-亚麻酸。该研究基于紫苏转录组测序结果,从紫苏种子中克隆获得植物种胚发生过程中的关键基因Leafy Cotyledon 1(Pf LEC1),并对其进行相关生物信息学分析、实时荧光定量PCR以及不同时期种子的脂肪酸含量测定,以探讨紫苏α-亚麻酸高效合成积累的分子调控机制。(1)序列分析结果表明,Pf LEC1基因编码区长度为621 bp,可编码206个氨基酸,属于NF-YB亚基家族,含有HAP3亚基的保守功能域B区域;在线预测该蛋白为不稳定亲水性蛋白,无信号肽和跨膜区域,定位于细胞质;进化分析表明,该蛋白序列与拟南芥、甘蓝型油菜、水稻和玉米关系较近。(2)实时荧光定量PCR分析表明,PfLEC1基因在紫苏根、茎、叶、花及种子中均有表达,且在种子中表达量最高,根中表达最低;PfLEC1在种子发育的前期表达较高,随着种子发育表达量显著下降。(3)不同阶段紫苏种子脂肪酸含量分析表明,油酸、α-亚麻酸含量随种子发育逐渐增加,而棕榈酸、硬脂酸、亚油酸含量变化则相反,其中变化最为明显的是α-亚麻酸,从种子发育5 d时的33.16%上升至20 d时的65.16%,表明紫苏种子中α-亚麻酸含量是随种子发育快速积累的。研究推测,PfLEC1可能与紫苏种子α-亚麻酸的高含量合成积累密切相关,该研究为今后深入探讨PfLEC1基因的功能奠定了分子基础。     

油葵HaGPAT1基因的克隆及表达分析

该研究利用RT-PCR技术,从油葵(Helianthus annuus L.)种子中克隆了甘油-3-磷酸酰基转移酶(GPAT)基因(HaGPAT1),对其进行生物信息学分析,并通过实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)检测该基因在不同组织、种子不同发育时期以及不同胁迫条件下的表达特征。结果表明:HaGPAT1基因全长为1 656bp,编码551个氨基酸,相对分子量为62.132kD,等电点为8.84。系统进化树分析表明,HaGPAT1蛋白与高等植物莴苣的GPAT1亲缘关系最近。qRT-PCR分析表明,HaGPAT1基因在油葵花蕊中的表达水平最高,开花后17d的种子中次之;在干旱和盐胁迫条件下,HaGPAT1基因的表达水平均显著上调。研究推测,HaGAT1基因可能在油葵花器官发育中发挥重要作用,并且参与了油葵对干旱和高盐的抗性调节。     

香鳞毛蕨DfGNOM基因的克隆及其表达分析

GNOM是一种ADP核糖基化因子(ARF)的鸟嘌呤核苷酸交换因子(GEF),为探索GNOM在香鳞毛蕨(Dryopteris fragrans)中的抗逆功能,该研究克隆了DfGNOM并进行生物信息学分析,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)方法分析了DfGNOM基因在不同植物激素及逆境胁迫处理下的表达模式,为进一步探索该基因的功能以及香鳞毛蕨的抗逆机制奠定基础。结果表明:(1)成功获得DfGNOM全长4 338 bp,蛋白质多序列比对以及进化树分析表明,DfGNOM与江南卷柏(Selaginella moellendorffii) SmGNOM亲缘较近,motif分析表明该蛋白含有sec7保守结构域。(2) qRT-PCR分析显示,DfGNOM在香鳞毛蕨的根、叶柄和叶中均有表达,但在叶中表达量最高;DfGNOM的相对表达量在生长素(IAA)处理后总体上调,在脱落酸(ABA)处理后总体下调;在NaCl处理下呈"降-升-降"的变化趋势,高温和低温处理下呈"升-降-升"变化趋势;在茉莉酸甲酯(MeJA)、乙烯利(ETH)以及PEG处理下,DfGNOM的相对表达也表现出不同的模式。研究认为,DfGNOM在香鳞毛蕨非生物胁迫响应过程中发挥调控作用。