烟草二脂酰甘油酰基转移酶基因(NtDGAT2)的克隆与功能分析

二脂酰甘油酰基转移酶(diacylglycerol acyltransferase,DGAT2)是植物储存油脂生物合成过程中的关键酶,对种子储存油脂累积具有重要的生理作用。本文采用电子克隆与实验相结合的方法,从烟草种子cDNA中克隆到DGAT2基因的开放阅读框序列,命名为NtDGAT2(GenBank登录号JX843807),其序列长999bp,编码332个氨基酸。多序列比对和进化分析表明该基因编码蛋白与其他植物DGAT2具有较高相似性和典型的DGAT2结构域。利用Real-time PCR定量表达分析显示Nt-DGAT2在烟草种子、花、茎、叶和根里面都有表达,且在发育中的种子和花的发育过程大量表达。酵母互补实验证实该基因编码蛋白具有DGAT酶活性。     

蒺藜苜蓿DGAT1基因的克隆和功能鉴定

该研究采用RT-PCR与电子克隆的方法,从蒺藜苜蓿cDNA中克隆得到2个编码二脂酰甘油酰基转移酶(diacylglycerol acyltransferase,DGAT)的基因MtDGAT1-1和MtDGAT1-2。MtDGAT1-1长1 620bp,编码539个氨基酸;MtDGAT1-2长1 524bp,编码507个氨基酸。多序列比对显示,MtDGAT1-1和MtDGAT1-2编码蛋白具有典型的植物DGAT1结构域。表达分析显示,MtDGAT1-1和MtDGAT1-2在根、茎、叶、花、种子中都有表达,在种子发育中高表达,且MtDGAT1-1于种子发育的中前期高表达,而MtDGAT1-2于种子发育的中后期高表达。酵母互补实验证实,MtDGAT1-2编码蛋白具有DGAT酶活性,能够恢复H1246的TAG合成和油体形成;而MtDGAT1-1编码蛋白不能恢复H1246的TAG合成和油体形成。     

牡丹PoSAD基因克隆与表达分析

以凤丹牡丹(Paeonia ostii)叶片为试验材料,采用RACE和RT-PCR方法,克隆得到凤丹牡丹硬脂酰-ACP去饱和酶基因SAD的cDNA全长,命名为PoSAD(GenBank登录号为KY038819)。序列分析表明,该基因cDNA序列全长1 559bp,其中开放阅读框1 197bp,编码398个氨基酸,3′端非编码区长172bp,5′端非编码区长123bp。多序列比对结果表明,凤丹牡丹PoSAD氨基酸序列含有2个保守结构域。系统发育分析结果显示,凤丹牡丹与蓖麻处于同一分支,其亲缘关系最近。TMHMM和TargetP亚细胞定位分析得知,PoSAD蛋白无跨膜区域,可能定位于叶绿体中发挥功能。组织特异性结果分析表明,PoSAD基因在凤丹牡丹的根、茎、叶、花瓣、雌蕊、雄蕊、种子中均有表达,且在花瓣中表达量最高,雌蕊中次之,在根中的表达量最低;不同时期种子中,60d表达量最高,80d次之,10d中表达量最低。     

小桐子糖原合成激酶基因JcGSK的克隆与表达分析

以小桐子(Jatropha curcas L.)cDNA为模版,克隆了JcGSK基因的CDS序列。序列分析表明,JcGSK基因包含1 230bp完全阅读框(ORF),编码409个氨基酸。预测其编码蛋白质的相对分子量为46.33kD,理论等电点为8.58。Blast搜索结果及进化分析结果表明,JcGSK蛋白与巴西橡胶树GSK蛋白的氨基酸序列一致性最高(94%)且亲缘关系最近;JcGSK基因编码的蛋白具有一个蛋白激酶特有的结构域。组织表达结果显示,JcGSK基因在小桐子根、茎、叶、花、果皮和种子中都有表达,且在根中表达量最高。小桐子幼苗在NaCl、ABA、PEG、低温和机械损伤处理后JcGSK基因表达量有不同程度的上调,推测其参与小桐子非生物胁迫响应和信号传导过程。JcGSK基因在种子中也有较高表达,在种子发育过程中表达量的变化与种子生长发育趋势基本一致,推测JcGSK基因也参与调控小桐子种子的生长发育。     

向日葵MADS-Box基因HAM23-like克隆和表达分析

为了解MADS-box基因在向日葵(Helianthus annuus)花发育过程中的作用,采用RT-PCR技术克隆了1个MADS-box基因新成员HAM23-like,开放阅读框为831bp,编码276个氨基酸,相对分子量为30.52k D,理论等电点为9.42。系统发育分析表明,HAM23-like与拟南芥的AGL18聚于同一分支,具有较近的亲缘关系。qRT-PCR分析表明,HAM23-like基因在花和成熟果实(籽粒饱满期)中的表达量较高;HAM23-like在开花当天的雄蕊中的表达量最高;随着花的发育,HAM 23-like表达量逐渐升高,在开花后5 d (果实形成早期)达到最高表达水平。因此,推断HAM23-like基因可能与向日葵花器官后期发育和瘦果早期发育相关。     

鹅掌楸LcUGE基因的克隆和组织表达分析

为了解鹅掌楸(Liriodendron chinense)的UGE基因功能,采用RACE和EPIC-PCR技术克隆到2个UGE基因,命名为LcUGE1和LcUGE2。结果表明,LcUGE1基因的c DNA全长为1 531 bp,包含1 050 bp的开放阅读框,编码349个氨基酸, gDNA长度为11 920 bp;LcUGE2基因的c DNA长度为1 378 bp,包含1 056 bp的开放阅读框,编码351个氨基酸,g DNA长度为6544 bp。LcUGE1和LcUGE2基因均含有9个外显子和8个内含子,且外显子长度和内含子剪切位点序列几乎一致,但内含子片段长度存在显著差异。编码的LcUGE1和LcUGE2蛋白高度保守,保守性达到82%。LcUGE1基因在雄蕊中表达量最高,而LcUGE2基因则在花萼中表达量最高。这表明LcUGEs基因可能参与鹅掌楸的生殖发育过程。     

牡丹PsAGL6基因克隆与表达分析

该研究在转录组数据分析基础上,通过RT-PCR方法从牡丹(Paeonia suffruticosa.L)品种‘洛阳红’中克隆AGL6基因,并分析了其在不同组织和花型中的表达模式。结果显示:(1)AGL6开放阅读框长度732bp,编码244个氨基酸;结构域分析显示,该基因具有高度保守的MADS MEF2区、K区、AGL6I与AGL6II基序,归类于MADS-box基因家族,命名为PsAGL6,GenBank登录号为MF563611。(2)同源比对分析显示,牡丹PsAGL6与葡萄VvAGL6氨基酸序列相似度最高,达79%。(3)qRT-PCR分析结果显示,PsAGL6在牡丹各器官中均有表达,但营养器官中表达量较低,花器官中表达量较高,其中以萼片最高,花瓣与雌蕊次之;对4种牡丹花型花瓣的表达分析显示,PsAGL6基因在不同花型花瓣中的表达量差异明显,且蔷薇型牡丹花瓣相对表达量最高。研究表明,AGL6基因参与牡丹花器官的形成,为深入研究花器官发育的分子机制提供了帮助。     

油葵含油量相关基因在烟草中的表达

采用RT-PCR和RACE技术从油葵(Helianthus annuus L.)种子中克隆了DGAT基因的cDNA全长序列,命名为HaDl(GenBank登录号为HM 015632).将HaDl与CaMV 35S组成型启动子融合,构建植物表达载体pBI-HaDl,通过根癌农杆菌介导转化烟草.对转基因植株进行GUS及PCR检测,同时采用气相色谱-质谱法(GC-MS)分析转基因烟草叶片中脂肪酸各成分的含量.结果表明:HaDl基因cDNA全长1 936 bp,最大开放阅读框为1 524 bp,编码507个氨基酸;推测的氨基酸序列与其它植物已报道的DGAT1基因的氨基酸序列一致性为70%～80%,具有DGAT1蛋白保守的二酰甘油结合基序"HKWIVRHLYFP",因此HaDl基因属于DGAT1基因家族.GUS活性染色及PCR检测均证明外源HaDl整合到烟草基因组并成功表达.转基因烟草叶片脂肪酸含量测定发现,油酸、软脂酸和硬脂酸的含量得到提高,推测HaDl是植物油脂合成相关的重要基因.     

百合LbCAT和LbGPX基因的克隆与表达分析

以切花百合(Lilium brownii var. viridulum)‘卡瓦纳’cDNA为模板,克隆了过氧化氢酶(LbCAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(LbGPX)基因。序列分析表明,这2个基因分别包含1 479 bp和519 bp的开放阅读框(ORF),编码492个和172个氨基酸。进化分析结果表明,LbCAT蛋白与岷江百合CAT蛋白的氨基酸序列相似性最高(99.19%),且亲缘关系最近;LbGPX蛋白与油棕GPX蛋白的氨基酸序列相似性最高(78.61%),亲缘关系最近。qRT PCR结果显示,LbCAT和LbGPX在百合根、鳞茎、叶和花中都有表达。LbCAT在叶中表达量最高,LbGPX在花中表达量最高。这2个基因在百合花蕾的生长发育过程中均有表达,且表达量逐渐增加;在PEG处理后2个基因的转录水平升高,但独角金内酯(SLs)处理却显著降低了这2个基因的转录水平;该结果为百合抗逆性机理研究以及抗逆育种奠定了基础。     

蝴蝶兰PhTSJT1基因的克隆及在低温胁迫下的表达分析

本研究从蝴蝶兰叶片中克隆了茎部特异基因Ph TSJT1的全长序列(GenBank登录号为MF797883),并分析了其在不同组织及低温胁迫下的表达特性。结果表明,Ph TSJT1基因全长994 bp,编码239个氨基酸,属于Class-Ⅱ谷氨酰胺酰胺基转移酶超家族成员;同源性分析表明,该蛋白与多种植物的茎部特异蛋白和铝诱导蛋白有较高的同源性,进化上与小兰屿蝴蝶兰的茎部特异蛋白亲缘关系最近;该基因在营养器官中表达水平较高,在花器官中表达水平较低;13℃/8℃(昼/夜)的低温胁迫抑制PhTSJT1基因的转录表达,并随着低温胁迫时间的延长,Ph TSJT1基因的表达水平逐渐降低,在温度恢复正常时其表达水平升高;4℃冷胁迫低温条件下,PhTSJT1基因在处理1 h时,表达水平升高,处理8 h时表达水平最高,16 h后表达水平逐渐降低。由此推测,PhTSJT1参与4℃冷胁迫的分子调控。本研究不但有助于理解热带亚热带植物的耐冷机制,也为蝴蝶兰新品种的遗传改良提供帮助。     

盐穗木HcDmc1基因的克隆和表达分析

根据盐穗木盐胁迫下响应的转录组测序结果,克隆获得盐穗木DNA损伤修复基因的cDNA序列,其开放阅读框1 035bp,编码344个氨基酸,命名为HcDmc1。保守结构域分析显示,该基因编码的蛋白具有RecA蛋白家族典型的保守结构域;统进化树分析显示HcDmc1为独立的分支;亚细胞定位于细胞质,为无信号肽、不跨膜的稳定亲水性蛋白。实时荧光定量PCR分析表明,盐穗木在100mmol/L NaCl胁迫7d后,同化枝中HcDmc1基因表达迅速上调并达到最大值,约为对照组的6.58倍;在700mmol/L NaCl胁迫14d后根中HcDmc1基因表达最高,约为对照的1.79倍。研究表明,HcDmc1基因表达受盐胁迫诱导。     

小白菜BcUBCE2基因的克隆及表达分析

采用cDNA-AFLP和RACE技术从小白菜中克隆得到泛素结合酶E2基因(ubiquitin conjugating enzyme E2),命名为BcUBCE2。序列分析表明,BcUBCE2基因cDNA全长830bp,包含1个456bp的开放阅读框,编码152个氨基酸。结构分析发现,该序列包含一个泛素结合酶E2活性位点和一个高度保守的半胱氨酸。进化分析显示,小白菜BcUBCE2蛋白同拟南芥E2蛋白的亲缘关系最近。qRT-PCR分析表明,BcUBCE2基因在小白菜根、茎、叶中均有表达,铜处理10d时BcUBCE2基因的表达量最高。研究认为,BcUBCE2基因可能在铜胁迫响应中发挥重要作用。     

银杏bHLH91转录因子基因的克隆及表达分析

bHLH转录因子在植物的生长发育、胁迫应答和次生代谢中具有重要的调控作用。该研究通过PCR技术从银杏(Ginkgo biloba)叶中分离得到了一个bHLH基因的cDNA序列,并将其命名为GbbHLH91。序列分析结果显示扩增的GbbHLH91基因cDNA序列长度为1 425 bp,开放阅读框是1 065 bp,编码354个氨基酸,分子量为40.1 kDa,等电点为8.20。系统进化分析结果显示,从用于进化树构建的bHLH蛋白质聚类情况来看,银杏GbbHLH91蛋白与裸子植物油松(Pinus tabuliformis)bHLH蛋白亲缘关系最近,且与被子植物无油樟(Amborella trichopoda)bHLH蛋白相似性达到60%,表明该基因在进化过程中相对比较保守。实时荧光定量PCR分析发现银杏bHLH91基因在银杏的各个组织中均有表达,其中在银杏叶中表达量最高,在根和茎中基因的表达量次之,在银杏雌花和果中表达量较少,在雄花中的表达水平最低;GbbHLH91基因在不同发育时期的银杏叶片中,表达量也存在一定的差异,其中在4月中旬该基因的表达水平达到最高,而后随着叶片的生长发育,该基因的表达水平呈现下降趋势。该研究结果为进一步验证GbbHLH91基因的功能奠定了前期基础。     

无芒隐子草CsPEAMT基因克隆及表达特性分析

以无芒隐子草(Cleistogenes songorica)干旱胁迫下的cDNA文库中磷酸乙醇胺N-甲基转移酶(phosphoethanolamine N-methyltransferase,PEAMT)基因的EST序列为基础,采用RACE方法克隆该基因编码区序列,该序列全长为2 104bp,开放读码框1 506bp,编码501个氨基酸。无芒隐子草PEAMT蛋白编码的氨基酸序列与多种植物的PEAMT氨基酸序列有较高相似性,其中与高粱SbPEAMT、玉米ZmPEAMT的蛋白序列相似性最高(93%),说明PEAMT基因在植物进化中非常保守。采用实时定量RT-PCR分析无芒隐子草幼苗在干旱过程中CsPEAMT基因的表达结果显示,干旱胁迫诱导CsPEAMT基因在根和叶中大量表达,且在干旱第8天时CsPEAMT基因在叶和根中表达量分别是未干旱对照的43.35倍和13.25倍,复水后CsPEAMT基因的表达量开始下调。研究表明CsPEAMT基因可能是无芒隐子草抗旱性相关的基因。     

甘蓝型油菜BnCYP79B1基因的克隆与表达

硫苷是十字花科植物的一种次生代谢产物,其合成途径受细胞色素P450的CYP79家族蛋白的调控,该实验采用同源克隆技术在甘蓝型油菜中克隆到了CYP79B1基因,命名为BnCYP79B1(GenBank登录号为JX535391.1)。BnCYP79B1基因cDNA全长1 625bp,编码一个含有541个氨基酸、理论等电点为8.88。序列对比结果显示,BnCYP79B1与花椰菜CYP79B1在DNA序列上的相似性为98.83%,推测蛋白氨基酸序列的相似性为99.26%。通过不同时期不同部位BnCYP79B1基因表达量的分析,发现BnCYP79B1基因在高秆高硫苷品系的根中表达量较高,而对矮秆高硫苷品系则是叶中表达量较高。在BnCYP79B1表达总量上,高秆品系较矮秆品系高,高硫苷品系较低硫苷品系高。     

菘蓝IiEMF基因的克隆与功能分析

该研究以菘蓝(Isatis indigotica Fort.)转录组数据为基础,克隆得到菘蓝EMF基因的cDNA全长,命名为IiEMF。(1)序列分析表明,IiEMF基因开放阅读框长度为1896 bp,编码631个氨基酸。进化树分析表明,菘蓝IiEMF蛋白与甘蓝(Brassica oleracea)EMF蛋白亲缘关系最为接近。(2)实时定量PCR结果显示,IiEMF在菘蓝不同器官中均有表达,且在叶中表达量最高,果实中表达量最低;IiEMF基因在菘蓝抽薹开花过程中叶内的表达量呈先升后降的趋势,并于初花期表达量达到最高后逐渐降低回落;在花/果期IiEMF基因表达量较花蕾中明显降低。(3)成功构建了超表达载体pCAMBIA1300-EMF,经农杆菌介导侵染拟南芥,PCR鉴定表明,有7株为超表达转IiEMF基因植株。(4)表型观察发现,在长日照和短日照条件下,与野生型相比2个转IiEMF基因拟南芥株系的开花时间都明显较早(提前6~10 d),且转IiEMF基因株系的莲座叶数比野生型多10片以上,叶片也比野生型大而肥厚。(5)qRT-PCR检测结果显示,在拟南芥营养生长过程中,过表达IiEMF显著抑制了拟南芥AtAP1、AtCO和AtLFY的表达,而促进了AtFLC的表达;当拟南芥开花时,转基因株系中的AtAP1和AtFLC表达量均高于野生型,AtCO和AtLFY的表达量显著低于野生型。研究表明,过量表达IiEMF基因能够促使拟南芥提前开花,且IiEMF可能是通过影响多种开花途径来共同调节促进拟南芥的早花。     

续随子ElFAD2基因的序列及表达特性分析

为了研究油酸脱氢酶(FAD2)基因ElFAD2对续随子(Euphorbia lathyris L.)中不饱和脂肪酸合成的调控作用,该研究在续随子转录组数据的基础上经筛选获得ElFAD2基因序列,并对其序列及表达特性进行分析。序列分析结果显示,ElFAD2基因全长1 907 bp,ORF长1 152 bp,共编码383个氨基酸,包含有典型的脂肪酸去饱和酶结构域。续随子ElFAD2蛋白理论等电点为8.08,属于稳定蛋白,包含4个跨膜区和3个保守的组氨酸簇。基于FAD2的系统发育分析表明,续随子与同科植物乌桕(Triadica sebifera L.)的亲缘关系最近。荧光定量PCR分析发现,ElFAD2基因在不同器官中均有表达,且在花后15 d的种子中表达量最高,在叶与花后30 d及45 d种子中的表达量相当,而在根、茎、花中的表达量最低。该研究结果为深入探讨续随子ElFAD2基因的生物学功能提供了基础数据,也为解析续随子种子中脂肪酸合成的分子机制奠定了基础。     

山茶CjMYB1基因的克隆及表达分析

该研究通过序列比对分析,以野生红山茶和不同花色品种山茶为材料,采用PCR方法克隆CjMYB1基因,并通过生物信息学和表达分析对其进行初步研究,为深入研究山茶CjMYB1基因在花色形成和花发育过程的调控机理奠定理论基础。结果表明：(1)成功克隆获得山茶CjMYB1基因(GenBank登录号为OL347930),其开放阅读框长为879 bp,编码292个氨基酸,相对分子质量为33.17 kD;CjMYB1基因属于R2R3-MYB转录因子,且与拟南芥MYB基因家族的第7亚组处于同一分支。(2)荧光定量PCR分析发现,山茶CjMYB1基因在野生红山茶花芽中表达量最高,在萼片、花瓣、雄蕊和心皮中都有较高的表达量,推测其在山茶花器官发育中发挥着重要作用;在红色山茶品种中表达量较高,而在粉色、淡黄色、白色山茶品种中表达量较低,说明CjMYB1基因可能在红色山茶品种的花色苷合成途径中起到了关键作用。(3)亚细胞定位实验表明,CjMYB1蛋白定位在细胞核。