白菜型油菜RbohC和RbohF基因克隆与表达分析

该研究以白菜型油菜（Brassica rapa L.）‘陇油6号’为实验材料,采用RT PCR方法克隆油菜RbohC和RbohF基因,并采用实时荧光定量PCR技术对RbohC、RbohF基因在不同组织及非生物胁迫下的表达进行分析,为深入研究油菜RbohC、RbohF基因的生物学功能提供依据。结果显示：(1) 成功克隆得到2个全长分别为3 050 bp和2 995 bp的油菜RbohC (GenBank登录号：XM_009134386) 和RbohF (GenBank登录号：XM_009114548) 基因序列。(2) 生物信息学分析显示,油菜RbohC和RbohF基因开放阅读框（ORF）分别为2 733 bp和2 847 bp,编码910和948个氨基酸,推测二者的蛋白质分子量分别为103 kDa和108 kDa,理论等电点分别为9.47和9.21; 油菜RbohC、RbohF编码的氨基酸序列与萝卜等多种植物相应蛋白氨基酸序列具有较高的同源性,且这些序列高度保守并含有NADPH氧化酶的典型保守结构域,包括2个可以与Ca²⁺结合的EF手性模体结构、6个跨膜结构域、黄素腺嘌呤二核苷酸结合结构域、NAD焦磷酸结合结构域和C末端区域中的NADP核糖保守结合位点。(3) 油菜RbohC和RbohF基因在根、茎、叶和下胚轴中均表达,无组织特异性,但RbohC基因在根中表达量最高, RbohF基因在下胚轴中表达量最高。(4) 低温、干旱、盐、ABA、H₂O₂处理都能够诱导油菜RbohC和RbohF基因的表达,但抗寒性强的 ‘陇油6号’的RbohC和RbohF基因对胁迫的响应更敏感,且RbohC基因的表达量均高于RbohF基因。(5) 用H₂O₂清除剂DMTU、NADPH氧化酶抑制剂DPI和IMD、MAPKK抑制剂U0126处理后,油菜RbohC和RbohF基因的表达均较对照下降,说明U0126和DMTU对油菜RbohC和RbohF基因的表达有抑制作用。研究认为,油菜RbohC和RbohF基因在油菜适应逆境胁迫中具有重要作用,两基因的表达均受MAPK激酶信号途径的调节,并受到H₂O₂的反馈调节,而且抗寒性强的‘陇油6号’品种中RbohC和RbohF基因对H2O2和MAPK激酶信号途径的响应更敏感。     

天山雪莲SiICE2基因克隆及抗寒性分析

该研究以天山雪莲(Saussurea involucrata)的转录组数据为基础,利用Premier 5.0设计1对特异性引物SiICE2-Up和SiICE2-Down,以天山雪莲cDNA为模板克隆得到天山雪莲SiICE2基因的开放阅读框(ORF),对其进行生物信息学分析;构建植物表达载体pCAMBIA2300-35S-SiICE2-Nos,利用农杆菌介导法导入番茄(Lycopersicon esculentum),通过PCR和RT-PCR对转化植株进行验证,qRT-PCR分析转SiICE2基因番茄株系SiICE2基因的相对表达量;将转SiICE2基因型和野生型番茄在0℃处理后,进行抗寒性分析。结果表明:(1)成功克隆得到天山雪莲SiICE2基因,其大小为462bp,共编码153个氨基酸,系统进化分析发现SiICE2蛋白与菜蓟(Cynara scolymus L)亲缘关系最近。(2)成功构建了植物表达载体pCAMBIA2300-35S-SiICE2-Nos,经农杆菌介导法侵染番茄,PCR鉴定表明共有9株为转SiICE2基因番茄植株。(3)膜生理指标测定结果显示,随着低温处理时间的增加,转SiICE2基因型番茄的相对电导率、丙二醛含量均显著低于野生型,在处理时间为24h时,转SiICE2基因型番茄相对电导率比野生型低31.7%,丙二醛含量比野生型低4.2μmol/g。(4)抗氧化酶活性测定结果显示,随着低温处理时间的增加,转SiICE2基因番茄植株的POD、CAT和SOD活性均呈现持续递增趋势,野生型呈先逐渐升高后降低的趋势,且各处理时间内转SiICE2基因番茄的POD、CAT和SOD活性均显著高于野生型。研究发现,天山雪莲SiICE2基因可以显著增强非低温驯化番茄的抗寒性。     

白菜CesA基因家族鉴定及表达模式分析

为探究CesA基因家族在白菜生长发育及纤维素合成过程中的作用机制,该文通过生物信息学的方法,以白菜的全基因组序列为研究区域,进行理化特征、基因结构、进化特征、保守基序及结构域、顺式作用元件和组织表达等鉴定分析。结果表明:(1)共鉴定出16个编码纤维素合成酶亚基的CesA基因,该家族成员所编码蛋白的理论等电点为4.76～9.12,相对分子量为17.76～122.67 kD,长度为153～1 089 aa。(2)15个基因不均匀地分布于白菜的7条染色体上,Bra036008定位于scaffold上。(3)大部分成员包含4～14个外显子,1～11个保守基序。(4)该家族具有保守的DDD-QXXRW 保守功能域。(5)该家族编码蛋白主要分布在质膜上,二级结构以无规则卷曲与α-螺旋为主,多数成员都含有CesA蛋白典型的N端、C端和跨膜区。(6)CesA基因在茎中表达量相对较高,其中Bra011865、Bra023952和Bra029874在茎、叶、花中显著表达。该研究结果为后续深入研究CesA基因功能以及白菜生长发育研究奠定了基础。     

马尾松PmPGK1和PmGPIC基因的克隆和表达分析

为了解马尾松（Pinus massoniana）磷酸甘油酸激酶1（PGK1）与胞质溶胶葡萄糖磷酸异构酶（GPIC）的功能，采用RACE技术克隆了PmPGK1和PmGPIC基因，并进行了生物信息学分析与亚细胞定位，采用实时荧光定量PCR技术分析PmPGK1和PmGPIC的表达特性。结果表明，PmPGK1和PmGPIC全长为2 106和1 848 bp，分别编码507和566个氨基酸。PmPGK1和PmGPIC分别定位于叶绿体和胞质溶胶。PmPGK1表达量为新叶 > 老叶 > 新茎 > 根 > 花；而PmGPIC为老叶 > 花 > 新叶 > 新茎 > 根。低温胁迫24 h，PmPGK1和PmGPIC的表达量均随时间延长先降低后升高，且PmGPIC的表达量在处理2 h后即降至较低水平；高浓度CO₂胁迫24 h，PmPGK1的表达量随时间延长呈降低-升高-再降低的变化趋势，PmGPIC的表达下调但变化较不显著。因此，推测PmPGK1主要参与卡尔文循环及叶绿体/质体糖酵解，PmGPIC主要参与细胞质基质糖酵解；PmPGK1、PmGPIC活性在低温胁迫下均受抑制；PmPGK1活性在CO₂胁迫下受到显著抑制，而PmGPIC活性的影响不大。     

桂花RAP2 12基因的克隆与表达模式分析

国家自然科学基金(31870695);     

不结球白菜BcMLPK基因在自交不亲和中的功能研究

该研究以不结球白菜(Brassica campestris L. ssp. chinensis Makino)自交不亲和系品种‘矮脚黄’为实验材料,利用VIGS技术将BcMLPK基因构建到pTY载体,进行定量分析,研究其在自交不亲和中的功能。结果表明：(1) BcMLPK基因序列长为1 443 bp,编码480个氨基酸,将BcMLPK蛋白氨基酸序列与其他物种的MLPK氨基酸比较表明,BcMLPK基因与其他物种中该基因具有高度保守的结构域。(2) 成功构建pTY BcMLPK载体,采用基因枪法侵染‘矮脚黄’,其新生的真叶有明显的花叶症状,选取发病的叶片及花蕾进行实时定量qRT PCR,发现侵染的植株中BcMLPK基因表达量约为对照组的50%。(3) 花期对植株进行自交授粉,实验组有明显的结荚现象,而对照组则出现雌蕊未能明显伸长,显示受精异常的现象;统计结果表明实验组的自交不亲和指数和结实率均高于对照组。研究表明,不结球白菜MLPK基因的沉默能够抑制‘矮脚黄’自交不亲和相关基因BcMLPK的转录水平表达。     

桑树MaPP2C8基因克隆及其干旱胁迫下的表达

该研究基于桑树转录组测序结果及基因组数据库,采用PCR技术,克隆获得桑树2C型蛋白磷酸酶基因MaPP2C8的cDNA及其启动子序列,运用生物信息学方法对序列进行分析,并采用qRT-PCR方法检测MaPP2C8在干旱胁迫处理下的表达特性,为进一步研究MaPP2C8基因在干旱胁迫响应中的功能奠定基础。结果显示:(1)MaPP2C8基因cDNA全长为1 309 bp,开放阅读框(ORF)全长为1 053 bp,编码350个氨基酸。(2)MaPP2C8蛋白与桑科其他植物亲缘关系较近,归属于PP2Cs家族中的A亚族。(3)MaPP2C8蛋白分布于细胞中的多个位置,包括细胞质、细胞核及细胞膜等。(4)克隆获得MaPP2C8基因编码起始位点上游长度为1 612 bp启动子序列,该启动子含有3类激素相关的顺式作用元件,且与ABA相关的元件多达3个。(5)MaPP2C8基因受干旱胁迫诱导上调表达,复水处理后,其表达量显著下调。研究表明,MaPP2C8基因在桑树响应干旱胁迫过程中可能起重要作用。     

海岛棉GbHCT13基因的功能验证

该研究利用海岛棉‘新海21’和陆地棉ND203以及模式植物拟南芥,通过转基因及荧光定量检测等方法探究海岛棉GbHCT13基因(GenBank 登录号MW048849)在纤维发育中的功能。结果显示：(1)成功构建重组载体pCAMBIA3301 GbHCT13,经农杆菌介导法转化、除草剂抗性基因筛选、荧光定量检测方法鉴定获得转GbHCT13基因拟南芥T₃代植株4株;qRT PCR检测表明,转基因植株中GbHCT13基因表达量较野生型极显著增加。(2)转基因拟南芥过表达GbHCT13基因使植株同一时期的生长较野生型旺盛,株形、叶片数、抽薹数和茎秆表皮毛数量均与野生型存在差异;组织化学分析发现,转GbHCT13基因的拟南芥较野生型茎秆初生木质部生长活跃,导管增粗,次生木质部导管细胞壁横截面积变大,但髓质细胞无明显变化;过表达GbHCT13使拟南芥中木质素合成途径基因发生不同程度改变,其中CAD、CCoAOMT、PAL和4CL与GbHCT13基因的表达呈正相关。(3)经大田筛选、分子鉴定,成功获得转GbHCT13基因棉花植株3株;转GbHCT13基因棉花的棉纤维伸长率增加,纤维强度增大;沉默GbHCT13基因使棉花植株木质素含量降低,茎秆表皮毛数量减少,木质部导管细胞数量减少,导管细胞壁中木质素沉积量降低,而棉株并未发生株高上的明显矮化现象,且木质素合成通路中的CAD、CCoAOMT、CCR、PAL 4个基因的表达均呈降低趋势,说明抑制GbHCT13使得棉花生长代谢受阻,影响纤维发育起始。研究表明,GbHCT13基因能影响棉花植株中木质素合成从而调控纤维的生长发育,其功能与GbHCT13基因在模式植物拟南芥中的基本一致。     

香菜CsEF 1α基因克隆与表达分析

翻译延伸因子EF 1α(elongation factor 1 alpha)是细胞中最丰富的蛋白质之一,其在确保mRNA正确解码以产生细胞蛋白质方面发挥重要作用。该研究采用RT PCR扩增方法克隆香菜CsEF 1α基因序列,利用生物信息学对CsEF 1α基因结构、序列特征及系统进化等进行分析,并采用qPCR探究CsEF 1α基因在香菜不同生长时期和非生物胁迫下的表达模式,为进一步揭示EF 1α基因调控机制的研究奠定基础。结果显示：(1)成功克隆获得香菜CsEF 1α基因序列;CsEF 1α基因包含1个1 344 bp的开放阅读框,编码447个氨基酸,分子式为C₂₂₀₂H₃₅₄₄N₅₉₄O₆₄₄S₂₀,蛋白质分子量为49.29 kD,等电点为9.12;氨基酸序列组成中赖氨酸数量最多(49个,占11.0%),色氨酸数量最少(3个,占0.7%);属碱性蛋白。(2)CsEF 1α蛋白主要由无规则卷曲(36.91%)和α 螺旋(30.43%)构成,定位于细胞质;系统进化树分析显示,CsEF 1α与胡萝卜、野生番茄、青蒿素和非洲菊的亲缘关系较接近;启动子分析包括4种植物生长发育元件、3种激素响应元件和3种胁迫响应元件。(3)qRT PCR结果显示,CsEF 1α基因的表达量随着香菜生长发育时间的延长而升高,并且与转录丰度的变化一致;CsEF 1α基因对4种不同非生物胁迫的响应表达模式有所差异;随着胁迫时间的延长,在盐胁迫下CsEF 1α基因表现出先升高后降低趋势,而在低温、高温和干旱胁迫下表现出先降低再升高的趋势。研究表明,CsEF 1α基因参与了香菜对非生物胁迫的应答,在香菜生长发育和非生物胁迫中具有重要调控作用。     

hpc2研究进展

生物个体的胚胎发育以及细胞的增殖、分化,都同时受到多种基因的严格调控,PcG基因家族就是一类重要的发育相关基因.而hPc2基因是人PcG基因家族中的一个重要成员,其编码的HPC2蛋白,不仅可以和HPH、BMI-1以及RING1等其他人类PcG蛋白结合形成HPC/HPH PcG复合体,以蛋白复合体的形式参与对homeotic基因的表达抑制,以维持机体的正常发育以及细胞的增殖和定向分化,还发现它能与其他多种蛋白质相结合,提示HPC2可能具有多种功能.因此,对hPc2的深入研究不仅有助于进一步阐明PcG基因家族的作用机理,扩展人们对基因表达调控的认识,还有助于发现PcG基因家族与其他信号转导通路的联系,更好地理解细胞信号网络系统.     

Mitochondrial DNA recombination in Brassica campestris

The structure of the mitochondrial genome in plants is unclear, but appears to consist of mostly linear DNA with some other structures, including branched molecules and subgenomic circles. Mitochondrial DNA (mtDNA) recombination was analyzed in Brassica campestris, which has one of the smallest mitochondrial genomes (218 kb) in higher plants. Field-inversion gel electrophoresis (FIGE) separated mtDNA into discrete populations that each represents the entire genome. Electron microscopy revealed large, mostly linear molecules trapped in the wells, slower migrating populations with mostly linear DNA and a low level of circular and networked mtDNA molecules of 10–140 kbp, and a fast migrating population of 10–50 kbp linear mtDNA. Some smaller than genome size circular molecules and circles with tails were observed, and may represent recombination or rolling circle replication intermediates. Hybridization of end-labeled mtDNA suggests there may be specific ends (or recombination hotspots) for some linear molecules. Analysis of mtDNA enriched by BND-cellulose and separated by two-dimensional agarose gel electrophoresis shows the presence of complex recombination structures and the presence of significant single-stranded regions in mtDNA. These findings provide further evidence that DNA recombination contributes to the complex structure of mtDNA in plants.     

不结球白菜BcMPK4基因的分离及表达

为了进一步探讨植物MAPKs(mitogen-activated protein kinases)在植物防卫中的作用,该研究从不结球白菜抗病品种‘苏州青’中克隆到一个抗核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)相关基因,命名为BcMPK4(DDBJ登录号AB557751)。该基因核苷酸序列全长1 334bp,编码373个氨基酸,与已克隆的MPK4基因有不同程度的相似性。系统进化树分析表明,该基因在不同物种之间具有保守性。基因组DNA杂交表明,BcMPK4可能属于一个较小的多基因家族,属组成型表达。实时定量PCR检测表明,核盘菌能够诱导不结球白菜BcMPK4基因的转录表达;BcMPK4基因在不结球白菜叶片中的表达特征说明它可能参与寄主对核盘菌的抗性。     

白菜型油菜CBF基因克隆及功能分析

利用RACE技术从‘陇油6号’油菜中克隆得到1个新的CBF(C-repeat binding factor)基因(GenBank登录号为KP974691),全长1 000bp,其中包括5′-UTR 114bp,3′-UTR 241bp,开放阅读框645bp,编码215个氨基酸,推测的蛋白质分子量23.8kD,理论等电点为4.86。在氨基酸序列水平上,该基因与多种植物具有较高的一致性,其中与萝卜、紫茎泽兰、卷果涩荠和拟南芥的一致性分别为93.5%、83.7%、81.0%、79.0%。实时荧光定量PCR分析表明,CBF基因在油菜的茎、叶和下胚轴中均有表达,没有组织特异性;该基因表达受低温、ABA、H2O2诱导,MAPKK抑制剂U0126预处理12h再经低温、ABA、H2O2诱导,与单独处理结果相比,CBF基因表达明显降低,表明该基因在油菜适应低温、ABA、H2O2胁迫过程中发挥作用。     

甘蓝型油菜PGK基因的克隆与表达分析

为研究甘蓝型油菜磷酸甘油酸激酶(PGK)基因表达特性,在对拟南芥PGK基因家族生物信息学分析的基础上,通过电子克隆方法获得3个甘蓝型油菜PGK基因(BnPGK1、BnPGK2、BnPGK3)。分别设计特异引物,以甘蓝型油菜雄性不育系09A和保持系09B的cDNA为模板克隆BnPGK基因全长序列。根据获得的cDNA序列设计实时荧光定量特异引物,采用实时荧光定量PCR技术,研究油菜雄性不育系与保持系PGK基因表达差异。结果显示:BnPGK基因在甘蓝型油菜雄性不育系09A和保持系09B的根、茎、叶、花蕾中均有表达,属组成性表达。除茎中的BnPGK3外,BnPGK其它基因在根、茎、叶中的表达均表现为09A高于09B,而在花蕾中均为09B高于09A,BnPGK1和BnPGK3在09B中的表达量是09A中的2倍以上。     

Isolation and Characterization of a Class I SLG Gene from Chinese Cabbage (Brassica campestris)

In Brassica species, self-incompatibility in the recognition reaction between self and non-self pollens is determined by two genes, SLG and SRK, at the S locus. We have cloned and characterized a genomic DNA fragment containing a complete open reading frame of the SLG gene from Chinese cabbage. The genomic clone, named BcSLG2, was found to possess the region that shares a homology of 77% in amino acid identity with the SLG46 gene of Brassica campestris. Northern blot analysis revealed that the BcSLG2 gene expression is restricted to the pistil of Chinese cabbage flower. In situ hybridization showed that in the pistil, the gene is expressed predominantly in the stigmatic tissue. Much lower expression in the tapetum was also detectable at an immature stage of the flower development. Southern blot hybridization with the BcSLG2 DNA probe showed polymorphism in the SLG gene organization of the Chinese cabbage plants. These results will provide valuable information in understanding the S gene complex of the Chinese cabbage plants.     

菜心组织培养技术初探

为建立菜心(Brassica campestris ssp.chinensis var.utilis)的快繁技术体系,以花药和子叶-子叶柄为外植体进行组织培养研究。结果表明,花药培养以选取未开放的花蕾为宜,且花柱略高于花瓣,此时小孢子多数处于单核靠边期。菜心花粉的萌发率不高,且秋冬季的花粉比夏季的萌发率高。菜心花药愈伤组织诱导培养基为:MS+1.0 mg L–1 KT+1.0 mg L–1 2,4-D+3%糖+6 g L–1琼脂+8%椰乳,不定芽诱导培养基为:MS+2.0 mg L–1 6-BA+0.5 mg L–1 NAA+1.0 g L–1活性炭+2%糖+6 g L–1琼脂或MS+2.0 mg L–1 ZT+0.5 mg L–1 IAA+0.5 g L–1 AgNO3+1.0 g L–1活性炭+2%糖+6 g L–1琼脂。花药培养的不定芽诱导率为36.7%,不定芽培养出现褐化现象,不能形成再生植株;而以子叶-子叶柄为外植体培养获得的植株再生率可达80%。     

甘蓝型油菜BnFLA基因的克隆及表达分析

利用同源克隆法从甘蓝型油菜中获得了1个类成束阿拉伯半乳聚糖蛋白基因(FLA),命名为BnFLA。BnFLA基因开放阅读框长为1 200bp,编码399个氨基酸,分子量为42 885.9Da,等电点为6.37。预测的BnFLA蛋白包含N-端信号肽、2个AGP-like结构域、2个fasciclin-like结构域和C-端GPI-anchor序列。系统进化分析表明BnFLA氨基酸序列与BrFLA17和AtFLA2进化关系较近,一致性分别为98%和87%。qRT-PCR分析表明,BnFLA基因在油菜各组织均有表达,并以下胚轴中表达量最高,其次为子叶,茎秆中表达最少;BnFLA基因的表达受到GA3、BR、IAA、ABA和NaCl的诱导,但受6-BA、蔗糖、低温和PEG抑制。研究认为,油菜中BnFLA基因可能参与激素信号转导途径和非生物胁迫应答。     

菜心SOD基因的克隆及其在低温条件下的表达分析

采用同源克隆法从菜心中获得3个SOD基因,并进行生物信息学分析,采用qRT-PCR分析3个基因在不同组织器官和低温胁迫下的表达模式。结果表明:(1)获得Cu/Zn-SOD、Fe-SOD、Mn-SOD基因的ORF,分别命名为BclCZSD、BclFSD、BclMSD,序列长分别为459、639、696bp,分别编码152、212、231个氨基酸。(2)生物信息学分析显示,3种蛋白均为稳定的亲水性蛋白,均不存在跨膜结构和信号肽,BclCZSD的二级结构以无规则卷曲为主,含有2个Cu/Zn-SOD结构域,BclFSD和BclMSD的二级结构以α-螺旋为主,含有一个相同的Mn/Fe-SOD结构域;进化分析显示BclCZSD和BclMSD与油菜最先聚在一个分支,BclFSD与甘蓝、萝卜、油菜、芜菁聚在一个分支。(3)qRT-PCR结果显示,BclCZSD、BclFSD和BclMSD基因在菜心根、茎、叶和叶柄中均有表达,且在根、茎、叶和叶柄中的表达模式不完全相同;低温条件下,3个基因的表达量随着胁迫时间的延长均呈先升高后降低的变化趋势。研究结果为进一步探讨菜心SOD基因在低温胁迫下的响应机制奠定了基础。     

不结球白菜BcHSP70-1基因的克隆与进化及其表达分析

利用已报导的拟南芥和甘蓝型油菜同源基因序列设计克隆引物,从不结球白菜中克隆了BcHSP70-1基因。在BcHSP70-1基因测序后,对该基因编码蛋白质的理化性质、亚细胞定位和跨膜结构域等生物信息学分析结果表明,BcHSP70-1编码的蛋白质是亲水蛋白,定位在细胞质中,该基因ORF全长1 950bp,编码649个氨基酸,有1个内含子和2个外显子,内含子为324bp;对BcHSP70-1直系同源基因外显子和内含子比对分析显示,内含子的差异更显著。实时定量PCR表达分析表明,BcHSP70-1的表达量在不同耐热性的栽培种中有较大差异,在不耐热的不结球白菜品种(NHCC002)中未见该基因组成性表达;与38℃高温胁迫相比,4℃低温胁迫下诱导的BcHSP70-1表达量更高。