荧光定量PCR检测干旱胁迫下长春花Crlea基因的相对表达

首次从长春花中克隆了Crlea（Crlea for Catharanthus roseus late embryogenesis abundant）的全长基因,采用荧光定量PCR方法对干旱胁迫下长春花叶片和根部Crlea基因的表达模式进行监测,结果表明,在0.5～8 h的胁迫时间中,叶片和根部的Crlea基因表现出相似的积累模式。长春花Crlea基因的表达随着胁迫时间的延长而表达增强。在叶片中,在6 h和8 h的干旱处理后,Crlea基因表达显著提高,分别是未处理材料的9.984和20.431倍。在根部, 在8 h的处理后,Crlea基因的表达量显著提高（2.831倍于对照)。初步结果表明Crlea基因的表达没有组织特异性,并且为干旱胁迫正调控。     

斑茅δ-OAT基因克隆及其序列分析

利用RT-PCR和RACE技术从斑茅（Erianthus arundinaceus）中分离出编码鸟氨酸-δ-氨基转氨酶基因的全长cDNA序列,序列全长1 680 bp,编码454个氨基酸。通过对哺乳动物、高等植物、微生物的δ-OAT基因编码的氨基酸序列进行同源比对,发现斑茅δ-OAT基因同其近缘属植物甘蔗的同源性最高（87%）,同其他高等植物的同源性次之（约为70%）,而同动物的同源性最低（约为60%）。在斑茅δ-OAT基因编码的氨基酸序列的5′端未发现线粒体定位序列,同甘蔗δ-OAT基因一样。斑茅δ-OAT基因具有完整的鸟氨酸转氨酶功能区rocD。利用定量RCR（real-time PCR）对30%PEG胁迫下的斑茅δ-OAT基因表达量进行研究,结果表明δ-OAT基因在胁迫12 h表达量达到最高,约为对照的4.1倍;胁迫2 h δ-OAT基因表达量反而有所降低。     

小麦TaDRLea3 2基因的克隆及胁迫诱导表达分析

胚胎发育后期丰富蛋白(late embryogenesis abundant protein,LEA蛋白) 是植物体中广泛存在的一类与渗透调节相关的家族蛋白,植物受非生物胁迫会大量表达。该研究采用同源克隆技术,从干旱诱导的小麦品种‘郑引1号’ (Triticum aestivum L.)中获得1个新的LEA3家族基因（ TaDRLea3 2）,该基因全长668 bp,编码区为570 bp,编码189个氨基酸。生物信息学分析表明该蛋白为亲水性蛋白,二级结构以α 螺旋为主,含有9个由11个氨基酸组成的保守结构域,为典型的LEA3蛋白,存在3个磷酸化位点,无信号肽结构域及跨膜结构域,可能定位于细胞质中;实时定量PCR结果表明, TaDRLea3 2基因受干旱、高盐、低温诱导表达,同时也受外源ABA诱导,推测 TaDRLea3 2为ABA依赖型 LEA3基因,以不同机制参与小麦对非生物胁迫的应答过程,为深入分析小麦LEA3家族蛋白的抗逆机制奠定了基础。     

干旱胁迫下白沙蒿LEA基因的表达及序列分析

[目的]确定白沙蒿在干旱胁迫下起调节作用的LEA蛋白家族及其生物信息学特征。[方法]对在正常生长、中度胁迫和重度胁迫下的白沙蒿进行转录组测序,获得其LEA表达的差异性,对其中显著上调表达的基因进行序列分析。[结果]与多数报道的物种不同,白沙蒿在干旱胁迫时起调控作用的是第5家族LEA5蛋白。白沙蒿LEA的开放阅读框(ORF)全长264 bp,编码87个氨基酸。LEA5蛋白的分子量为9 406.74 Da,等电点为9.75,其序列与黄花蒿同源性最高(64%)。LEA蛋白为亲水性蛋白,定位于线粒体(73.9%),二级结构以无规则卷曲(59.77%)和α-螺旋(37.93%)为主,无信号肽和跨膜结构。[结论]白沙蒿在干旱胁迫下,LEA5参与了抗旱的调控,该基因的生物信息学特征分析为深入了解白沙蒿及蒿属其它固沙植物的抗旱机制提供一定的理论基础。     

小苍兰ACC合成酶FhACS1基因的克隆与序列分析

以小苍兰品种“上农金皇后”为研究对象,利用PCR技术和染色体步移技术首次克隆到了ACC合成酶FhACS1基因的全长序列和编码序列。结果表明：FhACS1基因全长为2 576 bp,包含长为433 bp的5′端非编码区序列（5′-UTR）以及长为373 bp的3′端非编码区序列（3′-UTR）;开放读码框（ORF）长度为1 371 bp,推定编码457个氨基酸。分析表明,该基因包含3个内含子和4个外显子。序列分析结果显示,FhACS1推导蛋白具备ACS蛋白的7个保守结构域;在氨基酸水平上,FhACS1与小果芭蕉的同源性最高（85%）;系统进化分析表明,FhACS1与孟宗竹BaACS（BAC56949.1）、水稻OsACS1（AAA33888.1）、小果芭蕉MaACS1（AAQ13435）的亲缘关系最近。在其已知启动子区域,发现有多个对脱落酸、赤霉素、细胞分裂素等激素响应的顺式元件,以及对干旱和低温等逆境胁迫响应的顺式元件。     

垫状卷柏SpLEA1基因克隆及干旱胁迫下的表达分析

晚期胚胎发育丰富蛋白(late embryogenesis abundant,LEA),广泛存在于生物体内,与植物抗逆性密切相关,可在干旱胁迫下保护植物细胞,减少植物损伤。垫状卷柏(Selaginella pulvinata)是一种在干旱胁迫下生存能力极强的蕨类植物,具有很强的恢复能力。为探究垫状卷柏SpLEA1基因在耐旱植物中的分子机制与表达特征,该研究以高耐旱性植物垫状卷柏为实验材料,基于转录组测序结果,采用RT-PCR技术获得SpLEA1基因cDNA序列,采用HiTail-PCR技术获得启动子序列,利用生物信息学对序列进行了分析,并采用qRT-PCR技术分析了SpLEA1基因在干旱胁迫下的表达模式。结果表明:(1)垫状卷柏SpLEA1全长为476 bp,开放阅读框(ORF)为279 bp,共编码92个氨基酸,通过在线工具预测到蛋白分子量为9 491.46 Da, 等电点为5.45,蛋白结构预测分析表明该蛋白为亲水性蛋白,含有10个磷酸化位点,二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主。(2)预测到SpLEA1蛋白的保守结构域为Lea-5,来源于LEA1家族。基于系统发生树和遗传距离矩阵,发现垫状卷柏SpLEA1与来自鹰嘴豆(Cicer arietinum )和红车轴草(Trifolium pratense)的Lea-5蛋白同源性较高。(3)对启动子序列进行顺式作用元件的预测分析发现SpLEA1基因启动子含有5类激素响应元件和与干旱胁迫响应有关的功能元件。(4)在自然干旱处理下SpLEA1基因表达上调,并在12 h时达到峰值,在24 h干旱后进行复水处理,表达量显著下调。综上所述,SpLEA1基因在垫状卷柏中很可能参与了干旱胁迫响应机制的相关调控。该结果为进一步研究垫状卷柏SpLEA1基因在干旱胁迫下的功能及其表达调控机制提供了参考。     

cDNA微阵列技术研究干旱胁迫下柽柳基因的表达

运用cDNA微阵列技术研究干旱胁迫下柽柳（Tamarix androssowii）基因的表达。分别将Cy5和Cy3两种荧光染料标记在干旱处理和对照的柽柳cDNA上,并与载有柽柳基因的微阵列进行杂交,通过计算机对芯片进行扫描和分析研究干旱胁迫下基因的表达。共获得了47个下调表达和62个上调表达的基因。Blastx分析表明这些基因按功能可以分为脱水保护、信号传导与调控、活性氧清除、光合作用、代谢、核糖体蛋白、蛋白质的分解与再生等几大类别。同时,发现了一些与干旱胁迫相关的功能未知基因和新基因。从而揭示了柽柳具有活性氧消除、代谢调节、脱水保护、蛋白质降解与再生等抗旱途径,并阐述了干旱胁迫前后柽柳基因的差异表达。     

油菜BnMKK2基因的克隆及表达分析

通过实验从陇油6号油菜中克隆得到了一种新的MAPK激酶基因BnMKK2基因的cDNA,全长1 344 bp,其中包括5′非翻译区（5′UTR）111 bp,3′非翻译区（3′UTR）165 bp,开放阅读框（ORF）长1 068 bp,编码355个氨基酸,该基因编码的蛋白质分子量为39.3 kDa,理论等电点为6.8。与拟南芥AtMKK2有很高的同源性,因此命名为BnMKK2(GenBank登录号:HQ848661)。该基因实时荧光定量PCR分析表明,BnMKK2基因的表达受低温胁迫诱导。     

自然干旱胁迫下长春花叶片和根部的激素和可溶性糖代谢变化

植物在离开生长环境较短时间内（1~6 h）会导致缓慢的表面水分散失,引起自然的干旱胁迫。本文以耐旱植物长春花（Catharanthus roseus）为材料,研究其在离土干旱胁迫中的脱落酸（ABA）及可溶性糖含量变化。结果表明,长春花根部ABA含量在正常条件下低于叶片中的含量,干旱胁迫促进了ABA在根部的积累,6 h时增加至最高值。蔗糖酸性转化酶活性可能受到ABA的诱导在胁迫6 h时最高,比对照高出30%左右。长春花叶片中总可溶性糖含量在对照条件下非常稳定,但在干旱胁迫过程中,其随着时间的延长呈现线性增加的趋势（r²=0.964）,蔗糖和已糖含量在胁迫过程中也呈增加的趋势,可能发挥着渗透调控节功能。     

茶树CsLEA5基因的克隆及表达分析

该研究以茶树‘龙井长叶’为材料,克隆获得了茶树胚胎发育晚期丰富蛋白基因CsLEA5的cDNA序列,该序列全长515 bp,包含一个375 bp的开放阅读框,编码124个氨基酸,预测蛋白分子量为13.5 kD,理论等电点为5.92。蛋白序列分析结果显示,CsLEA5为高亲水性和稳定性蛋白,且含有一个典型的LEA_3保守结构域,属于LEA蛋白中LEA_3亚家族成员。CsLEA5基因启动子区域包含多种与逆境响应相关的顺式作用元件,如乙烯响应元件（ERE）、胁迫响应元件（STRE）、创伤响应元件（WUN motif）及MYB、MYC转录因子识别位点等。qRT PCR分析显示,CsLEA5基因表达具有明显的组织特异性,在叶片中的表达量最高,其次是嫩茎,而在其他组织器官中的表达量较低,且CsLEA5基因表达受低温和干旱胁迫的诱导。研究表明,CsLEA5基因可能在茶树响应低温和干旱胁迫过程中发挥重要作用。该研究对了解茶树抗逆分子机制,筛选抗性候选基因资源提供了重要理论依据。     

柠条锦鸡儿CkLEA4基因克隆及表达分析

LEA蛋白是一种与植物抗逆相关的胚胎发育晚期丰富蛋白。该研究从已构建的柠条锦鸡儿干旱胁迫抑制削减杂交文库中筛选到1条LEA蛋白编码基因的部分序列,用RACE技术扩增得到该基因cDNA全长并对其进行了克隆。测序表明该基因cDNA长870bp,其中开放阅读框长510bp,编码169个氨基酸,推测蛋白分子量为17.03kD,等电点为9.3,是一种亲水蛋白。序列比对和系统进化分析表明,该基因属于LEA4基因家族成员,命名为CkLEA4。实时荧光定量PCR检测发现,CkLEA4基因在干旱、ABA和NaCl处理下均受到不同程度的诱导,说明CkLEA4基因可能与柠条锦鸡儿响应逆境胁迫有关。     

高粱LEA基因家族的鉴定及表达分析

有研究表明,干旱、低温和盐等环境胁迫能够诱导LEA基因的表达。为了探索LEA基因家族在高粱响应外界刺激过程中起到的作用,本研究通过生物信息学的方法对LEA基因家族在高粱全基因组水平进行鉴定和分析,于高粱全基因组中共鉴定出35个基因家族成员,不均匀地分布于高粱8条染色体上,结合系统进化树和保守结构域分析结果,将高粱LEA基因家族成员分为7组。亲水性分析和结构无序性预测表明高粱LEA蛋白绝大多数为亲水性且结构无序。基因结构分析显示了各分组基因结构上的保守性。高粱LEA基因的启动子分析发现了一些与激素和非生物胁迫响应相关的顺式作用元件。对激素和干旱胁迫下高粱LEA基因的表达分析发现外界胁迫能够诱导部分高粱LEA基因的表达。     

植物胚胎发育晚期丰富蛋白1组的结构与功能

植物胚胎发育晚期丰富蛋白（late embryogenesis abundant proteins,LEA）是植物胚胎发生后期种子中大量积累的一类蛋白质。根据蛋白质的氨基酸基序和保守结构特点,LEA蛋白一般分为6组,其中第1组LEA蛋白（LEA1）含有高度保守的20氨基酸基序。LEA1蛋白在水溶液中主要呈无规则结构,具高亲水性和热稳定性,与植物抗逆功能密切相关。本文就LEA1蛋白的功能和结构等方面的研究做一综述。     

小麦TaLEA1基因的表达特征及抗逆功能验证

我国土壤盐碱化日益严重,对我国的粮食安全造成了严重威胁,因此耐盐基因挖掘对作物耐盐育种非常重要。许多研究表明胚胎发育晚期丰富蛋白(LEA)在植物应对非生物胁迫中发挥积极作用。本研究以小麦TaLEA1基因为研究对象,分析了其表达蛋白的理化性质及基因表达模式,并通过在拟南芥中过表达,分析Ta LEA1基因的抗逆功能。结果表明,TaLEA1基因的表达蛋白属于第3组LEA蛋白,是稳定的亲水蛋白,富含α-螺旋、β-转角等结构。Ta LEA1基因在小麦根、茎、叶、花、种子等不同组织中均有表达,盐胁迫条件诱导其高表达。在拟南芥中过表达TaLEA1基因,显著提高了盐胁迫下转基因拟南芥的种子萌发率、根长及盐和旱胁迫下的叶绿素含量。本研究结果为LEA基因抗逆机理的研究和耐盐基因的挖掘提供了重要信息。     

4种观花地被植物对PEG模拟干旱胁迫的生理响应及其抗旱性评价

以城市绿地中使用频度较高、花期较长的葱兰Zephyranthes candida、鸢尾Iris tectorum、长春花Catharanthus roseus、香彩雀Angelonia angustifolia 等4种观花地被植物为研究对象,采用聚乙二醇溶液(PEG)模拟干旱胁迫对苗期植株进行处理,分析不同干旱胁迫强度下4种植物生理指标的变化,并对其抗旱性进行综合评价。结果表明,随着干旱胁迫程度的加重,4种植物的叶片相对含水量呈不同程度降低,其中长春花在轻度胁迫下已显著降低;叶片相对电导率、可溶性糖含量、脯氨酸和丙二醛的含量均呈不同程度上升趋势。主成分分析表明,4种植物的抗旱能力强弱为葱兰>鸢尾>香彩雀>长春花。     

Molecular cloning and characterization of a glucosyltransferase catalyzing glucosylation of curcumin in cultured Catharanthus roseus cells

Catharanthus roseus cell suspension cultures are capable of converting exogenously supplied curcumin to various glucosides. The glucosylation efficiency is enhanced by addition of methyl jasmonate (MJ) to the cultures prior to curcumin administration. Two cDNAs encoding UDP-glucosyltransferases (CaUGT1 and CaUGT2) were isolated from a cDNA library of cultured C. roseus cells, using a PCR method directed at the conserved UDP-binding domain of plant glycosyltransferases. The sequence identity between their deduced amino acid sequences was 27%. The expression of both genes was up-regulated by addition of MJ to the cell cultures although the mRNA level of CaUGT1 was much lower than that of CaUGT2. The corresponding cDNAs were expressed in Escherichia coli as fusion proteins with maltose-binding protein. The recombinant CaUGT1 exhibited no glucosylation activity with either curcumin or curcumin monoglucoside as substrate, whereas the recombinant CaUGT2 catalyzed the formation of curcumin monoglucoside from curcumin and also conversion of curcumin monoglucoside to curcumin diglucoside. The use of the recombinant CaUGT2 may provide a useful new route for the production of curcumin glucosides.     

Overexpression of HVA1 gene from barley generates tolerance to salinity and water stress in transgenic mulberry (Morus indica)

Late embryogenesis abundant (LEA) proteins are members of a large group of hydrophilic proteins found primarily in plants. The barley hva1 gene encodes a group 3 LEA protein and is induced by ABA and water deficit conditions. We report here the over expression of hva1 in mulberry under a constitutive promoter via Agrobacterium-mediated transformation. Molecular analysis of the transgenic plants revealed the stable integration and expression of the transgene in the transformants. Transgenic plants were subjected to simulated salinity and drought stress conditions to study the role of hva1 in conferring tolerance. The transgenic plants showed better cellular membrane stability (CMS), photosynthetic yield, less photo-oxidative damage and better water use efficiency as compared to the non-transgenic plants under both salinity and drought stress. Under salinity stress, transgenic plants show many fold increase in proline concentration than the non-transgenic plants and under water deficit conditions proline is accumulated only in the non-transgenic plants. Results also indicate that the production of HVA1 proteins helps in better performance of transgenic mulberry by protecting membrane stability of plasma membrane as well as chloroplastic membranes from injury under abiotic stress. Interestingly, it was observed that hva1 conferred different degrees of tolerance to the transgenic plants towards various stress conditions. Amongst the lines analysed for stress tolerance transgenic line ST8 was relatively more salt tolerant, ST30, ST31 more drought tolerant, and lines ST11 and ST6 responded well under both salinity and drought stress conditions as compared to the non-transgenic plants. Thus hva1 appears to confer a broad spectrum of tolerance under abiotic stress in mulberry.     

A LEA 4 protein up-regulated by ABA is involved in drought response in maize roots

Late embryogenesis abundant (LEA) proteins are hydrophilic proteins that accumulate to high concentrations during the late stages of seeds development, which are integral to desiccation tolerance. LEA proteins also play a protective role under other abiotic stresses. We analyzed in silico a maize protein predicted to be highly hydrophilic and intrinsically disordered. This prediction was experimentally corroborated by solubility assays under denaturing conditions. Based on its amino acid sequence, we propose that this protein belongs to group four of the LEA proteins. The accumulation pattern of this protein was similar to that of dehydrins during the desiccation process that takes place during seed development. This protein was induced by exogenous abscisic acid in immature embryos, but during imbibition was down-regulated by gibberellins. It was also induced in maize roots under osmotic stress. So far, this is the first member of the LEA proteins belonging to group four to be characterized in maize, and it plays a role in the response to osmotic stress.     

Isolation of a cDNA encoding the alpha-subunit of CAAX-prenyltransferases from Catharanthus roseus and the expression of the active recombinant protein farnesyltransferase

Crfta/ggt_Ia (AF525030), a cDNA encoding the ?-subunit of the two types of CaaX-prenyltransferase (CaaX-PTase), i.e. protein farnesyltransferase (PFT) and type I protein geranylgeranyltransferase, was cloned from Catharanthus roseus via a PCR strategy. Crfta/ggt_Ia is 1381-bp long and bears a 999-bp open reading frame encoding a protein of 332 residues (FTA) that shares 66% identity with its Lycopersicon esculentum orthologue. Southern blot analysis revealed that FTA is encoded by a single gene copy per haploid genome. Co-expression of Crfta/ggt_Ia and Crftb encoding the beta-subunit of PFT yielded purified active recombinant PFT. This enzyme is able to prenylate proteins from C. roseus, and could be used as a potent tool for prenylated protein identification.