白三叶TrFQR1基因克隆与表达分析

采用RACE和RT-PCR方法,克隆白三叶拉丁诺(Trifolium repens cv.‘Ladino’)的cDNA基因序列,命名为TrFQR1,对该序列进行生物信息学分析,利用实时荧光定量PCR检测TrFQR1的表达模式。结果表明:(1)TrFQR1序列长为1 003bp,开放阅读框为612bp,编码203个氨基酸,该蛋白的理论分子质量21.88kD,等电点为5.96,属于亲水性稳定蛋白,无信号肽,无跨膜结构域,在进化上高度保守,N端11~15位氨基酸和C端112~165位氨基酸是FMN结合位点。(2)TrFQR1表达模式分析显示,白三叶TrFQR1基因对于8种处理均有响应,但不同处理响应不同,其中:用25μmol/L SNP、10mmol/L H_2O_2、5mmol/L CaCl_2处理1.5h以及15%PEG处理3h时,白三叶TrFQR1基因相对表达量显著增加;在200mmol/L NaCl和600μmol/L CdSO4处理下,TrFQR1基因相对表达量随处理时间的增加而增加;4℃处理6h和0.02mmol/L NaHS处理1.5h时,TrFQR1基因相对表达量显著减少。     

地黄GGPPS1基因克隆及表达分析

以地黄为材料,通过分析地黄转录组数据,设计特异性引物,克隆了地黄牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶（geranylgeranyl pyrophosphate synthase,GGPPS）基因的cDNA序列,命名为RgGGPPS1,GenBank登录号为KU258808。同时在生物信息学分析的基础上,进行原核表达、纯化以及组织特异性表达分析。结果显示：（1）RgGGPPS1基因开放阅读框为987 bp,编码328个氨基酸。（2）生物信息学分析结果显示,RgGGPPS1蛋白含有2个富含天冬氨酸的基序(DDXXXXDD和DDXXD),与芝麻等双子叶植物中的GGPPS蛋白相似性较高。（3）利用构建的原核表达载体pET 32a RgGGPPS1在大肠杆菌BL21(DE3)菌株中成功表达RgGGPPS1重组蛋白,采用Ni²⁺亲和层析得到了纯化的RgGGPPS1重组蛋白。（4）荧光定量PCR结果显示,RgGGPPS1基因在根中表达量最高,叶、茎中表达量较低。研究结果为进一步研究RgGGPPS1基因在地黄环烯醚萜苷生物合成途径中的功能奠定了基础。     

苦荞FtF5H基因克隆及表达分析

阿魏酸-5-羟基化酶(Ferulate 5-hydroxylase)是调控S型木质素合成的关键酶,为研究其在苦荞木质素生物合成途径中的分子机制,该文从苦荞转录组数据中筛选获得一个F5H基因,命名为FtF5H(GenBank登录号:MW455111),采用生物信息学方法对苦荞F5H蛋白的理化性质、信号肽、跨膜结构、亚细胞定位、亲疏水性、蛋白质二级结构、蛋白质三级结构、氨基酸结构、系统进化树等进行分析和预测,并运用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分析FtF5H基因在厚果壳苦荞与薄果壳苦荞的叶、花、茎、果壳中的差异表达。结果表明:(1)FtF5H基因序列包含1395 bp的完整cDNA开放阅读框,编码464个氨基酸。(2)FtF5H蛋白具有P450超家族结构,为亲水性稳定酸性蛋白,不具有跨膜结构域,且为非分泌性蛋白。(3)FtF5H蛋白的二级结构主要由α-螺旋和无规则卷曲组成,三级结构预测显示FtF5H蛋白与5ylw.1.A的相似度较高。(4)系统进化分析显示FtF5H属于CYP84A亚家族。(5)qRT-PCR显示FtF5H基因在两种苦荞中的不同部位均有表达,且在厚果壳苦荞果壳中的表达量是薄果壳的5倍,表达具有极显著差异。该研究为进一步研究苦荞木质素合成的分子调控机制奠定了基础,对苦荞新品种的培育具有重要意义。     

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。     

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。     

北美鹅掌楸LtuFPPS1基因克隆与组织表达分析

法尼基焦磷酸合酶(farnesyl diphosphate synthase,FPPS)是植物萜类物质合成前体法尼基焦磷酸(farnesyl pyrophosphate,FPP)的关键合成酶。为探究北美鹅掌楸(Liriodendron tulipifera)萜类合成途径的分子机制,该文利用北美鹅掌楸转录组数据,通过设计特异性引物,采用RACE技术克隆得到LtuFPPS1基因的全长序列并进行生物信息学分析。结果表明:(1) LtuFPPS1基因全长1 460 bp,开放阅读框(ORF)长1 056 bp,编码351个氨基酸,蛋白质分子量为40 589.45 D,等电点为5.19,不稳定系数为43.50,归类为不稳定蛋白; LtuFPPS1基因所编码的蛋白不含信号肽,定位于线粒体,是一种不稳定亲水性蛋白,具有类异戊二烯类化合物合酶的特征结构域,α-螺旋为其氨基酸序列的主要二级结构。(2)进化树和同源序列分析表明,北美鹅掌楸LtuFPPS1蛋白与乐昌含笑(Michelia chapensis)的FPPS蛋白的亲缘关系更近。(3)组织表达分析结果发现,LtuFPPS1基因在北美鹅掌楸雌蕊中的表达量最高,其高低顺序为雌蕊花芽茎雄蕊萼片叶片花瓣根,据此推测萜类代谢物在花器官中的合成相对较多。综上所述,LtuFPPS1基因为萜类合成酶基因,可为从分子生物学层面探究北美鹅掌楸萜类物质的合成提供一定的理论帮助。     

香石竹DcPAL1基因的克隆及其原核表达

苯丙氨酸解氨酶(PAL)是植物苯丙烷类代谢途径的关键酶。利用RT-PCR及RACE技术从香石竹茎中克隆到苯丙氨酸解氨酶基因的全长cDNA,命名为DcPAL1(GenBank登录号为FJ864719)。DcPAL1全长2 397bp,预测其开放阅读框长2 121bp,编码一个含有706个氨基酸的蛋白质,其分子量为76.8kD,等电点5.84,且含有PAL的特征序列和活性位点。构建pET-DcPAL1原核表达载体,并转入大肠杆菌(Escherichia coli)中表达,获得1个与预测大小一致的外源蛋白,主要以包涵体形式存在。用Ni2+-NTA螯合琼脂糖层析柱亲和层析得到了纯化的表达蛋白。     

大豆GmABI4基因克隆及表达分析

该研究基于大豆基因组数据库,根据拟南芥ABI4蛋白的氨基酸序列,经比对分析,获得了大豆中的2个GmABI4基因,分别命名为GmABI4-1(GenBank登录号为XM_014766551.1)和GmABI4-2(GenBank登录号为NM_001249003)。TMHMM软件和系统进化转录分析表明,这2个基因编码的蛋白均不具有信号肽,二级结构主要以无规则卷曲和延伸链为主;进化树分析表明,大豆GmABI4和野生大豆亲缘关系较近。荧光定量PCR分析表明,GmABI4-1与GmABI4-2基因在大豆种子与豆荚中的表达量均高于根、茎、叶、花等其他组织,推测可能与调控大豆种子生命活动相关。     

长白落叶松过氧化氢酶LoCAT1基因克隆及表达分析

为了解长白落叶松过氧化氢酶(CAT)基因的相关信息,探究该基因在长白落叶松不同组织中及不同逆境胁迫下的表达特性,本研究根据长白落叶松转录组数据库中获得的CAT1基因全长序列设计引物,克隆得到长白落叶松CAT1基因,命名为LoCAT1。该基因完整的开放阅读框(ORF)长度为954bp,共编码317个氨基酸。系统进化树分析结果显示,LoCAT1基因与北美云杉、银杏等CAT基因亲缘关系较近。利用实时定量RT-PCR技术分析了LoCAT1基因在长白落叶松中的组织表达特异性和应对非生物胁迫的表达模式。结果表明:LoCAT1基因在长白落叶松的根、茎、叶中均有表达,其中在茎部表达量最低,在叶中相对表达量最高。在非生物胁迫下,LoCAT1基因在长白落叶松根、茎、叶中的表达均发生了变化,但表达模式不同。在NaCl处理后,根和茎中LoCAT1基因均表现为下调表达,在12h时表达量最低,而叶中LoCAT1基因表达在24h明显受抑制,随后被上调表达,胁迫96h时表达量最高。PEG6000处理后,根和茎中LoCAT1基因的表达在胁迫早期被明显抑制,随后被上调表达。而叶中LoCAT1基因的表达在所有时间点均表现为上调表达。本研究推测长白落叶松LoCAT1基因可能参与了植物响应逆境胁迫的应答。     

鹅掌楸AOX家族基因克隆与组织表达分析

鹅掌楸(Liriodendron chinense)为重要的珍贵用材及园林观赏树种,开展抗逆基因的研究,对于提高鹅掌楸适应性有重要意义。该文以鹅掌楸为研究对象,通过采用RT-qPCR与RACE相结合的方法克隆获得3个AOX基因,其ORF长分别为858、1 032、1 044 bp,相应编码氨基酸数为285、343、347 aa,分别命名为LcAOX1a、LcAOX1b和LcAOX2。蛋白同源性分析发现鹅掌楸AOX家族蛋白序列高度保守,尤其在C端保守性极高,且均含有"EXXH"、"EEE-Y"铁离子结合保守结构域。亚细胞定位分析结果显示LcAOX1a蛋白定位于线粒体及叶绿体之外的其他位置,LcAOX1b蛋白在叶绿体和线粒体中均有定位,LcAOX2蛋白定位于线粒体基质。采用RT-qPCR方法研究AOX基因在鹅掌楸茎、叶片、叶芽、花芽、花萼、花瓣、雄蕊、雌蕊8个不同组织中的表达模式,分析发现鹅掌楸AOX基因在花器官中表达量明显高于营养器官,LcAOX1a与LcAOX1b基因在雄蕊中表达量最高,特别是LcAOX1a基因在雄蕊中特异性表达,其表达量远远高于其他组织;LcAOX2基因在花瓣中表达量最高。该研究克隆3个鹅掌楸AOX基因并进行相关分析,为进一步研究其生物学功能奠定了基础。     

水稻OsMBF1c基因的克隆及表达分析

多蛋白桥联因子1(multi protein bridging factor 1, MBF1)在植物应对逆境胁迫中起着重要的作用,而对于水稻中MBF1是否参与重金属胁迫响应机制目前尚未见相关报道。为了揭示水稻MBF1家族与重金属胁迫的相关性及其潜在作用机制,该研究利用PCR技术克隆水稻OsMBF1c基因的全长编码序列,通过生物信息学对基因功能进行分析和预测,并通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)分析其在镉(Cd)胁迫下的表达特征。结果表明:(1)OsMBF1c的全长编码序列为468 bp,共编码155个氨基酸,相对分子量为16.154 kDa。(2)OsMBF1c与大麦TdMBF1a.1亲缘关系最近,具有光、厌氧等环境因子诱导相关的顺式调节元件。(3)重金属Cd可诱导OsMBF1c表达且在时间上和组织中的表达水平具有特异性,100 μmol·L^-1 Cd 处理1 h 后,地上部分OsMBF1c表达量明显上调,为对照组的7倍; 100 μmol·L^-1 Cd 胁迫处理6 h后,根部OsMBF1c表达量上调为对照组的3倍。该研究结果进一步完善了非生物胁迫下MBF1家族的生物学功能研究。     

蒜头果中CYP71基因克隆与果实不同发育时期的表达分析

由氨基酸衍生的氰苷是由植物细胞色素P450单加氧酶(CYP)催化氨基酸生成的次生代谢产物,与植物的防御和抗逆境胁迫相关。该研究通过分析蒜头果转录组数据,从中分离并克隆得到1条细胞色素P450基因(命名为MoCYP71,GenBank登录号为MK172858),对其进行生物信息学分析并检测该基因在果实不同发育时期的表达情况。结果表明:MoCYP71基因含1 572 bp,编码523个氨基酸,该基因的cDNA序列与咖啡(Coffea eugenioides,XM_027319282)、小果咖啡(Coffea arabica,XM_027213456)中的CYP71基因的mRNA序列均有88%的一致性; MoCYP71蛋白的相对分子质量为58 976.54,理论等电点pI为8.10,分子式为C_(2675)H_(4184)N_(704)O_(744)S_(27),不稳定系数(Ⅱ)为40.84,是一种不稳定蛋白;该蛋白不存在信号肽,存在于分泌途径,含有两个跨膜结构,分别位于20～37和311～333位的氨基酸为跨膜疏水螺旋,锚定于细胞器上;该蛋白含有CYP家族的保守结构域,包括脯氨酸富集区(PPSPPRLP)、K螺旋(KETFR)、I螺旋(GGIDTS)、PERF域(PERF)和识别结构域血红素结合域(FGAGRRICPG),与可可、榴莲、高粱等的CYP71E家族的蛋白(GenBank登录号分别为EOX92908.1、XP_022773875.1和AAC39318.1)聚为一支;在花谢后,MoCYP71基因表达量逐渐降低,花谢后1个月2个月3个月,但在花谢后4个月的表达量急剧增加。以上结果对研究蒜头果的对虫害的防御、组织成熟及蒜头果中有效次生代谢产物的发掘具有重要意义。     

毛竹APX基因系统进化与表达分析

抗坏血酸过氧化物酶(aseorbate peroxidase, APX)是植物活性氧代谢中重要的抗氧化酶之一,尤其是叶绿体中清除H₂O₂的关键酶,也是维生素C代谢的主要酶类。该文基于生物信息学方法,利用毛竹的基因组及转录组数据鉴定毛竹中的APX基因家族成员,并对其编码的蛋白基本理化性质、基因结构、启动子元件、系统进化及共线性关系、重复串联基因、GO注释及表达模式进行综合分析,共鉴定出21种编码APX的基因。结果表明:(1)PeAPX基因家族成员多为不稳定疏水蛋白,基因结构、基序及结构域相对较为保守,大多数APX基因具有高度保守的内含子模式。(2)系统进化关系显示毛竹APX基因与水稻APX基因有着较高的同源性关系,PeAPX具有较高的进化保守性。(3)Ka/Ks分析表明PeAPX基因都经历了纯化选择压力,此外在每个APX基因的启动子序列中发现有许多与应激反应和植物激素相关的顺式作用元件,结合表达量分析,表明毛竹APX基因在毛竹生长发育中起着正向促进作用。该研究为进一步了解毛竹APX基因家族基本功能及其抗氧化机制提供了一定的参考,为毛竹APX基因功能的深层次鉴定提供了重要依据。     

蛇足石杉COBRA基因家族的分子生物信息学及表达分析

为探明蛇足石杉COBRA基因家族成员分子生物信息学特征及组织表达规律,该文基于蛇足石杉的全长转录组数据,通过生物信息学技术对该家族成员(HsCOBRAs)的理化性质、结构域、保守基序、顺式作用元件、基因表达量等进行分析。结果表明:(1)在蛇足石杉全长转录组中共筛选出24个HsCOBRAs家族成员,其中酸性蛋白9个,稳定蛋白11个,疏水性蛋白5个,具有跨膜结构的蛋白7个,具有信号肽的蛋白3个。(2)亚细胞定位在细胞壁、叶绿体、细胞核、细胞膜上。(3)结构分析发现HsCOBRAs有7种结构域和6种保守基序,部分成员具有高度保守的CCVS结构。(4)HsCOBRAs具有CAAT-box、TATA-box等45种顺式作用元件。(5)HsCOBRA2在叶、孢子、茎、芽胞中的表达量均最高。该研究结果可为HsCOBRAs的进一步研究及生物学功能验证等提供理论依据。     

马尾松R2R3-MYB基因特征及进化和表达分析

MYB类转录因子在植物生长发育、代谢、应答生物胁迫和非生物胁迫的响应等生物过程发挥重要作用。为探究马尾松R2R3-MYB基因结构及功能,该研究以转录组数据为研究区域,从中筛选获得了17个马尾松R2R3-MYB基因,利用生物信息学对基因进行理化性质、系统进化树等分析,同时利用荧光定量PCR技术分析基因的组织特异性以及在花发育时期和非生物胁迫下的表达模式。结果表明：(1)17个PmMYBs亚细胞定位于细胞核,均无跨膜结构,且均含有Motif1、Motif2保守基序。系统发育进化树将马尾松PmMYBs划分为9个亚家族,且与火炬松、白云杉等裸子针叶植物关系较近。(2)17个基因均属于组成型表达,但在不同组织的表达量不同;所有基因均参与了花发育和非生物胁迫,不同基因在花发育不同时期的表达存在差异,有7个基因可能参与了雌雄性状转变;大部分基因响应非生物胁迫上调表达,但响应胁迫的时间存在差异;少数基因在胁迫中下调表达,尤其是PmMYB11基因在所有胁迫中均明显下调表达。该研究较系统地分析了马尾松R2R3-MYB基因的结构特征、系统进化及其在花发育时期和非生物胁迫下的表达模式,为深入探究马尾松R2R3...     

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。     

夏枯草PvGGPPS基因的克隆和诱导表达分析

为探究夏枯草中GGPPS基因的生物学特性及功能,该文在夏枯草转录组测序的基础上设计特异性引物,采用逆转录PCR技术获得夏枯草中GGPPS基因的全长核苷酸序列,并进行生物信息学分析;采用qPCR法分析PvGGPPS基因在不同外源性物质诱导下在夏枯草果穗中的表达量以及该基因在夏枯草不同组织中的表达量。结果表明:PvGGPPS基因开放阅读框1 092 bp,编码363个氨基酸,理论分子量为38 815.68 D,等电点为5.69。PvGGPPS蛋白具有异戊烯基焦磷酸合酶家族的特征结构域。系统进化树表明PvGGPPS蛋白与丹参、毛喉鞘蕊花GGPPS蛋白具有较高的亲缘关系。qPCR分析表明,PvGGPPS基因在叶中表达量高于果穗及茎。对果穗施加7种外源性物质处理24 h后,GA3处理组该基因表达量升高。PvGGPPS基因在夏枯草不同组织中表达量差异较大,且受外源物质诱导表达。该研究结果为进一步研究PvGGPPS基因对夏枯草萜类成分合成途径中的功能及表达调控奠定基础。