紫花苜蓿MsCIPK8基因的克隆与表达分析

CIPK是植物中一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,在植物响应逆境胁迫中发挥着重要的作用。本研究根据盐碱胁迫下紫花苜蓿(Medicago sativa L.)转录组数据设计引物,通过RT-PCR克隆获得紫花苜蓿MsCIPK8基因,该基因CDS全长1341bp,编码446个氨基酸,编码蛋白相对分子质量50.73 kD,等电点6.72,具有CIPKS家族蛋白所特有的N端激酶域和C端NAF/FISL结构域。生物信息学分析结果显示,MsCIPK8为可溶性蛋白,二级结构多为无规矩卷曲;系统进化分析表明,紫花苜蓿MsCIPK8与蒺藜苜蓿(Medicago truncatula Gaertn.)MtCIPK8亲缘关系最近。两个蛋白序列比对发现存在4个差异位点,其中3个在保守结构域内。MsCIPK8在低温、干旱、盐和盐碱胁迫下表达量均受到诱导上调表达。低温胁迫下,MsCIPK8在根和叶中的表达量分别在12 h和3 h达到峰值;盐胁迫下,MsCIPK8在根中的表达量12 h达到峰值;盐碱胁迫下,根和叶中MsCIPK8的表达量在12 h后持续高表达;干旱胁迫下,MsCIPK8在根和叶中的表达量在12 h均达到峰值。上述结果表明MsCIPK8参与紫花苜蓿对干旱、低温、盐和盐碱等非生物胁迫的应答。     

苎麻转录因子基因BnMYB3的克隆及表达分析

该研究采用RACE技术,从苎麻中克隆到1个MYB转录因子基因(BnMYB3)的全长cDNA序列(GenBank登录号为MF741320.1)。生物信息学分析表明,BnMYB3基因cDNA全长为1 216bp,包括900bp编码区序列,编码含有299个氨基酸的蛋白,其分子量约为33.63kD,理论等电点为9.16;该蛋白质含有2个典型的MYB结构域,属于R2R3-MYB。从苎麻基因组中克隆了BnMYB3基因1 681bp启动子序列,该序列包含ABRE、GARE-motif、CGTCA-motif和TGACG-motif等多个逆境相关的顺式作用元件。实时荧光定量PCR分析表明,BnMYB3为组成型表达基因,在茎和叶中的表达量显著高于根;BnMYB3基因能够响应镉胁迫,且表达量随镉胁迫处理时间和处理浓度的增加而显著上升。     

朝鲜淫羊藿EkCDPK基因的克隆及表达分析

钙依赖蛋白激酶(Calcium-Dependent Protein Kinase, CDPK)是在植物抗逆胁迫信号转导途径中起关键作用的酶。该研究采用RT-PCR结合RACE技术,从朝鲜淫羊藿(Epimedium koreanum Nakai)中克隆获得一个全长2 036 bp的钙依赖蛋白激酶基因(EkCDPK)。结果显示:(1)EkCDPK基因cDNA为1 410 bp,5′-UTR长387 bp, 3′-UTR长239 bp,编码469个氨基酸。EkCDPK蛋白保守结构域N端为S_TKc domain,C端为EF-hand domain,该蛋白具有1个CDPKs典型结构Ser/Thr蛋白激酶活性位点、1个ATP位点、4个Ca~(2+)结合位点、1个跨膜结构域、无信号肽的稳定亲水性蛋白质,二级结构主要由α-螺旋(43.71%)和无规则卷曲(37.10%)构成。(2)系统进化分析表明,EkCDPK与菘蓝CDPK蛋白表现出较高相似性(95%)。(3)实时荧光定量PCR分析表明,EkCDPK基因在根、茎、叶与花组织中均有表达,根中表达量最高,茎次之;干旱胁迫后15 h内表达量显著高于对照组,之后表达量开始下降;盐胁迫5、15和25 h后EkCDPK基因表达量均明显高于对照组。(4)成功构建了pET-28a-EkCDPK原核表达载体,诱导出约50 kD蛋白质,与预测大小一致,表明重组蛋白EkCDPK表达成功,为采用基因工程手段提高朝鲜淫羊藿抗逆性能研究奠定了基础。     

野生大豆盐碱胁迫相关GsTIFY11b的克隆与功能分析

以耐盐碱野生大豆(Glycine soja L.G07256)为材料, 采用同源克隆方法和RT-PCR技术获得一个TIFY 类基因的全长cDNA(命名为GsTIFY11b)。进化树分析表明, 与其他物种相比, GsTIFY11b与拟南芥的AtTIFY11a基因相似性最高, 达到56%; 序列分析表明GsTIFY11b蛋白除具有 TIFY保守结构域外, 还具有一个N端保守结构域和一个C端保守的Jas结构域; 实时荧光定量PCR结果显示该基因受盐和碱胁迫诱导表达; 将GsTIFY11b转化拟南芥来验证其耐盐碱功能, 获得两个转基因纯合体株系, 盐碱胁迫分析结果表明, GsTIFY11b的超量表达没能提高拟南芥对盐碱胁迫的耐性, 并且与野生型相比, 转基因植株在种子萌发期和苗期表现出对盐胁迫更加敏感。盐胁迫信号通路相关marker基因在转基因拟南芥中的表达特性分析表明, GsTIFY11b可以调控RD29B、KIN1、DREB等基因的转录。在洋葱表皮细胞中瞬时表达GsTIFY11b-GFP融合蛋白的结果表明, GsTIFY11b定位于细胞核中。上述结果表明, 该基因在细胞核中起着转录调节子的作用, 可能是通过调控盐胁迫信号通路中关键基因的表达来改变植物对盐胁迫的耐受性。     

野生大豆盐碱胁迫相关GsTIFY11b的克隆与功能分析

以耐盐碱野生大豆(Glycine soja L.G07256)为材料,采用同源克隆方法和RT-PCR技术获得一个TIFY类基因的全长cDNA(命名为GsTIFY11b)。进化树分析表明,与其他物种相比,GsTIFY11b与拟南芥的AtTIFY11a基因相似性最高,达到56%;序列分析表明GsTIFY11b蛋白除具有TIFY保守结构域外,还具有一个N端保守结构域和一个C端保守的Jas结构域;实时荧光定量PCR结果显示该基因受盐和碱胁迫诱导表达;将GsTIFY11b转化拟南芥来验证其耐盐碱功能,获得两个转基因纯合体株系,盐碱胁迫分析结果表明,GsTIFY11b的超量表达没能提高拟南芥对盐碱胁迫的耐性,并且与野生型相比,转基因植株在种子萌发期和苗期表现出对盐胁迫更加敏感。盐胁迫信号通路相关marker基因在转基因拟南芥中的表达特性分析表明,GsTIFY11b可以调控RD29B、KIN1、DREB等基因的转录。在洋葱表皮细胞中瞬时表达GsTIFY11b-GFP融合蛋白的结果表明,GsTIFY11b定位于细胞核中。上述结果表明,该基因在细胞核中起着转录调节子的作用,可能是通过调控盐胁迫信号通路中关键基因的表达来改变植物对盐胁迫的耐受性。     

萝卜低温胁迫转录因子的克隆及遗传转化

采用RT-PCR和电子克隆技术从抗寒植物萝卜(Raphanus sativusL.)中分离了一个低温胁迫转录因子的cDNA全长序列,命名为RsICE1(GenBank登录号为HQ891287).序列分析显示,该基因全长1 375 bp,编码区为1266 bp,编码421个氨基酸.序列比对表明,该蛋白C端含有一个典型的bHLH结构域,与其他植物的ICE1蛋白具有较高的同源性.进化树分析表明,RsICE1编码的蛋白与油菜的ICE1编码蛋白亲缘关系最近,处在同一进化分枝.半定量RT-PCR分析表明,RsICE1是冷诱导条件下差异表达的基因.构建该基因的植物表达载体,利用农杆菌介导法转化粳稻品种龙粳24,经PCR和RT-PCR分子检测,证明RsICE1基因已经整合到水稻基因组中,并正常表达.与对照相比,低温处理后转基因株系存活率和脯氨酸含量明显增加,相对电导率积累速率明显下降,提高了抗低温胁迫能力.     

葡萄风信子谷胱甘肽S转移酶基因克隆与表达分析

以亚美尼亚葡萄风信子为材料,利用本课题组前期获得的葡萄风信子转录组数据库,根据已经获得的葡萄风信子GST基因片段,通过PCR技术克隆得到葡萄风信子GST基因的c DNA序列,命名为Ma GST。Ma GST的c DNA全长为711 bp,开放阅读框为666 bp,编码221个氨基酸,推测蛋白质分子量为54.1 k D,理论等电点p I为5.13。利用生物信息分析软件对Ma GST基因进行同源性比对和系统进化分析表明,结果显示该基因编码的氨基酸具有谷胱甘肽S转移酶典型的C端与N端双结构域,属于GST Tau家族蛋白;与洋葱和小麦GST基因的一致性分别为76.72%和62.50%。实时定量PCR结果显示Ma GST在葡萄风信子各组织器官表达强度相似,属于组成型表达;水杨酸(SA)可以明显诱导Ma GST表达,Ma GST对氯化钠(Na Cl)应答不是很明显,甚至表达量有稍微的下调。     

苎麻抗坏血酸过氧化物酶基因的克隆和表达分析

本研究根据苎麻转录组测序结果中的抗坏血酸过氧化物酶（APX）的基因片段,利用RT-PCR结合RACE方法从苎麻（Boehmeria nivea L.）中克隆到一个APX基因的全长cDNA,命名为BnAPX1。BnAPX1 cDNA全长1 201 bp,开放阅读框(ORF)为870 bp,推测其编码一个含289个氨基酸序列的多肽。生物信息学分析表明,BnAPX1属于植物过氧化物酶超家族成员,与其他物种过氧化物酶体APX相似性较高,C端具1个跨膜区。荧光定量PCR结果表明,BnAPX1在苎麻的根、茎中段、茎尖、茎皮、幼叶各部位均有表达,其中幼叶表达量最高,且该基因BnAPX1受重金属镉诱导上调表达,可能在重金属镉胁迫防御中起重要作用。     

桑树磷脂酶MaPLA1-2D亚型4个基因的克隆与胁迫应答分析

磷脂酶(phospholipase)是一类在植物生长发育和胁迫应答中起重要调控作用的磷脂水解酶,也是一类重要的信号转导酶。而磷脂酶A1(PLA1)在植物应答生物胁迫和非生物胁迫中的功能研究鲜见报道。研究从桑树(Morus alba L.)中克隆了磷脂酶PLA1的1个亚型MaPLA1-2D基因,对其进行了序列分析、组织表达、胁迫诱导表达和蛋白亚细胞定位分析。结果表明,桑树PLA1-2D亚型基因包括4个成员,命名为MaPLA1-2D.1~MaPLA1-2D.4。4个基因在桑树根和叶中高水平表达,蛋白亚细胞定位在叶绿体。序列和进化分析表明MaPLA1-2D基因4个成员与拟南芥AtDAD1基因的保守结构域序列具有较高相似度且进化关系紧密。MaPLA1-2D基因4个成员的启动子含有多种胁迫应答顺式元件和激素响应元件;胁迫诱导表达模式分析表明MaPLA1-2D基因表达受干旱和脱落酸处理显著诱导。以上结果说明,MaPLA1-2D基因与拟南芥DAD同源,可能在桑树非生物胁迫应答中发挥重要功能。     

木薯MeASR基因克隆及表达分析

脱落酸-胁迫-成熟诱导蛋白(Abscisic acid-stress-ripening,ASR)在植物对非生物逆境胁迫的应答过程中发挥着重要作用。利用PCR技术从木薯中克隆了第一个ASR基因Me ASR,序列分析表明该基因开放阅读框(ORF)330 bp,编码109个氨基酸。多序列比对和进化树分析表明该基因所编码的蛋白具有ASR家族蛋白的保守结构域,与番茄ASR家族蛋白Sl ASR4具有较近的亲缘关系。亚细胞定位分析表明Me ASR定位在细胞核,实时荧光定量PCR分析表明该基因的表达显著受渗透胁迫和ABA诱导。结果表明,Me ASR可能作为转录因子参与木薯对干旱逆境胁迫应答及ABA信号调节。     

紫花苜蓿F-box蛋白基因MsFTL的克隆及功能分析

FTL(F-box Triple LRR protein)是F-box蛋白家族的成员,具有F-box保守结构域,在植物抵御逆境胁迫过程中起重要作用。本研究参考低温胁迫下紫花苜蓿转录组数据设计引物,通过RT-PCR克隆获得紫花苜蓿MsFTL基因,该基因的全长1422 bp,编码473个氨基酸。该蛋白含有1个F-box结构域及3个LRR重复。系统进化分析表明,MsFTL与蒺藜苜蓿XP_003626345.1 F-box/FBD/LRR-repeat protein亲缘关系最近。两者蛋白序列比对发现共有11个差异位点。在低温、盐、干旱以及外源ABA处理下,MsFTL基因受到诱导,表达量上调。构建植物过表达载体pCBM-MsFTL,通过农杆菌介导法转化烟草。对经过抗性筛选、PCR和Real-time PCR验证的转基因植株进行低温抗性鉴定。在-4℃低温胁迫下,野生型烟草叶片出现了明显的萎蔫失水现象,而转基因烟草萎蔫程度相对较轻。生理检测结果表明,4℃处理24 h之后,转基因烟草的可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、SOD活性,CAT活性高于野生型,MDA含量低于野生型。本研究表明,MsFTL基因在提高植物对低温胁迫的抗性方面具有重要的作用。     

黄花草木樨MoSOS1基因克隆及表达分析

植物质膜Na+/H+逆向转运蛋白基因SOS1是植物耐盐性必需的基因之一,在抵御盐胁迫过程中发挥十分重要的作用。以黄花草木樨叶片总RNA为模板,通过RT-PCR结合RACE方法克隆得到黄花草木樨MoSOS1基因全长序列,命名为MoSOS1。序列分析表明该基因全长为3 931 bp,开放阅读框(ORF)为2 874 bp,编码957个氨基酸,分子量为112.8 k D,等电点为5.31。TMHAM软件跨膜区的预测分析表明,黄花草木樨MoSOS1蛋白具有8个跨膜结构区域,N端和C端都位于细胞外。氨基酸序列分析表明,MoSOS1蛋白含有1个Na+/H+Exchanger superfamily和一个c NMP(Cyclic nucleotide-monophosphate)结合位点以及1个CAP_ED(Catabolite gene activator protein-effector domain)superfamily结构域。生物信息预测显示,MoSOS1的编码蛋白为不稳定酸性蛋白,不存在信号肽,二级结构多为α-螺旋和无规则卷曲。荧光实时定量RT-PCR分析表明:随着Na Cl浓度的增加,黄花草木樨地上部和根中MoSOS1基因表达水平呈增加趋势,根中表达量大于地上部,表明MoSOS1基因的表达受盐胁迫诱导和调节。     

蓖麻RcACA基因家族鉴定及非生物胁迫下表达模式分析

自抑制Ca^(2+)-ATPase酶(auto-inhibited Ca2+-ATPase,ACA)作为Ca2+-ATPase的亚家族之一,在植物细胞内维持Ca2+浓度平衡发挥着重要的作用。为探究蓖麻(Ricinus communis)RcACA基因家族的功能及基因表达模式,文中采用生物信息学手段鉴定蓖麻RcACA基因家族成员,预测分析了其基础的理化性质、亚细胞位置、蛋白的二级和三级结构、保守域、保守基序、基因结构、染色体位置及共线关系、进化特征、启动子顺式作用元件,并通过蓖麻转录组数据中的表达量(fragments per kilobase of exon model per million mapped fragments,FPKM)分析RcACA基因在非生物胁迫下的表达模式。结果表明,在蓖麻中共鉴定到8个RcACA基因家族成员,均是酸性蛋白且定位在细胞质膜;所有蛋白的二级和三级结构中α-螺旋和不规则卷曲较多;RcACA基因被聚为3类,同一类别中基因的结构与保守基序相似;均有典型的4个结构域RcACA3–RcACA8,还有1个Ca^(2+)-ATPase N端自抑制结构域(N-terminal autoinhibitory domain);RcACA基因多位于染色体长臂,拥有2对共线关系。RcACA基因编码区上游拥有较多的光响应作用元件,激素诱导类作用元件较少。种间聚类显示ACA基因在物种间的进化是保守的。组织表达模式分析显示,RcACA基因拥有明显的组织表达特异性,且多数基因在雄花中表达量最高;非生物胁迫表达分析表明,RcACA2–RcACA8在高盐和干旱胁迫下均上调表达,RcACA1在低温胁迫的0–24 h上调表达,表明RcACA基因积极地响应非生物胁迫。上述结果为探究RcACA基因在蓖麻生长发育和逆境胁迫中的作用提供了理论参考。     

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。     

西伯利亚蓼多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白基因的克隆及盐胁迫下的表达

根据西伯利亚蓼茎抑制消减文库(SSH)中获得的多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(polygalacturonase inhibiting proteins,PGIP) 的EST序列,采用RACE技术在西伯利亚蓼消减库(SSH)成功克隆了PGIP蛋白基因的cDNA序列．该基因开放读码框为1 020 bp,编码339个氨基酸, 具有1段24个残基的保守亮氨酸结构域．序列分析表明,该基因具有N端信号肽,具有PGIPs家族共有的典型保守区域,属PGIPs家族基因,命名为PsPGIP,GenBank登录号为ACD01043．荧光定量PCR分析表明,PsPGIP在西伯利亚蓼叶、茎、地下茎等器官中均有分布．在3% NaHCO₃诱导表达中,该基因在叶中表达明显受盐胁迫的诱导．推测该基因在抵御盐胁迫伤害中起到了重要的作用．     

苎麻小分子G蛋白Racl基因的克隆及表达分析

植物Rac是植物中特有的小分子G蛋白,我们从苎麻转录组中获得一个小分子G蛋白基因eDNA,．5部分序列,设计引物后采用RT-PCR结合RACE技术克隆了该基因的cDNA。序列分析表明,所克隆的RaclcDNA全长为l043bp,包括594bp开放阅读框、214bp的3’端非编码区和235bp的5’端非编码区,能编码一个197氨基酸的推导蛋白。该蛋白包含G蛋白典型的效应因子结合位点、GTP／GDP结合位点和碱性氨基酸区,c末端具有保守的异戊烯基化位,CSIL。采用半定量RT-PCR分析了该基因在5个苎麻品种及不同组织器官中的表达情况,结果表明Racl基因在苎麻根、茎、叶中均有表达,其中在叶中的表达量最高。纤维木质素含量不同的品种中,Racl基因的表达量存在明显差异。木质素含量高的品种具有较高的Racl基因表达,表明该基因可能在苎麻木质素合成过程中发挥作用。     

紫花苜蓿逆境响应转录因子MsNAC3基因克隆及表达分析

该研究利用RT-PCR和RACE技术,克隆了1个紫花苜蓿NAC类转录因子新基因,命名为MsNAC3(GenBank登录号为KC491186)。多重比对发现,MsNAC3蛋白与蒺藜苜蓿MtNAC和鹰嘴豆CarNAC5蛋白的同源性较高,其N端含有典型的NAC保守结构域,C端高度变异;进化树聚类分析表明,MsNAC3与紫花苜蓿MsNAC2和油菜BnNAC3亲缘关系较近,属于NAC蛋白的ATAF亚家族。洋葱亚细胞定位分析表明,MsNAC3定位于细胞核。转录水平表达分析表明,MsNAC3受盐、干旱、ABA和冷害胁迫诱导而显著升高,并且MsNAC3在根中的表达量要明显高于叶中。研究表明,MsNAC3基因可能作为一个正向调控因子在逆境胁迫信号转导过程中发挥重要作用。     

大豆UBC基因家族鉴定及GmUBC46基因的功能初步分析

泛素/26S蛋白酶体途径在植物响应非生物胁迫反应中起着重要的作用。E2(泛素结合酶,UBC)是蛋白质泛素化中重要的泛素结合酶,与E1和E3共同参与蛋白降解途径。本研究通过构建隐马尔可夫模型,鉴定了54个大豆UBC基因,通过进化树分析将该家族成员分为11个亚家族(A-K)。蛋白保守结构域分析表明,GmUBC家族蛋白成员大部分含有保守Motif 1、Motif 2与Motif 3,且均属于泛素结合酶保守结构域。组织定位分析表明大部分GmUBC家族基因成员在大豆根、茎、叶、花等组织中有所表达。转录组数据表明有20个GmUBC基因在干旱、盐或冷胁迫下具有不同的表达模式,启动子顺式作用元件分析发现其胁迫响应过程可能与激素信号转导相关。进一步通过qRT-PCR发现GmUBC46基因能积极响应干旱、盐或冷胁迫诱导上调表达。通过酵母功能验证表明,GmUBC46基因降低了对干旱或盐胁迫的耐受性。综上,本研究初步阐明了大豆UBC基因家族的基本特性及GmUBC46基因的耐逆功能,为后续研究提供了重要依据和参考价值。     

盐穗木HcPEAMT基因的克隆及表达分析

依据盐穗木编码PEAMT的EST序列设计引物,通过快速扩增cDNA末端技术,获得盐穗木磷酸乙醇胺甲基转移酶(phosphoethanolamine N-methyltransferase,PEAMT)全长cDNA,命名为HcPEAMT。序列分析表明HcPEAMT基因开放阅读框为1 482bp,编码494个氨基酸,推测分子量为56.3kD,理论等电点为5.51。保守结构域分析表明,HcPEAMT含有2个独立的S-腺苷甲硫氨酸依赖性甲基转移酶的保守结构域,每个结构域含有4个基序。系统进化树分析确认HcPEAMT与盐生植物盐角草的亲缘关系较近。实时荧光定量PCR分析表明,盐胁迫3h时,盐穗木同化枝和根中HcPEAMT基因的表达迅速上调并达到最大值,分别为对照的4.3倍和6.7倍。脱落酸(ABA)胁迫3h时,同化枝中HcPEAMT的表达量达到最高,而根中HcPEAMT的表达在12h才达到最高,表达量分别为对照的2.6和2.5倍。研究结果表明,HcPEAMT基因表达受盐胁迫的强烈诱导,也受ABA胁迫的诱导。该研究结果有助于阐明HcPEAMT基因表达与植物抗逆性的相关性。     

西伯利亚白刺质膜Na+/H+逆向转运蛋白基因NsSOS1的分离及表达分析

采用同源克隆技术分离了西伯利亚白刺(Nitraria sibirica)质膜Na~+/H~+逆向转运蛋白基因NsSOS1,并对其在不同胁迫条件下的表达特性进行了分析。NsSOS1包含3 516bp开放阅读框(ORF),编码1 171个氨基酸,蛋白分子量为128.34kD。生物信息学分析显示,NsSOS1包含12个跨膜结构域,具有植物SOS1蛋白的保守结构域。系统发育分析表明,NsSOS1与其他植物质膜Na~+/H~+逆向转运蛋白处于同一个次级分化群,与锦葵科海滨锦葵KvSOS1亲缘关系较近。实时荧光定量RT-PCR分析显示,NsSOS1基因在西伯利亚白刺的根和叶中表达量较高;其表达受到非生物胁迫(NaCl、低温、干旱)和外源激素(MeJA和GA)的诱导,表明NsSOS1基因在西伯利亚白刺抵御逆境胁迫过程中发挥重要作用。