枸杞Lb14-3-3c基因克隆及转化马铃薯的研究

在开花植物中,14-3-3蛋白对植物生长发育具有重要的调控作用。本试验利用逆转录PCR(RT-PCR)技术,从宁夏枸杞宁杞1号花药中克隆了一个14-3-3蛋白家族基因Lb14-3-3c。利用荧光定量PCR技术分析Lb14-3-3c基因在花药发育不同时期的表达特征,构建Lb14-3-3c基因的植物过表达载体pCambia1305.1-35s-Lb14-3-3c(+)及植物抑制表达载体pCambia1305.1-35s-Lb14-3-3c(-),继而经农杆菌介导法将过表达载体转化马铃薯紫花白幼茎,获得了阳性转基因马铃薯植株。结果表明,Lb14-3-3c基因编码的蛋白与番茄处于进化树同一分枝上,亲缘关系最近。荧光定量PCR分析表明,该基因在枸杞各器官都有表达,在雄蕊中的表达量最高。在花药发育的各个时期均表达,且在小孢子母细胞时期表达量最高。成功将外源基因Lb14-3-3c载入含强启动子CaMV35s的植物表达载体中,并将该基因的植物过表达载体转化马铃薯,通过表型观察与PCR阳性鉴定得到5株转基因植株,发现转基因植株长势优于野生型植株,苗期野生型与转基因型淀粉含量相差不大,结薯期和成熟期转基因型马铃薯的叶片淀粉含量均高于野生型,且差异显著。本研究为进一步探讨Lb14-3-3c基因对枸杞花药发育过程中淀粉供能的调控提供了参考依据,并且为阐明Lb14-3-3c基因在植物发育过程中的功能及枸杞的分子遗传改良提供了研究基础。     

枸杞脂肪酰基还原酶基因的克隆及表达分析

脂肪酰基还原酶基因广泛参与植物的脂类代谢过程,影响植物雄配子体花药发育以及表皮蜡酯合成等。本研究利用RACE方法从宁夏枸杞(宁杞1号)花药中克隆脂肪酰基还原酶LbMS2-2基因,开放阅读框全长1800bp,编码599个氨基酸,等电点为9.00。生物信息学分析表明,LbMS2-2蛋白定位于叶绿体中,该蛋白序列与茄科植物甜辣椒、烟草和马铃薯中的脂肪酰基还原酶表现出较高的序列相似性;实时荧光定量PCR显示,LbMS2-2基因在枸杞花器官中表达,且在枸杞花药发育的四分体时期、单核花粉时期和双核花粉时期表达量较高。原位杂交结果证实该基因只在花药绒毡层和小孢子中表达。亚细胞定位结果进一步验证LbMS2-2基因的叶绿体定位。以上结果表明,枸杞脂肪酰基还原酶基因是枸杞花器官发育过程中的重要基因。     

枸杞WRKY_2基因的克隆及组织表达分析

WRKY是调控果实发育的一类重要转录因子,在植物的生长发育调节、物质代谢调节等生理活动中发挥重要的作用。以宁夏枸杞果实为材料,利用RACE技术克隆枸杞WRKY基因,采用DNAMAN软件分析核酸和氨基酸序列,构建进化树;通过BLASTn和BLASTp进行相似性分析;采用ExPaSy的SOPMA和Phyre 2软件进行蛋白质二级结构预测与3D结构建模;利用qPCR方法检测Lb WRKY_2在果实发育不同时期、不同器官及不同组织的表达特性。结果显示:Lb WRKY_2基因(GenBank登录号为KU955318)开放阅读框1 055 bp,编码335个氨基酸。Lb WRKY_2蛋白二级结构预测发现不规则卷曲(random coil)结构所占比例最大,为43.28%;α螺旋(alpha helix)次之,比例为32.24%;延伸链结构(extended strand) 19.2%;β-转角(beta turn)最少,仅为5.28%。生物信息学分析显示Lb WRKY_2蛋白具有70个氨基酸残基组成的信号肽,与烟草(Nicotiana sylvestris XP 009798860.1)相似度74%、马铃薯(Solanum tuberosum XP 006339686.1)相似度74%、芝麻(Sesamum indicum XP 011093555.1)相似度48%。Real time QPCR结果显示,Lb WRKY_2在枸杞不同的器官中,表达存在差异,在花中的表达量达到最高值,且枸杞果实形成过程的每一阶段Lb WRKY_2都有表达,在果实发育第四阶段表达量最高;Lb WRKY_2在果实的不同组织中的表达量趋势为:果皮种子果肉,以上结果表明枸杞Lb WRKY_2调控枸杞果实生长发育。     

枸杞花药发育基因LbMS2的克隆及表达分析

MS2(Male sterily2)类基因编码脂肪酰基还原酶,参与了花药绒毡层中脂类代谢过程。该研究以宁夏枸杞(‘宁杞1号’)为试验材料,采用RACE方法从枸杞花药cDNA中获得枸杞LbMS2基因。结果显示,LbMS2基因开放阅读框为1 782bp,编码593个氨基酸,等电点为8.98;生物信息学分析显示,LbMS2蛋白定位于叶绿体;LbMS2蛋白序列与茄科植物矮牵牛、茸毛烟草、马铃薯、番茄以及甜辣椒中的MS2蛋白表现出较高的序列相似性;实时荧光定量PCR结果显示,LbMS2基因具有器官表达特异性,只在枸杞花器官中表达,并且在枸杞花药发育的四分体时期以及单核花粉时期表达量最高。研究表明,LbMS2基因是枸杞花器官发育过程中的重要基因。     

枸杞LbSPL6基因的克隆及表达分析

从实验室前期对枸杞(Lycium barbarum L.)花发育过程转录组测序结果推测,枸杞Squamosa启动子结合蛋白(Squamosa promoter binding protein-like, SPL)转录因子可能在枸杞花发育过程中发挥重要功能。该研究以宁夏特色植物资源枸杞为材料,采用RACE方法克隆LbSPL6基因,通过生物信息学及基因表达分析对该基因进行初步研究。结果表明:(1)成功克隆获得LbSPL6基因,其开放阅读框全长1 524 bp,编码507个氨基酸,分子量为55.34 kD;序列分析表明LbSPL6蛋白中包含3个保守基序,且氨基酸序列与茄科植物同源蛋白的氨基酸序列高度相似。(2)qRT-PCR分析证实,LbSPL6基因在枸杞花器官中表达,并且在花药发育的四分体时期及单核花粉时期表达量较高;亚细胞定位实验证明,LbSPL6蛋白定位于细胞核中。该研究结果为进一步研究枸杞LbSPL6转录因子在花发育过程中的功能和作用机制奠定了基础。     

枸杞WRKY_3基因克隆及组织表达分析

以枸杞为材料,采用PCR及RACE方法,克隆了枸杞WRKY转录因子基因cDNA序列,命名为Lb WRKY3,GenBank登录号为KX196192。在生物信息学分析的基础上,进行亚细胞定位、基因表达分析。结果显示:(1)Lb WRKY3开放阅读框ORF长度为1 068bp,编码356个氨基酸。(2)生物信息学分析显示,Lb WRKY3编码蛋白具有一个WRKY结构域,二级结构中不规则卷曲结构所占比例最大(58.67%),延伸链结构次之(18.88%),α螺旋比例为15.82%,β转角最少,仅为6.63%;Lb WRKY3蛋白与案头菊WRKY蛋白、黄花蒿WRKY蛋白相似性较高。(3)亚细胞定位显示,Lb WRKY3蛋白定位于细胞核。(4)实时定量PCR分析表明,Lb WRKY3在根中表达量最高,在花中表达量最低;在枸杞果实发育过程中Lb WRKY3均有表达,表达量随果实成熟逐渐升高,并于35d达到峰值;Lb WRKY3基因在果实中的表达具有组织特异性表达特性(果肉果皮种子)。研究表明,Lb WRKY3基因参与了枸杞果实生长发育调控。     

枸杞胼胝质酶基因克隆及在雄性不育材料中的表达分析

以雄性不育枸杞‘宁杞5号’和正常可育枸杞‘宁杞1号’为材料,提取不同发育时期枸杞花蕾RNA,反转录合成cDNA,利用胼胝质酶的β-1,3-葡聚糖酶属性进行同源克隆和半定量RT-PCR分析.结果表明:(1)所克隆的胼胝质酶基因(LG1)属于植物糖基水解酶第17家族基因,编码344个氨基酸,有5个氨基酸保守区在4种植物的花药β-1,3-葡聚糖酶基因中都存在.(2)LG1在正常可育枸杞花药中高量表达,在雄性不育枸杞花药中表达沉默,但基因序列并没有发生突变.(3)经苯胺蓝染色观察,雄性不育枸杞花药四分体分解受阻与LG1基因表达沉默同步.研究结果提示,LG1基因是受不育基因调控的下游基因,参与了枸杞花粉的败育过程,LG1基因沉默是雄性不育枸杞花粉败育的一个重要原因.     

毛白杨PtSEP3-1基因启动子的克隆分析及其表达载体构建

SEP(SEPALLATA)类基因属于花器官发育ABCDE模型中的E类基因,拟南芥中的研究表明该类基因可能具有控制花器官形态发育以及激活其它类型基因的功能,是一类花发育过程中的关键基因。因此,研究杨树SEP类基因启动子表达特性对于杨树的开花调控研究具有重要意义。本文根据毛白杨SEP3基因和毛果杨基因组序列设计引物,通过PCR获得了PtSEP3-1基因上游2000bp的序列。序列分析结果表明该序列具有启动子的基本元件TATA-box和CAAT-box,还包含大量光响应元件ACE、Box I和Box4等,此外还有脱落酸响应元件ABRE,赤霉素响应元件GARE-motif以及胁迫响应元件HSE、TC-richrepeats等。进一步构建了一个以PtSEP3-1启动子驱动GUS基因的植物表达载体pPtSEP3-1protest,为该启动子的功能鉴定奠定了基础。     

miR319在植物器官发育中的调控作用

microRNAs(miRNAs)是一类内源性的、21~25个碱基长度的小分子非编码RNA,它通过指导剪切或者抑制翻译等方式调节植物基因的表达,参与调控植物生长发育各个方面。大量研究表明,miR319通过靶向TCPs转录因子控制植物叶、花等器官的生长命运,并参与调控部分激素生物合成和信号传导通路,在植物发育过程中发挥重要生物学功能。文章综述了miR319在植物叶形态建成、生长发育以及叶衰老和花器官发育等过程中的重要调控作用。     

microRNA在植物生长发育中的研究进展

microRNA(miRNA)是一类广泛存在于植物体内,长约20-25个核苷酸的内源性非编码小分子RNA,通过定向降解靶基因mRNA和抑制其翻译,从而在转录后水平控制靶向基因的表达来调控多种多样的生物功能,包括植物的生长发育、生殖和对逆境胁迫的响应。已有的研究表明,miRNA及其靶基因不仅在植物的时序转换中是一个关键调控因子,也在茎尖发育、叶形态建成、花器官发育和开花时间等过程中发挥着重要调控作用。重点介绍mi RNA在调控植物生长发育过程以及发育可塑性过程中的研究进展,并对植物miRNA研究中有待进一步阐明的问题进行了探讨和展望,以期为深入解析miRNA在调节植物组织和器官模式中的功能,以及植物形态多样性中的作用和分子调控网络提供参考。     

钙调素依赖型蛋白激酶在植物开花调控中的作用

钙调素依赖型蛋白激酶已被证明在诸多信号传导过程中起重要作用.研究了这一类激酶在植物开花调控中的可能作用.将分离自玉米的钙调素依赖型蛋白激酶(maize calmodulin-dependent protein kinase 1,MCK1),经过基因羧基末端(此羧基末端含有该基因的钙调素结合区)缺失突变成为MCKt,该基因的表达不再受钙调素的调控,通过农杆菌转化法获得转基因烟草植株.结果表明,MCKt的表达显著影响烟草的开花发育程序, 导致植物主枝的花原基败育以及侧枝营养生长期的延长.败育过程首先开始于正在发育的花药,然后是整个花的衰老.侧芽营养生长期的延长表征为产生成簇的伸长、窄小而扭曲的非典型叶片.这些结果显示,钙调素依赖型蛋白激酶同源物在开花调控中起着重要作用.     

玉米CMS-C不育系和保持系mads3基因克隆与表达分析

MADS-box基因参与植物多种发育过程,尤其在花发育过程中发挥着重要的调控作用。该研究以玉米不育系C48-2及保持系N48-2为材料,采用RT-PCR克隆mads3基因。序列分析发现,在不育系C48-2中该基因编码区发生单碱基突变,导致其推定的蛋白质中5个氨基酸序列发生改变。荧光定量PCR显示,相对于保持系,花粉母细胞时期和四分体时期mads 3基因在C48-2下调表达,而单核期和双核期上调表达。这些结果为进一步了解玉米C型细胞质雄性不育的发生机制提供参考。     

植物MYB转录因子在花药发育中的调控作用

MYB转录因子作为最大的转录因子家族之一,参与植物的生长发育、胁迫反应、产物代谢等过程,在植物花的发育特别是花药发育过程中发挥着重要的调控作用。花药的发育在植物繁殖后代中起关键作用,文中就MYB转录因子在花药绒毡层发育、花药开裂、花粉发育、糖类物质和激素途径等方面对花药发育过程中的调控作用进行总结,以期为植物花药发育调控机制及调控网络的深入研究提供可行的参考。     

铁皮石斛14-3-3基因家族鉴定及表达分析

【目的】14-3-3蛋白,亦称通用调节因子（GRF）,由多基因家族编码,在植物生长发育和逆境应答发挥关键的作用。鉴定铁皮石斛（Dendrobium officinale）GRF基因家族,为铁皮石斛GRF基因功能研究及遗传改良提供理论依据。【方法】通过生物信息学的方法鉴定铁皮石斛14-3-3家族成员,分析其理化性质、染色体定位、系统进化发育、基因结构和启动子顺式作用元件等,同时通过荧光定量PCR技术检测它们在不同组织、低温处理及盐胁迫处理后的表达量。【结果】铁皮石斛有17个GRF家族成员,分为ε类和非ε类亚族,不均匀地分布在7条染色体上,且存在7对串联复制基因。同一亚族成员基因结构、保守基序和蛋白质二级结构相类似。DoGRF家族基因的启动子区域存在大量激素和环境胁迫应答相关的调控元件。DoGRF家族基因在铁皮石斛各组织中均有表达,具有组织表达特异性,大多数基因在花器官中表达最高,其次是茎和根。同时,在低温处理、盐胁迫处理下呈现差异化表达,可能受到低温和盐胁迫的调控,特别是DoGRF2在铁皮石斛逆境应答过程中起着关键的作用。【结论】在全基因组水平从铁皮石斛中鉴定出17个DoGRF家族成员,...     

棉花MADS框基因GhMADS3的克隆及其组成型表达对烟草花器官决定的影响

MADS框基因在植物花器官发育中发挥着关键性作用。为研究棉花花器官发育的机理,以徐州142花蕾为材料,利用EST数据库资料,通过EST序列整合,克隆出了一个MADS域蛋白的编码区段,GenBank登录号为AY083173。该片段(GhMADS3)包含一个732 bp的开放阅读框,推导的氨基酸序列(244氨基酸)与可可,黄瓜,烟草,矮牵牛,金鱼草等的AG亚家族基因的序列相似性高。进化树重建分析将GhMADS3基因归入MADS框基因AG亚家族C功能分支的euAG分支。RT-PCR分析显示,该基因在雄蕊和心皮中表达,在根、茎、叶等营养器官,萼片,花瓣,花器官变异体chv1(所有花器官均变为苞叶状器官)的花蕾中不表达。将GhMADS3与35S启动子融合构建成嵌合基因转化烟草,转基因烟草植株花朵出现萼片(轮1)向心皮,花瓣(轮2)向雄蕊的转变,花器官表现明显的白化倾向。同时,在轮1观察到丝状结构的出现,该结构在此前类似的研究中尚无报道。这些结果说明,实验中克隆了一个有生物学功能的棉花的AG亚家族MADS框基因,该基因可能在棉花花器官发育中有重要的功能。     

苜蓿14-3-3基因家族的鉴定与进化和特征分析

蛋白质磷酸化是所有真核生物中都存在的重要信号传导机制,在生命过程的多个基础性环节,包括细胞分裂、分化、凋亡等,都起着中心的调控作用。14-3-3蛋白是在所有真核生物中都存在的,识别和调控磷酸化蛋白质活性,在磷酸化信号传导网络中是一个基础性的中心蛋白。我们筛选鉴定了蒺藜苜蓿全基因组中和天蓝苜蓿叶片转录组中的14-3-3基因,并对这些基因的结构、染色体定位、进化和在蒺藜苜蓿各个器官及不同胁迫处理下的表达情况进行分析,推测各个基因可能的功能。从蒺藜苜蓿的基因组,鉴定出11个14-3-3基因,这些基因在大豆中均存在直系同源基因。其中10个基因有基因芯片的表达证据。从天蓝苜蓿的叶片转录组中,筛选鉴定出6个14-3-3基因。蒺藜苜蓿14-3-3基因在各个组织和器官中特异性的表达,并可响应外界生物和非生物胁迫。本研究为进一步阐明蒺藜苜蓿中14-3-3基因铺平了道路,指明了方向。     

棉花洞A雄性不育系花药发育的mRNA差别显示

应用cDNA-AFLP(Amplified fragment length polymorphism）技术,分析了棉花洞A雄性不育和可育材料在花药发育过程中花粉发育相关基因表达的差异。结果表明：在花药发育的相同时期,不育和可育花粉cDNA-AFLP的谱带在单核期的差异大于减数分裂期。在花粉发育过程中,花粉发育相关基因的表达具有时空特异性。共回收了64条差异cDNA片段,随机选择3个片段标记为探针,RNA斑点杂交分析表明,GHA27具有花器官组织特异性,仅在花器官中表达;GHA28、GHA47则具有花药组织特异性且仅在可育花药中表达。序列相关性比较表明：GHA27与植物ADP-ribosylation factor(ARF）基因有较高的相似性,而GHA28、GHA47与已知序列的相似性很低。     

烟草赤霉素2-氧化酶基因NtGA2ox1的克隆、表达及亚细胞定位分析

赤霉素2-氧化酶(GA2ox)通过2-β-羟基化作用产生失活的赤霉素,进而调节植物体内的赤霉素的活性水平。前期,本研究在烟草侧枝发育突变体转录组数据中,发现一个赤霉素2-氧化酶基因,其表达水平与野生型相比存在显著差异,命名为NtGA2ox1。为了更好地研究该基因在烟草侧枝发育中的作用,本研究从普通烟草中分离克隆了NtGA2ox1基因。通过测序分析该基因的编码及全长序列,发现NtGA2ox1基因含有2个外显子和1个内含子,编码一条长度为379个氨基酸的序列。同源进化分析表明,该基因在多种植物中存在同源序列,特别是茄科植物。组织特异性表达分析发现,NtGA2ox1基因在烟草的各个生长阶段均有表达,其中,在花和根中表达量较高。同时,激光共聚焦显微镜结果表明,YFP-NtGA2ox1融合蛋白在细胞质和细胞核中有很强的荧光信号,表明NtGA2ox1蛋白很可能定位于细胞核和细胞质中。本研究为进一步研究赤霉素调控烟草侧枝发育提供了理论依据。     

拟南芥AtPI基因植物表达载体的构建及其在烟草中的遗传转化

花是被子植物主要的繁殖器官,在繁育后代的过程中,发挥着极其重要的作用,PISTILLATA(PI)基因作为控制花器官发育的B类功能基因中的一员,在花器官发育中起到重要的作用。为探究PI基因在花瓣和雄蕊发育中的功能,本文以拟南芥(Arabidopsis thaliana)中的PI基因作为研究对象,利用PCR技术从拟南芥花序c DNA扩增出At PI基因,构建植物表达载体(p ROKⅡ-At PI)并进行烟草(Nicotiana tobacum)转化。转基因植株的PCR检测结果表明,At PI基因已经整合到了烟草基因组中。在T2代植株中,通过实时定量荧光PCR检测显示,At PI在m RNA水平也均有表达。过量表达PI的转基因烟草在花器官中存在明显表型,与野生型相比主要表现为转基因植株花冠变小,雄蕊缩短,果实畸形且子房基部比野生型长5~10 mm,上述结果表明At PI基因是特异性参与雄蕊和花瓣的发育并起着至关重要的作用。