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。     

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。     

盐胁迫诱导盐穗木Rev1、Rev3基因的表达分析

根据盐穗木盐胁迫下响应的转录组测序结果,参考盐穗木HcRev1、HcRev3基因的ESTs序列设计荧光定量PCR特异性引物,建立检测盐穗木Revs基因相对表达量的荧光定量PCR方法,分析Rev1和Rev3基因在盐穗木不同浓度盐胁迫处理不同时间的转录水平。结果表明,HcRev1、HcRev3基因具有相似的表达模式,在100 mmol·L^-1 NaCl低盐胁迫下表达稳定,在300、500、700 mmol·L^-1 NaCl胁迫下,随胁迫浓度增高、胁迫时间延长,表达量升高。其中HcRev1在700 mmol·L^-1 NaCl胁迫14 d后达到峰值,是对照组的4.63倍。HcRev3基因在300 mmol·L^-1 NaCl胁迫14 d时,表达量迅速升高,是对照组的15.55倍,表达差异极显著。研究结果说明HcRev1、HcRev3基因都受盐胁迫诱导表达,提示HcRev1、HcRev3基因虽然表达量存在差异,但在盐胁迫过程中参与了DNA损伤修复。研究有助于阐明Rev1、Rev3基因在DNA损伤修复和植物耐盐性间的调控功能作用。     

短期盐胁迫下盐穗木的转录组分析

盐穗木（Halostachys caspica）是荒漠盐碱地广泛分布的盐生植物,具有极强的耐盐性。为揭示盐胁迫下盐穗木基因组层面的基因表达变化特性,通过对300和500mmol·L^-1 NaCl胁迫3h的盐穗木同化枝进行了转录组测序。有效序列组装共得到153298条平均长度为643bp的unigenes,进行GO和KEGG功能聚类,分别获得47个GO功能小类和118个KEGG通路。差异表达基因分析显示,短期低盐（300mmol·L^-1）响应基因有4432个,高盐（500mmol·L^-1）响应基因有2580个,两个胁迫的共差异基因有1245个,主要富集在细胞过程、代谢过程和响应刺激等类别中。从短期盐胁迫下盐穗木转录组筛选出渗透调节和活性氧清除的相关基因,大多为上调基因。说明盐穗木能够通过促进渗透调节和增强活性氧清除提高短期的盐胁迫适应能力。     

新疆盐穗木GRAS转录因子基因克隆及表达分析

利用抑制消减杂交法从藜科盐穗木属盐生植物盐穗木中分离得到了一个盐胁迫响应的表达序列标签(EST)片段,结合SMARTTMRACE技术获得了盐穗木GRAS转录因子基因的cDNA。序列分析表明,该基因全长2 090bp,含有1 635bp的阅读框,294bp的5′-UTR和161bp的3′-UTR,编码544个氨基酸,分子质量为61.503kD,理论等电点为6.1。系统进化树和Blast同源序列比对分析结果显示,该基因编码的蛋白具有GRAS家族特有的C端保守结构域,并与葡萄GRAS家族蛋白VvSCL13聚集在一起,故将该基因命名为HcSCL13(GenBank登录号KC68640)。实时荧光定量qRT-PCR分析表明,HcSCL13基因在盐胁迫后表达呈明显上调,初步推测Hc-SCL13基因可能与盐穗木的耐盐性相关。     

盐胁迫下盐穗木差异表达基因的转录组信息分析

盐穗木是一种理想的耐盐模式植物,本文利用生物信息学方法分析盐穗木在盐胁迫下差异表达基因的转录组,为盐穗木耐盐机理及耐盐关键基因的储备提供理论依据。基于盐穗木在盐胁迫（600 mM NaCl）下差异表达的转录组数据,以代谢通路中基因表达数量最多的7条通路和与胁迫刺激响应相关的共8条通路为主要研究内容,筛选出上调和下调表达差异显著的unigene,将其与NCBI数据库中所有物种相关基因进行Blastx比对,筛选出通路中上调和下调差异表达最显著的unigene,同时对差异表达活跃的unigene进行分类汇总。共得到23组差异表达活跃的基因类群,分别是乙烯响应因子、WRKY转录因子、Myb转录因子、bZIP转录因子、葡聚糖酶、6-磷酸脱氢酶、醛脱氢酶、柠檬酸合成酶、蛋白激酶等,推测这些类群的基因在盐穗木耐盐机制中发挥重要作用。     

盐穗木HcDMC1的原核表达和抗血清的制备

DMC1是减数分裂过程中同源染色体配对和重组修复所必需的减数分裂特异蛋白。根据盐胁迫下盐穗木转录组数据库,克隆获得的盐穗木DNA损伤修复基因命名为HcDMC1。为深入分析盐穗木HcDMC1基因的耐盐功能,通过原核表达获得盐穗木HcDMC1的融合蛋白,用于免疫小鼠制备特异性的HcDMC1抗血清。结果表明,利用pET30a-HcDMC1能够在大肠杆菌BL21（DE3）中诱导表达融合蛋白His-HcDMC1,纯化融合蛋白His-HcDMC1的含量为1.0 mg·mL^-1。每次每只小鼠免疫接种50 μg融合蛋白,三次免疫接种后进行抗体效价及特异性检测。ELISA检测抗血清滴度约为1：400 000,Western Blot检测证明了抗血清的特异性。本研究制备的小鼠抗血清能够为盐穗木HcDMC1蛋白的功能鉴定和免疫检测提供实验材料。     

盐穗木甜菜碱醛脱氢酶基因（BADH）的克隆及其在盐胁迫下的表达分析

根据我们实验室已发表的植物甜菜碱醛脱氢酶基因（BADH）的同源保守区设计引物,通过RT—PCR扩增获得了由1503个核苷酸组成的盐穗木BADH基因开放阅读框,推测该基因编码500个氨基酸,分子量约为54．49kDa的多肽。推测的盐穗木BADH氨基酸序列中包含一段甜菜碱醛脱氢酶中高度保守的十肽序列（VTLELGGKSP）以及与酶功能有关的半胱氨酸残基（Cys）。序列比对结果显示,盐穗木BADH与盐地碱蓬、中亚滨藜、盐爪爪以及菠菜等的核苷酸序列同源性在81％以上,与水稻的同源性也达到68％。半定量RT—PCR分析结果表明,盐穗木BADH基因的表达受盐胁迫诱导,推测BADH可能与盐穗木具有较强的耐盐能力有关。     

盐穗木miR166a前体和预测靶基因ATHB8-like的克隆及二者靶向关系的鉴定

以盐生植物盐穗木为实验材料,从前期构建的高盐胁迫下盐穗木根的小RNA文库中候选了差异表达的miR166a,利用生物信息学从盐穗木转录组数据中预测其靶基因;采用5′RLM-RACE技术鉴定盐穗木miR166a对预测靶基因ATHB8-like的靶向性;通过PCR和RACE技术克隆盐穗木miR166a前体和预测靶基因ATHB8-like全长基因序列,并进行相应的生物信息学分析。结果显示:盐穗木miR166a预测的靶基因为ATHB8-like;通过实验鉴定确实存在靶向切割,具体的切割位点位于miR166a成熟体的14~15碱基之间;miR166a成熟体序列在不同植物中高度保守;克隆获得的盐穗木miR166a前体可折叠成完整的颈环结构,符合miRNA的前体特征,候选植物miR166a前体在进化上没有表现出保守性;预测的靶基因ATHB8-like cDNA全长为2 786bp,开放阅读框为2 526bp,编码841个氨基酸,ATHB8-like具有一个HD-ZIPⅢ结构域,在进化上具有保守性。该研究结果为进一步开展盐穗木miR166a和ATHB8-like的生物学功能奠定了基础。     

盐穗木钾转运蛋白基因HcKUP12的克隆及在盐胁迫下的表达分析

利用RACE技术从盐生植物盐穗木(Halostachys caspica)中克隆获得了一个钾离子转运体基因,经BLAST同源比对发现该基因与拟南芥钾离子转运蛋白At KUP12基因最为相似,命名为Hc KUP12。Hc KUP12基因c DNA全长为2953 bp,含有2544 bp的阅读框、262 bp的5'-UTR和147 bp的3'-UTR,编码847个氨基酸,分子质量为93.31 k D,理论等电点为7.19。利用实时荧光定量RT-PCR分析了Hc KUP12基因在600 mmol/L Na Cl处理下胁迫24 h的表达模式,结果显示该基因在盐胁迫下表达量显著增加,至处理24 h时达到最高(为对照的225倍),初步推测其可能是与盐穗木耐盐相关的一个候选基因。     

盐穗木miRNA417的克隆及对种子萌发和幼苗成活率的影响

MicroRNA (miRNA)是植物重要的基因表达调控因子,miR417的表达受盐胁迫的调节,高盐胁迫时,拟南芥miR417的表达能够抑制种子的萌发和幼苗成活。本研究通过分析miRbase数据库中已知植物miRNA417的序列,利用PCR技术成功克隆获得了盐生植物盐穗木的miR417（HcmiR417）的前体序列,将其构建至植物表达载体pCAMBIA1301上,通过花絮浸染法对拟南芥进行遗传转化。结果表明,在150 mmol·L^-1 NaCl的胁迫下,分别过表达HcmiR417和过表达拟南芥miRNA417（AtmiR417）的转基因拟南芥种子的萌发率和幼苗存活率均较野生型低,但两种转基因拟南芥株系之间没有差异。初步验证了盐生植物HcmiR417在种子萌发和幼苗成活率方面也具有负调控作用,盐生植物盐穗木和拟南芥植物miRNA在功能没有显示出差异。     

盐穗木HcmiR172e和预测的靶基因HcTOE3的克隆及盐胁迫下的靶向关系分析

盐穗木(Halostachys caspica)广泛分布于新疆干旱盐碱地区,属于藜科极端耐盐的盐生灌木。从600 mmol?L-1 Na Cl处理48 h的盐穗木根的小RNA文库中筛选到差异极显著的HcmiR172e做为研究对象,利用盐穗木转录组数据预测其靶基因为HcTOE3,开展HcmiR172e-HcTOE3的分子克隆和胁迫表达相关性工作。通过同源克隆和RACE技术获得盐穗木HcmiR172e前体和HcTOE3全长序列;使用生物信息软件分析前体和靶基因信息及相关性;采用q RT-PCR技术检测了不同盐浓度(200、400和600 mmol?L-1 Na Cl)处理48 h的盐穗木HcmiR172e及预测的靶基因HcTOE3的表达变化。结果显示,克隆得到的HcmiR172e前体序列可形成颈环结构,各项指标符合前体要求。其靶基因HcTOE3 c DNA全长为1 744 bp,开放阅读框1 329 bp,在编码区有一个高度匹配HcmiR172e的结合位点(CTGCAGCATCATCAGGATTC);q RT-PCR分析结果表明HcmiR172e与其预测的靶基因HcTOE3均响应盐的处理,二者呈现一定的负相关性。后续将通过实验逐步阐明盐穗木HcmiR172e对HcTOE3在逆境中的靶向调控作用。     

小黑杨HD-Zip转录因子家族生物信息学及应答盐胁迫分析

HD-Zip转录因子基因是植物中特有的一类蛋白家族,在植物生长发育和逆境应答胁迫过程中发挥重要作用。HD-Zip转录因子基因是由高度保守的同源异型结构域（HD）和亮氨酸拉链域（LZ）结构域构成的特殊结构模型。杨树HD-Zip转录因子家族共有63个基因,可被分为HD-ZipⅠ、HD-ZipⅡ、HD-ZipⅢ和HD-ZipⅣ四个亚家族。本文利用RNA-Seq分析了盐胁迫条件下HD-Zip基因家族在小黑杨根、茎、叶等不同组织的基因表达差异,从转录组水平揭示其应答胁迫环境的分子机制,结果表明,盐胁迫下在叶中有25个HD-Zip基因下调表达,21个基因上调表达;茎中有42个基因下调表达,11个基因上调表达;根中有26个基因下调表达,24个基因上调表达。另外,本文根据拟南芥HD-Zip转录因子家族基因的已知功能,预测了杨树HD-Zip转录因子同源基因的功能,并利用生物信息学方法分析了杨树HD-Zip转录因子蛋白序列的保守结构域、氨基酸组成和理化性质等,为进一步研究杨树HD-Zip转录因子基因功能提供参考。     

盐生植物海滨锦葵幼苗盐胁迫下基因差异表达分析

利用cDNA-AFLP技术对海滨锦葵幼苗盐胁迫下叶片和根部的基因差异表达模式进行分析和比较, 并对部分盐胁迫应答的转录衍生片段进行了回收、测序和功能推测, 以从转录水平分析海滨锦葵的耐盐分子机制。结果显示：(1) 盐胁迫下海滨锦葵幼苗叶片和根部的基因差异表达多以量的变化为主, 包括盐胁迫下基因表达上调、下调或随盐处理浓度高低和胁迫时间长短而波动的差异表达模式; 只有少量基因的差异表达表现出质的变化, 如盐胁迫下基因沉默或诱导表达; (2) 仅在盐胁迫处理2 h的海滨锦葵幼苗根部, 基因的差异表达以质的变化为主的类型比例略高于量的变化类型比例; (3) 盐胁迫应答基因在不同组织中上调、下调、诱导或沉默的比例随胁迫处理时段而动态变化, 在刚胁迫时基因表达的差异加剧, 而后随胁迫处理时段的延长而渐趋稳定。结果预示, 从基因表达水平探讨植物的耐盐分子机理, 尽管有一定的规律可循, 但由于不同组织对盐胁迫的应答是动态变化的过程, 海滨锦葵不同组织在盐胁迫不同阶段的基因时、空、序表达特征并没有固定的程式。对部分盐胁迫下上调或诱导表达的转录衍生片段(Trivially distributed file system, TDFs)进行的序列分析和功能推测表明, 苗期海滨锦葵在盐胁迫下应答基因至少涉及3类：(1) 离子平衡重建或减少胁迫损伤相关基因(特别是运转蛋白类); (2) 恢复盐胁迫下植物生长和发育相关基因：如参与能量合成和激素调节途径相关基因等; (3)信号转导相关基因及功能未确定的新基因。文章并对盐胁迫应答基因的差异表达模式与海滨锦葵的耐盐性关系进行了讨论。     

盐胁迫下盐穗木甘油醛-3-磷酸脱氢酶基因的表达与亚细胞定位分析

为研究盐胁迫下植物甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)的作用机制,该研究利用RACE技术,从藜科盐生植物盐穗木中克隆获得1 381bp GAPDH基因(HcGAPDH)全长cDNA序列,其开放阅读框(ORF)编码314氨基酸。序列分析表明,HcGAPDH属于胞质GAPDH家族成员。实时定量PCR结果显示,HcGAPDH的转录水平受盐胁迫和ABA上调。通过荧光共聚焦显微技术,检测到绿色荧光蛋白标记的HcGAPDH在正常情况下定位于细胞质中,盐胁迫可促使其从细胞质转移至细胞核中,此过程与细胞内碳水化合物代谢的信号途径不具有相关性。研究表明,HcGAPDH通过细胞质和细胞核之间的信号传导在植物盐胁迫中发挥一定作用,为进一步揭示盐穗木耐盐分子机制奠定了一定基础。     

盐穗木水通道蛋白基因的克隆与功能鉴定

非生物胁迫(如盐渍和干旱)会引起植物水分代谢的紊乱,导致植物细胞水分丧失,直接抑制植物的生长发育。研究水通道蛋白(aquaporins,AQPs)在非生物胁迫下对植物生理功能的影响十分重要。本研究利用RACE技术克隆获得一个盐穗木(Halostachys caspica)水通道蛋白家族亚类质膜内嵌蛋白(plasma intrinsic protein,PIPs)基因,命名为Hc PIP1。Hc PIP1基因全长序列为1 244 bp,包含858 bp的开放阅读框(open reading frame,ORF)序列,编码285个氨基酸,分子量大小约为30.6 k D。q RT-PCR检测表明Hc PIP1在盐穗木根部的表达量显著高于同化枝中,盐胁迫诱导其上调表达。在酿酒酵母INVSc1中Hc PIP1的异源过表达显著提高了重组菌的耐盐能力;和野生型植株相比过表达Hc PIP1的拟南芥能够显著缓解渗透胁迫和离子胁迫对生长的抑制,并且根长明显比野生型的长。结果表明Hc PIP1在胁迫时能够通过增加根的生长以抵御胁迫的影响。     

盐穗木过氧化氢酶基因的克隆与功能分析

利用同源基因克隆法,从新疆荒漠盐碱地多年生灌木盐穗木(Halostachys caspica)中克隆获得盐穗木过氧化氢酶基因(HcCAT1)。序列分析表明,HcCAT1基因开放阅读框为1 479 bp,编码492个氨基酸,推测编码蛋白质的分子量为56.7 kD,等电点为6.84。基因序列比对发现,HcCAT1与多种植物过氧化氢酶基因具有较高的同源性。半定量RT-PCR结果表明,HcCAT1基因受盐胁迫而上调表达。将构建的重组质粒pET32a-HcCAT1转化大肠杆菌BL21(DE3),以IPTG诱导重组蛋白His-HcCAT1的表达;SDS-PAGE和Western印迹检测显示,重组蛋白的分子量大小为77.7 kD,其大小与推测的大小一致;在低温诱导下以可溶性形式表达,且表现出一定的过氧化氢酶活性。盐胁迫实验结果显示,在添加400 mmol/L NaCl、400 mmol/L KCl以及300 mmol/L甘露醇的LB培养基中,重组质粒转化菌的生长情况和生长速率明显优于对照,表明HcCAT1可明显提高大肠杆菌的耐盐性。该研究结果将有助于从抗氧化角度认识盐生植物盐穗木的耐盐分子机理。     

沙地云杉LBD基因家族鉴定及盐胁迫响应分析北大核心CSCD

沙地云杉(Picea mongolica)是我国稀有珍贵树种,具有耐旱、耐寒、耐沙埋的优良抗性。LBD(lateral organ boundaries domain)是植物侧生器官中重要的转录因子,在植物生长发育和胁迫应答进程中起关键作用,但目前尚未报道有关沙地云杉中LBD基因家族的研究。本研究参考挪威云杉全基因组数据及沙地云杉转录组数据鉴定沙地云杉LBD基因,进行生物信息学分析并利用qRT-PCR检测LBD基因在不同组织(茎尖、主根、侧根、茎和叶)及盐胁迫胁迫条件下的表达水平。结果表明,在沙地云杉转录组中共鉴定出30个LBD基因(PmLBD1-30),蛋白序列长度在119~309 aa之间,分子量为10.5~33.4 kD,等电点介于5.15~9.26之间,Cell-PLoc亚细胞定位显示均位于细胞核中;所有的LBD蛋白结构域、基因结构高度保守,并由相似的基序组成;根据系统发育树可将其分为5个亚家族(Class I a~e),沙地云杉在各类中的成员依次为4,11,5,1,9个;qRT-PCR试验结果显示,PmLBDs在不同组织中均有表达,如PmLBD2/5/18/19在茎中高表达,ClassⅠb中的PmLBD9/20/23基因在侧根中强烈表达;大多数PmLBDs的表达强烈响应盐胁迫,17个PmLBD基因在盐处理后上调表达,而6个PmLBD基因在盐处理后下调表达,且同一亚族基因表达情况呈现相似趋势。     

小麦一个新BBI型蛋白酶抑制剂基因TaUES的克隆及初步分析

根据小麦基因表达芯片结果,以山融3号小麦叶片为试验材料,克隆获得在盐胁迫处理24 h时表达显著提高的基因TaUES(up-regulated expression under saline-stress in wheat,ID:KC408382)。序列分析显示,TaUES编码一个富含半胱氨酸的97个氨基酸的多肽,该多肽含有1个BowB结构域和10个保守的半胱氨酸残基;与小麦或其他物种BBI型蛋白酶抑制剂氨基酸序列具有较高的同源性。推测TaUES是小麦中一种新的BBI型蛋白酶抑制剂基因。基因表达分析表明,TaUES基因参与盐和干旱胁迫应答。异源过表达转基因功能初步分析表明,过表达TaUES转基因烟草后代株系耐盐性提高。     

AtEXD参与植物盐胁迫的作用研究

在植物的生长发育过程中,各种逆境胁迫作为环境因素对植物产生了很多不良反应,其中盐胁迫一直都是对植物的生长发育和作物产量影响最大的非生物胁迫之一。在对拟南芥盐胁迫的研究中,发现了1个盐胁迫应答基因AtEXD(At2g25910),通过对其进行基本特性分析了解到AtEXD是1个具有3’-5’外切酶结构域和KH结构域的蛋白,在进化关系上具有较高的保守性,但目前对其功能知之甚少。酵母双杂交实验筛选到了一些与AtEXD相互作用的转录因子,功能分析结果显示AtEXD很可能参与植物体内的逆境胁迫应答机制。种子萌发率统计实验结果显示,突变体exd-1和exd-2具有盐敏感表型,而AtEXD过表达时,拟南芥的耐盐性明显增强。研究结果表明AtEXD很可能正调控植物的耐盐性。