马铃薯StCRKs基因家族的鉴定分析及响应逆境信号的表达

为鉴定马铃薯（Solanum tuberosum）中富含半胱氨酸的类受体激酶（cysteine-rich receptor-like kinase,CRKs）,利用Pfam等工具对马铃薯蛋白质组和基因组序列进行分析,共鉴定到18个新的马铃薯StCRKs家族基因,这些基因分布在1、2、11和12号染色体上,均具有典型保守的CRK结构域。StCRKs基因的启动子区具有响应5种植物激素、昼夜节律、生物胁迫、非生物胁迫及种子特异性的响应元件。利用qRT-PCR方法对马铃薯盆栽苗开花期的根、茎、叶和花中的18个StCRKs基因进行组织特异性表达分析,结果显示不同基因的表达部位不同。分别用水杨酸类似物BTH和4 ℃低温处理马铃薯,有13个StCRKs基因能够响应低温信号,10个StCRKs基因能够被水杨酸类似物BTH诱导。为进一步深入研究StCRKs在生物胁迫及非生物胁迫中的功能提供了线索。     

番茄AT-hook基因家族的鉴定及胁迫条件下的表达分析

AT-hook蛋白家族在植物生长发育、器官构建及逆境胁迫和激素信号应答中发挥重要作用。本研究在番茄基因组范围内,利用生物信息学方法对番茄AT-hook基因家族的成员、分布、结构和功能进行分析。结果表明,番茄AT-hook家族包含32个成员,分为3种类型,其中类型Ⅰ含有13个成员;遗传进化分析表明番茄AT-hook基因成员与拟南芥家族基因具有相似分类。利用实时荧光定量PCR对番茄32个基因开展组织表达分析,结果表明AT-hook基因具有表达差异,主要在根和花中表达较高。氧化胁迫分析结果表明,32个基因受ABA、SA、盐、高温和低温诱导表达,其中部分基因显著上调或下调表达,很可能参与了番茄逆境胁迫条件下的防御应答反应。本研究结果将为番茄AT-hook家族基因的深入研究提供依据,为进一步解析番茄AT-hook基因的功能奠定基础。     

结球甘蓝PRX基因家族全基因组鉴定与逆境条件下的表达分析

Ⅲ类过氧化物酶（class Ⅲ peroxidases, PRX）在植物生长发育和胁迫响应中发挥重要的作用,本研究利用生物信息学方法对结球甘蓝PRX基因家族进行鉴定,预测其结构和功能,并分析PRX基因在逆境条件下的表达模式,旨在明确甘蓝PRX基因家族的进化关系和功能。结果表明,结球甘蓝基因组中共鉴定出125个BoPRX基因家族成员,不均匀的分布在9条染色体上;编码氨基酸173-488 aa,大部分为亲水蛋白;亚细胞定位预测BoPRX基因大部分定位在叶绿体上。系统进化分析将甘蓝PRX蛋白分为5个亚族,每个亚族的成员都含有相似的外显子/内含子结构和蛋白质保守基序;启动子区域分析发现,BoPRX启动子序列中含有多种与激素和逆境等胁迫响应相关的顺式调控元件;基于转录组数据的热图分析显示,BoPRXs表达在叶绿体中最多。荧光定量PCR分析显示,6个BoPRX基因均受NaCl和PEG诱导上调;在ABA处理下,除BoPRX100外其余基因的表达在大部分时间被抑制,这些基因均受到ABA的差异调控,说明这些BoPRX基因都参与了ABA信号通路。综上所述,本研究揭示了PRX的复杂调控依赖于PRX的类型和信...     

番茄低温响应转录因子SlNAC41克隆及表达分析

NAC转录因子在调控植物生长发育、生物及非生物逆境应答中发挥着重要作用。前期,我们通过对番茄幼苗在低温胁迫下的基因表达谱进行分析,发现Unigene SGN-U212711受低温诱导表达强烈。本研究从番茄中克隆了该基因,命名为Sl NAC41,其开放阅读框（ORF）1 173 bp,编码390个氨基酸,蛋白N端具有典型的NAM结构域,属于NAC转录因子家族成员。预测Sl NAC41蛋白分子量为43.5 k Da,等电点为5.2。实时荧光定量PCR分析表明,Sl NAC41在番茄各组织均有表达,在花中的表达量最高,在红熟果中的表达量最低。低温、干旱、高盐、甲基紫精（MV）、脱落酸（ABA）及乙烯利（ETH）处理均能诱导该基因的表达,其中,以低温和干旱诱导表达最为强烈。利用PLACE和Plant CARE对启动子序列进行预测分析发现,Sl NAC41启动子区含有大量响应光、病原菌侵染、激素、低温、脱水及盐胁迫的顺式作用元件。这些结果表明,Sl NAC41可能在番茄生物及非生物胁迫应答中发挥重要调控作用。     

番茄多胺氧化酶(PAO)基因家族鉴定及表达分析

该研究通过生物信息学手段,从番茄基因组中鉴定出11个编码多胺氧化酶(polyamine oxidase,PAO)的家族基因(命名为SlPAO1~11),分为3个亚家族(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ);基因结构分析、蛋白质二级结构预测、亚细胞定位预测结果均显示,SlPAOs基因家族具有明显的亚家族分类特征。序列和进化分析结果显示,亚家族Ⅰ和Ⅱ中的SlPAO1~8属于典型的PAO基因,而亚家族Ⅲ中的SlPAO9~11编码蛋白还含有特异性的SWIRM结构域,SlPAO9~11属于组蛋白赖氨酸特异性脱甲基化酶,而非真正的PAO。选取上述鉴定的8个典型SlPAO基因(SlPAO1-8),采用qRT-PCR技术对SlPAO1-8基因在不同组织中(干燥种子,新鲜的真叶、子叶、茎、根)的相对表达分析显示,SlPAO1-8在不同组织中的表达水平差异显著,推测SlPAOs基因家族的组织表达多样性与功能多样性之间可能具有一定的相关性。     

番茄LeCIPK3的克隆及非生物胁迫诱导的表达分析

CIPK是植物钙感受器蛋白钙调磷酸酶B类似蛋白特定靶向的一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。采用同源基因克隆法,在番茄叶中克隆了一个与AtCIPK3处于同一亚组的基因,命名为LeCIPK3。表达分析表明,LeCIPK3主要在根和花中表达,在叶中的表达受脱落酸、聚乙二醇及低温的诱导,可能在番茄多种胁迫抗性中起重要作用。     

茶树CsPNPO基因的功能鉴定与表达分析

PNP氧化酶是VB_6代谢途径中一个重要的转化酶。该研究以茶树‘龙井43’为材料,采用RT-PCR方法克隆PNP氧化酶基因,以pET22b(+)为载体构建原核表达载体,通过IPTG进行诱导表达并进行功能鉴定;采用荧光定量PCR方法分析茶树不同组织中CsPNPO基因的表达差异以及在低温和干旱胁迫下的表达特征,为进一步解析茶树VB_6的生理生化功能奠定基础。结果表明:(1)茶树CsPNPO编码框长度为1 503 bp,编码501个氨基酸,分子量为48.5 kD,理论等电点5.82,不含信号肽,属于亲水性的非分泌蛋白,定位于叶绿体;氨基酸序列分析结果显示,其有叶绿体转运肽区域、YjeF-N功能域和PNP氧化酶功能域。(2)成功构建pET22b(+)-CsPNPO原核表达载体,并在pH 8.5、37℃时测定重组蛋白有较强的PNP氧化酶活性。(3)荧光定量PCR检测结果显示,CsPNPO基因在茶树叶中的表达量最高,其次是茎,根的表达量最低仅为叶的十分之一,表明CsPNPO基因具有组织表达特异性;在低温和干旱条件下CsPNPO基因的表达量下降明显,推测CsPNPO基因可能参与了茶树对低温和干旱的逆境应答。     

番茄DEAD-box RNA解旋酶基因SlDEAH1的克隆及表达分析

DEAD-box RNA解旋酶是一种特殊的RNA分子伴侣,参与了RNA代谢,包括前体RNA剪接、核糖体合成、RNA降解以及基因表达,并对植物的发育和抗性等也具有重要作用。根据已报道的拟南芥DEAD-box蛋白,通过同源比对,在NCBI据库中筛选得到一个DEAD-box RNA解旋酶同源蛋白,命名为SlDEAH1,并根据其基因序列设计特异引物,应用RT-PCR方法从野生型番茄(Solanum lycopersicum)AC++中克隆得到了该基因的全长编码区序列。利用生物学网站、软件及实时荧光定量PCR方法,对其进行生物信息学、表达模式、胁迫及激素处理分析。结果表明:SlDEAH1包括2 073 bp的开放阅读框,编码690个氨基酸残基,其编码蛋白有9个保守结构基序,其所涉及到的ATP结合、ATP水解及RNA结合等功能对于解旋酶活性是至关重要的;表达模式分析表明SlDEAH1基因可能在野生型番茄萼片、叶片发育及果实成熟方面起到重要作用;高温、低温、脱水、伤害、盐胁迫不同程度的诱导了SlDEAH1的表达,但在根中该基因的表达受盐胁迫抑制;ABA、ACC、IAA、GA3、MeJA和ZT均不同程度诱导了SlDEAH1的表达,其中ABA诱导效应最为明显。这些结果为进一步研究SlDEAH1在番茄发育和胁迫响应中的功能奠定了基础。     

羊草DHN3基因的克隆及其逆境响应的表达分析

该研究从羊草（Leymus chinensis）中克隆得到1个脱水素（Dehydrin,DHN）编码基因LcDHN3。通过序列分析表明,LcDHN3开放阅读框为501 bp,编码167个氨基酸,分子量为17.01 kD,理论等电点为8.05,为亲水性蛋白。LcDHN3蛋白具有脱水素的保守结构域,含有1个Y 片段、1个S 片段和2个K 片段,属于YSK2型脱水素。亚细胞定位预测LcDHN3蛋白定位在细胞质和细胞核。同源比对分析显示,LcDHN3与大麦（Hordeum vulgare）等6种植物的DHNs整体相似性为84.27%。进化分析显示,LcDHN3和大麦的DHN亲缘关系最近。荧光定量PCR结果显示,LcDHN3基因的表达受干旱、冷、热、NaCl、高pH和机械损伤胁迫诱导,同时受植物激素ABA和JA的诱导。研究表明,LcDHN3参与了羊草响应逆境胁迫的信号途径。     

茶树CsPLK基因的鉴定与表达分析

茶树中富含茶氨酸、儿茶素和咖啡碱等重要功能成分,具有较高的价值功效,茶树在生命周期中经常遭受逆境胁迫,维生素B6(VB6)在植物体内参与逆境应答,吡哆醛激酶(pyridoxal kinase,PLK)是VB6补救途径中的关键酶。为进一步了解PLK在茶树生物合成中的功能和作用机理,该研究基于茶树基因组数据库,以龙井43为材料,采用逆转录PCR(RT-PCR)的方法从茶树中克隆出CsPLK的基因。结果表明:该基因序列长为1 179 bp,编码393个氨基酸; CsPLK蛋白和已知物种中PLK蛋白具有较高的同源性,都是核糖激酶超家族成员;通过构建pET-CsPLK载体进行原核表达,并鉴定出重组蛋白有很强的催化活性;组织表达特异性分析表明,叶中的表达量比茎、根的高,在根中最低;荧光定量PCR表示,低温诱导CsPLK上调表达,干旱诱导CsPLK下调表达,发现该基因在茶树中有明显的逆境应答,推测CsPLK在茶树的生长发育、逆境胁迫发挥重要作用。     

HAL1基因转化番茄及耐盐转基因番茄的鉴定

采用PCR方法 ,从啤酒酵母中扩增得到可调节植物细胞离子均衡的HAL1基因 ,克隆后序列分析表明 :其开放读码框全长 879bp ,编码一个 294个氨基酸的多肽 (分子量32kD)。构建含HAL1和NptⅡ嵌合基因的植物表达框架pRH ,三亲杂交后经农杆菌介导的叶圆盘法转化番茄 (中蔬 5号 ) ,在含卡那霉素的培养基上进行转化体的筛选。转基因番茄的PCR、Southern杂交、RT PCR检测以及鲜重、干重和Na⁺ 、K⁺ 含量的测定表明 :HAL1基因确已整合到一些转基因番茄的基因组中 ;且转基因植株的耐盐性提高。     

Antisense-Mediated Depletion of Tomato Chloroplast Omega-3 Fatty Acid Desaturase Enhances Thermal Tolerance

A chloroplast-localized tomato （Lycopersicon esculentum Mill.） ω-3 fatty acid desaturase gene （LeFADT） was isolated and characterized with regard to its sequence, response to various temperatures, and function in antisense transgenic tomato plants. The deduced amino acid sequence had four histidine-rich regions, of which three regions were highly conserved throughout the whole ω-3 fatty acid desaturasegene family. Southern blotting analysis showed that LeFAD7was encoded by a single copy gene and had two homologous genes in the tomato genome. Northern blot showed that LeFAD7 was expressed in all organs and was especially abundant in leaf tissue. Meanwhile, expression of LeFAD7 was induced by chilling stress （4 ℃）, but was inhibited by high temperature （45 ℃）, in leaves. Transgenic tomato plants were produced by integration of the antisense LeFAD7DNA under the control of a CaMV35S promoter into the genome. Antisense transgenic plants with lower 18 ： 3 content could maintain a higher maximal photochemical efficiency （Fv/Fm） and O2 evolution rate than wild-type plants. These results suggested that silence of the LeFAD7 gene alleviated high-temperature stress. There was also a correlation between the low content of 18 ： 3 resulting from silence of the LeFAD7 gene and tolerance to high-temperature stress.     

Identification and Analysis of Resistance‐like Genes in the Tomato Genome

Tomato (Solanum lycopersicum L.) is one of the most important vegetable crops in the world. However, the tomato production is severely affected by many diseases. The use of host resistance is believed to be the most effective approach to control the pathogens. In this study, a total of 1003 resistance‐like genes were identified from the tomato genome using individual full‐length search and conserved domain verification approach. Of the predicted resistance genes, serine/threonine protein kinase was the largest class with 384 genes followed by 212 genes encoding receptor‐like kinase, 107 genes encoding receptor‐like proteins, 68 genes encoding coiled‐coil–nucleotide‐binding site (NBS)–leucine‐rich repeat (LRR) and 19 genes encoding Toll interleukin‐1 receptor domain‐NBS‐LRR. Physical map positions established for all predicted genes using the tomato WGS chromosomes SL2.40 information indicated that most resistance‐like genes clustered on certain chromosomal regions. Comparisons of the sequences from the same resistance‐like genes in S. pimpinellifolium and S. lycopersicum showed that 93.5% genes contained single nucleotide polymorphisms and 19.7% genes contained insertion/deletion. The data obtained here will facilitate isolation and characterization of new resistance genes as well as marker‐assisted selection for disease resistance breeding in tomato.     

茶树醇脱氢酶基因的表达特征及番茄遗传转化分析

根据茶树醇脱氢酶基因(CsiADH1)的cDNA序列设计引物,采用RT-PCR方法从茶树品种‘龙井43’中克隆了CsiADH1序列,分析了CsiADH1在生物和非生物胁迫下的诱导表达情况并转化番茄。结果表明:CsiADH1包含一个1 044bp的最大开放阅读框,编码347个氨基酸。qRT-PCR分析显示,CsiADH1的表达受到茶尺蠖取食、机械损伤、茉莉酸和水杨酸的诱导;将CsiADH1基因ORF区域克隆进pCAMBIA1301载体中,构建了由CaMV35S启动子驱动的CsiADH1基因植物表达载体pCAMBIA-ADH,并以农杆菌介导的方法侵染番茄‘中蔬四号’子叶,经PCR鉴定,获得了8个转CsiADH1基因阳性植株。该结果为进一步揭示CsiADH1基因在植物诱导防御反应中的分子机理研究奠定了基础。     

大麦NF-YC基因鉴定及在盐胁迫下的表达分析

核因子Y (NF-Y)是由NF-YA、NF-YB和NF-YC三个亚基组成的一类真核细胞转录因子,主要参与植物生长发育调控和非生物胁迫信号传递。该研究利用生物信息学方法解析了大麦(Hordeum vulgare) NF-YC基因家族功能。首先,基于大麦基因组数据库鉴定出11个HvNF-YC成员,分布在除第2号染色体以外的其余6条染色体上,内含子0–5个。系统进化分析显示,大麦、拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza sativa) NF-YC基因家族成员可分为5个亚家族。基因复制分析显示, 6个HvNF-YC基因存在片段复制,3个HvNF-YC基因存在串联复制。启动子顺式作用元件分析显示,大多数HvNF-YC基因启动子含有与非生物胁迫及激素响应相关的顺式作用元件。对HvNF-YC家族成员在不同组织不同时期的表达模式分析表明,不同成员的时空表达存在明显差异,其中HvNF-YC9和HvNF-YC11可能在籽粒发育初期发挥重要作用。通过分析耐盐型和盐敏感型大麦品种根和叶中HvNF-YC表达量变化,发现HvNF-YC3、HvNF-YC6和HvNF-YC10主要在盐胁...     

霍乱肠毒素B亚单位在转基因番茄中表达的研究

将霍乱肠毒素B亚单位（CT－B）基因及内质网引导序列（SEKDEL）克隆到质粒pRTL2和pBI121中,分别构建植物双元表达载体pBI-CTB和pBI-CTBK,CT-B基因由Ca35S启动子控制表达。采用叶盘法经根癌农杆菌介导转化番茄（金丰1号,Jinfeng1)各表达载体得到一批转基因植株。经PCR和Southern blot分析表明CT－B基因整合到了番茄基因组中;ELISA和Western blot分析表明pBI-CTB和pBI-CTBK的转基因植株能够有效表达CT－B多肽,分别占番茄叶片可溶性蛋白的0.055%和0.084%。     

杨树重金属相关异戊二烯化植物蛋白(HIPPs)基因的鉴定及表达分析

金属伴侣在植物的生理活动中发挥关键作用,负责结合金属离子并将其转运至靶蛋白以维持细胞的金属离子稳态。目前关于HIPP （heavy metal-associated isoprenylated plant protein）金属伴侣蛋白的特性和功能分析多集中于模式植物拟南芥。本研究在毛果杨（Populus trichocarpa）中鉴定了14个PtHIPPs蛋白,均具有两个保守的金属离子结合基序MXCXXC,氨基末端可以形成βαββαβ二级结构,羧基末端具有保守的异戊二烯化基序;一些PtHIPPs还具有赖氨酸和/或甘氨酸富集区。根据基因结构、蛋白质的保守基序和进化树分析,PtHIPPs蛋白可分为3个亚组。PlantGenIE的组织特异性表达数据及荧光定量PCR鉴定结果显示,毛果杨PtHIPPs基因及小黑杨（Populus simonii×Populus nigra）PnHIPPs基因具有特定的组织表达特异性且存在差异。此外,利用缺铜及过量铜离子处理小黑杨植株不同时间后,不同组织部位中PnHIPPs基因的表达模式发生改变。本研究为鉴定木本模式植物杨树HIPPs蛋白在维持铜离子稳态过程中发挥的作用提供了参考依据。     

木薯及其他植物P5CS基因进化及表达分析

该研究采用生物信息学的方法,从木薯等31个已完成基因组测序的植物中,共鉴定出84个吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)基因,并对其进行系统发育分析。结果表明:(1)P5CS在内含子长度上差别较大,而在氨基酸长度、外显子数目、等电点和分子量上差别不大。(2)由于发生基因重复,在大多数单子叶和双子叶植物中都有2个P5CS,而且在单子叶和双子叶植物中均发现P5CS1基因聚类在一组,而P5CS2基因聚类在另一组,支持P5CS1和P5CS2基因是独立起源,且该重复事件发生在单子叶和双子叶植物分化之前。(3)在某些植物(如蒺藜苜蓿、大豆等)中存在3~7个P5CS基因,表明在单子叶和双子叶植物分化之后P5CS基因又发生了多次重复事件,并将它们归纳为4种进化模式。(4)木薯中有2个P5CS基因,表达分析显示,MeP5CS1和MeP5CS2在叶片、叶柄、茎、须根和储藏根中均可检测到,其中MeP5CS1在叶片中表达较高,而MeP5CS2在茎和储藏根中表达较高。(5)干旱胁迫下,MeP5CS1仅在第一片完全展开叶中被显著诱导,而MeP5CS2在第一片完全展开叶和老叶中均能被显著诱导;低温胁迫下,MeP5CS1和MeP5CS2在不同组织中均能被显著诱导,但具有不同的表达模式。研究表明,木薯的MeP5CS1和MeP5CS2基因在转录水平受到干旱、低温等非生物胁迫的调控。