棉花Trihelix转录因子GhGT29基因的克隆及功能分析

Trihelix转录因子在植物抵御各种逆境胁迫中扮演重要作用,克隆棉花Trihelix转录因子基因并分析其表达特性和功能,为最终利用转基因手段改良棉花抗逆性奠定基础。本文依据生物信息学分析,采用RT-PCR方法从陆地棉中克隆了一个Trihelix转录因子基因,命名为GhGT29(GenBank登录号：JQ013097)。该基因最大开放阅读框(ORF)为1092 bp,编码363个氨基酸,预测分子量为40.9 kDa,等电点为5.45。SMART蛋白结构预测发现,该蛋白含有1个Trihelix家族典型的SANT结构域。系统进化树分析表明,GhGT29属于Trihelix转录因子SH4亚家族,与拟南芥AtSH4-like1、AtSH4-like2亲缘关系最近。实时荧光定量PCR结果表明,GhGT29受高盐、干旱、低温胁迫和ABA诱导表达;GhGT29在陆地棉的根、茎、叶、花、开花后当天胚珠以及开花后12 d(12 DPA)纤维中均有表达,其中在花中表达量最高,在茎中表达量最低。利用拟南芥原生质体系统进行分析,结果显示GhGT29主要定位于细胞核中,并且具有转录激活活性。以上结果表明GhGT29基因可能参与棉花逆境信号通路中对抗逆功能基因表达的调控。     

中间锦鸡儿转录因子基因 CiNAC1的克隆及功能分析

NAC转录因子家族是植物特有的、最大的转录因子家族之一,在植物应答非生物胁迫和生长发育过程中有重要的功能。该研究通过PCR技术,克隆得到了中间锦鸡儿 CiNAC1基因1 066 bp的cDNA全长序列。生物信息学分析显示, CiNAC1基因的开放阅读框(ORF)为921 bp,编码306个氨基酸,推导的蛋白分子量为34.57 kD,等电点为8.35,是一种亲水性蛋白,N端具有保守的NAM结构域,具有26个磷酸化位点和7个糖基化位点。实时荧光定量PCR检测显示,中间锦鸡儿 CiNAC1基因表达受干旱、高盐、脱水、高pH诱导;亚细胞定位发现CiNAC1定位到细胞核中,这与它作为转录因子的功能是一致的;转CiNAC1基因拟南芥株系侧根数目显著多于野生型,根长也明显比野生型长。研究认为, CiNAC1基因可能与中间锦鸡儿响应逆境胁迫机制有关。     

棉花GhMYB113基因的克隆与表达分析

该研究利用序列拼接并结合RT-PCR技术,从棉花叶片中克隆了1个MYB基因的cDNA序列,命名为GhMYB113。序列分析表明,该基因开放阅读框为738bp,编码246个氨基酸,含有2个MYB结构域,属R2R3-MYB类型转录因子。该基因的基因组序列长1 927bp,由3个外显子和2个内含子构成。氨基酸序列比对发现该蛋白与其他物种的MYB蛋白有较高的一致性。系统进化分析显示,棉花GhMYB113与现代杂交月季亲缘关系最近。qPCR分析发现,该基因在棉花根中优势表达,在干旱、高盐及低温胁迫后表达量均发生变化,推测GhMYB113可能在植物响应干旱、高盐及低温等非生物胁迫过程中起作用。     

‘云香’水仙NtNAC2基因的克隆及功能分析

该研究选用多花水仙新品种‘云香’为材料,采用RT PCR技术克隆得到NtNAC2,其开放阅读框为936 bp,编码311个氨基酸。生物信息学分析显示,NtNAC2在N端含有NAM保守结构域,与单子叶植物芦笋、番红花和石斛等具有较近的进化关系。实时荧光定量检测显示,花瓣和副冠中NtNAC2基因的表达量随花器官发育逐渐上升,衰败期达到峰值;在ABA、MeJA、SA、H₂O₂、50 ℃、NaCl和PEG胁迫处理下,水仙根和叶中NtNAC2基因的表达量上调,且表现出时空表达特异性。为进一步鉴定其功能,构建植物表达载体转化烟草,获得10株转基因烟草,经半定量RT PCR检测NtNAC2在转基因植株中过表达。高盐和干旱胁迫处理后转基因植株根长为野生型的2~3倍,叶片失水率低于30%,存活率高于60%。研究表明,‘云香’水仙NtNAC2的过量表达提高了转基因烟草的抗旱性和耐盐性,可作为水仙抗逆分子育种的重要候选基因。     

棉花抗枯萎病相关转录因子基因的克隆与表达

以枯萎病菌诱导棉花基因表达谱中获得的差异表达bZIP作为探针,采用电子克隆结合RT-PCR方法从棉花抗枯萎病品种‘中棉所12’中克隆了1个TGA转录因子基因,命名为GhTGA2.2。序列分析表明,该基因的cDNA全长1 356bp,编码451个氨基酸,预测分子量为50.04kD,等电点为5.85,含有保守的bZIP结构域。系统进化树分析表明,GhTGA2.2属于bZIP亚家族的TGA转录因子,与拟南芥AtTGA2、烟草NtTGA2.2亲缘关系最近。qRT-PCR分析表明,经枯萎病菌诱导后,GhTGA2.2基因在抗病品种中呈上调表达,随处理后时间的推移,其相对表达量呈先升高后降低的趋势,并于处理后24h表达量达到最大;水杨酸诱导后1h,GhTGA2.2基因相对表达量迅速增加;茉莉酸和乙烯诱导后GhTGA2.2基因的相对表达量明显降低,呈下调表达。研究推测,GhTGA2.2基因可能通过水杨酸信号传导途径参与对枯萎病菌的防御反应。     

烟草NtSKOR1基因的克隆及功能分析

该研究利用拟南芥AtSKOR蛋白序列,通过NCBI的Blast搜索获得烟草NtSKOR1基因CDS序列。设计全长CDS扩增引物,通过RT PCR方法从栽培烟草中克隆得到NtSKOR1基因,对其进行生物信息学、表达特性等分析,并利用CRISPR/Cas9技术获得NtSKOR1的敲除材料。结果表明：(1)NtSKOR1基因CDS由2 466 bp核苷酸组成,编码821个氨基酸,推测NtSKOR1蛋白等电点为6.36,分子量为94.21 kD。(2)NtSKOR1定位于细胞膜,有6个跨膜区,无信号肽序列;NtSKOR1蛋白含有孔形成区(P)及锚定蛋白区(ANK)等典型SKOR类蛋白功能域。(3)进化树分析表明,烟草NtSKOR1蛋白与番茄和马铃薯的SKOR蛋白遗传距离最近,与禾本科植物的SKOR蛋白遗传距离较远。(4)组织特异性表达分析表明,NtSKOR1基因主要在烟草根中表达,其表达模式与拟南芥一致;钾胁迫处理后,NtSKOR1基因呈先降低后升高再降低的表达模式。(5)CRISPR/Cas9敲除NtSKOR1基因,烟草叶片钾含量显著降低,表明NtSKOR1基因是控制烟叶钾离子的关键基因之一。该研究结果为解析烟草钾离子吸收转运的分子机制提供重要依据。     

山葡萄转录因子基因VaDREB的克隆及其抗逆功能分析

DREB/CBF（dehydration-responsive element binding protein/C-repeat binding factor）转录因子能特异的与DRE/CRT（dehydration-responsive element/C-repeat）顺式作用元件结合,在植物干旱、高盐和低温等非生物胁迫应答中起着重要的调控作用。本研究从山葡萄中克隆得到了一个VaDREB转录因子基因（登录号XM₀02283076.1）,并对其进行了序列分析、亚细胞定位分析以及酵母和拟南芥中的功能鉴定。序列分析表明,VaDREB开放阅读框全长459 bp,编码152个氨基酸,预测蛋白质分子量为17 kDa,等电点为8.67,包含一个AP2/ERF结合域。氨基酸序列比对和系统进化分析结果表明,该基因属于DREB/CBF转录因子A-5亚类。亚细胞定位结果表明VaDREB蛋白定位于细胞核中。重组酵母菌株与表达VaDREB基因的转基因拟南芥株系均表现出明显增强的盐、干旱、低温和高温胁迫耐受性表型,基因表达分析结果表明,转基因拟南芥株系中抗逆相关功能基因的表达量出现了明显上调,这些结果证明VaDREB转录因子在植物抗逆调控过程中起着重要作用。     

白桦BpZFP4基因启动子克隆和逆境响应元件功能分析

前期研究发现白桦锌指蛋白BpZFP4基因响应多种非生物逆境胁迫。为了深入研究其调控机制,本研究利用染色体步移技术克隆了该基因上游1 360 bp的启动子区域,序列分析结果表明该区域含有多个逆境响应顺式作用元件、激素响应元件、光响应以及病原菌和损伤响应元件等。在此基础上,构建了BpZFP4启动子5'-端一系列缺失片段融合GUS报告基因的表达载体。通过对系列缺失突变体在正常条件以及渗透胁迫、盐胁迫和脱落酸（ABA）处理条件下的GUS基因表达分析,鉴定得到BpZFP4启动子对干旱、盐和ABA应答响应的主要调节区域及可能的顺式作用元件。本研究结果为进一步探究BpZFP4基因应答非生物胁迫和信号分子刺激的调控机理提供了重要的理论依据。     

紫色马铃薯花青素StAN1基因的克隆及功能分析

MYB是植物花青素合成代谢途径中最主要的转录因子。该研究以紫色马铃薯B-5为试验材料,通过同源克隆技术,克隆了马铃薯花青素StAN1基因,并对StAN1基因的表达、遗传转化及其转基因烟草的花青素含量进行分析。结果表明:(1)StAN1基因全长774bp,编码了258个氨基酸;系统进化树分析发现,StAN1与辣椒、茄子、芦竹的亲缘关系最近,与矮牵牛、苹果等的亲缘关系最远。(2)荧光定量PCR分析显示,StAN1基因在马铃薯不同组织均有表达,其表达量从小到大依次为:根叶茎匍匐茎薯皮薯肉。(3)成功构建了表达载体pJAM1502-AN1,并经农杆菌(Gv3101)转化获得根、茎、叶片及叶脉均为紫红色的转StAN1基因烟草,PCR鉴定表明目的基因StAN1已成功转入烟草中。(4)花青素含量分析表明,野生型烟草叶片中花青素含量为2mg/g,叶片颜色为绿色,而转StAN1基因烟草叶片花青素含量达20mg/g,叶片颜色变成了紫红色。     

长穗偃麦草EeSKOR启动子的克隆及功能分析

为了研究外整流钾通道蛋白(stelar K⁺ outward rectifier channels,SKOR)基因SKOR在长穗偃麦草中的功能,利用热不对称交错PCR(Tail PCR)技术,克隆了长穗偃麦草EeSKOR启动子,并进行启动子顺式作用元件及基因表达分析。结果表明：(1)成功获得长穗偃麦草EeSKOR基因起始密码子上游798 bp启动子序列,命名为pEeSKOR。 (2)EeSKOR启动子除必须具备的核心启动元件外,还含有特异转录因子结合位点、植物激素响应元件、光响应元件、组织特异的启动元件和胁迫响应元件。(3)成功构建植物表达载体pEeSKOR∷GUS,经农杆菌介导的瞬时转化,EeSKOR启动子驱动GUS报告基因可在拟南芥的叶、叶柄和根中表达。(4)实时定量PCR检测显示,在NaCl、PEG、ABA和SA处理下长穗偃麦草EeSKOR基因在根中呈现不同的表达模式,NaCl处理下EeSKOR的表达量呈先下调后上调趋势;PEG处理下EeSKOR的表达量呈上调趋势,且随着时间的延长显著上调;ABA处理下EeSKOR的表达受到抑制且随处理时间延长呈显著下调趋势;SA处理下EeSKOR表现出先上调后下调趋势,且在处理72 h时表达量显著低于正常表达水平。研究认为,EeSKOR基因的表达受NaCl、PEG、ABA和SA的诱导调节。该研究结果为进一步系统研究长穗偃麦草EeSKOR基因功能提供重要理论依据。     

棉花GhZIP4基因的克隆及表达分析

根据EST拼接的序列设计引物,利用RT-PCR和PCR方法,从陆地棉‘苏棉18’-cDNA和基因组DNA中分别克隆获得了GhZIP4基因片段.结果表明:(1)GhZIP4基因cDNA序列全长1 487 bp,包含1 269 bp ORF,编码422个氨基酸残基,其氨基酸序列具有典型的ZIP蛋白特征,预测具有8个跨膜结构域,第Ⅲ和第Ⅳ跨膜结构域间存在可变区,在可变区有2个富含His的结构域“HRHSHPHG”和“HSHGHGHD”.(2)氨基酸进化树分析显示,GhZIP4同拟南芥ZIP家族AtZIP4的相似性较高.(3)GhZIP4 DNA序列编码区全长1 778 bp,包含4个外显子和3个内含子,所有外显子/内含子交接点都遵从gt/ag剪接规则.(4)半定量分析显示,GhZIP4基因在茎中表达量最高,表明该基因有可能在某些金属离子地上部和根部的动态平衡分布过程中具有重要作用.     

陆地棉PIP亚家族基因的克隆及表达特征分析

该研究以陆地棉苯基香豆满苄基醚还原酶(phenylcoumaran benzylic ether reductase,PCBER)氨基酸序列为探针,利用Blastp从陆地棉基因组数据库中发现了6个同源性较高的基因。根据6个基因序列设计引物,利用RT-PCR技术从陆地棉纤维细胞中克隆出了这6个基因的全长cDNA序列,分别命名为GhPCBER1、GhPCBER2、GhPCBER3、GhIFR、GhPLR1和GhPLR2。多重序列比对和进化树分析发现,6个蛋白均含有PIP类型蛋白的所有保守性基序和活性残基,属于PIP亚家族。实时荧光定量PCR结果显示,除GhPLR1之外其他5个PIP亚家族基因均在纤维细胞中优势或特异表达;在纤维发育过程中,GhPCBER1、GhPCBER2、GhPCBER3和GhIFR的表达均表现为先上升后下降,GhPCBER1和GhPCBER2在花后21d表达量达到最高,GhPCBER3和GhIFR在花后18d达到最高,GhPLR1和GhPLR2在纤维中的表达量呈持续上升趋势。根据基因的表达特征,推测PIP亚家族可能在棉纤维的发育过程中发挥着重要作用。     

棉花HSP70基因的克隆与原核表达

以抗旱性较强的棉花品种‘KK1543’为材料,采用RT-PCR技术克隆了1个棉花HSP70基因,命名为GhHSP70。研究结果表明:GhHSP70基因开放阅读框长1 997bp,编码648个氨基酸,GhHSP70蛋白相对分子量为70.94kD,等电点为4.83。氨基酸序列比对和系统进化树分析发现,GhHSP70与欧洲大叶杨HSP70的亲缘关系最近,氨基酸序列一致性达到96.4%。为进一步分析基因的功能,构建原核表达载体pGEX-4T-1-GhHSP70,并在大肠杆菌中异源表达。SDS-PAGE分析表明所表达蛋白与预期蛋白大小一致,重组蛋白在37℃,0.2mmol/L IPTG诱导2h时表达量最大。研究为进一步研究棉花HSP70基因功能奠定基础。     

陆地棉低磷胁迫应答基因GhERF5的克隆与表达分析

该研究基于前期陆地棉根部低磷胁迫基因表达谱芯片差异表达序列数据分析及基因组数据库,从陆地棉‘新陆早19’中克隆AP2/ERF基因(GhERF5),并对其基因组DNA与cDNA测序分析,借助生物信息学方法分析其基因结构和进化关系;采用半定量RT-PCR技术与荧光定量PCR(qRT-PCR)方法检测该基因于根、茎、叶、花等组织的表达变化以及低磷胁迫不同时间的相对表达。结果表明：(1)成功克隆获得一个AP2/ERF基因,命名为GhERF5;GhERF5基因开放阅读框序列长度963 bp,共编码320个氨基酸;该基因在177～241处存在一个AP2保守结构域,属于AP2家族。(2)多序列比对发现,GhERF5与亚洲棉GaERF5、雷蒙德氏GoraiERF5L相似性达到95%;系统进化树分析显示,陆地棉GhERF5蛋白序列与陆地棉GhERF5L(NP＿001386305)的相似性最高,推测GhERF5基因是位于D亚基因组的基因。(3)半定量RT-PCR和qRT-PCR检测发现,GhERF5基因在陆地棉根、茎、叶和花中均有表达,但主要在叶中表达,其次为根和茎,花中的表达量最低;低磷处理0～72 h...     

Malate synthase from Gossypium hirsutum

Malate synthase was purified 2000-fold from cotyledons of dark-germinated cotton, Gossypium hirsutum. The purified enzyme had a pH optimum of 8.2, and an absolute requirement for a divalent cation. Only glyoxylate and acetyl-CoA served as condensation partners. Results obtained with functional-group directed inhibitors suggest the presence of lysine, tyrosine and histidine residues in the active site. Temperature optimum was 40°, and energy of activation was 3.3 kcal/mol. The MW of cotton malate synthase, determined by rate-zonal density gradient sedimentation, was 750 000. Initial-rate studies indicated Michaelis-Menten kinetics. Inhibition by substrate analogs, plus substrate-interaction kinetics gave results consistent with a sequential bireactant mechanism.     

棉花磷脂酶C基因的克隆及参与油脂代谢的功能分析

以陆地棉胚珠和纤维为实验材料,利用RT-PCR技术克隆得到磷脂酶C(Phospholipase C,PLC)基因(GhPLC,GenBank登录号:KR154219),将棉花磷脂酶C基因转化拟南芥,分析其在油脂代谢过程中的重要作用。测序鉴定显示,GhPLC基因的全长开放读码框为1 524bp,编码包含508个氨基酸的蛋白质,理论分子量约为55kD。序列比对分析显示,GhPLC属于典型的碱性磷酸酶超家族的磷脂酶。利用pET32a-GhPLC原核表达获得分子量约为55kD左右的重组蛋白GhPLC;酶活力分析显示,重组GhPLC蛋白具有较高的将卵磷脂(PC)催化为二酰甘油(DAG)的酶活力。半定量RT-PCR结果表明,GhPLC基因参与棉花种子和纤维发育过程。构建植物过量表达载体35S∷GhPLC并转化哥伦比亚野生型拟南芥,转基因拟南芥中GhPLC基因的表达和PLC酶活力显著提高,且转基因拟南芥种子的油脂含量提高了5.3%。     

陆地棉GhCSN6A基因克隆及低磷胁迫下的表达

该研究基于陆地棉根部低磷胁迫基因表达谱芯片差异表达序列结果及基因组数据库,对表达差异序列ES816317进行克隆,利用生物信息学分析其核苷酸及蛋白序列,并通过qRT-PCR技术检测其组织表达模式和在低磷胁迫下的相对表达特征,为解析棉花GhCSN6A的生物学功能奠定基础,并为棉花磷高效基因工程育种提供基因资源。结果表明：(1)成功获得陆地棉GhCSN6A基因,该基因的开放阅读框全长为948 bp,编码315个氨基酸;GhCSN6A蛋白为COP9信号小体复合亚基6a,属于MOV34蛋白超家族,具有MPN＿CSN6结构域,定位于细胞核。(2)序列比对和进化分析显示,陆地棉GhCSN6A与木槿HsCSN6A、拟南芥AtCSN6A的相似性分别为95.87%和84.54%。(3)qRT-PCR分析表明,GhCSN6A基因在陆地棉的根、茎、叶、花中均有表达,且在叶中表达水平最高,但叶与根中的表达无显著差异;GhCSN6A基因在低磷处理24 h时根中相对表达量最低,但低磷处理72 h时根中的相对表达量最高达到了适磷(对照)处理的2倍。研究推测,陆地棉GhCSN6A基因在棉花响应低磷胁迫过程中具有重要作...     

棉花纤维发育相关基因GhPRP10的克隆及其功能分析

利用电子序列拼接结合RT-PCR技术,从12DPA(开花后天数)棉纤维中克隆到1个编码富含脯氨酸蛋白(PRPs)基因,命名为GhPRP10(登录号KP036633)。GhPRP10基因开放阅读框为684bp,编码228个氨基酸,其中脯氨酸(Pro)含量为34.6%。序列分析发现GhPRP10蛋白具有N端信号肽和富含脯氨酸区域,属于第一类PRPs。实时荧光定量PCR(RT-PCR)结果显示,GhPRP10在棉纤维组织中优势表达,在纤维发育过程中的表达量呈现先升高后降低的趋势,在18DPA纤维中表达量最高。利用Gateway技术构建植物过量表达载体,转入烟草BY-2悬浮细胞,表型观察和细胞长度测量结果显示,转GhPRP10基因细胞比野生型细胞显著增长。根据该基因的组织表达特征和转基因细胞表型分析,推测GhPRP10基因在纤维伸长和次生壁合成过程中发挥作用。     

Diversity in cyclic sesquiterpene production by Gossypium hirsutum

Major sesquiterpene components of oil of Texas Race Stock 810 of Gossypium hirsutum were - and β-selinene. This is the seventh cyclic terpene type found to date in this genus. Both - and β-selinene, along with aromadendrene, were found but only as minor components of extracts of several domestic cultivars of G. hirsutum.