柠檬UBE2I同源基因的克隆及表达模式分析

前期从香水柠檬自交不亲和花的转录组数据中筛选到一个上调表达的泛素结合酶UBE2I同源基因片段,为了弄清该基因的特性,开展了本研究。以香水柠檬(自交不亲和)和白花柠檬(自交亲和)为试材,根据从香水柠檬花转录组中获得的UBE2I基因片段设计引物,采用同源克隆方法获得了香水柠檬和白花柠檬这2个品种中UBE2I同源基因的ORF全长和DNA全长,对其序列进行生物信息学分析,再对其表达模式进行探讨。结果显示UBE2I基因在香水柠檬和白花柠檬中的ORF长度均为483 bp,二个品种ORF全长仅有一个核苷酸的差异,编码160个氨基酸,但其氨基酸序列无差异;DNA全长为2 267 bp,拥有有5个外显子和4个内含子,在第2个和第4个内含子序列中存在2个类似于启动子(TATAA)框的结构。UBE2I泛素连接酶蛋白理论等电点为7.64,分子量为17 981.474 44 Da,三级结构中有4个α螺旋、7个β折叠和10个无规卷曲,不是分泌蛋白,没有跨膜结构,肽链呈现疏水性。时空表达分析表明,UBE2I基因在香水柠檬的不同组织中均表达,但在不同组织中的表达存在差异,其中在花粉中的表达量明显高于其它组织,UBE2I在自交(香水柠檬♀×香水柠檬♂)后柱头中的表达量均比(香水柠檬♀×白花柠檬♂)杂交后柱头中的表达量高。本研究为进一步探索发现自交不亲和过程的泛素结合酶UBE2基因奠定基础。     

配子体自交不亲和植物花粉S基因研究进展

配子体自交不亲和植物的自交不亲和性是由雌蕊自交不亲和因子和花粉自交不亲和因子相互作用的结果。目前已经分离和鉴定了雌蕊自交不亲和基因及其表达产物。最近从金鱼草、Prumusdulcis、梅等植物中分离的F-box基因,它具有花粉S基因特点,即在花药、成熟的花粉和花粉管中特异表达;在基因位置上,与S-RNase基因紧密连锁;不同物种或同一物种不同品种F-box基因间核苷酸和氨基酸序列上存在高度多态性。通过分子生物学方法和杂交授粉试验证明所分离的F-box基因是花粉自交不亲和基因,但目前尚未分离出该类基因相应的表达蛋白。主要综述了配子体自交不亲和植物花粉自交不亲和基因的发现、基因的结构、雌蕊自交不亲和因子和花粉自交不亲和因子相互作用的模型。     

‘沙糖橘’S蛋白同源基因CrSPH的克隆与表达分析

柑橘自交不亲和由S位点基因控制,前期SSH文库中筛选出1个自交不亲和相关的S蛋白同源基因(S-protein homologous gene,SPH),但其功能尚不明确。研究以‘无籽沙糖橘’和‘沙糖橘’为材料,利用反转录PCR技术克隆CrSPH基因,通过qPCR技术分析该基因表达特性,并进行原核表达和花粉萌发实验。结果表明,(1)CrSPH的CDS长度为417 bp,编码138个氨基酸,两材料间的CDS区存在3个碱基替换,引起2个氨基酸突变。(2)Southern杂交实验表明,CrSPH基因在两材料基因组中均以单拷贝形式存在。(3)qPCR实验表明,CrSPH基因在‘沙糖橘’花器官不同部位表达差异显著,子房中表达量最大,花瓣、花丝等组织中表达量均较低;在高表达的子房中,‘沙糖橘’表达量是‘无籽沙糖橘’的16倍,表明CrSPH基因在‘沙糖橘’中具有高度的组织表达特异性。(4)CrSPH基因在异交授粉第6,7天表达量最高,与其他时段差异均达到显著水平,第6天表达量是第1天表达量的12.4倍。(5)原核表达实验成功诱导出CrSPH蛋白,离体花粉萌发实验表明,随着异源‘无籽沙糖橘’CrSPH蛋...     

小麦F-box/Kelch类基因TaFKOR23的抗逆相关表达模式及分子互作蛋白鉴定

为了解F-box成员在小麦中响应生物和非生物逆境的表达情况及作用机制,本研究自小麦抗叶锈病近等基因系Tc Lr15中克隆了F-box基因Ta FKOR23,该基因编码一个由421个氨基酸残基组成的蛋白,N端具有F-box结构域,中间带有2个明显的Kelch结构域,属于F-box/Kelch类型基因。系统进化分析表明,Ta FKOR23与粗山羊草(AegilopstauschiiCoss.)和二穗短柄草(Brachypodium distachyon(L.)P. Beauv.)中的F-box/Kelch-repeat protein OR23同源性均较高。利用q RTPCR对接种亲和及非亲和叶锈菌、激素处理、非生物逆境胁迫后Tc Lr15植株中该基因的表达模式进行分析。研究结果表明,Ta FKOR23基因表达受叶锈菌侵染而略升高,但在亲和与非亲和组合间的表达量无明显差异;受脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)和茉莉酸甲酯(Me JA)3种激素处理后,该基因均呈先升高后降低的表达趋势,且表达量于处理后12 h达到最高,Me JA对该基因的诱导表达程度略高于SA和ABA;盐胁迫处理后,除了12 h外,Ta FKOR23整体呈现上升的表达趋势,最高表达峰出现在处理后48 h;Ta FKOR23受聚乙二醇(PEG)处理的影响较小;该基因在旗叶中的表达量远高于其他部位。利用酵母双杂交文库筛选并验证与该基因编码蛋白互作的上游靶蛋白。经文库筛选得到11类可能与Ta FKOR23互作的靶蛋白,进一步回转验证及β-半乳糖苷酶检测结果表明Ta FKOR23与小麦S-期激酶相关蛋白(Ta Skp1)、SEC1家族运输蛋白SLY1(Ta SLY1)和几丁质酶2(Ta Chitinase 2)均存在相互作用。研究结果为深入解析小麦中Kelch类F-box基因的功能及代谢网络奠定了基础,并拓宽了对植物中Kelch类F-box基因的功能认识。     

葡萄F-box基因VvF-box5的基因结构与表达分析

F-box蛋白广泛存在于真核生物中,主要参与细胞周期调控、凋亡及多种激素信号转导等过程;近几年发现,F-box蛋白还介导了植物对逆境胁迫的应答响应,对维持植物正常生长发育至关重要。干旱等非生物逆境胁迫严重影响了葡萄正常生长发育和果实品质,克隆并分析干旱响应基因对改良葡萄的抗性有重要意义。本研究根据葡萄干旱转录组分析结果,发现11个F-box基因在干旱胁迫下表达量明显上调;其中,Vv F-box5基因位于葡萄第19条染色体上,对干旱胁迫的响应明显高于其他F-box成员;Vv F-box5基因含有5个外显子和4个内含子,内含子均含有保守的GT…AG序列;Vv F-box5基因包含1824 bp的开放阅读框,编码607个氨基酸,氨基酸序列的N端含有1个保守的F-box结构域,C端包含1个FBD和2个LRR结构域。启动子元件分析表明,Vv F-box5基因含有多种逆境应答元件,包括GA响应元件GARE-motif、Me JA响应元件CGTCAmotif、干旱胁迫相关元件ERE、HSE和LTR、光应答顺式作用元件ACE、Box4和Sp1以及与细胞周期调节和发育相关的元件等。实时荧光定量PCR结果显示,在干旱、高盐、ABA和Me JA处理下,Vv F-box5基因的表达量明显升高;亚细胞定位结果显示,Vv F-box5蛋白主要定位于洋葱表皮细胞的细胞核中;Vv F-box5的过表达明显提高了转基因拟南芥在干旱处理下的成活率。另外,本研究利用原核表达系统诱导6×His-Vv F-box5融合蛋白的表达,并使用蛋白标记亲和层析柱纯化获得了6×HisVv F-box5融合蛋白,为下一步深入研究Vv F-box5的功能奠定基础。     

葡萄F-box基因VvF-box5基因结构与表达分析

F-box蛋白广泛存在于真核生物中,主要参与细胞周期调控、凋亡及多种激素信号转导等过程;近几年发现,F-box蛋白还介导了植物对逆境胁迫的应答响应,对维持植物正常生长发育至关重要。干旱等非生物逆境胁迫严重影响了葡萄正常生长发育和果实品质,克隆并分析干旱响应基因对改良葡萄的抗性有重要意义。本研究根据葡萄干旱转录组分析结果,发现11个F-box基因在干旱胁迫下表达量明显上调;其中,VvF-box5基因位于葡萄第19条染色体上,对干旱胁迫的响应明显高于其他F-box成员;VvF-box5基因含有5个外显子和4个内含子,内含子均含有保守的GT…AG序列;VvF-box5基因包含1824 bp的开放阅读框,编码607个氨基酸,氨基酸序列的N端含有1个保守的F-box结构域,C端包含1个FBD和2个LRR结构域。启动子元件分析表明,VvF-box5基因含有多种逆境应答元件,包括GA响应元件GARE-motif、MeJA响应元件CGTCA-motif、干旱胁迫相关元件ERE、HSE和LTR、光应答顺式作用元件ACE、Box4和Sp1以及与细胞周期调节和发育相关的原件等。实时荧光定量PCR结果显示,在干旱、高盐、ABA和MeJA处理下,VvF-box5基因的表达量明显升高;亚细胞定位结果显示,VvF-box5蛋白主要定位于圆葱表皮细胞的细胞核中;VvF-box5的过表达明显提高了转基因拟南芥在干旱处理下的成活率。另外,本研究利用原核表达系统诱导6×His-VvF-box5融合蛋白的表达,并使用蛋白标记亲和层析柱纯化获得了6×His-VvF-box5融合蛋白,为下一步深入研究VvF-box5的功能鉴定基础。     

烟草磷转运蛋白基因NtPHT2;1的克隆和表达分析

植物对磷酸盐的吸收与利用主要依靠磷转运蛋白,其中PHT2家族编码的低亲和磷转运蛋白主要负责植物在正常供磷条件下磷酸盐的吸收、转运与再利用。为了探究低亲和磷转运蛋白基因NtPHT2;1在烟草转运磷酸盐中的作用和表达模式,本研究以普通烟草K326的cDNA为模板,克隆得到NtPHT2;1,对该基因进行生物信息学分析和蛋白质的亚细胞定位,并通过荧光定量PCR技术对该基因在低磷等非生物胁迫下的基因表达模式进行分析。结果表明：（1）NtPHT2;1基因的全长为1 764 bp,编码587个氨基酸。（2）亚细胞定位结果表明,NtPHT2;1蛋白定位于叶绿体上。（3）同源性比对发现,NtPHT2;1蛋白与辣椒CaPHT2;1蛋白的同源性最高达到91.00%。（4）启动子分析表明,NtPHT2;1启动子含有参与调控植物衰老、逆境胁迫相关的顺式作用元件。（5）组织表达模式分析表明,NtPHT2;1在叶片中的表达量最高,新叶中的表达量比老叶中的高;在低磷诱导条件下,该基因的表达量与正常条件相比差异不显著。（6）不同非生物胁迫下的表达模式表明,在盐胁迫和干旱胁迫下,该基因的表达量显著降低。研究认为,NtPHT2;1基因主要是负责烟株正常生长发育条件下磷酸盐的转运与利用。     

胭脂花及小报春钙调素类似蛋白基因CML19的克隆与表达分析

CML是一类重要的Ca~(2+)响应蛋白,为了研究CML蛋白对报春花自交不亲和性的影响,该研究从胭脂花和小报春转录组数据中分别筛选出PmCML19和PfCML19基因,并对这2个基因进行全长克隆、生物信息学分析以及基因亚细胞定位和表达模式分析。结果发现:(1)PmCML19和PfCML19基因全长均为435 bp,所编码蛋白的氨基酸相似度达80.56%,均为酸性亲水性蛋白,包含4个EF手性结构;同源分析表明, PmCML19和PfCML19的亲缘关系与中华猕猴桃AcCML19最近,而拟南芥家族中的AtCML40与这2个蛋白的氨基酸序列相似度分别为44%和46%。(2)亚细胞定位结果表明,PmCML19和PfCML19基因在细胞核和细胞膜上均表达。(3)实时荧光定量PCR结果表明,PmCML19和PfCML19基因在花药中的表达量均高于雌蕊;在胭脂花和小报春亲和授粉组合的雌蕊中具有较高的表达量,而在不亲和授粉组合的雌蕊中表达量显著降低。研究推测,胭脂花和小报春CML19基因与报春花的自交不亲和性密切相关,为进一步研究异型自交不亲和遗传机制提供了新思路。     

花粉特异F-box基因及其表达产物可能参与的SCF途径

泛素蛋白体目标性降解蛋白途径是许多细胞学过程的重要调节体系,底物蛋白泛素化涉及3个酶激反应,其中,作为E3连接酶的SCF复合体对底物的识别是通过亚体F-box蛋白C末端的特异性结构实现的.利用染色体步移等方法,最近在一些配子体型自交不亲和植物S-RNase基因近旁相继发现了一类花粉特异性表达的F-box基因,从而预示泛素介导的SCF蛋白降解途径可能参与配子体自交不亲和反应.     

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。     

拟南芥F-box基因At5g22700的功能初步分析

F-box蛋白作为SCF（Skpl,Cullin and anF-boxprotein）复合体的成员,参与调节植物的生长发育过程。At5g22700为功能未知的F-box基因家族成员。本研究通过酵母双杂交分析At5g22700蛋白与ASK（Arabidop-sis-SKP1-1ike）家族蛋白的相互作用,发现At5g22700蛋白的F-box结构域与ASK4蛋白相互作用。实时定量PCR分析该基因在不同组织器官中的表达,发现该基因在根和花中的表达量最高,说明At5g2700可能在根和花的发育中具有重要作用。以At5g22700基因的T—DNA插入突变体和过量表达转基因株系为材料,分析不同光照条件下幼苗的表型,发现蓝光下At5g22700过量表达转基因幼苗的主根比野生型长。这些研究结果表明,At5g22700在植物体内可能形成SCF复合体,并在植物幼苗主根伸长生长中起促进作用。     

F-box蛋白质在植物生长发育中的功能

在真核生物中, 泛素介导的蛋白降解途径参与了许多生物学过程。SCF复合体是一种非常重要的E3泛素连接酶, 在植物中研究的最为深入。F-box蛋白包含一个F-box 基序, 是SCF复合体的一个亚基, 它决定了底物识别的特异性。目前, 从各种植物中已鉴定出大量的F-box蛋白质, 它们参与了植物激素(乙烯, 生长素, GA, JA)的信号传导以及自交不亲和、花器官发育等生物学过程, F-box蛋白还参与了植物的胁迫反应。最新研究结果显示, 一个F-box蛋白TIR1是生长素的受体。因此, F-box蛋白质介导的泛素化蛋白质降解途径可能是植物基因表达调控的重要机制。     

烟草乙烯转录因子ERF基因NtTOE3的克隆、载体构建及表达分析

ERF（Ethylene-responsive factor）是一类具有AP2特征结构域的乙烯应答转录因子,在响应植物的逆境胁迫应答中起关键作用。为明确ERF家族成员TOE3在烟草中的生物学功能和调控机制,同源克隆普通烟草K326中NtTOE3基因cDNA全长,利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）表征基因表达模式,结合生物信息学分析,对基因功能和调控机制进行初步预测。结果表明,该基因全长1 356 bp,编码451个氨基酸残基,预测分子量为49.84 ku。生物信息学分析表明,该蛋白是一个亲水蛋白,可能定位在细胞核,且与美花烟草（Nicotiana sylvestris）NsTOE3有96%的同源性,故命名为NtTOE3。组织表达分析发现,该基因在烟草根、茎、叶、花中均有表达,其中茎中表达量最高。逆境胁迫试验表明,该基因能快速响应低钾、高盐、干旱、H₂O₂、ABA和4℃等逆境处理。表明NtTOE3转录因子在烟草非生物胁迫中起着重要调节作用。     

葡萄VvBAP1基因的克隆及表达特性分析

以抗性葡萄品种‘F-242’组培苗为材料, 利用同源克隆法克隆了葡萄VvBAP1基因。测序结果显示, VvBAP1扩增片段大小为531 bp, 可编码176个氨基酸序列。利用生物信息学分析VvBAP1基因编码的蛋白序列显示, 该蛋白分子量为19.43 kDa, 含有保守的钙离子依赖性的C2结构域; 等电点pI为9.42; 不稳定系数为37.09, 推测为稳定的亲水性蛋白; 含有多个丝氨酸/苏氨酸磷酸化位点。实时荧光定量PCR表明, 该基因在根茎叶中均有表达, 其中在叶片中表达量较高; 盐胁迫、低温等逆境因子及逆境相关的信号物质, 如水杨酸和一氧化氮均可诱导VvBAP1的表达, 其中低温对其表达量影响更为显著, 推测该基因参与了葡萄抵御逆境胁迫的过程, 尤其是与低温相关的过程。     

F-box蛋白在植物生长发育中的功能研究进展

在真核生物中,由泛素介导的蛋白降解途径与植物生长发育密切相关。F-box蛋白家族是一类含有Fbox基序(motif),在泛素介导的蛋白质水解过程中具有底物识别特性的蛋白质家族。目前,从各种植物中已鉴定出大量的F-box蛋白质,这类蛋白质在植物激素的信号转导、光信号转导、自交不亲和以及花器官发育等许多生理过程中都具有重要功能。研究发现F-box蛋白在调控植物生长发育过程中所发挥的功能与其结构及泛素蛋白酶体途径密切相关。     

无籽沙糖桔WUBE1基因的功能验证

为了解泛素活化酶E1基因(UBE1)在无籽沙糖桔自交不亲和反应中的作用,通过根癌农杆菌介导法将来源于自交不亲和无籽沙糖桔(Citrus reticulata ‘Wuzishatangju’) WUBE1基因转化烟草(Nicotiana tabacum)。结果表明,外源基因WUBE1已导入烟草基因组中并得到表达。转WUBE1基因的自交授粉组合花粉管在生长过程中,部分花粉管出现停止生长的现象,到达花柱基部的花粉管数量少于异交授粉和野生型自交组合。转WUBE1基因烟草的花粉生活力、发芽率、自交和异交后每个果荚中的种子数与野生型烟草无显著差异。这表明单一的WUBE1基因不能调控无籽沙糖桔自交不亲和反应,很可能是通过Ub/26S途径参与了无籽沙糖桔自交不亲和反应。     

非生物逆境胁迫下ZmCIPK10基因表达分析

干旱、高盐、低温、高温等非生物逆境严重影响植物的生长发育,研究参与逆境胁迫应答基因具有重要的理论意义和应用价值。从玉米中克隆了一个CIPK蛋白激酶基因,暂时命名为ZmCIPK10。该基因全长2 730 bp,转录长度2 100 bp,编码438个氨基酸。顺式元件分析发现在基因启动子区域存在ABRE、HSE、TC-rich repeats等推测的逆境顺势元件。荧光实时定量PCR结果表明ZmCIPK10在干旱、低温、盐胁迫下表达量上调,在ABA、高温胁迫下表达量下调。研究结果初步证实ZmCIPK10基因响应非生物逆境胁迫,为ZmCIPK10参与植物逆境信号途径及其功能研究提供理论依据。     

水母雪莲通气组织形成的相关基因SmLSD1克隆及表达

该研究以水母雪莲为实验材料,通过RT-PCR结合RACE技术克隆了通气组织形成相关基因SmLSD1(GenBank登录号为OL690334),并对该基因在不同胁迫下的表达量及编码蛋白结构进行测定分析。结果表明：(1)水母雪莲SmLSD1基因全长965 bp,包含537 bp的开放阅读框,编码178个氨基酸。(2)同源序列比对发现,水母雪莲SmLSD1蛋白与菊科植物牛蒡LSD1的氨基酸序列相似性最高,达到98.31%。(3)亚细胞定位显示SmLSD1基因主要在细胞核和细胞膜上表达;原核表达显示,SmLSD1基因编码氨基酸的分子量约为18 kD。(4)荧光定量分析显示,SmLSD1基因在根、茎、叶中均有表达,且在叶片中表达量最高;在低温、低氧及紫外胁迫下,SmLSD1基因的表达量下调。研究推测,SmLSD1基因在水母雪莲通气组织的形成以及对逆境胁迫的响应中发挥着重要作用。     

大豆C2H2型锌指蛋白基因SCTF-1的克隆及功能分析

锌指蛋白是一类具有手指型结构的蛋白质,其中一些锌指蛋白是转录因子,对真核生物的生长发育及非生物逆境胁迫的耐受能力都有着重要作用。文章从大豆(Glycine max(L.)Merr.)中克隆了一个新的C2H2型锌指蛋白基因SCTF-1(GenBank登录号:JQ692081),该基因包含一个699 bp的开放阅读框,编码233个氨基酸,无内含子,有两个典型的C2H2型锌指结构。锌指结构中有植物锌指蛋白特有的保守氨基酸序列QALGGH。经软件预测分析,其等电点pI=8.33,分子量24.9 kDa。农杆菌介导的洋葱表皮细胞GFP瞬时表达实验结果表明,SCTF-1蛋白能够定位到细胞核中。通过RT-PCR检测发现该基因在大豆叶和花中的表达量较高,在茎和根的表达量相对较低。在对大豆幼苗的低温胁迫中,SCTF-1基因的表达量明显增加。将SCTF-1基因转入烟草(Nicotiana tabacum L.)中,发现SCTF-1基因的过量表达能够明显提高转基因烟草的耐冷能力。     

水稻多逆境诱导基因OsMsr4的克隆与表达分析

为深入了解水稻逆境反应的分子机理和发现新的耐逆相关功能基因,采用Affymetrix水稻表达芯片分析超级稻两优培九母本培矮64S(Oryza sativa L.)不同生长发育时期、不同组织器官全基因组在低温、干旱、高温逆境胁迫下的表达水平,筛选出多个多因子诱导高表达特异基因(待另文发表).OsMsr4是其中一个在多种逆境条件,各生长发育时期与组织器官,其表达量均显著上调的基因,用实时定量PCR方法对其表达水平进行了进一步的分析,所得结果与基因芯片结果基本吻合.用 PCR方法扩增获得长为550 bp全长基因序列,其编码的144个氨基酸残基形成Cys2His2型双锌指结构蛋白,并且锌指结构的α-螺旋区含有植物锌指蛋白特定的保守序列QALGGH.因此,OsMsr4有可能是TFⅢA型锌指蛋白,作为转录因子参与各种环境胁迫应答反应,调控多个逆境相关基因表达.