小麦组氨酸磷酸转运蛋白TaHP4基因的克隆和表达分析

细胞分裂素在植物生长发育和抵御盐、干旱等非生物胁迫过程中发挥着重要作用。为了研究小麦细胞分裂素信号转导途径中组氨酸磷酸转运蛋白基因的功能和在植物逆境响应中的分子机制,以电子克隆结合RT-PCR的方法,从小麦中克隆了组氨酸磷酸转运蛋白基因Ta HP4。该基因的开放阅读框为456 bp,编码的蛋白长度为151个氨基酸,推测的蛋白分子量为17.71 ku,等电点为9.09,属于碱性蛋白,具有一个HPt结构域和一个负责磷酸基团传递的保守的组氨酸位点。多序列比对和系统进化树分析表明,Ta HP4与水稻和玉米中不含保守组氨酸位点的Os PHP1-Os PHP3和Zm HP4亲缘关系较近,相似性为62.3%~88.7%;而与小麦中前期已经克隆的Ta HP1-Ta HP3亲缘关系较远,相似性仅为32.2%~34.2%。Ta HP4基因表达模式具有较强的组织特异性,在叶、穗、茎等地上部表达量较高,而在根中则表达量很低。另外,Ta HP4基因受盐、干旱和ABA抑制表达,初步推测该基因可能在小麦抵御逆境胁迫的生物学过程中具有重要作用。     

小麦TaNF-YB6基因亚细胞定位和非生物胁迫表达分析

本研究以小麦山融3号为材料,克隆出基因Ta NF-YB6,其全长为435 bp,预测该基因编码蛋白分子量为16.06 k D,等电点为8.48。生物信息学分析显示,该基因与其他植物中NF-YB家族成员具有较高同源性,其中与一粒小麦Tm NF-YB5同源性最高,为74.15%。亚细胞定位结果显示,该基因编码蛋白在细胞膜和细胞核中均有分布。利用Real-time PCR对该基因在多种非生物胁迫下进行表达分析,结果表明:该基因不受Na Cl的诱导,但受PEG6000、Me JA、SA和ABA的诱导,并表现出不同的表达模式,可能在小麦抵御多种非生物胁迫过程中发挥作用。下游胁迫响应基因表达量检测显示,该基因可能在ABA依赖和ABA不依赖两条非生物胁迫响应途径中发挥作用,尤其在与RD20相关途径中发挥重要作用。     

青稞脂质转运蛋白基因blt4.9的克隆及其对非生物胁迫的响应

为了解脂质转运蛋白基因在青稞中的功能, 以青稞品种昆仑12为材料, 利用同源克隆得到青稞blt4.9基因序列(GenBank登录号为KU170187), 该基因的cDNA序列全长720 bp, 开放阅读框长348 bp, 编码115个氨基酸残基, 相对分子质量为11.2 kD, 理论等电点9.04, 不稳定系数为28.41, 是一个稳定的蛋白质。blt4.9编码的蛋白绝大多数属于疏水区, 没有较大的亲水区。序列比对显示, 该基因与大麦blt4.9基因编码蛋白的同源性最高(98.3%)。Real-time PCR分析结果显示, blt4.9基因在20%~30% PEG-6000、4℃以及50 mmol L^-1 ABA处理后表达量显著增加, 且在抗逆性强的青稞品种(旱地紫)中的表达量高于在抗逆性弱的品种(大麻)中, 推测该基因与青稞的抗逆性有关。该研究结果为利用青稞脂质转运蛋白基因改良青稞抗逆性奠定了基础。     

小麦TaLTP5参与小麦与条锈菌的非亲和互作反应

为明确非特异性脂质转移蛋白基因Ta LTP5在小麦抗条锈性产生过程中的作用,本研究对该基因进行了染色体定位分析,并利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)技术分析了其转录表达特征。研究结果显示,小麦Ta LTP5基因定位在小麦3B染色体的短臂上,位于3BS8-0.78-1.00染色体区段;Ta LTP5在小麦与条锈菌的非亲和过程前期表达量显著升高,而在亲和过程中没有明显变化;Ta LTP5的表达受到外源水杨酸(SA)、聚乙二醇(PEG)模拟的干旱和外源脱落酸(ABA)的胁迫强烈诱导,而外源茉莉酸甲酯(Me JA)、乙烯(ET)和低温在一定程度上抑制基因的表达。研究结果表明,在小麦-条锈菌非亲和互作中,Ta LTP5可能是小麦对条锈菌的抗性产生信号转导途径的正调控因子,而且参与了小麦的非生物胁迫应答过程。本研究结果对于调控植物抗性和培育抗病品种均有重要意义。     

玉米阳离子/质子逆向转运蛋白ZmNHX7的功能鉴定

植物阳离子/质子逆向转运蛋白可以维持细胞内的离子平衡,在抵御离子毒害过程中发挥重要作用。本研究克隆了一个编码玉米阳离子/质子逆向转运蛋白的基因,命名为ZmNHX7。该基因编码序列(codingsequence,CDS)全长3411 bp,编码一条含1136个氨基酸的多肽链。ZmNHX7基因在玉米各组织部位均有表达,在V7 (第7片叶完全展开)时期的根和茎中表达量较高。在NaCl与LiCl的胁迫条件下,该基因表达量上调。系统进化树分析将ZmNHX7与拟南芥质膜阳离子/质子逆向转运蛋白AtNHX7和AtNHX8归为一类,亚细胞定位结果表明该蛋白定位于细胞膜和核膜上。将ZmNHX7基因转入拟南芥T-DNA插入突变体中,转基因互补株系可以恢复该突变体对Li+的耐受性。这些结果表明, ZmNHX7编码一个玉米质膜阳离子/质子逆向转运蛋白,在缓解Li+对植物的毒害和维持细胞内的离子平衡等方面发挥重要作用。     

三类植物脂类转运蛋白家族研究进展

脂类是生物体内的最重要物质之一。脂质运输是脂质代谢过程中重要环节。植物中参与脂质运输的蛋白质家族主要有三类：脂质转移蛋白(lipid transfer proteins, LTPs)、三磷酸腺苷结合盒转运蛋白(ATP- binding cassette transporter, ABC transporter) 和酰基辅酶A 结合蛋白(acyl- coenzyme A- binding proteins, ACBPs)。由于具有不同的亚细胞定位,这些脂类转运蛋白在脂类代谢过程中发挥着不同的作用。近期研究显示,除了保守的脂质转运功能,这三类脂类转运蛋白还不同程度地参与生长发育和胁迫响应。为进一步深入了解脂质运输在植物生长发育和胁迫响应过程中的作用机制,总结了以上三类脂类转运蛋白家族的结构、分类和不同植物中的亚细胞定位,并着重对脂质运输在生长发育和胁迫响应中的功能进行了整理。尽管大量证据显示这三类脂类转运蛋白在生长发育和胁迫响应中发挥作用,但是,只有少数研究说明脂质运输在其中发挥重要作用,而这些研究多集中在对ACBPs家族的研究中。     

水通道蛋白在植物抗逆中的功能及其调控机制

水分对植物的生长和发育至关重要。水通道蛋白(aquaporin,AQP)是一种定位于细胞膜上的蛋白,能够在细胞膜上组成孔道,控制水分子在细胞的进出,从而调控植物体内的水分平衡。目前的研究表明植物水通道蛋白共有七种类型,其中最重要的是内嵌蛋白PIP。植物的水通道蛋白不仅种类多而且亚细胞定位呈现多样化。水通道蛋白的同源蛋白高度保守,常以四聚体的形式存在,具有水分子和其它小分子的转运活性,参与植物的各种生理生化过程,维持着植物根部和叶片中的水力传导率。在逆境条件下,植物的水通道蛋白可以通过响应外界逆境胁迫的信号影响基因的表达,利用信号转导通路改变通道分子的开关、活性、转运和富集,从而增强植物的抗逆性。根据植物水通道蛋白的种类、结构、转录后调控以及在抗逆中发挥的作用,本研究综述了植物水通道蛋白的进化适应的结构特点并阐述了水通道蛋白维持水分平衡作用的分子机制。     

甘蔗磷脂酰肌醇转运蛋白基因ScSEC14响应干旱和盐胁迫

Sec14-like磷脂酰肌醇转运蛋白(Sec14-like phosphatidylinositol transfer proteins, PITPs), 广泛存在于真核生物细胞中, 参与肌醇磷酸代谢、膜运输、极性生长、信号转导、逆境胁迫等多种重要的生命过程。甘蔗中响应干旱和盐胁迫的Sec14-like基因尚未见报道。本研究从甘蔗受黑穗病胁迫的转录组数据库中获得一条SEC14基因序列, 并利用RT-PCR技术克隆得到甘蔗SEC14基因cDNA全长序列, 命名为ScSEC14 (GenBank登录号为MG571103)。生物信息学分析显示, ScSEC14基因全长1617 bp, 包含一个1008 bp的完整开放阅读框, 编码335个氨基酸; ScSEC14为不稳定的亲水性蛋白, 不存在信号肽; 蛋白二级结构元件多为α-螺旋, 具有典型的SEC14结构域和CRAL_TRIO_N结构域。此外, 系统进化树分析揭示, 该蛋白属于Sec14-like蛋白家族的SSH (soybean Sec14 homolog group)亚家族。亚细胞定位结果表明, ScSEC14蛋白主要定位于细胞膜。实时荧光定量PCR分析发现, ScSEC14基因在甘蔗中组成型表达, 在蔗皮中的表达量最低, 蔗叶中的表达量最高, 约为蔗皮的4.9倍; 该基因在PEG、NaCl、CaCl₂和水杨酸(SA)胁迫下的表达量均上调。因此, 甘蔗ScSEC14基因可能参与Ca ²⁺和SA介导的抗逆信号通路, 积极响应逆境胁迫, 尤其调节了干旱和高盐环境下的抗逆性。     

玉米葡萄糖转运蛋白基因ZmGLUT-1表达特征分析及互作预测

葡萄糖转运蛋白（GLUT1）通过维持细胞膜两侧的葡萄糖浓度来维护细胞的稳定,在植物抗逆境方面起重要作用。从郑36自选系中克隆了1个GLUT1基因,暂时命名为ZmGLUT-1,该基因含有1 263bp的开放阅读框,编码420个氨基酸;对启动子顺式元件分析,发现该基因含有响应逆境胁迫、激素信号传导、光刺激应答等多种结合位点;蛋白序列分析表明,该蛋白属于疏水性蛋白,含有12个跨膜结构域,主要以α螺旋结构存在,亚细胞定位于质膜上;qRT-PCR结果表明该基因属于组成型表达基因,且在叶尖和胚中高表达,同时发现该基因受脱落酸（ABA）和PEG胁迫下调表达,而复水后表达虽有上升但无法达到正常水平;互作蛋白分析发现,或许ZmGLUT-1与互作蛋白构成调控网络,通过催化和跨膜转运糖类、脂质、激素等物质,来参与细胞代谢物的合成与降解,维护细胞的稳定性,以此来维护植物的生长发育。以上研究表明ZmGLUT-1基因与干旱胁迫和ABA诱导相关。     

普通小麦MYB转录因子Tamyb59的克隆及表达分析

为进一步挖掘小麦逆境胁迫响应基因在植物非生物逆境胁迫应答中的作用,探究小麦逆境胁迫响应机制,从前期转录组结果中筛选出1个编码MYB蛋白的基因,暂命名为Tamyb59,通过PCR技术扩增Tamyb59的全长;利用NCBI和DNAMAN软件进行基因序列比对和保守结构域的分析;利用Expasy和TMHMM等在线软件进行氨基酸组成、亲水系数分析;采用MEGA 6. 0软件构建系统进化树;构建pMDC83-GFP融合表达载体,进行基因表达的亚细胞定位分析。采用qRT-PCR分析了基因在不同非生物胁迫处理过程中不同组织的表达特性,并利用SAS数据处理软件进行差异显著性分析。结果表明:该基因含有典型的SANT保守结构域,CDS序列全长为522 bp,编码173个氨基酸,编码蛋白分子质量为19. 7 ku,理论等电点为7. 61。基因系统进化分析结果表明,Tamyb59与山羊草、粳稻、玉米等9种植物MYB转录因子有52. 0%～85. 6%的同源性,其中与谷子的MYB蛋白同源性最高。亚细胞定位结果显示,Tamyb59基因编码蛋白定位在细胞核。利用qRT-PCR分析了基因在不同非生物胁迫处理过程中不同组织的表达特性,组织表达特异性分析显示,Tamyb59基因在小麦根中的表达量较高,茎、叶和幼穗中表达量较低; PEG和盐胁迫处理过程中,Tamyb59基因的表达均呈现先上升后下降的趋势,说明Tamyb59基因对不同非生物胁迫有不同的响应。     

小麦脂质转运蛋白cDNA结构及相应肽链构造特征的分析

根据测序获得的1条261 bp cDNA片段,通过电子延伸、设计引物,从小麦Mardler/7*百农3217(Pm2)的cDNA中扩增获得1条651 bp的cDNA片段,通过同源比对发现其包含小麦LTP1 完整的编码序列.该片段包含基因的5'非翻译区42 bp,3'非翻译区261 bp,开放阅读框348 bp,编码115个氨基酸.预计蛋白的分子量为11.2 kD,等电点为9.46.此基因有8个位置保守的半胱氨酸(C)残基及25个氨基酸的信号肽,为典型的植物脂质转运蛋白基因.其基因序列数据库(GenBank)登录号为AY796184(基因)和AAV65513(蛋白).通过疏/亲水性分析,发现肽链分子具有较大范围的疏水面.     

小麦盐胁迫相关基因TaMYB32的克隆与分析

在对小麦全长cDNA克隆进行大规模测序及转录因子功能研究中,筛选到一个盐胁迫相关的MYB转录因子基因,将其命名为TaMYB32。TaMYB32的全长cDNA序列为1250 bp,开放阅读框为732 bp,编码一个具有244个氨基酸的R2R3-MYB转录因子。根据该基因的cDNA序列设计引物,分别在小麦二倍体祖先种乌拉尔图小麦UR206、拟斯卑尔脱山羊草Y2006和粗山羊草Y2282以及六倍体普通小麦中国春和茶淀红中克隆了TaMYB32的基因组和cDNA序列。序列分析表明TaMYB32在小麦二倍体祖先种中存在2种序列,在六倍体小麦中存在4种序列,其中1种序列在进化上非常保守,在二倍体和六倍体中完全相同。对TaMYB32的基因组和cDNA序列比较分析表明它是一个没有内含子的基因。电子定位发现TaMYB32在小麦第六同源群上,每个基因组中有2个拷贝,这与测序结果相吻合。同源序列分析发现,TaMYB32与来自水稻和玉米中的MYB蛋白的相似性分别为72.4 %和73.7%。组织表达特性分析表明该基因在小麦根、茎、叶、雌蕊和花药中均有较强的表达。半定量与实时定量RT-PCR结果表明TaMYB32是一个受盐胁迫诱导表达的基因。     

谷子3-磷酸甘油醛脱氢酶基因的克隆与结构分析

3-磷酸甘油醛脱氢酶基因(GAPDH)在谷子盐旱胁迫早期高频率表达,为研究该基因在胁迫反应及其他代谢中的详细功能,本研究利用RACE技术克隆了谷子的GAPDH基因.该基因cDNA全长1328 bp,包括1008bp的开放阅读框,共编码338个氨基酸,肽段的分子量为35911.03Da,极性氨基酸占29.12%.序列比较分析发现,谷子的GAPDH同玉米的同源序列表现了最高的相似性,同水稻和小麦同源序列的相似性次之,同双子叶植物的同源序列则相差较远.     

红麻海藻糖生物合成关键酶基因HcTPPJ的克隆及响应逆境的表达分析

Trehalose biosynthesis key enzyme gene TPP plays an important role in plant response to various abiotic stresses. In this study, in order to clarify the role of TPP gene in response to abiotic stress in kenaf, a specific primer was designed according to the sequence of CL541.contig2unigene, and the full-length cDNA sequence of TPP gene was obtained by PCR. Bioinformatics analysis showed that TPP had an open reading frame (ORF) length of 1128 bp, and encoded a protein containing 375 amino acids. The results of amino acid sequence consistency indicated that the agreement between the amino acid sequence of protein and that of TPPJ from other species was 71.18%, so the gene named as HcTPPJ. HcTPPJ was expressed in roots, stems and leaves. Under salt or drought stress, HcTPPJ was up-regulated significantly with the extension of stress treatment, indicating that the gene was involved in the response process of salt or drought stress in kenaf. Under the same conditions, HcNCED3 and HcAOC was significantly up-regulated, while the change of HcTPPJ expression was not obvious under ABA stress; HcTPPJ was significantly down-regulated, under the stress of MeJA for six hours. Therefore it was speculated that the HcTPPJ gene expression may be not regulated by the signal molecule of ABA, but negatively regulated by methyl jasmonate signal molecule. This study will lay a solid foundation for further elucidating the role of the gene in response to salt and drought stress in kenaf.     

小麦CpFBA基因的多样性及其对低温处理的响应

叶绿体果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(chloroplast fructose-1,6-biphosphate aldolase,CpFBA)是Calvin循环碳固定过程中的一个关键酶。该酶在光合作用中具有重要的功能,在一些非生物胁迫响应中也起重要的调控作用。本文用RT-PCR、RACE方法从小麦返白系中克隆到三个小麦CpFBA(TaCpFBA)的cDNA序列,预测其中两个编码388AA、另一个编码309AA;在对照矮变1号中克隆到两个TaCpFBA的cDNA序列,预测分别编码388AA和373AA。两个材料中得到的388AA序列完全一致,预测1-37位氨基酸残基是叶绿体定位导肽序列。根据cDNA全长序列设计引物,从返白系和矮变1号中分别扩增得到TaCpFBA的基因组DNA序列,两个序列均包含六个外显子。构建TaCpFBA-eGFP融合表达载体并转化拟南芥原生质体,对基因表达产物进行了亚细胞定位,证明TaCpFBA基因表达产物定位于叶绿体中。用Real TimePCR对小麦CpFBA在低温条件下的表达模式进行了初步研究,结果表明,低温条件下矮变1号中CpFBA的表达先升高后降低,而在低温敏感的小麦返白系中,CpFBA的表达先降低后逐渐升高,揭示了小麦CpFBA在不同的低温响应机制中的表达差异。     

本生烟脂质转移蛋白基因克隆及VIGS沉默载体和过量表达载体构建

非特异性脂质转移蛋白(non-specific lipid transfer proteins,nsLTPs)是植物中大量存在的小分子脂类结合蛋白,具有多种生物学功能。为研究nsLTPs在调控植物应答生物与非生物胁迫的反应中起的作用,本研究以本生烟(Nicotiana benthamiana)为材料,成功克隆非特异脂质转移蛋白NbLTP1全长基因,其开放阅读框序列为360 bp,编码119个氨基酸,分子重量为12.44 kD,为疏水性蛋白,等电点为7.45。对NbLTP1蛋白质三级结构进行了预测和分析,并进一步构建了烟草脆裂病毒(Tobacco rattle virus,TRV)介导的病毒诱导的基因沉默载体TRV:NbLTP1。荧光定量PCR结果表明通过VIGS可以显著抑制NbLTP1基因的表达。此外还通过In-Fusion克隆技术快速成功构建了pCAMBIA1305-NbLTP1-3*HA过量表达载体。本研究为下一步遗传转化、后续研究NbLTP1调控植物防御生物与非生物胁迫的分子机理、培育新种质提供理论依据。     

甜樱桃(Prunus avium)PaGAST基因的电子克隆及生物信息学分析

为获得甜樱桃PaGAST 基因的cDNA 序列,并预测该基因编码蛋白的结构与功能,以草莓FaGAST1 基因序列为探针,通过基于NCBI数据库中表达序列标签的电子克隆技术对甜樱桃PaGAST 基 因进行克隆。利用生物信息学方法对其编码蛋白的理化性质、疏水性和亲水性、信号肽序列、跨膜结构域、亚细胞定位及功能等方面进行分析。结果表明：甜樱桃PaGAST 基因长度为750 bp,开放阅读框长度为324 bp,编码107 个氨基酸,N末端存在信号肽序列,C末端含有保守的GASA结构域。由于PaGAST蛋白中含有的疏水性氨基酸残基较多,该蛋白具有跨膜螺旋区,是一种跨膜蛋白,且有10 个预测的蛋白激酶磷酸化位点。亚细胞定位分析表明,PaGAST蛋白分布在细胞膜外的可能性很大。功能预测显示,PaGAST 基因可能具有响应胁迫应答、信号转导和免疫应答方面的功能。进化分析显示甜樱桃PaGAST蛋白与桃的亲缘关系最近。在一定程度上为甜樱桃PaGAST 基因的克隆及功能鉴定奠定理论基础。     

甘蔗Ca~(2+)/H~+反向运转体基因的克隆与表达分析

CAX(Ca~(2+)/H~+antiporter)是植物细胞膜Ca~(2+)主动运输体系的一个大类。本研究以高粱的CAX1基因(GenBank登录号为XM_002441593)为探针,利用电子克隆并结合RT-PCR技术,获得甘蔗CAX1基因的1条cDNA序列,命名为Sc CAX1(GenBank登录号为KT799799)。生物信息学分析显示,ScCAX1基因全长784 bp,包含1个645 bp的开放阅读框,编码1个214个氨基酸的蛋白质。ScCAX1蛋白被定位于叶绿体类囊体膜,为稳定的疏水性蛋白,不存在信号肽。蛋白二级结构元件多为α-螺旋,具有1个Na_Ca_ex superfamily。实时荧光定量PCR分析表明,甘蔗ScCAX1基因的表达具有组织特异性,在各组织中均表达,但在茎中表达量最低,叶中的表达量最高。在PEG、NaCl、SA、ABA和Me JA胁迫过程中,ScCAX1基因的表达均受到调控。其中ABA、SA和PEG胁迫下表达量上调,均在胁迫24 h达到最大值。SA胁迫24 h的表达量为对照的5.47倍,而ABA胁迫24 h的表达量为对照的3.5倍。NaCl胁迫6 h的表达量达最大值,为对照的2.14倍。推测ScCAX1基因能够响应逆境胁迫,其表达可能与甘蔗的抗盐、抗渗透胁迫性状有关。     

棉花转录因子GhGT30基因的克隆及转录功能分析

Trihelix转录因子广泛参与植物生长发育、非生物胁迫应答等一系列生理活动。本研究根据表达序列标签(EST)电子拼接,结合cDNA末端快速扩增技术(RACE)和RT-PCR技术,从棉花中克隆了一个cDNA全长为2 210 bp的新基因,其开放读码框为2 025 bp,编码一个675氨基酸的蛋白,分子量约76.26 kD,等电点为6.21。SMART蛋白结构预测发现,该基因在N端和C端各有一个trihelix结构域,属于GT-2型trihelix转录因子,被命名为GhGT30 (GenBank登录号为JQ013098)。氨基酸序列比对显示,该蛋白和其他高等植物的GT蛋白有较高的同源性。进化树分析表明,GhGT30基因和大豆GmGT-2B基因处在同一进化树分支。拟南芥原生质体中瞬时表达分析表明,GhGT30主要定位于细胞核中。实时荧光定量PCR分析表明,该基因在棉花的花、纤维(12 DPA)中的表达量明显高于根、茎、叶及胚珠(0 DPA),同时,该基因对干旱、高盐、低温及脱落酸(ABA)等处理都有一定程度的响应,推测该基因对棉花非生物胁迫的调控起重要作用。