砂藓(Racomitrium canescens)RcRab基因的克隆及生物信息学分析

本研究以砂藓(Racomitrium canescens)为材料,从砂藓干旱处理转录组数据库中筛选获得小G结合蛋白基因Rab的mRNA序列,通过RT-PCR法扩增,得到RcRab基因的CDS序列,并对其进行了生物信息学分析。结果表明,该基因c DNA全长为1171 bp,包含636 bp的开放阅读框,编码211个氨基酸。预测该基因有Rab家族的保守结构域-G结构域。RcRab蛋白分子质量为23.29 kD,理论等电点为5.76,具有亲水性,不属于跨膜蛋白且不存在信号肽。进化树分析表明,RcRab蛋白质与小立碗藓(Physcomitrella patens)Rab蛋白质亲缘关系最近。本研究可为进一步探索RcRab基因在苔藓植物中的抗旱机制提供数据基础。     

砂藓(Racomitrium canescens)抗旱相关过氧化氢酶基因RcCAT的克隆与表达分析

在植物抵御和适应干旱胁迫的过程中,细胞中的氧化还原水平的调节十分重要,过氧化氢酶(catalase,CAT)是细胞氧化还原调控系统中的一个关键酶。砂藓(Racomitrium canescens)是一种具有强抗旱和旱后复水能力的藓类植物,其中能够响应干旱处理的基因和蛋白质可能与其抗旱特性功能相关。在本研究中,我们发现了一个在砂藓干旱处理转录组数据中呈上调表达的过氧化氢酶基因,将其命名为RcCAT,我们对这个基因的CDS序列进行了克隆和相关的生物信息学分析,并对砂藓复水和快速脱水过程中RcCAT具体的表达变化进行了检测。RcCAT的CDS全长1560 bp,编码含有519个氨基酸残基的多肽序列。对RcCAT蛋白质的氨基酸序列进行生物信息学预测,结果显示RcCAT相对分子质量为58.6 kD,理论等电点为6.52,不含有跨膜结构和信号肽,具有过氧化氢酶的保守结构域,与其它苔藓植物中的一些过氧化氢酶序列同源性较高,属于不稳定的亲水性蛋白质。在砂藓的复水和快速脱水过程中,RcCAT的表达水平均呈现快速大幅度的变化趋势,具有表达变化峰值,说明该基因具有能够快速响应干旱胁迫的可能性。本研究为从基因表达水平研究过氧化氢酶生物学功能提供理论依据,为进一步挖掘砂藓抗旱机制提供基础资源。     

砂藓干旱胁迫相关转录因子基因RcTIFY1的克隆及表达分析

TIFY是植物特有的转录因子,可以调控植物分生组织的分裂,控制果实成熟度,也能提高植物抗旱性,并且减少机械损伤造成的伤害。本研究以砂藓(Racomitrium canescens)为材料,从砂藓干旱胁迫转录组数据库中筛选获得1个在干旱胁迫处理中具有显著差异表达的TIFY基因的m RNA序列,将该序列命名为RcTIFY1。我们对RcTIFY1基因全长CDS序列进行了克隆,并对RcTIFY1基因进行生物信息学分析,同时分析了砂藓在干旱和高温胁迫处理下RcTIFY1基因的表达变化。结果表明,该基因cDNA全长为1 326 bp,包含1 287 bp的开放阅读框,编码含有428个氨基酸残基的多肽片段。预测RcTIFY1基因编码的蛋白质有TIFY家族的保守结构域。预测RcTIFY蛋白质分子质量为46.14 kD,理论等电点为9.31,具有亲水性,不属于跨膜蛋白且不存在信号肽。本研究可为进一步探索RcTIFY1基因在苔藓植物中的抗逆机制提供数据基础。     

砂藓(Racomitrium canescens)抗旱相关基因RcAOS2的克隆及表达分析

丙二烯氧化物合酶(allene oxide synthase, AOS)是茉莉酸合成途径中关键酶,在茉莉酸合成中具有重要的作用。本研究在砂藓(Racomitrium canescens)干旱胁迫转录组数据中发现一个干旱胁迫下表达量上调的AOS基因,将其命名为RcAOS2,我们对RcAOS2的开放阅读框进行了克隆及相关的生物信息学预测分析,并对RcAOS2在砂藓快速脱水和复水过程中的表达量变化进行了检测。结果显示,该基因cDNA全长1 474 bp,开放阅读框长516 bp。RcAOS2编码蛋白质的相对分子质量为4.36 kD,等电点为5.11,不稳定系数为55.02,为不稳定蛋白质;脂肪系数为19.19;RcAOS2蛋白质疏水性较强,属于疏水性蛋白质,存在信号肽,不属于跨膜蛋白质。系统进化分析表明,RcAOS2蛋白质与其他物种AOS蛋白质亲缘关系较远,是具有AOS序列特征的新类型。实时荧光定量PCR分析结果表明RcAOS2基因在砂藓干旱和复水过程中呈现差异性表达,推测RcAOS2可能参与砂藓的干旱胁迫响应和复水回复过程。本研究成果为进一步研究砂藓抗旱基因功能提供理论基础和备选基因资源。     

毛尖紫萼藓类泛素蛋白基因的克隆与表达分析

为研究类泛素蛋白基因在苔藓植物中的生物学功能,从毛尖紫萼藓干旱cDNA文库中获得了类泛素蛋白基因cDNA全长序列,命名为Gp-UBL5。该基因cDNA全长471 bp,包含1个222 bp的完整开放阅读框,编码73个氨基酸组成的蛋白。生物信息学分析表明,Gp-UBL5基因编码蛋白分子质量为8.525 kDa,等电点为7.84,为稳定型蛋白。进化分析显示,该编码蛋白与二穗短柄草、大麦等类泛素蛋白具有较高一致性,达96%~99%。实时荧光定量PCR结果表明,Gp-UBL5基因在复水和快速干旱的各个时期均有表达,推测该基因可能在毛尖紫萼藓的抗旱机制中发挥作用。     

小麦磷脂酶Dα的基因克隆及其编码序列的生物信息学分析

为获得更多小麦抗逆基因资源,利用RT-PCR方法克隆了磷脂酶D基因(PLD),命名为TaPLDα,并对基因及其蛋白进行了生物信息学分析.结果表明,TaPLDα开放阅读框为2 394 bp,编码812个氨基酸残基,等电点5.30,分子量为92 kDa.序列分析显示,TaPLDα基因编码的氨基酸序列含有N端C2结构域及2个保守的活性中心.预测TaPLDα蛋白是一个亲水性稳定蛋白且定位于细胞质,其二级结构含28.82％的α-螺旋、20.07％的延伸链、6.03％的B-转角和45.07％的不规则卷曲.该蛋白不存在信号肽,无跨膜区.TaPLDα与水稻、玉米和拟南芥的PLDα氨基酸序列之间具有高度的保守性,进化分析显示,小麦PLDα序列与毒麦、水稻和玉米PLD序列亲缘关系密切.     

野巴旦杏AlsCBF基因的克隆及生物信息学分析

对克隆获得的野巴旦杏基因AlsCBF进行生物信息学分析,从而为该基因的功能鉴定提供理论基础,以期为新疆巴旦杏的抗寒育种提供基因来源。通过采用RT-PCR和RACE方法从野巴旦杏中克隆到植物抗逆途径关键转录因子CBF基因全长并命名为AlsCBF,GenBank登录号为HQ908653。生物信息学分析表明：该基因全长1171 bp,其中编码区长714 bp,编码237个氨基酸,其蛋白的分子式为C₁₁₅₆H₁₈₃₂N₃₃₂O₃₅₆S₁₅,相对分子质量为26.5581 kDa,理论等电点为6.76,该蛋白为亲水性蛋白,无信号肽存在;其蛋白质二级结构以α-螺旋、β-折叠和无规卷曲为主。肽链可能含有8处丝氨酸磷酸化位点,1处苏氨酸磷酸化位点。三维结构预测表明其符合AP2结构域模型特点。本研究通过对AlsCBF基因的生物信息学分析,获得了该基因的相关信息,并与已有研究结果进行比对分析,推测该基因在植物抗寒过程中有重要的作用。     

黄瓜CsPYCR的克隆及生物信息学分析

本研究以黄瓜低霜霉威残留品系‘D0351’为材料,克隆了在霜霉威胁迫后上调表达的基因Cs PYCR,并采用生物信息学方法对该基因进行分析,以明确该基因在降低黄瓜果实内霜霉威残留过程中的作用机制,为下一步通过遗传转化试验鉴定基因功能提供理论基础。结果表明：该基因全长831 bp,编码276个氨基酸,属于PLN02688蛋白家族。该基因编码的蛋白质有可能为细胞质中的疏水蛋白质,无明显信号肽,无跨膜结构。与甜瓜(XM＿008457466.2)同源性较高。该基因启动子中包括与乙烯、脱落酸等激素相关的顺式作用元件以及防御和应激反应相关的顺式作用元件,且含有多个与逆境胁迫相关的MYB家族蛋白转录因子结合位点,推测其可能在降低黄瓜霜霉威农药残留过程中发挥重要作用。     

砂藓RcPIP2基因的克隆及生物信息学分析

水通道蛋白是一类较小的跨膜蛋白质,在植物抵御非生物胁迫过程中具有非常重要的作用。为了研究砂藓水通道蛋白基因的生物学功能,利用干旱处理转录组测序获得的序列信息,克隆获得1个水通道蛋白家族中质膜内在蛋白基因序列,命名为RcPIP2。生物信息学结果显示,RcPIP2基因全长序列为1 267 bp,包含807 bp的开放阅读框,编码含有268个氨基酸残基的蛋白质。该蛋白质分子质量预测为28.3 ku,理论等电点为6.64,为疏水性较强的稳定性蛋白;无信号肽,为非分泌型蛋白;含有6个跨膜结构域。保守结构域分析发现,RcPIP2具有膜内在蛋白(MIP)家族信号序列、高等植物高度保守序列HINPAVTFG和2个天门冬酰胺-脯氨酸-丙氨酸(NPA)基序。二级结构包括α螺旋(37.31%)、β折叠(20.9%)、无规则卷曲(38.43%)。三级结构预测发现,RcPIP2蛋白质的立体结构为典型的四聚体形式,由4个圆筒状亚基和中间的孔道构成。系统进化树分析表明,RcPIP2与小立碗藓中的PIP2蛋白质亲缘关系较近,聚为一类。由此推测,RcPIP2基因为水通道蛋白家族成员。     

蓖麻矮化相关基因RcDof的克隆及分析

为研究Rc Dof基因在蓖麻矮化中的作用及生物学功能,提取蓖麻生长跃变期茎尖中基因组DNA,根据蓖麻中已获得的锌指蛋白基因片段设计引物,采用RACE技术克隆得到该基因,基因完整阅读框全长为924 bp,可编码307个氨基酸,为C2C2型锌指蛋白,预测蛋白质分子量为34.020 9 k Da,等电点为9.23。二级结构预测表明α螺旋占1.63%,β折叠占1.30%,其他无规则卷曲占97.07%,为外释放蛋白。亚细胞定位于细胞核中,对Rc Dof基因的生物信息学分析为进一步研究其在蓖麻矮化过程中的作用机制和功能特征提供理论依据。     

花生膜联蛋白基因AhAnn1的克隆与表达分析

为挖掘花生抗逆境胁迫相关基因,克隆抗逆相关膜联蛋白Annexin基因,以花生品种花育25号为试验材料,从已知抑制消减杂交文库中获得花生膜联蛋白Annexin类似基因片段,通过RACE技术获得Annexin基因5'-RACE片段。对5'-RACE序列和抑制消减杂交文库中已知基因片段进行拼接,设计特异引物通过逆转录-聚合酶链式反应(RT-PCR)扩增得到该基因,命名为AhAnn1。结果表明,AhAnn1全长为1 277 bp,开放阅读框为951 bp。根据编码区预测AhAnn1编码一条316个氨基酸组成的多肽,预测分子量为36.10 k Da,等电点为7.07。预测该基因编码的蛋白含有膜联蛋白Annexin保守结构域,定位于细胞质中。蛋白序列多重比对和系统发育分析表明,花生与大豆、苜蓿、鹰嘴豆等豆科植物中的膜联蛋白相似性最高,亲缘关系最近。荧光实时定量PCR结果显示,AhAnn1在根系和叶片中的表达量随干旱胁迫程度的增加而增加。由此推测AhAnn1是一种干旱胁迫应答基因,在花生逆境调控中发挥作用。结果为进一步研究花生AhAnn1基因的功能和花生抗逆境胁迫相关分子机理提供了理论基础。     

银杏GbASR基因的克隆、生物信息学及表达分析

为了明确银杏ASR(ABA-stress-ripening)在应答非生物逆境胁迫中的作用,以便为ASR基因功能、环境胁迫研究提供材料。本研究以银杏(Ginkgo biloba)为材料,利用分子生物学技术对ASR基因进行了克隆,构建pCAMBIA1300-ASR-GFP融合表达载体,进行亚细胞定位分析。采用序列比对方法分析GbASR蛋白结构域及系统进化;利用qRT-PCR方法进行组织特异性表达及非生物逆境胁迫下的基因表达分析。结果表明,银杏ASR基因编码区全长546 bp,共编码182个氨基酸;蛋白质等电点为5.33,分子量大小为20111.24 Da,为亲水性稳定蛋白;GbASR蛋白含有1个高度保守的ABA/WDS结构域,且与火炬松PtASR蛋白同源性较高;GbASR蛋白定位于细胞核。此外,GbASR基因在银杏幼苗根、茎、叶各组织中均有表达,且在叶部有较高的表达;在高盐、干旱和高温胁迫下,GbASR基因均受诱导,且在不同胁迫处理时间0 h、6 h、24 h和48 h的表达存在显著的差异。以上分析说明GbASR基因参与响应高盐、干旱和高温等非生物胁迫,这为植物的育种及解释ASR基因功能提供依据。     

磷脂酶Ds的逆境胁迫响应功能与作用机理研究进展

膜磷脂是产生胞内信号信使的重要来源,磷脂酶Ds可催化磷脂产生磷脂酸,从而参与信号过程。PLDs是一类重要的磷脂酶家族,拟南芥中已发现了12种PLD,其中10种为C2-PLDs,其生化特性有明显差异。磷脂酶Ds和磷脂酸在不同胁迫下执行相同或独特的细胞信号转导功能：干旱胁迫下PLDα1、PLDδ、PLDα3正向调节ABA信号的应答;盐胁迫下PLDα1、PLDδ、PLDα3、PLDζs和PLDε做出应答;冷冻胁迫下PLDδ-PA和PLDα-PA表现出相反的作用;在磷缺失胁迫下,PLDζ1和PLDζ2正向调节根生长;PLDε在不同氮胁迫水平下应答不同。PLDs的作用机理主要分为三大类：细胞调节、膜脂重组与膜脂降解。其中细胞调节包括信号转导方式,PLD可通过直接作用于蛋白,如与GPA1、GAPC结合;或通过PLDs的产物,如PAs,来应答胁迫。本研究将综述磷脂酶Ds的生化特性,以及在逆境胁迫中的功能与作用机理。     

露地菊(Chrysanthemum×grandiflora)CgDREB基因克隆和生物信息学分析

DREB转录因子在植物抗逆过程中起关键性作用,它可以激活一系列抗逆功能基因的表达从而综合提高植物的抗逆性。为探究露地菊DREB基因的功能,本研究通过结合RNA-Seq和RT-PCR技术从露地菊‘纽9717’中克隆得到CgDREB基因,并对该基因及其蛋白进行生物信息学和表达模式分析。结果显示,CgDREB基因ORF全长450 bp,编码149个氨基酸,预测蛋白相对分子量16.742 kD,理论等电点9.32,为亲水性蛋白,没有跨膜结构,无信号肽。功能结构域分析表明其具有一个高度保守的AP2/ERF结构域。同源性分析其属于AP2/ERF转录因子家族DREB亚组A-5组。蛋白质二级结构中无规则卷曲占57.05%,α-螺旋占28.86%,延伸链占10.07%,β-转角占4.03%。三级结构显示其以单体蛋白结构存在。RT-qPCR分析表明,高盐、干旱、低温和ABA均能诱导CgDREB基因的表达。本研究为深入了解露地菊A-5组DREB转录因子及其抗逆调控机制提供基础,为露地菊品种改良提供理论依据。     

谷子非特异性磷脂酶C基因SiNPC4的克隆及功能分析

非特异性磷脂酶C(NPC,nonspecific phospholipase C)水解磷脂酰胆碱或磷脂酰乙醇胺产生第二信使二酰甘油(DAG),NPC类基因在植物处于干旱、高盐、低磷等非生物胁迫条件下时发挥重要的作用,并参与脱落酸(ABA)、油菜素内酯(BL)等激素信号传导途径。本研究以谷子品种龙谷25为试验材料,通过序列比对,克隆到一个新的NPC类基因,命名为Si NPC4。该基因被定位在谷子第8条染色体上,编码区全长2877 bp,由3个外显子和2个内含子组成,编码512个氨基酸,蛋白分子量为56.77 k D。系统进化树分析表明该基因位于NPC基因家族第3亚族,保守结构域分析表明该蛋白含有保守的磷脂酶结构域和4个基序。亚细胞定位结果显示,Si NPC4蛋白被定位在细胞质、细胞膜、细胞核中。基因表达谱分析结果表明,该基因主要在谷子根部表达,并受干旱、盐、低温、黑暗、ABA、BL、赤霉素(GA)和茉莉酸甲酯(Me JA)等的诱导表达。将Si NPC4基因转入拟南芥中,转基因拟南芥与野生型拟南芥相比对ABA和BL激素的敏感性降低,推测该基因可能作为负调控因子参与植物对ABA和BL激素的响应过程。在干旱和高盐处理下,过表达植株与野生型植株长势没有明显差异。     

碱茅(Puccinellia tenuiflora)Put-R40g3基因的分离及其与逆境的应答

从碱茅(Puccinellia tenuiflora)cDNA文库中分离得到Put-R40g3基因(登录号:AB465547).克隆的cDNA全长为588 bp,其编码的蛋白质共195个氨基酸,与水稻,小麦和拟南芥的R40g3蛋白的氨基酸序列有较高的同源性.对经逆境处理的碱茅幼苗根、叶中该基因的表达分析结果表明,碱茅中Put-R40g3基因的表达有被ABA、盐和干旱诱导的趋势.Put-R40g3蛋白与绿色荧光蛋白(GFP)融合在酵母细胞表达的蛋白质定位研究结果显示了Put-R40g3蛋白存在于细胞质中.同时Put-R40g3基因在酵母中表达,酵母在盐、干旱及氧化逆境条件下提高了对逆境的适应能力.这些结果暗示了Put-R40g3基因是一个与逆境相关的基因.     

甘蔗谷胱甘肽硫转移酶基因SoGST-1a的克隆与表达分析

克隆甘蔗谷胱甘肽硫转移酶(Glutathione S-transferase,GST)基因,并分析其序列特征和表达谱,为甘蔗抗旱育种提供基因来源。本研究采用电子克隆和RT-PCR技术从甘蔗品种‘新台糖22号’中克隆到一个甘蔗GST基因,命名为SoGST-1a。通过生物信息学软件分析其序列特征,采用实时荧光定量PCR检测其表达谱。序列分析表明该基因cDNA全长702 bp,编码224个氨基酸,预测的蛋白分子式为C₁₁₁₇H₁₇₅₀N₃₀₀O₃₂₈S₆,蛋白分子量为24.82 kDa,等电点为5.96。蛋白疏水性分析推测其为亲水性蛋白。保守结构域预测表明SoGST-1a蛋白具有2个GST结构域。系统进化树分析表明该基因与玉米Zeta类GST蛋白亲缘关系最近。荧光定量PCR分析显示,干旱胁迫下SoGST-1a基因下调表达。研究结果表明,SoGST-1a基因可能在甘蔗干旱胁迫中并不发挥一定作用。这些结果为深入了解SoGST-1a基因的生物学功能奠定了基础。