香蕉水通道蛋白SIP2-1基因的克隆和表达分析

从香蕉中克隆了一个水通道蛋白(AQP)基因MaSIP2-1。序列分析表明,该基因存在一个完整的开放阅读框(ORF)717 bp,编码239个氨基酸。多序列比对和进化树分析表明,MaSIP2-1所编码的蛋白与其他植物中AQP编码的蛋白具有较高的一致性。其中与马来西亚野生香蕉、油棕、麻风树、野茶树的AQP编码的氨基酸序列的同源性较高,分别为98%、74%、65%和63%。器官特异性分析表明,Ma SIP2-1在香蕉的根、茎、叶片、花和果实中均有所表达,其中在茎中表达量较高。通过对其在干旱、高盐、低温、涝害胁迫下的表达结果分析显示,该基因响应干旱、高盐、涝害3种胁迫。     

香蕉MaTPS1基因序列及其表达特性分析

通过随机克隆测序法,从香蕉根系cDNA文库中获得海藻糖合成酶基因,命名为MaTPS1。MaTPS1扩增获得cDNA序列,全长3 946bp,开放阅读框2 562bp,编码853个氨基酸。生物学信息分析表明,MaTPS1蛋白属于不稳定蛋白,等电点4.72,具有TPS和TPP结构域。序列预测分析表明,MaTPS1蛋白定位于细胞质中,不存在信号肽,为跨膜疏水蛋白。与已知植物TPS氨基酸同源序列比对结果显示,一致性达74.81%,其中与2种马来西亚野生蕉、玉米、野茶树、中果咖啡的TPS编码氨基酸序列一致性分别为100%、79.91%、71.33%、63.93%和65.13%。器官特异性分析表明,MaTPS1在香蕉的根、球茎、假茎、叶、花和果实中都有表达,其中在根、球茎、假茎和花中表达量较高。qRT-PCR分析表明,ABA、ACC、干旱、低温、盐害和枯萎病胁迫处理后,MaTPS1表达量在盐胁下增加,于24h时达到最高,而在其他胁迫下较正常条件下降低。研究认为,MaTPS1可能参与调控香蕉抗盐胁迫机制,从而提高香蕉耐盐性。     

香蕉胁迫相关蛋白基因的克隆及其表达分析

通过随机克隆测序的方法从香蕉根系cDNA文库中获得胁迫相关蛋白基因,命名为MaSAP1(GenBank登录号为AGH14257.1)。扩增获得的cDNA序列与质粒OZ092的目的片段序列一致,表明MaSAP1是香蕉SAP基因编码框全长cDNA,包含一个510bp的最大开放阅读框,编码一个长169个氨基酸的蛋白质。蛋白质序列同源比对发现其含有完整的A20和AN1基序结构。系统进化树比对分析表明,MaSAP1与水稻和獐茅的亲缘关系较近。组织特异性研究表明,MaSAP1基因在香蕉根和果实中的表达量较高,在茎中的表达量最低。实时荧光定量PCR分析表明MaSAP1响应激素的处理,同时也响应干旱、低温、高盐和枯萎病菌的侵染等胁迫。可见,MaSAP1基因在植物生长发育和植物响应逆境中具有重要作用。     

小麦TaMAPK2基因的克隆及表达分析

该研究从小麦中克隆了1个MAPK基因TaMAPK2。序列分析表明,TaMAPK2基因的ORF为1 110bp,编码369个氨基酸。序列比对分析表明,该基因所编码的蛋白与粗山羊草、水稻、谷子等MAPK蛋白具有较高的一致性,分别为99%、94%、94%。进化树分析表明,TaMAPK2与水稻OsMAPK2的亲缘关系最近。实时荧光定量PCR分析表明,该基因的表达显著受渗透胁迫、低温胁迫、高盐胁迫、乙烯和双氧水诱导,受ABA抑制。研究表明,TaMAPK2可能参与非生物逆境胁迫及相关信号分子应答。     

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。     

香蕉MaPIP2-6基因的克隆、亚细胞定位及表达分析

该研究从香蕉中克隆了一个水通道蛋白(AQP)基因MaPIP2-6。序列分析表明,MaPIP2-6基因开放阅读框(ORF)为849bp,编码282个氨基酸。多序列比对和进化树分析表明,MaPIP2-6基因所编码的蛋白与其它植物中AQP蛋白具有较高的一致性,并且与水稻OsPIP2-6的亲缘关系最近。亚细胞定位表明,MaPIP2-6基因定位在细胞膜上。实时荧光定量PCR分析表明,甘露醇和高盐胁迫处理下,MaPIP2-6基因在巴西蕉和粉蕉中的表达趋势基本一致,在处理早期表达量轻微下降,随后被诱导并达到最大值,然后下降;在低温和ABA处理下,MaPIP2-6基因在巴西蕉和粉蕉的表达趋势相反,低温处理47h时,巴西蕉的MaPIP2-6表达量显著降低,而粉蕉无显著变化,但在其他时间点,巴西蕉的表达量无显著变化,粉蕉显著降低。ABA处理下,MaPIP2-6基因在巴西蕉被诱导,而在粉蕉被抑制。研究认为,MaPIP2-6可能参与了非生物逆境胁迫应答,为进一步研究MaPIP2-6基因的功能鉴定了基础。     

新疆无苞芥锌指蛋白基因的克隆及表达分析

利用同源克隆法从新疆无苞芥中克隆获得1个锌指蛋白基因(OpZFP)。序列分析表明,OpZFP基因的开放阅读框为684bp,推测编码含227个氨基酸的蛋白质。生物信息学分析显示,OpZFP蛋白含有1个典型的C2H2型锌指结构,在C端含有一个可能具有转录抑制功能的EAR结构域。系统进化树分析表明OpZFP编码产物与拟南芥AtZFP1、琴叶拟南芥AlZFP1的进化关系较近。分离了OpZFP基因2 095bp的启动子序列,发现该启动子与拟南芥AtZFP1基因的启动子序列只有84.4%的相似性,启动子分析表明二者存在多处不同的顺式作用元件。半定量RT-PCR分析表明,OpZFP在根、茎、叶、花和果荚中均有表达,在根中的表达量最高。OpZFP基因受高盐、干旱和低温等胁迫的诱导表达,表明该蛋白涉及多种胁迫相关的信号传导途径。     

茶树水通道蛋白基因的克隆与表达分析

从茶树中克隆了6个水通道蛋白(aquaporin,AQP)基因的cDNA全长序列,根据序列相似性和系统进化分析结果,分别命名为CsNIP1;1、CsNIP5;1、CsPIP2;1、CsPIP2;2、CsTIP1;1和CsTIP2;2。氨基酸序列特征分析表明,6个基因的编码氨基酸序列长度在250~301个氨基酸残基,分子量在25.186~30.728kD之间;均为疏水性蛋白,并都含有6个跨膜螺旋;6个基因均含有MIP蛋白家族的特征序列HF/I/VNPA/SI/L/VTI/FA/G和NPA(Asn-Pro-Ala)基序,以及类似沙漏状的跨膜三级结构。荧光定量PCR分析显示:这6个基因在根、茎、叶和花中均表达,且在根中的表达水平最高,表明它们与茶树根系的物质转运密切相关;CsAQPs基因的表达受ABA、高盐、干旱和低温胁迫的调控,表明它们可能参与茶树抗逆响应。     

无芒隐子草CsPEAMT基因克隆及表达特性分析

以无芒隐子草(Cleistogenes songorica)干旱胁迫下的cDNA文库中磷酸乙醇胺N-甲基转移酶(phosphoethanolamine N-methyltransferase,PEAMT)基因的EST序列为基础,采用RACE方法克隆该基因编码区序列,该序列全长为2 104bp,开放读码框1 506bp,编码501个氨基酸。无芒隐子草PEAMT蛋白编码的氨基酸序列与多种植物的PEAMT氨基酸序列有较高相似性,其中与高粱SbPEAMT、玉米ZmPEAMT的蛋白序列相似性最高(93%),说明PEAMT基因在植物进化中非常保守。采用实时定量RT-PCR分析无芒隐子草幼苗在干旱过程中CsPEAMT基因的表达结果显示,干旱胁迫诱导CsPEAMT基因在根和叶中大量表达,且在干旱第8天时CsPEAMT基因在叶和根中表达量分别是未干旱对照的43.35倍和13.25倍,复水后CsPEAMT基因的表达量开始下调。研究表明CsPEAMT基因可能是无芒隐子草抗旱性相关的基因。     

沙蒿AQP基因结构预测及干旱胁迫下的时空表达模式研究

为探究水通道蛋白(AQP)在沙蒿响应干旱胁迫中的作用机制,该研究以青海省柴达木盆地沙蒿为试验材料,采用RACE技术对其AQP基因进行扩增,获得沙蒿AQP全长克隆并对AQP蛋白进行结构预测和分析;采用qRT-PCR对沙蒿AQP基因在不同程度干旱胁迫以及不同组织部位的表达模式进行分析。结果表明:(1)成功克隆获得沙蒿AQP基因长746 bp的片段1和长534 bp的片段2,经拼接后得到全长cDNA序列,沙蒿AQP基因总长为864 bp。(2)亚细胞定位表明沙蒿AQP基因定位于细胞膜上;同源比对显示沙蒿与向日葵、莴苣、橡胶树等植物的AQP基因具有较高的相似性;结构预测表明AQP蛋白含6个跨膜螺旋结构且亲水性较弱,α螺旋和无规则卷曲为AQP蛋白二级结构的主要构成元件。(3)qRT-PCR分析表明,沙蒿AQP基因随着干旱胁迫的加重呈现有规律的变化,根、茎、叶中表达均上调,且叶中AQP基因表达量上调幅度最大。研究表明沙蒿AQP基因结构特征及其表达模式都是沙蒿对干旱胁迫的一种适应。     

大豆E3泛素连接酶基因GmAIRP1的同源克隆及在烟草中的功能鉴定

E3泛素连接酶在植物抵御高盐及干旱等非生物胁迫过程中发挥重要作用。本研究克隆获得大豆E3泛素连接酶基因GmAIRP1,该基因cDNA全长为642 bp,编码213个氨基酸。蛋白结构域分析表明,GmAIRP1具有典型的RING-finger结构域。系统进化树分析表明,GmAIRP1与蒺藜苜蓿MtAIRP1同源性最高,亲缘关系最近。表达分析显示,GmAIRP1可被高盐、干旱和ABA诱导表达,并在胁迫1 h或3 h时表达量达到最大。抗逆表型分析表明,GmAIRP1转基因烟草在高盐和干旱胁迫21 d后,生长状态优于野生型,提高了植株对高盐和干旱胁迫的耐受性。生理指标测定结果显示,在高盐和干旱胁迫下,GmAIRP1转基因烟草的POD和CAT活性提高,整体高于对照,MDA含量始终低于对照。以上研究结果表明,Gm AIRP1能够通过激活抗氧化酶活性、提高渗透调节物质的积累来增强植物抵御高盐和干旱胁迫的能力,在植物响应高盐和干旱胁迫中发挥正调控作用。     

毛白杨蔗糖合酶基因PtSS2克隆与表达分析

为了解毛白杨蔗糖合酶(sucrose synthase,SS)基因功能和表达模式,以毛白杨茎段来源的cDNA为模板,根据毛果杨PtrSS2CDS序列信息设计特异引物,采用RT-PCR技术分离克隆了PtSS2基因。测序分析表明,PtSS2基因序列全长为2 412bp,编码803个氨基酸,蛋白大小为92.14kD,理论等电点6.00,属于酸性蛋白;氨基酸序列同源性分析表明,PtSS2与毛果杨PtrSS2和PtrSS1一致性分别高达100%和98.63%;结构域分析表明,PtSS2含有2个高度保守的功能域,即蔗糖合酶(5~552)和糖基化转移酶(554~744)功能域。qRT-PCR检测表明,PtSS2在毛白杨根、茎、叶、营养芽、雄雌花芽等各个组织中均有表达,但在营养芽和花芽中表达量较高,根部相对较低,总体呈组成型表达模式;在干旱胁迫下,PtSS2表达水平提升。研究结果推测,蔗糖合酶基因PtSS2在毛白杨各组织器官发育过程及干旱胁迫响应过程中具有重要功能。     

柠条锦鸡儿CkGR基因克隆及功能分析

通过RACE技术从柠条锦鸡儿中克隆得到一个新的GR基因,全长2 122 bp,包括5'非翻译区(5'-UTR)57 bp,3'非翻译区(3'-UTR)415 bp,开放阅读框(ORF)1 650 bp,编码550个氨基酸,推测的蛋白质分子量为59.2k Da,理论等电点为8.2,命名为Ck GR。Ck GR与鹰嘴豆Ca GR的同源性较高,为90.1%。利用染色体步移法克隆得到Ck GR起始密码子ATG上游648 bp的启动子序列,Plant CARE软件分析表明,该序列具有启动子的基本元件CAAT-box和TATA-box以及多种与逆境胁迫相关的顺式调控元件。实时荧光定量PCR分析表明,Ck GR在柠条锦鸡儿的根、茎和叶中均有表达,没有组织特异性;Ck GR的表达受低温、高盐和干旱胁迫的诱导,表明Ck GR在柠条锦鸡儿适应低温、高盐和干旱胁迫的过程中发挥作用。     

青杆PwUSP1基因的克隆及表达模式分析

广泛逆境胁迫蛋白（universalstressprotein,USP）在非生物胁迫响应中起重要作用,但在植物中其功能还大部分未知。本研究通过BLAST分析青杆EST文库,得到职zP基因的EST序列,通过RACEPCR方法获取USP基因的末端序列,经过与EST序列拼接得到USP基因的cDNA全长序列,命名为PwUSP1。分析发现PwUSP1全长cDNA为1167bp,编码区为519bp,编码172个氨基酸残基。生物信息学分析显示,PwUSP1编码的蛋白相对分子质量为19．07kDa,理论等电点为6．38,为非跨膜的亲水性蛋白。PwUSP1具有USP家族典型的UspA结构域和ATP结合位点G-（2x）-G-（9x）-G（S／T）。半定量RT-PCR与RT-qPCR分析表明,PwUSP1在青杆的根、茎、针叶、花粉、种子中均有表达,在根和花粉中表达量较高。同时,PwUSP1受干旱和盐胁迫的诱导表达上调,均在处理6h后表达量较高,推测该基因可能在青杆逆境胁迫响应中发挥作用。     

花生响应干旱胁迫的FERONIA类受体蛋白激酶基因克隆与表达分析

FERONIA(FER)类受体蛋白激酶是CrRLK1L(Catharanthus roseus RLK1-like)激酶亚家族成员,在植物受精、细胞伸长、顶端生长以及非生物胁迫响应等方面起重要作用。本研究克隆了两个花生(Arachis hypogaea)FER类受体蛋白激酶基因AhFER1和AhFER2,它们的完整编码序列(CDS)和相应基因组DNA序列完全一致,说明AhFER1和AhFER2基因编码区均无内含子,分别包括2 655和2 640 bp的完整开放阅读框,编码的蛋白分别含885和880个氨基酸,分子量分别为99.58和98.96 kDa,等电点分别为6.5和6.22。生物信息学分析发现,AhFER1及AhFER2的氨基酸序列与其他植物FER蛋白均具有较高同源性,都包含malectin-like和蛋白激酶催化域两个保守结构域。AhFER1和AhFER2基因在花生幼苗的叶、茎和根中的表达水平有差异:AhFER1基因在叶中表达量最高,其次是根,茎中表达量最低;而AhFER2基因则在茎中表达量最高,其次是叶,表达量最低是根。干旱胁迫对花生茎和根中AhFER1基因的表达以及花生叶、茎和根中AhFER2基因的表达均无影响,但干旱胁迫显著增强花生叶中AhFER1基因的表达,说明AhFER1基因可能在花生叶响应干旱胁迫时起重要作用。     

毕氏海蓬子SbDREB基因的克隆与表达分析研究

以毕氏海蓬子的基因组为模板,通过PCR技术扩增到一个编码DREB蛋白AP2保守结构域的基因片段;根据该片段序列设计引物,以毕氏海蓬子经NaCl处理的植株肉质茎cDNA为模板,应用RACE技术获得该基因的cDNA全长,命名为SbDREB(GenBank登录号:JF894301)。SbDREB基因cDNA全长1206bp,包含一个编码284个氨基酸的完整开放阅读框。对氨基酸序列比对分析表明,该蛋白在靠近N端具有典型的AP2/EREBP保守结构域,且该结构域与一些高等植物DREB类转录因子的AP2区域具有高度同源性。进化树分析表明SbDREB属于DREB亚家族中的A-6亚族。实时荧光定量PCR结果显示:干旱、高盐和ABA能够诱导其表达,而低温则使其表达下调,表明该基因在毕氏海蓬子植株对干旱、盐和低温等非生物胁迫的应答中起作用。     

盐胁迫对橙色莫桑比克罗非鱼AQP1基因表达的影响

水通道蛋白(aquaporin,AQP)是一类细胞膜通道蛋白,能够选择性地高效转运水分子。为研究橙色莫桑比克罗非鱼(Oreochromis mossambicus)AQP1基因在渗透压调控中的作用,该实验克隆了橙色莫桑比克罗非鱼的AQP1基因,并利用实时荧光定量方法(q PCR)分析了该基因在各个组织中的表达分布及其在盐度梯度胁迫(低盐胁迫(22‰)和高盐胁迫(35‰))条件下鳃、肾和肌肉的表达特征。结果显示AQP1基因c DNA全长2 612 bp,开放阅读框(ORF)774 bp,编码258个氨基酸;其DNA序列全长3 215 bp,包含2个内含子,3个外显子。组织分布结果表明,AQP1基因在各组织都有表达,在肾、皮肤和肌肉中表达量相对较高;盐胁迫结果显示,在盐度为22时鳃和肾中表达量在6 h达到峰值,肌肉中在24 h达到峰值;当盐度升至35时,鳃、肾和肌肉表达量均升高。实验结果表明,AQP1基因的表达与盐度密切相关,并参与橙色莫桑比克罗非鱼的渗透压调控。     

海蓬子中高亲和钾离子转运体SbHKT1基因的克隆、表达及生物信息学分析

本研究利用RACE技术从真盐生植物海蓬子中获得了高亲和钾离子转运体SbHKT1基因1647bp完整的ORF框。序列分析结果表明,该基因编码548个氨基酸,分子量为62.10kD,理论等电点为9.33;氨基酸序列中第1个～第35个属信号肽序列,第197个～第537个属离子转运体(TrkH)家族特征序列;该基因编码的蛋白具有10个跨膜结构,N端跨膜区及中部膜上呈现明显的疏水性,C端及中部多个跨膜区呈现强疏水性,符合载体类运输蛋白的特点,因此推测SbHKT1蛋白为跨膜运输蛋白。Blast分析显示该蛋白与碱蓬SsHKT1氨基酸同源性高达77%,与冰叶日中花、赤桉和小麦HKT类蛋白的同源性分别为63%、52%和46%。SbHkt1基因表达存在组织特异性:正常生长条件在根、茎中表达较低,在叶片中几乎看不到表达;在高盐低钾的环境下,各组织表达明显升高,高盐低钾胁迫处理8h,其根部表达处于高峰期;经100μmol/L脱落酸处理4h,根部表达达到最高;干旱胁迫(20%PEG6000)处理2h,根部表达量明显上升。由此推断,该基因参与了植物在高盐低钾、渗透、干旱等非生物胁迫下的生理调控。由于目前已克隆的HKT类蛋白基因多来自非盐生植物,对盐生植物内源HKT基因的研究相对较少,因此,海蓬子内源HKT1基因的全长的获得有助于我们进一步研究该基因在高盐钾饥饿环境下运输钾离子,调节植物体内Na+/K+平衡的功能,对于揭示真盐生植物的耐盐机制,将其运用于非盐生植物,培育新的耐盐品种具有一定的意义。     

茶树CsCIGR基因克隆及表达特性分析

该研究以茶树基因组数据库为基础,采用RT-PCR技术,从茶树‘龙井43’中克隆得到基因CsCIGR。序列分析显示,CsCIGR基因开放阅读框长度为1 677 bp,编码588个氨基酸。进化分析表明,CsCIGR属于GRAS家族的PAT1亚家族。多序列比对显示,茶树CsCIGR蛋白与其他植物的GRAS蛋白氨基酸序列具有很高的相似性。氨基酸理化性质分析显示,CsCIGR转录因子属于亲水性蛋白。亚细胞定位预测显示,CsCIGR可能位于细胞核中。启动子预测分析发现,CsCIGR启动子区域包含胁迫响应元件(STRE)、干旱应答元件(MYC)、厌氧诱导元件(ARE)等多种与逆境响应相关的顺式作用元件。荧光定量PCR分析结果显示,CsCIGR基因在低温(4℃)、高温(38℃)、干旱(200 g·L~(-1) PEG)、高盐(200 mmol·L~(-1) NaCl)胁迫下均能诱导表达,且对高盐,低温和高温胁迫响应更为明显,推测CsCIGR基因在茶树响应逆境胁迫中发挥重要作用。该研究为茶树抗性育种筛选基因提供了重要理论依据。     

新疆无苞芥Na~+/H~+逆向转运蛋白基因OpNHX1的克隆、表达分析与功能验证

从耐盐植物无苞芥中克隆获得了1个Na+/H+逆向转运蛋白基因NHX1,命名为OpNHX1(GenBank登录号:KC200248)。OpNHX1基因cDNA全长2 153 bp,包含一个1 605 bp的开放阅读框,编码534个氨基酸。系统进化树分析表明,OpNHX1编码产物与拟南芥、小盐芥亲缘关系较近,属于同一进化分支。实时荧光定量PCR分析表明,该蛋白基因在无苞芥根、茎、叶、花和荚果中均有表达,其中茎中表达量最高。半定量RT-PCR分析表明,该基因受高盐、干旱、低温及ABA的诱导上调表达。进一步将该基因在拟南芥中过量表达,显著提高了转基因植株在盐胁迫下的存活率,说明OpNHX1基因参与了植物的耐盐性。酵母功能互补试验结果显示,该基因转化酵母Δnhx1后可以补充NHX1的缺失,表明OpNHX1参与Na+/H+的转运。