中间偃麦草SGT1基因的克隆及其抗病功能的分析

为了探索中间偃麦草SGT1基因在小麦抗病反应中的应用潜力,采用RT-PCR和RACE方法克隆出中间偃麦草SGT1基因,命名为TiSGT1。该基因编码蛋白具有SGT1蛋白典型的功能域结构,与大麦SGT1序列高度同源。通过基因重组技术构建了TiSGT1的高效组成型表达载体,通过基因枪法将该载体转化到小麦品种扬麦12基因组中。对转基因植株PCR、Southern杂交与RT-PCR分析表明,TiSGT1基因可在T0、T1和T2代转基因小麦中遗传和表达。黄矮病、白粉病抗性鉴定结果表明,SGT1的超量表达可以提高小麦对黄矮病、白粉病的抗性,TiSGT1可以作为小麦广谱抗病性改良的潜在基因资源。     

中间偃麦草SGT1基因的克隆及其抗病功能的分析

为了探索中间偃麦草SGT1基因在小麦抗病反应中的应用潜力,采用RT-PCR和RACE方法克隆出中间偃麦草SGT1基因,命名为TiSGT1。该基因编码蛋白具有SGT1蛋白典型的功能域结构,与大麦SGT1序列高度同源。通过基因重组技术构建了TiSGT1的高效组成型表达载体,通过基因枪法将该载体转化到小麦品种扬麦12基因组中。对转基因植株PCR、Southern杂交与RT-PCR分析表明,TiSGT1基因可在T0、T1和T2代转基因小麦中遗传和表达。黄矮病、白粉病抗性鉴定结果表明,SGT1的超量表达可以提高小麦对黄矮病、白粉病的抗性,TiSGT1可以作为小麦广谱抗病性改良的潜在基因资源。     

水稻OPR基因的克隆及其在烟草中抗镉性分析

12-氧-植物二烯酸还原酶是茉莉酸生物合成途径的一个关键性酶,广泛参与植物生长过程中生物与非生物胁迫。本研究主要探讨OPR基因在植物非生物胁迫中的作用。从水稻中克隆了OPR基因,该基因的cDNA编码区全长1 203 bp,编码400个氨基酸,将其连接到植物表达载体pSH 737上,通过农杆菌介导的方法,将含有目的基因的载体遗传转化烟草,获得31株转基因植株。选取生长状况基本一致的8株不同转基因株系和4株野生型烟草,在非生物胁迫下,用300μmol·L~(-1) CdCl_2溶液浇灌处理,观察植株生长并对抗镉能力进行初步分析;选取T 1代3个转基因株系(TP 7、TP 8和TP 12)和野生型烟草的种子,放入含有3个不同浓度CdCl_2溶液的滤纸上萌发进行镉胁迫并统计发芽率。在300μmol·L~(-1) CdCl_2溶液胁迫15 d后,种子发芽率比野生型高40%以上,转基因烟草的抗氧化酶活性显著高于野生型,丙二醛的含量显著低于野生型植株。利用RT-PCR方法分析相关基因表达情况,结果表明,在Cd~(2+)胁迫下,OPR,Snakin-2和GRP-2基因表达均上调,因此推测OPR基因的高表达是其具有高抗性的主要原因。OPR基因的过量表达使烟草提高了对重金属Cd~(2+)的抗逆性能力。     

菜豆几丁质酶基因Bchi的克隆及其在转基因烟草中的表达

本文根据GenBank中公布的菜豆几丁质酶基因cDNA序列设计引物,通过RT-PCR得到一个菜豆几丁质酶基因家族基因Bchi.该基因编码一个327个氨基酸的多肽,其结构包括信号肽、几丁质结合区、铰链区、催化区和液泡定位多肽,属于Class Ia类内切几丁质酶.构建该基因的植物表达载体pMHL7133-Bchi,并通过发根农杆菌R1000介导转化烟草,经PCR和Southern blot鉴定获得了4株转基因烟草株系.几丁质酶活性分析表明,转基因烟草几丁质酶活力明显高于对照.抗真菌实验结果显示,转基因烟草的叶片基本无病斑产生,表明Bchi基因在烟草中高水平的表达显著提高了烟草对真菌病害的抗性.     

高粱Na~+转运蛋白基因SbSKC1的克隆及其在烟草中的抗盐功能鉴定

钠离子转运蛋白基因在植物抵御逆境胁迫中起重要作用,本研究克隆了高粱钠离子转运蛋白基因SbSKC1(XM_002457691.1),其完整开放阅读框包含1497个核苷酸,编码498个氨基酸残基。氨基酸序列比对及进化树分析表明,SbSKC1与玉米(Zea mays)LOC100382359(NP_001162576.1)具有高度相似性。构建pSH-SbSKC1植物表达载体,利用农杆菌介导法将SbSKC1转入烟草(Nicotiana tabacum cv.Xanthin)。转基因植株经PCR验证后进行300 mmol L~(–1)NaCl胁迫处理,转基因植株的存活率高于野生型,其根长显著高于野生型,而且转基因烟草保持了较高的钾钠离子比。盐胁迫后,转基因烟草的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性显著高于野生型,而过氧化氢(H_2O_2)含量比野生型烟草低37.7%。根据以上结果推断,过量表达SbSKC1基因能够提高烟草的抗盐性。     

烟草钾转运体NtKT12的克隆及表达分析

克隆烟草钾转运体基因,预测其结构,并分析其进化关系和功能,为研究烟草钾吸收机制奠定基础。采用RT-PCR方法从烟草品种K326中克隆到了一个钾转运体的同源基因,该序列全长为2 532 bp,蛋白编码844个氨基酸,预测分子量为93.1 k Da,等电点为7.2。同源性分析结果显示,该基因与绒毛烟草钾转运体12、林烟草钾转运体12等具有较高的同源性,故命名为NtKT12。生物信息学分析表明,NtKT12具有12个跨膜区。组织表达分析发现该基因在根中的表达量最高。低钾胁迫试验表明,该基因在处理6,24 h后表达量明显高于对照。研究结果为解析NtKT12在烟草钾营养中的功能奠定一定的理论基础。     

转hpa1Xm基因烟草后代的分子检测及苗期生理生化指标测定

本研究以野生型三生烟(Nicotiana tabacum cv.Xanthi nc.)及T_2、T_3代转hpa Xm(即hpa1Xm)基因烟草和转hpa Xm N-端缺失突变体(标记为hpa Xm△LP)烟草为试材,对目标基因的整合表达、叶绿素含量及防御酶活性进行检测。结果表明,卡那霉素抗性筛选、PCR及RT-PCR检测证明,外源目的基因hpa Xm和hpa Xm△LP整合到烟草基因组中,在转录水平上正常表达,且两个世代中稳定遗传。叶绿素含量测定中,转基因烟草含量显著高于野生型植株,同种转基因植株T_2代含量显著高于T_3代,而转hpa Xm基因烟草的总叶绿素含量比转hpa Xm△LP基因烟草的高,无显著性差异。防御酶活性的测定,表明转基因烟草的PAL、POD和PPO活性皆显著高于野生型植株;而转hpa Xm基因烟草的PAL和POD活性显著高于转hpa Xm△LP基因烟草;同品种转基因烟草中,T_2代PAL活性显著高于T_3代。说明hpa1Xm基因在烟草中表达能显著提高其叶绿素含量及抗病防御酶活性水平,且不同世代的转基因烟草之间表现有所差异。初步探索了hpa Xm的功能、遗传稳定性及信号肽类似序列对hpa Xm的表达及功能的影响。     

费尔干猪毛菜病程相关蛋白SfPR1a基因的异源表达增强了烟草对干旱、盐及叶斑病的抗性

为明确一年生草本盐生植物费尔干猪毛菜(Salsola ferganica Drob.)病程相关蛋白基因SfPR1a (GenBank登录号为JQ670917)是否参与了植物对逆境胁迫的响应,采用qRT-PCR检测了该基因在不同组织部位和脱落酸(ABA)、茉莉酸(JAs)、乙烯合成直接前体(ACC)等相关激素胁迫及NaCl处理下的表达规律,同时对转基因烟草在盐、旱及丁香假单胞菌等胁迫下的抗性进行了鉴定。结果显示, SfPR1a基因在费尔干猪毛菜根中的表达量显著高于茎叶中,且受到ABA、JAs、ACC、NaCl的积极诱导;干旱胁迫下,转基因烟草的丙二醛(MDA)含量显著低于野生型烟草,显示出较强的抗旱表型;盐胁迫下,异源表达SfPR1a的转基因烟草幼苗生长显著优于野生型烟草;丁香假单胞菌攻毒后的转基因烟草叶片呈现严重的坏死反应,但植株的整体抗性表型显著优于野生型烟草;亚细胞定位结果显示该蛋白定位于植物细胞质外体空间。以上结果表明,费尔干猪毛菜病程相关蛋白SfPR1a基因参与了植物对非生物及生物胁迫的抗性。     

三七多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白基因的功能分析

多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(PGIP)是植物抗病防御系统的重要组成部分。在前期研究中,从三七中分离得到一个编码PGIP蛋白的基因PnPGIP,PnPGIP在转录水平响应三七根腐病菌茄腐镰刀菌的侵染。为深入分析PnPGIP的功能,构建PnPGIP的原核表达载体,转入大肠杆菌BL21(DE3)进行大量表达,纯化获得PnPGIP的重组蛋白,并进行体外平板抑菌试验;构建PnPGIP的植物超表达载体,通过根癌农杆菌介导产生了PnPGIP转基因烟草,分析T2转基因烟草离体叶片对茄腐镰刀菌的抗性。PnPGIP原核重组蛋白对茄腐镰刀菌、胶孢炭疽菌、核盘菌和轮枝状镰刀菌的菌丝生长具有很强的抑制作用,并且随着蛋白量的增加,抑制活性也逐渐增强。q RT-PCR分析结果显示,PnPGIP在T2转基因烟草中大量表达。此外,与野生型烟草相比,转基因烟草对茄腐镰刀菌的抗性显著增强。PnPGIP是三七中参与茄腐镰刀菌防御反应的重要抗病基因。     

海岛棉GbMFT2基因能提高烟草的耐盐能力

MOTHER OF FT AND TFL1(MFT)属于磷脂酰乙醇胺结合蛋白(phosphatidyl ethanolamine-binding protein,PEBP)家族,该家族在被子植物中主要起着促进或抑制开花和控制株型的作用。本课题组前期从海岛棉(Gossypium barbadense)中克隆了一个MFT-like同源基因GbMFT2,发现其在种子中表达量较高,并且受ABA诱导。为了进一步探究该基因的功能,本研究首先检测了200 mmol/L Na Cl胁迫海岛棉0、1 h、3 h、6 h、12 h后基因的表达量,表明在盐诱导1 h GbMFT2基因的表达量最高。然后构建了过量表达载体p35S:GbMFT2,并通过农杆菌介导的叶盘法将其转化到普通烟草(Nicotiana tabacum cv.NC89)中,半定量RT-PCR表明GbMFT2基因在烟草中异位表达成功。利用0、100 mmol/L、200 mmol/L、300 mmol/L、400 mmol/L和500 mmol/L Na Cl胁迫不同的转基因株系,表明转基因烟草比野生型烟草更耐盐。再分别测量300 mmol/L Na Cl处理前后的野生型烟草和转基因烟草的脯氨酸含量、POD活性,发现处理后的野生型烟草的脯氨酸含量、POD活性均明显降低,而转基因烟草株系中的脯氨酸含量、POD活性均有明显的提升。研究结果表明,GbMFT2基因能够响应盐胁迫,并增加烟草的耐盐性。本研究可为研究植物MFT-like基因的功能提供了新思路,也为进一步解析棉花发育基因的功能提供了研究基础。     

棉花CBF基因的克隆及其转基因烟草的抗寒性分析

从中棉12 (Gh12)、中棉36 (Gh36)和海岛棉7124 (Gb7124)品种中克隆并鉴定了棉花的CBF基因,该基因编码一个由184个氨基酸组成的蛋白CBF,该蛋白具有CBF转录因子典型的序列标签“PKRRAGRKKFQETRHP”和“FADSAW”。Southern杂交表明,CBF基因在3个棉花品种中均以基因家族的形式存在。围绕海岛棉7124的CBF基因(GbCBF1)开展的逆境表达谱分析表明,GbCBF1基因受低温、干旱、盐和ABA等多种逆境条件的诱导表达。将GbCBF1基因构建到由强启动子35S和弱启动子NOS这2种启动子控制的植物表达载体pCambia2301上并转化烟草NC89,经过筛选及PCR鉴定,共获得26株转基因烟草。对部分T₁代植株进行的PCR和RT-PCR检测表明,GbCBF1基因可以在烟草中正常转录并遗传。分析表明,在低温下,转基因烟草的电解质渗漏率普遍低于野生型烟草,而游离脯氨酸含量和可溶性糖含量均高于野生型烟草,说明转GbCBF1基因提高了烟草的耐寒性。     

转基因烟草中半胱氨酸跨膜基因CYS生物信息学分析

在烟草中过量表达MYB转录因子LrAN2,能够激活上调花青素生物合成代谢通路,但富含半胱氨酸跨膜结构域蛋白A (CYS)的表达量明显降低。作为植物中一种重要的生物氨基酸,CYS的生物学研究鲜有报道。本研究克隆烟草的CYS基因,其全长为282 bp,编码氨基酸数94个。预测编码的蛋白分子量和等电点分别为24 019.84 Da和5.23,并且序列中没有保守区。实验结果显示该蛋白具有亲水性,主要由α-螺旋(19.35%)和无规则卷曲(65.59%)构成,CYS蛋白质不通过跨膜区,在膜外进行作用。系统发育树显示,烟草CYS基因与辣椒CYS基因亲缘关系最近,其次是番茄的HTC基因和WIH2基因。本研究结果克隆并分析CYS基因编码区序列,为CYS基因的功能研究提供参考依据。     

小麦TaCRF2基因的克隆及其在烟草中的初步功能验证

通过RT-PCR从小麦cDNA中扩增获得一个锌指蛋白基因TaCRF2, 该基因的cDNA长度为847 bp, 序列分析表明它编码一个含有280个氨基酸的蛋白质。在线软件预测该蛋白质的相对分子质量为30.97 kD, 等电点为7.03, 且在C-末端含有一个典型的RING-H2型锌指蛋白结构域, 在N-末端含有两个跨膜结构域。氨基酸序列比对发现, TaCRF2与水稻中的一个RING型锌指蛋白(ABF95226)的相似度为82%。亚细胞定位分析显示, 该蛋白分布在细胞核和细胞膜上。Real-time PCR表达特性分析显示, TaCRF2基因的表达受干旱、盐和ABA的强烈诱导, 低温对该基因的表达量影响不明显。初步功能验证发现过表达TaCRF2基因增强了转基因烟草对干旱和盐胁迫的耐性。     

过表达二穗短柄草BdDREB1-like基因提高烟草的抗氧化能力

为了研究二穗短柄草BdDREB1-like基因在转基因烟草中的功能,克隆了该基因,并进行了生物信息学分析。该基因开放阅读框684 bp,编码228个氨基酸,编码蛋白的分子量为24.178 ku,只含有一个典型的AP2结构域,属于AP2/EREBP(APETALA2/ethylene-responsive element binding protein)超家族的DREB家族。多序列比对与进化分析显示它与黑麦ScCBFI的亲缘关系较近。亚细胞定位分析表明,BdDREB1-like基因定位于细胞核。将其构建到植物表达载体上,并通过农杆菌介导法转入烟草中。PCR和RT-PCR筛选鉴定显示BdDREB1-like基因不仅整合到烟草基因组中而且还能稳定表达。过氧化氢胁迫条件下,转BdDREB1-like基因烟草幼苗具有较高的发芽率。为了进一步确定BdDREB1-like基因与氧化胁迫的关系,又对一个月大的转基因烟草进行氧化胁迫(MV,甲基紫精)处理。结果表明,在正常生长条件下,T3转基因株系除了SOD含量外,测定的其他各种生理指标均与野生型无显著差异,T1转基因株系中只有POD和叶绿素含量与野生型中的有显著差异;而在氧化胁迫处理条件下,转BdDREB1-like基因的烟草植株相对于野生型具有较高的过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶和叶绿素的含量和较低的丙二醛和过氧化氢含量。这些结果表明,过表达BdDREB1-like基因增强了植物对氧化胁迫的耐受性。     

转毕式海蓬子水通道蛋白基因SbPIP1烟草的抗旱生理机制分析

为了研究毕氏海蓬子中水通道蛋白基因的功能,利用RACE技术克隆了毕氏海蓬子经盐诱导后差异表达的水通道蛋白基因SbPIP1,并利用生物学软件对其编码的氨基酸序列进行了分析。进一步构建SbPIP1基因的植物高效表达载体pcAMBIA2301-SbPIP1,利用农杆菌介导法转化烟草NC89,通过Kan抗性、PCR及半定量RT-PCR筛选鉴定阳性转基因苗;对转基因烟草进行抗旱性分析,同时测定转基因烟草叶片原生质体在低渗溶液中破裂所需时间,以及在不同浓度PEG6000处理后转基因烟草叶片的相对含水量(RWC)、离子外渗率(IL)、丙二醛(MDA)含量和脯氨酸含量,研究毕式海蓬子SbPIP1基因的功能,分析转基因烟草的抗旱生理机制。结果表明,从毕氏海蓬子克隆的SbPIP1基因(Gen Bank登录号:DQ451602)c DNA全长1 268 bp,开放阅读框长度为858 bp,共编码285个氨基酸。生物信息学分析显示,SbPIP1编码的蛋白包含6个跨膜区、2个NPA(Asn-Pro-Ala)单元和2个典型的质膜信号肽序列。通过Kan抗性、PCR及半定量RT-PCR鉴定筛选,最终获得10个株系转基因烟草苗。转基因植株的抗旱性与对照相比明显提高。转基因烟草叶片原生质体在低渗溶液中的破裂时间明显短于对照烟草。在不同浓度PEG6000处理下,随着处理浓度的提高,转基因烟草和对照烟草叶片RWC均呈现逐渐下降趋势;但在相同浓度处理下,转基因烟草植株叶片的RWC与对照植株相比,下降幅度较小,具有较强的抗脱水能力。转基因烟草和对照烟草叶片MDA和IL随着PEG处理浓度的提高均呈现逐渐上升趋势,但转基因烟草MDA和IL增加幅度明显小于对照植株。转基因烟草和对照烟草叶片中脯氨酸含量随着PEG处理浓度的提高也呈现逐渐上升趋势,但与对照相比,转基因烟草植株叶片中脯氨酸含量增加的更快。     

紫花苜蓿MsERF003的基因克隆及其在干旱胁迫中的功能分析

ERFs转录因子属于AP2/ERF转录因子超家族,在植物生长、发育和逆境胁迫响应调节中具有重要的作用。紫花苜蓿是重要的牧草,具有较强的抗旱能力。本研究通过RT-PCR的方法从紫花苜蓿中克隆了一个ERF基因,即MsERF003。该基因的开放阅读框长度为570 bp,编码190个氨基酸残基。序列比对发现,该基因与来自蒺藜苜蓿的同源基因PPLZ02 (LOC11427311)的mRNA的编码区同源性为99%,在氨基酸水平的同源性为98.94%。通过qPCR方法对MsERF003基因的表达模式进行了分析,我们发现在干旱胁迫的条件下,在各个组织中的表达量均有上调,在茎和荚果中尤为显著,暗示该基因在响应干旱胁迫时,主要在茎和胚胎发育中发挥作用。我们预测了可能与Ms ERF003高度同源的PPLZ02的互作蛋白,发现其与多种转录因子和酶类互作。我们构建了植物表达载体pCBC-MsERF003,并利用农杆菌转化法获得过量表达该基因的转基因烟草。抗旱性评估结果显示,在干旱处理后,过量表达Ms ERF003的转基因烟草植株比野生型有更好的保水性,其脯氨酸含量极显著高于野生型,显示出更强的抗旱能力。本研究为进一步探究紫花苜蓿的抗旱性调控提供了有益参考。     

水稻质膜H+-ATPase基因对拟南芥遗传转化及其抗盐性分析

RT-PCR扩增得水稻质膜H -ATPase全长cDNA(PM-H -ATPase),构建了植物表达载体获得质粒pBI121-PM-H -ATPase,农杆菌介导、真空渗入法转化PM-H -ATPase基因入拟南芥,得35株T1代卡那抗性植株.抗性植株PCR分析表明,抗性植株整合了目的基因.Northern杂交分析进一步表明T3代转基因拟南芥表达了目的基因.抗盐(NaHCO3和NaC1)性分析表明:转基因植株的耐盐能力明显高于野生型;盐碱胁迫下转基因植株开花优先于野生型植株.     

烟草NtNHX1-1基因特征分析

烟草是中国重要的经济作物之一。盐胁迫对烟草生产造成巨大危害,克隆盐胁迫响应基因,为从分子水平抵御盐胁迫提供基因资源。本研究克隆了Na+/H+反向转运蛋白基因。该基因编码的蛋白为膜蛋白,具有12个跨膜区。进化分析表明,Nt NHX1-1与番茄的Sl-NHX1遗传距离最近,相似性为95%,其次为甜辣椒的Ca-NHX2,相似性为94%。组织特性表达分析表明,NtNHX1-1基因在茎中表达最高、其次为叶、花和根。NaCl处理后NtNHX1-1基因的表达明显上调,表明该基因可能在烟草抵抗盐胁迫中发挥重要功能。通过调控NtNHX1-1基因的表达有望获得耐盐胁迫烟草新品系。     

枸杞转录因子LbMYB103在转基因烟草中的表达

为了探讨枸杞转录因子Lb MYB103在植物生长发育中的功能,本实验采用RT-PCR技术从宁夏枸杞‘宁杞1号’花药中分离了该基因的完整开放阅读框,并构建植物过表达载体p Cambia2301-ky-Lb MYB103,经农杆菌介导法转化烟草。通过抗性筛选和PCR鉴定得到T0代转基因阳性植株,对T0代阳性烟草种子进行抗性筛选、PCR鉴定获得遗传稳定的T1、T2代阳性转基因烟草,观察其生长发育状况及性状。结果表明,外源基因Lb MYB103已经成功整合进烟草基因组中并能够在Ca MV35s强启动子稳定表达。与野生型相比,转基因烟草长势较慢,株高为野生型一半左右,其花器官发育异常,部分花瓣畸变。推测枸杞Lb MYB103转录因子在烟草花器官发育过程中起调控作用,此结果为进一步探讨该转录因子在枸杞花器官发育过程中的调控作用提供了理论依据。     

超量表达CsADH17基因提高烟草抗旱性及香气成分分析

乙醇脱氢酶是植物香气物质合成的脂肪酸代谢等途径中的关键酶之一,对茶叶芳香物质的形成有着重要作用,因此探究CsADH17基因有利于茶树的生长发育与品质提升。以本课题组前期筛选的CsADH17基因为研究对象,克隆CsADH17基因并构建植物表达载体,遗传转化烟草,对转基因烟草非生物胁迫下CsADH17的表达量和相关生理指标进行测定与分析。结果表明,对转基因与野生型烟草进行模拟干旱胁迫后,转基因烟草植株在干旱胁迫处理下的CsADH17基因相对表达量比野生型植株高。野生型烟草植株和CsADH17转基因烟草植株在干旱胁迫处理21 d后,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性均高于野生型烟草;胁迫处理后,野生型烟草叶片中丙二醛(MDA)含量显著高于转基因烟草。香气成分分析,转基因烟草苯甲醛比野生型含量提高了44.4%,而烟碱含量比野生型提高不到5%。CsADH17基因在烟草干旱胁迫下具有抗旱作用,同时影响烟草的香气成分,为进一步揭示CsADH在茶树生长发育以及抗逆响应中提供参考。