三种锦鸡儿属植物过氧化氢酶基因的克隆及表达特性分析

为研究过氧化氢酶基因在锦鸡儿属植物抵御干旱胁迫中发挥的作用,采用兼并PCR (degenerate polymerase chain reaction, Deg-PCR)和末端克隆(rapid amplify cDNA ends, RACE)技术分离了柠条锦鸡儿(Caragana korshinskiikom)、小叶锦鸡儿(C. microphylla)和中间锦鸡儿(C. davazamcii)的过氧化氢酶(Catalase, CAT)基因cDNA序列,并对它们在干旱胁迫条件下的表达特性进行了比较分析。这3种锦鸡儿属植物CAT cDNA均为1 755 bp,含有1个1 479 bp的开放阅读框(open reading frame, ORF)、85个碱基的5'非编码区和201个碱基的3'非编码区,编码492个氨基酸的蛋白质。序列比较分析发现,该3条序列仅在322 bp处有一个碱基的差异(CkCAT为T碱基, CmCAT和CdCAT为C碱基),但它们编码相同的氨基酸。生物信息学分析显示,CkCAT、CmCAT和CiCAT的与其他植物的CAT蛋白具有较高的同源性,在进化上与豇豆和大豆的CAT亲缘关系较近。实时荧光定量PCR分析结果显示,在干旱胁迫条件下CkCAT、CmCAT和CdCAT的表达量明显升高,显示CAT在锦鸡儿属植物抵御干旱逆境中发挥重要作用。     

中间锦鸡儿CiUPF0114克隆与表达及豆科UPF0114基因家族成员分析

本研究克隆了中间锦鸡儿一个CiUPF0114基因,该基因编码框长876 bp,编码291个氨基酸的蛋白质,预测等电点9.83,分子量32.13 kD。利用荧光定量PCR检测发现,在干旱、脱水和冷处理后,CiUPF0114基因转录水平的表达量均明显上调。通过全基因组筛选,获得了29个来自于8种豆科植物以及模式植物拟南芥和水稻中的UPF0114基因家族成员,并对其进行了系统进化分析、基因结构和保守基序分析。系统进化分析将UPF0114基因分成A和B两个亚家族,A亚家族又分成A1和A2两个组,本研究中克隆的中间锦鸡儿CiUPF0114属于B亚家族成员。通过对蛋白长度、结构域数量、分子量、等电点、基因结构和保守基序的分析发现,29个UPF0114基因差异不大,说明该基因家族成员在进化上相对保守。该研究为进一步验证CiUPF0114基因的功能奠定了基础。     

锦鸡儿属中3种植物的组织培养及快速繁殖

1植物名称锦鸡儿属中柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)、中间锦鸡儿(C. intermedia)和树锦鸡儿(C.arborescens).     

锦鸡儿属植物4个种的核型分析

对4种锦鸡儿属(CaraganaFabr.)植物的核型进行了分析,得出4种染色体核型:秦晋锦鸡儿(C.purdom iiRehd.)染色体数为2n=16,其核型公式为2n=16=16 m(4 SAT);小叶锦鸡儿(C.m icrophyllaLam.)染色体数为2n=16,其核型公式为2n=16=14 m(2 SAT) 2 M;中间锦鸡儿(C.interm ediaKuang et H.C.Fu)染色体数为2n=18,其核型公式为2n=18=16 m(4 SAT) 2 M;树锦鸡儿(C.arborescensLam.)染色体数为2n=20,其核型公式为2n=20=20 m(4 SAT)。由此可推测:中间锦鸡儿可能为小叶锦鸡儿和树锦鸡儿或秦晋锦鸡儿和树锦鸡儿的中间类型或杂交种,也可能是具有递增染色体基数的不同种。     

锦鸡儿属3种植物的核型研究

以锦鸡儿属中间锦鸡儿、柠条锦鸡儿、狭叶锦鸡儿为材料,用光学显微镜观察了3种锦鸡儿的染色体,按全国第一次植物染色体学术讨论会建议的标准进行了核型分析。结果表明,3种锦鸡儿的体细胞染色体数目2n=16,核型公式分别为:中间锦鸡儿2n=2x=16=10m 6sm、柠条锦鸡儿2n=2x=16=12m 4sm、狭叶锦鸡儿2n=2x=16=14m 2sm,中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿的核型属于2A型,狭叶锦鸡儿的核型属于2B型。狭叶锦鸡儿二倍体染色体核型为首次报道。     

中间锦鸡儿CiABR17基因的克隆及表达分析

该研究采用blastn比对方法,从中间锦鸡儿干旱胁迫抑制消减杂交文库筛选出ABA响应蛋白17基因(ABR17)的EST序列。RACE扩增得到cDNA序列594bp,其中ORF为471bp,编码157个氨基酸,预测蛋白质分子量为16.44kD,等电点为4.93,平均疏水指数为-0.126,是一种亲水蛋白。实时荧光定量PCR检测发现,中间锦鸡儿CiABR17基因在脱水、NaCl和热胁迫下均有不同程度表达,说明CiABR17基因与中间锦鸡儿响应逆境胁迫有关;过表达CiABR17拟南芥株系的鲜重、干重和莲座直径均极显著高于野生型株系。     

锦鸡儿属植物染色体制片与3个种的核型分析

对锦鸡儿属植物根尖染色体制片中的几种预处理、解离、染色方法进行了比较.结果表明,用0.002 m o l/L8-羟基喹啉和饱和对二氯苯混和液(1∶1)预处理,1 m o l/L HC l预热60℃解离,改良苯酚品红染色效果较好.对锦鸡儿属植物3个种的体细胞中期染色体制片,核型分析结果表明,小叶锦鸡儿(C arag ana m icrophy lla)为2n=2x=16=8m(2SAT) 4sm 4M,中间锦鸡儿(C.interm ed ia)为2n=2x=16=6m 8sm 2M,青海锦鸡儿(C.ch ing-ha iensis)为2n=2x=16=4m 8sm 4M 2B,核型不对称性为“2A”型.此外,还发现这3种植物的根尖细胞中均有内源有丝分裂现象.     

柠条锦鸡儿CkLEA1基因克隆及表达分析

植物受到逆境胁迫后,大量逆境响应基因会被诱导表达,LEA蛋白编码基因就是与植物抗旱、抗冷等非生物胁迫密切相关的一类基因.从已构建的柠条锦鸡儿干旱胁迫抑制性削减杂交文库中筛选到了一条LEA蛋白编码基因并进行了克隆.序列比对与系统进化分析显示该基因属于LEA3基因家族成员,命名为CkLEA1(GenBank登录号是KC309408).克隆得到该基因gDNA长469bp,包含两个外显子和一个内含子;cDNA长357bp,包含300bp的开放阅读框,推导编码99个氨基酸的蛋白质.利用荧光定量PCR技术对CkLEA1基因在各种逆境胁迫条件的表达情况进行初步研究表明,CkLEA1受干旱、ABA、冷、热、盐和碱等处理不同程度地诱导,推测其与柠条锦鸡儿响应逆境胁迫的机制有关.     

柠条锦鸡儿F3H基因克隆及功能分析

柠条锦鸡儿为豆科灌木,对各种环境胁迫具有较强的适应能力,类黄酮是天然的抗氧化剂,花青素属类黄酮化合物,逆境胁迫会影响植物体内花青素的合成,而黄烷酮3-羟化酶(F3H)是花青素生物合成所必需的一种关键酶。该研究成功分离克隆了柠条锦鸡儿的F3H基因,命名为CkF3H。CkF3H基因的开放阅读框(ORF)为1095 bp,编码364个氨基酸,推测的蛋白质分子量为41.3 kDa,理论等电点为5.9。生物信息学分析发现,CkF3H基因序列与其它植物F3H有较高的一致性,推测CkF3H蛋白与其它植物F3H蛋白具有相似的功能。利用染色体步移法克隆得到CkF3H起始密码子ATG上游468 bp的启动子序列,PlantCARE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,CkF3H在柠条的根、茎和叶中均有表达,没有组织特异性;CkF3H的表达受低温、高盐、干旱和高温胁迫的诱导,并且在低温胁迫下,CkF3H的表达还受到光周期的影响。综上所述,研究结果表明CkF3H基因在柠条锦鸡儿适应低温、高盐、干旱和高温胁迫的过程中发挥作用。     

柠条锦鸡儿CkLEA4基因克隆及表达分析

LEA蛋白是一种与植物抗逆相关的胚胎发育晚期丰富蛋白。该研究从已构建的柠条锦鸡儿干旱胁迫抑制削减杂交文库中筛选到1条LEA蛋白编码基因的部分序列,用RACE技术扩增得到该基因cDNA全长并对其进行了克隆。测序表明该基因cDNA长870bp,其中开放阅读框长510bp,编码169个氨基酸,推测蛋白分子量为17.03kD,等电点为9.3,是一种亲水蛋白。序列比对和系统进化分析表明,该基因属于LEA4基因家族成员,命名为CkLEA4。实时荧光定量PCR检测发现,CkLEA4基因在干旱、ABA和NaCl处理下均受到不同程度的诱导,说明CkLEA4基因可能与柠条锦鸡儿响应逆境胁迫有关。     

发状念珠藻醛酮还原酶基因NfAKR的克隆与表达

以发状念珠藻细胞为试材,采用PCR技术克隆了醛酮还原酶基因的开放阅读框(ORF)序列,命名为NfAKR。对基因序列特征进行了生物信息学分析,根据其编码氨基酸序列预测了NfAKR蛋白的三维结构,同时探讨了PEG-6000胁迫下NfAKR的表达特性。结果表明:NfAKR基因的编码序列长912bp,编码304个氨基酸,预测其编码蛋白的相对分子量为33.51kD,理论等电点为4.94,具有醛酮还原酶超家族保守结构域。NfAKR蛋白主要由10个α-螺旋和11β-折叠组成,中间形成一个疏水穴,作为酶的催化活性中心。NfAKR与点形念珠藻处在同一进化枝上,具有较近的亲缘关系。qRT-PCR分析显示,PEG-6000胁迫下NfAKR基因上调表达,当PEG-6000浓度为8%时,其相对表达量为5.66并达到峰值。依据NfAKR基因响应干旱胁迫上调表达的特性,推测醛酮还原酶可能参与发状念珠藻抵御干旱胁迫过程。     

非洲菊4个POD基因的克隆及表达分析

以‘玲珑’非洲菊为材料,利用RT PCR技术克隆获得4个POD基因,分别命名为GjPOD4、GjPOD5、GjPOD7和GjPOD42（GenBank登录号分别为MH708528、MH708531、MH708529和MH708530）。对这4个基因进行生物信息学分析,并分析在SA、干旱、低温胁迫和非洲菊根腐病病原菌胁迫下4个POD基因的表达模式以及POD活性的变化特征,为揭示非洲菊POD基因的功能以及抗性育种奠定基础。结果显示：（1）所克隆的4个POD基因的cDNA长度为966~1 005 bp,编码321~334个氨基酸;生物信息学分析发现,它们编码的蛋白均属于植物亚铁红素依赖Ⅲ型POD,含有保守结构域及Motif,含有信号肽、跨膜螺旋结构和磷酸化位点。（2）进化树分析结果表明,GjPOD4和GjPOD7与拟南芥AtPRX52、GjPOD5与AtPRX47、GjPOD42与AtPRX42亲缘关系较近。（3）SA、干旱、低温胁迫和非洲菊根腐病病原菌处理均可显著或极显著影响4个基因的表达以及POD活性,但GjPOD4与其他3个GjPOD基因的表达趋势存在一定的差异。（4）相关性分析显示,在不同器官中,GjPOD42的表达与POD活性均呈显著正相关关系（P<0.05）;在隐地疫霉处理下, 4个POD基因表达均极显著上调且与POD活性呈正相关关系。研究表明,所克隆的 4个POD基因在非洲菊抗逆防御过程中,尤其是在响应隐地疫霉侵染过程中发挥着重要作用,但GjPOD4与其他3个GjPOD存在一定的功能差异。     

毛白杨细胞质抗坏血酸过氧化物酶基因的克隆及表达分析

利用同源克隆技术得到1个毛白杨细胞质抗坏血酸过氧化物酶基因,命名为PcAPX。该基因编码249个氨基酸残基,预测分子量为33.01kD。采用原核表达技术在大肠杆菌中表达并纯化该蛋白并进行酶活性分析,结果表明:重组PcAPX蛋白对抗坏血酸(AsA)和过氧化氢(H2O2)有很高的活性,其对抗坏血酸的米氏常数(Km)和最大反应速度(Vmax)分别为(0.71±0.03)mmol·L-1和(0.41±0.02)mmol·L-1·min-1·mg-1;对过氧化氢的Km和Vmax分别为(0.60±0.21)mmol·L-1和(0.35±0.12)mmol·L-1·min-1·mg-1,表明PcAPX对AsA和H2O2拥有较高的催化底物的能力和催化效率。利用实时定量RT-PCR分析毛白杨PcAPX基因的表达模式,结果表明其在老叶中表达量高于新叶、韧皮部、形成层和根部。该研究结果将进一步促进毛白杨APX基因家族成员参与植物生长调控的研究。     

茶树CsMYB123转录因子的克隆及表达特性研究

该实验以茶树品种‘紫娟’为试验材料,利用RT-PCR方法,从茶树cDNA中克隆得到一个R2R3-MYB型基因(CsMYB123)。生物信息学分析显示,CsMYB123基因的开放阅读框为915bp,编码304个氨基酸,蛋白分子量约34.07kD,理论等电点为8.69,含有2个保守的MYB结构域,编码1个R2R3-MYB蛋白;CsMYB123蛋白与拟南芥(Arabidopsis thaliana)MYB转录因子家族第五亚组的AtMYB123亲缘关系最近;CsMYB123属于亲水性蛋白,无N端信号肽,可能定位于细胞核上。荧光定量PCR分析表明,CsMYB123基因在茶树各组织的表达量大小依次为:一芽一叶第二叶第三叶第四叶老茎嫩茎,且在一芽一叶中的表达量是嫩茎的15.68倍;但CsMYB123的表达受IAA、ABA、ETH和GA3的抑制。花青素含量检测显示,茶树‘紫娟’各组织中花青素的含量高低依次为:第二叶一芽一叶第三叶第四叶嫩茎老茎,且第二叶和一芽一叶的含量分别为老茎的15倍和11倍。研究发现,CsMYB123基因在茶树‘紫娟’的新稍中高水平表达,且其表达模式与不同组织中的花青素含量呈较好的正相关关系,推测CsMYB123基因与茶树花青素合成的调控相关。     

文心兰COL基因的分离及其表达分析

CONSTANS(CO)及CONSTANS-like(COL)基因在光周期调控植物开花中起到重要的作用。该研究以文心兰(Oncidium)品种‘金辉’为材料,分离了CO同源基因OnCOL2及另外2个COL基因(OnCOL8和OnCOL9),它们分别编码326、411和291个氨基酸;生物信息分析预测它们均定位于细胞核;OnCOL2、OnCOL8有2个锌指B-box结构域和1个CCT结构域,而OnCOL9缺少B-box结构域。多序列比对及进化树分析结果表明,所有COL蛋白可划分为3组,OnCOL2与OnCOL8、OnCOL9分到了2个不同组中。OnCOL2与建兰(Cymbidium ensifolium)CeCOL(90.77%)高度相似;OnCOL8与OnCOL9在进化关系上更为接近,分别与拟南芥(Arabidopsis thaliana)AtCOL9和AtCOL10关系最近,它们在B-box和CCT结构域都极为保守。表达分析结果表明OnCOL2、OnCOL8与OnCOL9分别在花、根和假鳞茎中表达量最高,在叶片中的表达呈周期性变化趋势,且在长、短日照条件下表达的峰值及时间均存在差异,在花芽分化时期的叶片中表达量均显著上调。研究表明,OnCOL2、OnCOL8与OnCOL9基因均受到生物钟和日长调节,在光周期途径中,可能通过上调它们的表达以促进文心兰花芽的形成。该研究结果为进一步研究基因功能及光周期调控文心兰开花机制奠定了基础。     

中间锦鸡儿CiMYB68基因克隆及表达分析

该研究以中间锦鸡儿(Caragana intermedia)为材料,利用RACE技术克隆了CiMYB68基因的全长序列。对CiMYB68的基因组DNA和cDNA全长分析显示,CiMYB68基因无内含子,开放阅读框为852bp,编码284个氨基酸。预测CiMYB68基因编码的蛋白质等电点为8.95,分子量约为31 459.4Da。序列比对和系统进化分析表明,该蛋白和大豆的GmMYB68一致性最高,达到67%。构建了CiMYB68基因与GFP融合表达质粒,激光共聚焦显微镜观察发现,融合蛋白定位于细胞核。用实时荧光定量PCR技术对在不同胁迫条件下CiMYB68基因的表达检测结果表明,在干旱和低温处理下CiMYB68均受到不同程度的诱导,暗示CiMYB68基因可能与中间锦鸡儿响应逆境胁迫有关。     

富士苹果MdAPETALA2基因的克隆与表达分析

基于苹果基因组测序序列,从‘长富6号’富士苹果中分离了MdAPETALA2基因序列,通过生物信息学方法分析结构特征,利用实时荧光定量RT-PCR技术研究其在不同器官中的表达特性。结果表明:(1)MdAPETA-LA2基因cDNA序列为1 614bp,该基因最大开放阅读框为1 389bp,编码462个氨基酸,含有2个保守的AP2结构域和核定位信号;其编码区含有8个内含子和9个外显子;启动子区域含有许多光响应元件,如ATCT-motif、G-Box、GA-motif、I-box、Sp1、TCCC-motif等,以及水杨酸响应元件、赤霉素响应元件、防御和逆境响应元件等。(2)MdAPETALA2基因在苹果各种器官中均有表达,但不同组织中表达量存在差异,在种子中的表达量最高,其次是根和花,在叶和茎中的表达量最低;在花药中的表达量最大,其次是花托和子房,在花瓣、花梗和花柱中的表达量相对较少。(3)苹果MdAPETALA2基因属于AP2亚族,可能在种子的发育过程中起着非常重要的作用。     

玉米ZmSOD基因克隆及其在干旱胁迫下的表达

为探讨超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)基因在玉米抗逆反应中的作用,研究选用2个抗旱性有明显差别的玉米品种为试验材料,采用RT-PCR、实时荧光定量PCR(qRT-PCR)及二维凝胶电泳(2-DE)耦联的基质辅助激光解吸电离/飞行时间质谱(MALDI-TOF)法,对ZmSOD基因的序列结构及其在干旱胁迫下的表达特性进行分析。结果表明：(1)从干旱敏感品种‘登海605’(DH605)和抗旱品种‘蠡玉35’(LY35)玉米叶片中分别成功克隆出ZmSOD1和ZmSOD2基因。DH605中ZmSOD1开放阅读框(ORF)全长456 bp,编码151个氨基酸,编码的蛋白等电点为5.76,分子量为15.05 kD。LY35中ZmSOD2ORF全长459 bp,编码152个氨基酸,编码的蛋白等电点为5.65,分子量为15.11 kD;ZmSOD1和ZmSOD2是亲水性稳定蛋白,都含有Cu/Zn-SOD结构域,蛋白序列N端无信号肽及无跨膜结构域。同源性和系统进化分析表明,玉米ZmSOD和谷子Cu/Zn-SOD2的亲缘关系最近,相似性高达96.05%。(2)在干旱条件下,ZmSOD1在DH605中转录水平明显降低,LY35中ZmSOD2转录水平显著升高;2-DE耦联的质谱分析显示：ZmSOD1在DH605中表达量明显降低,LY35中ZmSOD2表达量无显著性变化,却检测到Mn-SOD蛋白表达量显著增加。(3)相关分析显示,干旱条件下,DH605叶片中ZmSOD1转录水平和其蛋白丰度及SOD酶活性呈极显著性正相关,LY35叶片中ZmSOD2转录水平与SOD酶活性呈显著性正相关。研究结果为进一步探索SOD基因在调节玉米抗性以及逆境胁迫应答过程中的作用机制提供了基础。     

桑树MaPP2C8基因克隆及其干旱胁迫下的表达

该研究基于桑树转录组测序结果及基因组数据库,采用PCR技术,克隆获得桑树2C型蛋白磷酸酶基因MaPP2C8的cDNA及其启动子序列,运用生物信息学方法对序列进行分析,并采用qRT-PCR方法检测MaPP2C8在干旱胁迫处理下的表达特性,为进一步研究MaPP2C8基因在干旱胁迫响应中的功能奠定基础。结果显示:(1)MaPP2C8基因cDNA全长为1 309 bp,开放阅读框(ORF)全长为1 053 bp,编码350个氨基酸。(2)MaPP2C8蛋白与桑科其他植物亲缘关系较近,归属于PP2Cs家族中的A亚族。(3)MaPP2C8蛋白分布于细胞中的多个位置,包括细胞质、细胞核及细胞膜等。(4)克隆获得MaPP2C8基因编码起始位点上游长度为1 612 bp启动子序列,该启动子含有3类激素相关的顺式作用元件,且与ABA相关的元件多达3个。(5)MaPP2C8基因受干旱胁迫诱导上调表达,复水处理后,其表达量显著下调。研究表明,MaPP2C8基因在桑树响应干旱胁迫过程中可能起重要作用。     

沙鞭PvDREB基因克隆与表达特异性分析

基于沙鞭的三代转录组数据,该研究利用PCR技术克隆DREB基因,并对其进行生物信息学分析;采用实时荧光定量PCR分析该基因的表达模式以及在20%PEG-6000模拟干旱胁迫处理下的表达特征,以探讨干旱胁迫下沙鞭DREB转录因子的功能和作用,为揭示PvDREB基因响应沙鞭的耐旱分子机制奠定基础。结果表明：(1)成功克隆获得一个沙鞭DREB基因,命名为PvDREB;PvDREB基因编码区长度831 bp、编码276个氨基酸,含有典型的AP2转录因子保守结构域;PvDREB蛋白是亲水性蛋白,不具有信号肽结构,存在跨膜结构和可能的糖基化及磷酸化位点。(2)系统进化分析显示,PvDREB基因与毛竹的DREB亲缘关系较近。(3)亚细胞定位预测表明,PvDREB蛋白定位于线粒体和细胞核中。(4)qRT-PCR显示,沙鞭根、茎和叶中PvDREB均可诱导表达但差异较大,且在茎中表达量最高,叶中次之,根中最低,具有明显的组织特异性;20%PEG-6000模拟干旱下,PvDREB基因在叶中的表达量随干旱胁迫时间增加而增加,12 h时达到最高,之后逐渐下降。研究推测,沙鞭PvDREB基因受干旱胁迫诱导表达,且...