中国水仙DFR基因启动子的克隆及功能

为了解中国水仙花青素合成途径关键基因DFR(NtDFR)的表达调控以及中国水仙不能合成花青素的分子机制,采用染色体步移法从中国水仙中克隆NtDFR基因起始密码子上游962 bp的启动子序列.生物信息学分析结果表明启动子序列除包含TATA-box、CAAT-box等基本启动子元件外,还包含光调控元件、植物激素响应元件、胁迫响应元件等多个顺式作用元件.此外,该启动子序列还含有MYB转录因子结合位点.为验证启动子的表达特性,将NtDFR启动子取代植物表达载体pBI121上35S启动子,构建pBI121-pNtDFR::GUS载体,利用农杆菌转化烟草叶片瞬时表达,通过GUS组织染色法确定了克隆的启动子的活性.将中国水仙R2R3-MYB转录因子NtMYB2、NtMYB5分别和pBI121-p NtDFR::GUS共同注射烟草,定量PCR和GUS组织化学染色结果表明NtMYB2和NtMYB5都使NtDFR启动子诱导的烟草叶片GUS颜色变浅以及GUS基因表达量下降,表明NtMYB2和NtMYB5是NtDFR的抑制因子.本研究结果有助于了解中国水仙花青素合成途径的分子调控机制.(图5参34)     

茶树Ankyrin基因启动子的克隆及其5′UTR内含子功能

为了解启动子在茶树Ankyrin基因(CsAnkyrin)表达调控中的作用,以茶树新品系‘1005’嫩芽为材料,通过染色体步移技术克隆CsAnkyrin基因启动子序列,利用Neural Network Promoter Prediction和PlantCARE在线软件等对启动子序列进行生物信息学分析,将含有内含子和删除内含子的启动子序列(+intron/-intron)分别定向替换pCAMBIA1301表达载体的CaMV35S启动子,构建重组表达载体后分别转化拟南芥,并进行GUS组织化学染色分析.结果显示,克隆得到的CsAnkyrin启动子序列(命名为proAnk)为1 010 bp,含有一个5′UTR(5′Untranslated regions,5′非编码区)内含子.启动子序列除含有启动子核心元件TATA-box和CAAT-box,还存在有激素响应元件、光响应元件、厌氧胁迫应答元件以及大量功能未知或功能特异的顺式作用元件.删除5′UTR内含子后的启动子序列能够驱动下游GUS报告基因表达,保留5′UTR内含子的启动子序列不能驱动下游GUS报告基因正常表达,但是RT-PCR实验结果表明5′UTR内含子在转录后没有被切除,而是和GUS基因一起转录产生融合mRNA.本研究表明,proAnk具有诱导型启动子特性,5′UTR内含子对下游基因正常表达具有负调控作用,且可能是在翻译水平上对下游基因表达产生影响.(图7表1参32)     

番茄SlNAC1基因启动子的盐应答功能分析

番茄NAC转录因子编码基因SlNAC1受假单胞菌、盐、干旱和低温等多种生物和非生物胁迫诱导表达,但其转录调控机制仍不清楚.为研究SlNAC1的盐应答转录调控机制,分离SlNAC1基因的启动子并分析其盐应答功能.构建4个5′-缺失的SlNAC1启动子(起始密码子上游2 039 bp、1 508 bp、1 373 bp和777 bp)驱动的GUS基因表达载体,并利用农杆菌介导法分别转化烟草(Nicotiana benthamiana),随后对转基因植株进行NaCl处理和GUS染色分析.结果显示,未经NaCl处理的转基因植株均不被明显染色,而NaCl处理后,除777 bp启动子转基因植株外,2 039 bp、1 508 bp和1373 bp启动子转基因植株都被明显染色.这说明SlNAC1启动子中盐应答元件位于-1 373 bp和-777 bp之间.结合该区间有4个盐应答元件——GT1GMSCAM4元件(核心序列为GAAAAA)的预测分析结果,推断这4个GT1GMSCAM4元件中的一个或者多个协同负责SlNAC1基因的盐应答转录调控.这4个GT1GMSCAM4元件将用于筛选SlNAC1盐应答的转录调控因子.(图4表1参28)     

GCC盒和JERE盒介导的信号途径在水稻应答逆境中的作用

植物应答逆境的防御反应在很大程度是在基因转录水平调节的,其中转录因子与目标基因启动子上顺式作用元件的识别和结合起着关键的调节作用.本研究将从双子叶植物中发现的GCC盒(应答乙烯)和JERE盒(应答JA和激发子)与CaMV35S核心启动子融合构建成诱导型启动子,利用GUS报告基因构建其表达载体并进行农杆菌介导的水稻遗传转化.利用T1代株系分析了GCC盒和JERE盒水稻植株对不同逆境胁迫和激素处理的应答.结果表明在转基因植株中它们都具有很低的本底表达.稻瘟病侵染、稻纵卷叶螟取食和机械损伤处理可不同程度提高GUS基因的表达.另外,脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)也能提高GUS的表达.实验结果暗示JERE和GCC盒介导的信号途径在单子叶和双子叶之间有一定的保守性.图5参15     

水稻arf1基因3′-UTR片段的克隆和验证

终止子是一段位于基因编码之后的序列,作为一种调控信号调控DNA的转录终止和RNA的释放,在基因工程技术应用中通常被构建在目的基因下游,用以调控基因的转录和表达.现有常用的终止子很少,克隆和验证新的终止子是植物基因工程技术发展的需要.通过生物信息学分析和Realtime-PCR表达验证,筛选出候选基因腺苷酸核糖基化作用因子(Similar to ADP-ribosylation factor1,arf1)基因,克隆了水稻arf1基因3′-UTR.结果显示,所克隆3′-UTR片段含有8个多聚信号元件和4个UE片段.将3′-UTR与gus基因融合后分别与玉米泛素启动子Ubiquitin和花椰菜花叶病毒(CaMV)启动子35S连接构建植物表达载体验证3′-UTR调控表达效果.烟草瞬时表达显示3′-UTR融合的gus基因在35S和Ubi启动子驱动下,在烟草叶片中能正常表达;3′-UTR调控下的gus基因在水稻根、茎、叶、花和种子中均可稳定表达,且表达量与T-Nos终止子相当.本研究表明所克隆的3′-UTR可替代T-nos终止子,可为植物基因工程技术的应用提供新的调控元件.(图5表3参29)     

水稻DDB1基因的表达特性及功能分析

利用RNA干涉技术构建水稻DDB1(Damaged DNA binding protein 1)基因不同启动子驱动植物表达载体,DDB1-RNAi和DDB1-glu-RNAi.通过根癌农杆菌介导转入水稻愈伤,经组织培养成功获得转基因植株.半定量RT-PCR分析显示,与野生型植株相比,两组转基因植株幼叶内DDB1的表达量...     

水稻精细胞优势表达基因RSSG58的启动子克隆和功能鉴定

利用本实验室已经克隆的水稻精细胞优势表达基因RSSG58的cDNA序列与NCBI中的粳稻基因组文库进行比对、定位,结合生物信息学方法分析预测基因上游的启动子序列.在此基础上设计引物,以粳稻Oryzasativa(japonicacultivar-group)日本晴黄化苗总DNA为模板,采用DNA聚合酶链式反应(PCR)的方法扩增出基因上游1093bp和462bp两个不同长度的启动子缺失片段(分别命名为JP58B和JP58S),测序结果显示,其具有大多数高等植物启动子的保守元件.进一步构建启动子片段的植物表达载体pBI121-JP58B和pBI121-JP58S,瞬时表达结果显示,两个启动子片段对报告基因GUS均具有启动活性.图4参20     

龙眼DlAGO1基因启动子的克隆与表达

为了解启动子在龙眼AGO1基因（DlAGO1）表达调控中的作用,根据龙眼基因组数据,以龙眼胚性愈伤组织的DNA为模板克隆DlAGO1基因的启动子序列,利用Methprimer、BPDG和PlantCARE在线软件对该序列进行生物信息学分析,将该启动子序列定向替换pCAMBIA1300载体的CaMV35S启动子,构建DlAGO1基因启动子与GUS基因的融合表达载体,瞬时转化本氏烟烟草叶片,进行GUS组织化学染色分析,并用不同浓度的赤霉素（GA3）、茉莉酸甲酯（MeJA）、水杨酸（SA）和脱落酸（ABA）喷洒烟草叶片,用实时荧光定量仪（real-time quantitative PCR,RT-qPCR）分析不同浓度激素处理下GUS基因的相对表达情况.结果显示：分离克隆得到1 437 bp的DlAGO1基因启动子序列,该序列含有2个CpG岛分布区,2段核心启动子区域,还含有多种顺式元件,包括大量的TATA-box和CAAT-box核心元件以及GA3、MeJA、ABA、光、逆境、胚乳表达等响应元件;转基因烟草叶片被中度染色,ABA处理能够诱导DlAGO1启动子的活性.综上所述,龙眼DlAGO...     

播娘蒿转录因子DsCBF与CRT/DRE元件的相互作用

CBF(C-repeat binding factor)是调控植物冷驯化相关基因表达的一种调控转录激活因子,CBF蛋白AP2结合domain可与COR基因启动子CBT/DRE元件特异性地结合,启动耐寒基因COR的表达.为研究播娘蒿DsCBF的功能,构建pET32a-DsCBF原核表达载体,通过冻融法转化入大肠杆菌BL21(DE3)中,进行原核表达,并通过镍亲和层析纯化CBF蛋白.利用EMSA(Electrophoretic mobility shift assay)分析DsCBF蛋白与播娘蒿DsCOR基因的启动子上CRT/DRE元件的相互作用.EMSA结果显示,DsCBF蛋白与含有CCGAC核心序列及TATA-box和AT-TA回文结构的50bp探针结合有滞后现象,表明与DsCOR启动子上的CRT/DRE元件有特异性结合;而与仅有CCGAC的CRT/DRE核心序列的40bp探针结合则无滞后现象,表明DsCBF与蛋白结合的识别可能与TATA-box和AT-TA回文结构有关.     

水稻花药特异表达启动子的克隆与活性检测

植物雄性器官特异表达启动子的克隆是作物杂种优势利用分子育种的基础.根据水稻花药特异表达RA8基因序列设计引物,从水稻(Oryza sativa L.)品种日本晴中克隆得到水稻花药特异表达基因RA8启动子Tsp2,该启动子为RA8基因翻译起始位点上游828 bp的片段,具有启动子特征序列TATA盒TATAAATA和真核生物启动子特征序列CAAT框,与RA8启动子的核苷酸序列同源性为97%.利用该启动子与报告基因GFP构建植物表达载体p1304-rap,采用基因枪法转化烟草花药,通过GFP的瞬时表达证明该启动子具有花药特异启动子活性. 图5 参9     

福州宦溪野生蕉CBF7的cDNA与启动子克隆及在不同温度下的表达特性

CBF(CRT/DRE-binding factor)在植物低温响应及抗寒性的形成中起着重要的作用.香蕉基因组中只包含有1个CBF7基因,以香蕉基因组序列为参考,采用同源克隆的方法,从福建宦溪野生蕉(Musa itinerans)叶片中克隆CBF7-1基因的c DNA全长序列及其启动子序列.生物信息学分析显示宦溪野生蕉的CBF7-1具有植物CBF家族的典型AP2结构域,物种间序列特异性强;启动子富含多种类型的顺式作用元件,并且具有Cp G岛.q PCR分析表明CBF7-1在28℃时表达量最高,随着温度降低表达量逐渐下降,但在0℃时反而又升高.这表明宦溪野生蕉的CBF7-1可能与低温胁迫、耐热性均相关.     

水稻锌指蛋白基因OsWIP6的克隆、表达及RNAi载体转化

为了解水稻C2H2型锌指蛋白转录因子基因的表达调控机理及生物学功能,克隆了水稻的一个C2H2型锌指蛋白转录因子基因(OsWIP6),并构建其RNA干涉植物表达载体,通过农杆菌介导转化获得转基因植株.生物信息学分析显示,OsWIP6氨基酸序列与拟南芥两个WIP家族转录因子高度同源.组织差异性表达分析表明,该基因在水稻花发育上具有表达偏向性.与野生型相比,转基因水稻表现为抽穗延迟,结实率及千粒重降低,半定量分析显示转基因植株OsWIP6表达量明显下降.因此,推断OsWIP6基因与水稻育性密切相关.     

野生蕉miR395a前体克隆与进化特性及启动子分析

植物miR395参与硫代谢调控,并在应答逆境胁迫等方面起重要调控作用.为了解香蕉miR395的分子特性和进化规律,在参考香蕉基因组信息的基础上,结合RT-PCR技术,从三明野生蕉(Musa itinerans)叶片中获得81 nt miR395a前体序列,包含21 nt miR395a成熟体序列.进化特性分析表明,植物miR395a前体存在于27个物种中,野生蕉pre-miR395a序列与双子叶耧斗菜(Aquilegia viridiflora Pall.)最为接近,与单子叶的水稻、玉米、高粱最远,表明野生蕉pre-miR395a的起源比较特殊;前体序列长度差异较大(57-226 nt);miR395a成熟体序列分析发现,来自5p臂上的miR395a序列特异性较大.野生蕉miR395a前体能形成典型的发卡结构,miR395a成熟体位于前体的3p臂上.转录起始位点分析表明,野生蕉pri-miR395a转录起始区域位于-87 bp--38 bp,A为转录起始位点.启动子顺式作用元件预测分析表明,野生蕉miR395a启动子包含多个激素、胁迫、生物钟及光响应元件,可能与响应胁迫密切相关.qPCR检测结果也发现miR395a的表达量在低温胁迫下极显著下调,表明响应低温胁迫.综上表明三明野生蕉在响应低温胁迫过程中miR395a起着重要调控作用,这对于进一步研究野生蕉miR395a在低温胁迫中的作用机制具有参考价值.     

青稞β-1,3-葡聚糖酶Ⅱ基因启动子的克隆分析及表达载体的构建

根据本实验室克隆并公布的藏青稞β-1,3-葡聚糖酶Ⅱ(BGH Ⅱ)基因序列,以藏青稞QB09基因组DNA为模板,构建DNA步移文库,并通过步移技术克隆出BGH Ⅱ起始密码子上游调控序列BGHP.鉴定和分析表明,BGHP具备大多数高等植物启动子的保守元件,预测它对BGHⅡ基因的表达具有一定的作用.为鉴定BGHⅡ基因的基本启动子元件,将基因5’侧翼序列做缺失片段分析,利用PCR方法从BGHP中得到3个不同大小两端带有HindⅢ、BamH Ⅰ酶切位点的片段BGHP1、BGHP2和BGHP3,定向插入载体pMGFP4(pBI221改建,报告基因为GFP)中,取代原有的CaMV35S启动子,构建了由驱动报告基因GFP的植物表达载体BGHPV1、BGHPV2和BGHPV3,用于大麦的遗传转化,为进一步研究其功能奠定了基础.图5表1参15     

青稞β-1,3-葡聚糖酶II基因启动子的克隆分析及表达载体的构建

根据本实验室克隆并公布的藏青稞β-1,3-葡聚糖酶II(BGH II)基因序列,以藏青稞QB09基因组DNA为模板,构建DNA步移文库,并通过步移技术克隆出BGH II起始密码子上游调控序列BGHP. 鉴定和分析表明,BGHP具备大多数高等植物启动子的保守元件,预测它对BGH II基因的表达具有一定的作用.为鉴定BGH II基因的基本启动子元件,将基因5′侧翼序列做缺失片段分析,利用PCR方法从BGHP中得到3个不同大小两端带有Hind Ⅲ、BamHⅠ酶切位点的片段BGHP1、BGHP2和BGHP3,定向插入载体pMGFP4(pBI221改建,报告基因为GFP)中,取代原有的CaMV35S启动子,构建了由驱动报告基因GFP的植物表达载体BGHPV1、BGHPV2和BGHPV3,用于大麦的遗传转化,为进一步研究其功能奠定了基础. 图5 表1 参15     

Identification and expression analysis of the HvENOD93 gene family in barley北大核心CSCD

早期结瘤素93(ENOD93)蛋白在植物根瘤形成初期扮演着重要的角色.基于大麦基因组信息鉴定大麦ENOD93基因家族成员,分析其理化特性、进化关系、基因结构、蛋白质结构和启动子顺式作用元件;并分析ENOD93家族在不同组织和不同基因型(籽粒大小)的表达情况.结果显示,大麦ENOD93基因家族有16个成员,均含有ENOD93基因家族特有的保守结构域;编码区长度在207-627 bp之间,外显子数量有1-4个,平均2.75个,且大部分位于细胞膜上;进化树结果表明与水稻、小麦和玉米等禾本科植物ENOD93基因的亲缘关系较近;启动子顺式元件主要有植物生长发育响应元件、胁迫响应元件以及激素响应元件;大部分HvENOD93基因在灌浆期籽粒和大粒材料中表达量较高.推测大麦HvENOD93基因在籽粒大小形成中起关键性作用;另外,结合其他物种相关基因研究结果,共筛选出3个同源基因.(图4表2参45)     

茶树CSD1基因及其启动子克隆与低温胁迫下的表达

低温寒害严重影响茶树的生长发育状况及成品茶品质,Copper/zinc-superoxide dismutase(CSD)基因在植物抗胁迫响应中起着关键作用.为了解茶树CSD基因(CsCSD)响应低温胁迫的作用机制,以铁观音茶树叶片为供试材料,采用同源克隆结合RACE方法及染色体步移法,获得茶树CSD1基因的cDNA序列(GenBank登录号:KR078346)、gDNA序列及其启动子序列,并对其进行生物信息学分析,同时对低温胁迫处理下CsCSD1基因的表达模式也进行分析.结果显示,茶树CsCSD1基因cDNA全长860 bp,完整的开放阅读框(ORF)长度为459 bp,共编码152个氨基酸;gDNA基因结构分析发现CsCSD1基因由6个外显子和5个内含子构成;CpG岛预测发现启动子区域内存在1个CpG岛,CpG长度为219bp,GC含量为50.3%;CsCSD1启动子上还存在大量的顺式作用元件,包括光响应元件、激素响应元件、胁迫响应元件和其他响应元件;在低温胁迫下CsCSD1基因的表达模式显示,在低温胁迫前期,CsCSD1基因表达上调;随后CsCSD1基因的表达量不断下降.本研究表明,CsCSD1基因能够响应低温胁迫并在胁迫的不同时期发挥不同的作用,推测与低温胁迫密切相关.     

播娘蒿转录因子DsCBF1突变体的构建及其蛋白质的EMSA试验分析

CBF(C-repeat binding factor)是调控植物冷驯化相关基因表达的调控转录激活因子,可与下游冷应答基因启动子的核心序列CBT/DRE元件(CCGAC)特异性地结合,启动耐寒基因的表达,提高植物的抗寒能力.为揭示播娘蒿(Descurainia sophia)的抗寒机制,研究播娘蒿转录因子Ds CBF1蛋白AP2区域编码氨基酸对启动下游抗寒基因表达的作用.首先分析Ds CBF1蛋白AP2区域编码氨基酸的疏水性,设计重叠延伸PCR引物,定点突变Ds CBF1基因;然后构建p ET32a-Ds CBF1突变体原核表达载体,通过冻融法转化入宿主大肠杆菌BL21(DE3)中,进行原核表达,并通过镍离子亲和层析纯化Ds CBF1突变体蛋白;最后利用化学发光法EMSA试验(Electrophoretic mobility shift assay)方法分析Ds CBF1蛋白与含有CRT/DRE元件的DNA探针之间的相互作用.EMSA试验分析显示,播娘蒿Ds CBF1的AP2区域的57位苯丙氨酸F(TTT)和68位缬氨酸V(GTT)分别突变为精氨酸R(CGT)和谷氨酸E(GAA),导致播娘蒿顺式调控因子Ds CBF1蛋白与下游冷响应基因的CRT/DRE元件结合效率出现明显下降趋势,说明播娘蒿Ds CBF1蛋白AP2区域编码氨基酸位点的突变影响了播娘蒿的抗寒能力.本研究表明播娘蒿Ds CBF1的AP2区域的57位苯丙氨酸F(TTT)和68位缬氨酸V(GTT)位点对于播娘蒿的冷驯化具有十分重要的作用.     

香蕉高亲和性钾转运蛋白（HAK）家族全基因组鉴定及表达

高亲和性钾转运蛋白(high-affinity K⁺transporter,HAK)在植株钾离子运输中扮演着关键角色.香蕉是喜钾植物,其果实富含钾,因此研究HAK基因的序列特性和表达模式对于香蕉钾元素吸收和利用研究具有重要意义.利用生物信息学手段对香蕉HAK基因家族进行全基因组鉴定,基于转录组数据分析MaHAKs成员在根、叶、自然成熟和乙烯催熟的不同成熟阶段果实中的表达情况,利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)研究部分成员在不同钾浓度营养液处理的根中的表达情况.结果显示,香蕉基因组中存在24个可分为5个亚家族、分布于10条染色体上的MaHAKs成员,它们编码的蛋白含8-14个跨膜结构,且均定位于质膜.MaHAKs启动子富含激素和逆境相关响应元件,此外还具有17种转录因子的结合位点,13个MaHAKs成员启动子区含有AP2和Dof结合位点,11个MaHAKs成员启动子区含有BBR-BPC结合位点.MaHAK8、20和22在根、叶以及不同成熟阶段果实中均高水平表达.MaHAK12在根系中的表达量最高,MaHAK19在叶和乙烯催熟的果实中表达量最高,MaHAK8在自...     

香菇生长发育过程中漆酶基因家族的转录表达

香菇可分泌胞外漆酶降解木质素作为自身营养物质.为探究不同漆酶基因在香菇生长发育过程中的不同作用,采用RT-q PCR方法分析10个漆酶基因在香菇4个不同发育阶段(菌丝体、原基、幼小子实体和成熟子实体)的转录表达情况.结果显示,5个漆酶基因(Lelac1、Lelac3、Lelac5、Lelac8和Lelac9)的转录表达表现出差异性和发育阶段特异性,另外5个漆酶基因(Lelac2、Lelac4、Lelac7、Lelac10和Lelac11)只表现出差异性.Lelac2和Lelac3随着香菇的生长,其转录表达量持续上升,可能与成菇过程有关;Lelac1和Lelac7在菌丝体阶段大量表达,可能参与菌丝体的生长代谢;Lelac8在原基时期表达量显著高于其他时期,与原基分化有关.本研究表明漆酶基因在香菇不同发育阶段的转录表达存在差异,结果可为进一步阐明漆酶在香菇生长发育阶段的作用奠定基础.