麻疯树叶绿ω3脂肪酸脱饱和酶基因的克隆和鉴定

根据几个已知的植物ω3脂肪酸脱胞和酶基因序列,利用RT-PCR和RACE技术从麻疯树中克隆了一条编码叶绿体ω3脂肪酸脱饱和酶的cDNA序列.对该序列的分析表明,该cDNA的编码区长1 368bp,编码一个长度为455个氨基酸的蛋白质,推测的蛋白质相对分子质量(Mr)大小为52.1×103.同源分析显示,推测的氨基酸序列与其他物叶绿体脂肪酸脱饱和酶具有很高的相似性.RT-PCR分析表明,该基因在麻疯树叶片中有着稳定的表达.此外,还通过酵母表达系统鉴定了该基因编码的酶的功能.对转基因酵母的脂肪酸组成分析发现,α亚麻酸在转基因酵母中积累.上述结果表明,该麻疯树cDNA编码了一个叶绿体ω3脂肪酸脱饱和酶.     

粘红酵母△12-脂肪酸脱氢酶基因的克隆和表达

Δ12-脂肪酸脱氢酶一般特异性催化在油酸的Δ12位引入双键转变成亚油酸.为了从粘红酵母YM25079中克隆全长Δ12-脂肪酸脱氢酶基因序列,参考已知的Δ12-脂肪酸脱氢酶基因序列设计基因特异性引物,通过PCR扩增获得到全长为1 353 bp的c DNA序列,序列分析结果表明该序列具有一个编码450个氨基酸的完整开放阅读框,所编码蛋白质的大小为50.9×103.与报道的Δ12-脂肪酸脱氢酶一样,推测的氨基酸序列具有膜整合脂肪酸脱氢酶特异性的3个组氨酸保守区,表明该序列为一个新的编码Δ12-脂肪酸脱氢酶的基因.为了验证其功能,把开放阅读框序列亚克隆到表达载体p YES3/CT,构建重组表达载体p YRGD12,并转化到酿酒酵母的缺陷型菌株INVScl进行表达.脂肪酸气相色谱(GC)分析表明,该序列所编码的蛋白质具有Δ12-脂肪酸脱氢酶活性,能将油酸转化为亚油酸,亚油酸的含量占酵母总脂肪酸的4.31%.以上结果表明,PCR所获得序列是新的Δ12-脂肪酸脱氢酶基因.     

麻疯树酰基载体蛋白的基因克隆、表达分析及原核表达

从麻疯树胚乳cDNA文库中筛选分离了一个编码酰基载体蛋白的cDNA序列,全长为806 bp,其开放读码框(ORF)长度为393 bp.编码130个氨基酸,该序列在GenBanl澄录号为EF179617,命名为JcACP.该基因编码的蛋白质相对分子质量(M)约为14.4×103,等电点为5.2,具有酰基载体蛋白的典型特征--含有4'-磷酸泛酰巯基乙胺辅基的结合位点.RT-PCR试验结果表明,该基因在麻疯树的叶、茎和种子中表达,以种子中的表达量最高,在根中不表达,种子萌发后其表达量随萌发进程递增,在96 h时表达量达到最高.结果表明,JcAcP在种子中的高度表达可能与种子萌发时的代谢活动有关.同时,将其在大肠杆菌中成功进行了原核表达.     

簇毛麦(Dasypyrum villosum)GA20ox基因的分离和鉴定

通过RT-PCR技术克隆了簇毛麦(Dasypyrum villosum)赤霉素生物合成关键酶GA20ox基因的全长序列,命名为DvGA20ox,GenBank登录号为EU142949.该基因全长1 080 bp,推测编码359个氨基酸的蛋白质,具有植物GA20ox基因的典型保守结构域LPWKET和NYYPXCQKP.该基因推导编码蛋白质与小麦、大麦和黑麦草GA20ox蛋白的同源性分别为98%、97%和91%.该序列重组到原核表达载体pET-32a(+)获得的重组子pET-32a(+)-DvGA20ox转化大肠杆菌BL21pLysS后,IPTG诱导表达,SDS-PAGE分析表明,DvGA20ox基因在大肠杆菌中获得了高效表达,融合蛋白相对分子质量为55×103h,与理论值相符.结果为深入研究DvGA20ox蛋白的结构与功能以及该基因与株高发育的关系奠定了基础.图3参19     

茶树RING-finger型E3泛素连接酶基因CsSDIR的克隆与表达

蛋白质泛素化修饰广泛参与植物的生长发育及逆境胁迫响应,其中RING-finger型E3泛素连接酶基因salt and drought induced ring finger1(SDIR1)在植物抗逆中具有重要的作用.为了解茶树SDIR1(CsSDIR1)在抗逆应答中的作用机制,采用RT-PCR技术从茶树中克隆CsSDIR1的全长cDNA序列及启动子序列,对其生物信息学特征进行分析,并采用qRT-PCR技术检测该基因的组织表达特异性及在不同逆境胁迫下的表达模式.结果显示,CsSDIR1基因的开放阅读框(ORF)长831 bp,编码276个氨基酸,蛋白质分子量(Mr)为30.085×103,理论等电点为6.54;氨基酸序列分析表明,CsSDIR1属于疏水性蛋白、定位在胞内膜上,与其他植物中的SDIR1相似性较高,在其N-端和C-端分别含有2个保守的跨膜结构域和C3H2C3 RING finger功能域;CsSDIR1与猕猴桃关系最近. CsSDIR1上游启动子含多个与干旱胁迫和盐胁迫响应相关的元件.表达分析显示,CsSDIR1在茎中的表达量显著高于根、叶和花;ABA、干旱和高盐诱导其表达,低温抑制CsSDIR1的表达.根据上述结果推测CsSDIR1基因可能参与了茶树的抗逆响应.     

水稻RBX1基因cDNA的分离及其过量表达载体对水稻的转化

RBX1蛋白是基于Cullin蛋白的E3复合体中的一个亚基,对于基于Cullin蛋白的E3复合体结合E2及Cullin蛋白的活化具有重要作用.利用RT-PCR分离到水稻RBX1cDNA,序列比对分析显示,水稻RBX1与拟南芥、人、果蝇及酵母中该同源蛋白的氨基酸序列一致性分别为80%、74.4%、72%和51.2%.酵母双杂交实验显示,水稻RBX1与水稻Cullin4蛋白有着相互作用.将水稻RBX1cDNA插入植物表达质粒pHB,利用农杆菌介导法将构建好的植物表达载体导入水稻,获得植株38株.以基因组DNA为模板对潮霉素抗性基因片段进行扩增,初步确定其中32株为转基因植株.图5表1参17     

环境基因组DNA脂肪酶基因克隆与分析

为了建立从环境基因组DNA中直接克隆脂肪酶基因的通用方法,抽提餐馆灶台油污的环境基因组DNA,采用简并PCR等分子技术从中克隆到脂肪酶基因lip42及其对应的全长cDNA.序列分析表明该基因的cDNA编码区序列全长为1692bp,编码1段由19个氨基酸残基组成的信号肽和1段由544个氨基酸残基组成的成熟肽,计算相对分子质量为61541.51,其中含有强碱性氨基酸残基42个,强酸性氨基酸残基56个,等电点pI为5.428,有2个可能的N-糖基化位点.BLAST比对分析表明该序列与已发表的白地霉(Geotrichum geotrichum)脂肪酶基因(U02541)在核苷酸水平的一致性为99%.该基因序列提交GenBank,登录号为DQ313172.将该脂肪酶基因的开放阅读框克隆到毕赤酵母表达载体,转化毕赤酵母GS115,经罗丹明B平板功能筛选得到具脂肪酶活性的重组毕赤酵母菌株[GS115(pAMB768)],验证了直接从环境基因组DNA克隆脂肪酶基因的有效性.图3表1参27     

麻疯树胚乳类F-盒蛋白基因的克隆和载体构建

通过随机测序从本实验室构建的麻疯树胚乳cDNA文库中获得了一条与多种植物、动物F-盒家族(F-box)序列相似的EST序列,并进一步克隆得到含有完整编码框的cDNA全长和基因组序列(Jc-Fbl1).Jc-Fbl1cDNA全长1672bp,开放阅读框为1224bp,编码的蛋白质含有407个氨基酸残基.Jc-Fbl1推导的氨基酸序列与拟南芥、水稻中的同源F-box蛋白相似性分别为52%和75%;与人、斑马鱼、线虫等动物的F-box蛋白的相似性达到48%~56%.应用Pfam Search寻找功能结构域,发现其除了含有F-盒家族类结构域外,还有富含亮氨酸重复单位(leucine-rich repeats,LRRs).比对Jc-Fbl1的基因组序列和cDNA序列,发现Jc-Fbl1有两个长度分别为331bp和893bp的外显子和一个长362bp的插入序列,符合内含子的GT-AG法则,认为是Jc-Fbl1的内含子.水稻、拟南芥基因组中的同源序列也出现了这种两个外显子、一个内含子的结构,且内含子位置较为保守.为了进一步研究麻疯树F-box蛋白的功能,构建了同时含有Jc-Fbl1完整开放阅读框序列和绿色荧光蛋白标签的真核表达载体pBI121-Jc-Fbl1-GFP,并经酶切鉴定构建成功.     

甘蓝型油菜半胱氨酸蛋白酶cDNA的克隆及组织特异性表达分析

采用SSH (Suppression subtractive hybridization)和Race-PCR (Rapid-amplification of cDNA ends)技术克隆得到来自甘蓝型油菜(Brassica napus L.)矮化突变体'NDF-1'的一个差异表达基因编码区的全长cDNA序列,命名为Bncp5.该基因全长1 224 bp,含有1 080 bp的完整开放阅读框,编码359个氨基酸.该基因编码区与甘蓝中一个与衰老相关的半胱氨酸蛋白酶基因(登录号AF454960)同源性达97%,氨基酸序列同源性达到100%. Bncp5编码的蛋白相对分子质量为39.5×103,等电点为5.57.对其活性位点的分析表明其具备真核生物半胱氨酸蛋白酶的活性中心,且有很高的功能区段保守性,推测为一跨膜蛋白.相对定量PCR的检测结果表明, Bncp5在野生型和矮化突变体的根、茎、子叶和真叶中都有表达,但是表达量存在显著性差异.在野生型高秆油菜中,根的表达量最低,在真叶的表达量最高;在矮化突变体中,根、茎中的表达明显高于野生型,而在子叶和真叶中的表达量与野生型油菜的表达量基本一致.     

桃ACC合酶基因组DNA（pACSG01）的序列分析及其表达

以桃基因组DNA为模板,用套式PCR技术扩增并克隆了桃ACC合酶基因片段,将其克隆（定名为pACSG01）并进行序列测定,表明该自然全长1320bp,并富含HindⅢ和EcoRⅠ位点,与其它ACC合酶基因结构序列有一定的相似性,内含有两个内含子,编码的氨基酸序列与已克隆桃ACC合酶cDNA推导的氨基酸序列的同源性分别为57．4％和56．8％,pACSG01与我们已克隆的两个桃ACC合酶cDNA基因表达有所不同,RNA点杂交和RT－PCR结合Southern杂交分析表明,该基因在成熟和乙烯处理的果实均不表达,伤处理、LiCl和生长素处理也不能诱导核基因的表达,在衰老花瓣中也不表达,图3参18。     

麻疯树小热激蛋白基因JcHSP15.9的原核表达及耐热胁迫

小热激蛋白(sHSPs)是植物在逆境条件下产生的一类具有分子伴侣活性的应激蛋白,本研究拟构建原核表达载体并表达具生物学活性的麻疯树小热激蛋白以进一步研究其功能及应用.从麻疯树胚乳cDNA文库中获得全长为652 bp的cDNA序列,包含一个426 bp的开放阅读框,编码分子量大小约为15 926.13的胞质Ⅰ型小热激蛋白,命名为JcHSP15.9.通过构建原核表达载体,得到BL21(DE3)plysS/pET32a-HSP重组菌株.用JcHSP15.9在大肠杆菌中的过量表达来研究它的耐热胁迫能力,发现在常温(37℃)下重组菌株与野生型菌株生长曲线基本相似,但在高温(50℃)下重组菌较对照组菌株存活率有了显著的提高,推测JcHSP15.9可能与麻疯树的耐热胁迫有关.通过镍亲和层析柱纯化得到纯度较高的JcHSP15.9蛋白,分子量大小与预期一致,蛋白条带单一清晰.     

文心兰‘南茜’谷氧还蛋白基因克隆定位及表达

为研究文心兰谷氧还蛋白超家族基因ROXY在花药发育中的功能,以文心兰‘南茜’(Oncidium Gower Ramsey)为试验材料,从‘南茜’的转录组网站选取一条与拟南芥At ROXY1/2相似度最高的基因序列(命名为OnROXY1),以该序列的cDNA为模版设计引物,用RT-PCR从‘南茜’花器官中扩增该基因,并对扩增产物进行测序和保守结构域分析.结果表明,OnROXY1基因编码区402 bp,编码133个氨基酸,与‘南茜’转录组网站中的预测序列只有一个碱基差异,但与该预测序列的氨基酸序列和保守结构域完全一致(GenBank登录号:MF696154).OnROXY1基因具有典型的谷氧还蛋白(Glutaredoxin,GRX)基因家族的结构域和CMCC活性位点,因此该基因属于GRX基因家族,并且属于亚类CC型的GRX基因.进化树分析表明,OnROXY1与水稻的Os ROXY1、Os ROXY2和拟南芥的At ROXY1、At ROXY2蛋白序列的一致性最高,进化距离最近.亚细胞定位结果显示,OnROXY1主要定位于细胞核中,少量定位在细胞质中.RT-PCR检测发现,在不同组织部位中,OnROXY1在假鳞茎中的表达量最高,唇瓣中的表达量最低;不同花期的定量结果显示,OnROXY1在脱落干枯期时的表达量最高,盛开期时的表达量最低.本研究推测谷氧还蛋白基因OnROXY1可能在文心兰假鳞茎与根的发育、消除植物体内过多的活性氧以及延缓文心兰花器官的衰老等方面具有重要作用.     

深黄被孢霉苹果酸酶基因的克隆和表达

为了克隆与表达深黄被孢霉(Mortierella isabellina)M6-22苹果酸酶基因,根据深黄被孢霉M6-22转录组测序结果,以其c DNA为模板PCR扩增苹果酸酶基因编码序列,经测序验证分析后将扩增片段连接到表达载体pET-32a(+)中构建重组表达质粒pET32a MIME2并进一步转化入大肠杆菌BL21中进行诱导表达,经镍柱亲和纯化目的蛋白和酶活分析确定其为苹果酸酶.PCR扩增得到全长为1 815 bp的cDNA序列,序列分析表明该序列具有一个编码604个氨基酸的开放阅读框,预测编码蛋白分子量(Mr)为66.4×10~3.预测的氨基酸序列与已报道的苹果酸酶同样具有保守的2个二核苷酸结合结构域和1个二价金属离子结合结构域,因此是一个新的苹果酸酶基因序列,命名为MIME2,Gen Bank序列号为KU097323.将该序列转化大肠杆菌BL21中进行诱导表达,SDS-PAGE电泳检测到1条约67×10~3的蛋白条带表达,经镍柱纯化和酶活分析表明所纯化蛋白能催化苹果酸脱氢生成丙酮酸,同时生成NADPH,具有苹果酸酶的特性,其酶活大小为177.46 U/mg.以上结果证明所克隆的cDNA序列MIME2为1个新的苹果酸酶基因,基因编码蛋白具有苹果酸酶活性,可为深入研究苹果酸酶的结构和功能关系以及进一步应用奠定基础.     

甘蔗蔗糖磷酸合成酶SPSⅡ cDNA片段克隆与表达分析

蔗糖磷酸合成酶(Sucrose phosphate synthase,SPS)是蔗糖合成途径的关键限速酶,在蔗糖积累和碳分配中具有重要作用.在茎组织中SPSⅡ表达量占SPS转录总量的40%,表明SPSⅡ cDNA的克隆与表达对蔗茎中蔗糖的积累有着重要的影响.通过RT-PCR技术克隆分离SPSⅡ基因cDNA片段.序列分析表明该cDNA片段包含1个3 183 bp的开放读码框,可编码1 060个氨基酸.GenBank登录号为EU269038.通过实时荧光定量PCR检测SPSⅡ基因在甘蔗糖分积累的不同时期、不同组织部位的相对表达量.结果表明,在糖分积累初期蔗茎中的SPSⅡ相对表达量最大,在糖分积累中期蔗叶中的SPSⅡ相对表达量达到最高峰;同组织部位中,糖分积累初期SPSⅡ相对表达量高于糖分积累中期、后期.图6参11     

多花黄精几丁质诱导赤霉素应答基因（CIGR）克隆及其功能

为探讨多花黄精几丁质诱导赤霉素应答基因(chitin-inducible gibberellin-responsive,CIGR)在不同光处理下的的作用机制,采用全长验证的方法获得多花黄精CIGR基因的cDNA序列、gDNA序列,并对其进行生物信息学分析,再对CIGR蛋白进行亚细胞定位观察,同时对不同光质和光周期处理下CIGR基因的表达模式进行分析.结果显示,多花黄精CIGR基因cDNA序列和gDNA全长序列一致,完整的开放阅读框(ORF)长度为1 770 bp,共编码589个氨基酸,CIGR基因无内含子结构.生物信息学分析表明CIGR具有一个GRAS结构域,属于GRAS家族,是植物特有的转录因子,为碱性蛋白,无信号肽;Motif分析表明,CIGR蛋白在物种间比较保守,保守区主要位于中部至3′末端;氨基酸序列进化分析表明,多花黄精与石刁柏的CIGR亲缘关系最近,同源性达81%.进一步亚细胞定位显示CIGR蛋白定位于细胞核,与预测结果一致.实时荧光定量PCR(qPCR)结果显示,多花黄精CIGR基因具有器官表达特异性,在叶中表达量最高.在不同光质和光周期处理下,CIGR基因在蓝光下表达量较高,在远红光下表达量低;在光周期9 h/d的处理中出现峰值.本研究表明CIGR基因可能受蓝光及短光照周期调控从而影响多花黄精叶片的发育过程.(图9表1参49)     

甘蔗细胞色素P450还原酶基因的RT-PCR扩增与表达分析

细胞色素P450基因在电子传递链、次生代谢物质合成和对外源化学药物毒性降解中发挥着重要作用,为了深入了解该基因在甘蔗中的功能,通过RT-PCR扩增获得甘蔗细胞色素P450还原酶基因的cDNA全长序列,命名为ScCPR450(Gen Bank Accession Number:KR864841).该基因全长999 bp,含有744 bp的完整开放阅读框,编码247个氨基酸.亚细胞定位结果显示,ScCPR450蛋白分布于细胞质中,与生物信息学预测结果相符.q RT-PCR表达分析表明,该基因在甘蔗中组成型表达,但有组织特异性,芽中表达量最高,其次是叶,而皮中表达量最低.在脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(Me JA)、聚乙二醇(PEG)和氯化铜(CuCl_2)胁迫诱导过程中,该基因的表达量呈现不同变化模式,其中SA胁迫6 h下,ScCPR450基因的表达量最高,约为对照的12.21倍;在PEG胁迫下,ScCPR450基因的表达量上调且表达量稳定,推测ScCPR450基因在甘蔗响应生物和非生物胁迫中发挥一定的作用.本研究可为该基因家族其它成员的克隆以及深入解析该基因的功能特性奠定基础,进而为基于基因工程技术对甘蔗品种进行定向改良提供基因资源.     

高羊茅中一个DREB类转录因子基因的分离及鉴定分析

为了鉴定草坪草高羊茅(Festucaarundinacea Schreb.)中与低温、高盐和干旱胁迫相关的基因,我们构建了冷诱导(4℃)的高羊茅cDNA文库,并从这个文库中分离得到一个DREB类转录因子基因,FaDREB1A.序列分析表明,FaDREB1A具有一个717bp的开放阅读框和143bp的3’非编码区,推测的氨基酸序列中含有一个高度保守的EREBP/AP2结构域.酵母单杂交结果表明,FaDREB1A蛋白能在体外特异结合DRE元件,并具有转录激活功能.Southern杂交结果显示,FaDREB1A在高羊茅基因组中可能是单拷贝或低拷贝基因.Northern杂交结果发现,FaDREB1A基因受低温、高盐和干旱的诱导表达,对ABA没有反应,说明FaDREB1A基因在高羊茅植株对低温、高盐和干旱的应答反应中起重要作用.图5参30     

甘蔗乙醇脱氢酶基因的克隆与表达

乙醇脱氢酶基因(Alcohol dehydrogenase,ADH)在植物抵御涝害、冷害、干旱等逆境中起着重要作用.基于前期已构建的甘蔗受黑穗病菌胁迫后基因差异表达的抑制消减杂交(Suppression subtractive hybridization,SSH)文库,利用电子克隆和RT-PCR技术,从甘蔗品种ROC22中获得一条ADH基因的c DNA全长序列,命名为Sugarcane Alcohol Dehydrogenase(Sc ADH;Gen Bank登录号为KJ577593).生物信息学分析显示,Sc ADH基因全长为1 644 bp,含有1 140bp的开放阅读框,编码一个379个氨基酸的蛋白质.Sc ADH蛋白为稳定、亲水的酸性非分泌蛋白,定位于叶绿体基质上.蛋白二级结构元件多为无规则卷曲,具有典型的ADH蛋白结构域以及NAD和锌的结合位点.实时荧光定量PCR(Real-time quantitative PCR)表达分析表明,该基因在甘蔗各组织中组成型表达,其中根中表达量最高,而叶中的表达量最低.在SA和Me JA胁迫下,Sc ADH基因的表达趋势为"先扬后抑",均在胁迫6 h达到最大值,分别为对照的7.34倍和11.81倍.在ABA胁迫下,该基因均上调表达,在胁迫12 h达到最大值,为对照的5.53倍.在黑穗病菌胁迫下,该基因在感病品种ROC22中的表达受到抑制,而在抗病品种YC05-179中的表达模式为"先抑后扬".综上推测Sc ADH基因在甘蔗应答非生物胁迫和生物胁迫中发挥重要作用.     

斑马鱼p53基因结构比对分析及其在生态毒理学中的应用

斑马鱼p53基因由11个外显子和10个内含子组成,外显子1和外显子11部分序列不参与编码蛋白质．其 cDNA核苷酸序列共2089bp,包含一个1122 bp的开放阅读框(Open Reading Frame,ORF)(44 bp-1165 bp),这个 ORF编码373个氨基酸．另外在3’端有924 bp是非翻译区(3’-UTR),5’端同样也存在43 bp的非翻译区(5’- UTR);12种脊椎动物p53氨基酸序列的保守性分析结果表明,在一些特殊的区域,12种氨基酸序列表现出了很高的保守性,这些区域和p53的抑癌功能密切相关．研究结果预示斑马鱼p53基因是一种理想的环境致突变物研究分子模型,在生态毒理学研究中具有良好的应用前景．