丹参功能基因组学研究Ⅳ.丹参乙烯应答因子(ERF)基因的分析

目的：获得丹参乙烯应答因子结合蛋白基因序列，并进行生物信息学分析和初步的表达特性研究。方法：利用cDNA芯片技术，从不同时期毛状根中获得目的基因。利用BLAST进行序列比对，ORF finder寻找开放读码框，Prosite分析蛋白质的基本结构域。用半定量RT-PCR检测其在丹参组培苗根、茎、叶中的表达情况。结果：得到一个乙烯应答因子结合蛋白基因全长序列，全长952 bp，具有一个699 bp的开放读码框和87 bp的5′非编码区、166 bp的3′非编码区，推测的氨基酸序列中含有一个高度保守的AP2/ERF DNA结合域，GenBank EF667000，命名为SmERF。半定量RT-PCR表明，SmERF基因在丹参组培苗根、茎、叶中均有转录水平的表达，根中表达量高于茎和叶中的。结论：首次得到丹参乙烯应答因子结合蛋白基因，为其功能研究提供了基础。     

丹参功能基因组学研究Ⅳ——丹参乙烯应答因子(ERF)基因的分析

目的:获得丹参乙烯应答因子结合蛋白基因序列,并进行生物信息学分析和初步的表达特性研究.方法:利用cDNA芯片技术,从不同时期毛状根中获得目的基因.利用BLAST进行序列比对,ORF finder寻找开放读码框,Pmsite分析蛋白质的基本结构域.用半定量RT-PCR检测其在丹参组培苗根、茎、叶中的表达情况.结果:得到1个乙烯应答因子结合蛋白基因全长序列,全长952 bp,具有1个699 bp的开放读码框和87 bp的5'非编码区、166 bp的3'非编码区,推测的氨基酸序列中含有1个高度保守的AP2/ERF DNA结合域,GenBank EF667000,命名为SmERF.半定量RT-PCR表明,SmERF基因在丹参组培苗根、茎、叶中均有转录水平的表达,根中表达量高于茎和叶中的.结论:首次得到丹参乙烯应答因子结合蛋白基因,为其功能研究提供了基础.     

丹参牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶基因的克隆与分析

目的:获得丹参牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶基因(GGPS),并进行生物信息学分析和初步的表达特性研究.方法:根据GGPS蛋白序列保守区域设计简并引物,利用同源扩增和cDNA末端快速扩增技术从丹参根中获得目的基因;利用BLAST进行序列比对,ORF Finder寻找开放阅读框,Prosite分析蛋白质的基本结构域,Target P 1.1分析信号肽序列,MEGA4.0比对已有GGPS蛋白序列,并构建进化树;用半定量RT-PCR检测其在丹参子叶期根、叶和花期根、茎、叶、花蕾、花中的表达情况;设计特异引物,从丹参基因组DNA中扩增,获得编码完整的GGPS基因,初步分析该基因结构.结果:得到1条长1298 bp的GGPS cDNA序列,其ORF框长1 095 bp,编码1段含有52个氨基酸质体定位信号肽的364个氨基酸序列,具有多聚异戊二烯基合成酶的特异序列,与已报道的GGPS基因有60%以上的同源性;RT-PCR半定量分析表明该基因在所分析的各组织中均有表达,尤以花期叶片中的表达最强;基因结构分析表明该基因有1个397 bp的内含子.结论:首次得到丹参牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶基因,为其功能研究提供了基础.     

白花丹参顺式还原酮加双氧酶基因的克隆、 分子特征和表达调控分析

目的:获得白花丹参参与乙烯和多胺合成的顺式还原酮加双氧酶(acireductone dioxygenase,ARD)基因(命名为SmARD)序列,并进行生物信息学分析和初步的表达特性研究.方法:利用全长cDNA文库技术,从两年生白花丹参根中获得目的基因SmARD序列.利用BLAST进行序列比对,ORF Finder寻找该基因的开放读码框,prosite分析蛋白质的基本结构域.用半定量RT-PCR检测其在白花丹参幼苗根、茎、叶和成花中的表达情况.结果:得到688 bp的SmARD基因全长序列.具有一个591 bp的开放读码框,编码196个氨基酸,预测蛋白质相对分子质量23.27 kDa.使用预测的SmARD蛋白序列在NCBI中进行蛋白保守域分析,发现SmARD与ARD/ARD'家族具有很高的同源性.半定量RT-PCR表明,SmARD在白花丹参幼苗根、茎、叶和成花等组织中均有转录水平的表达,但是在根部表达最强.水分亏缺处理3 d,150 mmol·L-1 NaCl处理1 d,4℃低温处理1 d和100 μmol·L-1 ABA处理1 d均抑制SmARD的表达,100 μmol·L-1茉莉酸甲脂(MJ)和10 μmol·L-1乙烯利(ETH)处理1 d诱导SmARD的表达.结论:首次得到白花丹参的顺式还原酮加双氧酶(ARD)基因序列,为其参与白花丹参响应逆境和次生代谢产物合成的信号调节功能研究奠定了基础.     

白花丹参丙酮酸脱羧酶基因的克隆和表达分析

目的 获得白花丹参丙酮酸脱羧酶(SmPDC)全长基因,分析该基因在白花丹参不同组织部位,以及缺氧胁迫处理后的该基因表达差异.方法 利用cDNA文库筛选获得SmPDC基因全长,利用半定量RT-PCR,分析SmPDC基因在白花丹参不同部位的表达情况,及缺氧处理条件下的表达情况.结果 获得的SmPDC基因由2 190个核苷酸组成,编码605个氨基酸,蛋白相对分子质量药6.485×104,等电点pI 5.49;半定量RT-PCR检测,该基因在丹参的根中表达量最高,其次是茎和叶;缺氧胁迫处理会诱导该基因的表达,随胁迫时间延长表达量逐渐增加.结论 白花丹参SmPDC基因是PDC家族新成员,其功能与植物耐缺氧代谢途径有关.     

丹参转录因子SmbHLH1基因的克隆和表达分析

目的:获得丹参转录因子SmbHLH1全长基因,分析SmbHLH1基因在丹参不同组织部位,以及不同诱导子处理后的表达差异.方法:利用RT-PCR等技术获得SmbHLH1基因全长,利用半定量RT-PCR,分析SmbHLH1基因在丹参不同部位的表达情况,及在不同处理条件下的表达情况.结果:获得的SmbHLH1基因由999个核苷酸组成,编码332个氨基酸,蛋白相对分子质量约36 kDa;半定量RT-PCR检测,该基因在丹参的根中表达量最高,其次是茎,在叶和花中有微量表达;茉莉酸甲酯,以及酵母提取物和Ag+共同诱导,会抑制该基因的表达,水杨酸和脱落酸对该基因的影响不大.结论:丹参SmbHLH1基因是bHLH家族新成员,其功能可能与油菜素内酯信号途径有关.     

丹参晚期胚胎富集蛋白基因的克隆及表达模式分析

目的克隆丹参晚期胚胎富集蛋白(late embryogenesis abundant protein,LEA)基因,并进行生物信息学和表达模式分析。方法对丹参转录组数据库进行BLAST同源性比对,发现一条新的与LEA基因家族同源性较高的序列,命名为Sm LEA2,Gen Bank登录号为HQ676610。进一步利用PCR和RT-PCR技术从丹参g DNA以及c DNA水平克隆得到了Sm LEA2基因全长。采用软件分析蛋白质结构性质和系统进化关系。利用实时荧光定量PCR的方法对不同部位、不同发育时期以及不同处理丹参的Sm LEA2表达量进行检测。结果获得Sm LEA2 g DNA长1 961 bp,由1个外显子和1个内含子组成,并且内含子位于ATG的上游;开放阅读框长为960 bp,共编码319个氨基酸。生物信息学分析显示,Sm LEA2是存在于细胞质中的亲水蛋白,无跨膜结构域和信号肽,其相对分子质量为35 340,等电点为4.77。该基因在丹参的根、茎、叶中均有表达,并且在茎中的表达量最高。随着花的成熟和种子的发育,该基因表达量逐渐升高,并且该基因的表达受茉莉酸甲酯(Me JA)以及脱落酸(ABA)的诱导作用影响。结论克隆得到的丹参Sm LEA2可能参与种子发育过程,并在丹参防御反应中发挥作用。     

丹参中转录因子SmMYB87基因的克隆、亚细胞定位和表达分析

目的克隆丹参Salvia miltiorrhiza中第14亚群R2R3 MYB转录因子基因SmMYB87的全长序列,并对其进行生物信息学和表达分析。方法以丹参总RNA为模板,利用同源克隆和c DNA快速扩增(RACE)技术获得SmMYB87 cDNA全长序列。运用生物信息学软件对该基因及其编码蛋白进行结构和理化性质分析,利用q RT-PCR测定SmMYB87在各器官中的表达并构建融合表达载体pTF-486-SmMYB87分析SmMYB87蛋白的亚细胞定位。结果 SmMYB87基因含有2个内含子和1个732 bp的开放阅读框(ORF),编码243个氨基酸。该基因在根、茎、叶和花中均有表达,且4个器官中的表达量没有显著差异。SmMYB87蛋白在细胞核和细胞膜上均有分布。结论 SmMYB87的序列结构和表达分析为进一步研究其在丹参中的生物学作用奠定了理论基础。     

金荞麦查尔酮异构酶的基因克隆及其花期表达与黄酮量分析

目的 获取金荞麦总黄酮合成途径的关键酶查尔酮异构酶(chalcone isomerase,CHI)基因的全长序列,并进行序列分析;对花期金荞麦CHI基因在各组织中的表达与总黄酮量进行分析.方法 利用同源克隆技术获得金荞麦查尔酮异构酶基因(FdCHI)的cDNA序列;采用半定量RT-PCR对CHI表达量进行分析,并采用AlCl3法测量总黄酮量.结果 金荞麦FdCHI基因cDNA包含一个750 bp的ORF,编码249个氨基酸,命名为FdCHI.生物信息学分析表明该编码蛋白与其他植物CHI氨基酸序列同源率较高.FdCHI在花期金荞麦不同组织中的表达量分析表明,其表达量花＞根＞叶＞茎,总黄酮量为花＞叶＞茎＞根.结论 在金荞麦中首次获得CHI基因的cDNA序列,编码蛋白具有CHI同源蛋白的典型特征.FdCHI基因在金养麦茎、叶和花中的表达量与总黄酮量具有相关性,但在根中表达量与总黄酮量相关性较小.     

三叶青扩展蛋白家族基因全长cDNA的克隆及其生物信息学和表达分析

目的克隆三叶青Tetrastigma hemsleyanum的扩展蛋白家族基因,对其进行器官表达分析,并初步探讨其功能。方法根据Gen Bank中登录的扩展蛋白基因保守区域序列设计1对简并引物,以三叶青球形块根c DNA为模板进行RT-PCR扩增,再结合RACE技术,获得三叶青扩展蛋白基因全长c DNA序列,命名为Th-exp。采用半定量RT-PCR和荧光定量PCR分析Th-exp基因在不同器官中的表达情况。结果克隆获得扩展蛋白家族基因,共782 bp,其中包含630 bp开放阅读框,编码209个氨基酸(Gen Bank登陆号KP693606)。Th-exp编码的蛋白质具有典型的扩展蛋白结构特征,N端含有8个半胱氨酸的结构域,C端含有4个保守的色氨酸结构域,中间含有组氨酸功能域。Blast分析显示,Th-exp与葡萄、醉蝶花中扩展蛋白基因具有相似性。半定量RT-PCR和荧光定量PCR分析表明,Th-exp在三叶青叶、茎、普通细根和球形块根中均有表达,但球形块根中表达强于其他器官。结论克隆得到三叶青扩展蛋白家族基因Th-exp全长c DNA,初步预测其参与了三叶青块根的发育过程。     

丹参功能基因组学研究Ⅱ——丹参毛状根不同时期基因表达谱分析

目的：研究丹参毛状根不同时期的基因表达谱,发掘丹参功能基因。方法：通过比较不同时期丹参毛状根的生长量和次生代谢产物含量确定用于cDNA芯片杂交的材料。采用间接标记法进行探针标记后进行杂交反应,GenePix Pro 4.0软件对芯片图像进行分析,数据用Lowess方法进行归一化处理。采用两倍差异标准结合T检验来确定差异表达基因。Northern点杂交检验4个基因与芯片杂交结果的一致性。差异基因单向测序后经过gap4软件拼接聚类,然后利用BLASTX,BLASTN进行比对分析,利用Gene Ontology和KEGG进一步预测基因的功能。结果：30~45 d为丹参毛状根的快速增殖期,45~60 d为丹参次生代谢产物的快速积累期。将45,60 d丹参毛状根分别与30 d材料进行杂交,得到203个差异基因。4个基因Northern点杂交的结果与芯片杂交结果一致。测序后得到172条EST,拼接聚类后形成114个Unigene,其中功能已知基因62个,功能未定的假想蛋白34个,相似性较低的未鉴定基因9个,无显著相似性的基因9个。 “GO”分类中67个基因得到注释,KEGG分析中74个基因得到注释,26个有详细的代谢途径分析。结论：得到一系列次生代谢相关基因如细胞色素P450、二萜合酶等基因片段,为深入开展丹参功能基因组学研究提供了基础。     

丹参F3'5'H基因克隆及其序列分析

目的:为了验证丹参类黄酮-3′,5′-羟基化酶(Flavonoid 3′,5′-hydroxylase,F3′5′H)基因与丹参花色表型的相关性,本研究克隆并分析了紫花丹参99-3株系和一些白花丹参中的F3′5′H基因。方法:本研究通过提取紫花丹参和白花丹参中的总RNA,再将其反转录得到cDNA,以此cDNA为模板,利用PCR方法扩增获得F3′5′H基因全长序列。再利用生物信息学分析方法,分析了该基因编码蛋白质的理化性状、结构域、系统进化等特点,并预测了该蛋白质的亚细胞定位、跨膜区等;利用实时定量PCR方法检测了该基因的表达特异性;利用毛状根遗传转化方法获得了该基因的过表达阳性毛状根株系。结果:F3′5′H基因全长1551 bp,编码516个氨基酸,相对分子质量为57.4 kDa。该基因在丹参花中高丰度表达。在42份(紫花25份;白花17份)丹参样品中发现一个单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphisms,SNP)位点在紫花和白花丹参中呈现与花色相关的稳定变化。系统发育分析表明丹参F3′5′H与美女樱的F3′5′H具有较高序列同源性。获得了过表达F3′5′H的毛状根株系。结论:本研究在丹参中克隆到F3′5′H基因,对其序列进行了分析,为进一步研究丹参F3′5′H基因的功能奠定基础。     

一个新的丹参3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶3基因的克隆及其表达分析

目的:对丹参3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3methylglutary CoA reductase,HMGR3)基因的cDNA克隆并进行序列分析。方法:利用丹参转录组文库克隆一种新的丹参次生代谢途径上的功能基因;利用BLAST进行序列比对,ORF Finder寻找开放阅读框,Clustal W比对丹参中已有的3条HMGR的氨基酸序列,构建系统进化树,QRT-PCR检测丹参HMGR3基因在根、茎、叶中的mRNA水平,并检测Ag+诱导子诱导后丹参毛状根中该基因的转录水平。结果:克隆得到一个新的丹参HMGR3基因,该基因ORF全长1 692 bp,编码563个氨基酸,具有HMGR基因家族的特征序列,与SmHMGR1和SmH-MGR2分别具有75.04%,80.64%的同源性,QRT-PCR分析表明该基因在丹参根茎叶中均有表达,在叶中表达量最高,Ag+诱导24 h时mRNA水平达到最高值。结论:首次克隆得到了1条新的丹参HMGR家族基因SmHMGR3,这一结果为进一步研究丹参次生代谢途径提供了新的思路和靶点。     

丹参蛋白激酶SmSnRK2.4的克隆及表达分析

蔗糖非酵解型蛋白激酶家族2(SnRK2)在逆境植物信号转导途径中起着重要作用。该研究根据丹参转录组数据从丹参c DNA中克隆得到一个SnRK2家族基因,命名为Sm SnRK2.4,属于Ⅰ类SnRK2。Sm SnRK2.4基因包含8个内含子,9个外显子,其开放阅读框1 068 bp,编码355个氨基酸,推测其蛋白相对分子质量为40.63 k Da,将其构建到原核表达载体p MAL-c2X上,原核诱导表达出与预测蛋白大小一致的目的蛋白。依据丹参基因组序列,Plant CARE分析Sm SnRK2.4起始密码子ATG上游3 0 0 0 bp的启动子系列,结果显示该序列包含I-box,GA-m otif,H SE,LTR,TC-rich repeats等逆境胁迫响应元件,以及GARE-m otif,P-box,ABRE,CGTCA-m otif等激素响应元件。实时荧光定量PCR分析表明Sm SnRK2.4在丹参根中的含量较高,在茎中和叶中含量相当,ABA和PEG胁迫响应分析表明,Sm SnRK2.4对PEG渗透胁迫响应显著,对ABA胁迫响应微弱。该研究为进一步探讨Sm SnRK2.4基因在丹参干旱胁迫下次生代谢产物积累机制中的作用奠定了基础。     

白木香2个小分子热激蛋白基因的克隆及表达分析

目的从白木香Aquilaria sinensis中克隆sHSP1和sHSP2基因,并对它们的生物信息学及表达模式进行分析。方法根据本课题组白木香转录组数据库进行分析获得2条具有小分子热激蛋白(sHSPs)保守结构域的sHSPs基因序列,利用RT-PCR技术克隆sHSP1和sHSP2基因的全长c DNA序列,并对其进行生物信息学分析;利用实时荧光定量PCR检测sHSP1和sHSP2基因在不同组织和高盐及外源ABA、SA、MJ处理下不同时间的表达差异。结果克隆得到的白木香sHSP1和sHSP2基因开放阅读框都为474 bp,编码157个氨基酸。组织表达分析的结果显示,sHSP1和sHSP2基因主要在根中表达,在茎和叶中的表达量较少;白木香愈伤组织在高盐处理下,sHSP1和sHSP2基因分别在36 h和24 h达到最高表达水平,而愈伤组织在外源ABA、MJ处理下,sHSP1和sHSP2基因都在12 h达到最高表达水平,在SA处理下,sHSP1和sHSP2基因分别在12、24 h达到最高表达水平。结论获得了sHSP1和sHSP2 2基因全长c DNA序列,且2个基因在不同组织根、茎、叶中的表达存在差异性,在受到高盐和外源ABA、SA、MJ处理时,在不同时间的愈伤组织中的表达及积累情况也不同,该研究为后续深入研究白木香防御反应奠定了基础。     

黄花蒿MCS基因的克隆及其序列分析与原核表达

目的 从黄花蒿中克隆MEP途径关键酶2C-甲基-D-赤藓糖醇-2,4-环焦磷酸合成酶(MCS)基因,进行序列特征分析、原核表达以及组织表达的研究.方法 根据黄花蒿MCS (AaMCS)基因EST序列,克隆MCS cDNA及基因组序列.将MCS编码区与表达载体pET-21a(+)重组,构建pET-21a (+)-MCS的原核表达载体并转入大肠杆菌BL21 (DE3),IPTG诱导获得MCS融合蛋白.半定量RT-PCR检测MCS的组织表达情况.结果 AaMCS cDNA全长994 bp,包含681 bp的开放阅读框,编码226个氨基酸,基因全长2 540 bp,包含3个外显子和2个内含子.构建pET-21a (+)-MCS重组质粒,获得稳定的pET-21a (+)-MCS原核表达体系.AaMCS在根、茎、叶、花中均有表达,其中花中表达量较高,根和茎中表达量低.结论 克隆了AaMCS基因,建立pET-2 1a (+)-MCS稳定的原核表达体系,为研究AaMCS蛋白的活性及其功能奠定了基础.     

2个丹参鲨烯合酶基因的克隆和鉴定

目的 克隆与鉴定丹参Salvia miltiorrhiza鲨烯合酶基因。方法 基于丹参基因组的基因预测结果设计引物,通过RT-PCR方法,克隆丹参鲨烯合酶基因。利用生物信息软件对基因序列进行了结构分析,对基因编码多肽进行了序列同源性比较和保守结构域分析,利用实时定量RT-PCR方法对基因进行表达模式研究。结果 通过RT-PCR方法扩增得到2个丹参鲨烯合酶基因（SmSQS1和SmSQS2）,它们编码的多肽具有鲨烯合酶相关结构域和保守基序。这2个基因具有不同的外显子/内含子结构特征,具有不同的组织特异性表达模式和时间表达模式。结论 丹参基因组中存在2个鲨烯合酶基因,它们具有不同的基因结构特征和表达模式,可能在丹参甾体类和三萜类化合物生物合成中起不同作用。     

狭叶松果菊3-脱氢奎尼酸合成酶基因cDNA的克隆及其组织表达特征

目的 克隆狭叶松果菊Echinacea angustifolia 3-脱氢奎尼酸合成酶基因并考察其在各个组织中的表达情况.方法 采用快速扩增cDNA末端技术,以狭叶松果菊组培苗cDNA为模板,克隆出狭叶松果菊3-脱氢奎尼酸合成酶基因全长序列并通过半定量RT～PCR分析其在不同器官中的表达模式.结果 克隆到的基因(命名为EanaroB)全长为1 424 bp,编码一个442个氨基酸残基组成的多肽.其氨基酸序列与植物来源的3-脱氢奎尼酸合成酶同源性都在80%左右.将得到的序列提交Genbank,序列号为EU293857.半定量RT-PCR结果 表明,狭叶松果菊EanaroB基因在狭叶松果菊的根、茎、叶、花中均有表达,但花和叶中的表达量较高,在根和茎中较少.结论 采用RACE和PCR的方法 从狭叶松果菊中克隆出了咖啡酸类化合物生物合成途径上的一个基因EanaroB,为进一步研究咖啡酸类衍生物生物合成代谢途径提供一定依据,为今后利用基因工程技术提高咖啡酸类衍生物,包括苯乙醇苷类物质松果菊苷的代谢工程打下一定基础.     

金荞麦花青素合酶基因的克隆及其表达与花青素量的相关性研究

目的 获取金荞麦花青素合成途径关键酶花青素合成酶（anthocyanins synthase,ANS）基因的全长序列,并进行序列分析;对花期金荞麦ANS基因在各组织中表达水平与花青素量的相关性进行分析。方法 利用同源克隆技术获得ANS基因cDNA序列;采用半定量RT-PCR对ANS表达量进行分析;采用分光光度法测量花青素量。结果 金荞麦ANS基因cDNA包含一个1 077 bp的ORF,编码358个氨基酸,命名为FdANS。生物信息学分析表明,该基因编码蛋白与其他植物ANS蛋白氨基酸序列同源率较高。FdANS在花期金荞麦不同组织中的表达量分析表明,其表达量花＞叶＞茎＞根,花青素量为花＞叶＞茎＞根。结论 在金荞麦中首次获得ANS基因的cDNA序列,编码蛋白具有ANS同源蛋白的典型特征。FdANS基因在金荞麦根、茎、叶和花中的表达量与花青素量具有相关性。     

芍药肌动蛋白基因的克隆及表达分析

目的 克隆芍药肌动蛋白(Actin)基因并应用RT-PCR技术分析Actin基因在芍药不同组织中的表达情况.方法 根据近缘物种Actin基因的保守序列设计一对PCR扩增引物,以“桃花飞雪”芍药根部总RNA反转录而成的cDNA为模板,采用RT-PCR的方法扩增出芍药Actin cDNA全长并克隆至pMD 18-T载体上,阳性克隆经菌落PCR、质粒PCR及酶切鉴定后进行测序.基于测序结果设计特异性PCR引物,应用RT-PCR技术分析Actin基因在芍药根、茎、花、叶不同组织中的表达情况.结果 测序结果表明芍药Actin基因全长l 134 bp序列,共编码377个氨基酸,GenBank登录号为JX310002;序列分析表明芍药Actin蛋白中存在3种肌动蛋白特征信号序列,与其他植物肌动蛋白氨基酸同源性达99％;基于同源模建预测的3D结构中含有4个结构域;生物信息学软件预测芍药肌动蛋白的相对分子质量为4.17×104,等电点(pI)为5.31,是一个定位于胞液、不含跨膜域、不含信号肽分子的亲水性、稳定蛋白;半定量RT-PCR技术分析表明Actin基因在芍药根、茎、叶、花组织中的表达量保持恒定.结论 首次从芍药中克隆了Actin基因,半定量RT-PCR表达分析结果表明Actin基因适合作为芍药功能基因表达分析的内标基因,为有效利用该基因奠定了基础.