铁皮石斛WRKY5基因的克隆与表达分析

目的克隆铁皮石斛Do WRKY5基因,并对生物信息学和表达模式进行分析。方法通过转录组测序和RT-PCR方法相结合首次从铁皮石斛中克隆到一个WRKY基因,利用生物信息学工具对其进行分析,并利用荧光定量PCR分析其在铁皮石斛中的组织表达模式及在低温胁迫、脱落酸(ABA)胁迫和蔗糖渗透胁迫下的表达模式。结果获得长1 336 bp的Do WRKY5基因转录因子c DNA全长序列,开放阅读框为834 bp,编码277个氨基酸残基,含有一个WRKY基因保守结构域和一个C2H2锌指结构域,属于WRKY基因家族的第II类成员。q RT-PCR分析表明,Do WRKY5基因在铁皮石斛根、茎、叶中均有表达,但在叶中的表达量最高。在不同低温和4℃不同时间诱导处理后,该基因表达量均显著升高,并且该基因在ABA胁迫和蔗糖渗透胁迫下均可被诱导表达。结论 Do WRKY5基因在铁皮石斛应答低温胁迫等多种非生物胁迫中可能起重要的调控作用,为进一步研究铁皮石斛的抗寒机制和抗寒性品种的选育提供基础。     

铁皮石斛转录因子基因DoWRKY3的克隆与分子特性分析

目的克隆珍稀濒危药用植物铁皮石斛转录因子基因DoWRKY3,并进行生物信息学和表达模式分析。方法采用RT-PCR和RACE技术获取基因全长;利用生物信息学软件预测蛋白的理化性质、结构域和亚细胞定位等分子特性;用软件DNASTAR 6.0和MEGA 6.0分别进行氨基酸多序列比对和进化关系分析;借助定量PCR检测基因表达模式。结果分离到DoWRKY3基因(GenBank注册号KT957549),cDNA全长2 065 bp,编码1条由509个氨基酸组成的多肽,相对分子质量55 580,等电点6.58;推定的DoWRKY3氨基酸序列具有植物WRKY蛋白家族保守的2个WRKY结构域(217~279、381~449)、2个WRKYGQK位点和2个C_2H_2型锌指结构元件(C-X_4-C-X_(22-23)-H-X_1-H);该蛋白预测无信号肽或跨膜域,定位在细胞核;DoWRKY3蛋白与多种植物WRKY蛋白一致性较高(46.3%~57.4%),与拟南芥At WRKY3、At WRKY4和丹参Sm WRKY54蛋白等亲缘关系近,聚在WRKY分子进化树的Group 1分支;DoWRKY3基因具有组织表达特异性,其转录本在石斛根和叶中表达量较高,分别为茎中的2.32倍和1.69倍。结论 DoWRKY3基因全长的分子克隆与特征分析,为深入研究该基因在铁皮石斛生长发育、逆境生理以及次级代谢调控中的生物学功能奠定基础。     

铁皮石斛丙酮酸激酶基因的克隆与表达分析

目的 克隆珍稀濒危药用植物铁皮石斛丙酮酸激酶（pyruvate kinase,PK）基因（DoPK）,并进行生物信息学分析以及检测基因在不同器官中的表达情况。方法 采用RACE技术获得基因的全长cDNA;利用生物信息学软件预测蛋白的理化性质、结构域及亚细胞定位等分子特性;用DNASTAR 6.0和MEGA 4.0分别进行氨基酸多序列比对和进化关系分析;借助r实时荧光 (real-time quantitative) PCR (RT-qPCR)分析基因在不同器官中的表达情况。结果 克隆获得DoPK（GenBank注册号KC178572）的cDNA全长1 895 bp,编码一条由511个氨基酸组成的多肽,相对分子质量为55 040,等电点7.00;DoPK基因与江南卷柏、拟南芥、马铃薯和葡萄等植物的PK基因有71%、86%、89%和91%的相似性;DoPK蛋白包含保守的丙酮酸激酶结构域（21～497）和活性位点（235～247）;DoPK属于胞质型的CYTOSOLIC-1亚类,与单子叶植物亲缘关系较近;DoPK基因为组成型表达,其转录本在石斛茎中的相对表达量较高,为叶中的2.29倍,根中次之,为叶中的1.28倍。结论 克隆了胞质型的铁皮石斛DoPK基因的全长cDNA序列,为进一步研究其在铁皮石斛生长发育中的作用奠定基础。     

人参中苯甲酸胁迫响应基因WRKY7的克隆与表达分析

WRKY转录因子是高等植物中最重要的转录因子基因家族之一,其在植物形态建成、生长发育以及应对生物(病菌、害虫等)、非生物(干旱、盐、冷、热等)胁迫过程中发挥重要作用。该研究根据人参化感自毒物质苯甲酸诱导的人参转录组数据,设计全长扩增引物,利用RT-PCR方法获得1条编码WRKY转录因子的基因,暂命名为WRKY7,并对其进行TA克隆、测序和序列分析。该基因cDNA全长1 216 bp,其开放阅读框(open reading frame,ORF)为1 014 bp,编码337个氨基酸。序列分析及系统进化分析表明,该蛋白属于WRKY家族第Ⅲ类成员,与西洋参种的WRKY6转录因子亲缘关系最近,同源性为87%。实时荧光定量PCR分析发现,苯甲酸胁迫后WRKY7的表达量显著升高,推测该基因可能参与了人参响应苯甲酸胁迫的过程,为进一步研究人参自毒胁迫响应的分子机制奠定了基础。     

铁皮石斛咖啡酰辅酶A氧甲基转移酶基因的分离与表达分析

目的 分离珍稀濒危药用植物铁皮石斛咖啡酰辅酶A氧甲基转移酶（caffeoyl CoA O-methyltransferase,CCoAOMT）基因（DoOMT）并进行生物信息学和表达模式分析。方法 采用RT-PCR和RACE技术获取基因cDNA全长;利用生物信息学软件预测蛋白的理化性质、结构域和三维建模等分子特性;用DNASTAR 6.0和MEGA 4.0分别进行氨基酸多序列比对和进化关系分析;借助实时定量PCR检测基因表达模式。结果 分离到DoOMT（GenBank注册号KF876839）,cDNA全长1 005 bp,编码一条由239个氨基酸组成的多肽,相对分子质量为2.708×10⁴,等电点5.03;DoOMT蛋白不含跨膜域和信号肽,具有氧甲基转移酶family 3、甲基转移酶的保守结构域（13～238、31～238）和8个保守基序;DoOMT与植物CCoAOMTs蛋白一致性为49.4%～78.7%,所在分支隶属于CCoAOMTs分子进化的1b类群,与单子叶植物香草亲缘关系最近;DoOMT基因转录本在石斛根、茎、叶器官中为组成型表达,茎中相对表达量较高,为叶中的4.562倍,根和叶中无显著差异。结论 铁皮石斛CCoAOMT基因DoOMT的分子特征为进一步研究其在铁皮石斛次生代谢和生长发育过程中的作用奠定基础。     

人参PgWRKY22基因的克隆及在磷胁迫下的表达分析

目的 克隆人参Panax ginseng转录因子基因PgWRKY22,进行生物信息学、亚细胞定位及外源磷胁迫表达分析。方法 根据人参转录组数据库设计特异性引物,PCR扩增PgWRKY22全长cDNA序列,命名为PgWRKY22,并对其进行生物信息分析;构建绿色荧光融合表达载体PgWRKY22-eGFP,利用农杆菌侵染烟草叶片的瞬时表达法分析亚细胞定位;实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测PgWRKY22在人参组织中的表达特异性以及在外源磷作用下的表达模式。结果 人参转录因子基因PgWRKY22的cDNA序列为975 bp,编码324个氨基酸;PgWRKY22蛋白属于WRKY超家族蛋白,具有典型的WRKY结合域,该蛋白不稳定,属于亲水性蛋白,无规则卷曲为主要组成部分;PgWRKY22蛋白与丹参SmWRKY、葡萄VvWRKY22、长春花CrWRKY22、独脚金SaWRKY27蛋白具有较高的同源性,与西洋参PqWRKY1、PqWRKY2,人参PgWRKY1、PgWRKY3、PgWRKY4具有较近的系统发育关系;亚细胞定位显示PgWRKY22定位于细胞核上;qRT-PCR表明PgWRKY22在人参的侧根和主根中表达较高,在叶和茎中次之;在外源磷浓度为2 mmol/L下的表达显著高于其他磷浓度下的表达。结论 克隆获得PgWRKY22的cDNA序列及表达信息,可为后续进行基因功能鉴定和人参栽培的磷营养调控提供参考。     

铁皮石斛锌铁调控转运蛋白基因的克隆与表达分析

锌铁调控转运蛋白(ZRT, IRT-like protein, ZIP)在植物生长发育过程中起重要的调控作用。研究采用实时定量PCR(QPCR)和RACE技术,首次从珍稀濒危兰科药用铁皮石斛Dendrobium officinale中克隆得到1个ZIP基因cDNA全长,命名为DoZIP1,提交GenBank获得注册号KJ946203。生物信息学分析显示,该基因开放阅读框1 056 bp,编码1条由351个氨基酸组成的肽链,相对分子质量37.57 kDa,等电点6.09。推定的DoZIP1蛋白具有保守的锌铁调控转运相关蛋白结构域,二级结构包含α螺旋50.71%、延伸链11.11%、β转角1.99%与随机卷曲36.18%,具有信号肽和8个跨膜域,预测定位在质膜。该蛋白质氨基酸序列与拟南芥、苜蓿、水稻等物种ZIP蛋白相似性较高,系统进化分析表明其与AtZIP10,OsZIP3蛋白的亲缘关系较近,聚在一个分支。QPCR分析表明,DoZIP1基因转录本在根中相对表达量较高,为茎中的4.19倍;叶次之,为茎的1.12倍。DoZIP1基因的分子特征为下一步研究其在铁皮石斛生长发育过程的生物学功能奠定基础。     

雷公藤MCT基因的全长克隆与表达分析

根据雷公藤转录组数据提供的基因片段设计特异引物,采用全长PCR方法克隆TwMCT全长cDNA,分析序列同源性,预测TwMCT蛋白结构,并进行序列多重比对和构建系统进化树分析;采用实时荧光定量PCR (RT-qPCR),以actin为内参,分析雷公藤悬浮细胞受茉莉酸甲酯(MeJA)诱导后0~72 h TwMCT基因的相对表达量。克隆得到全长1318 bp TwMCT全长cDNA,具有完整编码框,编码311个氨基酸,蛋白相对分子质量为34.14 kDa,理论等电点为8.65;RT-qPCR结果表明该基因受MeJA诱导后表达逐渐上升,在24 h时达到最高值。克隆雷公藤TwMCT全长cDNA和分析表达特性,为进一步研究该基因的功能和雷公藤次生代谢调控提供了基因元件。     

铁皮石斛HSP70基因的克隆及冷胁迫表达分析

目的: 揭示铁皮石斛热激蛋白HSP70基因冷胁迫表达,为耐低温品系选育提供分子生物学基础。 方法: 根据已获得的HSP70基因片段序列,采用RACE方法从铁皮石斛中克隆到HSP70基因全长cDNA序列。预测其编码蛋白的结构与功能,并运用实时定量PCR进行冷胁迫下表达分析。 结果: 核苷酸序列分析表明该基因全长2 296 bp,包含一完整的1 944 bp的开放阅读框,编码647个氨基酸。氨基酸序列具有典型的HSP70特征并且与其他植物的HSP70有很高的同源性。冷胁迫表达分析说明该基因确实能被低温诱导表达。 结论: 首次克隆获得受低温诱导表达的铁皮石斛HSP70基因,为进一步研究铁皮石斛健康栽培与抗寒品系的选育奠定基础。     

铁皮石斛倍半萜合成酶基因的克隆与表达分析

目的克隆铁皮石斛Dendrobium officinale倍半萜合成酶(sesquiterpene synthase,SES)基因,分析其在铁皮石斛不同组织中的表达差异以及在信号分子茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)诱导下的表达模式。方法采用RACE技术克隆铁皮石斛SES(DoSES)cDNA全长,利用相关软件和在线网站对其进行生物信息学分析,并使用实时荧光定量PCR技术分析DoSES的表达模式。结果获得的DoSES cDNA序列(Gen Bank登录号为KX278311)全长1 890 bp,含有1个1 659 bp的完整开放阅读框(ORF),编码552个氨基酸的多肽链,与其他科属植物的同源性达到60%左右。DoSES基因在铁皮石斛茎中表达量最高,从高到低依次是叶、花、原球茎、根;且受到Me JA的诱导。结论克隆了铁皮石斛DoSES基因,为进一步研究调控铁皮石斛萜类代谢奠定了理论基础。     

白木香转录因子AsMYB1和AsMYB2克隆及表达分析

MYB类转录因子是数量最多、功能最多样化的转录因子家族之一。该研究根据白木香转录组高通量测序结果设计引物扩增白木香中MYB基因,利用RT-PCR技术从白木香中首次克隆得到2个MYB基因c DNA全长,分别命名为AsMYB1,AsMYB2,并对MYB蛋白质进行跨膜结构分析和聚类分析,预测其生物学信息;利用实时荧光定量PCR技术检测AsMYB基因在不同组织,及在NaCl、低温(4℃)、重金属(CdCl_2)、干旱(甘露醇)4种非生物胁迫和脱落酸、水杨酸、赤霉素、茉莉酸甲酯4种外源激素处理下的表达差异。该研究中克隆获得的AsMYB1基因全长1 063 bp,编码353个氨基酸;AsMYB2基因全长1 081bp,编码359个氨基酸。2个基因具有组织表达特异性;AsMYB1,AsMYB2基因的转录水平受到不同生物胁迫和外源激素的影响,说明MYB基因对白木香防御反应和激素信号传导具有重要的作用。     

红花CtWD40基因克隆及表达分析

目的克隆红花WD40(CtWD40)转录因子,分析其在不同组织间的表达水平及与红花羟基黄色素含量的相关性。方法以红花花瓣转录组WD40候选基因为参考,克隆获得CtWD40基因序列。同时对该转录因子保守结构域、蛋白三维结构及系统发育等内容进行生物信息学分析,荧光定量PCR方法研究了该基因在红花不同组织中基因表达差异,并采用HPLC法测定红花各花期花瓣中羟基红花黄色素A含量。结果成功克隆CtWD40基因并且发现该蛋白序列中8个保守WD结构域,通过系统发育分析发现CtWD40与菊科WD40蛋白亲缘关系最近。结论 CtWD40基因在在不同花期花瓣组织中出现先升高后降低表达趋势,皮尔森相关系数分析揭示CtWD40在花瓣中基因表达水平与羟基黄花黄色素A含量具有显著相关性。     

藜芦bHLH转录因子分析鉴定

目的 基于转录组数据,利用生物信息学方法鉴定藜芦Veratrum nigrum bHLH转录因子基因家族,并作初步分析。方法 通过隐马可夫模型从藜芦转录组序列中筛选bHLH基因,并使用ExPASy、MEME等在线网站及MEGA、TBtools等软件对藜芦bHLH进行理化性质、保守基序等可视化分析。结果 在藜芦转录组中共鉴定到72条bHLH转录因子,VnbHLH转录因子氨基酸数目为105～692,等电点介于4.69～11.47,相对分子质量为11071.2～77795.3,亚细胞定位分析显示VnbHLH均定位于细胞核中;系统发育分析将VnbHLH转录因子分为6个亚族,VnbHLH在不同组织中表达差异显著,Vn＿54312、Vn＿14037在根中表达较高,推测其可能参与了藜芦植物根部某些生物碱的合成。结论 根据转录组数据分析了药用植物藜芦中的bHLH转录因子基因家族,有助于下一步对藜芦bHLH转录因子家族功能预测及验证。     

苦荞MYB家族转录因子研究进展

苦荞Fagopyrum tataricum被誉为"五谷之王",是集营养、保健于一体的药食同源植物,其富含大量黄酮类化合物芦丁等,氨基酸组成均衡,具有降血糖、降血脂、降血压及抗氧化、抗衰老、抗癌防癌、改善血管微循环等多重功效。转录因子是调控植物基因表达的重要因子,在植物生长发育中发挥着重要的作用。MYB家族转录因子是指含有MYB结构域的一类转录因子,是植物最大的转录因子家族之一,根据其结构不同主要分为1R-MYB,R2R3-MYB,3R-MYB,4R-MYB四个家族,在植物生长发育与类黄酮次生代谢调控中发挥着重要的作用。该研究对苦荞中已报道的MYB家族转录因子进行总结和系统聚类分析,梳理了他们所属的亚家族以及相互关系,为进一步挖掘和克隆苦荞MYB家族转录因子提供参考。在此基础上,该文进一步综述了以上MYB家族转录因子在苦荞类黄酮生物合成途径、植物激素以及逆境等非生物胁迫过程中的调控作用,并对苦荞MYB家族转录因子的功能挖掘与调控机制研究进行展望,为苦荞MYB家族转录因子的功能研究和苦荞优质品种选育提供科学参考。     

穿心莲转录因子ApNAC1的克隆、亚细胞定位及原核表达

从穿心莲叶片中克隆了1个NAC家族的转录因子,命名为ApNAC1,Gen Bank注册号为KY196416。生物信息学分析表明该基因的完整编码区包含972 bp,编码1个323个氨基酸的多肽,预测蛋白相对分子质量为35.9 k Da,等电点为6.14。原生质体瞬时表达研究证实了ApNAC1-GFP融合蛋白特异定位在穿心莲叶肉细胞的细胞核中,是一个核定位蛋白。实时定量PCR结果表明ApNAC1基因表达与穿心莲内酯的积累模式一致:主要在穿心莲的叶片里表达,而且茉莉酸甲酯处理能急剧上调其表达水平。ApNAC1基因在大肠杆菌中进行异源表达,并且被成功纯化。该研究为进一步探索ApNAC1蛋白参与穿心莲内酯生物合成的研究奠定了基础。     

丹参NAC基因家族全基因组鉴定及表达研究

目的 基于基因组数据鉴定丹参NAC家族转录因子（SmNACs）基因,并对其进行生物信息学与表达模式分析,为进一步深入阐明其基因功能提供依据。方法 从丹参基因组数据库中鉴定出SmNACs基因,运用生物信息学方法及在线工具分析其结构特征,启动子顺式作用元件,编码蛋白的理化性质、亚细胞定位等,采用实时荧光定量聚合酶链式反应（qRT-PCR）测定SmNACs基因在丹参受到茉莉酸甲酯（MeJA）胁迫时的表达模式。结果 从丹参的基因组中共确定了84个SmNACs基因（SmNAC01~SmNAC84）,不均等分布于8条染色体上,编码蛋白的氨基酸长度为120~794 aa,等电点为4.27~10.28;基因结构显示SmNACs基因基本都含有1~10个内含子;上游启动子含有与激素、逆境胁迫应激相关的ABRE、MBS、ARE、LTR、CGTCA-motif、TGACG-motif等顺式作用元件;构建丹参、南丹参与拟南芥的NAC家族成员的系统发育树,将84个SmNACs基因分为23个亚族。转录组数据显示SmNACs基因在丹参不同组织中差异表达,其中7个SmNACs基因在根中的表达水平较高;MeJA处理后,17个SmNACs基因表达水平明显上调,20个SmNACs基因表达水平明显下调。qRT-PCR表达分析发现,MeJA处理后,12个SmNACs基因的表达模式随着激素处理时间的增加呈现上调或下调的趋势,SmNAC09、SmNAC15、SmNAC16受MeJA诱导后48 h表达水平显著上调,SmNAC20、SmNAC77、SmNAC78受MeJA诱导表达水平下调。结论 研究结果为进一步解析SmNACs基因在丹参逆境响应及次生代谢产物生物合成中的调控机制提供了参考。     

椪柑柠檬苦素-UDP-葡萄糖基转移酶基因的克隆、分析及表达

目的克隆中药橘核主要来源品种椪柑Citrus reticulata的柠檬苦素-UDP-葡萄糖基转移酶(limonoid-UDP-glucosyl transferase gene,LGT)基因,并进行生物信息学及表达分析为橘核有效成分合成及调控机制研究提供基础。方法克隆获得LGT序列,通过生物信息学对该基因蛋白的特征进行分析,构建LGT与相关物种LGT的系统进化树,利用RT-PCR分析橘皮、橘肉以及橘核中LGT基因表达量,并进行分析和比较。结果测序所得椪柑LGT序列全长为1 530 bp,具有1 509 bp的完整开放阅读框,编码502个氨基酸。并对其蛋白二级、三级结构进行了分析和预测。基因表达分析结果发现椪柑LGT基因在橘核中表达量最低,其次为橘皮,表达量最高为橘肉。结论成功克隆、分析并表达了椪柑LGT基因,为橘核中柠檬苦素类物质合成及调控机制研究提供基础。