铁皮石斛蔗糖合成酶基因的克隆及表达分析

目的:克隆铁皮石斛Dendrobium officinale蔗糖合成酶基因并对其表达分析,为研究铁皮石斛多糖合成与蔗糖合成酶活性关系及调控表达提供理论依据.方法:基于GenBank上已知的蔗搪合成酶基因SS同源序列,应用RT-PCR和RACE等方法,克隆铁皮石斛蔗糖合成酶基因全长,将目的片段转化大肠杆菌表达菌株BL21中,IPTG诱导表达,SDS-PAGE电泳分析.结果:成功克隆了铁皮石斛蔗糖合成酶基因,该基因cDNA全长2 424 bp,编码807个氨基酸(命名为DOSS1),登录号HQ856835,该基因氨基酸序列与兰科植物Moluara yellow(AF530568)同源性达到95%,与Oncidium goldiana(AF530567)同源性达到90%,与禾本科植物的SS基因同源性在80%以上.并对其进行大肠杆菌原核表达诱导,诱导的工程菌能明显表达出一条相对分子质量约为92×10(3)左右的蛋白质,与理论相对分子质量基本相符.结论:成功克隆了铁皮石斛蔗糖合成酶基因,并诱导出一条与理论蛋白相对分子质量相符的蛋白条带.     

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。     

铁皮石斛1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-焦磷酸还原酶基因的克隆与表达分析

目的从铁皮石斛Dendrobium officinale中克隆1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-焦磷酸还原酶[1-hydroxy-2-methyl-2-(E)-butenyl-4-diphosphatereductase,HDR]基因,并分析其在铁皮石斛不同组织中的表达差异以及不同信号分子诱导下的表达模式。方法采用RT-PCR和RACE等方法获得铁皮石斛HDR基因(Do HDR)全长,利用DNAMAN和MEGA6.0对其他物种的HDR基因编码的氨基酸序列进行同源性分析和进化关系分析,使用实时荧光定量分析HDR基因的表达模式。结果成功获得Do HDR基因,Gen Bank登录号为KC344827,全长1 658 bp,编码460个氨基酸,与其他科属植物的同源性达到80%以上。Do HDR基因在铁皮石斛叶片中表达量最高,从高到低依次是根、茎、原球茎;且受到脱落酸(abscisic acid,ABA)、水杨酸(salicylic acid,SA)信号分子的诱导。结论从铁皮石斛中获得Do HDR基因,为进一步阐明铁皮石斛萜类化合物合成途径中该基因的重要作用奠定了理论基础。     

铁皮石斛2个F家族ABC转运蛋白基因的克隆和表达研究

目的克隆铁皮石斛Dendrobium officinale ABC(ATP-binding cassette)转运蛋白F家族基因并进行生物信息学分析。方法利用RACE从铁皮石斛叶片cDNA中分离ABC基因,并进行编码蛋白相对分子质量、等电点、结构域、信号肽、跨膜域及亚细胞定位等生物信息学分析;采用DNASTAR和MEGA6进行氨基酸多序列比对和分子进化分析;借助实时荧光定量PCR技术检测基因组织表达模式。结果从铁皮石斛中分离到2个F家族ABC转运蛋白基因DoABCF1和DoABCF2(Gen Bank注册号KU160474和KU160475),全长为2 104 bp和2 193 bp,各编码1条由600和659个氨基酸组成的肽链,相对分子质量67 030和74 140,等电点6.20和5.71;DoABCF1和DoABCF2蛋白均包含2个保守的ABC结构域(分别为74~314、385~600和65~323、392~607)和多个基元;2个蛋白不含信号肽或跨膜域,预测均定位在叶绿体。2个基因与植物F家族ABC转运蛋白基因相似性高达80%以上,与玉米和水稻等单子叶植物F家族ABC转运蛋白基因亲缘关系较近。DoABCF1和DoABCF2基因转录本在石斛3个器官中差异表达且均在叶中高度表达,茎和根中相对表达量差异不显著;以茎为校正样本,前者在根中相对表达量为茎中的1.74倍,后者在叶中表达量为茎中的3.44倍。结论成功获得DoABCF1和DoABCF2基因全长cDNA,二者在铁皮石斛叶中的高表达特征暗示其可能在铁皮石斛生长发育过程中起一定作用。     

铁皮石斛中性/碱性转化酶(DoNI2)基因的克隆和表达分析

目的克隆珍稀濒危兰科药用植物铁皮石斛中性/碱性转化酶(alkaline/neutral invertase,NI)家族基因成员,并对其进行定量表达以及生物信息学分析。方法采用转录组测序和RACE技术相结合克隆NI基因的cDNA序列,利用生物信息学工具对其进行分析,并采用实时荧光定量PCR方法检测NI基因在铁皮石斛根、茎和叶中的表达情况。结果克隆获得1个新的铁皮石斛NI基因,命名为DoNI2(Gen Bank登录号KY794404),全长2 397 bp,开放阅读框(ORF)为1 836 bp,编码611个氨基酸。DoNI2蛋白预测的理论相对分子质量和等电点分别为69 050和6.38,不稳定系数为42.95,疏水性系数为-0.232。DoNI2基因在铁皮石斛根、茎和叶中均有表达,其中在茎中表达量最高,根中最低。不同生长年限茎中DoNI2基因表达量与NI酶活性呈显著正相关。结论克隆了线粒体型的DoNI2基因的全长c DNA序列,为进一步阐明该基因在铁皮石斛蔗糖代谢途径中的重要作用奠定基础。     

F型、H型居群的铁皮石斛rDNAITS区序列差异及SNP现象的研究

目的 :研究铁皮石斛主产区F型和H型居群rDNAITS碱基序列的差异。方法 :运用PCR直接测序法对广西、贵州、云南铁皮石斛主要居群的rDNAITS区 (包括ITS1,5 .8SrDNA ,ITS2 )碱基序列进行了序列测定。结果 :在铁皮石斛各居群中 ,F型居群与H型居群植株的rDNAITS区碱基序列有 2个位点差异 ,且变异分别发生在ITS1区及 5.8S区内。研究表明 :铁皮石斛居群内部rDNAITS区的差异与植物生活型的差异呈一定的相关性 ,H型居群的铁皮石斛是F型的变种。在F型与H型居群间 ,其 5.8SrDNA区存在单核苷酸多态 (SNP)现象。首次报道了铁皮石斛ITS区的碱基序列 ,ITS区总长度为 634bp ,其中ITS1为 231bp ,5.8S为 163bp ,ITS2为 240bp。结论 :rDNAITS区碱基序列的比较分析进一步证明铁皮石斛F型居群与H型居群间具有显著的差异性。     

铁皮石斛F-box蛋白基因DoSKP2A的克隆与表达分析

目的克隆珍稀濒危兰科药用铁皮石斛F-box蛋白基因即S期激酶相关蛋白(S phase kinase-associated protein)基因DoSKP2A,并进行生物信息学和表达特征分析。方法采用RACE技术获基因全长;利用生物信息软件预测基因编码蛋白的理化性质、结构域和亚细胞定位等分子特性;用DNASTAR 7.0和MEGA 7.0分别进行氨基酸多序列比对和进化树构建;借助定量PCR检测基因表达模式。结果克隆到DoSKP2A(GenBank注册号KU160472),c DNA全长1 507 bp,开放阅读框(ORF)长1 101 bp,编码蛋白含366个氨基酸,相对分子质量39 590,等电点7.9。DoSKP2A蛋白不含跨膜域和信号肽,包含F-box核心结构域(26～88)、亮氨酸重复序列LRR(202～226)和多个保守基序;Do SKP2A与植物SKP2As蛋白一致性为64.6%～72.4%,所在分支隶属于SKP2As分子进化的单子叶植物分支,与小兰屿蝴蝶兰SKP2A亲缘关系近;DoSKP2A基因转录本在石斛3种器官中为组成型表达,根中相对表达量较高,为叶中的6.16倍,茎中次之,叶中表达量很低。结论获得一个全新的铁皮石斛F-box蛋白基因DoSKP2A全长、生物信息及其表达特征,为研究其在铁皮石斛生长发育、信号传导和抗逆境胁迫的分子机制提供基础。     

铁皮石斛DoSRK2E基因的克隆与表达分析

目的克隆铁皮石斛蔗糖非酵解1型相关蛋白激酶2(Sn RK2)家族基因,并进行生物信息学和表达分析。方法通过RT-PCR、RACE克隆铁皮石斛Sn RK2(DoSRK2E)基因c DNA全长,利用生物信息学软件预测基因编码蛋白的相对分子质量、等电点、结构域、跨膜结构、信号肽及亚细胞定位等;利用DNASTAR和MEGA进行多序列比对和系统发育关系重建分析;利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术检测基因组织表达模式。结果获得铁皮石斛DoSRK2E基因(GenBank登录号API65110),cDNA全长1 795 bp,包含1个1 086 bp的完整开放阅读框,编码蛋白相对分子质量40 850,等电点4.80,无信号肽和跨膜域,包含1个蛋白激酶结构域、1个ATP结合位点和1个Ser/Thr蛋白激酶活化位点,预测定位在内质网膜上;DoSRK2E蛋白与植物SnRK2蛋白序列高度一致,系统发育位置位于SnRK2亚家族的分支III,与拟南芥At SnRK2.6的亲缘关系最近;DoSRK2E基因在铁皮石斛根中表达量最高,茎中次之,叶中最低。结论首次从珍稀濒危药用植物铁皮石斛中克隆得到SnRK2家族基因DoSRK2E,对其分子特性与组织表达模式进行了分析研究,为进一步揭示该基因在铁皮石斛逆境胁迫中的作用机制提供基础。     

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。     

霍山石斛GDP-甘露糖焦磷酸化酶基因克隆及表达分析

为明确GDP-甘露糖焦磷酸化酶(GMPP)基因的功能及其在石斛多糖生物合成中的表达调控机制,该研究以霍山石斛为原材料,克隆GMPP基因且对该c DNA序列进行分析,利用qPCR技术检测霍山产地3种石斛(霍山石斛、铁皮石斛、铜皮石斛)中GMPP基因的表达情况。结果显示霍山石斛GMPP基因c DNA序列长1 867 bp,包含1 245 bp的开放阅读框(ORF),编码415个氨基酸;序列分析表明霍山石斛GMPP与铁皮石斛、黄花石斛相似性高达99%;进化树分析该基因与铁皮石斛、黄花石斛等植物的GMPP亲缘关系较近; qPCR结果显示GMPP基因在霍山石斛茎中表达量最高,其次是叶,然后是花,根中表达量最低,且在霍山产3种石斛中霍山石斛的相对表达量最高,铁皮石斛的表达量最低。该研究发现霍山石斛GMPP基因表达水平与其茎、叶、花、根中多糖含量呈高度相关性,对进一步研究霍山石斛多糖生物合成机制将起到积极的促进作用。     

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。     

龙骨马尾杉环阿屯醇合成酶(HcCAS1)基因的 克隆和生物信息学分析

目的:对大伸筋草的原植物龙骨马尾杉Huperzia carinata环阿屯醇合成酶(cycloartenol synthase,CAS)基因HcCAS编码区进行克隆及序列分析。方法:根据本实验室已报道的龙骨马尾杉转录组高通量测序结果分析获得1条具有环氧角鲨烯环化酶保守结构域的CAS基因序列,采用RT-PCR技术,以龙骨马尾杉根、茎、叶混合样品总RNA为模板克隆得到龙骨马尾杉HcCAS基因的编码区序列,并对HcCAS蛋白进行理化性质、蛋白二级结构及三维结构预测分析。结果:序列分析表明,所克隆的HcCAS基因编码区开放阅读框(open reading frame,ORF)长为2 274 bp,编码757个氨基酸残基,命名为HcCAS1(GenBank登陆号JN790125)。结论:该研究在国内外首次获得龙骨马尾杉HcCAS基因的编码区序列,为进一步研究HcCAS蛋白在石杉科植物甾醇合成途径中的功能及酶活性位点的鉴定奠定基础。     

茅苍术HMGR基因保守区片段的克隆与分析

目的对茅苍术3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase,HMGR)进行基因克隆及序列分析。方法采用cDNA末端快速扩增技术,以茅苍术嫩叶总RNA的cDNA为模板扩增茅苍术HMGR基因的保守区片断。结果序列分析表明,所克隆的cDNA保守区序列长度为458bp,而且同时得到了两个核苷酸序列的同源性为84.28%的片段,相应的氨基酸序列的同源性为92.11%。分别命名为HMGRcr1,HMGR-cr2。推断这可能是该基因家族中的两个成员。而且同源序列比对发现,推断的HMGRcr1氨基酸序列和HMGRcr2氨基酸序列与其他植物都有较高的同源性。结论首次分离并报道了茅苍术HMGRcDNA克隆,为进一步研究萜类生物合成机制及其在提高植物药用价值方面提供理论依据。     

调控红花类黄酮合成MYB转录因子基因克隆及表达分析

目的在红花Carthamus tinctorius中克隆调控类黄酮合成的MYB转录因子基因,通过序列及表达分析初步鉴定参与调控类黄酮合成的MYB转录因子基因。方法对已报道调控类黄酮合成MYB转录因子进行序列比对,设计简并引物克隆核心序列,采用RACE技术克隆MYB转录因子基因全长,利用生物信息学方法分析基因序列,采用半定量PCR分析基因在红花不同组织及不同花期的表达情况。结果克隆得到3个调控类黄酮合成候选MYB转录因子基因,命名为CtFRMYB1、CtFRMYB2及CtFRMYB3。序列全长分别为1 223、1 080、1 348 bp,蛋白质相对分子质量分别为17 878.15、28 766.45、27 987.89。序列分析表明3个转录因子都具DNA结合功能,属MYB转录因子家族。进化分析表明CtFRMYB1和CtFRMYB2同AtMYB12关系较近。表达分析表明CtFRMYB1和CtFRMYB2仅在花中表达且在花期3(开花第3天)表达量较高。结论成功克隆3个调控类黄酮合成候选MYB转录因子基因CtFRMYB1、CtFRMYB2及CtFRMYB3,经生物信息学及表达分析初步鉴定到2个调控红花类黄酮合成MYB转录因子基因CtFRMYB1及CtFRMYB2,为红花类黄酮合成的调控机制研究奠定基础。     

多穗柯黄酮3-羟化酶基因的克隆与序列分析

目的克隆多穗柯Lithocarpus polystachyus黄酮3-羟化酶(flavanone 3-hydroxylase,F3H)基因,了解其基因特征并初步探明其在各器官中的表达情况。方法分别提取多穗柯叶片的总RNA及基因组DNA,根据转录组测序结果,设计特异性引物,PCR扩增得到多穗柯F3H基因的c DNA及DNA序列,测序后进行生物信息学分析,通过qRT-PCR法检测多穗柯F3H基因在不同器官中的表达情况。结果多穗柯F3H基因c DNA全长1 340 bp,包含长1 092 bp的开放阅读框,编码363个氨基酸的蛋白质,定位于细胞质中。qRT-PCR结果表明F3H基因在多穗柯各器官中均有表达,但表达量具有显著性差异(P0.05)。结论首次对多穗柯F3H基因进行了克隆和生物信息学分析,证实F3H基因在多穗柯不同器官中表达量差异显著,为多穗柯中黄酮类的次生代谢研究奠定了基础。     

刺五加Actin 基因cDNA 全长序列的克隆与生物信息学分析

目的：克隆刺五加Actin 基因的全长cDNA 序列,并对其进行生物信息学分析。方法：以刺五加的叶片为材料,提取总RNA,逆转录为cDNA,根据初步克隆到的刺五加Actin 基因保守序列设计引物,利用套式PCR 进行3' 和5'RACE 扩增,得到Actin 基因的3' 和5' 端cDNA 序列片段,拼接获得cDNA 全长。将该序列进行BLAST 比对、相似度分析,并对刺五加Actin1 蛋白的二级结构和三级结构进行预测。结果：刺五加的Actin 基因全长1 507 bp,命名为ESActin1,注册号KC469585 。该基因开放阅读框（ORF）长1 134 bp,编码377 个氨基酸,5' 端非编码区长140 bp,3' 端非编码区长233 bp。ESActin1 与GenBank 中注册的其它植物肌动蛋白核苷酸序列的相似性在75%以上,蛋白质序列的相似性在94%以上。结论：首次报道了刺五加Actin 基因的全长cDNA 序列,为刺五加的分子生物学研究奠定基础。     

红树林植物杯萼海桑法呢基焦磷酸合酶的基因克隆及序列分析

目的 对杯萼海桑Sonneratia alba萜类化合物生物合成途径的关键酶法呢基焦磷酸合成酶(Farnesyl pyrophosphate synthase,FPS)基因的编码cDNA序列进行克隆,为研究杯萼海桑萜类化合物生物合成与基因调控奠定基础.方法 结合杯萼海桑根的转录组注释,根据编码区序列设计引物,通过PCR方法克隆杯萼海桑FPS (SaFPS)基因的编码区cDNA.结果 PCR扩增了一个长1 029 bp的基因片段,该片段编码由342个氨基酸组成的SaFPS.同源性比对结果显示基因编码蛋白与甘草的FPS具有氨基酸一致性达86％.其具有异戊烯基转移酶的2个典型保守功能域.进化树分析结果显示,与甘草Glycyrrhiza uralensis、苜蓿Medicago truncatula、羽扇豆Lupinus albu具有较近的亲缘关系.实时荧光定量PCR结果显示SaFPS基因在花中表达量较高,果实、茎、叶中表达量相对较低.结论 首次从红树林植物杯萼海桑中克隆FPS基因获得其编码区序列,SaFPS基因具有组织表达特异性.本研究为分析基因表达特性及其在生物合成中的功能奠定基础.     

中日当归属药用植物ITS序列分析

目的建立当归属药用植物功效的分子系统学基础,为当归属药用植物功效的差异性提供分子依据。方法采用PCR技术与克隆技术相结合,获得ITS基因,进行测序,经Phy lip软件统计分析和分支分析,建立系统发育树,计算各类群间的遗传距离。结果当归属药用植物中ITS1-5.8 S-ITS2序列长度为600~629 bp,去除序列长度为165 bp的5.8 S,ITS1 ITS2排序后的长度为468个位点。系统树将当归属药用植物分为两组,以独活、白芷为代表分别聚类,甘肃产岷当归Ang elica sinensis不与上述任何一组聚类,却与欧当归L ev isticum off icina le遗传距离相对较小。结论上述结果与当归属药用植物功效差异基本吻合,启示药用植物亲缘演化关系可能是研究药用植物功效规律的一条重要途径。     

甘肃野生秦艽rDNA ITS区序列分析

目的:比较研究甘肃不同地区4种野生秦艽rDNA ITS碱基序列的差异及其规律,寻找秦艽组药材之间的分子鉴别方法。方法:对rDNA ITS区进行了PCR扩增、测序,运用Clustal X,MEGA3等软件对ITS区序列进行分析。结果:不同地区秦艽、麻花秦艽、小秦艽及黄管秦艽的ITS长度为800 bp,ITS1,5.8S和ITS2序列长度分别为290,170,340 bp。根据两者序列以邻接法建立分子系统发生树。结论:ITS序列可以作为野生秦艽分子鉴定的依据。