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。     

铁皮石斛蛋白磷酸酶2A基因的分子克隆研究

目的克隆铁皮石斛蛋白磷酸酶(protein phosphatase)2A基因,进行生物信息及表达特征分析。方法运用RACE克隆基因,生物信息学软件进行核酸及蛋白质理化性质、保守结构域、亚细胞定位等分析;用DNAStar 7.0、MEGA 6.0分别进行蛋白序列比对和进化分析。借助定量PCR检测基因表达模式。结果 Do PP2A(Gen Bank注册号KT957552)c DNA 1 410 bp,与其他植物PP2A同源性为89%~94%。ORF编码一条由306个氨基酸组成的肽链,分子量35.19 k D,等电点4.79。推导蛋白含有金属依赖性磷酸酶保守结构域,蛋白不含信号肽或跨膜残基,定位于细胞质。Do PP2A与其他植物的PP2A相比具有高度的保守性,聚在PP2A分子进化树的A组。基因转录本在石斛根和茎中分别为叶中的4.41倍和1.45倍。结论 Do PP2A分子克隆及特征为研究其在铁皮石斛生长发育中的分子功能提供基础。     

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。     

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。     

铁皮石斛蛋白磷酸酶DoPP2C1基因的克隆与表达分析

目的克隆珍稀濒危兰科药用植物铁皮石斛蛋白磷酸酶(protein phosphatase,PP)DoPP2C1基因,并进行生物信息学和表达模式分析。方法采用实时定量PCR(qRT-PCR)和RACE技术获基因全长;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DNASTAR 7.0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qRT-PCR检测基因表达模式。结果分离到DoPP2C1基因(Gen Bank注册号KJ995533),cDNA全长1 221 bp,编码1条由285个氨基酸组成的多肽,相对分子质量31 080,等电点6.18;推定的DoPP2C1氨基酸序列具有植物PP2C蛋白家族保守的1个PP2C结构域(27-285);该蛋白预测无信号肽或跨膜域,定位在细胞质;DoPP2C1蛋白与多种植物PP2C蛋白一致性较高(56.3%~73.7%),与水稻OsPP2C62、高粱XP_002462907、大麦BAK00362和乌拉尔图小麦EMS47641蛋白等亲缘关系近,聚在PP2C分子进化树的F1分支;DoPP2C1基因具有组织表达特异性,其转录本在石斛根和茎中表达量较高,分别为叶中的7.57倍和1.79倍。结论获得DoPP2C1基因分子特征,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。     

铁皮石斛转录因子基因DoWRKY1的克隆与表达分析

WRKY转录因子是植物中发现的新型转录调控因子,在调控植物生长发育和代谢等生理过程中发挥重要作用。该研究采用RT-PCR和RACE技术从铁皮石斛Dendrobium officinale中克隆得到一个新的WRKY转录因子基因cDNA全长,命名为DoWRKY1,提交GenBank获得登录号KF716131。生物信息学分析表明,该基因全长cDNA为1 704 bp,其中开放阅读框 (ORF) 1 629 bp,编码1条由542个氨基酸组成的多肽,具有2个WRKY保守结构域,属于WRKY家族第Ⅰ类转录因子。酵母单杂交表明,DoWRKY1可以激活下游报告基因 (His3,Ade2) 的表达,具有转录激活功能,属于转录激活子。半定量RT-PCR显示,DoWRKY1在根、茎、叶和类原球茎中均有表达。qRT-PCR分析表明,DoWRKY1响应茉莉酸甲酯 (MeJA) 和壳聚糖 (chitosan) 诱导,分别在2 h和1 h,表达量达到最高峰。研究结果为进一步研究其在铁皮石斛次生代谢过程的调控功能奠定基础。     

铁皮石斛HDS基因的克隆与初步表达分析

目的从铁皮石斛Dendrobium officinale中克隆4-羟基-3-甲基-2-E-丁烯基-1-焦磷酸合成酶(4-hydroxy-3-methylbut-2-en-1-yl diphosphate synthase,HDS)基因,在大肠杆菌中诱导融合蛋白,并探究该基因在铁皮石斛不同组织中的表达规律。方法采用RT-PCR和RACE等方法获取铁皮石斛HDS(Do HDS)的c DNA全长,利用相关软件和在线网站进行生物信息学分析,使用Real-Time PCR分析Do HDS在不同组织的表达特征,构建原核表达载体p ET-28a(+)-Do HDS,转化大肠杆菌BL21(DE3)进行诱导表达。结果成功获得Do HDS的c DNA全长序列,Gen Bank登录号为KJ161312,全长2 666 bp,ORF为2 238 bp,编码745个氨基酸。Do HDS在各组织中均有表达,在茎中表达量最高,为原球茎的5倍;SDS-PAGE结果显示诱导产物为1个相对分子质量(82 700)与理论值相符的融合蛋白。结论克隆了Do HDS的c DNA全长序列,探究其在不同组织中的表达模式,建立了原核表达体系,为后续研究Do HDS的功能提供了一定的理论基础。     

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。     

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。     

基于CDDP标记铁皮石斛抗性种质筛选与多样性研究

目的利用CDDP标记技术对43份铁皮石斛Dendrobium officinale野生和栽培种质进行初步抗性筛选和遗传多样性分析,为铁皮石斛产业以及优良品种筛选保护提供理论基础。方法从21条CDDP引物中筛选出产物清晰、多态性好的引物对供试材料基因组DNA进行扩增。结果 16条引物共扩增出了151条带,其中多态性条带144条,多态性比率95.7%,表明供试材料具有丰富的遗传多样性。种群遗传多样性结果表明,3个种群多态性位点比例(PPL)为65.56%~82.12%,种群间基因分化系数(Gst)为0.110 2,基因流(Nm)为4.035 4,说明人为选择亦可能促进铁皮石斛的遗传多样性。结论铁皮石斛人工栽培种具有丰富的遗传多样性,同时统计结果分析表明,43份材料中可以初步筛选出8份具有潜在优良抗性的植株。     

铁皮石斛镁离子转运蛋白基因的克隆及表达分析

目的 克隆珍稀濒危兰科药用植物铁皮石斛镁离子转运蛋白(magnesium transporter,MGT)基因(DoMGT1)并进行生物信息学和表达分析.方法 采用RT-PCR和RACE技术,获得基因cDNA全长;利用生物信息学软件预测蛋白的理化性质、结构域及亚细胞定位等分子特征;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(qPCR)检测基因表达模式.结果 克隆到DoMGT1(GenBank注册号KJ995532),cDNA全长1 625 bp,编码一条由425个氨基酸组成的肽链,相对分子质量47 400,等电点4.79;DoMGT1蛋白含有CorA家族镁离子转运蛋白保守结构域(313～420)和镁离子转运蛋白MRS2/LPE10保守域(27～420);DoMGT1与多种植物MGTs基因一致性为46%～63%,编码蛋白与水稻OsMGTD、OsMGTE、OsMGTF等聚在一起,与AtMGT4共同构成植物MGTs基因的一大类群;DoMGT1基因转录本在石斛根、茎、叶器官中为组成型表达,叶中相对表达量较高,为根中的3.46倍;茎次之,为根的1.54倍.结论 成功克隆到一个镁离子转运蛋白基因DoMGT1,其转录本在叶中高的表达特征暗示该基因可能在铁皮石斛叶的生长发育中发挥重要作用.