紫苏PfDGAT1酵母功能互补分析

[目的]本试验将已克隆的紫苏种子中高表达二酰甘油酰基转移酶(DGAT)基因 PfDGAT 1 转化至酿酒酵母突变型菌株H1246进行酵母互补功能验证,研究二酰甘油酰基转移酶是否具有催化油脂合成的作用。[方法]通过构建紫苏 DGAT 基因的酵母表达载体pYES2.0- PfDGAT 1 并转化至酿酒酵母突变型菌株H1246,用尼罗红对转基因酵母细胞染色,检测转基因酵母中是否能合成油体;利用薄层层析(TLC)试验检测转基因酵母中是否存在三酰甘油(TAG)。[结果]转pYES2.0- PfDGAT 1 载体的突变型酵母菌株H1246能够检测到有油体存在,而转pYES2.0空载体的突变型酵母菌株H1246中没有检测到油体,说明紫苏 PfDGAT 1 基因的表达恢复了酿酒酵母突变型菌株H1246油体缺陷的表型,可以催化TAG合成。[结论] PfDGAT 1 基因在紫苏种子油脂合成积累过程中发挥重要作用,该研究结果为深入解析 PfDGAT 1 基因在紫苏油脂合成途径中的功能奠定了基础。

利用异源酵母功能互补法研究水稻铵转运体OsAMT1;1功能及调控机制

水稻是一种以铵态氮为主要氮素营养的重要粮食作物,存在至少12个铵转运体,对水稻铵的吸收起着至关重要的作用,其中,水稻铵转运体1;1(Oryza sativa ammonium transporter1;1,Os AMT1;1)是一个在根部和地上部相对组成型表达的基因。通过异源酵母功能互补法研究水稻铵转运体Os AMT1;1的功能及其调控机制,结果表明,Os AMT1;1是一个功能型的铵转运体,和铵的同系物甲基铵(Methylammonium,Me A+)相比,Os AMT1;1对铵具有相对较高的选择性;Os AMT1;1介导铵的吸收不依赖于外界质子,转运的底物可能是铵离子;Os AMT1;1介导吸收铵的过程是一个依赖能量的主动运输过程,对铵的吸收可能不受钙离子参与的磷酸化过程调控。

向日葵HaLACS1的克隆、表达及酵母功能互补鉴定

探究长链酰基辅酶A合成酶(long chain acyl-CoA synthetase,LACS)基因在向日葵(Helianthus annuus L.)油脂积累和逆境响应中的功能,为其在向日葵油脂合成和抗逆中的应用奠定基础。通过RT-PCR克隆得到向日葵HaLACS1的CDS序列,运用生物信息学方法分析HaLACS1的特点。利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术检测HaLACS1的组织表达特性及对NaCl、PEG和ABA的响应情况。通过构建GFP和HaLACS1的融合表达载体,转化拟南芥原生质体进行亚细胞定位分析。将HaLACS1转入酿酒酵母突变型菌株YB525中进行功能互补试验,并进行底物偏好性分析。结果显示,HaLACS1开放阅读框1 980 bp,编码659个氨基酸。蛋白进化树分析表明,HaLACS1与拟南芥AtLACS1和莴苣(Lactuca sativa)LsLACS1具有较高的相似性。拟南芥原生质体瞬时表达分析显示HaLACS1定位于内质网。实时荧光定量PCR结果显示,HaLACS1在所有组织中均有表达,但在种子发育的早期表达量较高,花次之。NaCl、PEG和ABA处理均能诱导HaLACS1在向日葵根、茎和叶中的表达。酵母功能互补试验证明HaLACS1蛋白具有LACS酶活性。底物偏好性分析表明HaLACS1偏好棕榈酸(C16:0)和油酸(C18:1)。表明HaLACS1与向日葵种子发育过程中的油脂积累和非生物胁迫响应相关。

酵母异源功能互补在植物基因克隆中的应用

酵母作为研究高等真核生物的一种重要的模式生物,不仅在生物信息学方面发挥着重要的作用,其丰富的突变体在其他生物基因克隆和功能验证等方面也发挥着重要的作用。酵母异源互补方法是利用酵母突变体验证相应性状异源基因功能,或通过文库筛选克隆相应性状异源基因,为高等真核生物的基因克隆和功能验证提供了一种捷径。主要对酵母异源功能互补法在研究植物基因方面的进展做一概述。

酵母表达系统在植物功能基因组学研究中应用的局限性

介绍了酵母表达体系在植物的功能基因组学研究中的应用,并对这一实验手段应用的局限性进行了分析,以期提醒研究者应全面理解采用这一体系所获得的实验数据,确保据此而作出的结论全面、可靠。

新疆无苞芥Na＋/H＋逆向转运蛋白基因OpNHX1的克隆、表达分析与功能验证

从耐盐植物无苞芥中克隆获得了1个Na+/H+逆向转运蛋白基因NHX1,命名为OpNHX1(GenBank登录号:KC200248)。OpNHX1基因cDNA全长2 153 bp,包含一个1 605 bp的开放阅读框,编码534个氨基酸。系统进化树分析表明,OpNHX1编码产物与拟南芥、小盐芥亲缘关系较近,属于同一进化分支。实时荧光定量PCR分析表明,该蛋白基因在无苞芥根、茎、叶、花和荚果中均有表达,其中茎中表达量最高。半定量RT-PCR分析表明,该基因受高盐、干旱、低温及ABA的诱导上调表达。进一步将该基因在拟南芥中过量表达,显著提高了转基因植株在盐胁迫下的存活率,说明OpNHX1基因参与了植物的耐盐性。酵母功能互补试验结果显示,该基因转化酵母Δnhx1后可以补充NHX1的缺失,表明OpNHX1参与Na+/H+的转运。

空心莲子草铵转运体ApAMT1;3基因的克隆及功能鉴定

近年来,空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)因其对水体富营养化尤其是水体铵积累有潜在的修复能力而受到人们的关注。然而,目前对空心莲子草吸铵的分子生物学研究甚少。本研究利用简并引物和RACE技术分离了一条铵转运体cDNA,命名为ApAMT1;3;实时定量结果表明,ApAMT1;3主要在地上部表达,缺铵处理显著增强了ApAMT1;3在根、茎及叶部的表达水平;酵母功能互补试验表明,ApAMT1;3是一个功能型的铵转运体。本研究结果为研究空心莲子草NH4+的吸收和利用提供了新的基因资源,同时也为研究水生植物NH4+的吸收转运及调控机制奠定了分子生物学基础。

大白菜PHK4基因的功能初探

细胞分裂素参与植物生长和发育的许多生理过程。植物细胞分裂素受体属拟南芥细胞分裂素受体基因AHK4同源的细胞分裂于组氨酸蛋白激酶家族,是植物双组分信号系统的组分。克隆了大白菜的素受体基因PHK4(Pekinensis putative Histidine Kinase 4),采用反向遗传学的方法对其功能进行分析,初步阐述了大白菜PHK4作为细胞分裂素受体起作用,对研究调控大白菜与细胞分裂素相关的生长发育过程奠定了理论基础。

小麦钾离子通道蛋白基因TaAKT1的功能分析

小麦AKT1具有钾离子转运功能。为了给小麦钾离子吸收转运机制的研究提供参考,本研究从普通小麦品种石4185中扩增得到TaAKT1基因,其编码区序列全长2 694bp,生物信息学分析表明,TaAKT1蛋白包含897个氨基酸,相对分子质量为100.92kDa,具有钾离子通道蛋白的特征序列TxxTxGYGD。多序列比对发现,TaAKT1蛋白与大麦HvAKT1蛋白的进化关系最近,相似性达97.22%。利用qRT-PCR分析发现,在正常条件下TaAKT1基因在小麦根部表达量约为叶片中表达量的5倍,低钾环境下TaAKT1的表达量在小麦根部明显上调,叶部的表达量无明显变化。利用酵母功能互补实验发现,转TaAKT1基因的酵母在含有5mmol·L^(-1) KCl的AP培养基上正常生长,而转空载体的酵母长势受到抑制,说明TaAKT1具有钾离子转运功能。同时转TaAKT1基因与TaCIPK23基因的酵母能在含60μmol·L^(-1) KCl的AP培养基上生长,而转空载体与转TaAKT1基因的酵母菌株均不能生长,说明TaCIPK23可以增强TaAKT1的钾离子吸收能力。

羊草ZIP家族成员LcZIP10的功能

羊草(Leymus chinensis)作为内蒙古草原的建群物种,是优质牧草资源,但目前对其矿质营养调控机理研究仍少有报道。植物ZIP家族被认为是植物从土壤吸收锌铁离子的主要功能蛋白,主要负责吸收和转运植物必需微量元素。本研究从羊草转录组数据库中筛选获得的LcZIP10,为拟南芥ZIP家族AtZIP10的同源基因,预测其具有锌铁转运功能。结果表明,LcZIP10在根叶中均有表达,且在叶中表达量显著高于根,同时高铁条件下会诱导LcZIP10表达,且该基因编码蛋白定位于液泡膜。随后,酵母功能互补实验证明,LcZIP10能够恢复铁敏感酵母突变体(Δfet3/Δfet4)的生长,说明具有Fe^(2+)转运功能。以上结果对日后开发和利用微量元素强化农作物品质具有一定的参考价值。

酿酒葡萄铁调节转运蛋白基因VvIRT1的克隆、表达与功能

克隆酿酒葡萄铁调节转运蛋白基因VvIRT,分析其表达模式及其潜在的生物学功能,为研究果树铁素吸收与高效利用机制提供理论依据。利用同源克隆法克隆酿酒葡萄VvIRT1,运用实时荧光定量PCR分析组织特异性表达模式及其在转录水平对不同铁素供应水平的响应特征,借助酵母异源表达系统分析其转运Fe^(2+)的功能。从二倍体酿酒葡萄‘马瑟兰’中分离和鉴定了1个铁调节转运蛋白VvIRT1,系统发育树表明VvIRT1与芸香科柑橘Cs IRT1和锦葵科陆地棉GhIRT1的遗传距离较近。VvIRT1在5年生成年树体新生根和组培幼苗根中特异表达;缺铁处理显著诱导了VvIRT1在组培幼苗全部组织(根、茎和叶)中表达,而高铁毒害显著抑制了VvIRT1在组培幼苗根中的表达。此外,酵母功能互补试验表明,VvIRT1能够恢复酵母突变菌株DEY1453的正常生长,VvIRT1具有转运外界Fe^(2+)的能力。

向日葵HaLACS9基因的克隆与功能分析

长链酰基CoA合成酶(long-chain acyl-CoA synthetase,LACS)催化游离脂肪酸合成酰基CoA,在植物脂质代谢中发挥重要作用。本研究从向日葵中筛选并克隆得到1个LACS家族基因HaLACS9,同源比对表明HaLACS9具有LACS酶的保守结构域,与拟南芥(Arabidopsis thaliana)、莴苣(Lactuca sativa)和刺菜蓟(Cynara cardunculus)LACS9蛋白具有较高的相似性。亚细胞定位预测HaLACS9定位于叶绿体。HaLACS9启动子区含有多种逆境及激素响应相关元件。qRT-PCR分析表明,HaLACS9在向日葵多个器官中表达,在花后10 d的种子中优势表达。干旱、盐、外源脱落酸和赤霉素处理均能诱导HaLACS9基因在向日葵根、茎和叶中的表达。分析HaLACS9在向日葵种子发育不同时期的相对表达量发现,HaLACS9在向日葵种仁发育早期高水平表达,与籽油的快速积累密切相关。随着种子发育和籽油积累速率的减慢,HaLACS9转录水平呈下降趋势。缺陷型酵母互补试验证明HaLACS9具有酰基CoA合成酶活性,并且油酸是其偏好的催化底物。推测HaLACS9与向日葵种子发育过程中的油脂积累和非生物胁迫响应相关。

羊草LcZIP1的铁转运功能鉴定

羊草在我国内蒙古草原广泛分布,是重要的乡土牧草,然而关于羊草矿质营养吸收的分子机制尚未受到广泛关注。关于ZIP家族在植物吸收和转运必需微量元素和重金属过程中的作用,在模式植物和农作物中研究较多。本研究从羊草转录组数据库中筛选到一个与ZIP同源的基因Lc206852,发现其与拟南芥ZIP家族的Zn^(2+)转运蛋白AtZIP1亲缘关系较近,因此将其命名为LcZIP1。利用TMHMM Server v.2.0进行跨膜域分析发现,LcZIP1是一种跨膜蛋白,有9个跨膜域,与禾本科短柄草属植物ZIP亲缘关系最近。将LcZIP1-GFP瞬时转染烟草叶表皮细胞和羊草叶原生质体进行亚细胞定位,发现LcZIP1定位于内质网。通过实时荧光定量PCR分析发现,缺铁、高铁和高锌环境可诱导LcZIP1表达,表明LcZIP1参与环境中Zn和Fe营养水平的响应。最后通过酵母功能互补试验证明,LcZIP1在低铁条件下能够使低铁敏感酵母突变体(△fet3/△fet4)恢复生长,暗示LcZIP1具有Fe^(2+)转运功能。以上结果对日后开发和利用微量元素强化农作物品质具有一定的参考价值。

续随子ElSAD2基因的克隆与功能分析

Δ^(9)-硬脂酰-ACP脱氢酶(SAD)是参与植物不饱和脂肪酸生物合成的关键酶。该研究从续随子(Euphorbia lathyris)种子转录组数据库中筛选得到续随子ElSAD2基因序列,对其序列表达特性进行分析,并鉴定ElSAD2基因的功能。结果显示:(1)续随子ElSAD2的cDNA全长1665 bp,ORF为1194 bp,编码397个氨基酸残基;系统进化分析显示ElSAD2蛋白与蓖麻(Ricinus communis)RcSAD1蛋白等亲缘关系较近。(2)ElSAD2在续随子各器官中均有表达,其中在花后30 d种子中表达量最高。(3)在BY4389缺陷型酵母中过表达ElSAD2,使缺陷酵母不饱和脂肪酸含量升高。(4)本氏烟草瞬时表达ElSAD2,使得烟草叶片总油脂和油酸含量分别提高2.46%和2.1%。研究发现,ElSAD2能催化单不饱和油酸的生物合成,可进一步应用于油料植物油脂产量和品质改良。

黄瓜质膜型Na^+/H^+逆向转运蛋白基因(SOS1)的克隆与序列分析

采用RACE(rapid-amplification of cDNA ends)方法从黄瓜Cucumis sativusL.中克隆出质膜Na+/H+逆向转运蛋白基因的cDNA(CsSOS1),该cDNA全长3 638bp,其中开放阅读框为3 435bp,编码1 145个氨基酸。氨基酸同源性分析表明,CsSOS1氨基酸序列与水稻OsSOS1和拟南芥AtSOS1的氨基酸序列同源性较高,分别为64%和58%,而与液泡型的Na+/H+逆向转运蛋白氨基酸序列亲缘关系较远。蛋白质跨膜结构分析表明CsSOS1包含11个完全跨膜片段。激光共聚焦显微镜显示CsSOS1基因的编码区与YFP基因融合后,定位在细胞膜上。酵母功能互补试验结果显示CsSOS1参与Na+与H+的转运,表明该基因转化酵母后可以补充酵母SOS1的缺失。

橄榄蔗糖转运蛋白基因CaSWEET7/15克隆、表达和功能鉴定

糖外排转运蛋白(sugars will eventually be exported transporters,SWEET)介导植物光合同化产物蔗糖的跨膜运输.以橄榄(Canarium album(Lour.)Raeusch.)果实为材料,通过气相色谱串联质谱(GC-MS)检测橄榄果实中糖组分及含量变化,利用RT-PCR技术克隆得到CaSWEET7和CaSWEET15基因开放阅读框(ORF)序列.结果表明:CaSWEET7和CaSWEET15基因ORF全长分别为774 bp和951 bp,分别编码长度为257个和316个氨基酸残基,具有2个MtN3_slv结构域;进化树分析表明,CaSWEET7属于CladeⅡ,CaSWEET15属于CladeⅢ.实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术检测其在不同发育时期的果实中相对表达量变化,结果表明,随着果实发育,CaSWEET7和CaSWEET15表达量逐渐递增,且与果实发育蔗糖含量变化呈显著正相关(相关性系数分别为0.931和0.904,P<0.05);利用酵母功能互补证明CaSWEET7和CaSWEET15基因编码的蛋白具有转运蔗糖能力.本研究表明CaSWEET7和CaSWEET15基因可能在橄榄果实蔗糖积累中发挥作用.(图9表2参44)