木薯HSP21基因的电子克隆与生物信息学分析

HSP21是植物响应高温胁迫的关键基因,在防止蛋白变性、保护细胞结构和维持植物正常生长发育等方面发挥重要作用,克隆HSP21基因是揭示木薯抵抗高温胁迫分子机制的基础。为得到木薯HSP21同源基因及分析其表达蛋白的性质,文中采用电子克隆技术对新基因进行组装和衍生,并使用生物信息学分析方法,对预测蛋白的一级至高级结构、亲水性/疏水性、信号肽、蛋白同源性和系统进化等进行全面解析。结果表明,HSP21基因含有969个碱基对,其开放阅读框有705个碱基,预测蛋白含234个氨基酸。预测蛋白是非跨膜蛋白,具有碱性和亲水性,主要定位于叶绿体内。通过多重序列比对和系统进化分析发现,木薯与巴西橡胶树、蓖麻和麻疯树等植物的HSP21蛋白同源性较高。结果可为该基因的克隆和转化提供参考依据。

高温胁迫对葡萄高温相关基因和蛋白表达的影响

【目的】适宜的温度是葡萄生长发育的必要条件,南方地区葡萄在成熟期常常经历连续高温环境,叶片容易失水干枯,果实会发生明显的日灼,严重地影响了其经济效益。选择不同树龄葡萄树进行高温胁迫的相关研究,以解释高温对葡萄的伤害,为生产中高温逆境的抵御措施提供理论依据。【方法】选择南方地区常见的鲜食葡萄品种‘巨峰’‘巨玫瑰’‘醉金香’‘夏黑’‘申玉’‘申丰’‘申华’和‘沪培1号’为试验材料,其中葡萄幼苗选择长势基本一致的1年生扦插苗移至人工气候培养箱,在可控条件下培养7 d后于每天10:00—16:00(模拟夏季高温发生时段)进行不同温度处理(25℃、35℃、45℃),观察处理后0、3、6和150 h高温应答反应;葡萄成年树选择6年生树为试验材料,在2015年夏季观测到2个处理点分别为:"37℃"处理(2015年7月23日13:00 h最高气温为37℃)和"42℃"处理(2015年7月31日13:00 h最高气温为42℃),观察以上处理的8个不同葡萄品种在高温胁迫下叶片表型变化,对抗逆基因(HSFA2、GLOS1、HSP70、HSP17.9)和HSP21蛋白的表达量进行分析。【结果】‘申玉’‘夏黑’和‘申华’在高温发生初期,顶部新梢和老叶有失水,并在150 h时有所恢复;‘巨峰’和‘巨玫瑰’叶片在高温发生3 h时轻微失水,6 h时大面积失水,‘申丰’‘沪培1号’‘醉金香’叶片在高温发生3 h时大面积失水,6 h时整株干枯。同时对葡萄幼苗和成年树的抗逆基因的表达进行检测发现:不同温度处理(35℃/45℃/"42℃")下不同葡萄品种的抗逆基因均被诱导表达,但是表达丰度有所不同,表现为温度水平越高,基因的上调倍数越大。另外,‘申玉’‘申华’‘醉金香’‘巨峰’和‘巨玫瑰’的GLOS1、HSFA2和‘申玉’‘申华’‘夏黑’和‘巨峰’HSP70表达在长期高温处理后恢复至原初水平;并观察到HSP17.9在高温发生后上调表达,但并未因为时间的延长而减弱表达倍数。高温处理(45℃/"42℃")会诱导葡萄幼苗和成年树的HSP21蛋白水平,但是在一些品种(‘醉金香’和‘申丰’)中HSP21蛋白表达量有所减少。【结论】不同葡萄品种对高温的耐性有差异,其中‘申玉’‘申华’和‘夏黑’抗性最强,而‘申丰’‘沪培1号’和‘醉金香’属于抗性较弱的葡萄品种。树龄和高温发生方式是影响葡萄幼苗和成年树的抗逆基因和蛋白表达差异的主要因素。