黄瓜肌醇半乳糖苷合成酶基因GolS2克隆与表达调控

肌醇半乳糖苷合成酶(GolS)是合成棉子糖系列寡糖(RFOs)的关键酶,在植物抵抗非生物胁迫过程中发挥重要作用。为探究GolS2基因在黄瓜应答非生物胁迫中的作用,本研究采用RT-PCR法从黄瓜中克隆了GolS2基因,其开放阅读框长度为981 bp,编码326个氨基酸,植物GolS2蛋白氨基酸序列一致性很高。进化树中,黄瓜GolS2蛋白与拟南芥GolS2和GolS3蛋白聚在同一分支,亲缘关系最近。盐胁迫和低温胁迫处理显著诱导GolS2基因在黄瓜幼苗中的表达,但低温处理显著抑制GolS2基因在采后黄瓜果实中的表达。对其启动子顺式作用元件的分析结果显示,GolS2基因启动子中含有多个与逆境胁迫响应有关的顺式作用元件。在采后黄瓜果实中沉默HHO2和GRP3基因的表达,显著下调GolS2基因表达,表明这两个基因调控GolS2基因表达。本研究结果明确了GolS2基因在不同类型黄瓜组织中应答非生物胁迫的功能存在差异,这为进一步研究该基因的功能奠定了基础。

葡萄肌醇半乳糖苷合成酶基因VvGolS2-4的克隆及表达特性分析

为了研究葡萄肌醇半乳糖苷合成酶基因家族的特性,以抗低温品种左优红组培苗为材料,通过同源克隆技术,获得VvGolS2、VvGolS3和VvGolS4全长CDS,对其序列进行了生物信息学分析,同时利用实时定量PCR技术探究了3个基因的组织表达特性和响应逆境因子及相关信号分子的特性。结果显示:3个基因c DNA大小分别为954,978,1 011 bp,分别编码317,325,336个氨基酸序列;3个蛋白分子量分别为36.65,36.97,38.12 k Da;等电点分别为5.12,5.33和5.16,且均在C端含有一个疏水的五肽APXAA;实时荧光定量PCR证明,3个GolSs在葡萄不同组织中表达情况不同,VvGolS2和VvGolS4在叶片中表达量最高,而VvGolS3则在花和卷须中表达量最高;不同逆境因子及逆境信号分子均会影响VvGolS2、VvGolS3和VvGolS4基因的表达量,其中VvGolS2和VvGolS4基因的表达受盐诱导最明显,VvGolS3基因的表达受低温诱导最明显;另外,胁迫信号分子乙烯、过氧化氢和脱落酸均可诱导VvGolS2基因表达量上升,而VvGolS3基因的表达受脱落酸和乙烯的诱导,乙烯、过氧化氢和硫化氢则均可诱导VvGolS4基因表达量上升。综上推测,3个Vv GolSs均与葡萄抵御逆境胁迫相关,但各自功能可能有所不同。

烟草肌醇半乳糖苷合成酶基因NtGolS1的克隆及序列分析

为从烟草中克隆到与植物抗逆相关的肌醇半乳糖苷合成酶基因GolS,以辣椒GolS基因为探针,通过电子克隆法从烟草栽培品种K326中分离出一条编码GolS基因的cDNA序列,暂被命名为NtGolS1。NtGolS1包含一个完整的开放读码框,编码343个氨基酸,具备糖基转移酶保守结构域;序列比对结果表明,NtGolS1蛋白与其他植物的GolS蛋白具有很高的相似性;系统进化树分析表明,NtGolS1与耐旱植物维柯萨的Gols亲缘关系最近。这些结果为进一步研究NtGolS1的性质和功能,并为植物抗逆基因工程研究提供理论基础。

芝麻肌醇半乳糖苷合成酶基因SiGolS6的克隆及功能分析

【目的】SiGolS6是芝麻肌醇半乳糖苷合成酶家族成员,在植物抗旱过程中可能发挥重要作用。研究SiGolS6在植物干旱胁迫抗性中的功能,以期为芝麻抗旱遗传改良提供理论基础和基因资源。【方法】利用反转录PCR(reverse transcription PCR,RT-PCR)方法从芝麻中克隆获得肌醇半乳糖苷合成酶基因SiGolS6。使用InterProScan、ClustalX2和MEGA5.2等生物信息学软件对序列进行分析。通过对转SiGolS6拟南芥材料的表型分析和生理指标测定,研究SiGolS6在植物抗旱性中的功能及作用机理。【结果】克隆获得SiGolS6的全长CDS序列为921 bp,编码306个氨基酸,其蛋白质分子量为35.07 kD,等电点为4.75。序列分析显示SiGolS6蛋白含有糖基转移酶保守结构域(IPR002495),属于糖基转移酶超家族。与其他物种GolS蛋白构建的系统进化树中,SiGolS6与马铃薯中的同源基因相似度较高。利用潮霉素筛选和PCR鉴定,获得6个独立的转基因拟南芥株系;qRT-PCR分析筛选出表达量较高的3个转基因株系(OE-2、OE-3和OE-4)用于后续试验分析,检测发现这三个转基因株系的棉子糖含量显著高于野生型植株。干旱胁迫下,转基因株系萎蔫程度较野生型轻,干旱胁迫28 d和复水恢复生长5 d后,转基因株系的鲜重均显著高于野生型,而正常供水条件下无明显差异;干旱胁迫28 d后复水生长5 d,50%的转基因植株基本恢复,而野生型植株存活率不到10%。干旱胁迫21 d,转基因植株的相对电导率,活性氧积累和相对MDA含量均显著低于野生型,而相对SOD、POD活性则显著高于野生型。【结论】在拟南芥中超量表达芝麻SiGolS6,能够提高植物在干旱胁迫中的耐受性。

拟南芥中低温诱导肌醇半乳糖苷合成酶基因表达作用初探

研究了拟南芥中肌醇半乳糖苷合成酶基因(AtGol-3)在低温条件下表达量的变化。结果表明,AtGol-3基因受到低温胁迫诱导;并且AtGol-3基因在低温诱导晚期大量表达,这与其上游受到低温诱导相关的DREB/CBF和ABRE等转录因子的调控有关。

刺齿报春苣苔肌醇半乳糖苷合成酶基因的鉴定及序列分析

肌醇半乳糖苷合成酶基因与植物光合产物运输、种子耐脱水性、抵御生物与非生物胁迫和自我保护等生理生化过程密切相关。基于刺齿报春苣苔(Primulina spinulosa)转录组测序数据,获得(鉴定)1个肌醇半乳糖苷合成酶基因。序列分析结果表明,该基因全长1 347 bp(GenBank登录号为MG521418),开放阅读框(ORF)为1 008 bp,共编码335个氨基酸。进一步基于氨基酸序列的分析表明,该基因编码的蛋白质分子量为38.05 ku,理论等电点为5.09,为亲水性蛋白,含有1个与糖基转移酶家族蛋白相同的保守结构域;刺齿报春苣苔的肌醇半乳糖苷合成酶基因与同科的旋蒴苣苔(Boea hygrometrica,FJ222452)的相似性高达90%,两者在系统进化树上聚为1支。研究结果为进一步研究刺齿报春苣苔的肌醇半乳糖苷合成酶基因的分子结构和功能奠定了基础。

大豆GmGolS2-2启动子的克隆及活性分析

从大豆基因组DNA中,通过PCR扩增获得Gm Gol S2-2启动子序列(Gm Gol S2-2P),长1 740 bp。预测分析结果显示,Gm Gol S2-2P中共含5种逆境相关顺式作用元件,包括2个水杨酸响应元件、1个茉莉酸甲酯响应元件、6个厌氧诱导元件、2个防御和胁迫响应元件和1个MYB转录因子结合位点。构建植物表达载体p CAMBIA1301-GmGolS2-2P,通过叶盘法转化烟草。通过烟草基因组DNA PCR鉴定获得2棵T0代Gm Gol S2-2P转基因烟草植株。GUS组织化学染色和实时荧光定量RT-PCR结果表明,Gm Gol S2-2P在转基因烟草中能够激活GUS报告基因的表达,并且在干旱胁迫下Gm Gol S2-2P的启动活性增强。

大豆GmGolS2-1基因高温胁迫诱导表达及转基因烟草鉴定

肌醇半乳糖苷合成酶(GolS)是棉籽糖系列寡糖(RFO)生物合成途径中的关键酶,在植物应对非生物胁迫过程中发挥重要作用。实时荧光定量RT-PCR结果显示,高温胁迫可以诱导GmGolS2-1在大豆幼苗中的表达。将GmGolS2-1基因构建到植物表达载体pRI101上并通过叶盘法转化烟草,经卡那霉素抗性筛选,PCR及qRT-PCR检测共获得6株阳性转基因烟草植株(OE1~OE6)。对野生型烟草植株和GmGolS2-1转基因烟草植株进行高温胁迫处理,结果显示野生型烟草的电解质渗透率和丙二醛含量均高于转基因烟草。由此推测GmGolS2-1可以提高转基因烟草的耐热性。

酸枣肌醇半乳糖苷合成酶ZjGolS2基因的克隆及表达分析

肌醇半乳糖苷合成酶是催化棉子糖系列寡糖合成的关键酶,在植物抗逆生理过程中具有重要作用。本研究根据酸枣高温胁迫转录组数据,成功从酸枣幼苗叶片中克隆到1个肌醇半乳糖苷合成酶基因ZjGolS2,包含一个1017 bp的开放阅读框,编码338个氨基酸,蛋白分子量为38.82 kD,GenBank登录号为XM_016044622.2。系统进化树分析表明,酸枣ZjGolS2编码氨基酸与葡萄VvGolS3(Vitis vinifera,ARS22082.1)、海岛棉GbGolS(Gossypium barbadense,KAB1995026.1)亲缘关系最近。该基因在根、茎和叶片中均有表达,其中在叶片中的表达量最高;在45℃处理3和6 h后较对照表达量差异不显著,12和24 h后ZjGolS2基因表达量分别提高了1.82和2.08倍,这说明ZjGolS2受高温逆境诱导。同时本研究成功构建了表达载体pCambia-1300-ZjGolS2。本研究结果为进一步研究ZjGolS2基因的功能提供理论基础,并为提高果树耐高温能力和分子育种提供参考依据。

泡核桃肌醇半乳糖苷合成酶基因克隆及表达分析

肌醇半乳糖苷合成酶是植物中棉子糖系列寡糖合成中的关键酶,在植物抗性生理中扮演重要作用。本研究利用RT-PCR技术从泡核桃中成功克隆获得一个受冷害诱导的肌醇半乳糖苷合成酶基因（Js GS1）,其含有1 026 bp的开放阅读框,编码341个氨基酸,登录号为：KX657831。该基因推断的蛋白与核桃（Juglans regia）GS蛋白的相似性为89%;系统进化树分析显示其与核桃、麻疯树（Jatropha curcas）、蓖麻（Ricinus communis）形成一个分支。半定量PCR显示：低温4℃处理3 h后有微弱表达,6 h后大量表达。这说明Js GS1是典型的受冷害诱导的GS基因。本研究为揭示泡核桃抗寒机理以及肌醇半乳糖苷合成酶在冷害胁迫下的作用提供帮助,并为利用基因工程手段培育抗寒新品种提供理论依据。

甜瓜肌醇半乳糖苷合成酶基因CmGAS1的表达与功能分析

甜瓜(Cucumis melo L.)是棉子糖系列寡糖(Raffinose Family Oligosaccharides,RFOs)转运型植物。肌醇半乳糖苷合成酶(GAS)是催化RFOs合成的关键酶。甜瓜CmGAS1基因(GenBank登录号为AY077642.1)的cDNA全长为1 903 bp,开放阅读框(ORF)为996 bp,编码331个氨基酸。CmGAS1蛋白分子量约为38 kD,理论等电点(pI)为4.81。氨基酸序列比对和系统进化树分析表明,CmGAS1氨基酸序列与黄瓜(AAO84915.1)亲缘关系最近,同源性为98.79%,与西瓜(Cla009222)同源性为97.58%。荧光定量结果表明,甜瓜叶片从幼叶(库)至成熟叶(源)CmGAS1的表达显著升高,第5节位叶片达到最大值。去掉50%叶片植株与对照相比,完全展开功能叶片的CmGAS1表达量明显升高。应用CmGAS1特异性启动子构建CmGAS1的过表达载体,并采用农杆菌介导进行甜瓜遗传转化,获得了PCR阳性转化植株,转化植株完全展开功能叶片的净光合速率以及叶片中的蔗糖、棉子糖、水苏糖含量与野生型相比均有所提高。推测CmGAS1在甜瓜叶片棉子糖系列寡糖合成过程中起重要作用。

大豆GmGolS2-2提高转基因烟草耐旱性

肌醇半乳糖苷合成酶(galactinol synthase,GolS)基因在植物应对非生物胁迫时发挥重要作用。本研究构建大豆GmGolS2-2基因植物表达载体并转化烟草,对转基因烟草的耐旱性进行鉴定。通过逆转录-聚合酶链式反应(reverse transcription-polymerase chain reaction,RT-PCR)从大豆叶片中克隆了975 bp的GmGolS2-2基因编码序列。通过限制性内切酶位点Nde I和EcoR I将GmGolS2-2基因与植物表达载体pRI101相连,通过叶盘法转化烟草。基因组DNA PCR和实时荧光定量PCR结果显示,共获得3棵GmGolS2-2转基因烟草。干旱胁迫下GmGolS2-2转基因烟草的生长状态好于野生型烟草。干旱胁迫处理后,转基因烟草的电解质渗透率和丙二醛含量低于野生型烟草,脯氨酸含量和可溶性糖含量则高于野生型烟草。实时荧光定量PCR结果显示,GmGolS2-2的异源表达提高了转基因烟草中抗逆相关基因NtERD10C和NtAQP1的表达量。以上结果表明,GmGolS2-2提高了转基因烟草的耐旱性。

拟南芥肌醇半乳糖苷合成酶与棉子糖合成酶的体外催化活性比较

[目的]基因克隆及原核表达纯化后比较拟南芥的2个肌醇半乳糖苷合成酶及2个棉子糖合成酶的体外催化活性,为微生物法或酶法合成棉子糖尊定基础。[方法]RT-PCR克隆拟南芥的肌醇半乳糖苷合成酶(GolS1及GolS3)与棉子糖合成酶(RafS1及RafS5)的基因,分别构建原核表达菌株,诱导表达纯化获得酶,电泳检测及蛋白定量后进行体外酶催化反应,HPLC分析产物。[结果]克隆到GolS1与GolS3及RafS1与RafS5的基因,原核表纯化获得纯酶,以反应体系中目标产物生成速率衡量,GolS1与GolS3催化速率分别为0.51和0.28mmol/(mg·min),RafS1与RafS5的催化速率分别为0.45和0.21mmol/(mg·min)。[结论]拟南芥的肌醇半乳糖苷合成酶(GolS1及GolS3)与棉子糖合成酶(RafS1及RafS5)基因经异源表达后具有良好酶活,其中GolS1酶活是GolS3的1.82倍,RafS1酶活是RafS5的2.14倍。

转AmGS基因红叶石楠的分子检测及抗寒性分析

对转AmGS基因(从沙冬青中克隆的肌醇半乳糖苷合成酶基因)的红叶石楠植株进行多项分子检测(PCR,Southern,RT-PCR),结果表明AmGS基因已经整合到转基因株系R6和R7的基因组DNA中,并检测到转录水平上的表达。随后,经对R6和R7两个转基因株系进行连续6代芽切扩繁继代株系的PCR检测,发现导入的AmGS基因传递到所有芽切扩繁后代植株中。植株抗寒能力试验结果表明,在相同低温处理条件下,转基因株系均比未转基因植株的存活率要高。相对电导率测定结果表明,随着处理温度的降低,2个转基因株系相对电导率升高的程度明显低于未转基因的对照植株。低温半致死温度(LT50)测定结果表明,2个转基因株系(R6和R7)的LT50明显低于未转基因的对照植株。上述结果说明导入的AmGS基因提高了转基因株系的抗寒性。