异源表达拟南芥赤霉素2–氧化酶基因对矮牵牛形态发育的影响

拟南芥赤霉素2–氧化酶基因AtGA2ox1在矮牵牛(Petunia hybrida)中过量表达导致转基因植株开花延迟,株形明显矮化,花冠变小,花冠表皮细胞变小,但花色变化不明显。施用多效唑对矮牵牛花冠的影响与过量表达AtGA2ox1一致。用拟南芥茎特异性表达基因At3g56700的启动子驱动AtGA2ox1在矮牵牛中表达时,转基因植株的表型变化在株系间存在明显的差异,但外源基因在茎中的表达量都明显高于叶和花中的,果实和种子的发育未受影响,通过对转基因后代的筛选可以获得株形矮化,其它性状的发育受影响较小的转基因株系。

高等植物赤霉素生物合成关键组分GA20-oxidase氧化酶基因的研究进展

GA-20氧化酶(GA-20 oxidase)是重要的GA生物合成和调控酶,直接催化生成有生物活性的GAs,是一种多功能酶,最显著的特点就是负反馈调节。GA20-氧化酶在植物发育和生理过程中起着重要的调控作用。综述了高等植物体内GA20氧化酶基因的克隆及表达调控研究及其对株高、纤维、开花、产量性状等影响,重点阐述了GA20氧化酶基因与激素、光周期、抗性等之间的相互作用,以便更好地揭示GA-20氧化酶信号网络系统及其作用机制。

棉花赤霉素氧化酶同源基因GhGA20ox1在烟草中的功能表达(英文)

为研究棉花GA20-氧化酶同源基因GhGA20ox1的功能,将该基因转入本明烟(N.benthamiana)中进行超量表达。RT-PCR分析表明GhGA20ox1基因在转基因植株中得到了不同水平的表达。GhGA20ox1基因的超量表达促进了本明烟中的GA4+7合成,并导致赤霉素过量的表型出现。转基因本明烟的表型变化程度与GhGA20ox1基因的表达水平和GA4+7的含量一致。这些结果表明,GhGA20ox1基因编码一个有功能的GA20-氧化酶,能够在转基因烟草中促进活性GA(GA4+7)的合成。

花生赤霉素2-氧化酶基因的克隆和表达研究

赤霉素2-氧化酶(GA2ox)是赤霉素合成过程中起负调控作用的一种关键酶,催化有活性的赤霉素生成无活性的赤霉素。从花生荚果发育不同时期的转录组序列中筛选到GA2ox的基因片段,采用5'-RACE方法克隆了花生GA2ox基因的全长cDNA序列。序列分析表明,花生GA2ox蛋白氨基酸序列含有和其他植物同样保守的结构域。通过qRT-PCR技术对GA2ox基因在花生不同组织器官中的表达分析,发现所检测的10种组织中均有GA2ox的表达,其中成年叶片中表达最丰富,根、刚入土的果针次之。本研究结果为进一步分析该基因在花生生长发育过程中的作用提供了有用信息。

小桐子赤霉素20氧化酶的基因克隆及低温下表达分析

赤霉素20氧化酶是植物赤霉素生物合成的限速酶,决定有生物活性的GA1与GA4的合成量。基于先前获得的小桐子低温锻炼转录组数据,以小桐子幼苗的根为材料,采用RT-PCR技术克隆到小桐子赤霉素20氧化酶基因Jc GA20ox的c DNA序列(Gen Bank登录号KJ670150.1)。该c DNA全长1 307 bp,含有完整的开放阅读框(1 131 bp),编码376个氨基酸,分子量为43 k D,理论等电点为6.7。其推导蛋白属于2-ODD家族,包含2-酮戊二酸双加氧酶结构域(Fe2OG_OXY)。半定量RT-PCR表达分析显示,Jc GA20ox在小桐子各组织中都有表达,但表达水平具有组织特异性,在茎中表达量较高,且受低温诱导表达最显著,而在叶中表达量相对较低。

高等植物赤霉素20-氧化酶基因的克隆、表达及其调控技术的研究进展

揭示赤霉素20-氧化酶基因的分子特征,通过转基因技术调控植物体内活性赤霉素的含量,可为改良品种提供新的思路。从赤霉素20-氧化酶基因的克隆、表达调控及其在植物基因工程中的应用等方面进行了综述。

甘蔗赤霉素氧化酶基因ScGA20ox1的克隆及功能分析

GA20-氧化酶(GA20-oxidase,GA20ox)是赤霉素(gibberellic acid,GA)合成过程中的关键限速酶,但甘蔗GA20ox1基因(ScGA20ox1)的功能及其表达模式尚未明确。本研究利用RT-PCR和RACE技术克隆了甘蔗GA20-氧化酶基因(ScGA20ox1),ScGA20ox1基因全长1574 bp,含有一个1125 bp的完整开放阅读框(open reading frame,ORF),编码375个氨基酸。ScGA20ox1蛋白分子量为42.3 kD,理论等电点为5.95,不含信号肽,不含跨膜结构域,为可溶性蛋白。实时荧光定量PCR结果表明该基因在甘蔗幼苗中茎秆的表达量最高,叶片次之,根的表达量最低;干旱、低温和赤霉素处理均会改变该基因在不同组织的表达模式。利用农杆菌介导法转化拟南芥,获得过表达ScGA20ox1的转基因拟南芥植株,转基因拟南芥植株存在株高增高,节间长度增长的表型变异。本研究结果表明,ScGA20ox1参与甘蔗的生长发育并在响应非生物逆境中发挥重要调控作用,过表达转基因拟南芥形态发生变化,这为深入探究ScGA20ox1生物学功能,解析甘蔗株型调控分子机制提供理论依据。

苹果赤霉素氧化酶基因MdGA2ox8的克隆及功能分析

【目的】从‘苏帅’苹果(Malus domestica)中分离克隆赤霉素氧化酶基因MdGA2ox8的开放阅读框(ORF),分析其序列特征及在苹果中的组织表达特异性,通过在烟草中过表达MdGA2ox8研究其对烟草生长发育的影响,为该基因功能分析及应用提供理论参考。【方法】采用RT-PCR方法从苹果中克隆出MdGA2ox8的ORF区。利用NCBI、DNAMAN和Pfam在线软件进行氨基酸序列比对和保守结构域分析;利用Expasy在线软件对MdGA2ox8氨基酸组成、分子量、等电点进行分析;利用SignalP和TMHMM Server V.2.0分别在线分析蛋白质的信号肽和预测蛋白质的跨膜结构域;利用MEGA 7.0软件构建系统进化树。采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)方法检测MdGA2ox8在苹果不同组织中的表达量。构建MdGA2ox8过表达载体,采用农杆菌介导的遗传转化技术将MdGA2ox8导入烟草中,获得具有潮霉素抗性的转基因烟草植株,通过GUS染色、基因组PCR和RT-PCR鉴定转基因阳性植株;将野生型和转基因烟草移栽后,在第一朵花开放时测定转基因烟草的株高、节间长度和叶片长宽比以及烟草叶片叶绿素含量,激素GA1和GA4含量,并通过RT-qPCR方法分析烟草中相关基因的表达水平。【结果】成功克隆并获得了长为1 122 bp的MdGA2ox8 ORF区,编码373个氨基酸残基,蛋白相对分子质量为42.8 kD,理论等电点为5.44,不稳定系数为49.73,具有GA2ox的保守结构域DIOX_N和20G-Fell_Oxy,但无明显疏水区,无跨膜区,无信号肽,为非分泌蛋白。序列系统进化分析结果显示MdGA2ox8与白梨GA2ox8亲缘关系最近。RT-qPCR结果表明,MdGA2ox8在苹果各组织中差异表达,在花中的表达量最高,其次为老叶>幼叶>韧皮部,在木质部和幼果中几乎不表达。将MdGA2ox8转入模式植物烟草中,获得了5个转基因阳性株系。与野生型相比,过表达MdGA2ox8烟草植株GA4含量降低,GA1含量有所升高,其中野生型和转基因烟草GA1平均含量分别为1.26和1.75 ng·g-1,GA4平均含量分别为5.43和1.07 ng·g-1。与野生型相比,转基因烟草植株GA1和GA4总含量降低,使植株节间缩短、矮化以及花期推迟,其中野生型和转基因烟草植株平均高度分别为38.50和7.36 cm,节间长度分别为9.5和3.3 cm;转基因烟草叶片颜色深绿,叶片长宽比降低。烟草内源赤霉素合成途径相关基因NtGA3ox1和NtGA3ox2的表达水平受MdGA2ox8的正反馈调节。【结论】获得苹果赤霉素氧化酶基因MdGA2ox8的开放阅读框,MdGA2ox8具有组织表达差异性。MdGA2ox8过表达烟草植株中GA1和GA4总含量降低,导致植株节间长度缩短、植株矮化。

高羊茅赤霉素2-氧化酶编码基因的克隆及功能验证

赤霉素(GA)是一类重要的植物激素,在植物的生长发育过程中发挥着重要作用。许多赤霉素代谢途径关键酶的编码基因已经被克隆和研究,但在高羊茅(Festuca arundinacea)中尚未见报道,利用RACE技术获得了高羊茅赤霉素2-氧化酶基因(FaGA2ox)。结果表明:FaGA2oxcDNA全长1566bp,包含1026bp开放阅读框,编码一个由341个氨基酸组成的蛋白质。FaGA2ox转基因烟草(Nicotiana tabocum)表现出赤霉素缺陷的表型,叶片面积明显变小,且叶片褶皱,叶片颜色暗绿,节间长度明显变短。综上所述,FaGA2ox在烟草中的过量表达可以导致植株矮化,为进一步利用该基因转化高羊茅培育矮化植株奠定基础。

马铃薯GA2ox家族基因响应赤霉素(GA)和低温胁迫表达分析

本研究基于结构域筛选马铃薯(Solanum tuberosum)基因组,获得13个StGA2ox基因家族成员。生物信息学分析结果显示,StGA2ox家族基因分为C19和C202个家族,其中C19又分为2个亚族,13个StGA2ox基因不均匀得分布于8条染色体上,其中有5对共线性基因对,7号染色体上有3个基因形成1个串联重复基因簇。此外,StGA2ox启动子区域存在响应低温胁迫、植物激素等多种顺式作用元件。利用实时荧光定量PCR方法分析外源GA_(3)和低温胁迫处理条件下StGA2ox表达模式,所有StGA2ox基因均能够被外源GA_(3)诱导表达,其中StGA2ox2、StGA2ox4、StGA2ox8、StGA2ox9和StGA2ox10受低温胁迫诱导表达显著上调,暗示着这5个基因在调节马铃薯低温胁迫耐性中发挥重要功能,可以作为进一步开展马铃薯耐低温研究的候选基因。

棉花基因组中赤霉素氧化酶基因的鉴定与分析

根据赤霉素氧化酶氨基酸序列的保守结构域和生物学信息,对棉花2个二倍体野生种(A基因组的亚洲棉和D基因组的雷蒙德氏棉)和2个异源四倍体遗传标准系(陆地棉TM-1和海岛棉H7124)进行了全基因组的查找。结果表明,在2个二倍体野生种的A和D基因组中分别预测到219和188个该酶类基因家族成员;在异源四倍体陆地棉TM-1和H7124中分别预测到了310和428个该酶类基因家族成员。通过分析陆地棉中预测到的310个该酶类基因家族成员在赤霉素敏感超矮突变体和野生型转录组中表达差异,发现16个基因具有显著性差异。利用这16个基因编码的蛋白质氨基酸序列与报道的拟南芥赤霉素氧化酶氨基酸序列进行进化分析,结果表明Gh_D06G2009属于GA3ox氧化酶,Gh_D01G0300和Gh_D09G0746为GA2ox氧化酶,Gh_A06G1341、Gh_A07G1653、Gh_A11G1416、Gh_A13G0444、Gh_A13G1787、Gh_A13G2343、Gh_D01G0055、Gh_D07G0446、Gh_D07G1858、Gh_D08G2680、Gh_D11G3415、Gh_D13G0516、Gh_D13G2157为GA20ox氧化酶。

GA2-oxidase氧化酶基因的研究进展

GA2-oxidase氧化酶(GA2ox)是影响赤霉素合成和代谢的关键酶之一,其可以将具有生物活性的赤霉素或前体分解成没有生物活性的物质,在植物的生长发育中起着重要的作用。目前已经在拟南芥、杨树、水稻和葡萄等多种植物中克隆表达,其功能在不同物种之间也存在着差异。本研究主要从GA2ox基因的表达模式和基因功能进行阐述,重点阐述了GA2ox基因的时空表达情况,环境和激素对GA2ox基因的表达影响;GA2ox基因对植物的株高、花、果实和种子性状的改变,及与抗性的相互作用,更好地为了解GA2ox基因的作用机制提供参考。

山核桃赤霉素氧化酶基因CcGA3ox的克隆和功能分析

【目的】赤霉素3-氧化酶(gibberellin 3-oxidases,GA3ox)是赤霉素(GAs)生物合成途径中关键酶之一,对山核桃(Carya cathayensis)中CcGA3ox基因进行克隆,并进行序列分析和功能验证。【方法】以山核桃体细胞胚为材料,提取RNA,采用PCR扩增技术,克隆山核桃CcGA3ox基因编码区全长;对序列进行生物信息学分析。为验证基因功能,通过同源重组技术构建具有强启动子的35S::CcGA3ox::GFP过表达载体,以核桃体细胞胚为转化材料,利用农杆菌介导法进行遗传转化;利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析山核桃CcGA3ox基因在转基因阳性核桃植株中的相对表达量。采用紫外分光光度计检测植株中叶绿素含量,并分析其差异。【结果】山核桃CcGA3ox基因开放阅读框(ORF)全长为1 116 bp,编码371个氨基酸。对CcGA3ox氨基酸序列分析发现,其含有2OG-FeⅡ-Oxy结构域。系统进化树显示,CcGA3ox与薄壳山核桃CiGA3ox亲缘关系最近,与核桃JrGA3ox亲缘关系较近。对核桃体细胞胚进行遗传转化、荧光检测及PCR验证表明,35S::CcGA3ox::GFP过表达载体被成功转入核桃体胚中。核桃阳性再生植株与对照植株相比,株高明显增高;qRT-PCR结果表明,CcGA3ox基因相对表达量显著增加。同时,过表达CcGA3ox基因可以降低核桃阳性再生植株中叶绿素含量。【结论】山核桃CcGA3ox基因在核桃生长过程中对株高调控起关键作用。

高等植物赤霉素3-β-双氧化酶基因研究进展

赤霉素3-β-双氧化酶(GA3ox)是赤霉素(GA)生物合成过程中的关键酶之一,直接作用于活性GA的生成,在植物的生长发育过程中发挥着重要作用。GA3ox已在拟南芥、烟草、高粱和杨树等多种植物中得到克隆,在植物个体的不同生长阶段、不同组织中GA3ox的表达量均存在着差异,这主要是由物种内在的遗传因素所决定的,同时环境因子和外源激素处理对GA3ox表达也有着显著的影响。通过对基因突变体的研究,揭示出GA3ox突变导致GA的生物合成受阻而间接影响植物的生长,导致植物茎秆、花、种子、果、根等部位性状的改变,包括植株矮化、结籽困难等。过量表达GA3ox基因促进GA的生成,诱导细胞的分裂与分化,促进根尖的径向伸长、种子萌发等。主要从GA3ox的基因克隆与表达模式及其功能效应两方面综述了其在高等植物中研究进展,通过对GA3ox在不同植物中的相关功能研究,探讨其在植物生长发育过程中的具体作用,以期为了解GA3ox对植物生长发育的调控机制提供参考,也有助于在生产实践中更好地利用GA3ox开展基因工程研究,定向培育植物新品种。

蓖麻赤霉素氧化酶基因的全基因组鉴定和表达分析

赤霉素氧化酶基因(GAox)是赤霉素合成和调控的关键酶,其通过调节植物活性GA水平调控植物株高。为了解析蓖麻赤霉素氧化酶基因(RcGAox),利用生物信息学分析方法对RcGAox进行全基因组鉴定,并分析其理化性质、保守结构域、系统发育、基因上游2 kb启动子区域顺式作用元件预测,通过蓖麻表达数据库以及外源赤霉素和多效唑处理2个蓖麻品种的顶端嫩茎转录组测序分析RcGAox基因表达模式。结果表明:蓖麻共有30个赤霉素氧化酶基因,其中7个RcGA2ox、4个RcGA3ox、19个RcGA20ox,蛋白质分子质量在26.12~44.31 ku,等电点预测值在5.06~7.82,内含子个数为1~2个;蛋白结构域分析保守基序Motif 1、Motif 2、Motif 4存在30条蛋白序列中;系统进化分析将RcGAox基因分为5个不同的亚群:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和C20 GA2ox,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别对应GA2ox、GA3ox、GA20ox;启动子顺式作用元件预测光反应相关的顺式元件数量最多,且在预测区域均匀分布,18个基因含1~2个赤霉素相关元件;蓖麻RcGAox在胚乳、雄花、叶片中特异表达的基因分别有7,2,1个,转录组测序结果有5个基因在嫩茎中表达,推测RcGA2ox7、RcGA20ox1和RcGA20ox14可能是参与赤霉素合成途径来调控蓖麻株高的主要基因,且通过调控植物体内活性赤霉素水平来响应外源激素对株高的作用。

毛果杨赤霉素氧化酶基因家族鉴定与功能分析

【目的】赤霉素氧化酶(GAox)是不同赤霉素之间相互转化的关键酶,属于2-酮戊二酸依赖性双加氧酶基因家族(2ODD),选择毛果杨GAox基因家族为研究对象,探究木本植物GAox基因家族成员的进化关系和功能分化机制。【方法】在Phytozome和PLAZA数据库中搜索到水稻、拟南芥和毛果杨2ODD基因,通过系统进化分析确认毛果杨2ODD基因中参与赤霉素代谢的GAox基因,然后整合基因组定位、基因结构、基因表达模式和酶生化活性等数据对GAox基因家族进行研究。【结果】从毛果杨基因组中鉴定得到124个2ODD成员,通过系统进化分析确认其中包含27个GAox基因,它们可能参与到赤霉素合成。毛果杨27个GAox基因分成4个亚家族,分别是C20-GA2ox、GA20ox、C19-GA2ox和GA3ox。基因组定位的结果发现27个毛果杨GAox基因分散定位在19条染色体中的14条染色体上,其中有11对GAoxs基因是由基因组的大片段重复产生的。酶学活性测定的结果表明,PtGA2ox3和PtGA2ox5催化GA1生成GA8,GA9生成GA51,而PtGA20ox6、PtGA20ox7和PtGA20ox8催化GA15生成GA24,GA24生成GA9,GA53生成GA20,显示该基因家族成员在底物特异性方面发生了变化。其中PtGA2ox3对GA9的活性是PtGA2ox5的104倍,但是PtGA2ox3和PtGA2ox5具有相似的三维结构。通过活性中心的序列比对发现,PtGA2ox3存在多个非极性氨基酸,PtGA2ox5存在多个带羟基的氨基酸,推测PtGA2ox3活性中心位置附近的非极性基团是引起其催化活性高的原因。【结论】毛果杨GAox基因家族的基本特征、进化关系和部分基因的功能得到了初步解析,为加深对毛果杨赤霉素代谢途径的了解提供新的视角。

梨矮化砧木中矮1号GA20-氧化酶基因克隆与表达分析

中矮1号是中国农业科学院果树研究所选育的梨优良矮化砧木,为研究其矮化机理,利用RT-PCR结合RACE方法克隆了梨矮化砧木中矮1号的1个GA20-氧化酶基因,并对该基因及其氨基酸序列以及该基因在不同生长类型梨品种中不同时期新梢叶片中的表达进行了分析。结果表明,该基因全长1 179 bp,推导编码392个氨基酸,其编码的蛋白质具有GA20-氧化酶基因家族所具有的功能活性位点和特征保守单元,该基因与苹果GA20-氧化酶基因氨基酸序列一致性达91.58%,因此确定该基因为中矮1号GA20-氧化酶基因,将其命名为PcGA20ox1(Gen-Bank登录号为HQ833589)。PcGA20ox1基因在中矮1号、亲本锦香和对照早酥3个品种不同发育阶段新梢叶片中的表达强度均为中矮1号<锦香<早酥,与植株高矮表现一致,表明PcGA20ox1基因的表达强弱与植株高矮相关。

转2-CysPrx基因烟草抗氧化酶和PSII电子传递对盐和光胁迫的响应

以转2-Cys Peroxiredoxins(2-Cys Prx)基因的烟草(Nicotiana tabacum)为材料,非转基因烟草为对照,调查盐和光胁迫对转基因烟草幼苗叶片抗氧化酶和叶绿素荧光特性的影响,揭示2-Cys Prx基因在植物抗逆方面的功能。结果表明,弱光(200μmol m 2s 1)下,随着盐浓度增大,转基因烟草和对照的SOD活性皆增加,APX活性变化不大,H2O2含量稍有升高;强光(1000μmol m 2s 1)下,随着盐浓度增大,转基因烟草SOD活性增强,APX活性下降,H2O2含量增加缓慢,而对照的H2O2含量迅速升高,转基因烟草叶片的PSII电子传递速率(ETR)、最大光化学效率(Fv/Fm)和实际光化学效率(PSII)均高于对照,而且PSII电子受体侧的受抑制程度明显低于对照。结果暗示在强光和盐胁迫使APX活性降低的情况下,2-Cys Prx可有效清除细胞中过量H2O2,增强光合电子传递链的稳定性,特别是PSII电子受体侧的电子传递,有效减轻盐和高光胁迫引起的PSII光抑制。

赤霉素诱导甘蔗GA20-Oxidase基因实时荧光定量PCR分析

本研究以喷清水甘蔗幼茎作为对照(即未处理),经过赤霉素处理后6h、12h、24h和48h的甘蔗幼茎为处理,分别进行取样并提取RNA,反转录获得cDNA作模板,利用SYBR GreenⅠ成功构建了目的基因(GA20-oxidase)和内参基因(GAPDH)的标准品和标准曲线。结果表明:内参基因与目的基因的起始模板浓度与Ct之间呈良好线性关系,决定系数分别为r2=0.998、r2=0.995;溶解曲线均显单峰型,证明扩增的特异性比较好,可对基因表达进行相对定量。定量结果表明:目的基因未处理的表达量最大,赤霉素处理后表达量持续下降,在6h达到最低值,12h后逐渐上升,但到48h又明显下降,且所有处理的表达量均低于未处理,6h、12h、24h和48h比对照的表达量分别下降了24.75%、13.18%、10.23%和20.34%。本实验研究GA20-oxidase基因在赤霉素处理后的表达情况,为进一步克隆甘蔗GA20氧化酶基因全长序列、研究该基因在甘蔗节间伸长过程中的表达调控及甘蔗茎间伸长中的作用机理提供理论依据。