共转化法获得无筛选标记的转PEPC、PPDK基因水稻恢复系纯合体

用根癌农杆菌共转化的方法将pSB130/CK质粒[目的基因磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因(PEPC)、磷酸丙酮酸二激酶基因(PPDK)与筛选标记潮霉素抗性基因HPT分别构建于2个T-DNA区]导入水稻恢复系R299,经PCR、Southern检测,筛选到T0代13个转基因植株。对T1～T3代转基因后代进行PCR跟踪鉴定,分离出无潮霉素抗性基因的转基因植株(PEPC+PPDK+HPT-),分离株系比率为15%～21%,分离株系中PEPC+PPDK+HPT-型单株分离频率为7.2%～10.0%。在T3代成功获得了无筛选标记的转基因纯合系3个(06D351,06D352和06D353),PEPC酶活性和光合速率分析结果表明,其PEPC活性比对照提高了1.5～4.9倍,光合速率提高了19%～40%,说明这些转基因纯系材料在水稻高光效育种上具有很大的应用价值。

玉米高光效基因PPDK在籼稻IR64中的整合及其与光合作用相关的特性分析

丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)在C4植物光合作用途径中,是CO2固定的关键酶。将编码玉米丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)基因的质粒通过基因枪和农杆菌介导转化导入籼稻IR64中,PCR-Southern的结果表明,玉米丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)基因已经整合到IR64中。在温室条件下,分析了转基因IR64植株的剑叶全氮含量,结果表明,大部分的转基因IR64植株剑叶的全氮含量高于非转基因IR64对照,在转基因IR64植株中,最高的剑叶全氮含氮量为3.61%,比非转基因的IR64对照高1.07个百分点,剑叶全氮含量提高了42.1%。对转基因IR64植株的产量构成因素的分析结果表明,不同的转基因IR64植株之间,产量构成因素差异比较大,比如植株干重、收获指数等,有助于育种家们选择不同的育种材料用于水稻育种。

玉米高光效基因ppdk的克隆及其生物信息学分析

【目的】获得玉米(Zea mays)的丙酮酸磷酸双激酶基因(以下简称ppdk),并对其进行生物信息学分析。【方法】使用Trizol提取玉米SC704的总RNA,并用特异引物对其进行RT-PCR扩增,将得到的cDNA片段连接到pGEM-T载体后转化大肠杆菌DH5α,然后对阳性克隆进行测序,并对序列进行生物信息学分析。【结果】获得的玉米PPDK基因CDS全长2 781 bp,与玉米z561ppdk基因同源性为99%;其编码的多肽链包含926个氨基酸,与玉米PPDK同源性为97%。【结论】克隆了玉米C4型丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)基因,它所编码的氨基酸序列具备PPDK蛋白的保守序列和催化活性中心区域。该基因的成功克隆为今后利用其改造C3植物的光合效率以提高粮食单产奠定了良好的基础。

玉米PEPC基因和PPDK基因在籼稻明恢63中的整合及与光合作用相关的特性分析

丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)是C4植物光合作用途径中,二氧化碳固定的关键酶。磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)是在C4和景天酸(CAM)植物光合作用的初级碳同化中的一个关键酶,该酶介导不可逆的β羧化反应,将磷酸烯醇式丙酮酸转化成草酰乙酸和磷酸。本研究将编码玉米磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)基因的质粒和编码玉米丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)基因的质粒通过基因枪轰击转化的方法同时导入籼稻明恢63中,PCR-Southern印迹杂交的结果表明,玉米丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)基因已经整合到明恢63中。在温室条件下,分析了转基因明恢63植株的剑叶全氮含量,结果表明,不同的转基因明恢63植株,其剑叶的全氮含量是不同的,大部分转基因明恢63植株剑叶的全氮含量高于非转基因明恢63对照的全氮含量,转基因明恢63植株ZHM3-50剑叶全氮含量为3.82%,比非转基因明恢63对照高0.45%。对转基因明恢63植株的产量构成因素的分析结果表明,在温室条件下,不同的转基因明恢63植株之间,产量构成因素差异比较大,比如植株干重、收获指数等。这些有助于育种家们选择不同的育种材料。

籽粒苋中PPDK基因的克隆及表达特性分析

为寻找能提高植物光合效率的基因资源,以高光效植物籽粒苋(Amaranthus hypochondriacus L.)为试材,利用同源克隆和RACE技术克隆了丙酮酸磷酸二激酶(Pyruvate orthophosphate dikinase,PPDK)基因,基因cDNA全长为3224bp,其中5'非翻译区为71bp,阅读框为2868bp,3'非翻译区为285bp,推导的蛋白质为956个氨基酸,分子量约106kDa。序列分析表明,克隆的基因含有PPDK基因的功能结构域。表达模式分析显示克隆的PPDK基因在绿色组织中特异表达,为PPDK基因的长转录本,初步确定已克隆得到为籽粒苋中的PPDK基因,将其命名为AhPPDK。

谷子PPDK2在非生物逆境胁迫下的表达分析

谷子是具有抗旱、耐瘠、抗逆性强、适应性广等特点的C4禾本科作物,发掘谷子高光效、逆境相关基因,旨在揭示谷子在光照和逆境胁迫下的基因表达特征。采用生物信息学方法,在谷子中鉴定出一个PPDK基因,命名为SiPPDK2;该基因位于谷子3号染色体,含有18个内含子,有3个转录本,原始转录本编码945个氨基酸。亚细胞定位预测结果显示,该基因位于叶绿体中。功能域分析和多序列比对发现,SiPPDK2蛋白与玉米、高粱和水稻PPDK蛋白的亲缘关系较近。Real-time PCR分析表明,PEG、ABA、盐和低温胁迫对苗期SiPPDK2基因表达有不同程度的诱导。进一步研究表明,SiPPDK2基因在拔节期、抽穗期和灌浆期均参与了对干旱和光照的胁迫响应,其中抽穗期和灌浆期在干旱条件下及拔节期和灌浆期在弱光条件下其表达量显著上调。顺式元件分析结果表明,在SiPPDK2启动子区域主要包括激素类应答、逆境应答、光应答以及其他类生长调控相关的顺式元件。结果推测,SiPPDK2基因可能参与了谷子对非生物逆境胁迫的响应。

甘蔗全长丙酮酸磷酸二激酶(PPDK)基因的克隆

和C3植物相比,C4植物具有明显的生长优势及水分和营养利用率,生物产量也较高。甘蔗是典型的C4作物之一。以甘蔗叶片提取的基因组DNA为模板,以GenBank公布的甘蔗PPDK基因cDNA序列设计引物,进行LA-PCR(Long Acute PCR)扩增。将PCR产物克隆到pMD18-T载体中,转化大肠杆菌JM109,测序,得到了13.5kb的甘蔗全长PPDK基因序列。为方便后续实验,在引物中引入可利用的XhoI和NotI酶切位点,将全长PPDK基因分两段克隆到pMD18-TSimple载体中,转化大肠杆菌JM109,完成了甘蔗全长丙酮酸磷酸二激酶(PPDK)基因的完整克隆,为将其导入C3作物中奠定了研究基础。

玉米C_4型PPDK基因的分段PCR克隆及其表达载体构建

丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)是C4植物和景天科酸代谢(CAM)植物光合作用的关键酶,催化形成固定CO2的初始分子受体磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)。玉米的C4型PPDK基因序列较长,难以直接克隆。本研究设计多对引物,首先利用常规PCR扩增PPDK启动子,再利用分段PCR扩增PPDK基因全长编码序列;测序证实克隆序列正确无误,最后利用In-Fusion技术将各个片段定向克隆至载体p CAMBIA-1391Z,成功构建了玉米C4型PPDK基因的植物表达载体。最终为C4型PPDK基因功能研究和C3植物遗传转化提供可用的基因序列,为全长基因的高效克隆及表达载体构建提供参考。

流产布鲁菌ppdk基因缺失株的构建及其生物学特性分析

布鲁菌病是由布鲁菌感染引起的呈全球性分布的人畜共患细菌性传染病。布鲁菌是一种兼性胞内菌,感染宿主依赖多种基因的表达和调控。近年来,胞内菌的碳代谢与致病力的关系成为研究的热点。前期研究发现碳代谢相关的丙酮酸磷酸双激酶(ppdk)基因与布鲁菌毒力相关。本研究利用同源重组方法构建流产布鲁菌ppdk基因缺失株,通过环境压力因子耐受性实验、胞内存活实验和动物致病性实验等探讨ppdk基因对布鲁菌毒力的影响。结果显示,ppdk基因缺失能减弱布鲁菌对多粘菌素B和大牛血清的抵抗性,减弱细菌胞内存活的能力和对小鼠的致病力,表明ppdk基因与流产布鲁菌的毒力密切相关。

转ZmPEPC与ZmPPDK基因拟南芥对干旱胁迫的反应

为探究干旱胁迫对转玉米高光效基因ZmPEPC与ZmPPDK拟南芥的影响,本研究选用2个转PEPC基因株系(PC90,PC73),2个转PPDK基因株系(PK17,PK26),1个转PEPC+PPDK基因株系(PCK110)和对照株系(GLC)为试验材料。在幼苗期分别用150mmol/L和250mmol/L甘露醇(Mannitol)模拟干旱胁迫处理,测定幼苗根长,结果显示,在胁迫处理下,转PEPC、PPDK和PEPC+PPDK基因拟南芥幼苗的平均相对根长分别较对照增加了43.8%,48.4%和50.6%。在成株期进行干旱胁迫处理,测定莲座叶片的叶绿素荧光参数,叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛含量和成株死亡率,结果显示,在胁迫处理下,供试材料F0增加,Fv/Fm减小,对照F0增幅最大,为20.4%,Fv/Fm最小,为0.78;转PEPC、PPDK和PEPC+PPDK基因拟南芥株系平均相对叶绿素含量分别较对照增加12.6%,15.4%和23.1%;可溶性糖含量分别较对照增加3.0%,16.3%和24.4%;可溶性蛋白含量分别较对照增加0.6%,10.8%和15.4%;丙二醛含量较对照降低,分别为对照的93.5%,90.3%和84.10%;死亡率分别为12.3%,13.3%和6.7%,极显著低于对照(87.7%)(P<0.01)。上述结果表明,玉米高光效基因ZmPEPC和ZmPPDK可增强拟南芥抵抗干旱胁迫的能力,且这两个基因的共表达可能存在协同作用。

三角褐指藻PPDK基因RNAi载体的构建和基因枪转化

三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）的全基因组序列已经公布,为了把RNAi的技术应用于三角褐指藻的相关研究中,以C4途径关键酶丙酮酸磷酸二激酶基因（PPDK）为试验对象,构建了用于表达与PPDK部分序列同源的发夹RNA（hpRNA）的载体pPPDKi,并用基因枪方法成功将PPDKi和Zeocin抗性基因sh ble共转化到三角褐指藻细胞中.摸索出的较优基因枪转化的条件为：使用50%海水f/2培养基预培养的藻进行微粒轰击,轰击压力10.5 MPa,钨粉直径1.0μm,轰击距离6.5 cm.PCR检测结果表明,在Zeocin筛选的阳性藻株中约有60%同时整合了PPDKi序列.将其中6株共转化的转基因藻与野生型藻的生长速率进行比较,发现它们的生长受到4.6%~10.7%的抑制.这可能是PPDKi的表达影响了丙酮酸磷酸二激酶（PPDK）的活性,从而进一步影响了三角褐指藻的生长,但也有可能是外源片段的插入影响了其他基因的正常表达,导致细胞活动异常.

玉米丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)研究进展

丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)是C4植物光合作用的关键酶,主要功能是催化CO2原初受体磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)的再生,其中PEP参与固定CO2及碳骨架的形成。在C4种子发育过程中,PPDK参与淀粉合成、淀粉-蛋白平衡等重要生物学过程。本文通过总结C4关键作物(玉米)PPDK的最新研究进展,归纳总结了玉米PPDK在转录、翻译和翻译后修饰等方面的调控机制;阐释了基因类型、蛋白质结构及其胁迫应答等几个方面的分子生物学机制;通过比较C3和C4植物PPDK的异同,并结合PPDK蛋白酶活调控方面的最新研究结果,深入讨论了植物中PPDK进化的生物学意义。这为科研工作者快速深入地了解玉米PPDK的最新研究进展提供了有意义的参考,同时也为C3植物引入C4高光效机制的基因工程改造奠定了良好的基础。

玉米自交系B73丙酮酸磷酸双激酶基因的克隆及低氮对PPDK表达的影响

以玉米B73自交系为实验材料,克隆了玉米B73叶片C4型丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)基因即C4PPDK基因的c DNA全长并测序,研究了低氮胁迫对典型C4作物玉米PPDK蛋白表达的影响。结果表明,B73玉米C4PPDK基因有19个外显子,18个内含子。无论在高氮还是低氮条件下,玉米野生型与ppdk突变杂合子在表型上均无显著差异。野生型植株中PPDK表达量约为杂合子的2倍;与高氮处理相比,低氮处理下PPDK野生型和杂合子中PPDK蛋白表达量显著升高,表明PPDK蛋白可能参与了对低氮胁迫的响应。该实验为进一步研究PPDK与氮代谢的关系奠定了基础。

转玉米PEPC和PPDK基因杨树苗期的光合生理特性

【目的】磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)和磷酸丙酮酸二激酶(PPDK)是保证C4植物高效光合作用的关键酶。杨树作为光合效率较低的C3植物,其光能利用率低,本研究以玉米PEPC基因和PPDK基因分别作为目的基因进行杨树遗传转化,分别获得转基因的高效表达植株,并进行分子检测及相关功能分析,为培育杨树高光效新品种提供依据。【方法】通过生物信息学筛选玉米PEPC和PPDK基因。利用Gateway系统,将PEPC和PPDK基因分别构建到植物表达载体pGWB406,通过农杆菌介导法转化南林895杨。比较分析转基因植株与对照(南林895杨)的光合生理特性。【结果】筛选克隆的PEPC及PPDK基因均编码典型的C4光合作用关键酶。南林895杨转PEPC基因获得5个株系,不同株系间基因表达量具有差异,最大达1.79倍,但编码蛋白在不同株系叶片中的表达量无显著差异;转PPDK基因获得3个株系,各株系间基因及蛋白表达量无显著差异。PEPC和PPDK在叶片中的表达量均高于茎中,且随着植株生长发育而提高;PEPC和PPDK基因的表达均受光照条件的影响,在高光照下表达量上升2~3倍。转基因株系净光合速率在11:00—14:00出现双峰状态,且显著高于对照组,最高达16.2%(PEPC-5株系);气孔导度在12:00—16:00高于对照组;除PPDK-2株系外,转基因株系都检测到比对照组更高的胞间CO2浓度,除PEPC-1和PEPC-4株系外,转基因株系CO2饱和点均低于对照组;全部转基因株系CO2补偿点均低于对照组,且光饱和点以及在光饱和点的光合速率均高于对照组。生长参数方面,PEPC-3和PEPC-4株系多个指标显著优于对照组(P<0.05),平均株高分别高于对照组5.6%和2.9%,叶面积分别高于对照组13.8%和8.9%,叶片质量分别高于对照组23.6%和19.8%,地径分别高于对照组13.5%和5.4%;转基因株系的茎生物量均高于对照组,叶生物量优势最为明显的依次是PEPC-3、PEPC-5和PEPC-4株系,分别高于对照组34.8%、15.4%和6.3%。【结论】玉米PEPC和PPDK基因导入南林895杨获得的转基因植株在强光利用方面具有明显的优势,植株的光合能力显著提高,生长指标优于对照组。利用C4植物的光合作用关键酶编码基因对杨树进行遗传转化,对于提高杨树甚至木本植物的光合效率具有重要意义。

利用CRISPR∕Cas9技术编辑水稻丙酮酸磷酸双激酶基因PPDK

采用CRISPR∕Cas9技术,以水稻丙酮酸磷酸双激酶基因PPDK为靶基因,构建载体,用农杆菌介导的方法转化粳稻品种‘嘉花1号’,获得1个碱基A缺失的编辑突变植株ppdk3。该突变体米粒的胚乳为白色粉质,其淀粉颗粒变小,结构松散,I-KI染色溶液颜色明显比野生型浅,直链淀粉含量下降约5%,抗性淀粉含量略有增加。与野生型相比,该突变体的千粒重和单株穗数下降明显,水稻淀粉合成相关基因的转录表达水平也有大幅下降。试验表明:利用CRISPR∕Cas9技术可以有效地对水稻淀粉合成相关基因进行编辑,为稻米品质改良提供材料。

ABA和6-BA对水分胁迫下玉米幼苗碳素同化关键酶的影响

在盆栽条件下研究了ABA和6－BA对水分胁迫下玉米幼苗中一些碳素同化关键酶的影响。结果表明，水分胁迫过程中玉米幼苗的1，5－二磷酸核酮糖羧化酶（RuBPC）活性先升后降，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）和丙酮酸磷酸二激酶（PPDK）活性呈降低趋势。叶面喷施10^(-5)mol／L脱落酸（ABA）在未水分胁迫时对其RuBPC、PEPC和PPDK活性稍有促进作用，干旱后则抑制RuBPC活性，而对PEPC和PPDK活性影响不大。喷施同样浓度的6－苄氨基嘌呤（6－BA）则显著促进水分胁迫条件下玉米幼苗3种酶活性。ABA或6－BA对水培玉米幼苗RuBPC、PEPC及PPDK活性的促进作用可被环已正胺（CHX）强烈抑制，而ABA、6－BA或CHX对萃取的酶液无直接影响，表明ABA或6－BA的作用可能与促进上述酶类的合成有关。结合叶水势、气孔阻力、叶绿素含量和光合速率等的变化，可以看出ABA或6－BA均可提高水分胁迫条件下玉米幼苗的光合作用，从而提高其抗旱性，但二者的作用方式不同。

小麦和谷子C_4光合途径关键酶活性及其与光合和蒸腾的关系

为了解小麦和谷子叶片中C4光合途径关键酶磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)、NADP-苹果酸酶(NADP-ME)、磷酸丙酮酸二激酶(PPDK)和苹果酸脱氢酶(MDH)的活性差异及其与光合速率和蒸腾速率的关系,以4个小麦品种(中国春、晋麦47、绵阳11、小偃6号)和4个谷子品种(豫谷1号、吨谷1号、冀谷19、冀谷20)为材料,在苗期、拔节期、抽穗期、开花期和灌浆期,分别测定了小麦和谷子叶片中四种光合酶的活性、净光合速率和蒸腾速率。结果表明,在小麦生育期,叶片中均可检测到这四种光合酶的活性,且酶活性与净光合速率变化趋势一致;谷子叶片中四种光合酶活性均远高于小麦;不同小麦和谷子品种间四种光合酶活性存在显著差异。小麦的PPDK和NADP-ME活性均与净光合速率呈显著正相关,与蒸腾速率相关不显著;谷子的MDH、PEPC和PPDK活性均与净光合速率呈显著正相关,仅豫谷1号的PEPC活性、冀谷20和吨谷1号的MDH活性与蒸腾速率呈显著正相关。

热玫瑰小双孢菌来源的丙酮酸磷酸双激酶的表达及应用

以热玫瑰小双孢菌基因组DNA为模板,通过PCR扩增得到了编码PPDK的基因,将此基因片段插入到表达载体pET28a(+)中构建得到了重组表达质粒pET28a(+)-PPDK,将重组表达质粒pET28a(+)-PPDK转化到大肠杆菌BL21(DE3)中,经过IPTG诱导,重组菌成功表达了N端带有6-His Tag的重组PPDK。经SDS-PAGE分析,重组PPDK单体分子量为101 kD。经过镍亲和层析和超滤后,重组PPDK蛋白基本达到电泳纯,并被成功应用于焦测序中。

板栗丙酮酸磷酸双激酶基因的克隆与序列分析

为探索板栗PPDK基因功能以及花粉直感效应分子机理,以板栗果实为材料,根据已登录的拟南芥、桃树、巨桉等多种其他植物物种的PPDK基因序列的保守区,设计特异性引物。利用RT-PCR技术克隆出板栗PPDK基因的编码区,并进行序列分析。结果表明,该基因长为3 293bp,包含一个完整的ORF,长2 676bp,编码892个氨基酸,分子量为97.89KDa。所编码的氨基酸序列与已知植物来源的若干PPDK基因相比,同源性大多在85%以上,证明所克隆的目的片段为PPDK基因,并将该序列登录到GenBank,登录号为KU234550。在PPDK基因所编码的氨基酸序列中发现了一个磷酸烯醇式丙酮酸利用酶磷酸化位点标记,一个拉链结构和多个磷酸化位点。同时推测出多肽链中有规则重复的构象,并同源建模PPDK蛋白整条肽链的三维空间结构。试验认为PPDK基因可能通过影响板栗光合作用进而使板栗在果实大小、淀粉含量等方面表现出明显的花粉直感效应。

植物光合碳同化途径关键酶基因研究

植物按照碳同化方式的不同可分为C_3途径、C_4途径和CAM途径。C4植物通过长期的进化形成了特有的高效光合基因。在高温、高光强和低CO_2浓度等条件下,C_4植物的光合速率较C_3植物更高。本文阐述了高等植物光合碳同化途径中PEPC、PPDK、NADP-ME、RCA、SBPase 5个关键酶基因研究进展。