海岛棉5个CBF/DREB基因的克隆与表达分析

低温、干旱和盐渍是影响作物生长、产量和全球地理分布的重要非生物胁迫。CBF/DREB转录因子是参与植物非生物胁迫应答反应的重要调控蛋白。为了更好地了解棉花CBF家族基因,通过生物信息学的方法,从海岛棉中克隆了5个具有完整开放阅读框的CBF基因,命名为Gb CBF1―Gb CBF5。这5个基因编码的蛋白与其他植物冷胁迫相关的CBF蛋白具有高度的保守性,含有1个AP2功能结构域和2个特征基序。系统进化树分析表明,这5个基因与拟南芥的3个参与冷胁迫的CBF基因一起聚类在DREB亚家族中的A-1亚组。通过RT-PCR的方法分析了海岛棉基因Gb CBF1―5在高盐(200 mmol·L-1 Na Cl)、干旱、4℃低温等非生物胁迫处理下的表达模式。结果表明其中2个基因在冷胁迫下上调表达,5个基因在干旱和盐处理下均下调表达。这些为进一步探索CBF基因在棉花逆境胁迫应激反应中的作用提供了有价值的信息。

小麦DREB转录因子TaAIDFa的互作蛋白筛选

为进一步探讨DREB类蛋白的作用机理,以DREB类转录因子TaAIDFa为探针,利用酵母双杂交技术从cDNA文库中筛选TaAIDFa的互作蛋白,进而探讨DREB转录因子介导的互作网络,以初步阐明DREB转录因子的抗逆机制。结果表明,通过酵母双杂交从cDNA文库中筛选到84个克隆,对其进行测序和Blast序列比对分析,得到4类与TaAIDFa互作的候选蛋白。同源性分析发现,这4类候选蛋白多与信号转导或免疫过程有关,说明TaAIDFa参与了植物逆境胁迫下的信号转导,可调控与逆境胁迫相关基因的表达。

野生大豆DREB基因cDNA的克隆与分析

以野生大豆Glycine soja叶片总RNA为模板,根据其他双子叶植物DREBP/AP2结构域的保守氨基酸序列设计简并引物,通过降落和巢式PCR进行扩增,获得1条190 bp的cDNA片段。以此序列设计引物,采用RACE扩增3’和5’末端未知序列,最终克隆到野生大豆DREB全长基因(GsDREB)。该基因1 191bp编码395个氨基酸,基因内部没有内含子。氨基酸分析表明,其N-末端具有核定位信号(nuclear localiza-tion signal,NLS),并具有由58个氨基酸编码的、能够与DNA结合的保守区域-DREBP/AP2结构域。通过多序列比对分析,该基因与拟南芥Arabidopsis thalianaDREB2C氨基酸序列相似性最高,推测其为DREB2亚家族的成员。

采用酵母双杂交系统筛选GmDREB5的互作蛋白

以无自激活活性的GmDREB5蛋白73～226位氨基酸区段为诱饵，采用酵母双杂交系统筛选干旱处理5h大豆cDNA文库。结果发现：一个互作蛋白含有保守的TPR（Tetratricopeptide repeat）结构域，与拟南芥的TPR蛋白仅有14％的相似性，说明其可能是一类新的大豆TPR蛋白，将其定名为GmTPR1；表达特性分析表明，GmTPR1基因受干旱、低温、高盐、ABA的诱导；证明GmTPR1不仅参与植物对非生物胁迫的响应，同时参与对GmDREB5蛋白水平的调控。

DREB1C-GFP融合基因植物表达载体的构建

为了便于转基因植株的分子检测,利用重叠延伸PCR(gene splicing by overlap extension PCR,SOE PCR)方法克隆来自于水母的绿色荧光蛋白基因(GFP)和来自于拟南芥的目的基因DREB1C转录因子,并对其进行改造获得融合基因。通过酶切和连接,将融合基因构建到表达载体pCAMBIA1301上,获得了具有DERB1C和GFP基因的重组表达载体pDR1-GFP,酶切和测序结果表明,该融合基因与设计相符。

大豆(Glycine max)GmDREB5互作蛋白GmGβ1的筛选及鉴定

从大豆（Glycinemax）中克隆了一个与抗逆相关的DREB（Dehydration Responsive Element Binding Protein）基因GmDREB5。功能分析证明,GmDREB5基因能够显著提高烟草的抗旱性和耐盐性。为了筛选GmDREB5的互作蛋白,采用酵母双杂交系统以GmDREB5蛋白73～226位氨基酸区段为诱饵筛选干旱处理的大豆cDNA文库,发现一个互作蛋白含有保守的WD40结构域,与棉花（Gossypium hirsutum）和水稻（Oryza sativa）的G蛋白β亚基分别具有61%和52%的同源性,说明蛋白可能是一类新的大豆G蛋白β亚基,将其定名为GmGβ1。将GmDREB5与GmGβ1共转化酵母菌株AH109,转化的酵母能够在四营养缺陷型培养基上（SD/trp^-leu^-his^-ade^-）正常生长,而对照不能生长;同时,共转化的酵母能够激活LacZ报告基因的表达,证明GmGβ1与GmDREB5之间存在相互作用。表达特性分析表明,GmGβ1基因受干旱、低温、高盐等胁迫和激素ABA处理的诱导而表达,证明GmGβ1不仅参与植物对非生物胁迫的响应,同时参与对GmDREB5蛋白水平的调控。

大豆(Glycine max)GmDREB5互作蛋白GmUBC13的特性及功能

【目的】鉴定大豆抗逆相关转录因子GmDREB5的互作蛋白,分析其互作蛋白GmUBC13的特性及其生物学功能,解析GmDREB5提高植物抗逆性的分子机制。【方法】通过酵母双杂交系统,以大豆GmDREB5的AP2功能域为诱饵对干旱处理的大豆cDNA文库进行筛选,获得GmDREB5候选互作蛋白后通过酵母互作及体外Pull-down试验确定GmDREB5与候选蛋白之间的互作关系;同时,分析互作蛋白GmUBC13的进化关系、蛋白结构及亚细胞定位等特性;通过半定量RT-PCR分析其互作蛋白GmUBC13在干旱、高盐、低温等非生物胁迫和激素ABA处理下的表达谱;通过转化烟草鉴定GmUBC13的生物学功能。【结果】通过筛选大豆干旱处理的cDNA文库获得一个GmDREB5互作蛋白GmUBC13(ubiquitin conjugating enzyme 13),GmUBC13属于泛素结合酶蛋白家族,GmUBC13含有UBCc保守域(ubiquitin-conjugating enzyme catalytic domain)、与泛素连接酶E3互作的氨基酸残基以及高度保守的半胱氨酸催化位点。进化树分析表明,GmUBC13的氨基酸序列与拟南芥(Arabidopsis thaliana)含有16个成员的E2家族的第XV亚组的AtUBC13A、AtUBC13B以及水稻(Oryza sativa)的泛素结合酶蛋白Os01g0673600分别具有99%、97%和97%的同源性。酵母互作试验及体外Pull-down分析证明GmUBC13与GmDREB5蛋白之间存在相互作用。表达特性分析表明,GmUBC13受干旱、高盐、低温等非生物胁迫和激素ABA处理的诱导表达。GmUBC13在ABA的胁迫条件下,1 h开始有表达,10 h时表达量上升到最大,24 h稍微降低;在干旱和盐胁迫条件下,1 h开始表达,并随着胁迫时间的增长,表达量逐渐上升,24 h表达量达到最大;在低温胁迫条件下,GmUBC13受诱导较快,5 h表达达到最大,在10 h和24 h时未表达。蛋白亚细胞定位结果显示,GmDREB5蛋白定位在细胞核和细胞膜上,GmUBC13定位在细胞核中。基因功能鉴定结果证明,过表达GmUBC13的转基因株系GmUBC13-1、GmUBC13-2和受体对照W38的幼苗在正常MS培养基上的生长状态基本相似,在不同浓度PEG胁迫条件下,转基因株系GmUBC13-1、GmUBC13-2和W38烟草叶片叶绿素含量都降低,根长和地上部生长都受到抑制,而转GmUBC13烟草的叶片叶绿素含量降低缓慢,转基因烟草各株系的根长、地面长度均高于对照W38,且在8%PEG处理条件下,转基因株系GmUBC13-2的叶绿素含量、根长及地面长度与W38的差异达极显著。将生长2周的转基因烟草株系GmUBC13-1、GmUBC13-2与W38移至营养土中控水处理21 d,复水处理6 d后显示,转基因烟草株系生长情况明显优于非转基因对照W38,且转基因株系的存活率显著高于对照W38,表明在烟草中过表达大豆GmUBC13可以显著提高转基因烟草的抗旱性。【结论】大豆泛素连接酶GmUBC13与抗逆相关转录因子GmDREB5互作,GmUBC13受各种非生物胁迫处理诱导表达,在烟草中过表达可以显著提高植物的抗旱性。

转TaDREB3基因大豆的品质等同性分析

将抗逆基因TaDREB3转入大豆品种东农50,得到3个稳定遗传的株系,并将T4株系种子播于大田中。对3个转TaDREB3基因株系及非转基因对照株系的种子分别进行蛋白质、油份、脂肪酸、异黄酮等品质性状的等同性分析,研究转化外源基因TaDREB3后大豆原有品质性状是否有改变。结果表明:3个转基因株系和对照植株相比,蛋白质含量、油分含量和脂肪酸含量均差异不显著;转基因株系1的大豆黄素虽然和对照差异显著,但是异黄酮总含量和对照没有显著性差异。说明TaDREB3基因的导入并没有改变大豆的品质性状。

小麦TaDREB6转录因子互作蛋白的筛选

【目的】利用酵母双杂交技术从小麦cDNA文库中筛选TaDREB6互作蛋白,进一步研究DREB介导的小麦抗逆机制。【方法】以小麦的cDNA为模板扩增得到TaDREB6,构建小麦cDNA文库和pGBKT7-TaDREB6诱饵载体,将诱饵载体pGBKT7-TaDREB6以及pGADT7和cDNA文库混匀转入AH109酵母感受态细胞,在SD/-Ade/-His/-Leu/-Trp营养缺陷型培养基上,30℃培养3—5 d,挑取平板上直径大于2 mm的菌落,进行显蓝筛选。【结果】对筛选到的102个候选阳性克隆进行测序,在NCBI上进行BLAST比对分析,获得与能量代谢、抗逆和防御、转运、转录和翻译、信号转导以及生长发育等相关的候选蛋白。【结论】筛选得到候选蛋白的功能预测表明TaDREB6可能参与了多条信号转导途径,在抗逆境调控中具有重要作用。

多不饱和脂肪酸对基因表达的调控机制

多不饱和脂肪酸(PVFAs)不仅是细胞结构和功能的重要组成成分,而且对细胞生长、代谢、分化中的基因起调控作用。研究表明PUFAs可通过与肝脏核因子-4α、肝脏X受体α,β、过氧化物酶体增殖物激活受体(PPARs)等核受体直接作用,或与转录因子固醇调节元件结合蛋白1,2间接作用,以多种机制在分子水平上调节相关酶的基因转录。深化PUFAs基因调控机制的研究,对于营养、健康和医疗具有重要意义。

四个苹果MdCBF基因克隆与表达分析

为了筛选出苹果中的抗冻负调控基因,培育抗冻苹果新品种奠定基础,通过生物信息学的方法从苹果中克隆了4个具有完整开放阅读框的CBF基因,命名为Md CBFL1~Md CBFL4。通过与其他植物CBF/DREB蛋白氨基酸序列的多重比对发现,这4个蛋白具有CBF蛋白典型的结构特点,即1个AP2结构域,2个特征序列,即核定位信号区PKRPAGRTKFRETRHP和DSAWR保守序列。从系统进化树中可以看出苹果Md CBFL1~Md CBFL4蛋白与At DREB1蛋白聚在A-1亚族,推测它与拟南芥A-1转录因子功能相似,Md CBFL1~Md CBFL4蛋白表达受干旱、盐碱、低温等逆境胁迫的诱导。采用半定量RT-PCR的方法检测分析苹果中Md CBFL1~Md CBFL4基因在高盐(200 mmol/L Na Cl)、干旱和低温处理下基因的表达情况,结果表明,Md CBFL1基因对低温、干旱、盐胁迫3种逆境胁迫均有一定程度的响应,Md CBFL2~Md CBFL4基因受低温与高盐的诱导。为进一步阐明苹果Md CBF基因在逆境应答中的功能、机制提供了有益线索。

梨DREB基因家族全基因组鉴定及分析

本研究为鉴定梨DREB基因,分析其生理特性和结构,并研究DREB蛋白的相互作用以及在不同逆境中的表达差异,通过生物信息学方法,对梨DREB转录因子进行了鉴定与分析。如利用本地BLAST、Pfam等搜索、鉴定DREB蛋白;采用Protparam、Signal P、SPOMA、MEME数据库、DNAMAN、MEGA6.0等对蛋白进行结构特性和进化关系分析;基于String数据库对DREB蛋白进行功能互作分析;并运用拟南芥Illumia RNA-Seq数据进行同源表达分析。从梨全基因组中鉴定了60个DREB基因,通过与拟南芥DREB基因聚类分析,共分为6个亚组（A1-A6）。编码的氨基酸残基数在99-496个之间,平均含有250个氨基酸残基,整体呈弱酸性。系统分析了Pbr DREBs蛋白的保守基序和基因结构,发现这些Pbr DREBs蛋白都含有一个典型的AP2/ERF结构域,这个结构域含有55个左右的氨基酸残基,大部分以YRG保守元件开始,到RAYD保守元件终止。对Pbr DREBs蛋白之间的功能联系网络进行了系统的研究,发现DREB转录因子在梨的生长发育过程及其多种逆境反应的信号转导中发挥着重要作用,且在逆境调控中各亚组成员之间也可能存在交叉作用,其中,A1亚组即CBF转录因子在蛋白质相互调控中起重要作用。并利用同源拟南芥RNASeq数据对Pbr DREBs蛋白进行了低温、干旱等非生物胁迫下的同源分析,表明DREB蛋白在多种胁迫中都起到了重要作用。初步鉴定出的梨60个DREB基因在功能、结构、特性等方面与拟南芥及其它已报道的物种DREB基因相似,并在低温、干旱等逆境中起到重要作用。

异源表达蒙古沙冬青AmDREB1F基因提高转基因拟南芥的耐逆性

脱水应答元件结合蛋白(Dehydration-responsive element binding proteins,DREBs)是一类重要的植物耐逆相关转录因子。蒙古沙冬青Ammopiptanthus mongolicus是中国西北荒漠区特有的强耐逆常绿阔叶灌木。为探明其AmDREB1F基因在耐受非生物逆境中的功能和作用机理,文中对该基因编码蛋白的亚细胞定位、表达模式和转基因拟南芥的耐逆性进行了分析。结果表明:AmDREB1F编码的蛋白质定位于细胞核内;在室内培养幼苗中,该基因在正常条件下不表达,在低温和干旱胁迫下有较明显表达,在高盐和高温胁迫下仅有微弱表达,而在脱落酸(Abscisicacid,ABA)处理下不表达;在野外生长植株的叶片中,其表达量在秋末、冬季和早春远高于其他季节,而不同器官相比,其在根和未成熟果荚中的表达量远高于其他器官;将AmDREB1F在拟南芥中组成型表达可提高多个受DREBs调控的胁迫响应基因的转录水平,增强转基因株系对干旱、高盐和低温以及氧化胁迫的耐性,同时导致其生长发育延滞,外施赤霉素3可消除生长延滞现象;将该基因进行胁迫诱导表达也可提高转基因拟南芥对上述非生物胁迫的耐受性,而不影响其生长发育。这些结果说明AmDREB1F可能通过ABA非依赖的信号途径在响应和耐受逆境胁迫中起正调节作用。