参与ABA调控小麦种子胚休眠的dehydrin基因的分离与表达分析

dehydrin蛋白是一个通过双向电泳分离出的参与ABA调控种子休眠过程的ABA反应蛋白。本研究利用二级质谱技术(Q-TOF2)获得了dehydrin蛋白的部分肽段序列,以此设计特异引物在万县白麦子中分离了其全长cDNA序列。与来自于durum小麦中的同源蛋白在DNA水平以及氨基酸水平进行序列比对,发现在3'与5'端以及编码区域都存在碱基变异。进一步从mRNA水平分析了dehydrin基因的表达变化与种子休眠性状的表达之间的关系,结果表明,该基因在转录水平上的表达特性与翻译水平一致,说明该基因早在转录水平就受ABA调控从而参与休眠性状的表达。

玉米ZmDHN15基因在烟草中的遗传转化及抗冷性分析

玉米起源于亚热带,是喜温作物,易受低温胁迫的影响,脱水素(dehydrin,DHN)作为胚胎发育晚期丰富蛋白(late embryogenesis abundant protein,LEA)Ⅱ家族成员,是一类在植物非生物胁迫中发挥重要功能的蛋白。本研究克隆获得ZmDHN15基因,使用生物信息学手段,实时荧光定量PCR等技术对该基因的基本特性、组织表达特性进行分析,并进行植物过表达载体的构建及烟草的遗传转化,对T2代阳性植株进行抗冷性功能验证。结果表明,ZmDHN15基因全长1442 bp,共编码290个氨基酸,分子量为31.44 kD,理论等电点为6.05,是亲水性非跨膜蛋白,具有脱水素家族特有保守结构域。RT-qPCR分析表明ZmDHN15基因的在玉米叶片中表达量较高且在冷胁迫条件下表达量增加;获得T2代转基因烟草植株9株;在冷胁迫下转基因烟草与野生型相比,萌发率提高1.40倍,根长提高1.58倍,其叶片萎蔫程度更低,脯氨酸含量、丙二醛含量和过氧化物酶活性分别降低41.17%、28.47%和23.33%,可溶性糖含量、氧化物酶活性和超氧化物歧化酶活性分别升高58.97%、47.85%和47.53%,H_(2)O_(2)和O_(2)^(-)积累量分别减少34.78%和47.00%。综上所述,过表达ZmDHN15基因可以有效提高烟草植株对冷胁迫的耐受性,为进一步研究ZmDHN15基因在玉米中的功能奠定基础。

鸭梨DHN3基因鉴定及在果心褐变中的表达分析

为探究脱水素(dehydrin,DHN)蛋白与晚采鸭梨(Pyrus bretschneideri Rehd.)果心褐变之间的关系,基于生物信息学方法对鸭梨PbDHN3基因进行鉴定和特性分析,并分析急速降温和缓慢降温条件下晚采鸭梨果心褐变发生过程中PbDHN3基因的表达模式。结果表明,PbDHN3开放阅读框564 bp,编码187个氨基酸,且具有DHN的Dehydrin superfamily保守结构域,含有2个Y片段、1个S片段、3个K片段,属于Y_(2)SK_(3)型DHN。生物信息学分析表明Pb DHN3分子质量19.77 kDa,等电点7.98,为亲水性稳定蛋白;二级结构包含α-螺旋、无规卷曲、延伸链和β-转角,且定位于细胞核,不含信号肽与跨膜结构,为非分泌蛋白。同源性分析结果表明Pb DHN3与苹果等5种植物的DHN相似性达到89.74%以上,系统发育分析显示Pb DHN3和P. ussuriensis×P. communis的DHN亲缘关系最近。启动子分析结果表明PbDHN3含有基本启动子元件和其他顺式作用元件,与陆地棉GhDHN1及小麦TaDHN2启动子区预测结果一致,都包含激素响应元件、光响应元件等。实时聚合酶链式反应分析结果表明,急速降温条件下鸭梨果心部位DHN3基因在褐变过程中呈显著上调表达,与果心褐变紧密相关,为进一步探究该基因的功能,明确鸭梨果心褐变发生机制提供理论依据。

水分胁迫下内生真菌球毛壳ND35对冬小麦苗期生长和抗旱性的影响

为明确不同水分条件下内生真菌对冬小麦苗期生长和抗旱性的影响,以抗旱型小麦品种山农16和水分敏感型小麦品种山农22为材料,利用荧光定量PCR技术检测小麦干旱诱导基因脱水素wzy2的表达量来了解冬小麦在干旱胁迫下相关基因的表达差异,通过测定相关生理指标与酶活性来判断小麦发育及其在干旱胁迫下的生理响应状况。结果表明,与正常水分ND35组相比,接种球毛壳菌(Chaetomium globosum)ND35的干旱处理组小麦的根冠比、总蛋白含量、脯氨酸含量及丙二醛含量等指标显著提高,小麦叶片含水量和可溶性糖含量有所降低。在干旱处理组中,球毛壳菌ND35可以显著提高小麦山农16的根长和山农22的株高,接种球毛壳ND35的山农16脯氨酸含量、可溶性糖含量、过氧化氢酶活性比对照组均显著提高,丙二醛含量比对照组降低9.0%,但差异不显著;山农22脯氨酸含量和过氧化氢酶活性比对照组显著提高,丙二醛含量和可溶性糖含量比对照组有所降低,但可溶性糖含量差异不显著;相对定量检测数据显示,接种球毛壳ND35后,两种小麦脱水素wzy2基因的表达量较对照组均能够显著提高。综合分析说明内生真菌球毛壳ND35可以促进冬小麦苗期根系和植株发育,小麦提前进入三叶期,增强小麦避旱性,同时提高小麦根系活力,增强小麦耐旱性;提高个体细胞内水分、糖分、脯氨酸含量,降低丙二醛的氧化性损伤,增强过氧化氢酶活性,从而提高两种冬小麦对干旱胁迫的耐受能力;球毛壳ND35促进小麦干旱诱导相关基因wzy2的表达量,进而提高抗旱相关蛋白的表达,从而提高两种冬小麦耐脱水性和对干旱胁迫的适应性。

东方山羊豆脱水蛋白基因的克隆及初步分析

采用SMART RACE方法,从东方山羊豆盐诱导抑制性差减杂交cDNA文库中分离到了一个脱水蛋白(GoDHN)基因。该基因cDNA全长1 169bp,开放阅读框843bp,编码281个氨基酸,编码的蛋白质分子量为28.71kDa。经实时荧光定量PCR分析,GoDHN基因在东方山羊豆的茎和叶中表达量明显高于根中表达量,并且基因表达受ABA、NaCl和PEG的诱导,随着诱导时间的增加,表达量呈持续增长趋势。这些结果表明,DHN基因在东方山羊豆的抗逆性中可能起到重要的调控作用。本研究成功构建了pCAMBIA1302-DHN植物表达载体,为下一步转基因研究奠定了基础。

植物脱水素对多种逆境的响应

综述了目前关于脱水素(Dehydrin,DHN)的研究进展,包括脱水素的蛋白结构特征、细胞定位及作用机制,脱水素在生物及非生物逆境下的转基因研究,脱水素的磷酸化修饰,脱水素的结合金属离子、清除活性氧、作为分子伴侣保护酶活性等特性。展望了利用现代生物技术将脱水素用于提高植物对逆境的耐受力的应用前景,提出今后还需在脱水素作用机制、基因家族功能与生物胁迫相关性等几个方面进行深入研究。

玉米脱水素基因家族的鉴定与分析

脱水素(dehydrin,DHN)属于LEA蛋白第二家族成员,是一种植物中广泛存在的亲水性蛋白,在干旱、低温和高盐等非生物胁迫的环境中起到重要作用。通过生物信息学方法对玉米全基因组DHN家族成员进行了鉴定,并进一步对其系统发育、基因结构、染色体定位和基因复制以及表达模式进行了系统分析。结果显示,在玉米DHN基因家族中共有5个家族成员,多物种系统发育进化树分析、基因结构以及基序分析都表明DHN家族成员在进化上具有高度的保守性。基因复制和物种间微共线性分析表明,在5个玉米DHN基因中存在着1对片段复制基因(ZmDHN1-ZmDHN2),玉米、高粱和水稻3个物种间存在2对直系同源基因(ZmDHN2-Sb04g032250.1,ZmDHN2-Os02g44870.1)。通过转录组表达数据分析表明,玉米DHN家族基因在不同发育时期具有不同的组织表达模式;同时,诱导表达模式分析表明ZmDHN基因的表达受到盐和干旱胁迫的显著诱导。该研究结果将为进一步鉴定玉米DHN家族重要的基因成员并对其开展功能分析奠定基础。

脱水素在植物低温胁迫响应中的作用

脱水素(dehydrin)是一类胚胎发育后期丰富蛋白(LEA,late embryogenesis abundant proteins),含有富含赖氨酸的K片段,属于具有高度热稳定性的亲水性蛋白,在植物脱水条件下能保护细胞内蛋白质和膜结构免受破坏。低温胁迫下,耐低温植物细胞内部会发生一系列的生理生化反应来抵御低温所造成的伤害。很多研究表明植物脱水素的表达和积累与多种双子叶植物(包括草本和木本植物)以及冬季栽培的禾本科植物品种(特别是小麦和大麦)的耐低温能力密切相关。本文对近年来国内外关于脱水素的结构、功能以及内源ABA(abscisic acid)含量、拟南芥CBF(C-repeat binding factor)同源转录激活因子、春化基因、光周期信号等对脱水素基因的表达调控机制进行综述。

脱水蛋白研究进展

植物在干旱胁迫下会产生许多逆境响应蛋白，其中最常见的是脱水蛋白（ｄｅｈｙｄｒｉｎ）．脱水蛋白具有高度保守的序列．根据近年研究的进展对脱水蛋白的功能和基因表达调控规律作了简要的综述．

植物在渗透胁迫下信号转导的级联机制

研究植物在渗透胁迫下信号转导的级联机制,对于有效调控植物在逆境中的生长发育,提高其抗逆性和生存能力具有重要的指导意义.根据近年来国内外的研究成果和报道,综述了植物细胞在渗透胁迫下感受到信号后,相继产生许多信号分子,这些信号分子通过细胞壁-质膜-细胞骨架连续体,引起细胞骨架蛋白变构而传递信息,并与细胞膜蛋白、第二信使系统以及调节因子构成了信号传递网,最终有条不紊地引起特定的基因表达和应答.

烟草脱水素基因NtDEH1的克隆及研究

为研究脱水素在植物早期胚胎发育中的作用和机理,采用显微操作技术获得烟草卵细胞并构建其c DNA文库,从中筛选到一个脱水素基因NtDEH1。通过RACE技术获得该基因全长,基因组测序结合生物信息学分析表明该基因拥有一段长度为651 bp的完整开放阅读框和一段535 bp的内含子,编码由217个氨基酸残基组成的蛋白质,其理论等电点为5.27,属于酸性蛋白,且具有一定的亲水性。氨基酸序列比对分析发现在许多物种比如绒毛状烟草、林烟草、甜辣椒、番茄、马铃薯和丹参中都具有与NtDEH1蛋白非常类似的保守的同源序列,均具有SK2型脱水素特征。借助Genome walking技术获取NtDEH1基因约1 706 bp的5'侧翼序列,使用小叶烟草瞬时表达系统检测到其具有较强的启动子活性。该研究为进一步了解脱水素基因NtDEH1在植物生殖发育中的具体功能打下基础。

脱水素基因转化紫花苜蓿及其初步抗旱性分析

为了获得抗旱性较强的转基因苜蓿,试验以紫花苜蓿品种"中苜2号"作为基因转化受体,将沙冬青脱水素基因通过农杆菌介导,转化到"中苜2号"中。试验结果表明,子叶和下胚轴作为外植体愈伤组织诱导频率最高,外植体与农杆菌的共培养时间以5d为最佳,试验共获得126株抗性再生植株;PCR和RT-PCR鉴定后,得到了11株阳性转基因苜蓿;通过干旱处理后,经初步的表型和脯氨酸分析显示,转基因苜蓿具有较强的抗旱能力。

沙冬青AmCIP基因结构及其内含子生物信息学分析

旨在分析沙冬青Am CIP基因DNA序列结构特性及功能。以沙冬青Am CIP基因的c DNA序列设计引物,采用PCR扩增其DNA序列,并利用生物信息学方法分析基因的结构。序列分析表明,沙冬青Am CIP基因DNA序列长1 548 bp,包含2个外显子和1个内含子,Gen Bank登录号KU744005。在该基因的ORF内存在一个78 bp的内含子序列,同时内含子序列中含有参与厌氧诱导的类增强子元件(GC-motif)和光响应元件(TCCC-motif),3'-UTR区域含有多个参与光响应、胁迫响应和激素响应等相关的顺式作用元件,而5'-UTR区域只含有赤霉素响应元件(GARE-motif),这些元件可能对Am CIP基因转录表达起调控作用。此外,该基因具有较高的A+T碱基含量(64.7%),Am CIP的内含子不具有GT-AG规则的保守序列,即内含子5'碱基是GT,3'碱基是TG,推测Am CIP的m RNA具有独特的剪切机制。

无核白葡萄脱水素等位基因的克隆及序列分析

以欧洲葡萄无核白品种(Vitis vinifera cv.Thompson Seedless)为研究材料,根据霞多丽品种脱水素基因序列设计引物并PCR扩增。PCR产物用地高辛标记并Southern杂交分析,发现无核白基因组含有2个不同的脱水素基因。设计并采用一种基于对琼脂糖凝胶梯状切割回收的方法克隆这2个不同脱水素基因的DNA片段,分别命名为DHN1-L和DHN1-S。进一步用反向PCR法获得这2个脱水素基因DNA片段的侧翼序列,获得基因DNA全长序列(NCBI登录号分别为EF371882和EF371881)。与已公布葡萄基因组序列比对,这2个基因位于第4号染色体相同位置,为等位基因,说明无核白品种脱水素基因为杂合体。2个脱水素基因所翻译蛋白在疏水性及三级结构方面有差异。无核白葡萄脱水素基因等位基因DNA序列的获得为进一步分析等位基因变异对植物抗逆性的影响提供了依据。

狗牙根品种C299脱水素基因抗逆功能分析

以狗牙根品种C299为材料,采用RACE方法从干旱处理的C299中获得1个脱水素基因DHNS。其核酸序列长度为495bp,编码164个氨基酸;氨基酸序列具有明显的脱水素类蛋白特征,由2个K片段、1个S片段和1个Y片段组成,属于YSK2型脱水素;蛋白结构分析结果显示,其为典型的无序蛋白。在E.coli和拟南芥中超表达脱水素基因DHNS,干旱、盐胁迫、高渗胁迫和酸碱的环境下转基因E.coli和拟南芥的生长速度均显著高于对照,宿主菌和拟南芥的抗逆能力显著增强。

番木瓜干旱胁迫相关CpDHN基因的克隆与原核表达

本研究基于转录组获得的CpDHN转录本序列,以番木瓜‘台农二号’组培苗叶片为材料,采用RT-PCR技术克隆了该基因包含完整ORF在内的425 bp cDNA序列。序列分析表明,CpDHN预测编码93个氨基酸,其理论分子量为10.50 kDa、等电点为6.62、总平均疏水指数为-1.984、核定位。除保守的K片段外,蛋白还含有1个S片段,可归为KS型脱水素。在拟南芥中的10个脱水素中,CpDHN与AtLEA8的亲缘关系最近,相似性为53.3%。值得注意的是,虽然CpDHN的编码区不存在内含子,但其3’UTR含有1个与AtLEA8类似的内含子。表达谱分析显示,该基因在根和叶片中均受干旱胁迫诱导。此外,还构建了CpDHN的原核表达载体,SDS-PAGE分析显示,该蛋白在大肠杆菌中可高效表达。这些结果为下一步的功能鉴定奠定了坚实的基础。

红海榄脱水素基因(RsDHN1)的克隆及表达分析

采用RT-PCR和RACE技术对已获得的红海榄根部其中一个差异表达基因进行克隆,通过Blast分析和序列比对可知,该基因全长cDNA序列包括146bp的5'端非编码区,43bp的3'端非编码区和一个编码241个氨基酸的开放阅读框,命名为RsDHN1基因。该cDNA编码的蛋白具有植物脱水素蛋白的特征性结构,属于SKn类脱水素蛋白,与其它植物的SKn类脱水素蛋白具有43%～55%的氨基酸序列同源性。半定量RT-PCR分析表明,盐胁迫对RsDHN1基因的表达有明显上调作用。

小麦脱水素TaDHN-2基因功能与结构分析

脱水素是一类在逆境胁迫过程中诱导表达的重要功能蛋白。为了探讨脱水素基因的生物学功能,本研究以洛旱2号为研究材料,利用RT-PCR技术克隆了小麦脱水素基因TaDHN-2,qRT-PCR分析了其在ABA诱导、PEG、NaCl胁迫处理下的表达模式,检测了TaDHN-2体外活性。结果表明,TaDHN-2可编码152个氨基酸,N端包含Y片段(VDEYGNP)及S片段(SSSSSEDDGMGGRRKK),C端包含两个保守的K片段(KIKEKLPG),属于脱水素的YnSKn亚类;表达特性分析显示,TaDHN-2受植物激素ABA诱导,属于ABA依赖的基因表达调控通路。渗透胁迫过程中,该基因在中国春和洛旱2号两个品种中具有不同的诱导表达模式,在中国春根系中的诱导表达幅度显著高于洛旱2号,而在洛旱2号叶片中的诱导表达量更高;体外活性鉴定发现,60℃高温条件下,浓度为100μg·mL^(-1)的TaDHN-2可使α-淀粉酶活性提高2倍;在4℃低温条件下,TaDHN-2在浓度大于20μg·mL^(-1)时可以提高α-淀粉酶的活性,当浓度增加到100μg·mL^(-1)时,可将α-淀粉酶活性提高为对照的1.6倍。以上结果说明,TaDHN-2蛋白具有显著的酶活性保护功能。

沙冬青脱水素基因的分子克隆与序列分析

脱水素(Dehydrin)是晚期胚胎发生蛋白(LEA)家族中最具特色的一组蛋白,对植物抵抗非生物逆境胁迫起到非常重要的作用。本研究从抗逆性较强的常绿阔叶灌木沙冬青中克隆出4个含有完整ORF的脱水素基因,命名为AmDHN3.2F、AmDHN5.1F、AmDHN6.2F和AmDHN7.2,并进行了相关生物信息学分析。使用DNAMAN软件预测结果显示,4个蛋白都含有一个K片段和S片段。理化性质分析表明,4种脱水素蛋白均为亲水性蛋白,其中AmDHN3.2F为碱性蛋白,AmDHN5.1F、AmDHN6.2F和AmDHN7.2为酸性蛋白;理论相对分子质量最大的是AmDHN7.2(21.42kD),最小的是AmDHN3.2F(10.69kD);理论等电点最大的是AmDHN3.2F(9.01),最小的是AmDHN6.2F(6.21)。蛋白二级和三级结构预测结果发现,4种蛋白均由3种结构组成:α-螺旋(7.50%~32.63%)、无规则卷曲(55.79%~73.00%)和延伸链(11.58%~19.50%)。采用邻接法构建系统进化树,并结合同源相似性分析发现,4种脱水素蛋白均与蒺藜苜蓿Mt DHN3和拟南芥At DHN10亲缘关系较近。利用XSTREAM软件分析结果显示,Am DHN5.1F、Am DHN6.2F和Am DHN7.2第3个蛋白序列具有串联重复单元,且主要集中在脱水素的中间部分。通过DOTTER软件生成点阵图发现,在中间区域存在大量的短片段重复,说明脱水素序列的收缩或扩张主要发生在中间部分。这些研究结果为进一步开展沙冬青DHN基因家族的功能分析奠定了基础。

小麦脱水素wzy1-2基因的遗传转化及干旱胁迫下不同生育期表达水平

根据同源分析,在脱水素wzy 1-2基因序列中选择298bp的cDNA序列作为干扰片段,将其插入高效植物干扰表达载体pTCK303的多克隆位点,成功构建含反向重复序列的RNA干扰表达载体。采用基因枪法轰击2512个郑引1号小麦的幼胚愈伤组织,获得再生植株26株,对其T 0代再生植株进行特异引物PCR检测,获得6株阳性植株,阳性转化率为0.24%。对脱水素wzy 1-2基因实时定量分析发现,小麦中目的基因表达量显著下降。为进一步了解该基因在小麦整个生长过程中表达模式,选取2个不同抗旱性小麦品种(陕合6号和郑引1号),分别在小麦4个不同生长时期(苗期、分蘖期、拔节期和开花期)进行干旱胁迫处理,分析脱水素wzy 1-2基因的表达规律。结果表明,随着干旱程度增加小麦WZY1-2蛋白的表达量升高;苗期小麦WZY1-2蛋白的表达量均高于其它3个生长时期。Western blot分析显示陕合6号和郑引1号的非特异性条带单一,表明小麦脱水素wzy 1-2是干旱诱导型基因。