小麦高亲和性钾转运蛋白基因(HKT1)多样性分析与染色体定位

为了研究HKT1在普通小麦及其野生近缘种中的自然多样性,揭示HKT1结构与功能的关系,采用克隆测序的方法对38份普通小麦和13份小麦野生近缘种HKT1基因组序列进行了分析。在38份普通小麦材料中共发现5种HKT1序列,分别命名为HKT1-1-HKT1-5,其中29份材料仅含有1种类型HKT1。而在13份小麦野生近缘种中发现19种HKT1,其中根据HKT1基因组序列预测13种有完整读码框。普通六倍体小麦的核苷酸多样性仅相当于其野生近缘种的23.8%。这些结果表明,HKT1在小麦基因组中属于多拷贝基因,HKT1在栽培驯化过程中受到了选择,属于驯化基因。利用中国春小麦缺四体和W7984×Opata85作图群体,将HKT1基因定位于7B染色体长臂。

百萨偃麦草ThbGSK和ThbHKT1基因的同源克隆与表达分析

百萨偃麦草(Thinopyrum bessarabicum Lve,2n=2x=14,JJ)是小麦改良的重要亲缘物种。为了解GSK和HKT1基因在百萨偃麦草耐盐胁迫中的作用,本研究采用同源克隆的方法从百萨偃麦草中扩增获得了糖原合成酶激酶基因ThbGSK及高亲和性钾离子转运蛋白基因ThbHKT1的全长cDNA,ThbGSK基因全长1 233bp,与水稻、短柄草、小麦等物种的氨基酸一致性为93.92%～99.02%,表明GSK基因在这些物种间具有较高的保守性;聚类分析表明,ThbGSK与小麦TaGSK关系最近。ThbHKT1基因全长1 602bp,与水稻、小麦、短柄草、大麦等物种的氨基酸一致性为66.17%～92.87%,说明HKT1基因在这些物种间变异较大;聚类分析表明,ThbHKT1与大麦HvHKT1关系最近。RT-PCR和荧光定量PCR分析表明,经250mmol.L-1 NaCl胁迫处理后,GSK基因在百萨偃麦草和中国春诱导0～24h的叶片中表现为组成型表达,而HKT1基因在百萨偃麦草和中国春中均表现为诱导后上调表达。

小花碱茅HKT1;4基因片段的克隆与序列分析

为研究小花碱茅(Puccinellia tenuiflora)拒Na+的分子机制,根据GenBank中已登录的植物HKT1;4基因保守序列设计一对简并引物,从小花碱茅幼根中提取总RNA,采用RT-PCR方法扩增出HKT1;4基因片段并连接到pMD19-T Simple载体上,经亚克隆,PCR阳性检测后测序,得到一段长629 bp的序列。序列分析表明,该片段编码209个氨基酸,与GenBank中注册的高等植物HKT1;4基因核苷酸序列同源性在74%以上,与HKT1;4蛋白氨基酸序列同源性在60%以上,最后将其命名为PutHKT1;4。

甜土植物与盐生植物HKT1基因比较分析

利用一系列的生物信息学软件分析了GenBank上注册的三种甜土植物与四种盐生植物HKT1基因编码蛋白的氨基酸组成、等电点、结构域、特征位点、二级结构等蛋白质性质,并将三种甜土植物与四种盐生植物HKT1基因作了对比.结果表明:甜土植物与盐生植物HKT1基因的理化性质、结构特征和功能等方面有一定的差异,但差异并不明显.

拟南芥HKT1基因pCAMBIA载体构建及转基因材料筛选

探索盐胁迫作用机理并将其运用到农业生产领域中,对培育耐盐作物具有非常重要的现实意义。土壤环境中过量的Na+会干扰植物根对其他离子的吸收,导致植物生理代谢紊乱、离子失衡。在拟南芥中,已有研究证明HKT1基因在盐胁迫信号通路中扮演十分重要的角色,控制着Na+的吸收、转运和储存。文章通过正向和反向遗传学手段,发现一个转录因子MYBX在分子水平正向调控基因HKT1的表达,并通过构建HKT1过表达载体、获得含有测序正确质粒的农杆菌、侵染拟南芥突变体mybx,最终筛选获得1300-HKT1/mybx转基因植株,从而可以进一步验证MYBX和HKT1之间的关系。

盐生植物和甜土植物HKT1基因密码子偏好性分析

HKT1是一种转运蛋白,能参与控制K^(+)/Na^(+)的选择性运输和K+的吸收,有助于提高植物的抗逆境能力。为研究盐生植物(盐角草、碱蓬和盐芥)与甜土植物(拟南芥、水稻和小麦)HKT1基因的特性与密码子偏好性,利用Codon W和EMBOSS程序分析3种盐生植物和3种甜土植物的HKT1基因密码子偏好性,并通过中性绘图和ENC绘图分析偏好性形成的可能因素,同时分别采用TBtools和MEGA7.0基于密码子使用频率和序列相似性进行聚类分析。结果表明,HKT1基因偏好性密码子有7个(RSCU>1),其中4个以U结尾,3个以A结尾,说明该基因偏好使用A和U结尾的密码子。盐生植物和甜土植物HKT1基因的ENC范围分别为44.95~55.39和52.22~52.96,其中除盐角草外的盐生植物HKT1基因的ENC均>50,基因密码子偏好性高于甜土植物;中性图谱和ENC图谱分析表明,基因的密码子偏好性受碱基突变的影响较大;RSCU和CDS的聚类分析表明,CDS序列聚类比RSCU值的聚类分析更能展现出不同物种的亲缘关系的远近。综上,盐生植物HKT1基因密码子偏好性较甜土植物强,这将为今后盐生植物和甜土植物HKT1基因的改造和功能验证研究提供一定参考。

长穗偃麦草HKT1;4基因片段的克隆及序列分析

根据已报道的其他植物高亲和钾离子转运蛋白(HKT1;4)基因的保守序列设计一对简并性引物,以长穗偃麦草幼根总RNA为模板,采用RT-PCR方法克隆出长穗偃麦草HKT1;4,基因命名为EeHKT1;4。结果表明:该基因片段长度为614 bp,编码204个氨基酸,所得序列与其他植物氨基酸序列同源性均在80%以上,特别是和一粒小麦TmHKT1;4氨基酸同源性高达92%。这为长穗偃麦草HKT1;4全长基因的克隆及其耐盐分子机制的研究奠定基础。