番茄NBS-LRR抗病基因家族全基因组分析

NBS-LRR(nucleotide-binding site and leucine-rich-repeat)是植物中最大类抗病基因家族之一。番茄基因组测序完成为全基因组水平上分析NBS-LRR抗病基因家族提供了机遇。利用生物信息学方法对番茄NBS-LRR抗病基因家族成员数目进行鉴定,并对其染色体定位和系统发育关系进行了分析。随后,将番茄和马铃薯NBS-LRR抗病基因进行了比较基因组学分析。结果表明:番茄基因组共包括252个NBS-LRR抗病基因,分布于番茄12条染色体上;63.5%的基因成簇存在,大部分为串联重复;系统发育关系分析表明番茄CC-NBS-LRR(CNL)亚家族较其他亚家族扩展程度大;同线性分析发现番茄中共79个NBS-LRR抗病基因与马铃薯基因具有同源关系。结果将为番茄NBS-LRR抗病基因家族的深入研究提供依据,同时也为利用番茄NBS-LRR基因进行基因定位以及相关抗病基因克隆等奠定基础。

香蕉NBS-LRR抗病基因类似序列的克隆和分析(英文)

根据大多数抗病基因的核苷酸结合区(NBS)和富含亮氨酸重复序列(LRR)保守区的氨基酸序列设计PCR简并引物,利用快速而又可行的简并PCR技术获得NBS-LRR类抗病基因类似序列。笔者利用该技术从香蕉cDNA中获得了一个NBS-LRR类抗病基因类似序列,命名为B-NB(SAY739270)。结构域分析发现,B-NBS含有NBS蛋白所具有的P-Loop、Kinase-2、Kinase-3a和下游疏水GLPLAL结构域(HD,GLPLAL)4个保守基序。聚类分析发现,B-NBS与已报道的6个植物抗病基因的NBS基序的遗传距离在21.7之内。因此,B-NBS是一个香蕉NBS-LRR类抗病基因类似序列。本研究将为香蕉抗病基因克隆和抗病机理研究提供新的抗病候选基因资源。

青花菜CC-NBS-LRR抗病基因BoCNL1的克隆与分析

根据已知序列设计PCR引物,从青花菜中克隆1个NBS-LRR(核苷酸结合位点-富含亮氨酸重复)抗病基因BoCNL1;在生物信息学分析的基础上,利用RT-PCR研究该基因在不同器官中的表达模式。测序结果表明,BoCNL1基因的编码区全长为2 550 bp,编码849个氨基酸;编码蛋白具CC(卷曲螺旋)、NBS和LRR结构域;进化分析结果表明,BoCNL1与不结球白菜的关系最近,在进化树上处于同一分支,与醉蝶花的关系最远;RT-PCR结果表明,BoCNL1在根、花茎、叶、花蕾、开放的花和嫩角果中均有表达,但表达量低。

向日葵NBS-LRR抗病基因家族全基因组分析

利用生物信息学方法对向日葵基因组的蛋白质数据库进行搜索,共获得255个富含亮氨酸的重复序列和核苷酸结合位点(nucleotide binding site and leucine rich repeat,NBS-LRR)类抗病基因的蛋白质序列,并根据结构域类型,将其分为TIR和Non-TIR两类。进一步对其中42个同时含有LRR和NBS结构域的LRR-NBS型基因编码蛋白质的理化性质、氨基酸序列及基因在染色体上的物理分布进行分析,结果表明,基因多分布于4号、8号和13号染色体,而且52.4%以基因簇存在;结构域预测结果显示,该类蛋白都具有特征结构域NBS结构域,氨基酸序列同源性为29.26%。对6个NBS类基因经向日葵锈菌诱导后的表达分析表明,6个基因均可被向日葵锈菌诱导表达,说明其可能参与了向日葵响应锈菌胁迫的抗病反应过程。

巴西橡胶NBS-LRR抗病基因类似物多样性分析

【目的】克隆巴西橡胶抗病基因同源序列，为巴西橡胶抗病R基因的获取奠定基础。【方法】根据已知抗病基因（Resistance gene， R gene）编码的蛋白质NBS-LRR保守结构设计一对简并引物 P1/P2，采集经水杨酸（SA）处理0、12、24、48 h的巴西橡胶叶片，进行cDNA同源序列克隆。【结果】序列分析结果表明，克隆获得的RGAs经系统进化分析分为TIR-NBS-LRR和non-TIR-NBS-LRR 两种类型和9个基因家族；多重比较发现，克隆获得的RGAs具有典型的NBS类抗病基因保守结构域，在与已知植物NBS类序列相似性比较中，与I2c-2基因相似性最高，为46.2%，而巴西橡胶NBS类RGAs之间氨基酸相似性为22.1%～100.0%。进一步研究发现，核苷酸非同义替换和同义替换的比率小于1，有低水平的重组，表明点突变逐步积累是导致纯化选择的主要力量。【结论】通过SA诱导作用和NBS类抗病基因结合得到的巴西橡胶NBS类RGAs具有广泛的遗传多样性，并与已知抗病基因氨基酸序列具高度相似性，这些RGAs候补序列可能与某抗病基因有密切联系。

龙珠果NBS-LRR类抗病基因同源序列的克隆与分析

龙珠果Passiflora foetida L.为西番莲属的近缘野生种,具有抗逆性强、适应性广等特点,是西番莲抗病育种潜在的抗病基因资源库。根据已知植物抗病基因NBS-LRR保守结构域设计简并引物,以龙珠果为试材,克隆龙珠果基因组中NBS-LRR类抗病基因同源序列(RGAs),并进行聚类分析。结果表明,获得的龙珠果NBS-LRR类抗病基因序列有TIR和non-TIR两种类型,其中TIR-NBS-LRR类型5条,编号为LRGA-1~LRGA-5;non-TIR-NBS-LRR类型7条,编号为LRGA-6~LRGA-12。聚类分析发现,LRGA-1~LRGA-5与已知的烟草抗TMV(烟草花叶病毒)基因N及亚麻抗锈病基因L6同源性较高(相似性59%~86%),LRGA-6~LRGA-12与已知拟南芥抗丁香假单胞病菌基因RPM1及水稻抗白叶枯病基因Xa-1同源性较高(相似性51%~70%),尤其是LRGA-3与LRGA-5序列,与多种植物抗TMV蛋白基因编码的氨基酸相似性极高,推测可能为西番莲属抗TMV基因。

植物NBS-LRR抗病基因的结构、功能、进化起源及其应用

NBS-LRR(nucleotide binding site-leucine rich repeat)是植物中所含抗病基因数目最多的基因家族,也是植物基因组中最大的基因家族之一。本文全面综述了国内外植物NBS-LRR抗病基因家族的研究进展,主要包括植物NBS-LRR抗病基因的克隆、结构、功能及其起源进化;进一步阐述了该基因家族在抗病基因同源序列克隆、分子标记开发、基因定位等方面的应用,同时对植物NBS-LRR抗病基因家族研究中存在的问题及未来研究方向进行了探讨。本文旨在为进一步开发和利用NBS-LRR抗病基因提供理论依据,为其他抗病基因的研究提供参考。

甘蔗NBS-LRR类抗病基因同源序列的分离与鉴定

根据已知植物(拟南芥、烟草和亚麻)抗病基因(RGAs)保守序列设计简并引物,从甘蔗高抗黑穗病品种NCo376的基因组DNA和cDNA中扩增出11条抗病基因同源序列,其中5条来自基因组DNA(EF059973、EF059974、EF059975、EF059976和EF059977),6条来自cDNA(EF155648、EF155649、EF155650、EF155651、EF155652和EF155653)。序列分析表明,这些RGAs均含有典型的NBS-LRR类抗病基因所拥有的保守结构域P-loop、Kinase-2a、Kinase-3a和疏水结构域。聚类分析表明,11条RGA同RPS2和XA1聚为一类,而N和L6则单独聚为一类。所有11条抗病基因同源序列中,kinase-2(LLVLDDVW/D)最后一个氨基酸皆为色氨酸。定量PCR分析表明,编号为EF059974的PIC基因的表达不仅受黑穗病菌胁迫的影响,而且受水杨酸的诱导和过氧化氢的抑制,也具有抗病基因组织特异性和组成型表达特性。

水稻中一个NBS-LRR抗病同源基因家族的克隆和分析

利用克隆的抗病基因同源序列RS13作为探针,从水稻IR64的BAC文库中筛选到4个阳性克隆,其中一个克隆14E19能够覆盖其余3个克隆。对14E19进行全序列测定和分析,获得了73kb的全长DNA序列,基因预测显示其上有4个编码NBSLRR结构域的基因(NL),分别命名为NLA,B,C和D。对具有相同基因组背景的IRBB56同一染色体位置上跨度更大的BAC克隆106P13进行分析,发现其上有10个NL同源拷贝,其中4个同14E19上的NL一样。搜索日本晴、9311、广陆矮4号的序列,发现三者有类似的同源序列。但与已知的NBSLRR抗病基因同源性较低,说明NL是一个至少由10个成员(分别命名为NLA至J)组成的新基因家族。对NL家族进行RTPCR和cDNA库筛选分析,发现NLB基因能够在抗白叶枯病品系IRBB4中表达,暗示该基因参与了抗病反应。

中国野生刺葡萄抗白腐病NBS-LRR类抗病基因同源序列的分离与鉴定

【目的】通过同源克隆法从刺葡萄‘高山2号’叶片中得到抗白腐病基因的同源片段,为筛选葡萄抗白腐病基因奠定基础。【方法】根据已知植物抗病基因NBS-LRR保守区设计简并引物,从高抗葡萄白腐病刺葡萄‘高山2号’的基因组DNA与cDNA上得到抗病基因同源片段(RGAs),并对其表达分析进行检测。【结果】从刺葡萄‘高山2号’上获得了10个NBS-LRR类抗病基因同源片段,10条葡萄RGAs间在氨基酸水平上的同源性表现出丰富的多态性,进一步分析发现,在10条葡萄RGAs中,4个推测所属基因为non-TIR-NBS-LRR类抗病基因,6个所属基因为TIR-NBS-LRR类抗病基因。定量PCR分析表明,NB7基因受到白腐菌的诱导,而且NB7基因在刺葡萄叶片中为低丰度表达,NBS6基因受到白腐菌的诱导后为下调表达。【结论】在刺葡萄上成功获得了抗病基因同源序列,通过荧光定量PCR分析发现,NB7基因与NBS6基因都受到白腐菌的诱导表达,为最终克隆得到葡萄抗白腐病基因奠定基础。

栽培番茄与野生番茄NBS-LRR类抗病基因家族的全基因组鉴定及表达分析

【目的】对栽培番茄和野生番茄NBS-LRR类抗病基因家族进行全基因组鉴定及表达分析,为NBS-LRR类抗病基因功能研究及其在植物抗病育种中的应用提供理论参考。【方法】应用生物信息学和比较基因组学方法,从栽培番茄和野生番茄[潘那利番茄(Solanum pennellii)和醋栗番茄(Solanum pimpinellifolium)]基因组中鉴定出NBS-LRR类抗病基因家族成员,明确其类型,并进行序列特征、染色体定位、系统进化及生物胁迫下表达模式分析。【结果】从栽培番茄、潘那利番茄和醋栗番茄基因组中分别鉴定获得238、202和217个NBS-LRR类抗病基因家族成员,根据这些抗病基因编码的结构域差异,将其分为TNL(TIR-NBS-LRR)、CNL(CC-NBS-LRR)、RNL(RPW8-NBS-LRR)、TN(TIRNBS)、CN(CC-NBS)、RN(RPW8-NBS)、NL(NBS-LRR)和N(NBS)8种类型,其中TNL、CNL和RNL型基因分别为58、87和13个。番茄NBS-LRR类抗病蛋白整体呈弱酸性,具有不稳定性和亲水性,以丝氨酸(Ser)磷酸化为主,二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主,定位于细胞核、细胞质和叶绿体。栽培番茄和野生潘那利番茄的NBS-LRR类抗病基因不均匀地散布在13条染色体(0号虚拟染色体~12号染色体)上,分别有58.47%和52.48%的基因形成多个基因簇,有35.59%和22.77%的基因形成串联重复。栽培番茄和2个野生番茄共477个NBS-LRR类抗病蛋白可聚为十大类群,其中N端为TIR的蛋白基本聚在一起,但N端为CC和RPW8结构域的蛋白未能很好分开,聚在多个类群中;NL和N型基因散布于各类群中。在477个番茄NBS-LRR类抗病基因中共发现115对直系同源基因和8对旁系同源基因,主要分布在4号和5号染色体上,其中51.57%的NBS-LRR类抗病基因以同源基因形式存在,大多数Ka/Ks均小于1,说明其进化中主要受到纯化选择。基于转录组测序数据(RNA-Seq)分析结果表明,多数NBS-LRR类抗病基因能响应不同细菌胁迫。【结论】番茄NBS-LRR类抗病基因具有成簇存在的特点,在进化过程中经重复扩张,已形成大量同源基因,且能响应多种细菌胁迫。

基于NBS-LRR类R基因保守结构域克隆瓠瓜抗病基因同源序列

【目的】分离鉴定瓠瓜Lagenaria siceraria抗病种质的抗病基因同源序列（Resistance gene analogs,RGAs）,为瓠瓜功能性抗病基因的克隆及分子标记辅助育种奠定基础.【方法】根据已知核苷酸结合位点和富亮氨酸重复（Nucleotide binding site and leucine rich repeat,NBS-LRR）类抗病基因保守区设计简并引物,从“大籽瓠”抗性材料基因组DNA中分离抗病基因同源序列,并利用生物信息学软件进行长度变异、保守结构域、同源比对与系统进化分析.【结果和结论】基于同源克隆策略,获得23条瓠瓜NBS抗病同源序列,命名为HNB1～HNB23,GenBank登录号为KJ908192～KJ908214.序列分析及同源比对结果表明,这些RGAs长度变异在242～261nt之间,18条序列具有连续开放阅读框（Open reading frame,ORF）,推导氨基酸序列具有P-loop、Kinase-2a典型NBS类R基因保守结构域;核苷酸序列相似性为41.5% ～98.8%,氨基酸序列相似性为21.5% ～100.0%;利用NCBIBlast同源搜索发现,与其他植物尤其是冬瓜、黄瓜、葫芦及丝瓜的已知R基因具有40% ～100%相似性;氨基酸序列聚类分析将其分为5个组;同源进化分析表明,23条瓠瓜RGAs均为non-TIR-NBS-LRR类R基因,与推导氨基酸序列多重比较结果一致.

甘薯基因组NBS-LRR类抗病家族基因挖掘与分析

NBS-LRR类基因家族是植物抗病R基因(Resistance gene)数量最多的一类,具有NBS(Nucleotide-binding site)和LRR(Leucine-leucine-repeat)结构域。甘薯(Ipomoea batatas)栽培种基因组已完成测序,但尚未注释,本研究对甘薯基因组序列进行外显子预测,得到甘薯染色体组全基因组蛋白序列,在此基础上进一步对NBS-LRR家族基因鉴定和分析表明,甘薯基因组中含有379个NBS-LRR家族基因,占全基因组基因总数的0.212%,其中N型亚家族120个,NL型103个,CNL型133个,TNL型22个,PN型1个。所有染色体上均有NBS-LRR家族基因分布,但数量明显不同,其中有60.9%的NBS-LRR基因序列呈簇状分布。NBS-LRR基因序列有15个保守结构域,在N端较为保守。研究结果为甘薯进一步开展NBS-LRR家族基因的功能研究和抗性育种提供了参考。

花生NBS-LRR类抗病基因的克隆及原核表达

根据已知抗病基因的NBS保守区域设计引物,利用PCR技术从花生基因组DNA中克隆得到一个NBS-LRR类抗病基因,序列长539bp,命名为PnAG3。蛋白质序列同源性分析表明多个植物抗病相关蛋白与之有一定的同源性,其中同源性最高的是花生C8_V_253抗性蛋白序列(97%)。将PnAG3基因编码区构建原核表达载体,表达产物分布于包涵体中,大小为47.26KDa,1mmol/LIPTG诱导4h可获得最大表达量。为花生抗黄曲霉品种选育奠定了基础。

海岛棉NBS-LRR类抗病基因同源序列的克隆与定位

植物R基因产物存在非常类似的结构域 ,如NBS、LRR、STK、LZ、TM、TIR等。依据保守序列设计引物寻找抗病基因类似物 (ResistanceGeneAnalog ,RGA) ,从而定位或克隆抗病基因在理论上是可行的 ,这种方法称为R基因同源克隆法。RGA往往与已知抗病基因具有很高的相似性 ,均含有LRR、NBS或蛋白激酶中的保守基序 ,有的与已知抗病基因连锁 ,或是抗性基因家族中的成员 ,抑或与已知抗病基因无关 ,它们最有可能参与植物抗病反应过程中的信号识别、信息传导等途径 ,并且与植物抗病基因具有密切的关系 ,但RGA并非等同于植物R基因。将RGA作为分子标记整合到植物分子连锁图谱中 ,或将其作为探针筛选基因组文库 ,获得候选抗病基因则不失为一条克隆基因的捷径。利用已知R基因的保守序列设计引物进行PCR扩增 ,已经在植物中分离到了许多与已知R基因同源的DNA序列 ,并且有很多RGA作为标记定位在抗病位点附近 ,有点被证明与抗病性状共分离。小麦抗叶锈基因Lr10的分离是利用该方法进行抗病基因克隆的首次报道。本研究依据N ,L6 ,RPS2等NBS类抗病基因的NBS保守区设计简并性引物扩增棉花基因组DNA ,在 5 17bp左右获得特异性扩增条带。回收PCR产物 ,连接转化共得到 80 0个克隆。经酶切筛选、嵌套引物鉴定获得 2 5 2个候选RGA克隆。

晚熟温州蜜柑NBS-LRR类抗病基因同源序列的克隆及分析

为加深对柑橘黄龙病抗性机理的了解和为黄龙病抗性基因的克隆提供依据,根据已知植物抗病基因NBS-LRR保守结构域设计简并引物,以柑橘黄龙病抗性品种＂晚熟温州蜜柑＂为供试材料,对其基因组DNA进行PCR扩增、克隆和序列测定,结果共获得17条抗病基因同源序列（resistance gene analogs,RGAs）,其在NCBI中的登录号为KJ019189~KJ019199,KR815564~KR815569。序列分析表明,这17个RGAs与甜橙、柚等柑橘属中推测的一些抗病蛋白基因或其他相关蛋白基因具有显著高的同源性。其中一些RGAs与拟南芥抗霜霉病RPP13基因、柑橘抗衰退病毒基因Ctv或烟草抗TMV基因N具有51.7%~79.0%的氨基酸序列同源性。依据论文结果,笔者认为,晚熟温州蜜柑中存在较丰富的NBS-LRR类抗病基因,但具体哪些病基因与抗黄龙病相关尚需进一步研究。

甘薯NBS-LRR类抗病基因同源序列的克隆、分析及数目研究

根据植物抗病基因保守序列设计特异引物,对甘薯高抗茎线虫病品种AB94078-1、感病品种徐18及其8个后代品系进行PCR扩增。获得15个具有完整氨基酸读码框的片段,均具有NBS类抗病蛋白4个保守基序,其中5个片段含LRR结构。利用从亲本AB94078-1扩增的R510-AB作为探针进行Southern杂交,结果表明,其在基因组中存在多个拷贝,并估计其在基因组中的拷贝数目,克隆新的甘薯RGA序列,为进一步获得甘薯抗病基因打下基础。

小麦NBS-LRR类抗病基因同源序列的分离与鉴定

目的拟利用同源序列法分离小麦抗病基因同源片段。方法根据已克隆植物抗病(R)基因NBS-LRR保守区段设计两对引物,采用RT-PCR方法对小麦抗叶锈病近等基因系材料TcLr35的RNA进行扩增。结果获得了3个通读的小麦抗病基因NBS-LRR类抗病基因同源片段PS13-1、PS13-2和S2A2,长度分别为239bp、289bp和539bp,编码78、84和177个氨基酸。核苷酸比较分析表明,PS13-1和PS13-2与已克隆小麦抗白粉病基因PM3b同源性为91%;S2A2与大麦一个来源于mRNA的同源片段同源性为91%;经BLASTp比较,3个片段均含有NB-ARC保守结构域,与已知抗病基因I2C-1,L6,RPS2等相应区域相一致,具有抗病基因NBS特征结构域(P环、激酶2a等)。Northern杂交分析表明,3个同源片段在小麦叶片中为低丰度组成型表达。结论本研究在TcLr35小麦中成功获得了抗病基因同源序列,为最终克隆小麦抗叶锈病基因奠定了基础。

甘薯中NBS-LRR类抗病基因同源序列的克隆及序列分析

根据已知的NBS-LRR类抗病基因蛋白质的保守序列设计简并引物,用以扩增甘薯基因组中的抗病基因同源序列,获得一条大小约500 bp的扩增片段,克隆测序后得到20个NBS-LRR类抗病基因同源片段RGAS。其推导的氨基酸序列均具有P-loop、Kinase-2a和Kinase-3a及GLPL区等几个保守区,并且可分为TIR-NBS-LRR和non-TIR-NBS-LRR两个亚类。其中10个TIR亚类RGAS与已克隆的N、L6、M等抗病基因相应区段的氨基酸序列的同源性为21%-44%,而10个non-TIR亚类RGAS与已克隆的Prf、RPM1、RPS2等抗病基因相应区段的氨基酸序列的同源性为15%-46%。这些抗病基因同源片段(RGA)可做为分子标记筛选甘薯的抗病候选基因。

斑茅NBS-LRR类抗病基因同源序列的克隆与分析

根据已知NBS-LRR抗病基因[含有核苷酸结合位点(NBS)和富亮氨酸重复(LRR)的胞内受体蛋白基因]NBS结构域蛋白质的保守序列,设计简并引物,对斑茅基因组进行体外扩增,获得了对应区段的DNA片段,回收、克隆这些特异片段,测序分析,共获得8个片段序列。序列分析发现其中7个编号分别为RGA-Q1、RGA-Q2、RGA-Q3、RGA-Q4、RGA-Q5、RGA-Q6和RGA-Q7的片段推导的氨基酸序列均具有典型的NBS结构域,即P-loop(GGVGKTT)、Kinase-2a(VLDDVW)、Kinase-3a(GSR/KILVTTR)及疏水结构域HD(hydrophobic domain)。它们在NCBI上的登录号为EU685828、EU685829、EU685830、EU685831、EU685832、EU685833和EU685834。这些抗病基因同源片段(RGA)与已经克隆的N、L6、RPS2和Mi等11个抗病基因在氨基酸水平上的同源性为2.3%～39.8%,可进一步用作斑茅抗病候选基因的分子筛选及遗传图谱的构建。