Expression of Genes Associated with Nickel Resistance in White Spruce (<i>Picea glauca</i>) under Nickel Stress: Analysis of AT2G16800 and <i>NRAMP</i>Genes

Heavy metals such nickel (Ni) can cause toxicity by 1) displacing essential components in the biomolecules, 2) blocking the functional group of molecules, or 3) modifying enzymes, proteins, the plasma membrane, and membrane transporters. The main objective of the present study was to investigate the effect of nickel (Ni) on gene expression of nitrate on gene expression with a focus on the genes coding for the high affinity Ni transporter family protein AT2G16800, and natural resistance-associated macrophage protein (NRAMP). Ni toxicity was assessed by treating seedlings with an aqueous solution of nickel nitrate salt [Ni(NO3)2] at the concentrations of 150 mg, 800 mg, and 1600 mg of nickel per 1 kg of dry soil. RT-qPCR was used to measure the expression of AT2G16800, and NRAMP genes in samples treated with nickel nitrates and controls. The results revealed that P. glauca is resistant to Ni based on lack of plant damage at all nickel concentrations. Ni has no effect on the expression of the AT2G16800 gene in needles or roots. However, it induced an upregulation of the NRAMP genes in roots at all the doses tested (150 mg/kg, 800 mg/kg, and 1600 mg/kg). On the other hand, Ni has no effect on the expression of the NRAMP gene in needle but the lowest dose of potassium (150 mg/kg) upregulated this gene in needle tissues.

沙棘NRAMP基因家族鉴定及铅胁迫下表达分析

【目的】NRAMP(natural resistance-associated macrophage protein)基因家族是一类广泛存在于植物中的天然抗性相关巨噬蛋白,对植物中二价金属离子的细胞转运具有关键作用。为挖掘沙棘NRAMP基因家族响应重金属铅胁迫的关键基因,阐明沙棘响应重金属铅胁迫的分子机制。【方法】利用生物信息学技术鉴定沙棘NRAMP家族成员,对编码该家族蛋白的理化性质、系统进化、基因结构、保守基序、顺式作用元件、不同浓度铅胁迫下的NRAMP基因表达谱、种内种间共线性、蛋白互作网络进行综合分析。【结果】NRAMP基因家族的11个成员不均匀分布于7个染色体上,被分为Group1-Group3三大类群。NRAMP基因家族成员的启动子具有丰富的激素应答、分生组织表达和环境应激响应元件。转录组分析表明,沙棘NRAMP基因家族的11个成员在不同浓度的铅离子胁迫下呈现差异表达,其中8个基因在1 000 mg/kg的铅胁迫下显著下调,7个基因在高浓度铅胁迫(5 000mg/kg)下表达上调,并对选定的6个沙棘NRAMP基因进行了RT-qPCR验证。沙棘与单子叶植物小麦NRAMP基因家族的种间共线性比率高于双子叶植物拟南芥。蛋白质互作网络分析表明,沙棘NRAMP基因家族成员HrLNRAMP8可能主要通过乙烯途径调控重金属的吸收转运。【结论】在全基因组范围内从沙棘中系统鉴定得到11个HrLNRAMP家族成员。Group2亚族成员基因结构最复杂且一致性较低;所有的沙棘NRAMP成员都含有NRAMP家族特有的转运基序motif1。不同基因家族成员在铅胁迫条件下的表达具有偏好性,该基因家族通过响应重金属铅离子胁迫来调控基因表达水平,从而降低重金属胁迫带来的伤害。

苦荞NRAMP家族全基因组鉴定

天然抗性相关巨噬细胞蛋白(Natural Resistance Associated Macrophage Protein,NRAMP)是一个高度保守的膜蛋白家族,在植物体中广泛参与过渡金属离子的跨膜转运。本研究基于基因组学,从重要粮食作物苦荞(Fagopyrum tataricum)的基因组中鉴定出11个NRAMP基因,并通过TBtools、Cell-PLoc、MEGA、SWISS-MODEL、SOPMA等工具对该家族成员的理化性质、保守基序、基因结构、系统发育关系、三维结构、顺式作用元件等方面进行了系统分析。结果发现,苦荞NRAMP基因家族在相同亚族下的保守基序和基因结构高度一致。此外,苦荞NRAMP基因的启动子区域中含有大量植物激素响应元件及胁迫响应元件,亚族间的元件分布存在明显差异。对苦荞NRAMP基因编码蛋白的三维结构、亚细胞定位以及顺式作用元件分析发现,FtNRAMP4、FtNRAMP10、FtNRAMP11三个成员和其他FtNRAMP具有差异。苦荞NRAMP蛋白的二级结构以α-螺旋为主,占比为35.37%~63.00%。本研究结果为深入挖掘苦荞NRAMP基因家族功能提供了科学依据。

大豆Nramp基因家族的序列特征与亲缘关系分析

大豆基因组测序与注释为重要基因的发现和基因功能、进化和发生的研究提供了坚实基础。Nramp蛋白是古老的膜整合转运蛋白家族,在重金属抗性中起着重要的作用。本研究利用BLAST从大豆基因组搜索出8个编码Nramp蛋白的基因,GmNramp氨基酸序列非常保守,具有典型的Nramp结构域,预测的跨膜结构域10-11个。根据结构的差异,GmNramp蛋白分为两个亚家族。大豆GmNramp基因家族的扩张主要是由于染色体复制引起的,并且GmNramp在不同的组织或器官中可被转录,表明GmNramp在大豆生长发育过程具有一定的功能。研究结果为进一步分离大豆GmNramp基因奠定了基础。

植物Nramp基因及其与金属离子转运的关系

概述了植物Nramp基因家族及其序列结构分析;在金属离子转运方面的作用机制;表达调控及亚细胞定位;与植物乙烯信号转导途径的核心组分EIN2基因之间的关系等;对今后的研究重点和应用也做了展望。

植物的铁营养与Nramp基因

植物的铁营养与Nramp基因家族密切相关 ,本文论述了植物Nramp基因的克隆 ,Nramp蛋白的结构与功能 ,以及Nramp蛋白在细胞的定位 。

畜禽Nramp1基因抗病作用的研究进展

Nramp1基因作为影响畜禽抗病育种中抗病力的主要候选基因之一,其蛋白可抵抗多种胞内菌的侵染,从而提高畜禽抗病力。主要叙述Nramp1基因的结构特点和作用机理,综述了Nramp1基因与抗病性状的关系,并对其应用前景进行了展望。

山羊天然抗性Nramp1基因荧光定量PCR方法的建立及组织表达分布研究

为了研究拟建立山羊不同组织中巨噬细胞蛋白1（Natural resistance associated macrophage protein,Nramp 1）基因荧光定量PCR方法,并应用该方法检测Nramp 1基因在山羊心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、胰脏、脑组织、肠道、骨髓、淋巴结以及肌肉等组织器官表达分布情况。结果表明：试验成功建立山羊Nramp 1基因的荧光定量PCR方法,该方法的扩增效率为101.80%,相对定量标准曲线的Ct值线性范围为16.03~33.45,相关系数（r）为0.999。Nramp 1基因在心脏中的表达量最低,在脾脏中的相对表达量最高,是心脏的50倍;在肺脏中的表达量次之,是心脏的32倍;在其他组织器官中的表达量很少,是心脏的2~5倍。

柱花草SgNramp1和SgNramp2基因克隆与表达分析

为了探究植物天然抗性相关巨噬蛋白(Nramp)在金属元素吸收、转运和分配等方面的重要作用,本研究以柱花草(Stylosanthes guianensis)为材料,采用PCR方法克隆了柱花草SgNramp1/2基因,并分析了该基因的表达模式。结果表明:SgNramp1和SgNramp2基因全长分别为1654 bp和1716 bp,且均含有12个跨膜结构域。基因表达分析发现,SgNramp1在柱花草根部的表达高于叶部,而SgNramp2则在叶中特异性表达;金属元素缺乏和过量胁迫对SgNramp1/2基因表达的影响有所差异,缺锰(-Mn)处理抑制了SgNramp1/2基因在根和叶中的表达,而缺铁(-Fe)处理则增强了SgNramp2基因在叶中的表达,但抑制了其在根中的表达,SgNramp1/2基因在根和叶中的表达至少受到一种元素过量胁迫的影响。此外,金属镉(Cd)处理均增强了SgNramp1/2基因在柱花草根中的表达,而铝(Al)和镧(La)处理抑制了SgNramp1基因的表达,但增强了SgNramp2基因的表达。本研究结果表明SgNramp1/2基因可能参金属离子的转运。

半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)Nramp基因克隆与表达分析及SNP筛选

天然抗性相关巨噬细胞蛋白(Natural resistance-associated macrophage protein,Nramp)属于膜整合转运蛋白,具有抑制胞内寄生菌侵染、调节巨噬细胞的抗菌活性等作用。本研究对半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)Nramp基因进行了克隆和表达分析,并对其与抗鳗弧菌感染相关的单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism,SNP)位点进行了筛选。该基因c DNA序列全长3717 bp,其中开放阅读框(Open reading frame,ORF)1677 bp,所编码蛋白含有558个氨基酸,该蛋白具有Nramp家族的典型特征,包括10个跨膜区(Transmembrane,TM)、1个由20个氨基酸残基组成的胞质内转运蛋白特征结构域(Consensus Transport Motif,CTM)。半滑舌鳎Nramp的ORF末端有1个类似于脊椎动物Nramp2中的铁反应控制蛋白结合位点(Iron-responsive regulatory protein-binding site,IRE)。半滑舌鳎Nramp与其他14个物种的Nramp氨基酸序列同源性在63%-91%之间,系统进化分析表明,半滑舌鳎Nramp和所有鱼类Nramp聚集为一簇,与其他物种Nramp2的亲缘关系较近。实时荧光定量PCR分析显示,Nramp基因在半滑舌鳎脾脏和肾脏中的表达量最高,而在肌肉和性腺中的表达量最低;在哈维氏弧菌感染的半滑舌鳎肾脏、脾脏和肝脏中表达量呈升高趋势,而在鳃中则表现为下调趋势。利用直接测序法检测感染鳗弧菌后同一家系的233个个体(抗病个体165个,感病个体68个),共检测到15个SNP位点,对其中3个SNP位点即SNP-g.3113(T→C)、SNP-g.3125(A→G)和SNP-g.3164(A→T)进行测序分型后发现,SNPg.3125(A→G)的等位基因(G)频率和基因型(GG)频率与半滑舌鳎抗鳗弧菌疾病呈极显著相关(P<0.01)。研究结果表明,Nramp基因不同基因型对半滑舌鳎的抗病能力有着极其重要的影响,SNP-g.3125(A→G)可作为潜在的抗性遗传标记位点。本研究将为半滑舌鳎抗性品系培育提供技术支持。

大麦NRAMP全基因组鉴定及重金属胁迫下基因表达分析

自然抗性相关巨噬细胞蛋白(natural resistance associated macrophage protein,NRAMP)是植物中一类重要的膜转运蛋白,在转运和重新利用重金属离子中起着重要作用。研究Mn^(2+)、Cd^(2+)、Cu^(2+)三种重金属离子与NRAMP家族基因表达调控之间的作用机制,为进一步明确NRAMP家族基因对大麦抗重金属胁迫的作用提供依据。利用生物信息学的方法从大麦(Hordeum vulgare L.)全基因组中筛选鉴定NRAMP家族基因序列,对该家族成员进行基因结构、保守基序、进化特征及表达谱分析,并利用qRT-PCR的方法检测不同重金属离子胁迫下大麦幼苗中NRAMP基因的表达情况。结果表明,从大麦基因组中共鉴定出10个NRAMP家族成员,且主要定位在细胞膜上;进化分析表明,亲缘关系近的家族成员保守基序、基因结构都更为相似,且大麦与水稻的NRAMP家族成员间亲缘关系更接近;定量检测结果显示,在Mn^(2+)胁迫下,HvNramp1、HvNramp2表达水平显著上调;在Cd^(2+)胁迫下,除HvNramp8表达量显著下调外,其余基因均上调;在Cu^(2+)胁迫下,除HvNramp3外其余6个基因的表达量均显著上调。大麦NRAMP家族基因能够通过正向调控响应重金属离子的胁迫。

NtNramp1基因参与不同镉积累基因型烟草品种镉积累差异的功能解析

【目的】探究不同品种烟草镉积累差异的分子机制。【方法】采用同源克隆方法从烟草不同镉积累基因型品种中克隆拟南芥At Nramp1同源基因Nt Nramp1;应用生物信息学方法分析烟草不同镉积累基因型品种中Nt Nramp1基因序列差异;通过酵母异源表达系统研究烟草不同镉积累基因型品种的Nt Nramp1对镉的转运活性差异。【结果】金英和Komotini Basma两个烟草品种对镉的积累存在显著差异;从镉积累显著差异的两个烟草品种中克隆到的Nt Nramp1基因(分别命名为Nt Nramp1a和Nt Nramp1b)编码区存在57个单碱基差异,其中Nt Nramp1a 1305位碱基变异(G>A)导致所编码蛋白比Nt Nramp1b编码蛋白缺少C端两次跨膜;酵母异源表达结果表明来自低镉含量品种金英的Nt Nramp1a转运镉的活性比来自高镉含量品种Komotini Basma的Nt Nramp1b转运镉活性显著降低。【结论】金英和Komotini Basma两个烟草品种中Nt Nramp1蛋白活性差异是导致两烟草品种镉积累差异的重要原因。

烟草NtNRAMP3.1 基因克隆、表达及Cd转运特性分析

【目的】探究烟草(Nicotiana tabacum L.)自然抗性相关巨噬细胞蛋白(Natural resistance associated macrophage proteins,NRAMPs)在金属跨膜转运所起的作用。【方法】克隆NtNRAMP3.1基因,并对其序列和表达模式进行分析,同时通过酵母异源表达对其编码蛋白的Cd转运特性进行研究。【结果】烟草NtNRAMP3.1基因全长1542 bp,编码513个氨基酸残基的蛋白质。氨基酸序列比对和进化树分析发现,NtNRAMP3.1具有11个跨膜结构域,含有NRAMP家族特有的CTM结构域,与拟南芥AtNRAMP3和AtNRAMP4的亲缘关系最近,属于NRAMP家族的第一亚组。表达模式分析表明,NtNRAMP3.1在叶中的表达量高于根,但是其对不同重金属胁迫表现出不同的应答模式。酵母实验发现,异源表达NtNRAMP3.1基因显著提高了酵母细胞中Cd的积累量,增加了酵母对Cd的敏感性。【结论】NtNRAMP3.1基因的表达具有组织特异性,且受到多种重金属胁迫的调控,其编码的蛋白是Cd向内流入的转运蛋白。本研究结果为进一步分析NtNRAMP3.1基因在植物金属离子吸收转运中的功能提供了一定的理论依据。

甘草NRAMP基因家族的鉴定和生物信息学分析

为研究甘草自然抗性相关巨噬细胞蛋白(NRAMP)家族成员的结构和功能,利用生物信息学方法,从甘草全基因组数据库中筛选并鉴定甘草NRAMP家族基因序列,并对该家族成员做进化分析、基因结构分析、保守结构域和保守基序分析、二级结构和三维结构分析。结果显示,从甘草基因组中共鉴定出11个NRAMP基因家族成员,通过进化分析发现,亲缘关系近的NRAMP家族成员基因结构和保守基序都更为相似,甘草和大豆的NRAMP家族成员间亲缘关系更接近。甘草大部分NRAMP家族成员的氨基酸数量差异不大,介于300～549个,且亚细胞定位在细胞膜上,而2个分子质量较大的成员GurNRAMP7和GurNRAMP8亚细胞定位在叶绿体上,各个成员的跨膜结构数量不尽相同。各个基因在染色体上的分布较为分散,只有NRAMP9、NRAMP10、NRAMP11定位在同一条染色体上。α-螺旋是甘草NRAMP家族成员中最主要的二级结构,但各个成员含有的α-螺旋数量不完全一样。

芥菜型油菜NRAMP基因家族的鉴定与表达分析

芥菜型油菜(Brassica juncea)对重金属有一定的耐受和积累能力,NRAMP(natural resistance associated macrophage protein,天然抗性相关巨噬细胞蛋白)蛋白参与金属离子的吸收和转运,在植物应对重金属胁迫响应中发挥重要作用。本研究以6个拟南芥NRAMP同源基因为参考,从芥菜型油菜中鉴定出18个BjNRAMP基因家族成员,分别定位在12条染色体上。系统进化分析结果表明BjNRAMP基因分属两个进化枝,其基因拷贝数目相比拟南芥增多可能是由于芥菜型油菜基因组三倍化所导致。对芥菜型油菜在不同浓度镉胁迫下根和叶的转录组测序数据进行分析发现,BjNRAMP基因的表达表现出组织特异性,其中BjNRAMP1.4基因在镉浓度为30 mg/kg胁迫下在根中被诱导表达;BjNRAMP2.2基因在镉浓度为10 mg/kg胁迫下在叶片中被诱导表达,而在根中的表达则受到抑制。克隆上述基因并转化至酵母,结果表明过表达BjNRAMP1.4可显著提高镉敏感型突变体酵母对镉的耐受性,而过表达BjNRAMP2.2提升作用有限,不及BjNRAMP1.4。本研究将为研究芥菜型油菜NRAMP基因家族成员结构以及功能提供一定的参考。

杨树NRAMP基因家族全基因组鉴定与生物信息学分析

为研究杨树自然抗性相关巨噬细胞蛋白(NRAMP)家族成员的结构和功能,利用生物信息学方法,从杨树全基因组数据库中筛选并鉴定NRAMP家族基因序列,并对该家族成员的理化性质、二级结构、基因结构、保守基序、染色体定位、进化树和组织表达量进行分析。结果表明:从杨树基因组中共鉴定出6个NRAMP基因家族成员,编码的氨基酸数量差异较大,为503~1310,亚细胞定位表明其均在质膜上,各个成员跨膜结构数量在10~12。PNT31315的二级结构以无规则卷曲为主,其他家族成员主要的二级结构为α-螺旋。进化树分析表明,杨树NRAMP家族基因全部聚类于第3类,且与玉米、高粱、甘蔗和水稻皆有相似基因,不存在物种特异性。染色体定位分析表明,该家族各基因在染色体上分散分布,只有PNT48459和PNT49289两个基因分布在一个染色体上,且不存在串联重复和片段复制基因。蛋白功能预测结果显示,PNT48459和PNT52668可能与植物金属耐受蛋白结合参与金属离子的吸收与转运,PNT31315可能参与植物激素信号转导。PNT48459、PNT37313和PNT31315在主根中的表达量较高,推测其参与重金属吸收过程。

草鱼天然抗性相关巨噬蛋白基因全长cDNA的克隆与表达分析

天然抗性相关巨噬蛋白(Nramp)家族是一类抑制胞内寄生菌侵染的天然免疫相关蛋白。本研究克隆了草鱼(Ctenopharyngodon idellus)Nramp基因并进行了表达分析。该基因cDNA序列全长为3 158 bp,编码1个含544个氨基酸的蛋白。该蛋白含有Nramp家族的特征序列:包含12个跨膜区(TM)、1个由20个氨基酸残基组成的胞质内转运结构域(CTM)。草鱼Nramp同其他16个物种的Nramp氨基酸序列同源性在62.5%～90.2%之间。草鱼Nramp基因cDNA的独特结构是其3′末端非翻译区(UTR)和5′UTR各有1个脊椎动物Nramp2中的铁反应控制蛋白结合位点(IRE)。系统进化分析表明,草鱼Nramp和所有鱼类Nramp聚为一簇,与哺乳类Nramp2的亲缘关系较近。Nramp基因在草鱼头肾和脾脏中的表达量最高,在肌肉和皮肤中的表达量最低,在草鱼呼肠孤病毒(GCRV)感染的草鱼肾脏细胞系(CIK)中的表达量明显升高。

新疆哈萨克族人群结核病易感基因的病例对照研究

目的研究自然抗性相关巨噬细胞蛋白1(NRAMPl)基因3′端非编码区(3′UTR)和维生素D受体(VDR)基因FokI、TaqI位点多态性与新疆哈萨克族人群结核病易感性的关联;分析NRAMPl基因和VDR基因交互作用对新疆哈萨克族人群结核病易感性的影响。方法采用病例对照研究方法,选取新疆哈萨克族活动性肺结核病患者213例,同地区同种族健康者211例。用聚合酶链反应-限制性片断长度多态性(PCR-RFLP)分析方法对NRAMP1基因3′UTR、VDR基因FokI和TaqI多态性位点基因分型,采用2χ检验分析3个位点多态性与新疆哈萨克族结核病易感性的关系,相乘模型分析NRAMPl基因和VDR基因交互作用。结果 1.NRAMPl基因3′UTR位点在病例组和对照组中TGTG/TGTG、TGTG/del和TGT-Gdel/del基因型频率分别为64.8%、29.6%、5.6%和79.1%、19.5%、1.4%。TGTGdel等位基因组间分布差异有统计学意义(χ2=13.737,P<0.01)。2.VDR基因FokI位点在病例组和在对照组中FF、Ff和ff基因型频率分别为33.8%、45.1%、21.1%和47.9%、41.7%、10.4%。f等位基因频率组间分布差异有统计学意义(χ2=13.868,P<0.01);TaqI位点TT、Tt和tt基因型组间分布差异无统计学意义;等位基因T和t组间分布差异无统计学意义(2χ=1.267,P>0.05);D'=0.477,r2=0.01,两位点不存在连锁不平衡。3.NRAMP1基因和VDR基因存在正交互作用,ORint=1.62。结论 1.TGTG/del和TGTGdel/del基因型、TGTG缺失等位基因可能是新疆哈萨克族人群结核病易感基因。2.VDR基因中FokI多态性与新疆哈萨克族结核病易感性有关联,等位基因f可能是新疆哈萨克族结核病易感基因。3.NRAMP1和VDR基因间交互作用可能增加新疆哈萨克族人群结核病的发病风险。

小金海棠中抗缺铁相关基因的杂交分析

以高效抗缺铁胁迫基因型苹果种小金海棠 (MalusxiaojinensisChengetJiang)为试材 ,以异源的玉米Fe(II) 转运蛋白基因 (irt)和小麦Nramp基因为探针进行了杂交分析。Southern杂交结果表明 ,小金海棠基因组中该两家族基因均存在。Northern杂交结果表明 ,在根中 ,irt的转录受缺铁胁迫诱导 ,并随缺铁胁迫处理天数的增加而加强 ;在根和叶中 。

基因在抗病育种中的应用

在现代养殖生产中,疾病尤其是传染性疾病严重影响着畜禽的健康,分子生物学和基因工程技术的发展,使育种工作者开始将目光转向基因。本文着重对干扰素基因、NRAMP基因、SLA基因、FUT1基因做一综述,以期在抗病育种中有较大的应用。