异源nifA基因对苜蓿中华根瘤菌nifA突变体的互补分析

为深入研究苜蓿中华根瘤菌NifA的特性, 分别用组成型表达的慢生型大豆根瘤菌和紫云英根瘤菌的nifA 基因互补苜蓿中华根瘤菌nifA 突变体, 观察其共生表型. 结果表明, 慢生型大豆根瘤菌和紫云英根瘤菌nifA 基因不能互补苜蓿中华根瘤菌nifA 突变体的共生表型. 以苜蓿中华根瘤菌 nifA 突变体为遗传背景, 利用全基因组微阵列实验比较分析引入异源nifA 基因后产生的基因表达谱的变化. 结果显示, 苜蓿中华根瘤菌自身NifA蛋白引起238个基因的表达发生变化. 这些表达差异的基因分属共生、能量和中心代谢、持家、细胞结构与运输等生物学功能组. 慢生型大豆根瘤菌、紫云英根瘤菌和阴沟肠杆菌的NifA蛋白分别引起了20, 7和9个基因的表达发生变化. 这些基因主要是固氮相关基因, 但差异不及苜蓿中华根瘤菌NifA互补菌明显. 以苜蓿中华根瘤菌nifH启动子与lacZ融合基因为报道基因, 研究nifH的表达. 结果指出, 慢生型大豆根瘤菌和紫云英根瘤菌的NifA蛋白只能部分激活苜蓿中华根瘤菌nifH的表达, 激活水平分别为苜蓿中华根瘤菌NifA蛋白激活率的70%和50%, 与微阵列实验结果相符.     

用酵母双杂交系统筛选与NifA相互作用的蛋白质

利用酵母双杂合系统从巴西固氮螺菌(Azospirillum brasilense)Sp中筛选与NifA有直接相互作用的蛋白质因子. 首先将nifA基因克隆到pGBD-C2载体上, 构建成诱饵质粒pGBD-nifA, 接着将巴西固氮螺菌的染色体DNA构建在pGAD-C1, pGAD-C2和pGAD-C3质粒载体上, 形成3个质粒文库YSPC1, YSPC2和YSPC3. 然后以pGBD-nifA为诱饵, 对YSPC1, YSPC2和YSPC3这3个文库进行了筛选, 得到11个阳性克隆. DNA序列分析表明, 这11个阳性克隆分为4类, 包含4个1~1.3 kb不同的基因片段. 对这4个基因片段进行同源性比较发现, 其中2个编码的蛋白质含有与信号传递有关的PAS结构域, 另外1个基因片段含有与吸收铁有关的fhuE基因, 另一个是未知蛋白. 将这4个基因片段从原来的pGAD载体转移到pGBD载体, 即互换换载体后, 它们仍然与NifA有相互作用; 对这4个基因片段进行移码突变则不再与NifA有相互作用, 说明了它们与NifA相互作用的特异性.     

苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti) nifA基因通过诱导宿主防卫反应调节根瘤的形成

苜蓿中华根瘤菌nifA基因是固氮基因的正调节因子, 本文研究了nifA基因对根瘤形成的调节作用. 在分裂根实验中, nifA突变株对另一侧根的结瘤抑制率比野生型菌下降43.7%, 感染突变株植物合成的植保素和形成的坏死细胞的数量也相应减少, 与植物防卫反应相关的苯丙氨酸解氨酶基因、查儿酮合成酶基因和几丁质酶基因不能表达. 这些结果说明, 苜蓿中华根瘤菌nifA基因通过诱导宿主植物的防卫反应对根瘤的形成进行调节. 虽然nifA突变株在宿主植物上引发根瘤的数量增加, 它合成的结瘤因子的量却比野生型菌株少. 因此, 可以推测nifA基因介导了多种信号途径对根瘤的形成进行调节.     

PAS结构域介导Org35蛋白与NifA之间相互作用

在巴西固氮螺菌中, 氧和铵是调节固氮基因表达的主要环境因子, 即高浓度的氧和铵抑制固氮作用. NifA蛋白(nifA基因的产物)是所有固氮基因(nif基因)的转录激活蛋白. 目前, 在该菌中, 氧和铵对NifA蛋白的表达和活性的调节机制仍然不清楚. 本研究从巴西固氮螺菌中克隆到编码含有PAS结构域蛋白的org35全基因, 将根据org35的核苷酸序列推测的Org35蛋白氨基酸序列在NCBI网上进行同源性比较, 结果表明, Org35蛋白属于杂合双组分调节系统, 包括3个结构域, 即N-端PAS结构、中间组氨酸激酶结构域(HPK)和C-端响应调节蛋白结构域(RR). 并通过酵母双杂交系统证明了Org35蛋白与NifA蛋白之间的相互作用是由PAS结构域介导的.     

Klebsiella oxytoca HP1 adhE基因插入失活法构建产氢重组菌

乙醇是产酸克雷伯氏菌(Klebsiella oxytoca) HP1厌氧发酵产H₂的主要副产物, 每生成1.0 mol的乙醇需要消耗2.0 mol NAD(P)H, 从而降低了H₂的产量. 本研究以编码乙醇脱氢酶系(含乙醛脱氢酶和乙醇脱氢酶活性)的adhE基因为改造目标, 利用同源重组技术获得了以提高产氢为目标的K. oxytoca重组菌. 构建工作包括: 根据adhE基因保守序列框克隆K. oxytoca HP1 adhE基因片段, 以质粒pMHE6为模板进行链霉素抗性基因表达盒的扩增, 表达链霉素抗性的aadA基因片段和adhE基因片段分别与载体pMD18-T相连构建重组质粒, 同源整合质粒pTA-Str的构建, 以链霉素作为筛选标记筛选重组菌. 菌落PCR鉴定结果表明, aadA基因表达盒通过质粒pTA-Str的介导已定点插入K. oxytoca HP1基因组中, 成功地构建了adhE基因部分片段缺失的重组菌. 葡萄糖发酵实验结果表明, 相同发酵条件下, 重组菌比野生菌的产氢量提高了16.07%, 乙醇产量下降了70.47%. 利用基因工程技术提高产氢初步获得成功.     

细菌Ⅱ型分泌途径控制产碱假单胞菌(Pseudomonas alcaligenes) S2中卵磷脂酶的分泌

从水稻根际分离筛选出1株降解卵磷脂的有机磷降解细菌菌株S2, 通过形态指标、生理生化性状、16S rDNA序列、(G+C)含量以及DNA-DNA杂交分析, 鉴定为产碱假单胞菌(Pseudomonas alcaligenes). 采用双亲接合的方法将带有Tn5转座子的质粒导入产碱假单胞菌S2菌株中进行转座子插入诱变, 从5000个卡那霉素抗性的Tn5插入突变株中, 筛选到3株丧失解磷能力的突变株(M808, M1329和M1400)和1株解磷能力增强的突变株(M20). 对Tn5插入位点的基因进行DNA测序表明, 丧失解磷能力突变株中被突变的基因分别是xcpS, xcpX和xcpW, 它们分别编码XcpS, XcpX和XcpW蛋白, 这些蛋白是细菌Ⅱ型分泌途径中的主要成分. 将xcpS, xcpX和xcpW基因分别构建在pLAFR3载体上, 通过双亲接合的方式分别导入上述M808, M1329和M1400三个丧失解磷能力突变株中进行功能互补实验, 结果表明这3个基因都能使各自相对应的突变株恢复解磷能力. 以上结果表明, 在产碱假单胞菌中卵磷脂酶的分泌是通过Ⅱ型分泌途径来完成的. 解磷能力的丧失可能是由于Tn5插入xcp基因簇中的某一基因破坏了卵磷脂酶向胞外的分泌, 造成突变株不能降解有机磷. 在解磷能力增强突变株M20中, 被突变的基因与铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa) PAO1中的chpA基因(参与细菌的颤动)同源性达88%.     

染色质修饰基因在新生死亡克隆牛组织中的表达分析

体细胞克隆的效率非常低, 只有低于4%的重组胚胎可以发育成个体, 而且许多的克隆动物在出生后不久死亡并表现出组织器官的发育异常. 为了探讨造成克隆动物出生死亡以及器官发育异常的可能分子机理, 用荧光定量RT-PCR技术分析了4个对染色质进行修饰的基因(DNMT1, PCAF, MeCP2, EED)在分别来自两种供体细胞(成年成纤维细胞和胎儿成纤维细胞)的出生死亡克隆牛的6个组织(心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏和大脑)的表达. 结果发现, DNMT1在两种供体细胞的克隆牛心脏(P < 0.05)、肝脏(P < 0.05)和大脑(P < 0.01)中的表达显著高于正常对照牛; PCAF则在心脏(P < 0.01)和肝脏(P < 0.05)中的表达显著高于正常对照牛, 而在成年成纤维供体细胞克隆牛的脾脏(P < 0.05)中显著降低; MeCP2和EED基因在体细胞克隆牛中的表达与正常对照牛中无显著差异. 由于DNMT1和PCAF基因在DNA的甲基化以及组蛋白的乙酰化中起重要作用, 其正常表达为供体核后成修饰的精确重编程所必须, 所以DNMT1和PCAF的异常表达可能是造成克隆动物出生死亡以及器官发育异常的原因之一.     

大豆早期结瘤素基因enod2B启动子在水稻中的表达受结瘤因子诱导

在根瘤菌与宿主豆科植物形成的共生关系中, 根瘤菌分泌的结瘤因子是宿主专一性的主要决定因子. 结瘤因子信号能够诱导豆科植物根毛细胞质膜去极化、离子流动和早期结瘤素基因的表达以及根毛变形、皮层细胞分裂和根瘤原基形成等与共生有关的表型变化. 水稻是重要的粮食作物, 能否对结瘤因子信号产生应答反应是最终实现水稻结瘤固氮的关键因素. 将大豆早期结瘤素基因Gmenod2B的启动子与报告基因b-葡萄糖苷酶(GUS)基因融合构建成嵌合基因Gmenod2BP-GUS, 以此嵌合基因作为探索水稻细胞感受结瘤因子信号的分子标记. 通过根癌农杆菌介导的遗传转化系统, 获得了携带嵌合基因Gmenod2BP-GUS的水稻再生植株. 以广宿主根瘤菌NGR234(pA28)分泌的结瘤因子作为探针, 检测转基因水稻中嵌合基因Gmenod2BP-GUS的表达. 结果表明, 转基因水稻中大豆早期结瘤素基因enod2B启动子的表达可以受结瘤因子诱导, 仅在水稻根部的皮层薄壁细胞和内皮层细胞中呈特异性表达, 并且受到氮源的调控. 推测在水稻中可能存在结瘤因子所诱导的豆科早期结瘤素表达的类似机制.     

HIV-1gp41不同片段表达对E. coli细胞毒性作用分析

HIV-gp41基因在E. coli中难以表达, 为研究影响其表达的原因, 选择gp41不同区域构建表达质粒, 通过在E. coli BL21(DE3)中进行表达测定其对细菌的毒性作用. 结果表明, IPTG诱导后除质粒pET-HN2表达菌以外其余质粒表达菌大量死亡, 目的基因转录的mRNA量也迅速下降, [³H]尿嘧啶释放实验显示释放增加, 说明GP41蛋白的毒性作用主要表现为对表达菌细胞膜的破坏而成为其在E. coli中难以表达的主要原因.     

耐辐射球菌DNA修复开关基因pprI缺陷性突变和功能补偿性突变株的建立

PprI是近来在耐辐射球菌Deinococcus radiodurans中发现的一个极其重要的DNA修复开关基 因. 以已测序的野生型菌株R1为材料, 运用PCR突变法将克隆具有自身GroEL启动子和卡那霉素抗性基因的DNA片段反向重组到pprI基因中去, 首次获得了卡那霉素抗性的、pprI功能完全破坏的突变株YR1. 辐射细胞生存率结果表明, YR1对辐射异常敏感. 另外, 将含有GroEL启动子和卡那霉素抗性基因的DNA片段重组到质粒pRADZ3中, 获得了具有卡那霉素抗性的表达质粒pRADK; 再将体外克隆的具有pprI完整基因和C-末端结构域截短的PprI蛋白基因片段分别重组到pRADK中. 研究结果表明, 含有pprI完整基因的表达质粒在YR1中能够正常表达, 并完全恢复到野生型的极端抗性; 而C-末端结构域截短的PprI蛋白基因片段虽能在YR1中正常表达, 但对辐射异常敏感, 不能恢复其极端抗性. 上述pprI基因功能缺陷性和功能补偿性突变株的建立, 为深入研究细胞体内PprI蛋白质的定位、结构域与功能的关系, 以及原位研究PprI蛋白质的理化特性提供了十分有效的方法     

一个水稻P450 CYP72A基因簇受病原菌诱导和发育及组织特异性表达

细胞色素P450超基因家族广泛参与植物的各类生命活动, 包括植物对病原菌的防卫反应. 我们在植物病原菌诱导基因的DD-PCR分析时, 分离到一个受病原菌侵染诱导的水稻cDNA片段. 水稻基因组公布后, 发现该片段位于1个包含7个P450 CYP72A基因(CYP72A17~23)的基因簇的保守部分. 以此片段搜索水稻数据库发现, 水稻CYP72A家族有14个成员, 这14个蛋白质之间的差异主要在N端, C端则同源性很高. 我们分别对该基因簇的7个成员进行了表达特性分析, 发现其中CYP72A18, 19, 22和23的表达受稻瘟病菌侵染的调节, 而且在抗、感植株中的表达存在明显差异. 除CYP72A20外, 其余6个CYP72A基因均具有发育和组织特异性表达的特征. CYP72A20在所有研究中均检测不到信号, 可能为一个假基因. 这些发现为水稻P450基因功能的研究提供了新的资料.     

基因枪转多基因库安托杨的获得

通过基因枪共转化方法将枯草杆菌果聚糖蔗糖酶基因(SacB)、透明颤菌血红蛋白基因(vgb)、双价抗蛀干害虫基因(BtCry3A+OC-Ⅰ)、调节基因JERF36及报告基因NPTⅡ等外源基因导入库安托杨, 共获得25株抗性植株. PCR及Southern杂交结果表明, 外源基因已整合到库安托杨基因组中, 其中7株含有上述全部5个外源基因. BtCry3A ELISA实验表明, 上述7株库安托杨BtCry3A基因已得到表达. 且上述转基因植株在滨海盐碱地中生长良好.     

通过转δ-OAT基因获得抗盐抗旱水稻

δ-OAT基因编码的鸟氨酸-δ-氨基转移酶是以鸟氨酸为前体合成脯氨酸途径中的关键酶. 采用基因枪法将拟南芥δ-OAT基因导入粳稻品种中作321, 通过PCR及分子杂交分析确定目的基因已插入水稻染色体中并得到超量表达. 抗盐抗旱检测结果表明, 水稻在受到渗透胁迫时会大量积累脯氨酸, 各种条件下转基因水稻积累的脯氨酸是对照的5~15倍; 同等胁迫条件下转基因株系相对生长更快, 苗与根的生物学产量都要高于对照, 最后种子产量也显著高于对照, 如在0.1 mol/L NaCl胁迫下转基因株系相对产量提高了16%~41%, 说明δ-OAT基因超量表达并积累脯氨酸在抗渗透胁迫中有着重要作用, 通过转化δ-OAT基因可以获得抗盐抗旱的基因工程水稻.     

利用人工控制细胞死亡策略培育抗稻瘟病水稻

利用细菌编码RNase的barnase 基因及其特异抑制剂编码基因barstar构成的双元组分系统, 把本实验室构建的具有稻瘟菌(Magnaporthe grisea)诱导活性的嵌合启动子与barnase基因融合, 再与由CaMV 35S启动子驱动的barstar的构件融合, 构建植物表达载体pWBNBS和pPBNBS, 转化水稻, 并对转基因水稻进行了抗稻瘟病和白叶枯病的检测. 结果表明, 接种稻瘟菌后, 转基因水稻植株中barnase基因受诱导表达; 在稻瘟菌侵染诱导下, barnase的表达超过barstar的抑制, 导致转基因水稻叶片出现类似过敏感应, 表现出对稻瘟病的抗性; 转基因水稻对白叶枯病表现出一定的抗性. 这些结果说明, 通过该双元组分系统策略获得的转基因水稻具有明显的抗致病性真菌和一定程度的抗细菌危害的较广谱抗性.     

Ras蛋白在组蛋白乙酰化修饰介导的多头绒泡菌(Physarum polycephalum)细胞周期调控中的作用

在天然同步化的多头绒泡菌(Physarum polycephalum)细胞中, 组蛋白去乙酰化酶抑制剂Trichostatin A (TSA) 阻断了细胞周期S/G2, G2/M以及走出有丝分裂期的转换, 同时影响了2种ras基因(Ppras1 和Pprap1)的转录以及Ras蛋白的表达水平. 抗Ras蛋白的抗体中和实验结果表明, Ras蛋白通过调节Cyclin B1的表达水平在细胞周期转换点的调控中起重要作用. 以上结果表明, 在多头绒泡菌细胞中Ras蛋白可能是参与组蛋白乙酰化修饰介导的细胞周期调控过程的一个关键因子.     

深红红螺菌draTGB hupL双突变株在不同光照条件下的放氢

为提高深红红螺菌(Rhodospirillum rubrum)在两阶段培养条件下的放氢量, 分别构建了缺失吸氢酶大亚基基因hupL的单突变株R. rubrum UR801和缺失固氮酶活性调节因子基因draTGB与hupL的双突变株R. rubrum UR805. 对比测试了这两个突变株与野生型菌株R. rubrum UR2和UR472 (ΔdraTGB)在不同光照条件下的放氢量. 结果表明, 在持续光照条件下, R. rubrum UR801的氢产量最高, 可达5700 mL/L, 分别为R. rubrum UR2, UR472和UR805氢产量的1.56, 2.24和2.32倍; 而在两阶段培养条件下, R. rubrum UR805的氢产量最高, 可达4303 mL/L, 分别为相同条件下R. rubrum UR2, UR801和UR472氢产量的1.35, 1.21和1.04倍. 据此, R. rubrum UR805有望作为两阶段培养条件下大量放氢的菌株.     

阿维链霉菌adpA-a调控形态分化和黑色素形成

灰色链霉菌(Streptomyces griseus)中的AdpA是A-因子调控网络中的一个中心转录调控因子, 控制形态分化和次级代谢. 在阿维链霉菌(Streptomyces avermitilis)的基因组上, 也存在着与adpA高度同源的基因adpA-a. 为了研究其功能, 通过同源双交换将adpA-a基因破坏, 得到的adpA-a突变株不能进行正常的形态分化, 同时不再产生黑色素, 但产阿维菌素(avermectin)的能力不受影响. 对该破坏菌株进行基因互补, 互补突变株的表型得到恢复, 证实了突变株表型变化是由adpA-a破坏引起的. 以上结果表明, 在阿维链霉菌中, adpA-a不仅参与形态分化的调控, 同时也参与黑色素生物合成的调控.     

水稻金属硫蛋白基因家族成员对铅胁迫的应答及其在铅敏感酵母中的功能互补

金属硫蛋白(metallothionein, MT)是一类低分子量、富含半胱氨酸(Cys)、具有金属结合能力的蛋白质. 采用Northern杂交分析了水稻幼苗中重金属铅离子对10个水稻MT基因表达的影响. 结果显示, 在根中, 除了OsMT-Ⅰ-3b不表达外, 其他9个基因的表达均不同程度地受到Pb²⁺的影响, 其中OsMT-Ⅰ-1a, OsMT-Ⅰ-1b, OsMT-Ⅰ-2c, OsMT-Ⅰ-4a, OsMT-Ⅰ-4b和OsMT-Ⅰ-4c的表达大幅度增加, OsMT-Ⅰ- 2a和OsMT-Ⅰ-3a的表达有所增加, 而OsMT-Ⅰ-2b的表达则受到了抑制. 相比之下, 地上部分Pb²⁺只对其中的6个基因的表达有一定的诱导效应, 对OsMT-Ⅰ-1a, OsMT-Ⅰ-1b, OsMT-Ⅰ-4a及OsMT-Ⅰ-4b的表达没有明显作用. 分别把这10个基因在Pb²⁺敏感的酵母突变体中异源表达, 结果表明, 表达OsMT-Ⅰ基因的酵母细胞都在一定程度上提高了对Pb²⁺的耐受性. 上述结果揭示了Pb²⁺影响OsMT基因家族各成员在水稻幼苗中表达的特征, 以及OsMT-Ⅰs可以增强酵母突变体铅耐受性的描述, 同时也为进一步研究水稻MT基因家族应答Pb²⁺的分子机制奠定了基础.     

含多个重复序列的小麦VER2基因启动子驱动基因转录受春化作用调控

为了进一步了解VER2基因的表达模式及其启动子的功能, 从小麦可转化的人工染色体基因组文库中获得41.7 kb含VER2基因的TAC克隆. 序列分析显示, 其含有11个推测基因, 其中第3个基因的外显子完全与VER2基因的cDNA序列同源. VER2基因的启动子存在3个小的重复序列, 被另外2个大重复序列所分割. 对上游启动子区的响应元件分析结果表明, 其包含ABA响应元件(ABRE)、茉莉酸甲酯响应元件(Me-JARE)、低温响应元件(LTR)、胚乳特异性表达元件以及参与淀粉酶合成的元件和类似GA响应元件等. 利用基因枪的方法, 将VER2启动子(&#8722;5895~+73)驱动GFP报告基因的瞬间表达载体转入经春化处理或未春化处理的小麦幼叶中, 结果发现, GFP在春化处理的幼叶中表达, 而在未春化处理的幼叶中不表达, 说明春化作用是VER2启动子在冬小麦幼叶中驱动基因转录所必需的.     

大豆GmNHX1在百脉根中的过表达研究: 体内Na+含量的降低是耐盐性提高的基础

从大豆中克隆到了液泡膜Na⁺/H⁺反向转运蛋白编码基因(GmNHX1)的全长cDNA, 包括5′端非翻译区464 bp, 编码区1641 bp, 3′端非翻译区486 bp, 共2591 bp. 该cDNA编码的GmNHX1蛋白共546个氨基酸, 具有典型的液泡膜Na⁺/H⁺反向转运蛋白特征, 与已知功能的液泡膜Na⁺/H⁺反向转运蛋白AtNHX1, OsNHX1及AgNHX1具有较高的同源性. GmNHX1在大豆基因组中为单拷贝基因, 其表达具有组织特异性, 并能受到NaCl, KCl, LiCl, ABA以及脱水等胁迫上调; 耐盐品种GmNHX1的转录水平在叶片中低于而在根系和下胚轴中均高于敏盐品种. 将GmNHX1 cDNA置于两个串联的CaMV35S启动子控制下在豆科模式植物百脉根中过表达, 提高了转基因百脉根的耐盐性. Na⁺及K⁺含量测定表明, 与对照相比, 过表达GmNHX1的百脉根小苗中Na⁺, K⁺含量显著降低, K⁺/Na⁺比率显著增加, 显示了百脉根中过表达GmNHX1所导致的耐盐性与减少转基因植物中Na⁺的积累有密切关系.