水稻花药发育相关基因OsPRP1的克隆和特性分析

利用减法杂交和RACEs从水稻颖花中克隆了一个编码富含脯氨酸残基多肽的cDNA, 并将其相应的基因命名为OsPRP1. OsPRP1由2个外显子和1内含子组成, 编码的蛋白由224个氨基酸残基组成, 其中脯氨酸含量最高, 占14.29%. 该蛋白由一个21个氨基酸残基组成的信号肽, 一个N-端结构域和一个C-端结构域组成. C-端含有2个18个氨基酸长的、嵌合PEPK基元(motif)的富含脯氨酸的重复序列. Southern blot及序列分析结果表明, 水稻基因组中存在4个拷贝的OsPRP1, 它们定位在第10染色体的20 kb的DNA片段上. RT-PCR表明, OsPRP1在幼芽和颖花中表达量较高, 在根和叶中有少量表达. 用花和幼芽进行原位杂交分析证明在花中, OsPRP1在花粉母细胞、绒毡层细胞和花器官的维管束细胞中表达; 该基因的表达有明显的时间特异性, 在花粉母细胞中表达量最高, 在单核期的小孢子中几乎不表达; 在芽中, 该基因在胚芽鞘和叶原基的表皮细胞中表达. 从该基因编码蛋白的特点可以看出它极可能是一种细胞壁蛋白.     

水稻全生育期均一化cDNA文库的构建和鉴定

以优良杂交水稻的恢复系明恢63为材料，构建覆盖水稻基因组的cDNA文库，用于功能基因组的研究。选择水稻全生育期过程的9个时期的不同组织和病原诱导的组织分别构建了15个定向cDNA文库。依据基因组DNA饱和杂交的原理，将从15个独立的cDNA文库中提取的质粒混合，并与固定有磁珠上具有互补性的2份基因组DNA亲和体系饱和杂交，收集杂交组分中的质粒并重新转化大肠杆菌，获得全生育期均一化cDNA文库。该文库平均插入片段1.4kb，含62000个克隆子。反向Northem杂交显示，该文库收集了众多表达丰度极低的基因以及特异表达的基因。对文库中随机的10750个克隆进行了测序，序列分析比较后获得6399条非重复的EST(expressed sequence tag)序列，非重复序列占59.5％。目前，用该文库制作的cDNA芯片已被用于功能基因组的研究。     

用EST和SSR标记定位水稻温敏不育基因tms5

利用cDNA抑制差减杂交技术建立了水稻减数分裂时期穗部特异表达的SSH文库, 从中筛选121个cDNA片段作为EST (expressed sequence tags)标记, 用RFLP (restriction fragment length polymorphism)方法分析了温敏不育系安农S-1和正常品种安农N之间的多态性, 其中一个EST标记HN57可以检测到亲本间的多态性. 共分离分析结果表明, HN57与安农S-1的温敏不育性完全共分离, 进而将安农S-1的温敏不育基因tms5定位于RGP (rice genome research program)遗传图的第二染色体的31.2 cM处. 为了进行精细定位, 在该区域设计了80对SSR (simple sequence repeat)引物对, 用12对多态性引物将tms5定位于181 kb区间.     

OsCENH3-GFP融合转基因水稻的获得及其遗传应用

通过农杆菌介导的方法, 将水稻组蛋白H3与绿色荧光蛋白嵌合基因(OsCENH3-GFP)导入水稻品种中籼3037中, 经PCR及Southern blot检测, 证明该嵌合基因确已整合到水稻的基因组中. 该转基因植株发育正常, 有丝分裂及减数分裂行为均正常. 对T0及T1代转基因水稻植株有丝分裂和减数分裂过程中GFP与水稻CENH3表达关系的研究结果表明, CENH3的表达部位与GFP的表达部位完全重叠, 说明GFP与水稻CENH3已构成融合蛋白, 并且定位于染色体的着丝粒部位. 为探索该转基因植株在水稻遗传及分子生物学研究中的作用, 利用花粉母细胞减数分裂偶线期染色体, 借助水稻着丝粒串联重复序列CentO的FISH, 发现GFP信号与CentO信号完全重叠, 证明CentO序列确实为水稻不同染色体功能性着丝粒的主要成分. 利用该转基因植株, 分别制作根尖细胞有丝分裂染色体和花粉母细胞减数分裂染色体制片, 与anti-α-tublin抗体和anti-PAIR2抗体进行荧光免疫染色反应, 表明该转基因植株携带GFP标记的着丝粒, 可以与其他分子生物学手段相结合, 并能在活体细胞及组织内十分方便地显示每一染色体功能性着丝粒位置, 为深入研究着丝粒的功能提供了宝贵的遗传材料.     

水稻花优势表达基因RA68的克隆和特性分析

利用减法杂交和RACEs从水稻花中克隆了1个编码含丰富脯氨酸和苏氨酸结构域多肽的cDNA, 其相应的基因命名为RA68. RA68含3个外显子和2个内含子, 编码由219个氨基酸残基组成的蛋白质. 数据分析结果显示, 该蛋白由1个22个氨基酸残基组成的信号肽, 1个亲水性的N-端结构域和1个疏水性的C-端结构域组成. N-端结构域是一段嵌合PTPTSYG motif的富含脯氨酸和苏氨酸的序列. Southern blot和序列分析结果表明, RA68在水稻基因组以单拷贝存在, 定位于第2号染色体. Northern杂交结果表明, RA68在幼芽和花中表达量较高, 在根和叶中不表达. 花和幼芽进行原位杂交分析结果表明, 在花中, RA68在花粉母细胞、二分体细胞、单核花粉粒以及大孢子囊中表达. 基于该基因的表达特性及其编码蛋白质的结构特征, 探讨了其在花发育中的可能功能.     

水稻花药发育相关基因OsPRP1的克隆和特性分析

利用减法杂交和RACEs从水稻颖花中克隆了一个编码富含脯氨酸残基多肽的cDNA, 并将其相应的基因命名为OsPRP1. OsPRP1由2个外显子和1内含子组成, 编码的蛋白由224个氨基酸残基组成, 其中脯氨酸含量最高, 占14.29%. 该蛋白由一个21个氨基酸残基组成的信号肽, 一个N-端结构域和一个C-端结构域组成. C-端含有2个18个氨基酸长的、嵌合PEPK基元(motif)的富含脯氨酸的重复序列. Southern blot及序列分析结果表明, 水稻基因组中存在4个拷贝的OsPRP1, 它们定位在第10染色体的20 kb的DNA片段上. RT-PCR表明, OsPRP1在幼芽和颖花中表达量较高, 在根和叶中有少量表达. 用花和幼芽进行原位杂交分析证明在花中, OsPRP1在花粉母细胞、绒毡层细胞和花器官的维管束细胞中表达; 该基因的表达有明显的时间特异性, 在花粉母细胞中表达量最高, 在单核期的小孢子中几乎不表达; 在芽中, 该基因在胚芽鞘和叶原基的表皮细胞中表达. 从该基因编码蛋白的特点可以看出它极可能是一种细胞壁蛋白.     

水稻减数分裂相关基因OsDMC1的克隆

酵母DMC1基因是一个在减数分裂前期Ⅰ表达的减数分裂特异基因，其产物是减数分裂同源染色体配对所必需的，根据在酵母Dmc1与拟南芥AtDmcl中保守的氨基酸motifs合成的简并性引物，以cDNA作模板，通过套式PCR（nested PCR）和RACEs克隆了水稻中酵母DMC1的同源基因OsDMC1，OsDMC1全长的cDNA是1348bp，编码344个氨基酸组成的多肽（OsDmcl），OsDmcl与Dmcl和AtDmcl的氨基酸序列一致性分别是51．8％和81．7％，OsMDC1在生殖器官中表达量较高，在根中有少量表达，而在叶和幼芽中不表达，Southern blot分析结果表明水稻基因组中有两个拷贝的OsDMC1。     

水稻光温敏核不育系培矮64S在不同光周期/温度下表达谱的变化

用含3328 个基因的cDNA 阵列分析了水稻光温敏核不育系培矮64S 于长日照/高温及短日照/低温下幼穗的基因表达谱特征. 统计数据表明, 以短日照/低温(花粉可育)为参比, 长日照/高温(花粉不育) 下表达丰度显著变化的基因高达14.60%, 482 个基因下调表达, 仅4 个基因上调表达. 以实时荧光定量PCR 技术对所有上调表达基因和随机选择的9 个下调表达基因进行了检测, 各基因表达丰度的变化趋势一致, 验证了cDNA 阵列杂交结果的可靠性. 这些差异表达基因几乎涉及所有的细胞生物学反应, 但MAPK 同系物MMK1 和MMK2 在mRNA 水平表现出截然不同的基因表达特征, 大量参与信号传导的信号分子的表达丰度也发生明显变化. 可以推测, 花粉形态建成及相应的生理功能所需要的程序性转录调控受严重干扰可能是MAPK 信号传导途径发生显著改变所导致.     

抑制表达谷氨酰胺合成酶基因对水稻氮代谢和生长发育的影响

从明恢63平衡化cDNA文库中获得水稻GS2基因的cDNA克隆, 通过基因克隆和农杆菌介导的水稻遗传转化方法将GS2基因导入中花11进行超量表达. 对获得的转基因植株进行生长表型和基因表达、生理生化指标测定与分析. 结果显示, T₁代转基因植株由于GS2的抑制表达出现黄化现象, 生长受到限制; 叶片叶绿素含量与GS2基因的表达量紧密相关; 植株中大多数氮代谢、叶绿素合成和光呼吸途径中相关基因表达量上升; 而植株的氮代谢水平下降, 包括GS活性、水溶性蛋白和氨基酸含量.     

水分胁迫诱导表达的小麦基因的cDNA片段克隆和序列分析

以30％（-1.13 MPa）PEG-6000对小麦幼苗进行重度水分胁迫处理,利用mRNA差异显示技术分离了水分胁迫诱导表达的小麦基因dil（dehydration induced,dil）的cDNA片段。Northern blot分析表明,dil基因在水分胁迫10h后表达开始增强并随着水分胁迫时间的延长而增强,水分胁迫48h时其表达最强。对dil基因的cDNA片段进行了克隆和序列测定（211bp）。经查询,在GenBank中没有与dil同源的基因序列。     

水稻受稻瘟病菌诱导基因的分离和克隆

利用一对抗瘟性近等基因系(Near-isogenic lines, NILs)H7R(抗病)和H7S(感病),经稻瘟病菌小种早期诱导,提取RNA,进行mRNA差异显示(Differential display,DD)分析.在获得多个DD片段的基础上,经PCR重扩增、Sourthern杂交粗筛及Northern blotting进一步鉴定.阳性片段克隆于PGEM-T载体,经序列测定,国际联网查询,已获得两个受稻瘟病菌诱导的水稻新基因cDNA片段克隆. 在我国,Magnaporthe grisea是水稻稻瘟病的主要病害菌,由于生理小种的复杂性,抗病品种的抗性丧失已成为传统育种的一大难题.国际上对采用基因工程改良水稻的抗瘟性越来越重视并已成了各国竞争的热点.然而期望通过RFLP基因定位,并借助图谱克隆抗瘟性基因尚需多年的工作和大量的投入.此外,对于水稻与稻瘟病菌之间“基因对基因”的互作在分子水平上尚缺乏了解.本研究采用了本实验室完善的mRNA差异显示技术体系,在国际上首次用DD方法,鉴定和克隆受稻瘟病菌诱导的新的水稻抗瘟性和防卫反应候选基因.     

调控水稻异倍性杂交种子败育的相关基因分析

MADS29是控制水稻(Oryza sativa L.)种子饱满程度的基因,它通过调控母体组织细胞退化和维持体内激素平衡来影响种子发育.水稻异倍性杂交往往产生败育种子,为了探讨MADS29等种子发育相关基因是否参与其调控,本研究以4份水稻材料(2个二倍体;2个四倍体)构建4个自交组合(对照)和8个杂交组合(正反交),对花粉粒育性、花粉管萌发及伸长、种子发育及MADS29等相关基因表达进行分析.结果表明:(1)异倍性杂交均可正常受精,但杂交种子败育;(2)石蜡切片结果显示,授粉后3 d(3 day after pollination,3 DAP),与对照相比,4n×2n胚乳已进入细胞化时期,但细胞数量较少;而2n×4n胚乳处于合胞体时期,游离核周围未形成细胞壁,胚乳细胞化时期滞后;(3)实时荧光定量PCR(q RT-PCR)表明,6 DAP和8 DAP,MADS29、生长素基因和母体组织细胞程序化死亡(PCD)相关基因的相对表达量在杂交种子中均明显高于对照;淀粉合成基因在杂交种子中的相对表达量显著低于对照.本实验结果表明,在水稻异倍性杂交中,MADS29高表达,生长素基因和母体组织PCD相关基因表达上调,淀粉合成相关基因表达下调,导致胚乳发育异常、种子败育,说明MADS29的高表达导致异倍性杂交种子败育,是一种有别于二倍体水稻种子发育的新型调控方式.     

13个水稻WRKY基因的克隆及其表达谱分析

转录调控因子WRKY蛋白拥有高度保守的氨基酸序列WRKYGQK和Cys₂His₂或Cys₂HisCys锌指型结构. 利用WRKY蛋白质的保守结构域, 搜索了整个水稻基因组编码WRKY蛋白质的基因, 鉴定了97个WRKY基因, 并从4℃胁迫的水稻植株cDNA文库中获得13个WRKY基因全长cDNA克隆. Northern blotting分析结果显示, 其中10个WRKY基因的表达受到NaCl, PEG, 低温(4℃)和高温(42℃)等4种非生物逆境因子胁迫的影响, 但其诱导表达模式不论在逆境因子种类还是在诱导时间上均存在着很大的差异, 这种基因诱导表达模式的差异可能体现于它们之间的生物学功能的差异.     

一个新的人类硫氧化还原蛋白基因的克隆

根据不同发育阶段 ( 1 3,33周 )的人胎脑组织mRNA差异显示分析 (又称DDRT PCR)所得到的具有差异表达的EST的序列 ,设计引物筛选点阵排列的人胎脑cDNA文库 ,得到一个新的全长cDNA克隆 .这个克隆全长 1 2 0 8bp ,包含一个 889bp的开放阅读框 ,一个 1 32bp的 5′非翻译序列和一个 2 0 9bp的 3′非翻译序列以及典型的polyA加尾信号 .其推断的氨基酸序列与人硫氧化还原蛋白同源 ,而且含有硫氧化还原蛋白的保守的活性位点序列 .将它命名为人的类硫氧化还原蛋白基因 (humanthioredoxinlikegene ,hTRXL) .     

一条重要水稻酯酶同工酶带的发现

湖北粳型光敏核不育水稻农垦58S和籼型温敏核不育安农S的发现为利用两系法水稻杂种优势提供了新的途径,同时,也为生理遗传学和发育遗传学研究提供了重要的试验材料.光敏核不育(PGMS)和温敏核不育(TGMS)在不同的光温条件下具有明显的育性转换特点.研究表明,农垦58S在不同光周期条件下,叶片和幼穗中多种酶的活性表现降低或增加的明显变化.胡学应、万邦惠的研究结果认为Adh-1和Est-3两同工酶基因位点与育性有密切关系.本文作者首先在N4225和安农S中发现一条与育性转换关系密切的酯酶同工酶带以后,扩大试验材料,在21份不同的光(温)敏核不育材料的初步研究中,也证明了此带的特异性表达.     

水稻紫黄质脱环氧化酶基因的克隆、体外表达及酶促反应

从水稻中克隆了紫黄质脱环氧化酶（VDE）基因，其全长cDNA序列为1887bp，编码446个氨基酸，其中转运肽长98个氨基酸，构建了该基因的原核表达载体pET-Rvde，在0.4mmol/L IPTG的诱导下，外源蛋白大量表达，其分子量与天然的VDE蛋白一致，表达量随诱导时间而增加。Western杂交表明表达蛋白与VDE的多克隆抗体有免疫反应，将表达蛋白用于紫黄质的脱环氧化反应，吸收光谱及HPLC分析结果表明，表达蛋白能在体外催化紫黄质转变成为玉米黄质和环氧玉米黄质。     

天然雌核发育银鲫与两性生殖彩鲫卵母细胞中蛋白激酶基因表达差异的比较

采用mRNA差异显示方法 ,以蛋白激酶基因家族保守区设计 5′引物 ,比较天然雌核发育银鲫和两性生殖彩鲫卵母细胞中蛋白激酶基因的表达 .结果表明 ,以引物T12 MA ,T12 MC和T12 MG合成的cDNA第 1链分别再经蛋白激酶特异引物扩增所得到的PCR条带数目和分布模式各不相同 .从胶上总共回收并克隆了 2 1个cDNA片段 ,对其中 3个做了Northern杂交验证 ,有 2个在彩鲫卵母细胞中特异表达 ,另 1个在银鲫中特异表达 .     

人肝组织中新的C_2H_2型锌指蛋白编码序列的批量分离与克隆

为了探讨人肝组织中C2 H2 型锌指蛋白基因的分布数目以及克隆新的锌指蛋白基因 ,设计了简并PCR引物 ,扩增基因组DNA ,以其中的 2个扩增片段为探针筛选人肝cDNA文库 ,获得了近百个阳性克隆 .对其中的 2 0个cDNA片段进行了末端测序和同源检索 ,证明 1 5个为新的锌指基因片段 .对其中的 4个cDNA片段进行了组织表达谱分析 ,Northern杂交显示 :L5 5为肝、胰脏高度表达 ;其余为广谱表达 .利用FISH将其中的 2个片段L2_9和L5_5分别定位于 1 9q1 3.3和 1 8q1 2 .1 .     

白芷细胞外ECBP21全长cDNA克隆

ECBP21是从白芷悬浮培养细胞外检测并纯化的一种依赖钙的钙调素结合蛋白。利用RT－PCR和5‘-RACE方法，获得其cDNA全长。ECBP21 cDNA全长947bp，编码216个氨基酸，其中N端1－25氨基酸为信号肽，26－216氨基酸为成熟蛋白肽段，而且26－45氨基酸序列与纯化ECBP21N末端测序结果完全一致。将此cDNA成熟蛋白编码区核苷酸片段导入pET-28b( )表达载体中，并在大肠杆菌表达系统中诱导表达，经CaM-Gel overlay检测证实表达蛋白具有Ca^2 依赖的钙调素结合特征，从而进一步证实了cDNA克隆的正确性。这为进一步用分子生物学方法研究植物细胞外多肽ECBP21的生物学功能奠定了基础。