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大麦HvGPAT5基因的克隆与表达分析

生物学杂志 2024年

作者：马健芝杨成兰杜明阳罗天蓉多杰措熊辉岩段瑞君青海大学农牧学院青海大学生态环境工程学院

甘油-3-磷酸酰基转移酶(Glycerol-3-phosphateacyltransfe rase,GPAT)是一类脂质生物合成过程中的关键酶,在植物生长发育和抗逆性相关的基本细胞代谢中起重要作用。以大麦‘Morex’为材料,克隆得到HvGPAT5基因,并对其进行生物信息学以... 详细信息

甘油-3-磷酸酰基转移酶(Glycerol-3-phosphateacyltransfe rase,GPAT)是一类脂质生物合成过程中的关键酶,在植物生长发育和抗逆性相关的基本细胞代谢中起重要作用。以大麦‘Morex’为材料,克隆得到HvGPAT5基因,并对其进行生物信息学以及非生物胁迫下表达水平的分析。结果表明:HvGPAT5编码区全长1203 bp,编码400个氨基酸,编码蛋白为碱性不稳定疏水蛋白,具有4个跨膜结构域,亚细胞定位预测位于细胞膜;保守结构域分析推测,HvGPAT5蛋白具有酰基转移酶结构域,是典型的GPAT家族基因;系统进化结果表明,HvGPAT5与小麦同源蛋白的亲缘关系最近,与拟南芥ATS1归于同一亚家族;蛋白互作分析显示,HvGPAT5作为核心基因与大麦GPAT蛋白家族其他成员存在密切的相互作用关系。时空表达分析表明该基因在叶中表达量相对较高,但在其他各组织中均呈现较低表达量。同时该基因在逆境胁迫下(干旱、盐、低温)根和叶中相对表达量均显著上调,说明HvGPAT5基因积极参与大麦的非生物胁迫响应并可能发挥正调控作用。研究为后续深入探索HvGPAT5基因的生物学功能研究奠定基础,也为大麦的抗逆性研究提供候选基因。

关键词：大麦 HvGPAT5 基因克隆非生物胁迫表达分析

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青稞GPAT基因家族全基因鉴定及表达分析

植物生理学报 2022年第10期58卷 2006-2016页

作者：杨成兰祁存英马银花熊辉岩段瑞君青海大学生态环境工程学院西宁810000 青海大学农牧学院西宁810000

甘油-3-磷酸酰基转移酶(glycerol-3-phosphate acyltransferase,GPAT)是一类膜结合酶,催化甘油脂质生物合成的起始步骤,在植物生长、发育和逆境胁迫反应过程中发挥着重要作用。本研究利用青稞‘拉萨钩芒’和‘藏青320’基因组为参考基因... 详细信息

甘油-3-磷酸酰基转移酶(glycerol-3-phosphate acyltransferase,GPAT)是一类膜结合酶,催化甘油脂质生物合成的起始步骤,在植物生长、发育和逆境胁迫反应过程中发挥着重要作用。本研究利用青稞‘拉萨钩芒’和‘藏青320’基因组为参考基因组,通过鉴定青稞GPAT基因家族成员,开展其基因结构、进化关系、顺式作用元件等生物信息学分析,并对其非生物胁迫下表达模式进行分析。结果表明:共鉴定出21个青稞GPAT家族成员,按染色体位置命名为HvGPAT1~HvGPAT21,除HvGPAT21基因染色体位置未知,其余20个基因不均匀分布在青稞7条染色体上。理化性质分析表明该家族成员编码213~847个氨基酸,理论等电点在4.93~10.58。系统进化分析将其分为三类,GroupⅠ类(6个)、GroupⅡ类(1个)和GroupⅢ类(14个),各类间基因结构和保守基序差异明显;在HvGPATs基因启动子区域广泛预测到3种胁迫响应元件[防御和压力响应元件(TC-rich repeats)、干旱响应元件(MBS)、低温响应元件(LTR)]和5种激素响应元件[脱落酸反应元件(ABRE)、生长素响应元件(TGA-element)、赤霉素响应元件(GARE-motif和P-box)、茉莉酸甲酯(MeJA)反应元件(TGACG-motif和CGTCA-motif)和水杨酸反应元件(TCA元件)],表明该家族与非生物胁迫有关。qRT-PCR分析表明:冷胁迫下HvGPAT1在叶中表达量相对较高,HvGPAT14和HvGPAT18在根中表达量升高;干旱胁迫下HvGPAT14在叶中的表达量上调;盐胁迫下HvGPAT4和HvGPAT18在叶中的表达量显著升高,HvGPAT4在根中表达量会显著上升。

关键词：青稞甘油-3-磷酸酰基转移酶基因家族系统进化分析实时荧光定量PCR

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大麦光合碳途径关键酶基因的生物信息学分析

分子植物育种 2023年

作者：孙和折段瑞君巨霞云佳锐熊辉岩田丰青海大学农牧学院青海大学生态环境工程学院

高等植物光合作用碳同化过程，不同关键酶的活性决定着光合效率。C4途径中的酶系不仅存在于C4植物，而且也存在于C3植物。为探索大麦中碳同化途径的分子机制，本研究对大麦碳同化途径光合关键酶基因(Rubisco， PEPC， PPDK， NADP-ME， ... 详细信息

高等植物光合作用碳同化过程，不同关键酶的活性决定着光合效率。C4途径中的酶系不仅存在于C4植物，而且也存在于C3植物。为探索大麦中碳同化途径的分子机制，本研究对大麦碳同化途径光合关键酶基因(Rubisco， PEPC， PPDK， NADP-ME， NADP-MDH)进行了鉴定，开展了这些基因的染色体定位、基因保守结构域分析、基因序列比对与系统进化、蛋白空间结构分析以及基因的组织特异性表达分析。结果表明，大麦光合关键酶基因除4号染色体外均有分布，基因保守结构域特征与小麦、玉米等禾本科作物没有差异。经序列对比，大麦与小麦光合关键酶氨基酸序列高度同源，三级空间结构与玉米的相似度较高。组织表达特异性显示，大麦叶片、颖片、外稃和芒中均有表达，其中PPDK、NADP-ME、NADP-MDH、RbcL和RbcS在叶片中的表达最高，PEPC在雄蕊中的表达较高。本研究结果将有助于大麦光合碳同化生理特性及其调控机制的深入研究。

关键词：大麦光合关键酶碳同化生物信息学

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青稞HtLTP1基因转基因功能研究

青稞HtLTP1基因转基因功能研究

第二十届中国作物学会学术年会

作者：多杰措马健芝熊辉岩段瑞君青海大学农林科学院青海柴达木职业技术学院青海大学生态环境工程学院青海大学农牧学院

【研究背景】裸大麦(Hordeum vulgare L. var. nudum)在青藏高原被称为"青稞",藏语中称为"尼",主要生长在高海拔高寒地区,是青藏高原最重要和最具特色的作物之一。而植物脂质转移蛋白(lipid transfer protein, LTPs)是一种小分子碱性蛋... 详细信息

【研究背景】裸大麦(Hordeum vulgare L. var. nudum)在青藏高原被称为"青稞",藏语中称为"尼",主要生长在高海拔高寒地区,是青藏高原最重要和最具特色的作物之一。而植物脂质转移蛋白(lipid transfer protein, LTPs)是一种小分子碱性蛋白,可调控植物生长发育的多个过程,并与脂质转移、角质层形成以及胁迫响应相关,属于复杂的多基因家族;以前期研究的大麦LTPs基因家族为基础,从青稞中克隆得到HtLTP1基因,该基因的开放阅读框全长为354 bp,编码118个氨基酸,具备脂质转运蛋白的8个半胱氨酸残基(8CM)特性,其空间结构主要由α-螺旋结构和无规则卷曲结构组成。在冷、旱、盐胁迫下,HtLTP1在根中相对表达量显著上调,但在冷胁迫下叶中表达受抑,与大麦胁迫后的表达存在差异。【材料与方法】以青稞HtLTP1基因为研究对象,通过拟南芥培养、表达载体构建、拟南芥遗传转化、转基因拟南芥植物纯合体的筛选以及青稞HtLTP1转基因拟南芥表型与生理指标的测定来初步探究胁迫高响应的青稞HtLTP1基因的功能;【结果与分析】构建由CaMV35S启动子所驱动的HtLTP1基因超表达载体;对拟南芥进行浸花法转化后,通过3代潮霉素筛选和分子验证确定转基因拟南芥T3代1号、2号、3号为突变株纯合体;对拟南芥转基因进行表型分析发现其发芽率、根长均大于野生型,株高及叶片总数均小于野生型,抽薹及开花时间均早于野生型;在冷、旱、盐非生物胁迫处理下,转基因纯合株系MDA含量维持在较低水平,明显低于野生型。在旱胁迫处理下,两个转基因纯系中的SOD、POD和CAT酶活性明显高于野生型,可以推出HtLTP1过量表达的转基因纯系体通过提高SOD、POD和CAT酶的活性来减少体内ROS的积累,减轻细胞膜的损伤程度。【结论】为深入探究HtLTP1基因在青稞抗逆生理中的作用,对获得转基因拟南芥纯合株系进行表型及生理分析发现,在冷、旱、盐三种非生物胁迫下,HtLTP1基因的过表达增强SOD、POD、CAT活性,从而加强细胞膜的稳定性。本研究为进一步研究HtLTP1基因的功能奠定了一定的工作基础,同时也为青稞抗逆基因工程改良提供候选基因。

关键词：青稞非特异性脂质转移蛋白转基因拟南芥表型生理指标

来源： cnki会议评论

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唐古特大黄叶柄的营养成分分析

天然产物研究与开发 2003年第6期15卷 515-517页

作者：熊辉岩张晓峰中国科学院西北高原生物研究所

对唐古特大黄植物地上部分基生和茎生叶柄的常规营养成分及维生素C、氨基酸、无机元素和有机酸进行了分析 ,结果表明 ,叶柄蛋白质含量较高 ,为 5 .84 % ,氨基酸组成全面 ,含量丰富 ;含有丰富的人体必需无机元素和较高含量的苹果酸。

关键词：唐古特大黄叶柄营养成分蓼科大黄属

冷胁迫下大麦幼苗根质膜水通道蛋白基因的表达

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植物生理学报 2014年第8期50卷 1203-1208页

作者：段瑞君熊辉岩且原真木青海大学生态环境工程学院西宁810016 青海大学农牧学院西宁81001 冈山大学资源植物科学研究所

植物质膜水通道蛋白(plasma membrane intrinsic proteins,PIPs)是位于细胞质膜上具有选择性、高效转运水分的一类膜内在蛋白,参与植物生长发育的多个生理活动。本研究以大麦‘Haruna-nijo’为材料,对水培幼苗进行4℃冷胁迫,采用实时荧... 详细信息

植物质膜水通道蛋白(plasma membrane intrinsic proteins,PIPs)是位于细胞质膜上具有选择性、高效转运水分的一类膜内在蛋白,参与植物生长发育的多个生理活动。本研究以大麦‘Haruna-nijo’为材料,对水培幼苗进行4℃冷胁迫,采用实时荧光定量PCR技术对胁迫期(4℃,48 h)和温度恢复期(16℃,48 h)两个过程的水通道蛋白PIPs基因表达进行了分析;同期测定了根水导度(Lpr)、根长和苗高,分析冷胁迫下大麦根PIPs基因的表达与水分生理的关系。结果表明:大麦幼苗经4℃低温胁迫48 h后,苗的生长明显受抑,根的生长无显著变化;温度恢复48 h后,苗恢复生长,根的生长无显著变化;根水导度在胁迫期下降,恢复期急剧升高,均无显著差异。实时荧光定量PCR结果显示,根中表达量最高的是HvPIP1;2和HvPIP1;3,最低的是HvPIP1;1和HvPIP2;3;冷处理后HvPIPs表达量与对照比较总体下降,其中HvPIP1;2、HvPIP1;3、HvPIP1;4、HvPIP1;5、HvPIP2;1、HvPIP2;2明显下调。恢复后大多数HvPIPs表达量增加,HvPIP1;1、HvPIP1;2、HvPIP1;5、HvPIP2;3显著增加,HvPIP1;4、HvPIP2;5表达量降低,但无显著差异。研究发现,冷胁迫后大麦根HvPIPs的表达情况总体下调,恢复生长大部分HvPIPs上调,结合根水导度的变化,推测大麦HvPIPs在抗冷反应中的作用复杂,冷害的不同阶段HvPIPs对水分吸收所起的作用不同。

关键词：大麦水通道蛋白冷胁迫基因表达

大黄属三种植物不同部分提取物清除羟基自由基的体外实验研究

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食品科学 2003年第1期24卷 128-130页

作者：熊辉岩张晓峰谭大风巨霞中国科学院西北高原生物研究所西宁810001 青海大学农牧学院农学系西宁810003

利用Fenton反应产生的羟基自由基,采用比色法对大黄属药用植物:唐古特大黄、波叶大黄、穗序大黄不同部分提取液清除羟基自由基的活性进行了研究,结果表明:三种植物不同部分的提取液均有一定的清除羟基自由基的能力,清除能力因种、植株... 详细信息

利用Fenton反应产生的羟基自由基,采用比色法对大黄属药用植物:唐古特大黄、波叶大黄、穗序大黄不同部分提取液清除羟基自由基的活性进行了研究,结果表明:三种植物不同部分的提取液均有一定的清除羟基自由基的能力,清除能力因种、植株部分和提取方法的不同而异。三种植物中清除率最高的部分分别是:唐古特大黄根及根茎的水提液,为79.0%;波叶大黄叶片的乙醇提取液,为84.5%;穗序大黄叶片水提液和叶柄的乙醇提取液,分别为70.1%和70.7%。正品大黄植株地下部分清除率较非正品高,但地上部分清除率却低于非正品。

关键词：大黄提取物清除羟基自由基根茎叶叶柄药用抗氧化

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植物源性食物过敏原nsLTPs的研究进展

生命的化学 2022年第3期42卷 438-444页

作者：祁存英多杰措熊辉岩段瑞君青海大学生态环境工程学院西宁810016 青海柴达木职业技术学院德令哈817099 青海大学农牧学院西宁810016

植物非特异性脂质转运蛋白(nsLTPs)是食物中主要的过敏原,其三维结构高度保守,在胃肠道消化酶或食物加工处理过程中表现了超强的稳定性;其致敏病例呈特殊的地理分布,不同来源的nsLTPs过敏原具有广泛的IgE交叉反应性。该文就植物nsLTPs... 详细信息

植物非特异性脂质转运蛋白(nsLTPs)是食物中主要的过敏原,其三维结构高度保守,在胃肠道消化酶或食物加工处理过程中表现了超强的稳定性;其致敏病例呈特殊的地理分布,不同来源的nsLTPs过敏原具有广泛的IgE交叉反应性。该文就植物nsLTPs的蛋白结构、生物学功能及其作为典型食物过敏原的特性等展开综述,旨在为减轻该蛋白引起的食物和花粉过敏反应研究提供理论基础。

关键词：植物非特异性脂质转运蛋白食物过敏稳定性植物非特异性脂质转运蛋白综合征

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大麦驯化的主要性状及其相关基因

麦类作物学报 2014年第5期34卷 717-723页

作者：段瑞君陈国雄熊辉岩中国科学院寒区与旱区环境与工程研究所甘肃兰州730000 青海大学生态环境工程学院青海西宁810016 青海大学农牧学院青海西宁810016

大麦(Hordeum vulgare L)是位于小麦、水稻和玉米之后的世界第四大主要作物。从野生物种转变为栽培种的驯化过程中,大麦的许多性状发生了改变。大量研究发现,这些驯化过程中变化的主要性状,都是相关基因突变导致功能丧失的结果,而且已... 详细信息

大麦(Hordeum vulgare L)是位于小麦、水稻和玉米之后的世界第四大主要作物。从野生物种转变为栽培种的驯化过程中,大麦的许多性状发生了改变。大量研究发现,这些驯化过程中变化的主要性状,都是相关基因突变导致功能丧失的结果,而且已克隆的驯化基因多数为转录因子。本文对非脆穗轴、六棱穗和裸颖果等大麦驯化的主要性状及其相关基因的研究进展进行了综述,以期为相关研究提供参考。

关键词：大麦驯化基因