第6期张中保等:玉米干旱诱导表达基因ZmCKS2的克隆与表达分析947
ZmCKS2基因上游2.4kb的序列,以此序列设计多对引物组合,以玉米自交系CNl65基因组DNA为模板进行扩增,最终有一对引物在玉米自交系CNl65中扩增出2041bp的序列,所用的引物为CKSp-FP:5'-GTGGTAGTTGACATTGGCGAAGAT-3’和CKSp—RP:5,.GAAGGCGAGGGTTTCACATCTAC.3’,扩增程序为94℃预变性5min;94℃30S,60℃30S,72℃90S,40个循环;72"C延伸10min。将扩增得到的PCR产物连接至pMDl8.T载体,进行序列测定,重复3次。1.6实时荧光定量PCR分析
依据qRT-PCR引物设计要求,使用primerpremier5.0设计ZmCKS2特异引物(qFP:5'-CGACACCTATGAATACAGGCACG一3’和qRP:5'-TCCTGCTGCTGCTGGTAGTTGAT.3’),扩增长度为198bp。玉米内参基因GAPDH(甘油醛.3一磷酸脱氢酶,
glyceraldehyde-3-phosphatedehydrogenase)用于数据分析时对不同样品cDNA模板量进行校准,所用引
物为5'-CCCTTCATCACCACGGACTAC.3’和5’一AACCTTCTrGGCACCACCCT-3’。20uLPCR扩增体系含:10止2xSYBRPremixExTaq(TaKaRa,大连),正反向引物各0.2I.tmolL-1和模板cDNA50-100ng。应用qRT-PCR专用96孔板(Axygen,美国)和高透光率封口膜(Axygen,美国),荧光定量PCR仪IcyclerReal—TimePCRSystem(Bio.Rad,美国)和ABl7000(ABIPrism,美国)进行qRT-PCR分析,每个样品3次重复。PCR程序为95℃2min;95℃5S,58℃15S,72℃20S,共40个循环;相对表达量Foldchange=2-从c1。,此处△△Cr=(cT锄c艘一cT.GAPDH)赴H一(cr.ZmCKS2一Cr一('^PD日)对照‘训o
1.7生物信息学分析
应用在线工具(http://www.iut-arles.up.univ—mrs。
fr/w3bb/d_abirn/compo.P.html)分析ZmCKS2蛋白的分子量和等电点;应用NCBI数据库中CDART(ConservedDomainArchitectureRetrievalTool,http://WWW.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/lexington/lexington.cgi?cmd=rps)分析保守结构域;应用Clustalxl.83进行多序列比对;应用MEGA4.0进行进化树分析。利用启动子在线分析软件Promoter2.0(http://www.cbs.dtu.dk/services/Promoter/)进行启动子区的预测分析,并利用PLACE(plantcis—actingregulatoryDNAele—merits,http://www.dna.affrc.go.jp/PLACE/)对启动子顺式调控元件进行预测。2结果与分析
2.1ZmCKS2基因cDNAs的克隆和序列分析序列分析表明,ZmCKS2基因cDNA全长(GenBank登录号为GU556566)611bp(图1),开放阅读框267bp,编码88个氨基酸,预测分子量为1.06kD,等电点pI9.41。
图l玉米ZmCKS2基因的扩增结果
Fig.1PCRamplifiedproductsofZmCKS2
l:PCR产物:CK:阴性对照(ddH20);M:分子量标准Trans2K。
l:PCRproducts;CK:negativecontrolfddH20);M:molecular
markerTrans2K.
2.2多序列比对及进化树分析
以ZmCKS2基因氨基酸序列为信息探针,应用NCBI中Blastp程序比对GenBank的NR(non—redundant)数据库及拟南芥、水稻数据库,从拟南芥、水稻、小麦、高粱、大豆及甘薯等植物中筛查出多个CKS蛋白,表明CKS蛋白普遍存在于高等植物中。将拟南芥两个CKS蛋白CKSl、CKS2和水稻、小麦、高粱、大豆的CKS蛋白与ZmCKS2蛋白进行多序列比对,发现CKS结构域在所有比对的蛋白中高度保守,但是在其C末端保守性较差(图2)。
为了进一步研究ZmCKS2蛋白与其他CKS类蛋白的亲缘关系,构建了包含ZmCKS2以及其他lO个作物共12个CKS蛋白的系统进化树(图3)。结果表明,ZmCKS2与高粱CKS及水稻的OsCKS聚在一个分支,说明它们具有较近的亲缘关系。
2.3ZmC嬲2基因组DNA序列扩增及分析ZmCKS2基因组DNA在CNl65中全长479bp
(图4),在B73中长度为490bp,均包含3个外显子和2个内含子;2个基因组DNA同源性为96%,在第2个内含子中存在7个碱基的差异。同时B73中
DNA存在一个21碱基的poly(C)2I,而CNl65中为
作物学报第36卷
图2ZmCKS2与拟南芥、水稻、小麦、高粱和大豆CKS蛋白多序列比对
Fig.2AminoacidalignmentofZmCKS2withCKSproteinsfromArabidopsis,rice,wheat,sorghum,andsoybean
82CKS2
lpomoeatrifida
29jCKSllpomoeamfida
51IL———一AtCKSArabidopsisthaliana
厂1广一cKsc绷P胁s妇脚捃
叫51H==。一。椭
AtCKS2Arabidopsisthaliana
——CKSl
Populustrichocarpa
CKSmfic柳laestivum
OsCKSIOryzasativa
●ZmCKS2Zeamoy¥
65‘。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。一CKSSorghumbicolor
F———叫
0.0l
图3不同植物中CKS蛋白与ZmCKS2的聚类分析
Fig.3PhylogeneticanalysisofCKSfromdifferentplantsandZmCKS2
应用MEGA4.O软件分析植物中CKS蛋白的亲源关系。
TheMEGA4.0programwasusedtoshowtherelationshipbetweenthemembersoftheCKSinplants
图4玉米ZmCKS2基因组DNA扩增结果F-g.4PCRamplifiedproductsofZmCKS2genomicDNA1-2:PCR产物;M:分子量标准Trans2K。
l—2:PCRproducts;M:molecularmarkerTrans2K.
poly(C)6(T)3,缺少该poly(C)21(图5)。经MaizeGDB比对分析,ZmCKS2基因位于玉米第一染色体binl.01。
2.4ZmCKS2基因启动子的获得和反式作用元件的分析
ZmCKS2基因启动子序列的PCR产物电泳结果见图6,测序结果表明,扩增片段为2041bp,与预测序列一致。应用植物启动子及其反式元件在线数据库PLACE对ZmCKS2启动子顺式作用元件进行预测。分析结果显示,ZmCKS2基因启动子存在典型的TATA.box和CAA.T-box(表1)。同时发现ZmCKS2启动子存在早期应答脱水胁迫顺式作用元件ABRELATERDl以及响应高盐、冷等非生物胁迫的顺式元件DRECRTCOREAT和wBOXNTERF3等。还有与水杨酸、氧化胁迫以及铜离子胁迫相关的顺式作用元件ASFlMOTIFCAMV和CURECORECR等。此外。还发现与胚、胚乳及种子发育相关的调控元件CANBNNAPA以及光诱导、昼夜节律调节的典型顺式作用元件.10PEHVPSBD。
2.5ZmCKS2基因在玉米不同器官中的表达分析应用实时荧光定量RT-PCR技术检测Z锄C硒2基因在玉米幼叶、幼根、开花期根、穗位叶、花丝、幼穗、雄穗及幼胚中mRNA水平的表达。结果表明,ZmCKS2基因在玉米幼穗中的表达远高于幼根中。此外,ZmCKS2基因在玉米幼胚中的表达量也较高,但在幼叶中的表达量相对较低(图7),说明ZmCKS2
基因可能与幼穗的生长与发育及幼胚发育密切相关。
第6期张中保等:玉米干旱诱导表达基因ZmCKS2的克隆与表达分析949
图5自交系B73与CNl65中ZmCKS2基因组DNA比较分析
Fig.5AnalysisofZmCKS2genomicDNAinmaizeinbredlinesB73andCNl65
图6玉米Zma龉2启动子扩增结果
Fig.6PCRamplifiedproductsotzmcKs2promoter
1-2:PCR产物(2041bp);CK:阴性对照(ddH20);M:分子量标
准Trans2K。
I一2:PCRproducts(2041bp);CK:negativecontrol(ddH20);
M:molecularmarkerTrans2K.2.6Zm删基因应答逆境胁迫表达分析我们从前期构建的SSH文库19i,发现ZmCKS2基因受土壤干旱胁迫诱导上调表达,为了进一步研究该基因在逆境胁迫应答中的表达模式,用脱水干旱、低温(4℃)、NaCl(250mmolL.1)、ABA(100ttmolL_1)和MeJA(100gmolL-1)处理玉米自交系CNl65三叶期幼苗,分别研究ZmCKS2基因在CNl65地上部分和地下部分的表达模式(ABA和MeJA处理只研究地上部分)。结果表明,在脱水处理下,ZmCKS2基因在地上部分和地下部分均表现上调表达趋势。地上部分在处理2h后上调表达2倍(上调表达2倍为显著上调表达;下调表达0.5倍为显著下调表达),至10h上调表达3.5倍;而在地下部分,处理至24h时,上调倍数达到2.1(图8.A)。
在NaCl处理条件下,无论是地上部分还是地下部分,均未达到显著的上调或下调表达趋势(图8.B)。在4"C低温处理条件下,地下部分无显著变化,而地上部分表现下调表达的趋势,处理1h后,下调表达即达对照的O.25倍,处理至10h和24h时,下调表达倍数分别为0.16和0.30(图8.C)。
ZmCKS2基因在应答ABA和MeJA两个外源激素处理时表现出不同的表达模式,在ABA处理下为下调表达,而在MeJA处理下为上调表达。ABA处理l、2、5和10h,ZmCKS2下调表达倍数分别为0.43、0.87、0.7l和0.46(图8.D)。MeJA处理5h时上调表达至2.1倍(图8.E)。
本结果表明ZmCKS2基因在应答干旱胁迫和MeJA时表现上调表达趋势,而在低温处理时表现下调表达趋势。而且这些应答过程可能是通过不依赖ABA途径进行的。
3讨论
干旱是影响植物生长发育最重要、最普遍的逆境因子【101。植物主要通过两类基因对其进行反应,一是启动参与信号转导和调节代谢途径的基因,二是启动编码胁迫耐受蛋白以及参与结构和功能代谢相关酶的基因【n-12]。本研究从玉米中克隆了一个受干旱胁迫诱导的CKS家族基因,其编码产物与拟南芥AtCKS2相似性很高,被命名为ZmCKS2基因。多序列比对及进化树分析表明,该基因编码蛋白与高粱和水稻的CKS蛋白相似性最高,分别为82%和81%;与拟南芥AtCKSl和AtCKS2蛋白相似性分别
是78%和77%。
952
作物学报
第36卷
Methods,2001。25:加2—408
【9】I.iH—Y(李会勇),HuangS-H(黄素华),ZhaoJ-R(赵久然),Wang
F-G(王风格),珏柚gZ-B(张中保),MaoY—H(毛毅辉),Wang
X-T(王秀堂)'ShiY—S(石云素),SongY?c(宋燕春),WangG—Y(王国英),LiY(黎裕),WangT-Y(王天宇).Isolatingsoil
drought-inducedgenesfrommaizeseedlingsleavesthroughsup-pressionsubtraetivehybridization.Sci
Agric
Sin(中国农业科
学),2007,40(5):882—888(inChinesewithEnglishabstract)【10】Lj乙L(李智念),WangG—M(王光明),Zengz-w(曾之文).1k
studyonABAinplantunder
drou【ghtSffeSS.AgricResintheArid
Areas(干旱地区农业研究),2003,21(2):99—104(in
Chinese
withEnglishabstract)
【l1】SekiM,KameiA,Yamaguchi-Shinozakil【’ShinozakiK.Mo-
leeularresponses
to
drought,salinityandfrost:comnlonanddif-
ferentpathsforplantprotection.CurrOpinBiotech,2003。14:194一199
《进化》
ShinozakiK,Yamaguchi-Shinozakil('SekiM.Regulatory
net-
workofgeneexpressioninthedroughtandcold
stress
responses.
CurtOpinPlantBiol,2003,6:410_417
VandepoeleK,RagsJ,DeVeylderL,Rouz6ERombautsS,Inz6
D.Genome—wideanalysisof
corc
cellcyclegenesinArabidopsis.
PkntCell。2002,14:903—916
DillR
F’KerrFKde
Figueiredo只DelrowJ,ComaL,NesterE
W.TheArabidopsisthalianatranscriptomeinresponse
tOAgro?
bacteriumtumefaciens.MolPlant-MicrobeInteract。2006。19:
665—68l
GuanY.NothnagelEA.BindingofarabinogalaetanproteinsbyYariv
phenylglycosidetriggerswound?-likeresponsesinArabi??
dops妇cellcultures.PlantPhysiol,2004,135:1346一1366
XieX-z(谢先芝).WuN-H(吴乃虎).Introninhighplant.ChinSci
Bull(科学通报),2002,47(17):731—737(inChinesewith
English
abstract)
科学出版社生物分社新书推介
(英)巴顿等著;宿兵等译
978.7—03-027175.4
¥168.00元(含光盘)2010年4月出版
本书是一部全面、系统介绍进化生物学的教科书。本书的作者均是多年从事进化生物学研究并对本领域有卓越贡献的欧美学者。本书涵盖了进化生物学的产生和发展的历史,从西方早期的自然神学到达尔文的进化论。本书介绍了进化生物学的重要科学问题和相应的研究领域,如生命的起源、物种形成与生命多样性产生的机制、体制发育的进化、突变和遗传重组、DNA和蛋白质的变异、生命复杂性状的遗传基础、自然选择在分子水平的作用机制、进化中的冲突与合作、进化中新性状的产生以及人类起源和进化的历史等。本书的讲述深入浅出并提供了大量实际研究的例证和精美直观的图表。本书适合于作为本科生和研究生的专业教材,同时也是从事生命科学研究的学者不可多得的参考书。
欢迎各界人士邮购科学出版社各类图书(免邮费)
邮购地址:北京东黄城根北街16号
科学出版社科学出版中心生命科学分社邮编:100717联系人:周文宇(OlO.64031535)
网上订购:http://www.dangdang.corn;http:/,wwwjoy.com;http://www.amazon.on;http:Hwww.beifabook.GOre
更多精彩图书请登陆网站http://www.1ifescience.COrn.cn,欢迎致电索要书目
m
m
畔
吣
嘶
玉米干旱诱导表达基因ZmCKS2的克隆与表达分析
作者:黎裕, 张中保, 卢敏, 李会勇, 张登峰, 刘颖慧, 石云素, 宋燕春, 王天宇,ZHANG Zhong-Bao, LU Min, LI Hui-Yong, ZHANG Deng-Feng, LIU Ying-Hui, SHI
Yun-Su, SONG Yan-Chun, WANG Tian-Yu, LI Yu
作者单位:黎裕,张中保,卢敏,张登峰,石云素,宋燕春,王天宇,ZHANG Zhong-Bao,LU Min,LI Hui-
Yong,LIU Ying-Hui,SONG Yan-Chun,WANG Tian-Yu,LI Yu(中国农业科学院作物科学研究所
,北京,100081), 李会勇,ZHANG Deng-Feng(中国农业科学院作物科学研究所,北京
,100081;河南省农业科学院粮食作物研究所,河南郑州,450002), 刘颖慧,SHI Yun-Su(中国
农业科学院作物科学研究所,北京,100081;河北北方学院,河北张家口,075000)
刊名:
作物学报
英文刊名:ACTA AGRONOMICA SINICA
年,卷(期):2010,36(6)
参考文献(16条)
1.Huntley R P.Murray J A H The plant cell cycle 1999
2.Dewitte W.Murray J A H The plant cell cycle 2003
3.Reynard G J.Reynolds W.Verma R.Deshaies R J Cksl is required for Gl cyclin-cyclin-dependent kinase activity in budding yeast 2000
4.Martinsson-Ablzen H.Liberal V.Grilnenfelder B.Chaves S R Spruck C H Reed S I Cyclin-dependent kinase-associated proteins Cksl and Cks2 are essential during early embryogenesis and for cell cycle progression in somatic cells 2008
5.De Veylder L.Segers G.Glab N.Casteels P Van Montagu M Inze D The Arabidopsis Cksl At protein binds the cyclin-dependent kinases Cdc2aAt and Cdc2bAt 1997
6.Jacqtnard A.De Veylder L.Segers G.de Almeida Engler J Bernier G Montagu M V Inze D Expression of CKSlAt in Arabidopsis thaliana indicates a role for the protein in both the mitotic and the endoreduplication cycle 1999
7.Vandepoele K.Raes J.De Veylder L.Rouze P Rombauts S Inze D Genome-wide analysis of core cell cycle genes in Arabidopsis 2002
8.Livak K J.Schmittgen T D Analysis of relative gene expression data using Real-time quantitative PCR and the 2-△△CT method 2001
9.李会勇.黄素华.赵久然.王凤格.张中保.毛毅辉.王秀堂.石云素.宋燕春.王国英.黎裕.王天宇Isolating soil drought-induced genes from maize seedlings leaves through suppression subtractive hybridization 2007(5)
10.李智念.王光明.曾之文The study on ABA in plant under drought stress 2003(2)
11.Seki M.Kamei A.Yamaguchi-Shinozaki K.Shinozaki K Molecular responses to drought,salinity and frost:common and different paths for plant protection 2003
12.Shinozaki K.Yamaguchi-Shinozaki K.Seki M Regulatory network of gene expression in the drought and cold stress responses 2003
13.Vandepoele K.Raes J.De Veylder L.Rouze P Rombauts S Inz(e) D Genome-wide analysis of core cell cycle genes in Arabidopsis 2002
14.Ditt R F.Kerr F K.de Figueiredo P.Delrow J Coma L Nester E W The Arabidopsis thaliana
15.Guan Y.Nothnagel E A Binding of arabinogalactan proteins by Yariv phenylglycoside triggers wound-like responses in Arabidopsis cell cultures 2004
16.谢先芝.吴乃虎Intron in high plant 2002(17)
本文链接:https://www.wendangku.net/doc/195061797.html,/Periodical_zuowxb201006008.aspx