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烟草CONSTANS同源基因的克隆与分析

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中国烟草科学Chinese Tobacco Science 2013-06,34(3) 烟草CONSTANS同源基因的克隆与分析 陆 莹 ,一,刘艳华 ,任 民 ,牟建民 ,张兴伟 ,一,孙玉合 ,王志德 (1.中国农业科学院烟草研究所,青岛266101;2.中国农业科学院研究生院,北京100081) 摘要:日照长度影响植物的生长发育,在拟南芥中CONSTANS是植物光周期开花途径中的关键基因。利用同源序列法结 合RACE技术从短日照烟草品种Kutsaga.Mammoth10中分离出了开花时间相关的CO(CONSTANS)同源基因,并命名为 NtC01(基因登录号JN022535.1)。经序列分析,NtCO1全长1493 bp,具有完整的开放阅读框(ORF,81~1292 bp),编 码403个氨基酸;具有CO蛋白典型的结构域;氨基末端有两个B.box结构,羧基末端有CCT保守结构域。氨基酸同源性 比对发现,NtCO1与茄科CO同源蛋白一致性最高,同马铃薯CO序列一致性达到86.5%;与拟南芥CO蛋白和水稻Hdl氨 基酸序列一致性也分别达到50%和43.7%。基因表达分析表明,NtCO1在叶片中优势表达,茎中次之,根中最弱。 关键词:CONSTANS(CO)基因;烟草;克隆;分析;NtCO1 中图分类号:¥572.01 文章编号:1007—5119(2013)03.0060.05 DOI:10.3969 ̄.issn.1007.5119.2013.03.12 Molecular Cloning and Analysis of a CONSTANS Homolog frOm Nicotiana tabacum LU Ying I.,LIU Yanhua ,REN Min ,MU Jianmin ,ZHANG Xingwei1,-SUN Yuhe ,WANG Zhide1 ,(1.Tobacco Research Institute ofCAAS,Qingdao 266101,China;2.Graduate School ofCAAS,Beijing 100081,China) Abstract:Day length controls development in many plants.In Arabidopsis thaliana,the ap (co)gene is a key component in the photoperiodic pathway controlling floral transition.A novel cDNA encoding a CO homolog was isolated from Nicotiana tabacum CV.Kutsaga Mammoth 10 and designated NtCO1(GenBank accession number,JN022535.1).The full cDNA sequence was 1493 bp with an open reading frame(ORF)of 121 1 bp,encoding a protein of 403 amino acids.The predicted NtCO1 protein contained two B—box-type zinc fingers and a CCT domain.Analysis based on amino acid sequence alignment showed that NtCO 1 shared high identity with StCO(86.5%)from Solanum tuberosum,AtCO(50%)from A.thaliana and Hdl(43.7%)from Oryza sativa. Semi-quantitative RT-PCR analysis showed that NtCO1 was expressed specifically and strongly in leaf tissues but weakly in stem and root tissues. Keywords:CONSTANS(CO)gene;tobacco;cloning;analysis;NtCO1 开花是植物由营养生长向生殖生长转化的重 要过程,光周期是植物开花的重要途径之一。 CONSTANS基因(CO)编码一个具有锌指结构的 转录因子,是光周期途径中的关键基因 之】。Puttefill 性状基因座利用图位克隆获得Hdl基因,序列分析 表明Hdl基因与CO基因同源。利用模式植物拟南 芥CO基因和水稻Hdl基因的序列,人们利用同源 克隆或筛选文库的方法在小麦[9]、美洲黑杨【1刚、马 铃薯【1lJ等多种植物中均克隆到了CO同源基因。 CO基因对光周期的响应起着关键作用,植物 等【3】最早在拟南芥突变体中采用图位克隆的方法分 离出CONSTANS基因(CO),CO基因编码的CO 蛋白含有与蛋白作用相关的B—box和与核定位有关 的CCT(CO、CO—Like和TOC1)两类重要的保守 首先通过光敏色素(PhyA、PhyB、 yC、PhyD、 PhyE)和隐花色素(Cryl、Cry2)2类光受体接受 光信号,CO基因在光受体和生物节律钟的共同调 结构域[ ]。Yano 埘水稻抽穗期的一个重要数量 20051501号};国家烟草专卖局科技项目“烟草cDNA文库构建及重要基因表达谱研究”(110200701021) 基金项目 中国种质资源平台建设{国烟办综[作者简介 陆莹,女,硕士研究生,研究方向为烟草光周期。E—mail:luying0922@126.com。 通信作者,E—mail:wzdycs@tom.com 修回日期:2012.06.30  12.06 收稿日期 2Ol1第3期 陆莹等:烟草CONSTANS同源基因的克隆与分析 61 控下,表达量呈现节律性变化,CO蛋白下游 基因FT和SOC1的表达控制开花时间 。 大多数烟草品种对光照的反应是中性的,只有 多叶型品种是典型的短日照作物。目前对于烟草光 周期的反应只集中于生理生化的研究[13-15],但烟草 开花的分子机理还不清楚。为更好地理解光周期对 烟草开花的分子机制及CO基因的表达模式和 功能,本研究以多叶型烟草品种Kutsaga Mammoth 10为材料,根据马铃薯CO基因序列设计特异引物, 克隆获得NtCO1基因,分析其结构特征和组织器官 特异性表达。 分别取上述材料各50-1 00 mg用液氮研磨后, 采用Trizol 试剂盒(Invitrogen)提取总RNA,将 所提取的总RNA用TE稀释后分别在260 nm、 280 nm紫外光测定OD值。并用1.2%的琼脂糖凝 胶电泳检测RNA的完整性。NtCO1中间片段获得 和基因表达分析所需的cDNA模板,采用Oliga dt (18)和M.MLV逆转录酶(Promega Cat.NO. M1705)合成。利用SMARTTM RACE cDNA扩增 试剂盒(Clontech Cat.NO.634914)分别合成NtCO1 基因全长获得所需的5 RACE cDNA和3 RACE cDNA。 1材料与方法 1.1材料 1_3烟草CONSTANS基因的克隆及全长获得 将马铃薯(Solanum tuberosum)CO基因序列 (基因序列登录号AM888389.1)在茄科基因数据 库(http://solgenomics.net/)内进行比对,获得7条 供试材料为短Ft照烟草kutsaga mammooth 10 (Nicotiana tabacum CV.Kutsaga.Mammoth 1 0)由 烟草EST序列,使用DNAMAN进行拼接,得到一 条拼接序列。根据这一片段,应用引物设计软件 Primer Premier 5.0设计一对引物CO.F 1和CO—R1。 国家烟草中期库提供,2011年秋种植于中国农业科 学院烟草研究所温室内。种子催芽后播种于育苗 盘,发芽后转入光照培养箱(昼/夜温度为 27℃/22 ̄C,光照强度为700~900 ktmol/m2s,光周期 8~16 h,湿度保持在65%~75%o待幼苗期第3片 真叶长出时取根、茎(第1、2片真叶之间)和第3 以cDNA第一链做模板进行PCR扩增,扩增产物 测序。根据获得序列,设计5 RACE引物CO.RI 和3 RACE引物GSP2,以5 RACE cDNA和 3 RACE cDNA为模板,以GSP1和GSP2及 SMART M ACE RcDNA Amplification Kit提供的通 用引物UPM,进行PCR扩增,克隆、测序获得5 片真叶,待营养生长l0~12片真叶时取根、茎(第 5、6片真叶之间)和第8片真叶,现蕾期取根茎(第 l3、l4片真叶之间)和第15片真叶,液氮速冻后 保存于 70 ̄C备用。 1.2 RNA提取与cDNA第一链的合成 端序列和3 端序列。将5 端序列和3 端序列进行拼 接获得NtCO1基因全长序列。以上引物合成与测序 均在英潍捷基(上海)贸易有限公司进行,引物序 列信息见表1。 表1本实验所用到的引物 Table 1 Primers used in this study 中国烟草科学 Differentiation,2000,67:63—7 1. Plant Cell,2000,12:885-900. 2013年第34卷 [7】Robson F,Costa M M,Hepworth S R,et a1.Functional importance of conserved domains in the flowering—time [13]王秀荣.短日照对烤烟多叶品种生长发育的影响『J]. 中国烟草,1991(3):37 40. gene CONSTANS demonstrated by analysis of mutant alleles and transgenic plants[J].Plant Journal,2001,28: 619—631. [14】颜合洪,赵松义.生态因子对烤烟品种发育特性的影响 [J].中国烟草科学,2001,22(2):15-18. 【15]段玉琪,金磊,杨宇虹,等.短臼照对烤烟花芽分化及 [8]Yano M,Katayose Y,Ashikari M,et a1.Hdl,a major photoperiod sensitivity quantitative trait locus in rice,is closely related to the Arabidopsis flowering time gene 生物学性状的影响[J].中国农业科技导报,2011,13 (3):108—112. CONSTANS[J1.The Plant Cell,2000,12:2473—2483. 『91 Nemoto Y,Kisaka M,Fuse T,et a1.Characterization and functional analysis of three wheat genes with [1 6]Grififths S,Dunford R P,Coupland G,et a1.The evolution of CONSTANS-Like gene families in barley,rice and homologyto the CoNsTANs flowering time gene in Arabidopsis[J].Plant Physio1.,2003,131:1855—1867. 【1 7]Liu J,Yu J,McIntosh L,et a1.Isolation of a CONSTANS ortholog from Pharbitis ni1 and its role in flowering[J]. Plant Physiology,2001,125:1821-1830. transgenic rice[J].Plant Journal,2003,36:82—93. 【10]Yuceer C,Harkess R L,Land S B,et a1.Structure and developmental regulation ot CoNSTANs—LIKE genes isolated from Populus deltoides[J].Plant Science,2002, 163:615-625. [18】Robetr L S,Robson F,Sharpe A,et a1.Conserved structure and function of the Arabidopsis flowering time 【l1]Drobyazina P E,Khavkin E E.A structural homolog of CDA 翻 in potato[J].Russian Journal of Plant Physiology,2006,53(5):698—70 1. gene CONSTANS in Brassica napus[J].Plant Molecular Biology,1998,37:763—772. [19]Zhang J X,Wu K L,Tian L N,et a1.Cloning and characterization of a novel CONSTANS-Iike gene from [1 2]Onouchi H,Igeno M I,Pefilleux C,et a1.Mutagenesis of plants overexpressing CoNSTANs demonstrates novel Phalaenopsis hybrida[J].Acta Physiologiae Plantarum, 201 1,33(2):409—417. interactions among Arabidopsis flowering—time genes[J]. 《烟草科技》2013年第3期目次 05基于烟叶原料化学特性的卷烟配方叶组分组方法………………………………………………王晓辉,易斌,谭国治,等 08 KLD2—3两段式滚筒烘丝机控制模式研究………………………………………………………张炜,刘江生,王道宽,等 12复烤温度对片烟收缩率及大小分布的影响…………………………………………………….徐大勇,李新锋,范明登,等 17基于NI Single—BoardRIO的嵌入式烟支质量控制系统……………………………………………….肖亚平,周密,唐磊 20 FOCKE 700S硬盒包装机烟库分烟隔板的改进………………………………………………………………尊B建娟,马文静 23 FOCKE 750烟包转角输入装置同步齿形带跑偏问题的解决……………………………………………………………刘伟忠 25 GDX2包装机组CH小包透明纸检测系统的设计应用……………………………………………………………………罗彩丽 27聚类分析法监控不同存放期复配烟用香精的质量稳定性………………………………………孔浩辉,陈翠玲,伍锦呜,等 31 HILIC—MS/MS测定家兔血液中的NNK及其7种代谢物………………………………郎海磊,王37制丝线主要热处理工序前后原料致香成分差异性解析…………………………………………朱43 LC—MS/MS法测定卷烟主流烟气中的丙烯酰胺………………………………………………王异,赵贝贝,等 泽,等 阁,等 勇,何邦华,刘冰,蔡君兰,赵47微波消解。石墨炉原子吸收光谱法检测烟草及烟草制品中的硒含量………………………….胡立中,胡永华,葛少林,等 50 GC/MS结合化学计量学用于复杂香精配方中香料成分的定性识别…………………………卢红兵,孔波,魏维伟,等 54卷烟燃吸模拟装置的设计与应用………………………………………………………………..曹得坡,夏巧玲,郭吉兆,等 61 多聚磷酸铵对造纸法再造烟叶热解燃烧特性和感官质量的影响………………………………..周顺,宁敏,徐迎波,等 67烟草侧芽生长相关基因克隆及RNAi载体的构建转化…………………………………………….陈兴江,蔡刘体,郑少清 72不同土壤改良剂对烟草吸收镉的影响……………………………………………………………陈钊,高远,张艳玲,等 77烤烟品种K326内生细菌分离、抗黑胫病菌株筛选及种群组成分析………………………….奚家勤,冯云利,薛超群,等 

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