Molecular cloning and characterization of a short type peptidoglycan recognition protein (CfPGRP-S1) cDNA from Zhikong scallop Chlamys farreri

Peptidoglycan recognition protein (PGRP) specifically binds to peptidoglycan and plays a crucial role in the innate immune responses as a pattern recognition receptor (PRR). The cDNA of a short type PGRP was cloned from scallop Chlamys farreri (named CfPGRP-SI) by homology cloning with degenerate primers, and confirmed by virtual Northern blots. The full length of CfPGRP-SI cDNA was 1073 bp in length, including a 5 ' untranslated region (UTR) of 59 bp, a 3 ' UTR of 255 bp, and an open reading frame (ORF) of 759 bp encoding a polypeptide of 252 amino acids with an estimated molecular mass of 27.88 kDa and a predicted isoelectric point of 8.69. BLAST analysis revealed that CfPGRP-S1 shared high identities with other known PGRPs. A conserved PGRP domain and three zinc-binding sites were present at its C-terminus. The temporal expression of QPGRP-S1 gene in healthy, Vibrio anguillarum-challenged and Micrococcus lysodeikticus-challenged scallops was measured by RT-PCR analysis. The expression of CfPGRP-S1 was upregulated initially in the first 12 h or 24 h either by M. lysodeikticus or V. anguillarum challenge and reached the maximum level at 24 h or 36 h, then dropped progressively, and recovered to the original level as the stimulation decreased at 72 h. There was no significant difference between V. anguillarum and M. lysodeikticus challenge. The results indicated that the CfPGRP-S1 was a constitutive and inducible acute-phase protein which was involved in the immune response against bacterial infection. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Molecular cloning and characterization of a thioester-containing protein from Zhikong scallop Chlamys farreri

Thioester-containing proteins are a family of proteins characterized by the unique intrachain beta-cysteinyl-gamma-glutamyl thioester, which play important roles in innate immune responses. The cDNA of Zhikong scallop Chlamys farreri thioester-containing protein (designated as CfTEP) was cloned by expressed sequence tag (EST) and rapid amplification of cDNA ends (RACE) approaches. The full-length cDNA of CfTEP was of 4616 bp, consisting of a 5 '-terminal untranslated region (UTR) of 30 bp and a 3 ' UTR of 140 bp with a polyadenylation signal sequence AATAAA and a poly(A) tail. The CfTEP cDNA encoded a polypeptide of 1481 amino acids with the theoretical isoelectric point of 5.98 and the predicted molecular weight of 161.4 kDa. The deduced amino acid sequence of CfTEP contained the canonical thioester motif GCGEQ, nine potential N-glycosylation sites and a C-terminal distinctive cysteine signature. It also contained a presumed catalytic histidine and proteolytic cleavage sites that were similar to C3 molecules. The high similarity of CfTEP with the thioester-containing proteins in other organisms, such as the TEPs from insects, the complement component C3, C4, C5 and the protease inhibitor alpha(2)-macroglobulin indicated that CfTEP should be a member of TEP family. The phylogenetic analysis revealed that CfTEP was closely related to TEPs from mollusc, nematodes and insects, and they formed a separate branch apart from the branches of complements factors and alpha(2)-macroglobulins. The spatial expression of CfTEP transcripts in healthy and bacterial challenged scallops was examined by semi-quantitative RT-PCR. The CfTEP transcripts were mainly detected in the tissues of hepatopancreas and gonad, and remarkably up-regulated by Microbial challenge, which suggested that CfTEP was a constitutive and inducible acute-phase protein involved in immune defense. These results provided new insights into the role of CfTEP in scallop immune responses, as well as the evolutionary origin of this important, widespread and functionally diversified family of proteins. (c) 2007 Published by Elsevier Ltd.

cDNA cloning and mRNA expression of a selenium-dependent glutathione peroxidase from Zhikong scallop Chlamys farreri

The glutathione peroxidases are essential enzymes of the cellular antioxidant defence system. In the present study, the full-length cDNA sequence encoding an extracellular glutathione peroxidase (designated CfGPx3) was isolated from Zhikong scallop Chlamys farreri. The complete cDNA was of 1194 bp, containing a 5' untranslated region (UTR) of 50 bp, a 3' UTR of 490 bp and an open reading frame (ORF) of 654 bp encoding a polypeptide of 217 amino acids. CfGPx3 possessed all the conserved features critical for the fundamental structure and function of glutathione peroxidase, such as the selenocysteine encoded by stop codon UGA, the GPx signature motif ((96)LGVPCNQFI(103)) and the active site motif ((WNFEKF184)-W-179). The high similarity of CfGPx3 with GPx from other organisms indicated that CfGPx3 should be a new member of the glutathione peroxidase family. By fluorescent quantitative real-time PCR, the CfGPx3 mRNA was universally detected in the tissues of haemocytes, gill, gonad, muscle and hepatopancreas with the highest expression in hepatopancreas. After scallops were challenged by Listonella anguillarum, the expression level of CfGPx3 transcript in haemocytes was significantly up-regulated (P<0.05) at 8 h post challenge. These results suggested that CfGPx3 was potentially involved in the immune response of scallops and perhaps contributed to the protective effects against oxidative stress. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

植物细胞壁富含羟脯氨酸糖蛋白生化特性及基因克隆的研究

植物细胞壁富含羟脯氨酸糖蛋白生化特性及基因克隆的研究分成三部分： 第一部分，首先从胡萝卜愈伤组织的细胞壁中获得0.2M氯气钙可溶性蛋白质组分, 经10% TCA沉淀及羧甲基纤维素层析，分离得到一个伸展蛋白，并以SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳，氨基酸组成分析，分子电镜观察对所得的伸展蛋白进行了鉴定，结果表明，在胡萝卜愈伤组织中只存在一种伸展蛋白;SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳的考马斯蓝染色和PAS反应均为阳性，表明伸展蛋白除蛋白质组分还含有糖基;氨基酸组成分析表明，羟脯氨酸的克分子含量约占全部氨基酸的40%，丝氨酸的克分子含量约为羟脯氨酸的四分之一，含有大量的碱性和中性氨基酸，而只含有非常少量的酸性氨基酸，并且这些氨基酸克分子百分数也接近于胡萝卜富含羟脯氨酸糖蚤白基因推测出的克分子百分数。这些结果表明已经得到了一个电泳纯的伸展蛋白。伸展蛋白分子电镜观察证明它是一个棒状分子，长度为87纳米。 第二部分，用得到的伸展蛋白免疫家兔和大鼠，得到的抗体的免疫双扩散效价分别为1:2和1:1，用酶联免疫吸附分析测定的兔抗体效价为1:12，800，同时还建立了竞争性酶联免疫吸附分析测定伸展蛋白含量的标准曲线，线性范围为10-0.00001微克。利用得到的抗体对大豆下胚轴伸展蛋白的合成进行了研究。免疫荧光定位表明，大豆下胚轴表皮细胞及表皮下几层薄壁细胞有大量的荧光标记，并且这些荧光标记大部分分布在细胞质内。大豆下胚轴O.lM Tris-HCl pH7.4和0.2M氯化钙的提取物Western Blotting分析证明0.2M氯化钙提取物有与胡萝卜伸展蛋白电流性质相似的组分，并且这个组分在真菌诱导物处理的大豆下胚轴中的积累明显高于受伤处理的下胚轴。受伤和真菌诱导物处理大豆下胚轴中伸展蛋白积累的变化已经用Western Blotting分析和斑点酶联免疫吸附分析来观察，发现真菌诱导物处理的对灰斑病抗性的大豆下胚轴能够较快地积累伸展蛋白（24 - 48小时），而敏感品系的大豆下胚轴则合成伸展蛋白较晚（43-72小时）。在观察大豆下胚轴免疫荧光定位也发现类似的结果。对伸展蛋白基因的转录活性的初步研究认为抗性品系的大豆下胚轴同源mRNA转录可能早于24小时，而敏感品系大豆下胚轴同源mRNA转录可能在24小时后。以上结果认为大豆下胚轴含同源的mRNA和蛋白质组分，因此推测大豆基因组DNA有伸展蛋白基因。 第三部分，根据第二部分得到的结果，用已经得到的编码胡萝卜伸展蛋白的基因（克隆于pUC8质粒载体中）作探针，与大豆基因组DNA的EcoRI部分酶解片段杂交寻找大豆伸展蛋白基因，已经发现四个片段与探针DNA有同源性。它们的分子量分别约为23kb，8kb，5kb和2.8kb，并且23kb片段可能有更高的同源性。将23kb片段插入pUC9质粒载体上进行可隆，并用菌落原位杂交筛选获得5个克隆，对其中两个克隆用ECoRI酶解并进行分子杂交分析，重组质粒被EcoRI切成四个片段。2.8kb片段为pUC9栽体，2kb片段为与pDC5AI质粒伸展蛋白同源性较好的片段。对于23kb片段的重组质粒有待于进一步的分析。

植物生产生物可降解塑料PHB的研究：真养产碱杆菌H16的phbB和phbC的基因克隆、植物表达载体构建和转基因马铃薯植株的获得

利用聚合酶链式反应(PCR)技术从Alcaligenes eutrophus H16染色体DNA中扩增并克隆了调控聚-3-羟基丁酸(poly-3-hydroxy-butyrate，PHB)生物合成的两个关键酶基因：依赖NADPH的乙酰乙酰CoA还原酶基因(phbB)和PHB合成酶基因(phbC)。限制性内切酶图谱和核苷酸序列分析证实了克隆结果，并表明克隆的基因与国外所报道的有很高的同源性。经过基因拼接，构建了块茎特异性表达的高等植物表达载体pPSAGB（嵌合phbB）、pBIBGC(嵌合phbC)和pPSAGCB（嵌合phbB和phbC）。并以试管薯(microtuber)为外植体经Agrobacterium介导转化了虎头、京丰、Bintje、Favorita、高原4号和88-5共6个马铃薯品种，获得49个株系。经PCR检测导入phbB的株系共有44个，对其中30个株系进行DNA dot blot分析，结果表明phbC导入呈阳性的株系有20个。深入的鉴定工作还在进行中。

植物克隆化基因功能分析及蛋白编码基因分离的研究

直到九十年代，以利用拟南芥菜和金鱼草突变体克隆到花器官发育基因为重要标志的植物发育研究取得了重大突破。但由于开花决定过程分子控制机理研究进展却较为缓慢。以mRNA人手利用差异筛选技术获得春化相关基因克隆(verc203，verc17)，Northem blot初步证明这些克隆对春化处理的特异性。根据反义RNA理论和技术对克隆化verc203基因功能进行研究。另外，从纯化蛋白人手，在金针菇中克隆到新的溶血性毒蛋白编码基因，并在细菌中得到表达，这一实验为利用此途径来克隆发育调控蛋白的编码基因进行了有益的技术路线探索。本研究的具体结果如下： 1． 春化相关基因(verc203)对冬小麦花发育调控 根据反义RNA的理论和技术进一步证明verc203在冬小麦开花启动和花发育过程中的可能控制作用。将verc203 DNA序列插入带有CaMV35S启动子和GUS基因的pBI221表达载体， 使之能在植物中高效表达反义RNA，并以转正义基因植株作为对照。通过花粉管途径转基因方法，得到326粒反义质粒冬小麦转化种子和1 98粒正义质粒冬小麦转化种子．所有转化处理种子和正常小麦种子萌发后，经春化处理，与未春化冬小麦植株一起培养直到对照植株达到成熟期。实验观察发现，转反义基因植株的抽穗受到明显的阻抑，开花过程大大推迟。其中表达较强的6株转基因植株甚至晚花五十多天。还发现一些表达较弱的植株尽管晚花20到30天，但花器官发育却受到影响，如，雄蕊缺失，穗发育异常等。Southemblot和PCR实验结果表明外源基因整合到转基因植株基因组。 Northrenblot以及报告基因(GUS)活性等实验证明反义基因在转反义基因植株RNA水平上得到高效表达。同时，GUS基因在蛋白质水平上得到表达。基于上述实验，有理由认为ver203基因可能是控制冬小麦春化诱导的成花启动和花发育过程中的主要基因之一。 2． 金针菇毒蛋白flammutoxin编码基因的克隆及其在细菌中的表达 利用色谱分离技术及SDS．PAGE电泳技术从金针菇(Flammuleina velutips)分离得到一种分子量为31 kDa、对人血红细胞具有溶血活性的蛋白质(flammutoxin)，通过蛋白质序列微量分析技术测得其N-端3 1个氨基酸顺序。利用氨基酸序列推测其编码基因序列信息，通过RT - PCR克隆到一个由973个核苷酸组成的编码基因，5’端93个核苷酸编码肽链序列与测得flammutoxin N-端氨基酸序列完全相同。基因序列同源性分析表明在GenBank (USA)，EMBL Database (Europe)和DDBJ (Japan)基因序列数据库中未找到与之同源的基因序列。这个基因与载体p-半乳糖苷酶部分基因编码的融合蛋白在E coli细胞中有效地得到表达。表达产物的SDS-PAGE，Western blot和溶血活性实验表明它是flammutoxin蛋白原编码基因。并对融合蛋白的溶血活性降低原因作了讨论。

青蒿异源基因的遗传转化及青蒿生物合成相关基因的克隆

本论文由三部分内容组成，一、药用青蒿的遗传转化，即根癌农杆菌和发 根农杆菌介导的转化系统的建立及其影响参数的研究。二、青蒿素生物合成的 分子调控。三、倍半萜生物合成相关基因的克隆。 一、药用青蒿的遗传转化。建立了Ri质粒介导和Ti质粒介导的两种转基因系统， 其中Ri质粒介导青蒿转基因系统的建立是国际上首次报道;以GFP基因为报 告基因，首次获得高效表达的青蒿转绿色荧光蛋白基因的丛生芽，并对GFP基 因的表达进行了组织和细胞水平的定位。此外，对影响两种转基因系统的主要 参数进行了较为详细的研究。上述研究为青蒿素生物合成的分子调控奠定了坚 实的基础。 二、青蒿素生物合成的分子调控。为探索提高青蒿植株或组织和器官中的青蒿 素含量，首次以棉花中克隆的杜松烯合成酶和法呢基焦磷酸合成酶的 cDNA 为 目的基因导入青蒿，对青蒿中青蒿素的生物合成进行了分子调控研究的尝试。 通过已建立的两种转基因系统，将从棉花中克隆的杜松烯合成酶和法呢基焦磷 酸合成酶的 cDNA 导入青蒿，获得转基因发根和转基因植株。结果表明，外源 基因的表达能够影响青蒿素的生物合成，其中法呢基焦磷酸合成酶基因的过量 表达能够促进青蒿素的生物合成，提高转基因发根和植株中的青蒿素的含量。 转基因发根F-26系中青蒿素含量最高达3.01 mg/g.DW，与对照相比青蒿素含量 提高3～4倍;转基因植株的青蒿素含量最高达10.08 mg/g.DW，与对照相比， 转基因植株的青蒿素产物提高2～3倍。此外，研究还表明，在转基因的发根C -37株系中，外源杜松烯合成酶基因的导入和表达可能相应地促进青蒿转基因 发根自身的法昵基焦磷酸基因的表达。 三、倍半萜生物合成相关基因的克隆。采用 RT-PCR 技术，从马铃薯 (Solanum tuberosum L.) 幼叶中克隆了 HMGRII 亚基因家族的一个新的成员 HMGR-c2（GenBank accession No．AF 096838Southem）;杂交分析表明，该基因至少以 两个拷贝以上形式存在于马铃薯基因组中;RT-PCR分析表明，HMGR -c2的 表达在幼苗期无组织特异性，广泛地存在于根、茎、叶等组织中。以青蒿001 株系的苗期叶片为材料，构建了青蒿苗期的λgtll cDNA文库，以PCR筛库方 法从青蒿中克隆一个法呢基焦磷酸合成酶cDNA (Artfps2 GenBank accession No． AF136602)和一个HMGR cDNA(GenBank accession No．AF142473);以青蒿 025株系的苗期叶片为材料，构建了青蒿苗期部分质粒文库以 PCR 筛库方法从 青蒿中克隆一个法昵基焦磷酸合成酶 cDNA (Artfpsl GenBank accession No.AF112881);此外，还从青蒿中克隆了倍半萜合成酶的 cDNA 片段(GenBank accession No.AF156854)。其中青蒿倍半萜合成酶基因的克隆是目前国际上本研 究领域最受关注的焦点和难点之一。至此，本研究已将与青蒿素生物合成相关 的三个重要的关键酶基因基本克隆，这无疑将加速青蒿素生物合成的基础和应 用研究的进程。

牛耳草Bose hygrometrica 离体叶脱水-复水过程的光合作用及基因表达

本文以复苏植物牛耳草Boea hygrometrica成熟植株的离体叶片为试材，对比非复苏植物烟叶唇苣苔Chirita heterotricha, 以光合作用在脱水－复水过程中的变化为切入点，从生理水平上探讨其脱水保护位点：应用mRNA差异显示技术，从分子水平上探讨其脱水保护机制。 光合放氧速率、快速荧光诱导动力学、慢速荧光诱导动力学、荧光发射光谱、荧光激发谱的结果表明，相对于烟叶唇柱苣苔，脱水对牛耳草净光合速率、PS II和PS I光化学活性、电子传递、光合磷酸化及CO_2固定的影响有一个共同的特点，即脱水时迅速降低，复水后恢复能力强。通过非变性绿胶的研究牛耳草叶片类囊体膜叶绿素－蛋白复合体在脱水－复水过程中保持高度稳定。色素含量分析表明牛耳草的叶绿素含量在脱水－复水过程中也相对稳定。这些特征可能是牛耳草叶片光合作用脱水保护机制的一部分。 SDS－PAGE和IEF电泳结果表明，牛耳草脱水复苏过程中蛋白质表达有差异，或增或减，并分别发现了一条（SDS－PAGE）和两条（IEF）在脱水过程中特异出现的蛋白质。 本文以银染法代替放射自显影用于mRNA差异显示，不但简化了实验步骤，缩短了实验周期，而且在不降低灵敏度的前提下避免了放射性危害，降低了实验成本。本文证明了mRNA差异银染显示法用于复苏植物牛耳草脱水－复水过程中基因表达变化的研究是可行的。 mRNA差异银染显示法揭示牛耳草耐脱水复苏机制涉及到基因表达的调控。脱水－复水过程中差异表达的基因有6种，其中脱水特异诱导表达的13个cDNA所相应的基因、脱水上调节的15个cDNA所相应的基因可能参与牛耳草叶片脱水保护机制，复水特异诱导的8个cDNA的所相应基因可能参与牛耳草复水后的修复机制。2个脱水特异诱导表达的cDNA片段进行了克隆和测序。

牛耳草光合作用的脱水保护和复苏机理

本文以复苏植物牛耳草成熟植株的离体叶片为实验材料，以光合作用、蔗糖、抗氧化剂系统和离子渗漏等在脱水复苏过程中的变化为切入点，从生理生化水平上探讨其耐脱水复苏的机制;同时应用mRNA差异显示技术，从分子水平上探讨其耐脱水复苏的机制。 牛耳草叶片光系统II光化学活性参数和叶黄素循环色素在脱水复苏过程中的变化结果表明，极微弱光强（3μmol.m-2.s-1）下，脱水8天的牛耳草叶片诱导了叶黄素循环，叶黄素循环可能介导了牛耳草叶片脱水过程中的光保护作用。 利用不同浓度的磷酸盐溶液处理牛耳草叶片的结果表明，0.1mol/L以上的磷酸盐溶液对牛耳草叶片具有损伤作用，极大的影响了其光系统II的光化学活性，使得牛耳草叶片在脱水后不能很好的复苏。 牛耳草叶片在脱水复苏过程中，抗坏血酸（AsA）、还原型谷胱甘肽（GSH）和蔗糖含量在脱水时很快增加，复苏时又迅速恢复到原来水平，表明它们可能对脱水的牛耳草叶片具有保护作用，但对复苏的牛耳草叶片可能不重要;其离子渗漏情况表明质膜结构的完整性和稳定性在脱水复苏过程中能得到很好的保持，这可能是其耐脱水复苏的重要机制之一。 利用mRNA差异显示技术分离到牛耳草叶片脱水过程中一些脱水和磷酸盐特异诱导表达的cDNA。对其中5个脱水特异诱导表达和3个磷酸盐特异诱导表达的cDNA进行克隆测序、同源性探测和Northern 杂交检测表明，牛耳草脱水过程中诱导表达的基因可能涉及到脱水胁迫的信号转导、调节基因的级联和结构基因产物调节细胞结构在脱水胁迫中的稳定性等。

羊草生殖生物学研究

羊草 (Leymus chinensis (Trin.) Tzvel. ) ，隶属禾本科赖草属，是欧亚大陆草原区东部的重要草原建群种之一。羊草是牧草之王，属于我国有比较优势的战略性生物资源，对我国北方畜牧业发展以及保护生态环境均具有重要作用。 羊草较弱的有性生殖特性限制了其应用，本文从实验生物学角度，研究了羊草有性生殖的基本特点，并试图通过现代分子生物学手段探讨自交不亲和性的有关机理。本论文的主要结果如下： 1. 实验发现羊草具有自交不亲和性。以6 个羊草居群为材料，测定得知开放授粉时的结实率在6.5% - 56.7%之间，自交时结实率为0.6% - 4.3%，差异极其显著; FDA 染色法检测结果显示羊草成熟花药中有活性的花粉达到92.2% 以上;在发育时间顺序和空间结构上，羊草雌蕊、雄蕊适于异花和自花授粉;花粉柱头亲和性实验表明，自交花粉只有5.5%-11.7% 是亲和的，杂交花粉亲和率达到了60.0%-84.8%，说明自交花粉在柱头上萌发受到抑制，其次，荧光显微镜还观察到“不亲和花粉”在进入柱头后生长缓慢，或停止延伸。 2. 初步确定羊草自交不亲和性具有配子体型遗传特点。以不同居群羊草杂交后的姊妹系作为实验材料，观察到自交组合的亲和率变幅为0 % - 6.9 %，杂交组合的亲和率具有连续性变异和变幅较宽的特点（47.5％ - 96.0 %），且正反交结果具有一定的一致性（88.2％），表现出配子体遗传特性。 3. 羊草居群内结实率存在一定变异。以羊草单株为单位分别进行自交、随机互交和开放授粉，结果显示三者的平均结实率分别为4.6%，18.1% 和35.7%，株间的变异系数分别为33.4%，21.2%和17.1%，这些株间的变异均达到统计上的显著差异;同时羊草自交、杂交和开放授粉之间具有一定的相关性，显示羊草的这种株间差异与株系本身的生理特性相关。 4. 分离了羊草硫氧化还原蛋白 H 基因(ThioLc)并对其功能进行了分析。克隆了ThioLc全长和cDNA序列。序列分析结果显示，DNA全长2257 bp，包括3 个内含子和4 个外显子，与水稻Thio h 的cDNA 序列相比，具有 32.0% 的同源性;Southern 杂交显示 ThioLc 在羊草基因组中是单拷贝;Northern 杂交显示 ThioLc 在羊草根、茎、叶和幼小的雌蕊中没有表达, 在成熟雌蕊和幼小的花粉中微量表达, 在成熟花粉中大量表达，说明分离的羊草硫氧化还原蛋白H 基因具有花粉特异表达特点。 5. 原核表达的ThioLc 蛋白具有较高的催化活性。构建了ThioLc 基因的原核表达载体，检测证明ThioLc基因在大肠杆菌中正常表达;提取表达蛋白，纯化，用胰岛素和二硫苏糖醇反应体系进行硫氧化还原蛋白的催化作用反应，结果表明表达的蛋白具有催化活性。这一结果为进一步搜寻靶向蛋白和研究该蛋白的结构、功能和作用方式奠定了基础。

谷子和甘蔗C4型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因的克隆及其转基因水稻光合效率的提高

水稻是我国重要的粮食作物之一，它是一种典型的C3植物。与其它C3作物不一样的是，水稻的生长需要相对较高的温度和充足的阳光照射。然而高温和高光强的生长环境更加适合于C4植物的生长，更加有利于发挥C4植物高光合效率的特点。因此本论文希望将C4植物中固定CO2的酶磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因导入水稻，获得一种更加适合高温和高光强生活环境的“C4型”水稻，这对于提高水稻的产量，满足人口增长对粮食需求具有重大意义。 本论文从C4植物谷子和甘蔗中克隆了其C4型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶cDNA基因，获得了具有自主知识产权的基因克隆，并将它们导入粳稻品种中花8号，进而对转基因材料的光合生理特性进行了研究。结果如下： 首次从谷子中得到了ppc基因两个cDNA克隆，分别命名为Mppc1和Mppc2。前者是一个C3型的ppc基因，它可能属于在根中特异表达的C3-2型ppc基因;后者是在绿色叶片中大量表达的C4型ppc基因。它们所编码的蛋白的氨基酸残基数分别为961和964，序列同源性为82.5%。C4型PEPC多出的3个氨基酸位于N末端。利用RACE的方法我们得到了谷子C4型ppc基因完整的cDNA序列，包括63bp的5'非编码区，2895bp的编码区和256bp的3'非编码区。 首次获得了甘蔗C4型ppc基因完整的cDNA序列的克隆，命名为Sppc。它包括95bp的5'非编码区、2886bp的编码区，和224bp的3'非编码区。 利用所克隆的基因，分别连上强组成型启动子Ubiquitin启动子和强光调控启动子Rubisco小亚基启动子后，再插入两个标记基因不同的表达载体pCB和pPCB的多克隆位点中，构建了八个含有外源ppc基因的植物表达载体pCB-Pubi-Mppc、pCB-Pubi-Sppc、pCB-PrbcS-Mppc、pCB-PrbcS-Sppc、pPCB-Pubi-Mppc、pPCB-Pubi-Sppc、pPCB-PrbcS-Mppc和pPCB-PrbcS-Sppc。再加上含有玉米完整的C4型ppc 核基因的载体pCB-ZMppc，共有9个载体。利用农杆菌介导法进行了水稻的转化，各个载体都获得了大量的转基因植株。对标记基因潮霉素磷酸转移酶基因hpt和磷酸甘露糖异构酶基因pmi以及导入的目的ppc基因的PCR扩增检测，结果显示绝大多数转基因植株都能扩增出目的片段，而未转化的植株则没有扩增产物。对部分转基因水稻的Southern和Western杂交以及RT-PCR分析都表明，无论从DNA水平、mRNA水平，还是从蛋白质水平上都证明外源ppc基因都成功地导入了水稻，并获得了正确的表达。 对各载体转基因植株PEPC活性大规模的测定表明，转入玉米完整C4型PEPC核基因（有内含子）的水稻表现出极大的表达效率，大多数转基因材料的PEPC活性为对照的10-20倍，其活性最高可达到对照的44倍。转入谷子和甘蔗PEPC基因cDNA的水稻，表达的效率很低，多数材料活性增加仅为对照的2-5倍，但也有极少数材料活性增加了10倍以上。用Rubisco小亚基启动子控制的ppc基因在水稻的表达活性要略高于Ubiquitin启动子控制的ppc基因。以上结果说明ppc基因的内含子在其转录或mRNA的稳定上起着重要作用。 对部分转基因材料气体交换特征的研究发现，随着转基因水稻PEPC活性的增加，净光合速率也有逐渐增加的趋势。其中PEPC活性最大的ZM24株系的三个单株净光合速率比对照增加了39.8%、13.7%和28.6%，而它们的PEPC活性比对照分别增加了21.2、21.9和23.6倍。 转PEPC水稻的净光合速率与气孔导度具有显著的相关性。这说明表达的外源ppc 基因产物PEPC参与了转基因水稻的气孔运动，使气孔开放程度增加。更有意义的是过表达PEPC的水稻具有更高的水分利用效率，这就增加了其耐旱能力。在光抑制条件下转基因水稻也具有更高的光合能力。这些特征表明转ppc基因的水稻比对照更加适合于水稻高温高光强和干旱的原生环境。

固氮蓝藻与非固氮蓝藻谷氨酰胺酶的基因克隆、表达及其特性分析

蓝藻是唯一可以进行有氧光合作用的原核生物，是水生食物链主要的初级生产者。氮素是蓝藻细胞必需的大量营养元素之一，揭示蓝藻如何应对环境中氮素的变化、维持自身碳氮平衡的分子机理，对深刻理解蓝藻与环境的相互作用、有效促进或控制蓝藻的生长与繁殖，有重要的理论和实践意义。已有的研究发现，蓝藻细胞的碳氮平衡主要是通过调控氨同化途径中的关键酶类实现。但先前的研究主要集中在固氮蓝藻谷氨酰胺合成酶（GS）-谷氨酸合成酶(GOGAT)循环的特性分析方面，而对催化谷氨酰胺水解生成谷氨酸和氨的主要酶之一谷氨酰胺酶的报道极少，其分子特性及生理学意义尚不明了。因此，本论文以模式固氮蓝藻鱼腥藻7120 和非固氮蓝藻集胞藻6803 为材料，采用分子生物学和生物化学方法，对蓝藻谷氨酰胺酶进行体外研究，并对其生物学功能进行了初步探讨，获得了如下主要结果：1）对体外重组蛋白的酶活性检测发现，两类蓝藻基因组编码的假定性谷氨酰胺酶，均具有谷氨酰胺酶催化活性，表明基因组注释是准确的；2）固氮蓝藻重组酶（All2934、All4774）与非固氮蓝藻重组酶（Slr2079）酶学特征差异显著，具有不同的最适pH、温度及底物亲和力；3）固氮蓝藻重组酶All2934 催化活性受磷酸盐的激活，而非固氮蓝藻重组酶Slr2079 在高Na+浓度下活性更高；4）RT-PCR 分析结果表明，在正常培养条件下，两类蓝藻的谷氨酰胺酶基因在细胞内均有表达；5）在缺氮培养条件下，固氮蓝藻谷氨酰胺酶基因all2934 的表达水平发生明显变化，而all4774 保持相对稳定，表明前者可能在这类细胞应对氮饥饿过程中起重要作用；6）在正常培养条件下，非固氮蓝藻谷氨酰胺酶基因的缺失突变体(Δslr2079)与野生型表型相似，但在盐胁迫条件下，突变体生长速率及光合放氧活性均高于野生型，表明该基因可能在提高非固氮蓝藻细胞高盐耐受力方面起负调控作用。上述重要发现，不仅初步揭示了光合自氧生物谷氨酰胺酶体外重组酶的分子特征，也为进一步研究谷氨酰胺酶在蓝藻细胞内的专一性功能奠定了重要基础。

Novel cathelicidin-derived antimicrobial peptides from Equus asinus

In the present study, EA-CATH1 and EA-CATH2 were identified from a constructed lung cDNA library of donkey (Equus asinus) as members of cathelicidin-derived antimicrobial peptides, using a nested PCR-based cloning strategy. Composed of 25 and 26 residues, respectively, EA-CATH1 and EA-CATH2 are smaller than most other cathelicidins and have no sequence homology to other cathelicidins identified to date. Chemically synthesized EA-CATH1 exerted potent antimicrobial activity against most of the 32 strains of bacteria and fungi tested, especially the clinically isolated drug-resistant strains, and minimal inhibitory concentration values against Gram-positive bacteria were mostly in the range of 0.3-2.4 mu g center dot mL-1. EA-CATH1 showed an extraordinary serum stability and no haemolytic activity against human erythrocytes in a dose up to 20 mu g center dot mL-1. CD spectra showed that EA-CATH1 mainly adopts an alpha-helical conformation in a 50% trifluoroethanol/water solution, but a random coil in aqueous solution. Scanning electron microscope observations of Staphylococcus aureus (ATCC2592) treated with EA-CATH1 demonstrated that EA-CATH could cause rapid disruption of the bacterial membrane, and in turn lead to cell lysis. This might explain the much faster killing kinetics of EA-CATH1 than conventional antibiotics revealed by killing kinetics data. In the presence of CaCl2, EA-CATH1 exerted haemagglutination activity, which might potentiate an inhibition against the bacterial polyprotein interaction with the host erythrocyte surface, thereby possibly restricting bacterial colonization and spread.

Genomic organization and expression analysis of Toll-like receptor 3 in grass carp (Ctenopharyngodon idella)

Toll-like receptor 3 (TLR3) participates in the innate immune response by recognizing viral pathogens. To investigate grass carp immune system responding to GCRV (grass carp reovirus) infection, the full-length cDNA sequence and genomic organization of grass carp TLR3 (CiTLR3) was identified and characterized. The full-length genome sequence of CiTLR3 is composed of 5668 nucleotides, including five exons and four introns. The full-length of CiTLR3 cDNA is 3681 bp in length and encodes a polypeptide of 904 amino acids with an estimated molecular mass of 102,765 Da and a predicted isoelectric point of 8.35. Analysis of the deduced amino acid sequence indicated that CiTLR3 has four main structural domains, including a signal peptide sequence, 14 LRR (leucine-rich repeat) motifs, a transmembrane region and a TIR (Toll/interleukin-1 receptor) domain. It is most similar to the crucian carp (Carassius auratus) TLR3 amino acid sequence with an identity of 99%. Quantitative RT-PCR analysis showed that CiTLR3 transcripts were significantly up-regulated starting at day 1 and continued through day 7 following GCRV infection (P < 0.05). These data implied that CiTLR3 is involved in antiviral defense, provide molecular and functional information for grass carp TLR3, and implicate their role in mediating immune protection against grass carp viral diseases. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Toll-like receptor 4 signaling pathway can be triggered by grass carp reovirus and Aeromonas hydrophila infection in rare minnow Gobiocypris rarus

Toll-like receptor 4 (TLR4) is critical for LPS recognition and cellular responses. It also recognizes some viral envelope proteins. Detection mostly results in the inflammation rather than specific antiviral responses. However, it's unclear in fish. In this report, a TLR4 gene (named as GrTLR4b) was cloned and characterized from rare minnow Gobiocypris rarus. The full length of GrTLR4b cDNA consists of 2766 nucleotides and encodes a polypeptide of 818 amino acids with an estimated molecular mass of 94,518 Da and a predicted isoelectric point of 8.41. The predicted amino acid sequence comprises a signal peptide, six leucine-rich repeat (LRR) motifs, one leucine-rich repeat C-terminal (LRRCT) motif, followed by a transmembrane segment of 23 amino acids, and a cytoplasmic region of 167 amino acids containing one Toll - interleukin 1 - receptor (TIR) motif. It's closely similar to the zebrafish (Danio rerio) TLR4b amino acid sequence with an identity of 77%. Quantitative RT-PCR analysis showed GrTLR4b mRNA was constitutive expression in gill, heart, intestine, kidney, liver, muscle and spleen tissues in healthy animals and up-regulated by viruses and bacteria. After being infected by grass carp reovirus or Aeromonas hydrophila, GrTLR4b expressions were up-regulated from 24 h post-injection and lasted until the fish became moribund (P < 0.05). These data implied that TLR4 signaling pathway could be activated by both viral and bacterial infection in rare minnow. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.