本研究以来自不同生物体的涉及渗透调节和活性氧代谢的9类近千条抗旱相关的已知基因序列为材料,用生物信息学方法对这些抗旱基因序列进行了分析,根据已知抗旱基因的特性,找出了玉米中可能存在的新抗旱基因并进行了电子克隆和序列分析,并对这些新基因的克隆、转导和表达及在玉米中的利用和基因工程策略进行了研究,主要结果如下: 1.抗旱基因的序列组成特性和分子量与其功能、来源都有关系,,来源不同的同类基因间差别较小,来源相同但功能不同的基因间差别较大。不同物种中的同种抗旱基因的mRNA和编码氨基酸的长度大致相近,其中从低等生物到植物到动物其长度有递增的趋势,且亲缘关系越近的相差越小,这种趋势在高等生物中的表现更突出;核酸和蛋白质的分子量随着序列长度的变化而存在差异,其趋势和序列长度变化相一致;G+C的含量在基因间和物种间都存在差异,细菌中存在高低不同且差别较大的两个群体,动物和植物间也存在差别,大部分基因的G+C含量在动物中较高,另外一些恰好相反。 2.抗旱基因的氨基酸组成一致性很强,大部分抗旱基因中氨基酸残基的含量最高的是Ala和Leu,大部分在9%以上,但在Cu-SOD基因中,含量最高的都是Gly,平均达到17.20%;Trp和Cys的含量都最低,大部分在1%以下。Ala、Gly、Ile、Leu、Ser、Val等的含量也较高,都达到了6%以上;Met、Tyr、His等的含量较低,大部分在2%以下。其它氨基酸的含量在同类基因间差别也较小,但在不同抗旱基因中的一致性不如前面几种突出。 3.抗旱基因编码蛋白质的密码子偏好在基因和物种间都存在差别,但绝大部分基因在密码子的第一位碱基使用频率都是G>A>C>U,其中G的使用频率大部分在30%以上;绝大部分基因密码子第二位使用频率最低的都是碱基G,其它三个碱基的使用频率因基因功能和来源而存在差别,但相同功能的基因间差别较小;在密码子的第三位差别最大,但大部分基因中碱基U的使用频率都最高,最高达40%以上。 4.结合已知抗旱基因的特性,用生物信息学方法发现并电子克隆了玉米新抗旱基因序列共6条,其中P5cs、BADH为基因片段,P5cr、CMO、Tpp和Fe-sod(G)为完整的基因序列,它们和已知抗旱基因或蛋白质序列的一致性都在80%以上。加上已知的基因序列,玉米中共发现抗旱基因序列9条。对它们的特性分析发现,其序列和氨基酸长度、分子量、G+C含量、氨基酸组成、密码子偏好等特性和其近缘生物相似较高,但少量基因仍然存在差别。 5.用大部分抗旱基因序列构建的系统发育树由5个分支构成,其中功能性同的基因大部分都位于同一个分枝上,同种抗旱基因中,亲缘关系越近物种在树上的距离越近。 6.根据玉米基因工程特点,对含完整编码区的新基因的克隆、转导和表达进行了研究。选择了合适的载体和启动子,根据序列特点设计了特异的PCR克隆引物,根据载体和启动子的酶切特性在引物中设计了特异的酶切位点,并构建了目的基因的克隆和表达载体,对在玉米中的利用策略进行了一系列的设计。