植物胼胝质合成酶基因的鉴定和家族成员扩增方式分析

通过进化生物学方法对胼胝质合成酶(CalS)进行分析,对获取的基因家族成员应用不同的系统进化方法进行分析,获得了六个比较稳定的进化分支。探究其进化关系和拷贝扩增方式,最后从33个植物物种内鉴定得到了317个CalS成员。分析发现,仅有高等植物(维管植物,Vascular plants)具有完整的CalS基因,其中苔藓植物和蕨类植物均有三种类型的CalS成员,被子植物主要有六种类型的CalS成员。CalS基因的扩增方式以片段重复为主,但也存在串联重复。

植物胼胝质合成酶研究进展

胼胝质是一种β-1,3–葡萄糖聚合物,植物在生长发育和受到生物、非生物胁迫过程中均会有胼胝质沉积。胼胝质合成酶又称β-1,3–葡聚糖合成酶类似物,通常以多亚基复合物形式控制胼胝质的合成。本文中对胼胝质合成酶的分离鉴定过程进行了梳理,对胼胝质合成酶复合物的亚基及其作用进行了描述,重点总结了转录因子、植物生长调节剂等对胼胝质合成酶基因表达的调控作用,并对胼胝质合成酶在花粉发育和韧皮部运输过程中的作用,对机械损伤、磷酸盐、金属离子等非生物胁迫,以及虫害、细菌和真菌等生物胁迫的应答反应进行了归纳;最后对胼胝质合成酶的研究方向提出展望,以期为解析胼胝质合成酶的调控机制提供参考,也为植物(特别是园艺植物)抗性基因的挖掘提供借鉴。

柑橘胼胝质合成酶基因家族的表达分析

胼胝质由胼胝质合成酶合成,胼胝质沉积是植物对入侵病原的防御反应。为了探索胼胝质合成酶(Callose synthase,CalS)基因在柑橘中对黄龙病的应答情况,从甜橙基因组中筛选并利用生物信息学分析了柑橘胼胝质合成酶(CsCalS)家族的12个基因。这些基因编码的氨基酸序列与拟南芥中的胼胝质合成酶具有较高的同源性。荧光实时定量PCR结果显示,CsCalS5和CsCalS12在柑橘健康叶片中的表达量高于其他胼胝质合成酶基因。比较黄龙病感病材料和健康对照材料,发现CsCalS5、CsCalS7和CsCalS8在感病的‘砂糖橘’和‘强德勒’柚中均上调表达,可能参与柑橘对黄龙病病原的应答反应。

黄龙病菌胁迫下‘锦橙’CsCalS5表达和胼胝质沉积的初步分析

胼胝质合成酶是控制胼胝质合成的关键酶,在植物生长发育和抗逆胁迫中具有重要作用。克隆并分析‘锦橙’胼胝质合成酶基因CsCalS5及其启动子序列,实时荧光定量PCR检测CsCalS5的组织表达模式以及植物生长调节剂、黄龙病菌和柑橘溃疡病菌的诱导表达模式,并通过组织切片观察感染黄龙病和柑橘溃疡病‘锦橙’叶脉胼胝质的沉积。结果显示,CsCalS5启动子序列中含有脱落酸和病原菌的响应元件;CsCalS5编码1952个氨基酸含有保守结构域FKS1和β-1,3-葡聚糖合成酶功能域的跨膜蛋白;CsCalS5在‘锦橙’的茎中高表达,且受脱落酸的诱导;黄龙病菌侵染后叶脉韧皮部的胼胝质沉积明显,患病叶片CsCalS5的表达量是健康对照的4.02倍;柑橘溃疡病菌侵染叶片后,叶脉韧皮部胼胝质沉积无明显增加,且CsCalS5的表达量与健康对照无显著差异。综上,黄龙病菌可能通过上调‘锦橙’CsCalS5的表达促进韧皮部胼胝质的沉积,从而增强其防御能力,且这种抗性可能受到脱落酸的调控。

水稻早衰突变体esl-H5的表型鉴定与基因定位

在甲基磺酸乙酯(EMS)诱变粳稻淮稻5号的突变体库中,筛选到一个稳定遗传的叶片黄化早衰突变体esl-H5(early senescence leaf H5)。该突变体幼苗期表型正常,播种后50 d开始出现下部叶片黄化早衰表型。与野生型相比,esl-H5突变体抽穗期延迟,株高、穗长、穗粒数、有效分蘖数、千粒重等均显著降低,叶绿素含量显著减少。遗传分析表明该突变受一对隐性基因调控。分子标记定位结果显示,该突变基因定位于1号染色体。通过MutMap分析发现编码胼胝质合成酶基因Os01g0533000的最后一个外显子内有一个碱基G变成了A,这导致翻译提前终止。进化树分析结果显示, ESL-H5与拟南芥AtGSL7 (Glucan Synthase-Like 7)同源性最高。糖含量测定表明esl-H5突变体中可溶性糖和淀粉含量增高,推测ESL-H5功能缺失后影响了光合产物的转运,导致叶片中糖含量显著增高,进而引起叶片衰老。qRT-PCR结果显示, esl-H5突变体中抗病相关基因PR1a、PR1b、PR2、PR4、PR5和PR10表达量均高于野生型,这与突变体的白叶枯病抗性明显提高一致。上述研究结果为研究糖信号调控水稻衰老和抗病性奠定了基础。

Plasmolysis treatment enhances the expression of callose synthase gene in zygotic embryos of Eleutherococcus senticosus

In previous study we reported that pretreatment with plasmolysis enhanced somatic embryo formation in hypocotyls of Eleutherococcus senticosus.In the present study,the expression level of callose synthase gene in embryos of E.senticosus in response to 2,4-D,sucrose and mannitol treatments was analyzed by RT-PCR.The results show that plasmolysis pretreatment using sucrose and mannitol significantly promoted the expression of callose synthase gene.Also,the thicker cell walls of explant plasmolyzed compared with controls were observed during the somatic embryogenesis.We suggest that the callose may make the cells in epidermis separate from neighboring cells and then develop into embryogenic potential cells.

Regulation of Bacterial, Yeast and Plant Polysaccharide Synthases: Implications for the Regulation of Pollen_tube Callose Synthase

多糖作为结构和能量贮存分子是植物重要的组成成分。植物细胞壁主要成分为多糖。细胞壁在确定细胞生长、形状方面起重要作用,细胞壁还参与细胞的营养吸收、信息传递,也是防止外源对细胞不良影响的第一道防线。不同植物细胞壁的多糖成分可作为食品、建筑及造纸的原料,具有广泛的工业价值。通过描述细菌、酵母及植物多糖合成酶的机制,推断花粉管胼胝质合成酶的可能调控机制。