油茶隐花色素基因CoCRY1的克隆及功能研究

油茶(Camelliaoleifera Abe.)是我国重要木本油料树种,具有重要的经济价值和社会效益。隐花色素(Cryptochrome)是植物蓝光受体之一,参与植物开花调控、光形态建成等生长发育过程。本研究从油茶华硕中克隆到CoCRY1基因,通过生物信息学分析发现,其CDS序列长度为2262 bp,编码的蛋白质序列包含684个氨基酸,蛋白分子式为C3454H5281N971O1027S18,分子量77.42 kDa,是一种不稳定的疏水蛋白,进一步分析表明其蛋白序列包含3个结构域,分别为DNA_photolyase、FAD_binding_7和Cryptochrome_C,可证明CoCRY1蛋白属于隐花色素家族。同源序列及系统发育树分析发现CoCRY1蛋白与茶树(Camellia sinensis) CsCRY1序列相似性最高。组织表达分析显示,CoCRY1的表达量在茎中最高,在花中最低。通过农杆菌转化得到CoCRY1基因异源表达的拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株,并且从DNA水平及RNA水平鉴定到阳性植株,对CoCRY1异源表达的拟南芥进行表型分析发现,CoCRY1基因的过量表达导致拟南芥提前开花,并对下胚轴伸长具有光特异性的抑制作用。本研究通过生物信息学、定量分析及异源表达发现,油茶CoCRY1基因在油茶开花等生物学过程中具有重要作用。

植物隐花色素结构与功能研究进展

隐花色素是植物感受外界环境变化的重要光受体之一,对蓝光和近紫外线非常敏感。近年来随着研究的逐步深入,已知其广泛存在于动植物中。隐花色素为黄素类蛋白,在蓝光和近紫外线下能够抑制植物胚轴、胚芽鞘等伸长,调控植物开花时间;而且对生物钟及气孔开放也起到调节作用,近来还发现隐花色素在感知磁场、细胞凋亡等方面有调节作用。本文综述了隐花色素的分子结构、它所包含的结构域和相应功能以及植物中隐花色素基因家族的成员组成与进化关系,重点在分子水平上介绍了隐花色素的生理功能与作用机制。

玉米隐花色素CRY1b和CRY2基因转录丰度对不同光质处理的响应

玉米株高、开花期、产量、品质等性状与环境中的光密切相关。隐花色素是一类蓝光和近紫外光的受体,主要参与植物的光形态建成及动、植物的生物钟调控。通过研究玉米隐花色素基因对不同光处理的表达模式,可为进一步研究其对玉米光形态建成的作用奠定基础。本研究采用RT-PCR技术克隆了玉米Zm CRY1b和Zm CRY2基因;利用生物信息学相关网站和软件对其编码蛋白的结构域及氨基酸进行了系统发育分析;利用q RT-PCR分析了玉米自交系B73中Zm CRY1b和Zm CRY2基因在不同组织、以及响应不同光质及长日照和短日照处理的转录丰度。研究发现,玉米与拟南芥、水稻和小麦的CRY蛋白有相同的结构域及较高的氨基酸序列的一致性,表明它们具有相似的功能。Zm CRY1b和Zm CRY2基因主要在玉米的叶片中表达;二者能迅速响应各种持续光质、黑暗到不同光质转换及长日照和短日照处理,且Zm CRY1b在各种处理下的转录丰度均高于Zm CRY2,可能暗示Zm CRY1b在玉米中功能更强。以上研究结果表明,Zm CRY1b和Zm CRY2基因均能有效地响应各种光质和光周期处理,并在玉米的光形态建成中发挥重要作用。本研究为进一步探明Zm CRY1b和Zm CRY2基因的功能及其在玉米品种改良中的应用提供了研究基础。

抑制水稻隐花色素基因OsCRY1a表达对水稻农艺性状的影响

利用已公布的OsCRY1a基因的序列设计引物,扩增部分基因片段,构建RNAi植物表达载体并转化水稻,导致该基因表达水平下降和功能缺失。根据转基因植株重要农艺性状的表现,分析该基因的功能。结果表明,抑制OsCRY1a基因的表达,水稻开花期推迟16d,株高和粒长明显增加,而其他重要农艺性状如剑叶长、宽和穗长等无明显变化。

拟南芥隐花色素突变体抑制子的筛选及其表型分析

隐花色素(cryptochrome,简称CRY)是与DNA光解酶氨基酸序列高度同源的黄素蛋白,但不具有光解酶活性。拟南芥的隐花色素家族中隐花色素1(CRY1)主要抑制下胚轴伸长,隐花色素2(CRY2)主要调节光周期开花,并且这两个光受体具有部分重叠的功能。cry1cry2双突变体在长日条件下比野生型晚开花。采用激活标签的方法,在cry1cry2双突变体背景下筛选到一个早开花突变体scc17-D(suppressor of cry1cry2#17-Dominant)。TAIL-PCR结果表明,scc17-D突变体的T-DNA插入在第一条染色体上的At1g25440和At1g25450两个基因之间。scc17-D突变体表现出植株矮化、叶片变小、果荚变小和子叶表皮细胞形状发生改变等性状。

隐花色素CRY2基因片段克隆及RNAi植物表达载体的构建

隐花色素是植物向光反应的主要的光受体,介导蓝光/近紫外光调控的反应。在拟南芥中CRY2调节去黄化反应并控制开化时间。我们根据在GenBank中已经发表的拟南芥(NM_100320)、中国大白菜(AY176689)、油菜(AJ889779)CRY2基因的cDNA保守序列设计并合成同源引物。通过RT-PCR方法从"津田"芜菁(Brassica rapa L.subsp.rapa"Tsuda")总RNA中扩增出CRY2基因的cDNA部分片段,采用gateway技术中的BP反应将其克隆到pDONR221中。测序表明,该片段与拟南芥具有87%的同源性,与油菜和中国大白菜的同源性达97%以上。采用gateway技术中的LR反应,以植物表达载体pH7GWIWG2(I)为基础,构建了由组成型启动子35S调控的CRY2基因的ihpRNAi植物表达载体。

广叶绣球菌DASH型隐花色素同源基因Slcry1的序列与表达分析

用关键词"DNA photolyase (pfam 00875)"和"FAD binding domain of DNA photolyase (pfam03441)"搜索广叶绣球菌(Sparassis latifolia)闽绣1号菌株基因组,找到一个候选基因——隐花色素同源基因Slcry1,PCR扩增得到该同源基因cDNA全长1755 bp,基因组全长为2279 bp;利用PROTPARAM预测SlCRY1蛋白含有584个氨基酸,相对分子质量为65800,等电点为8.94;利用SMART和Pfam预测其保守结构域,发现SlCRY1蛋白(584个氨基酸)包含一个DNA光解酶(DNA Photolyase)结构域和一个FAD结合(FAD binding)结构域;用MEGA7软件中的邻位相连法构建系统发育树,发现SlCRY1属于光解酶/隐花色素蛋白家族中的DASH(Drosophila,Arabidopsis,Synechocystis,and Homo species)型隐花色素;最后用荧光定量PCR检测该同源基因在广叶绣球菌不同发育阶段及光照处理下的表达量:在约300 lx白色LED光照下,基因Slcry1表达量随光照时间延长而增加;不同发育时期,Slcry1基因的表达水平为子实体>原基>菌丝。实验结果揭示:SlCRY1属于DASH型隐花色素,其表达量受到光照的诱导,且随广叶绣球菌的生长发育而上升。

植物隐花色素及其分子调控机制

蓝光受体隐花色素(cryptochrome)对植物生长发育有重要的调节作用,其调节反应主要有去黄化、抑制下胚轴伸长、刺激子叶伸展、促使叶绿体发育、调节光周期、调节生物钟、促进保卫细胞发育、调节气孔开度和调控基因表达等。本文概述了近年来植物蓝光受体隐花色素及其分子调控机制方面的研究进展。

拟南芥18srRNA参与隐花色素介导的信号传导途径的研究

通过筛选以拟南芥蓝光受体隐花色素双突变体cry1cry2为遗传背景的激活标签突变体库,得到一株SCC98-D株系,该突变体具有早开花,下胚轴变短,并具有花瓣数目增加等表型,彻底恢复了cry1cry2的晚开花和长下胚轴表型.通过Tail-PCR的方法克隆得到SCC98-D突变体中激活标签插入位点的侧翼序列,通过对该侧翼序列测序发现插入位点在18srRNA的1751bp处,运用RT-PCR方法分析插入位点周围基因的表达,发现只有18srRNA的表达被激活,由此证实了18srRNA参与隐花色素介导的信号传导途径.

干扰隐花色素Cry1a与Cry1b基因的表达对水稻若干农艺性状的影响

利用已公布的水稻Cry1a与Cry1b基因序列设计引物,PCR扩增基因部分片段,构建了一个包含2个隐花色素基因片段的ihpRNA表达载体pSC1301-347-Cry1aCry1b,并通过农杆菌介导转化水稻,以期同时导致这2个基因功能缺失.根据转基因植株主要农艺性状的表现,初步分析了Cry1a与Cry1b对水稻重要农艺性状的影响.结果表明,转基因水稻开花期推迟16 d,株高增加明显,粒型显著变长,而其他所观察的性状无明显改变.

隐花色素与植物的光形态建成

综述了蓝光受体隐花色素在植物光形态建成方面的作用与信号转导的研究进展。

植物隐花色素及其功能研究进展

隐花色素是植物感受外界环境变化的重要光受体之一,近年来的研究揭示其广泛存在于植物中。隐花色素为一类黄素蛋白,在蓝光和近紫外光下能够抑制植物胚轴、胚芽鞘等的伸长,调控植物开花时间、生物钟及气孔开放等。此外,隐花色素在感知磁场、细胞凋亡等方面也有调节作用。

蓝光诱导的苋红素合成—隐花色素的作用

蓝光对尾穗苋黄化苗苋红素的合成有明显的诱导效应.不同苗龄的幼苗对蓝光的敏感性不同:萌发22小时起开始合成苋红素,42小时达到高峰,92小时后趋向消失.苋红素合成带后期为3—4小时,蓝光诱导18小时后色素积累进入饱和期.吸收蓝光的隐花色素和吸收红光的光敏色素有协同调节作用.红光预处理能增强其后的光诱导效应,蓝光预处理抑制种子的萌发.隐花色素可能是黄素类物质.

生物钟基因隐花色素-1与精神分裂症核心家系的单体型相对风险分析

目的探讨精神分裂症与生物钟基因隐花色素-1(Cryptochrome-1,Cry1)的关系。方法检测100个精神分裂症核心家系的Cry1基因上的rs2300448-rs1921135和rs1056560三个多态性位点,并进行单体型相对风险分析(HHRR)。结果HHRR结果显示,rs2300448多态性由父母传递给患病子女的等位基因(G/A)频率差异有统计学意义(P<0.05),等位基因G优先传递给患病子女;而rs1056560和rs1921135的等位基因传递频率差异无统计学意义(P>0.05)。结论Cry1基因可能与中国汉族精神分裂症相关联。

水稻隐花色素基因Cry1a/Cry2/Cry1b RNAi表达载体构建及遗传转化研究

构建一个包含3个水稻隐花色素基因片段的RNAi表达载体pSC1301-347-Cry1aCry2Cry1b并转化水稻,以期导致Cry1a、Cry1b与Cry2集体沉默,观察它们对水稻重要农艺性状的影响。结果表明,转基因水稻开花期显著延迟,结实率骤降,株高增加,剑叶变短,谷粒变长、变宽;而剑叶宽、穗长与对照无显著差异。

福州野生蕉隐花色素和光敏色素基因家族的克隆及其表达分析

采用RT-PCR结合RACE法从福州野生蕉试管苗中克隆隐花色素和光敏色素基因家族成员的c DNA序列,命名为Mu Cry1、Mu Cry2a、Mu Cry2b、Mu Phy B、Mu Phy C1。Mu Crys和Mu Phys的c DNA序列依次为2 330、2 859、2 752、3 272、3 912 bp,编码698、666、669、1 089、1 003个氨基酸。生物信息学分析表明:Mu Crys和Mu Phys均属不稳定、亲水蛋白,具跨膜结构域和卷曲螺旋结构,都不具信号肽,均定位于细胞核。系统进化树分析结果表明:Cry1和Cry2聚为两大类,其中Mu Cry1与小果野蕉、海枣和油棕Cry1的亲缘关系最近,与双子叶植物大豆Cry1的亲缘关系最远;Mu Cry2a和Mu Cry2b与小果野蕉、水稻和小麦Cry2的亲缘关系最近,与双子叶植物碧桃Cry2的亲缘关系最远;Mu Phy B与小果野蕉Phy B的亲缘关系最近,与双子叶植物毛果杨Phy B的亲缘关系最远;Mu Phy C1与小果野蕉和马来兰花蕉Phy C的亲缘关系最近,与双子叶甜橙Phy C亲缘关系最远。q RT-PCR结果表明:Mu Cry的3个成员和Mu Phy C1对不同光质响应存在差异,蓝光都可促进Mu Cry 3个成员m RNA的转录,红光促进Mu Phy C1 m RNA的转录,在黑暗、红光、绿光和黄光下Mu Cry1的表达受到抑制;黄光和红光对Mu Cry2a的转录水平影响不明显,而黑暗、暖白光和绿光可抑制Mu Cry2a的表达水平;Mu Cry2b的转录水平受蓝光和红光的正调控,而受绿光的负调控;Mu Phy C1在红光处理下的表达量最高,蓝光和暖白光下的表达量相近,白光、绿光、黄光和黑暗处理下的表达量差异不大,表明Mu Phy C1积极响应红光刺激。

二化螟隐花色素基因cryptochrome1和cryptochrome2的克隆与表达谱分析

隐花色素基因(cryptochrome,简称cry)是一类生物钟基因,参与生物体昼夜节律调控。本实验克隆了二化螟2个隐花色素基因,分别命名为Cs-cry1和Cs-cry2(Genbank登录号分别为HG780135和KF977409),其分别包含1605 bp和2289 bp的开放阅读框,分别编码由534和762个氨基酸组成的蛋白;Cs-cry1与其它鳞翅目昆虫cry1的相似性较高,而Cs-cry2与其它鳞翅目昆虫cry2的相似性较高,这与系统进化分析结果相一致;半定量RT-PCR研究表明Cs-cry1和Cs-cry2基因在二化螟成虫触角、头、雄、腹、足和翅等不同组织中均有表达。实验结果为二化螟昼夜节律分子机制研究提供了理论依据。

茶树隐花色素基因CsCRY1和CsCRY2的克隆及表达模式分析

通过同源比对茶树〔Camellia sinensis(Linn.)Kuntze〕基因组和转录组数据,获得2个茶树隐花色素(CRY)基因。利用PCR克隆技术,从茶树品种‘福鼎大白茶’(‘Fuding Dabaicha’)中克隆得到这2个隐花色素基因,分别命名为CsCRY1和CsCRY2。采用生物信息学方法,对茶树CsCRY1和CsCRY2基因编码蛋白的结构域、系统进化关系、二级结构和PHR结构域的三级结构进行分析,对CsCRY1和CsCRY2基因的启动子顺式作用元件及其功能进行了预测分析。结果显示:茶树CsCRY1基因开放阅读框长度为2055 bp,编码684个氨基酸;CsCRY2基因开放阅读框长度为1944 bp,编码647个氨基酸;CsCRY1和CsCRY2蛋白均在N端含有保守的PHR结构域,在C端含有保守的CCE结构域,这2个结构域在拟南芥〔Arabidopsis thaliana(Linn.)Heynh.〕中具有传导蓝光信号的功能。系统进化分析结果显示:CsCRY1和CsCRY2蛋白属于Plant CRY类隐花色素,其进化树分支距离与同目(杜鹃花目)植物滇山茶(Camellia reticulata Lindl.)和中华猕猴桃(Actinidia chinensis Planch.)较近,与单子叶植物距离较远。CsCRY1和CsCRY2基因的启动子顺式作用元件与光照和激素条件密切相关。实时荧光定量PCR分析结果显示:茶树根中CsCRY1和CsCRY2基因的相对表达水平最高,其后依次为叶、花、茎;蓝光能显著诱导CsCRY1和CsCRY2基因上调表达;0.1 mmol·L^-1脱落酸(ABA)以及1.0 mmol·L^-1吲哚乙酸(IAA)、茉莉酸甲酯(MeJA)和赤霉素(GA3)均能刺激CsCRY1和CsCRY2基因上调表达。研究结果显示:茶树CsCRY1和CsCRY2基因可能在组织发育、蓝光信号传导和激素调控中发挥重要作用。

植物的隐花色素及其光信号转导

介绍了近年来植物隐花色素介导的光信号转导分子机制的研究进展。

隐花色素--生物磁感应蛋白

地磁场影响着自然界的生命活动,候鸟、果蝇等就利用地磁场进行导航迁徙.研究表明,鸟类的视网膜中存在一种蛋白名为隐花色素,作为最可能的磁感应分子和光受体.该蛋白能够在光照条件下,产生自由基对,进行光化学转换.人体内也含有隐花色素蛋白,该蛋白也具有磁感应潜能.本文从地磁感应现象入手,结合最新的研究进展,重点介绍了隐花色素的结构、分类、光反应机制,并且根据光依赖的自由基假说就鸟类感应地磁场这一现象进行了简要阐述,同时对隐花色素研究前景进行了探讨.