F-box蛋白在植物生长发育中的功能研究进展

在真核生物中,由泛素介导的蛋白降解途径与植物生长发育密切相关。F-box蛋白家族是一类含有Fbox基序(motif),在泛素介导的蛋白质水解过程中具有底物识别特性的蛋白质家族。目前,从各种植物中已鉴定出大量的F-box蛋白质,这类蛋白质在植物激素的信号转导、光信号转导、自交不亲和以及花器官发育等许多生理过程中都具有重要功能。研究发现F-box蛋白在调控植物生长发育过程中所发挥的功能与其结构及泛素蛋白酶体途径密切相关。

过氧化氢酶在植物生长发育和胁迫响应中的功能研究进展

过氧化氢酶(catalase,CAT)作为过氧化氢(hydrogen peroxide,H_(2)O_(2))的清除酶在植物生长发育和胁迫响应中扮演着十分重要的角色。CAT的功能受到严格调控,其在正常条件下维持适当浓度的H_(2)O_(2)作为信号分子以保证植物的生长发育;在胁迫下保持H_(2)O_(2)稳态以增强植物耐逆性。本文对近年来CAT在植物生长发育和胁迫响应中的功能研究进展予以综述,特别是翻译后修饰和亚细胞定位对CAT功能的调控,并对植物CAT的调控机理研究进行了展望。

小麦TaZFP33基因克隆、生物信息学分析、亚细胞定位与表达分析

C_(2)H_(2)锌指蛋白作为最大的转录因子家族之一,在调节植物生长发育及逆境胁迫应答反应中起着重要作用。以春小麦品种Fielder(Triticum aestivum L.cv.Fielder)为材料克隆到锌指蛋白TaZFP33基因,其编码区全长510 bp,编码169个氨基酸。生物信息学分析得知:TaZFP33蛋白分子质量为17.5 ku,等电点为6.43,属于Q型锌指蛋白,且为不稳定疏水性蛋白。通过系统进化与启动子分析表明该基因可能受ABA诱导的相关胁迫响应。转化烟草进行瞬时表达分析,结果表明TaZFP33定位在细胞核上。实时荧光定量分析组织特异性表达表明,TaZFP33基因在小麦胚、根、茎、叶中均有表达,其中在胚中表达量最高。经不同浓度的ABA、PEG6000和NaCl处理幼苗后,发现TaZFP33基因对上述胁迫均有不同程度的响应。该研究为后续深入探索TaZFP33基因的生物学功能研究奠定了基础,也为小麦的抗逆性研究提供候选基因。

m^(6)A修饰在植物生长发育和抗逆境胁迫中的功能

真核生物mRNA存在多种甲基化修饰,其中N 6-腺苷酸甲基化(N 6-methyladenosine,m^(6)A)修饰是最为常见的一种动态内部修饰。m^(6)A是指RNA腺嘌呤的第6位氮原子上发生甲基化修饰,它能够动态的被甲基转移酶添加,被去甲基化酶去除,以及被甲基化阅读蛋白识别。近年来,植物m^(6)A修饰相关的酶被陆续鉴定,研究发现m^(6)A修饰调控植物胚胎发育、茎尖分生组织分化、开花等生长发育过程,在植物抗逆境胁迫响应中也具有重要调控作用。本文就m^(6)A修饰相关酶的组成及其在植物生长发育和植物抗逆境胁迫过程中的功能相关研究进展进行综述,并对甘蓝型油菜中m^(6)A修饰相关的酶进行了生物信息学分析。

植物SMXL蛋白的功能研究进展

SMXL(suppressor of MAX21-like)蛋白是独脚金内酯(strigolactone,SL)和烟素(karrikin,KAR)信号通路的主要成员,在植物生长发育和环境适应性方面发挥重要作用。近些年,SMXL蛋白的鉴定和功能研究极大填补了SL/KAR信号转导通路的空白。SL/KAR以受体(D14/KAI2)依赖的方式诱导SMXL蛋白泛素化修饰和降解,从而传递信号。当前,SMXL蛋白在植物激素信号转导通路中的作用位点及相关分子机制已得到深入研究。本文综述了SMXL蛋白的生物学功能,以及其稳定性调控和转录调控机制的研究进展,并对植物SMXL蛋白的调控机理研究进行了展望,以期为全面揭示植物SMXL蛋白的作用机制提供参考。

仙鹤草收敛止血功能及体外抑菌实验

为了研究仙鹤草的收敛止血功效和抑菌作用,本实验通过构建大鼠皮肤损伤模型、烫伤模型,在探讨添加溶菌酶对仙鹤草新鲜和冻干粉末对两种大鼠模型的收敛止血功效和保存时间影响基础上,进一步考察仙鹤草对表皮葡萄球菌、大肠杆菌和铜绿假单胞杆菌的抑菌效果。实验发现:新鲜仙鹤草粉末对大鼠伤口愈合效果明显强于冻干粉末,略逊于云南白药;粉末中添加溶菌酶对大鼠伤口愈合效果没有明显影响,但可显著延长鲜草存放时间;表皮葡萄球菌、大肠杆菌和铜绿假单胞杆菌对仙鹤草提取物敏感程度依次降低。结果表明:仙鹤草收敛止血的有效活性主要存在于鲜叶中;其提取物可以抑制常见致病菌的生长;溶菌酶可延长仙鹤草的储存时间。

CONSTANS-LIKE 7基因对拟南芥开花的调控分析

为研究CONSTANS-LIKE 7(COL7)在调控植物开花方面的功能,以定量PCR,GUS染色等方法,研究光及生物钟对COL7表达的影响,以及COL7对拟南芥开花的影响.实验结果显示:光及生物钟参与调控COL7的表达;过表达COL7在长日照条件下抑制CONSTANS(CO)以及FLOWERING LOCUS T(FT)的表达,进而抑制拟南芥开花;col7突变体不论是在长日照下还是短日照下都没有明显的开花表型,说明COL7在调控拟南芥开化方面可能与其家族基因中的其它成员存在功能冗余.

9个拟南芥凝集素类受体激酶基因功能的初步研究

植物凝集素类受体激酶(LecRLK)在植物防御、应答多种生物与非生物胁迫、参与激素调控和生长发育中具有重要的作用。但是该家族大部分成员的功能尚不明了。本文对LecRLK家族中的9个成员进行了生物信息学和相关分子遗传学的初步研究。启动子元件分析结果表明,9个成员均具有多个光和逆境响应元件,暗示其可能参与光信号以及非生物胁迫信号途径的调控。基因芯片及实时定量PCR结果显示,9个LecRLK基因具有明显的时空表达特异性,说明其可能在植物不同生长发育阶段及组织部位发挥着重要调控作用。利用三引物法对9个基因的突变体进行了筛选,最终得到14个纯合缺失突变体材料。上述结果为后续深入开展这些基因的生理功能研究提供参考数据。

成花素FT的调控运输及生理功能的研究进展

开花作为植物从营养生长到生殖生长的转折点,受外界环境变化影响,对植物发育和繁殖有着至关重要的作用。成花素(flowering locus T FT)蛋白作为拟南芥开花信号核心分子,在开花调控中扮演重要角色。拟南芥叶片在感应外界温度光照等因素变化后,通过生理钟(constants,CO)等蛋白及部分Mico-RNA正负协调调控筛管伴胞中的FT基因表达,FT蛋白通过筛管从叶片运输到茎顶端分生组织后,与一个碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper,b ZIP)蛋白FD结合调控茎顶端分生组织(shoot apical meristem,SAM)中的花组织形成相关基因表达,继而诱导开花。对近年来FT基因在叶片中的调控、FT蛋白的运输及其在顶端分生组织中的开花诱导机理进行综述,为进一步完善FT表达调控及功能研究提供参考。

水稻OsYABBY6基因参与叶片发育的初步研究

水稻YABBY基因家族在植物侧生器官发育过程中起着重要调控作用。在研究中,采用合成型转录因子的方法将转录抑制结构域EAR融合于OsYABBY6的C-端,获得转基因株系CE-OsYABBY6。表型分析发现,转基因株系CE-OsYABBY6-16和CE-OsYABBY6-19成熟期的剑叶均明显表现出朝近轴面卷曲,其卷曲指数相比于野生型均显著提高(P<0.05),说明OsYABBY6参与了水稻叶的发育调控。进一步的细胞组织学分析发现,与野生型相比,CE-OsYABBY6-16叶片横切面中的泡状细胞束的总数、非正常泡状细胞束的数量和比率均显著增加,说明OsYABBY6蛋白与泡状细胞的发育相关。同时,转基因株系CE-OsYABBY6中细胞周期及细胞伸长相关基因的转录水平显著升高,说明OsYABBY6对细胞分裂及生长产生了影响,最终导致了叶片发育的异常。总之,水稻转录因子OsYABBY6参与了叶的近-远轴发育调控,尤其是叶片近轴面的发育调控,而且是泡状细胞发育和叶片伸展所必需的。

逆境胁迫下植物体内活性氧代谢及调控机理研究进展

活性氧(reactive oxygen species,ROS)在植物生长发育中扮演着十分重要的角色。适当浓度的ROS是植物所必需的,而在逆境胁迫下ROS会大量积累,从而抑制植物的生长发育甚至杀死植物。为了维持体内ROS的动态平衡,植物进化出了一系列的ROS产生及清除机制。本文对近年来植物在逆境下的ROS产生、清除及其调节机制的研究进展予以综述,重点介绍转录及翻译后水平的ROS清除及其调节机制,并对植物ROS代谢及调控机理的研究提出了进一步展望。

低等生物谷氨酸脱氢酶基因用于作物遗传改良的研究进展

谷氨酸脱氢酶(glutamate dehydrogenase, GDH)是生物体中普遍存在的氮代谢相关酶。高等植物GDH因对NH_4~+的亲和力较低而在氨同化过程中仅起辅助作用,但在碳氮代谢、光呼吸和逆境响应中起着重要作用。低等生物GDH对NH_4~+的亲和力高,氨同化能力强,可异源表达于作物中以提高其氮素利用效率。本文对低等生物GDH基因用于作物遗传改良的研究进展进行了综述,重点综述了其在提高作物氮素利用效率和耐逆性,以及改善作物营养品质等方面的研究,并对GDH的作用机制、选择标准和应用前景提出了进一步展望。

F-box基因FOF2在拟南芥盐和冷胁迫响应中的功能分析

FOF2为F-box蛋白家族成员,其生物学功能尚不清楚.采用实时荧光定量PCR和生理学实验相结合的方法,对FOF2基因的表达模式及其在拟南芥抗盐和冷胁迫响应中的作用进行了分析.研究发现,FOF2在拟南芥根、茎生叶和果荚中表达较高,并且其表达受盐和冷胁迫诱导.FOF2过表达株系对盐胁迫敏感,与野生型相比种子萌发率低、幼苗主根较短;相反,fof2突变体对盐胁迫的敏感性则减弱.FOF2过表达和缺失突变体种子萌发对冷胁迫无响应,但其主根在冷处理中分别比野生型短或者长.盐处理下,FOF2过表达株系中盐胁迫反应相关基因的表达量显著降低,fof2突变体中则升高;冷处理下,FOF2过表达株系中冷胁迫反应相关基因的表达量显著升高,fof2突变体中则降低.结果表明,FOF2在植物抗盐胁迫响应中起负调控作用,在抗冷胁迫响应中则可能起正调控作用.

拟南芥LecRK-ConA基因突变体的筛选鉴定及其功能初步研究

植物凝集素类受体激酶(lectin receptor-like kinases,LecRLKs)在植物抗逆性、激素信号转导及生长发育调节等方面扮演重要角色。LecRK-ConA基因是拟南芥Lec RLK基因家族中的一员。利用三引物法鉴定获得LecRK-ConA基因两个缺失突变体的纯合子。启动子顺式作用元件分析显示,LecRK-ConA具有多个与干旱、光、赤霉素(gibberellic acid,GA)等应答相关的元件。实时定量PCR结果表明:LecRK-ConA基因具有组织表达差异性,且在春化后4 d的种子中表达量最强,用NaCl和甘露醇处理均能抑制该基因的表达。用NaCl和甘露醇处理缺失突变体lecrk-cona和Col-0后,发现lecrk-cona的种子萌发率显著低于野生型。此外,突变体lecrkcona相对野生型Col-0来说,具有早花现象。上述实验结果为进一步深入研究LecRK-ConA基因在抗逆与开花调控途径中的生理功能奠定了基础。

油菜分枝数相关基因定位克隆研究进展

油菜是世界上主要的油料作物之一,提高其产量对保障粮油供给安全具有重要意义。单株角果数是直接影响油菜产量的最主要因素,分枝作为角果的载体,与产量密切相关。油菜适当的多分枝可增加角果数量,从而提高产量,因此,鉴定调控油菜分枝数的基因、创制油菜多分枝资源对高产育种具有重要价值。近年来,多个油菜分枝数相关的数量性状基因座(quantitative trait locus,QTL)、候选基因以及基于基因组编辑手段创制的多分枝种质被报道。本文对这些QTL和相关基因的定位克隆进行综述,以期为发掘新的油菜多分枝基因以及高产油菜分子设计育种提供理论依据。

拟南芥GH3.9基因的过表达及其表型分析

为研究GH3.9基因在植物生长发育过程中的作用,利用RT-PCR成功克隆到GH3.9基因,该基因全长为1 750bp。通过构建pEGAD-GH3.9过表达载体转化拟南芥,获得过表达GH3.9基因纯系转基因株系GH3.9ox-3和GH3.9ox-7。对拟南芥野生型(WT)和转基因株系(GH3.9ox-3和GH3.9ox-7)幼苗用不同光强和光质进行处理,结果显示:在蓝光、红光、远红光等不同光照强度下培养,过表达株系幼苗下胚轴的生长均明显受到抑制,且较野生型明显;采用不同光周期处理拟南芥幼苗,过表达幼苗下胚轴的伸长明显低于野生型;对成年植株表型进行观察,发现过表达株系植株矮小、雄蕊变短、果荚短小。研究表明:GH3.9基因参与了拟南芥生长发育调控,过表达GH3.9基因对拟南芥生长有抑制作用。

水稻OsDHHC13基因参与氧化胁迫响应的初步研究

DHHC型锌指蛋白参与细胞内蛋白质的棕榈酰化修饰,对细胞和个体的生长发育起着重要的调控作用.OsDHHC13是典型的DHHC型锌指蛋白基因.生物信息学分析发现,OsDHHC13的启动子区域含有胁迫及光响应元件,而且其编码蛋白是具有4个跨膜结构域的典型膜蛋白.对OsDHHC13过表达株系进行H2O2的氧化胁迫处理发现,过表达株系幼苗的根显著长于野生型,说明OsDHHC13能解除H2O2对根生长的抑制,提高了抗氧化胁迫的能力.随后H2O2含量测定发现,OsDHHC13过表达株系幼苗根部的H2O2含量显著低于野生型.进一步的qRT-PCR分析发现,与清除H2O2相关的酶基因的转录水平在过表达株系中显著升高,说明OsDHHC13能促进清除H2O2的相关酶基因的表达,调节内源性H2O2的动态平衡.总之,本研究结果初步证明锌指蛋白基因OsDHHC13正调控水稻的抗氧化胁迫能力.

隐花素在生长素调控拟南芥下胚轴伸长中的作用分析

以拟南芥野生型(Col-4)和隐花素双突变体cry1cry2为材料,研究不同光照条件下不同浓度吲哚乙酸(IAA)和IAA极性运输抑制剂氨基酞氨酸(NPA)对幼苗下胚轴伸长的影响。结果显示,低浓度IAA(10-7mol/L)可促进连续白光和红光下cry1cry2幼苗下胚轴伸长,而连续蓝光下cry1cry2下胚轴的伸长则受到抑制。蓝光下相同浓度的NPA对cry1cry2幼苗下胚轴伸长的抑制程度比野生型要小。RT-PCR分析结果显示,瞬时蓝光处理时IAA合成关键酶基因IGPS以及生长素应答基因IAA1和IAA5在cry1cry2突变体中的转录水平比野生型中要高。这表明隐花素可能部分通过调节IAA合成和/或IAA极性运输,介导蓝光调控拟南芥下胚轴的伸长。

拟南芥AtWNK9基因的定位及表达分析

AtWNK9为拟南芥WNK(With no lysine kinase)激酶家族成员,其功能尚不清楚.采用生物信息学和生物学实验相结合的方法,对AtWNK9蛋白结构、亚细胞定位、启动子元件、基因表达模式进行了分析.研究发现,AtWNK9定位在细胞核中;该基因在拟南芥根中高效表达,其表达受ABA,NaCl、葡萄糖、热和冷等非生物胁迫处理强烈诱导.结果表明,AtWNK9为非生物胁迫反应相关基因,并可能参与根的生长发育.

植物糖与激素信号途径的交叉会话

植物良好的生长发育状态需要体内众多生物学过程的有序参与,而其中最关键的就是光合作用及营养物质的吸收。这些复杂的生物学过程需要多种激素和糖信号的共同响应以及在各组织间的精密协同。目前,关于糖信号与激素信号的协同调控研究主要围绕DELLAs与PIFs展开,二者作为核心元件,在介导糖与赤霉素、细胞分裂素、油菜素内酯、茉莉酸甲酯、脱落酸和生长素之间的交叉会话中起着重要的串联作用。研究糖与激素的交叉会话可深入阐明植物生长发育与环境应答的分子机制,并为进一步的作物改良和育种提供新思路和理论依据。