大豆雄蕊优势表达基因GmARFA1a通过调控花粉萌发影响结实率

大豆(Glycine max (L.) Merr.)是自花授粉作物,通过人工去雄的办法生产杂交种,不仅繁琐且成本高。雄性不育基因功能的研究是大豆杂种优势利用的前提之一,大豆雄性不育位点报道较少,定位及功能研究进展缓慢。随着大豆转基因体系的成熟及生物技术的发展,利用反向遗传学研究大豆雄性不育基因的功能变得相对容易。本研究通过转录组数据分析发现大豆中编码小G蛋白的GmARFA1a受到大豆雄性育性控制基因MS1(Male Sterile 1)和MS2的调控,公共数据库数据表明GmARFA1a在大豆未开放的花中表达量最高,而qRT-PCR数据进一步明确GmARFA1a在大豆授粉前雄蕊中优势表达。花粉萌发实验及结实率统计发现Gmarfa1a突变体花粉活力下降导致结实率受到明显抑制。本研究对GmARFA1a基因功能进行了初步解析,明确其对大豆雄性育性存在一定影响。研究结果不仅丰富了对GmARFA1a乃至ARF基因家族成员功能的认识,也为后续深入研究大豆GmARFA1a功能及大豆杂种优势利用奠定了基础。

大豆GmMS1雄性不育分子机制与功能分化研究

为探究本实验室克隆的大豆ms1突变体位点编码基因(GmMS1)调控雄性育性的分子机制,通过原核表达分别获得GmMS1和其马达结构域单氨基酸置换突变体(GmMS1A263L)urms1的马达结构域(Motor Domain,MD)与His标签融合蛋白,GmMS1 MD-His和URMS1 MD-His蛋白。体外微管结合实验揭示urms1与微管结合能力显著降低,表明GmMS1第263位精氨酸是参与微管结合的关键氨基酸,因此urms1由于微管结合能力减弱从而影响其驱动蛋白功能,导致雄性不育;为解析GmMS1与其拟南芥同源基因AtNACK2(NPK1-activating kinesin)在进化上是否出现功能分化,利用CRISPR/Cas9技术创制AtNACK2马达结构域功能丧失型突变体,对育性表型进行观察,结果表明,AtNACK2功能丧失导致植株半不育,因此从遗传上证明GmMS1与AtNACK2的确出现了基因功能分化。

植物ARF家族小G蛋白研究进展及大豆ARF家族初步分析

ARF (ADP-ribosylation factor)家族蛋白是最先报道的一类小G蛋白,其结构和功能十分保守,在囊泡运输及信号转导过程中是重要的分子开关。目前植物ARF家族功能研究远落后于哺乳动物及酵母。植物细胞缺少动物细胞中的内质网和高尔基体中间体结构,致使植物细胞中ARF蛋白介导的囊泡运输具有植物特异性,植物ARF蛋白更加丰富和多样化。本文对植物ARF家族蛋白在响应生物及非生物胁迫、参与种子休眠与萌发以及调控雄性育性生理功能方面进行总结,并系统归纳ARF家族蛋白介导囊泡形成和出芽的分子机制,同时对大豆(Glycine max)这一重要经济作物的ARF蛋白进行鉴定和分类,并根据其基因表达模式对大豆部分ARF蛋白进行功能预测,为深入解析ARF家族蛋白在植物囊泡运输和信号转导途径中的角色和功能提供理论支持。

植物驱动蛋白:从微管阵列到生理活动调控

驱动蛋白(kinesin)是以微管为轨道的分子马达,其催化ATP水解为ADP,将贮藏在ATP分子中的化学能高效地转化为机械能,在细胞形态建成、细胞分裂、细胞运动、胞内物质运输和信号转导等多种生命活动中发挥重要作用。对植物驱动蛋白的研究落后于动物和真菌,其原因不仅由于植物进化出独有的驱动蛋白家族,而且其家族成员数量远多于动物驱动蛋白。该文主要总结了驱动蛋白在微管阵列动态组织,包括周质微管和有丝分裂早前期微管带、纺锤体及成膜体中的角色和功能,以及其对植物生理活动的调控作用。同时对重要经济作物大豆(Glycine max)中的驱动蛋白进行了系统分析、分类及功能预测,发现大豆驱动蛋白数量庞大。结合公共数据库中大豆转录组数据,对部分大豆驱动蛋白进行功能预测,以期对大豆及其它作物驱动蛋白功能研究提供线索和启示。