玉米ZmHY5和ZmHY5L基因的克隆及其转录丰度对不同光质处理的响应

为了探索玉米(Zea mays)HY5(Elongated hypocotyl 5)基因的功能,以玉米自交系B73为材料克隆了2个HY5基因,分别命名为ZmHY5和ZmHY5L。利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)方法分析ZmHY5和ZmHY5L基因在玉米不同组织中的表达量,以及对不同光质、转换光和长短日照处理的响应。结果表明,玉米与高粱、南荻、谷子及拟南芥的HY5具有相似的结构域和较高的氨基酸序列一致性,意味着它们可能具有类似的功能。ZmHY5和ZmHY5L基因的组织表达模式类似,均在叶片中的表达量最高,但整体上ZmHY5基因表达量明显高于ZmHY5L基因;两者对不同持续光质的响应模式也基本类似,ZmHY5基因在蓝光条件下表达量最高,对黑暗转白光的响应更明显。ZmHY5L基因在长日照条件下的响应能力强于ZmHY5基因,而ZmHY5基因在短日照条件下具有更强的黑暗阶段响应能力。暗示ZmHY5和ZmHY5L基因可能在玉米光形态建成及花期调控中发挥作用。

2个玉米ZmCOP1基因的克隆及其转录丰度对不同光质处理的响应

CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENIC 1 (COP1)作为一种E3泛素连接酶,能够介导拟南芥光信号转导中HY5、LAF1、HFR1和CO等正调控因子的泛素化降解,从而调控幼苗光形态建成、花青素合成和开花等生物学过程。为了探索玉米COP1基因的功能,本文以玉米自交系B73为研究材料,利用反转录PCR(RT-PCR)方法克隆了2个ZmCOP1基因,分别命名为ZmCOP1a和ZmCOP1b。通过生物信息学相关软件和网站对ZmCOP1进行理化性质分析、结构域预测和系统发育树分析,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术进一步分析2个ZmCOP1基因在不同组织中的转录丰度,以及其在幼苗期对不同光质和光周期处理的响应。研究发现, ZmCOP1a和ZmCOP1b的开放阅读框(ORF)分别包含2082个和2061个核苷酸,编码693个和686个氨基酸。玉米、水稻、高粱、谷子和拟南芥的COP1蛋白具有相同的结构域和较高的氨基酸序列一致性,暗示它们可能具有相似的功能。2个ZmCOP1基因主要在玉米地上组织中表达,均能迅速响应不同光质处理,且ZmCOP1a的转录丰度普遍高于ZmCOP1b,表明ZmCOP1a可能在不同光质处理下具有更重要的作用。在长日照和短日照条件下,ZmCOP1a和ZmCOP1b在黑暗阶段的转录丰度整体高于光照阶段,有趣的是,二者在光照阶段的表达模式相似,但是在黑暗阶段, ZmCOP1b的转录丰度高于ZmCOP1a。这说明在不同光周期条件下,ZmCOP1b可能比ZmCOP1a更重要。综上这些研究结果表明,ZmCOP1a和ZmCOP1b具有功能冗余和分化。二者可以参与不同光信号通路,可能在玉米光形态建成和花期调控中发挥重要作用。本研究为进一步探明ZmCOP1a和ZmCOP1b基因的功能及其在玉米育种中的应用提供了研究基础。

栽培黑麦光敏色素PHYA、PHYB和PHYC基因转录丰度对不同光质处理的响应

栽培黑麦(Secale cereal L.)属于禾本科黑麦属,是一种有价值的粮食和饲料作物,对生物和非生物胁迫具有很高的抗性。黑麦1RS染色体臂携带的抗病基因通过染色体易位转入小麦基因组,1BL/1RS易位系在世界范围内提高了小麦对白粉病和条锈病抗性。光敏色素是一类红光/远红光受体,调控植物的种子萌发、株高、避荫性反应和开花等适应性反应。本试验克隆了黑麦光敏色素基因(phytochrome)ScPHYA、ScPHYB和ScPHYC,利用荧光定量PCR(qRT-PCR)方法分析ScPHYs在不同组织中的转录丰度,及其在幼苗期对不同光质和光周期处理的响应。研究发现,黑麦与拟南芥、水稻及普通小麦等植物的phys蛋白具有相似的结构域,且与小麦、水稻等禾本科植物的phys蛋白有较高的氨基酸序列一致性,暗示它们可能具有相似的功能。ScPHYs在根中的表达水平最高,并在黑暗和远红光条件下的转录丰度较高;由黑暗转红光、远红光、蓝光和白光条件下三者的表达模式略有不同。在光周期反应中,长日照条件下三者的表达模式相似,短日照条件下三者的表达模式各不相同。以上结果表明,ScPHYs可能在黑麦光形态建成中发挥重要功能。本文通过对3个黑麦光敏色素基因的转录分析,为研究黑麦的光信号系统提供参考,同时也为进一步探究光敏色素在黑麦遗传改良及分子育种中的应用提供依据。