功能基因组学及其研究方法

随着水稻基因组测序工作的完成以及人类基因组计划(HGP)的顺利进行,生命科学的研究已经进入了后基因组时代。对功能基因组学的研究方法进行了综述,主要包括:微阵列、基因表达系列分析、反义RNA和RNAi、基因敲除、基因陷阱、蛋白质组、生物信息学和功能基因组系统学等。

异位表达赤霉素降解酶基因促进木本植物小桐子成花转变

小桐子(Jatropha curcas L.)是一种多年生木本油料作物,其营养生长过于旺盛是其种子产量低的原因之一。赤霉素在大多数多年生木本植物中抑制成花转变。为了降低小桐子内源赤霉素含量、促进植株的生殖生长,本研究采用拟南芥花特异性表达的AtAP1(Arabidopsis thaliana APETALA1)启动子驱动小桐子赤霉素降解酶基因JcGA2ox6在小桐子中表达。结果显示:转基因小桐子的叶片颜色变深,叶面积变小,单株总花序数目显著增多,花序变小而紧凑,且雌花和雄花变小,雌雄花数目均减少,单个花序中的雌花比例降低。本研究结果表明通过特异性表达小桐子JcGA2ox6能促进其由营养生长向生殖生长的转变。

小桐子赤霉素合成酶JcGA3ox基因家族成员的克隆与功能分析

赤霉素(gibberellins,GAs)是一类在植物生长和发育过程中起重要调控作用的植物激素。本研究克隆了木本油料能源植物小桐子(Jatropha curcas)赤霉素3-氧化酶(gibberellin 3-oxidase,JcGA3ox)基因家族全部3个成员,分别命名为JcGA3ox1、JcGA3ox2和JcGA3ox3。采用RT-qPCR技术检测JcGA3oxs在成年小桐子不同组织部位的表达量,发现JcGA3ox1的主要表达部位是成熟叶和幼果;JcGA3ox2的主要表达部位是成熟叶、雌花和雄花;JcGA3ox3主要表达部位是根、成熟叶和幼果。为了进一步探究JcGA3oxs在植物生长和发育过程中的作用,采用35S启动子分别构建了35S:JcGA3ox1、35S:JcGA3ox2和35S:JcGA3ox3超量表达载体,并转化拟南芥和小桐子。结果显示,35S:JcGA3oxs转基因拟南芥和小桐子植株的JcGA3oxs表达水平均显著高于野生型植株。与野生型拟南芥植株相比,转基因拟南芥植株GA_(1)和GA3含量均有减少,GA_(4)、GA_(24)和GA_(34)含量均有增加。但35S:JcGA3oxs转基因拟南芥和小桐子植株未出现开花时间、茎秆伸长或花器官发育异常等由内源赤霉素过量引起的典型表型变化。本研究结果表明在木本植物小桐子中GA3ox可能不是影响活性赤霉素含量及其生理功能的主要代谢酶。

星油藤WOX基因家族成员的鉴定及其表达谱分析

本研究利用星油藤(Plukenetia volubilis L.)转录组及基因组数据库,通过本地BLAST,筛选到了9个星油藤WOX(PvoWOX)基因家族成员,并对它们编码的蛋白质氨基酸序列、分子量和等电点等进行了预测。通过构建系统进化树,将该基因家族成员分为3个进化支,分别为远古支、中间支和WUS支;进一步对PvoWOX家族成员的基因结构和蛋白保守结构域分析发现在同一进化支中均很保守,并且家族成员均含有保守的同源异型结构域,其中WUS支的成员都含有WUS-box结构域。利用转录组数据和qRT-PCR对PvoWOX基因家族成员在星油藤不同器官中的表达谱进行了分析,结果显示9个PvoWOX基因成员具有不同的表达模式,其中WUS支和中间支成员的表达具有组织特异性,而远古支成员则在不同的器官中均有表达。因此推测PvoWOX家族成员具有功能多样性,分别参与调控星油藤不同器官的发育过程。本研究结果为进一步研究PvoWOX的生物学功能提供了帮助。

超量表达JcSEUSS1基因促进小桐子(Jatropha curcas)叶中花青素的合成

花青素是植物次生代谢的产物,具有光保护和抗氧化等功能。本研究克隆了大戟科木本植物小桐子(Jatropha curcas)JcSEUSS1的c DNA,序列比对表明JcSEUSS1包含一个高度保守的LIM结构域,与其他物种SEUSS蛋白具有很高的相似性。通过实时荧光定量PCR检测JcSEUSS1基因在小桐子不同组织部位的表达谱,发现该基因在小桐子的各个组织器官中均有表达。使用CaMV35S组成型启动子在小桐子中超量表达该基因会显著提高叶片和叶柄中花青素的含量。基因表达分析结果显示可能是由于转基因植株中与花青素生物合成相关的查尔酮合成酶基因JcCHS和查尔酮异构酶基因JcCHI的表达量显著上调而导致的。研究结果表明JcSEUSS1基因可能正调控小桐子叶中的花青素合成。