生长素输出载体蛋白PIN1在作物根和胚中的亚细胞定位

生长素输出载体在植物发育中起非常重要的作用。然而,生长素输出载体蛋白PIN1在农作物水稻、小麦、玉米和大豆的根和胚中的亚细胞定位尚不清楚。该研究首先分析了OsPIN1b和它的同源物的氨基酸序列特征,发现小麦(TaPIN1)、玉米(ZmPIN1b)和大豆(GmPIN1b)中的PIN1序列与水稻的OsPIN1b序列分别具有61.5%、62.5%、61.9%的相似性。然后根据水稻‘日本晴’(‘Nipponbare’)的OsPIN1b的氨基酸序列,人工合成OsPIN1b多肽并注射健康的新西兰白兔获得了抗兔的OsPIN1b多克隆抗体,在通过免疫印迹方法检测抗兔的OsPIN1b多克隆抗体的有效性后,发现可以利用该抗体有效检测到水稻叶片及根中OsPIN1b的表达。为检测OsPIN1及其同源物在不同作物胚根和胚中子叶细胞的定位,利用制备的抗兔的OsPIN1b多克隆抗体并通过免疫组化实验,发现水稻的OsPIN1b、小麦的TaPIN1和玉米的ZmPIN1b非极性定位在早期的胚根和胚中子叶表皮细胞的细胞质膜上,大豆中的GmPIN1b非极性定位在胚根表皮细胞的质膜上,而在胚的子叶细胞中是胞质定位。为进一步检测水稻中OsPIN1b的亚细胞定位,对水稻根分生区表皮细胞用蛋白质转运抑制剂BFA(Brefeldin A)及抗兔的OsPIN1b多克隆抗体处理后,进行免疫组化实验,结果发现水稻中的OsPIN1b可以通过胞吞转运途径从水稻根表皮细胞膜进入细胞质中。该研究利用抗兔的OsPIN1b多克隆抗体有效检测了OsPIN1b及其同源物在水稻、小麦、玉米和大豆的胚根表皮细胞及胚中子叶表皮细胞的亚细胞定位,这将有助于进一步揭示生长素输出载体OsPIN1b及其同源物通过调控生长素极性运输而参与作物发育的作用机制。

狗蔷薇生长素输出载体蛋白基因PIN1和PIN2的分离与表达分析

植物体内生长素输出载体PIN蛋白基因的表达变化间接反映了生长素的运输与积累状态。为分析生长素在狗蔷薇(Rosa canina)类原球茎发生初期的作用,以狗蔷薇叶片愈伤形成的不定根为材料,分离了生长素输出载体蛋白基因PIN1和PIN2的cDNA,分别命名为RcPIN1(GenBank登录号KF543362)和RcPIN2(GenBank登录号KF543363)。RcPIN1全长2 266 bp,编码621个氨基酸;RcPIN2全长2 248 bp,编码643个氨基酸,两者推导蛋白结构差异微小,在N端和C端均有5个跨膜区域,中间1个亲水区。Blast比对发现两个基因与多种植物PIN基因具有高度同源性(>70%)。半定量RT-PCR分析表明,RcPIN1在根、茎中表达量高于叶和花,RcPIN2在根中表达水平高于茎、叶和花;在狗蔷薇类原球茎发生初期,TDZ诱导培养下愈伤—不定根RcPIN1和RcPIN2表达上调,而TDZ+TIBA抑制培养下两基因表达不活跃,且类原球茎形成率降低。试验结果表明生长素的极性运输与积累参与了调控狗蔷薇类原球茎的初期形态建成。

独脚金内酯调控植物侧枝发育的分子机制及其与生长素交互作用的研究进展

对独脚金内酯(strigolactones,SLs)调控植物侧枝发育的分子机制及其与生长素相互作用的相关研究结果进行了总结和归纳,在此基础上提出今后的重点研究方向。相关的研究结果显示:在拟南芥〔Arabidopsis thaliana(Linn.)Heynh.〕、豌豆(Pisum sativum Linn.)和水稻(Oryza sativa Linn.)等植物多枝突变体中SLs作为可转导信号参与侧枝发育的分子调控,从这些植物中已克隆获得参与SLs生物合成及信号应答途径的一些基因。作为一种植物激素,SLs在侧枝发育调控网络中与生长素相互作用;腋芽发育与其中生长素的输出密切相关,SLs通过调控芽中生长素的输出间接抑制腋芽发育和侧枝生长,而生长素则在SLs生物合成中起调节作用。

菠萝生长素极性运输载体基因AcPINs和AcAUXs的分离与表达分析

乙烯已经被广泛应用于菠萝人工催花,但其分子机制不是很清楚。以菠萝(Ananas comosus L.‘Perola’)茎尖为材料,采用RT-PCR结合RACE方法得到3个生长素极性运输输出载体基因(AcPIN1、AcPIN2和AcPIN3)和2个生长素极性运输输入载体基因(AcAUX1和AcAUX2)的c DNA及基因组DNA全长。AcPIN1、AcPIN2、AcPIN3、AcAUX1和AcAUX2的cDNA全长分别为2 690、2 388、2 057、2 156和1 580 bp,其开放读码框长度分别为1 854、1 917、1 530、1 479和1 392 bp,分别编码617、638、509、492和463个氨基酸;其基因组DNA全长分别为3 602、3 208、4 204、5 457和2 436 bp,从起始密码子到终止密码子的长度分别为3 244、2 780、3 947、5 264和2 321 bp。氨基酸序列多重比对及系统发育树结果显示AcPINs和AcAUXs分别属于植物PINs和AUX/LAXs家族。荧光定量PCR结果表明,菠萝茎尖经200和1 200 mg·L^(-1)乙烯利诱导处理后,AcPINs的表达上调较多,其中AcPIN2在处理后的早期(1~2 d)和后期(28~37 d)显著上调,另外两个PIN家族基因AcPIN1和AcPIN3在处理后的大部分时间都明显提高。AcAUX1的上调表达量相对较少,且相对表达量显著提高也主要集中在处理初期(1 d)和后期(28~37 d),而AcAUX2的上调表达则只在处理后的前期(1、2、9 d)。研究结果表明,乙烯利诱导菠萝成花过程中,存在着生长素极性运输,且生长素极性输出在此过程中的作用可能更重要。

百脉根PIN基因家族的鉴定与分析

生长素输出载体蛋白PIN-formed(PIN)是一类调控植物生长素极性运输的重要载体元件,与植物生长发育密切相关。利用生物信息学方法对百脉根(Lotuscorniculatus)PIN基因家族成员(LjPIN)进行筛选、鉴定,并对其结构特征、系统进化、编码蛋白质性质、顺式作用元件组成和表达特性等进行研究,为其功能鉴定及利用奠定基础。结果表明,百脉根基因组中含有27个LjPIN成员,主要分布在1-5号染色体上;27个LjPIN基因含8个可变剪切位点,编码35个蛋白质;除了LjPIN4、LjPIN13、LjPIN23基因外,其他LjPIN基因均含有内含子,内含子数和外显子数均为1~10个;LjPIN与拟南芥AtPIN、大豆GmPIN在进化关系上较接近,与水稻OsPIN较远;LjPIN蛋白大多为碱性的两性稳定蛋白质,一般含有5种保守基序,基序数量2~9个;LjPIN基因除了含有顺式作用基本元件CAAT-box和TATA-box外,还含有光响应、激素响应及生长发育相关的调控元件;11个LjPIN基因在根、茎、叶、花和不同形成时期种子中呈时空差异表达。

应用CRISPR/Cas9技术研究水稻OsPIN10a基因功能

生长素输出载体蛋白(PIN-FORMED,PIN)是控制生长素极性运输的关键蛋白。OsPIN10a是单子叶植物特异的生长素输出载体蛋白,但其生物学功能报道甚少。本研究在OsPIN10a基因的第1个外显子上设计编辑位点,构建了OsPIN10a的CRISPR/Cas9基因编辑载体。通过遗传转化水稻粳稻品种‘日本晴’获得19株转基因植株。测序分析表明14个转基因株系中有7种不同的突变类型,总突变率为73.68%。进一步鉴定获得4种不同类型的纯合突变体。序列比对分析表明,这4种类型的突变均造成移码突变和蛋白翻译提前终止,其中2种突变蛋白的长度为7和9个氨基酸,将其命名为ospin10a-1和ospin10a-2;2种突变蛋白的长度为235和232个氨基酸,命名为ospin10a-3和ospin10a-4。跨膜螺旋结构域分析表明这四种突变体中OsPIN10a蛋白的跨膜结构全部消失。幼苗期表型分析表明,ospin10a-1和ospin10a-2突变体植株地上部的生长和不定根的发育都受到显著影响。ospin10a-1和ospin10a-2突变体根的向重性受到显著抑制,说明OsPIN10a参与调控水稻根的向重性。