植物结瘤素基因响应逆境胁迫的研究进展

结瘤素基因最早在豆科植物与根瘤菌互作中发现,负责豆科植物根瘤器官的发生和固氮功能.随后发现结瘤素基因在非豆科植物的抗旱、耐盐、病原菌互作等过程中发挥了重要作用,表明该基因在植物应对生物和非生物胁迫时也具有重要功能.文章就结瘤素基因的分类、在植物应对生物和非生物胁迫时的功能等方面进行综述,以期为结瘤素基因的功能研究提供理论基础,同时为植物抗生物和非生物胁迫基因的挖掘提供新思路.

豌豆早期结瘤素基因ENOD12A的克隆及与PsLectin基因双元表达载体的构建

采用PrimStar HS DNA聚合酶从豌豆基因组DNA中扩增出了豌豆早期结瘤素基因PsENOD12A.序列分析结果表明,所克隆的基因与GenBank公布的序列仅相差1个碱基,但推导的氨基酸序列没有改变.将PsENOD12A基因和豌豆凝集素基因psl重组进了双元表达载体.

豌豆早期结瘤素基因PsSYM10的克隆及其表达载体的构建

采用Pri mStar HS DNA聚合酶从豌豆基因组DNA中扩增出了豌豆早期结瘤素基因PsSYM10.序列分析结果表明,所克隆的基因与GenBank公布的同源基因在碱基和氨基酸序列上的相似性分别为98.6%和99.7%.将PsSYM10基因与结瘤相关基因PsENOD12、凝集素基因PsLectin串联组合,构建成了双元表达载体.

拟南芥类结瘤素基因At1g01070的生物信息学分析

类结瘤素基因在非结瘤植物生长发育中承担着重要的功能,但仅少数基因的功能被鉴定.本研究对拟南芥类结瘤素MtN21(Medicago truncatula NODULIN 21)家族成员At1g01070进行了生物信息学分析及亚细胞定位验证.结果表明,At1g01070有两种可变剪切体,编码两种蛋白At1g01070.1和At1g01070.2,前者比后者在N端多47个氨基酸,它们的分子量分别为40KD和35KD,等电点分别为9.2和8.9;均含有2个MtN21蛋白的特征结构域EamA(药物/代谢物转运结构域),At1g01070.1比At1g01070.2多一个PLN00411结构域,且其靠近N端的EamA结构域较后者长;三级结构均由7个α-螺旋和一些不规则卷曲组成,分别含有10个和8个疏水跨膜区,均含13个磷酸化修饰位点,亚细胞定位预测主要定位在质膜;进化上,与琴叶拟南芥(Arabidopsis lyrata)亲缘关系最近;亚细胞定位结果显示At1g01070.1定位在质膜,与预测结果一致.推测At1g01070在植物体内可能参与物质运输.

蜡梅结瘤素基因CpNOD的克隆与表达分析

根据已构建的蜡梅cDNA文库中得到的片段,通过cDNA末端克隆得到了一个早期结瘤素基因,命名为Cp-NOD(GenBank登录号:JQ622290),该基因cDNA序列全长611个碱基,包含一个71bp 5-UTR区,一个333bp的开放阅读框ORF和一个207bp的3-UTR区,该基因由111个氨基酸组成,其中丙氨酸组分为多,占18.2%,序列比对分析表明,CpNOD具有典型的蛋白质家族ENOD93特征,属于ENOD93家族早期结瘤素蛋白.实时荧光定量PCR表达检测显示,CpNOD在蜡梅根、茎、花器中都有表达,其中以花中瓣表达最高;在花的不同阶段表达结果是从萌动期、花蕾期、盛开期到衰败期,表达量呈正相关,以衰败期表达量最高.转录表达分析结果推测,CpNOD在蜡梅的开花生理和氮元素响应方面起着积极作用.

枳早期结瘤素样基因PtBCP1的克隆和分析

[目的]克隆枳早期结瘤素样基因PtBCP1并对其序列进行分析。[方法]以枳消减文库中的C28 EST为种子序列进行电子克隆,据此设计引物进行PCR,以获得枳早期结瘤素样基因PtBCP1的全长cDNA和DNA序列,并对获得的序列进行生物信息学分析。[结果]PtBCP1基因由2个外显子和1个内含子组成,在枳幼苗根中的表达量是叶中的140倍,该基因编码的蛋白含131个氨基酸残基,预测分子量为14.0 kD,理论等电点为8.75,具有N端信号肽和PCLD(PFMD:PF02298)功能域,但无完整的铜离子结合位点,属于早期结瘤素样蛋白。[结论]为进一步研究PtBCP1基因的生物学功能奠定了基础。

豆科植物共生结瘤的分子基础和调控研究进展

豆科植物与根瘤菌共生互作的结果导致了一个新的植物器官——根瘤的形成,根瘤菌生活在根瘤中,它们具有将氮气转化为能被植物同化的氨的能力。该文阐述了根瘤的形成过程和类型,并主要以模式豆科植物蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)和日本百脉根(Lotus japonicus)为例,对近年来共生结瘤过程中宿主植物对根瘤菌结瘤因子的识别和信号传递、侵入线形成和固氮的分子基础,以及宿主植物对根瘤形成的自主调控机制、环境中氮素营养对结瘤的影响研究进行了综述,指出当前豆科植物与根瘤菌共生互作研究存在的问题,并对今后的研究方向作了分析与展望。

棉花类结瘤素MtN21基因家族生物信息学分析

结瘤素基因主要参与豆科植物根瘤的形成。非结瘤植物中也存在类结瘤素基因,主要调控植物的生长发育。Mt N21(Medicago truncatula NODULIN 21)基因家族属于类结瘤素基因家族,仅少数成员已被鉴定。以拟南芥(Arabidopsis thaliana)Mt N21家族为参考,对棉花(Gossypium hirsutum)Mt N21基因家族进行了生物信息学分析,发现棉花与拟南芥的Mt N21基因同源性较高,有共同的跨膜结构域Eam A和PLN00411;棉花中仅含PLN00411结构域的Mt N21蛋白等电点低于含Eam A结构域的蛋白;亚细胞定位主要在质膜、液泡膜和叶绿体,少数在细胞核;Mt N21蛋白具有膜内侧的磷酸化位点。研究结果表明,棉花Mt N21为跨膜蛋白,具有转运活性,可能在棉花生长发育和病原体免疫方面发挥一定的作用。