山药(Dioscorea opposita Thunb.)赤霉素合成酶基因DoGA20ox1的克隆及功能研究

GA20-氧化酶(GA20ox)是赤霉素生物合成的关键限速酶,控制活性赤霉素的合成。以大和长芋山药和毕克齐山药为试验材料,采用RT-PCR(Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction)技术克隆山药赤霉素合成酶基因(DoGA20ox1);分析该基因在2个品种山药不同器官及不同发育阶段的表达模式;构建瞬时、植物表达载体进行DoGA20ox1基因功能研究。结果表明:(1)DoGA20ox1基因的ORF长为1152 bp,编码383个氨基酸。氨基酸序列比对发现山药的DoGA20ox1与几内亚薯蓣的氨基酸序列相似度较高,都具有20G-Fe(Ⅱ)oxygenase保守结构域。(2)与cDNA对应的gDNA长度为1499 bp,包括3个内含子,4个外显子。(3)在烟草叶表皮细胞中瞬时表达表明,山药DoGA20ox1蛋白定位于质膜。(4)DoGA20ox1在毕克齐茎中及大和长芋叶中表达量最高,且在块茎的整个膨大期大和长芋的表达水平都显著高于毕克齐山药。(5)将DoGA20ox1基因转入烟草,检测结果表明该基因转录水平成功表达。本研究为深入探究DoGA20ox1生物学功能,解析山药块茎调控分子机制提供理论依据。

小麦矮秆突变体DC20赤霉素合成及信号转导途径关键基因表达分析

小麦矮秆突变体DC20是经高能混合粒子场处理得到的,表现为赤霉素敏感型。本文采用实时荧光定量PCR技术,研究该突变体矮秆性状与GA合成及信号转导途径相关基因表达的关系。共检测编码GA合成途径关键酶和编码信号转导途径作用因子的10个关键基因。其中,编码内-贝壳烯杉氧化酶(KO)的GA3基因和编码正调控因子基因GAMYB的表达量极显著下调,下调倍数分别为20.0、3.1;2个编码负调控因子基因GAI和SPY显著上调,上调倍数分别为2.3、1.3。外源GA3(赤霉酸)处理能够抑制编码负调控因子基因GAI、SPY和RGA的转录,而GA合成关键酶基因GA3及正调控因子基因GAMYB转录水平显著升高表明DC20矮秆基因对GA相关途径的受外源GA3的调节。

3种赤霉素合成抑制剂对蓖麻株高和开花的影响

以株型高大的滇蓖2号蓖麻为试验材料,分别使用3种不同浓度的赤霉素合成抑制剂(多效唑(100,300,500 mg/L)、缩节胺(100,300,500 mg/L)和矮壮素(500,1 000,2 000 mg/L))对其长出7～8片真叶时进行4次喷施处理,调查和研究蓖麻株高、主穗位高、主茎节长、主茎粗和分枝数等农艺性状、生育期和主穗雌雄比例的变化。结果表明,赤霉素合成抑制剂多效唑对蓖麻生长的抑制最强,缩节胺次之,矮壮素最差。其中,不同浓度多效唑处理组中,高浓度处理组(500 mg/L)具有长期抑制作用,除蓖麻主穗位高和主茎节长具有明显缩短外,对其主茎粗和分枝数也都具有显著影响;在缩节胺处理试验中,抑制作用也随着浓度的增加效果越发明显;而矮壮素的抑制作用仅表现为主穗位高和主茎节长缩短。此外,缩节胺和矮壮素的抑制作用在蓖麻生长后期被解除。研究还表明,经多效唑处理后的蓖麻开花期推迟,主穗花序雌雄比例较未处理的研究组明显降低。研究首次发现,多效唑抑制蓖麻生长的同时具有促进雄花的作用,其可为蓖麻矮化育种和性别分化研究奠定基础。

高等植物赤霉素生物合成关键组分GA20-oxidase氧化酶基因的研究进展

GA-20氧化酶(GA-20 oxidase)是重要的GA生物合成和调控酶,直接催化生成有生物活性的GAs,是一种多功能酶,最显著的特点就是负反馈调节。GA20-氧化酶在植物发育和生理过程中起着重要的调控作用。综述了高等植物体内GA20氧化酶基因的克隆及表达调控研究及其对株高、纤维、开花、产量性状等影响,重点阐述了GA20氧化酶基因与激素、光周期、抗性等之间的相互作用,以便更好地揭示GA-20氧化酶信号网络系统及其作用机制。

毛竹赤霉素合成相关酶基因的全基因组鉴定和表达分析

赤霉素（GA）参与调节植物多种生长发育过程,其生物合成在体内受到严格的控制。研究毛竹（Phyllostachys edulis）赤霉素合成通路相关的酶基因,对于揭示其在毛竹生长发育中的作用具有重要价值。对毛竹全基因组进行分析发现,涉及赤霉素生物合成的酶基因有7类共50个,包括4个CPS、3个KS、5个KAO、1个KO、10个GA20ox、20个GA2ox、和7个GA3ox。不同酶基因的各个成员虽是比较保守的,但其基因结构、基本理化性质均存在着一定的差异。亚细胞定位预测表明,PeCPSs和PeKSs定位在叶绿体上,PeKAOs位于内质网上,PeGA20oxs、PeGA2oxs和PeGA3oxs定位于细胞质基质中。进化分析显示,毛竹GA生物合成通路相关酶与来自水稻的相应酶均具有较高的一致性,亲缘关系较近。利用转录组数据分析基因表达的组织特异性,结果表明不同类酶基因以及同一类酶基因的不同成员的表达均存在一定的差异。例如：PeCPS-1、PeCPS-4和PeKO为组成型表达,PeKAO-5主要在笋幼芽中表达,PeGA20ox-10仅在幼芽和根中表达;PeGA2oxs中有9个为组成型表达,7个为特异性表达,而PeGA3oxs中分别有5个和2个。本研究为深入了解毛竹内源GA生物合成奠定了基础,为利用GA生物合成酶基因人为调控植物生长发育提供了参考。

萝卜赤霉素生物合成和信号转导相关基因的全基因组鉴定及表达分析

赤霉素途径是植物开花调控中的一条重要途径。为了解赤霉素途径相关基因在萝卜开花调控中的作用,利用生物信息学方法对萝卜赤霉素生物合成和信号转导相关基因的结构、理化性质、染色体分布、启动子顺式作用元件和组织特异性表达进行了分析,并对不同开花期萝卜材料中这些基因的表达水平进行了实时荧光定量PCR检测。结果表明,萝卜基因组含有46个赤霉素生物合成和信号转导相关基因,CPS、KS、KO、KAO、GA20OX、GA3OX、GA2OX、GAI、RGA、RGL、GID1、SKP2分别有2,1,2,2,9,5,12,1,1,4,3,4个,它们不均匀分布于9条染色体上,其编码蛋白质分子质量为21.32~127.80 ku,等电点为4.72~9.04;基因结构和保守结构域分析发现,这46个基因的外显子数为1~21个不等,且一些保守基序为大部分基因所共有。启动子顺式作用元件分析表明,这46个基因的启动子含有与光、赤霉素、生长素、ABA、SA、低温、干旱等响应的顺式作用元件。利用萝卜基因表达数据库分析发现,这46个基因在不同组织和不同发育时期的表达量不同;实时荧光定量PCR检测表明,这些基因在早开花材料心里美萝卜和晚开花材料野萝卜中的表达量有明显差异,暗示其可能与萝卜的生殖生长有较密切的关系。

脱落酸拮抗赤霉素抑制水稻地上部生长的研究

脱落酸(abscisic acid,ABA)和赤霉素(gibberellin或gibberellic acid,GA)都是重要的植物激素,对于水稻生长具有重要的调控作用。有研究报道,水稻中OsPK 1基因(编码细胞质丙酮酸激酶)的下调可导致ABA/GA比值的变化,从而影响水稻的株高。但是,ABA和GA协同调控地上部生长的分子机制目前尚不明确。为了揭示ABA和GA在调控幼苗地上部生长中的关系,以水稻野生型Hwayoung(HY)和IR29为研究材料,使用植物激素ABA、GA 3和GA合成抑制剂多效唑(paclobutrazol,PAC)处理,以地上部的长度和鲜重为指标衡量水稻幼苗的生长发育情况,结果表明,在赤霉素处理条件下,ABA对水稻地上部生长的抑制作用被解除。随后,进一步采用实时荧光定量PCR(real-time fluorescence-based quantitative PCR,qPCR)检测ABA处理后野生型日本晴中关键的赤霉素合成基因(OsCPS1、OsKS1、OsKO2、OsKAO、OsGA20ox2和OsSHB)的表达水平,结果表明,ABA能够抑制OsCPS 1、OsKO 2和OsSHB的表达。研究揭示了ABA通过信号传导影响赤霉素生物合成相关基因的表达,进而抑制幼苗地上部的生长。

赤霉素调控植物开花及花器官发育的研究进展

赤霉素是一类四环双萜类植物生长因子,影响植物生长发育的多个方面,包括种子萌发、叶子扩张、茎与叶柄的伸长、花的诱导以及花器官发育等。在不同环境条件下或植物发育的不同阶段,赤霉素通过合成、失活以及信号转导途径调控植物发育的各个方面。在一些长日照与两年生植物中,长日照与冷处理后,活性赤霉素含量会增加并促进开花,同时赤霉素也可以代替环境信号来缩短植物的开花时间。花诱导后,活性赤霉素对花器官的生长与发育起着非常关键的作用,尤其是对雄蕊、花瓣与子房。如果赤霉素合成途径中的酶发生突变或赤霉素信号转导途径中的受体发生突变,那么花瓣与雄蕊的发育将受阻,子房发育不良并会引起果实坐果率降低,形成短花瓣与花药发育不良的短雄蕊,甚至引起雄性、雌性不育。在花器官中,赤霉素可能的合成位点主要有雄蕊、子房与花托,且在一些植物中雄蕊、子房或花托来源的赤霉素可能通过旁分泌的形式促进花瓣与花萼的发育,比如拟南芥、矮牵牛及黄瓜等。该研究就赤霉素的合成、失活、信号转导以及对开花与花器官发育调控等方面的研究进行详细的阐述。

棉花基因组数据库中CPS&KS基因的查找与分析

为了探究赤霉素合成关键酶CPS&KS类基因在棉花中的分布情况,分析了已发表的拟南芥CPS&KS基因编码的蛋白质氨基酸序列,发现该类基因存在2个保守结构域,Terpene_synth和Terpene_synth_C,其在Pfam数据库中的种子文件分别为PF01397和PF03936。利用软件HMMER中的Hmmsearch程序在雷蒙德氏棉蛋白质数据库中调取72条序列,通过与拟南芥中的CPS&KS基因序列进行比对,最终在雷蒙德氏棉基因组中筛选到5个CPS&KS候选基因,这5个基因与四倍体棉花TM-1基因组At和Dt亚组的10个基因具有同源关系。通过对赤霉素敏感的棉花超矮杆突变体赤霉素处理前后转录组数据库分析比对,最终确定2个KS候选基因在转录组中表现为上调作用。

粉锈宁对萌发小麦α-淀粉酶活性影响机制初探

通过对用粉锈宁处理的萌发小麦α-淀粉酶活性测定，确定了粉锈宁在抑制丝状菌麦角甾醇生物合成的同时，也抑制了控制α-淀粉酶合成的赤霉素的合成。外加赤霉素可减轻粉锈宁对α-淀粉酶活性的抑制作用。

水稻苗期感染SRBSDV后赤霉素相关基因表达量及赤霉素含量的变化

为明确水稻在苗期被南方水稻黑条矮缩病毒(Southern rice black-streaked dwarf virus,SRBSDV)浸染后植株体内赤霉素合成相关基因表达量和赤霉素含量的变化情况,利用q RT-PCR技术检测水稻在3叶期感染SRBSDV后的5个时期Os01g0883800、Os03g0856700、Os07g0169700三个赤霉素的生物合成基因表达量;采用高效液相色谱法检测GH998和Y11植株感染SRBSDV后的赤霉素含量;观察GH998病株施用外源赤霉素后病症的缓解效果。结果表明,感染SRBSDV后在GH998叶片中,以在第0天为对照组,Os01g0883800和Os07g0169700相对表达量最大分别下调25.6倍和21.1倍,Os03g0856700在第3天相对表达量下调20.5倍,在第6天上调2.3倍;在茎中,Os01g0883800、Os07g0169700、Os03g0856700的相对表达量在第3天分别下调8.5倍、6.4倍和1.4倍。在Y11叶片中Os01g0883800、Os03g0856700和Os07g0169700相对表达量最大下调分别为6.6倍,42.7倍和16.9倍;在茎中,Os01g0883800、Os07g0169700相对表达量最大下调分别为5.3倍和10.5倍;Os03g0856700在第3天时表达量上调1.5倍,在第12天下调2.8倍。GH998感染SRBSDV后植株体内赤霉素含量显著降低;施用外源赤霉素能缓解SRBSDV部分病症,表现为株高、剑叶长、剑叶宽和根长等均增加。