高粱全基因组生长素原初响应基因Aux/IAA的序列特征分析

生长素在生物体的生长、发育与分化过程中发挥着重要作用。Aux/IAA基因家族在生长素诱导的早期做出响应,是生长素早期应答的三大基因家族之一。采用生物信息学的方法,对高粱全基因组Aux/IAA基因进行序列特征分析表明,高粱基因组中共有25个Aux/IAA基因,分布于高粱9对染色体,在高粱第6号染色体上未发现Aux/IAA基因。序列比对与系统发生分析表明,22个(88%)高粱Aux/IAA蛋白具有4个保守结构域,19对高粱/玉米Aux/IAA蛋白、2对高粱/水稻Aux/IAA蛋白处于系统进化树的同一分支。该研究结果不仅有助于生长素信号转导通路的解析,而且可以为其他作物基因家族的研究提供参考。

粗山羊草全基因组Aux/IAA基因家族的分离、染色体定位及序列分析

生长素是植物生长发育过程中的关键激素之一,Aux/IAA家族基因是重要的生长素原初响应基因。通过生物信息学方法从粗山羊草(Aegilops tauschii)全基因组中分离出28个Aux/IAA基因,其中20个粗山羊草Aux/IAA蛋白具有4个保守结构域;28个Aux/IAA基因分布于全部7对染色体上,5个基因分别具有位于同一位点的已知标记。粗山羊草IAA3、IAA11和IAA26的表达具有组织特异性,分别在雌蕊、种子和根中特异表达。系统发育显示,11对粗山羊草-乌拉尔图小麦Aux/IAA蛋白、5对粗山羊草-大麦Aux/IAA蛋白直系同源。共线性分析表明,粗山羊草Aux/IAA基因与短柄草、水稻中同源基因具有很好的共线性。本研究分离的相关基因不仅可用于小麦的遗传改良,也为深入研究小麦Aux/IAA基因提供了信息。

水稻剑叶衰老过程中内源IAA的轭合态变化及其氮素调控效应

【目的】揭示水稻抽穗开花后剑叶衰老过程的内源自由态IAA和轭合态IAA含量的动态变化及其基因型间的差异,明确氮素营养供应对叶片衰老过程的延缓效应及其与两种化学态IAA含量之间的关系。【方法】以剑叶早衰水稻突变体(psf)与其野生型(浙恢7954)为材料,比较了其在大田条件下剑叶衰老过程中的内源IAA含量、IAA类型和YUCCAs家族基因转录表达量差异,并利用水培种植试验设低氮(LN,1.45mmol/L)、正常氮(NN,2.9mmol/L)和高氮(HN, 5.8 mmol/L)3个氮浓度水平处理,对不同氮素水平下水稻叶片衰老相关指标与两类IAA含量间的关系进行了分析。【结果】早衰突变体psf剑叶中的自由态IAA含量显著低于相同取样时期的野生对照,但前者剑叶中的轭合态IAA含量显著高于后者,且随叶片衰老进程呈较明显的上升趋势;在7个YUCCAs同工型基因中,YUCCA1、YUCCA2、YUCCA3、YUCCA4和YUCCA6)的转录表达量随叶片衰老而下降,但YUCCA7则随叶片衰老呈现出先上升后下降的变化趋势。相同灌浆时期相比,绝大多数YUCCAs在早衰突变体psf剑叶中的转录表达量要低于其野生型对照,说明IAA合成代谢较弱是psf剑叶叶绿素含量迅速下降和早衰症状加剧的重要原因之一。其中,YUCCA7转录表达量随叶片衰老而上升,可能对psf已衰老叶片中的IAA合成起重要调控作用;氮浓度对水稻叶片中的IAA含量及其自由态与共轭态的影响表现为,在叶片开始衰老的初期和前中期,低氮处理(LN)引起剑叶中的自由态IAA含量下降和轭合态IAA含量上升,而高氮处理(HN)可诱导叶片中的自由态IAA含量增加,并导致轭合态IAA含量明显降低,但对已严重衰老的叶片而言(psf在抽穗开花后28d的剑叶),高氮处理下(HN)的自由态IAA和轭合态IAA含量均低于正常氮处理(NN)和低氮处理(LN)。【结论】水稻叶片的衰老进程与其叶片器官中的IAA含量及其化学态之间存在较密切联系。其中,轭合态IAA含量在叶片衰老过程的大幅度提升,是早衰突变体psf剑叶衰老进程加快的一个重要生理特征,而轭合态IAA含量的下降,可能是高氮处理对水稻叶片衰老进程起到延缓作用的一个重要生理调节因素。

芸薹属大白菜Aux/IAA基因家族的生物信息学分析

Aux/IAA基因家族在生长素诱导的早期做出响应,是生长素早期应答的3类基因家族之一。现主要从基因组水平研究白菜Aux/IAA基因的分布及特征。结果表明:从BRAD共检测到59条白菜Aux/IAA基因,不均等分布在白菜的全部10条染色体上。通过多重比对和基序探测结果显示,40条白菜Aux/IAA基因具有4个保守基序,其它基因的保守基序则有不同程度的分化。系统进化分析表明,Aux/IAA基因家族可分为7个亚家族。通过表达模式预测发现,白菜Aux/IAA基因家族表达模式也有较大差异。

IAA、GA和iPA参与SNP缓解盐胁迫对玉米幼苗生长的抑制作用

研究了NO供体SNP对盐胁迫下玉米幼苗生长及内源生长素(indole acetic acid,IAA)、赤霉酸(gibberellic acid,GA3)和异戊烯基腺苷(isopentenyl adenosine,iPA)含量的影响。结果表明,SNP能促进玉米幼苗的生长、根的伸长及须根的发生,缓解盐胁迫对玉米幼苗生长的抑制。盐胁迫下玉米幼苗内源IAA、GA3和iPA含量显著下降,外施SNP能够提高玉米幼苗叶片和根尖中IAA、GA3和iPA的水平。推测,NO通过调控IAA、GA3和iPA的积累,减缓盐胁迫对玉米幼苗生长的抑制作用。

黄瓜Aux/IAA基因家族的生物信息学分析

Aux/IAA基因家族是一个典型的被生长素诱导而表达的基因家族,可以被生长素快速诱导表达。采用生物信息学方法在黄瓜基因组中确定了28个Aux/IAA基因,除4号染色体外,其他6条染色体均有分布,编码蛋白序列在70~427个氨基酸残基之间,22个黄瓜Aux/IAA蛋白具有完整的4个保守结构域,进化方式多样化。该研究结果有助于黄瓜生长素信号转导途径的解析。

生长素IAA对荷花花期调控的影响

为探讨盆栽荷花在不同质量浓度外源IAA处理下的花期变化,以荷花品种青玉为试验材料,选择长势相同的荷花进行IAA针管注射及创伤涂抹处理,IAA质量浓度设置为0(对照,采用同体积的蒸馏水进行注射)、100、150、200 mg/L,分析各处理的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量变化,并分析其抗性生理指标间的相关性。结果表明,外源IAA胁迫均使荷花花瓣的长宽及最大花径得到了不同程度的增加,观赏效果更好。150 mg/L IAA处理使初花期提前2 d,延长了荷花的单花寿命。150 mg/L IAA处理的SOD、POD、CAT活性最大值均显著高于对照组10.15%、58.70%、13.40%。随着处理时间的增加,MDA含量持续上升,其中150 mg/L IAA处理下其积累量在各个时期均较对照组低,而其余处理变化不明显。谢花期的SOD活性分别与POD活性和CAT活性呈现极显著正相关,POD、CAT活性呈现显著正相关,三者又分别与MDA含量呈现极显著负相关,说明当荷花受到外源胁迫时,体内各种保护酶之间是相互作用的,防止膜脂过氧化,减缓植物细胞衰老,使花期延长。综上,150 mg/L IAA处理使荷花拥有较好的观花品质并显著提高了各种保护酶的生理活性,减缓了活性氧的积累,延长了荷花的观赏期。

‘玉露香梨’生长素烟酰胺合成酶基因GH3克隆及其生物信息特征研究

[目的]‘玉露香梨’果实萼片宿存严重降低其商品价值,筛选并鉴定其果实萼片发育关键基因,可为从分子水平培育萼片脱落的梨果实提供参考基因。[方法]以棚架栽培的‘玉露香梨’为试材,结合前期BSA基因定位测序数据,对候选基因表达特征进行验证、克隆并分析2个生长素酰胺合成酶基因GH3家族生物信息特征。[结果]基因PbGH3.3(Pbr007550)和PbGH3.4(Pbr030571)在萼片的表达量排名第二;PbGH3.3和PbGH3.4 CDS长度均为1806 bp,编码601个氨基酸,其中二者存在7个氨基酸序列的差异,编码的蛋白PbGH3.3和PbGH3.4序列与苹果MdGH3.1的同源性最高;属于不稳定性蛋白,无信号肽的存在,定位于细胞质;利用NCBI网站CCD工具分析发现均具有GH3蛋白家族的GH3 superfamliy保守结构域,蛋白质三级建模后发现为GH3.1 AUXIN缀合酶,涉及生长素稳态,属于GH3蛋白家族。STRING互作网络蛋白成员GO和KEGG功能富集分析表明PbGH3.3参与植物激素尤其是生长素信号通路,推测PbGH3.3和PbGH3.4可能在‘玉露香梨’果实萼片脱落中通过IAA信号通路发挥生物学功能。

花生生长素原初响应基因PNIAAs的表达模式分析

Aux/IAA基因能够在生长素诱导的早期做出响应。本研究通过筛选花生未成熟种子的cDNA文库,分离并获得了4个可能的Aux/IAA基因,分别命名为PNIAA1、PNIAA2、PNIAA3和PNIAA4。RT-PCR对表达模式的研究显示,四个基因在花生各组织中为组成型表达,且具有不同的时空表达模式和特征,PNIAA1、PNIAA2和PNIAA4主要在叶中表达,而PNIAA3在种子中表达量较高,推测其可能在种子发育过程中行使功能;IAA对花生诱导表达模式分析显示,四个基因经IAA诱导后在根部的表达模式均有变化,其中PNIAA1、PNIAA2和PNIAA3能被生长素迅速诱导。

桃果实中MiR167a与其靶基因的鉴定及对IAA的响应分析

以‘小白凤’水蜜桃的果实为试材,利用miR-RACE技术验证了桃基因组中预测的ppe-miR167a的精确序列,克隆了预测的其3个ARFs靶基因PpARF6、PpARF8和PpARF6-like的ORF序列,并对预测靶基因进行了系统进化和保守结构域分析;同时降解组测序鉴定了ppe-miR167a的靶基因,并对二者间的作用模式及作用频度进行了分析。结果显示:(1)ppe-miR167a的精确序列与预测序列在5′和3′端均存在1个碱基的差异,预测的3个靶基因ARFs均含有高度保守的B3和生长素响应DNA结合域;系统进化树分析显示,桃中PpARF6、PpARF8及PpARF6-like均与巴旦杏的亲缘关系较近,其次为梅和甜樱桃。(2)降解组结果表明,预测的3个靶基因中,仅PpARF8能够被ppe-miR167a裂解,而未在PpARF6和PpARF6-like上检测到裂解位点。(3)外源IAA处理后,ppe-miR167a的表达量在处理组中低于对照组,而靶基因PpARF8及3′端裂解产物的表达均高于对照组。研究表明,桃果实中ppe-miR167a通过介导PpARF8的裂解影响生长素信号途径参与果实发育的调控。

植物生长素原初响应基因Aux/IAA研究进展

Aux/IAA基因家族能够在生长素诱导的早期做出响应,是生长素早期应答的3类基因家族之一。ARF则是一类调控生长素响应基因表达的转录因子,Aux/IAA就是通过其响应元件与ARF特异性结合,从而调节生长素早期应答基因的转录功能。介绍了Aux/IAA的结构特征、调控机制以及生物学功能。植物Aux/IAA基因是由4个保守结构域组成的:结构域Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ。结构域Ⅰ主要负责Aux/IAA蛋白的阻遏作用,结构域Ⅱ因为含有一段亮氨酸基序,负责Aux/IAA蛋白的快速降解,而结构域Ⅲ和Ⅳ则介导Aux/IAA蛋白与ARF蛋白形成同源或异源二聚体。在生长素信号转导过程中,Aux/IAA主要通过与生长素响应因子ARF结合,促进早期基因转录,从而调节下游基因的表达。Aux/IAA基因因其种类不同在不同的组织和器官中的表达是有特异性的,同时通过Aux/IAA突变体的研究表明:不同的Aux/IAA还具有各自独特的功能。不论是由于时间和空间表达上的不同,还是由于其基因的启动子对生长素响应因子的亲合性差异都能产生这些功能特异性。而植物激素和外界环境因子对发挥Aux/IAA功能也具有重要的调控作用。

小立碗藓PpAux/IAA2基因在原生质体再生过程中的功能分析

以小立碗藓(Physcomitrella patens(Hedw.)Mitt.)野生型及抗生长素的突变体Ppiaa2-87为实验材料,分析了生长素早期应答基因PpAux/IAA2在原生质体再生过程中的调控机制。分别采用qRT-PCR、FDA染色、DNA倍性分析、DAPI染色、甲基化敏感扩增多态性分析等方法,对原生质体再生过程的相关基因表达、存活率、细胞周期进程、染色体重塑及DNA甲基化进行了分析。结果显示:PpAux/IAA的3个同源基因在野生型0 h原生质体中的表达量较原丝体、48 h和96 h原生质体均明显升高;随着培养时间的延长,Ppiaa2-87原生质体的存活率明显下降;原生质体进入S期受到抑制;部分0 h原生质体的染色质未发生重塑,且染色质重塑复合体SWI/SNF蛋白家族4个基因的表达水平在0 h原生质体中较原丝体下降;Ppiaa2-87的0 h原生质体甲基化程度偏高。研究结果说明,PpAux/IAA2调控的生长素信号通路在小立碗藓原生质体再生过程中具有重要作用,该基因的突变影响了原生质体DNA甲基化及染色质重塑等细胞重新编程过程,导致原生质体不能获得多能性而死亡。

百子莲2个ARF基因与2个Aux/IAA基因的全长克隆与序列分析

采用不同浓度外源生长素类调节物质毒莠定(PIC)对百子莲(Agapanthus praecox ssp. orientalis)进行继代培养,并对其胚性愈伤组织进行比较转录组学研究,获得了百子莲生长素信号转导途径中的2个ARF和2个Aux/IAA家族基因,推测其为体胚发生过程中生长素信号传导途径相关的重要调控因子。采用RACE技术获得Ap ARF1、Ap ARF2、Ap Aux/IAA2与Ap Aux/IAA3的c DNA全长,分别为2 343、2 888、1 034和821 bp,开放阅读框(ORF)长度分别为1 770、2 349、480和549 bp,分别编码589、782、159和182个氨基酸残基。生物学分析表明,Ap ARF1与Ap ARF2蛋白均具有ARF家族的典型结构,Ap Aux/IAA2蛋白结构域Ⅳ不完整,Ap Aux/IAA3结构域Ⅱ部分缺失,但仍具有Aux/IAA蛋白的典型功能。转基因实验表明,Ap Aux/IAA过表达植株表现出生长延缓及发育受阻的表型,Ap ARF过表达植株表现出生长促进、花期提前的表型,验证了百子莲Ap ARF和Ap Aux/IAA家族蛋白对植物生长发育的调控作用。

三倍体枇杷坐果期内源激素测定及Aux/IAA基因家族表达分析

将三倍体枇杷坐果期材料分为子房和其他部分,测定其4种内源植物激素的含量,并对6个Aux/IAA基因家族的时空表达特点进行了初步分析.结果表明:对于IAA来说,GA3处理后子房内IAA质量分数明显高于其他部分,并在处理后第5 d和第7 d出现了2个高峰,推测其质量分数升高可能与外源GA3处理有关,高质量分数的IAA替代受精作用从而诱导枇杷坐果.荧光定量PCR分析发现,GA3处理后6个基因的表达量都具有变化,IAA6,IAA8,IAA10在子房中的表达量明显高于其他部分,IAA9在子房和其他部分的表达量相当,IAA11和IAA20在子房中的表达量低于其他部分.此外,在外源GA3处理前期,子房中IAA9的表达量与内源IAA质量分数变化趋势一致,推测内源IAA质量分数升高,诱导IAA9表达上调,从而诱导枇杷果实坐果.IAA8在GA3处理3 d后表达量开始升高,并显著高于对照组,推测其功能可能与IAA9相似.

桃PpILR1基因调控分枝角度的功能解析

【目的】明确桃生长素酰胺水解酶PpILR1基因功能,探讨生长素响应因子PpARF4和PpARF8A,通过结合并抑制PpILR1启动子活性调控分枝角度的分子机制,为桃树型遗传改良提供理论依据。【方法】构建PpILR1基因过表达载体稳定转化micro-Tom番茄;克隆PpILR1基因启动子序列及PpARF4、PpARF8A基因编码序列,通过酵母单杂交试验和烟草瞬时试验解析他们之间的调控关系。【结果】与野生型番茄相比,2个PpILR1转基因番茄株系均呈现分枝角度显著减少的表型;酵母单杂交结果表明,转录因子PpARF4和PpARF8A均能结合PpILR1启动子;烟草瞬时结果显示,PpARF4和PpARF8A为转录抑制子,能显著降低PpILR1启动子活性。【结论】PpILR1基因过表达导致分枝角度显著变小,表明PpILR1基因参与调控植物分枝角度形成。

决明Aux/IAA和ARF基因家族鉴定、表达及蛋白互作分析

植物生长素早期响应基因家族(auxin/indole-3-acetic acid,Aux/IAA)及其与生长素响应转录因子(auxin response factor,ARF)的互作是调控植物生长发育的重要方式。本文基于药用植物决明(Senna tora L.)全基因组数据鉴定到28个StoIAA和24个StoARF成员,分别归为10个和8个亚家族。系统发育树和共线性分析发现,决明与大豆(Glycine max)、蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)的IAA、ARF同源基因均存在密切的进化关系,且基因片段重复事件主导了StoIAA和StoARF的扩张。基因结构分析显示,绝大多数StoIAAs和StoARFs含有特征保守结构域。转录组数据分析显示,StoIAAs和StoARFs在叶、根和种子中均有表达,部分成员具有组织表达特异性。StoIAA和StoARF启动子区域多含有与胁迫响应、生长发育、激素诱导、次生代谢等相关的作用元件。基因表达分析显示许多StoIAAs和StoARFs能够迅速响应干旱和盐胁迫,且在两种胁迫条件下表现出相似的表达模式。酵母双杂交实验证实StoARF8和StoARF10分别与多个StoIAA蛋白之间同时存在不同程度的互作。以上研究结果为进一步开展决明Aux/IAA和ARF基因家族的生物学功能分析提供基础。

兰州地区盐碱地小麦根际联合固氮菌分离及部分特性研究

结合气相色谱仪和高效液相色谱仪 ,利用乙炔还原等方法对兰州地区盐碱地小麦根际联合固氮菌进行分离和固氮酶活性、溶磷性、分泌植物激素特性研究。结果表明 :从小麦根际分离获得的 12株联合固氮菌株固氮酶活性差异较大 (C2 H4,12 4 6～ 6 5 1 6nmolh-1ml-1) ,具有较高固氮酶活性的菌株较少 (C2 H4大于 5 0 0nmolh-1ml-1的菌株只有 4株 ) ;固氮菌株中有 2株具有溶磷性 ,其溶磷强度 (P)分别为 16 30 μgml-1和 9 82 μgml-1;9株固氮菌株可分泌IAA ,但分泌IAA浓度相对较低 (1 4 0～ 15 13μgml-1) ,大于 10 μgml-1的菌株只有 2株。从菌株固氮酶活性、溶磷性和分泌植物生长素特性看 ,Pseudomonassp ChW1、Azotobactersp ChW5、Zoogloeasp ChW6、AzotobacterchroococcumChW11和Azospirillussp ChW15等在研制小麦菌肥方面具有较大的开发潜力。

杉木根际溶磷菌筛选及其部分特性的初步研究

利用蒙金娜有机和无机培养基,各筛选出12株具有较大溶磷圈的菌株,用钼锑抗比色法和Salkowski比色法分别对溶磷特性和分泌IAA能力进行研究。结果表明:溶解有机磷能力最强的是Py16,Py10和Py3(分别为7.131 mg/100 mL,5.907 mg/100 mL和6.514 mg/100 mL);无机磷的是Pw10,Pw6,Pw20分别是23.20 mg/100 mL,18.59 mg/100 mL,17.26 mg/100 mL。分泌IAA最大的是有机磷菌是Py18,Py16和Py3(分别为38.80 mg/L,37.29 mg/L和35.79 mg/L),无机磷菌是Pw6,Pw8,Pw21(分别是45.340 mg/L,39.340 mg/L,27.480 mg/L)。综合这些结果,菌株Py16,Py3和Pw6兼有解磷和分泌IAA两种最强或较强能力,在多功能微生物菌肥研制中具有重要利用价值。

3种生长素对蓝叶忍冬枝条扦插生根的影响

以蓝叶忍冬(Lonicera korolkowi‘Zabclii’)为材料,研究了2种不同浓度(50、100 mg·L-1)的生长素吲哚乙酸(IAA)、吲哚丁酸(IBA)和萘乙酸(NAA)在不同处理时间(30、60 min),对蓝叶忍冬生根部位、根数和根长的影响。结果表明,3种生长素对蓝叶忍冬枝条扦插生根都产生了一定的影响,IAA处理增加蓝叶忍冬的生根率和根数,但抑制根的伸长。NAA处理对蓝叶忍冬生根效果不明显,仅对根长有一定的促进作用。与对照相比,50 mg·L-1IBA处理60min显著增加了蓝叶忍冬的生根率和根数(P<0.05)。另外,3种生长素对蓝叶忍冬枝条生根部位也有影响,3种生长素处理都可以增加皮层生根数,对切口愈伤组织的生根有一定的抑制作用。其中IBA处理对生根部位影响的效果最明显,100 mg·L-1处理30 min可以显著提高皮层生根数并抑制愈伤组织生根(P<0.05)。综合比较3种生长素促进生根的效果,IBA最好,IAA和NAA次之。

利用高效液相色谱筛选产植物激素细菌

利用C18色谱柱,以甲醇、水、冰乙酸(45:54．8:0．2)为流动相干255 nm检测细菌培养液提取物,根据HPLC检测结果快速筛选得到既产赤霉素(GA3)又产生长素(IAA)的细菌1株CX-5-2,并利用:HPLC进一步研究并明确了该菌株不产植物激素的适宜条件。同时明确了该菌株对小麦生长具有促进的潜力。