毛果杨Rubisco活化酶基因的克隆与功能分析

【目的】核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(Rubisco)是参与植物光合作用的第1步碳同化的关键酶,而Rubisco活化酶(RCA)能够使Rubisco处于稳定的催化活性状态,从而提高光合效率。本研究从毛果杨中克隆RCA基因并通过遗传转化南林895杨,获得PtRCA高表达的转基因株系,并进行分子检测及相关功能分析,为培育杨树新型高光效抗逆品种提供依据。【方法】基于毛果杨基因组数据库信息克隆PtRCA基因序列,利用生物信息学对PtRCA基因进行功能和结构分析。采用Gateway技术将PtRCA构建到植物表达载体pGWB406中,以南林895杨为受体材料,通过农杆菌介导法进行遗传转化。以转PtRCA基因南林895杨和对照(南林895杨)为材料,测定分析在高温胁迫下转基因植株的基因表达、光合参数和叶绿素荧光参数的差异。【结果】从毛果杨中克隆获得PtRCA的CDS序列长1 323 bp,编码440个氨基酸残基,其蛋白相对分子质量为48 315.9 Da,等电点pI为5.57,为疏水性蛋白,无信号肽以及跨膜结构;通过序列对比,发现PtRCA属AAA+超级家族一员,且与大豆、拟南芥RCA蛋白同源性较高。转PtRCA基因南林895杨RCA表达量均高于对照,且能够利用强光充分进行光合作用,其光饱和点也均高于对照,增加约12.5%~37.5%;光补偿点除3号株系外,其他转基因株系均略低于对照;转基因植株在光饱和点的光合速率比对照增高24.6%~55.7%。转基因株系对CO_2的利用能力和羧化效率均强于对照组,CO_2饱和点除1号和4号株系外,其他株系均比对照低12.5%~25.0%;CO_2补偿点比对照降低53.1%~80.4%;光呼吸比对照低37.7%~79.3%,并且转基因杨树在CO_2饱和点的光合速率比对照增高4.4%~26.4%。另外,转基因杨树表现出耐光氧化的能力,光氧化处理后,对照PSⅡ原初光化学效率下降61.7%,而转基因杨树下降45.0%~53.1%;对照PSⅡ实际光化学效率下降54.1%,而转基因杨树下降38.7%~52.0%;光化学猝灭系数对照下降68.3%,而转基因杨树下降51.0%~65.8%;非光化学猝灭系数对照仅增加3.0%,而转基因杨树增加6.0%~26.5%。【结论】杨树Rubisco活化酶(PtRCA)蛋白与大豆、拟南芥RCA蛋白同源性较高。通过实时定量及相关生理分析表明,转PtRCA基因南林895杨具耐高温特性,利用CO_2和强光进行光合作用的能力较强,催化Ru BP进行羧化反应的效率较高。转PtRCA基因杨树能够充分利用吸收的光子,PSⅡ反应中心效率较高,过剩光能量得到较好的耗散,表现出耐光氧化的能力。研究结果表明,PtRCA基因的高效表达提高了转基因植株的光合效率,并对高温高光强具有调节能力。

珍珠黄杨矮化基因BsGAI2的克隆及功能分析

GA信号转导途径或生物合成受阻是导致植物矮化的重要因素,而DELLA蛋白是GA信号传导通路中一类重要的负调节因子。本研究利用同源克隆和RACE技术,从珍珠黄杨中克隆得到BsGAI2基因的c DNA序列,全长为2305 bp,包括1836 bp完整的ORF。实时荧光定量表达分析表明,BsGAI2基因在珍珠黄杨茎中表达量最高,在根中表达量最低;BsGAI2转基因烟草呈明显矮化,节间变短,长势较慢,延迟开花等特征。利用GFP荧光检测方法鉴定转化型烟草,发现转化苗的叶、茎中均有荧光信号,并且茎木质部有明亮富集的荧光信号。这些结果均表明BsGAI2基因可能在珍珠黄杨茎节间缩短导致矮化的过程中扮演重要角色。本研究分析了BsGAI2基因编码蛋白的理化性质和功能鉴定,为今后进一步研究BsGAI2基因及DELLA蛋白家族的功能提供了理论依据。

植物应答非生物胁迫信号传导研究进展

植物作为固着型的生物必须承受并处理一定程度下的非生物胁迫,如土壤盐渍、干旱和极端温度等,植物主要是基于消耗能量的蛋白激酶感知这些胁迫信号,经胁迫信号传导网络传导到细胞内并重新编码信号网络组成部分的表达与活性,从而达到适应胁迫环境的目的。胁迫条件下产生的信号是通过一系列的转录因子、启动子及蛋白互作来调节一些特定的靶标蛋白,这些靶标蛋白在离子运输、水分运输、代谢、基因重编表达所形成的离子与水分平衡以及细胞稳定等方面发挥着至关重要的作用。植物通过胁迫信号的传导和应答获得抗逆性的增强。

杉木等5种针叶树叶绿体密码子偏好性分析

研究植物叶绿体基因的编码特点,对指导叶绿体基因工程的研究和遗传转化设计,提高外源基因在目的物种中的高效表达具有重要作用。本文综合使用多种生物信息学分析工具分析杉木、台湾肖楠、日本柳杉、秃杉,以及台湾杉等5种针叶树的叶绿体蛋白编码基因,得到,叶绿体蛋白编码基因的总碱基的构成在5种针叶树中差异不明显,均以A含量为最高;密码子末位碱基构成亦无明显差别;其RSCU值揭示了这5种针叶树不同的密码子偏好性。

马尾松PmSnRK2.3基因的克隆与实时荧光定量表达分析

蔗糖非发酵相关蛋白激酶在植物胁迫应答过程中起着重要的作用。本研究以拟南芥SnRK2基因家族为材料,检索本实验室马尾松转录组数据库,获得一条马尾松SnRK2基因,经同源比对命名其为PmSnRK2.3。PmSnRK2.3基因的ORF全长1 089 bp,编码362个氨基酸,蛋白相对分子质量为40.86 kD,理论等电点(p I)为4.96,总亲水性平均数为-0.330,预测该蛋白为亲水蛋白。生物信息学研究表明,PmSnRK2.3具有典型的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶保守结构域和多处磷酸化位点。另外,实时荧光定量结果表明SnRK2.3基因在马尾松中的表达存在组织差异性,在叶中表达量最高,根中最低;经过ABA和PEG胁迫后的马尾松幼苗PmSnRK2.3基因表达量总体高于对照组,并在24 h内表现出一定的波动。研究表明,SnRK2.3基因在出现干旱和ABA胁迫时表达量上调,很可能在马尾松抗旱性能方面起着一定的作用。

植物SnRK2基因家族研究进展

蔗糖非依赖1蛋白激酶2(SnRK2)激酶家族,是众多应答渗透压胁迫的蛋白激酶家族之一。本综述主要介绍了SnRK2蛋白激酶家族的研究进展,包括分子结构、活性调控、下游的靶标基因及其生理学功能等。总结了近年来Sn RK在联系植物中特有的代谢和胁迫应答、调控ABA和SOS信号转导途径及ABA依赖的植物生长等方面研究所取得的进展,试图为深入开展植物环境胁迫机制研究提供参考。