F-box蛋白在植物生长发育中的功能研究进展

在真核生物中,由泛素介导的蛋白降解途径与植物生长发育密切相关。F-box蛋白家族是一类含有Fbox基序(motif),在泛素介导的蛋白质水解过程中具有底物识别特性的蛋白质家族。目前,从各种植物中已鉴定出大量的F-box蛋白质,这类蛋白质在植物激素的信号转导、光信号转导、自交不亲和以及花器官发育等许多生理过程中都具有重要功能。研究发现F-box蛋白在调控植物生长发育过程中所发挥的功能与其结构及泛素蛋白酶体途径密切相关。

CONSTANS-LIKE 7基因对拟南芥开花的调控分析

为研究CONSTANS-LIKE 7(COL7)在调控植物开花方面的功能,以定量PCR,GUS染色等方法,研究光及生物钟对COL7表达的影响,以及COL7对拟南芥开花的影响.实验结果显示:光及生物钟参与调控COL7的表达;过表达COL7在长日照条件下抑制CONSTANS(CO)以及FLOWERING LOCUS T(FT)的表达,进而抑制拟南芥开花;col7突变体不论是在长日照下还是短日照下都没有明显的开花表型,说明COL7在调控拟南芥开化方面可能与其家族基因中的其它成员存在功能冗余.

水稻OsYABBY6基因参与叶片发育的初步研究

水稻YABBY基因家族在植物侧生器官发育过程中起着重要调控作用。在研究中,采用合成型转录因子的方法将转录抑制结构域EAR融合于OsYABBY6的C-端,获得转基因株系CE-OsYABBY6。表型分析发现,转基因株系CE-OsYABBY6-16和CE-OsYABBY6-19成熟期的剑叶均明显表现出朝近轴面卷曲,其卷曲指数相比于野生型均显著提高(P<0.05),说明OsYABBY6参与了水稻叶的发育调控。进一步的细胞组织学分析发现,与野生型相比,CE-OsYABBY6-16叶片横切面中的泡状细胞束的总数、非正常泡状细胞束的数量和比率均显著增加,说明OsYABBY6蛋白与泡状细胞的发育相关。同时,转基因株系CE-OsYABBY6中细胞周期及细胞伸长相关基因的转录水平显著升高,说明OsYABBY6对细胞分裂及生长产生了影响,最终导致了叶片发育的异常。总之,水稻转录因子OsYABBY6参与了叶的近-远轴发育调控,尤其是叶片近轴面的发育调控,而且是泡状细胞发育和叶片伸展所必需的。

逆境胁迫下植物体内活性氧代谢及调控机理研究进展

活性氧(reactive oxygen species,ROS)在植物生长发育中扮演着十分重要的角色。适当浓度的ROS是植物所必需的,而在逆境胁迫下ROS会大量积累,从而抑制植物的生长发育甚至杀死植物。为了维持体内ROS的动态平衡,植物进化出了一系列的ROS产生及清除机制。本文对近年来植物在逆境下的ROS产生、清除及其调节机制的研究进展予以综述,重点介绍转录及翻译后水平的ROS清除及其调节机制,并对植物ROS代谢及调控机理的研究提出了进一步展望。

过氧化氢酶在植物生长发育和胁迫响应中的功能研究进展

过氧化氢酶(catalase,CAT)作为过氧化氢(hydrogen peroxide,H_(2)O_(2))的清除酶在植物生长发育和胁迫响应中扮演着十分重要的角色。CAT的功能受到严格调控,其在正常条件下维持适当浓度的H_(2)O_(2)作为信号分子以保证植物的生长发育;在胁迫下保持H_(2)O_(2)稳态以增强植物耐逆性。本文对近年来CAT在植物生长发育和胁迫响应中的功能研究进展予以综述,特别是翻译后修饰和亚细胞定位对CAT功能的调控,并对植物CAT的调控机理研究进行了展望。

LecRKIII.2基因调控拟南芥对非生物胁迫和外源激素的响应

在拟南芥Arabidopsis thaliana中,凝集素类受体激酶(lectin receptor-like kinases,LecRKs)包含86个成员,在植物对生物及非生物胁迫反应中起关键作用。AtLecRKIII.2作为LecRKs家族的一员,其具体功能未见报道。本文通过实时定量PCR和三引物法鉴别AtLecRKIII.2基因的过表达植株及纯合缺失突变体。启动子顺式作用元件分析发现,AtLecRKIII.2基因有多种与调控胁迫、激素等反应相关的功能元件。组织表达模式分析表明,AtLecRKIII.2基因于果荚中具有较高的转录水平,茎中的转录水平次之。逆境及激素响应模式分析表明,AtLecRKIII.2基因对外源生长素(3-indoleacetic acid,IAA)、油菜素内酯(brassinolide,BL)、赤霉素(gibberellins,GAs)、PEG8000、高温和低温均具有不同程度的响应。萌发率及根长实验结果表明,NaCl或Mannitol处理后,LecRKIII.2-OE的种子萌发率高于野生型,而lecrkiii.2的种子萌发率低于野生型。用生长素处理后,LecRKIII.2-OE根的伸长被显著抑制,且其体内与生长素应答和运输相关基因的转录水平显著变化。上述研究结果表明,AtLecRKIII.2基因正调控拟南芥对盐胁迫、渗透胁迫的耐受性和涉及根的生长发育。研究结果为进一步深入研究AtLecRKIII.2基因在植物非生物胁迫及激素信号转导中的生理功能提供参考数据。

小麦TaZFP33基因克隆、生物信息学分析、亚细胞定位与表达分析

C_(2)H_(2)锌指蛋白作为最大的转录因子家族之一,在调节植物生长发育及逆境胁迫应答反应中起着重要作用。以春小麦品种Fielder(Triticum aestivum L.cv.Fielder)为材料克隆到锌指蛋白TaZFP33基因,其编码区全长510 bp,编码169个氨基酸。生物信息学分析得知:TaZFP33蛋白分子质量为17.5 ku,等电点为6.43,属于Q型锌指蛋白,且为不稳定疏水性蛋白。通过系统进化与启动子分析表明该基因可能受ABA诱导的相关胁迫响应。转化烟草进行瞬时表达分析,结果表明TaZFP33定位在细胞核上。实时荧光定量分析组织特异性表达表明,TaZFP33基因在小麦胚、根、茎、叶中均有表达,其中在胚中表达量最高。经不同浓度的ABA、PEG6000和NaCl处理幼苗后,发现TaZFP33基因对上述胁迫均有不同程度的响应。该研究为后续深入探索TaZFP33基因的生物学功能研究奠定了基础,也为小麦的抗逆性研究提供候选基因。

m^(6)A修饰在植物生长发育和抗逆境胁迫中的功能

真核生物mRNA存在多种甲基化修饰,其中N 6-腺苷酸甲基化(N 6-methyladenosine,m^(6)A)修饰是最为常见的一种动态内部修饰。m^(6)A是指RNA腺嘌呤的第6位氮原子上发生甲基化修饰,它能够动态的被甲基转移酶添加,被去甲基化酶去除,以及被甲基化阅读蛋白识别。近年来,植物m^(6)A修饰相关的酶被陆续鉴定,研究发现m^(6)A修饰调控植物胚胎发育、茎尖分生组织分化、开花等生长发育过程,在植物抗逆境胁迫响应中也具有重要调控作用。本文就m^(6)A修饰相关酶的组成及其在植物生长发育和植物抗逆境胁迫过程中的功能相关研究进展进行综述,并对甘蓝型油菜中m^(6)A修饰相关的酶进行了生物信息学分析。

仙鹤草收敛止血功能及体外抑菌实验

为了研究仙鹤草的收敛止血功效和抑菌作用,本实验通过构建大鼠皮肤损伤模型、烫伤模型,在探讨添加溶菌酶对仙鹤草新鲜和冻干粉末对两种大鼠模型的收敛止血功效和保存时间影响基础上,进一步考察仙鹤草对表皮葡萄球菌、大肠杆菌和铜绿假单胞杆菌的抑菌效果。实验发现:新鲜仙鹤草粉末对大鼠伤口愈合效果明显强于冻干粉末,略逊于云南白药;粉末中添加溶菌酶对大鼠伤口愈合效果没有明显影响,但可显著延长鲜草存放时间;表皮葡萄球菌、大肠杆菌和铜绿假单胞杆菌对仙鹤草提取物敏感程度依次降低。结果表明:仙鹤草收敛止血的有效活性主要存在于鲜叶中;其提取物可以抑制常见致病菌的生长;溶菌酶可延长仙鹤草的储存时间。

拟南芥F-box基因At3g16740的表达分析

拟南芥At3g16740基因为F-box基因家族成员,其功能尚不清楚.通过连续和瞬时光照处理分析,发现蓝光、红光和远红光都诱导At3g16740基因的表达,其中远红光的诱导作用最明显.蓝光受体cry1、cry2,红光受体phyB或远红光受体phyA突变导致At3g16740基因表达的光诱导作用减弱或者消失,表明该基因为光信号通路相关基因.通过实时荧光定量PCR分析At3g16740基因在拟南芥不同组织器官中的表达,发现其在拟南芥根、茎、叶、花和果荚中都有表达,花和果荚中的表达量最高,推测该基因可能参与植物花和/或果荚的发育.酵母双杂交分析发现,At3g16740蛋白通过F-box结构域与拟南芥ASK(arabidopsis-SKP1-like)家族成员ASK1、ASK2和ASK11相互作用,表明At3g16740是SCF(Skp、Cullin、F-box)复合物的成员.

拟南芥GH3.9基因的过表达及其表型分析

为研究GH3.9基因在植物生长发育过程中的作用,利用RT-PCR成功克隆到GH3.9基因,该基因全长为1 750bp。通过构建pEGAD-GH3.9过表达载体转化拟南芥,获得过表达GH3.9基因纯系转基因株系GH3.9ox-3和GH3.9ox-7。对拟南芥野生型(WT)和转基因株系(GH3.9ox-3和GH3.9ox-7)幼苗用不同光强和光质进行处理,结果显示:在蓝光、红光、远红光等不同光照强度下培养,过表达株系幼苗下胚轴的生长均明显受到抑制,且较野生型明显;采用不同光周期处理拟南芥幼苗,过表达幼苗下胚轴的伸长明显低于野生型;对成年植株表型进行观察,发现过表达株系植株矮小、雄蕊变短、果荚短小。研究表明:GH3.9基因参与了拟南芥生长发育调控,过表达GH3.9基因对拟南芥生长有抑制作用。

水稻OsDHHC13基因参与氧化胁迫响应的初步研究

DHHC型锌指蛋白参与细胞内蛋白质的棕榈酰化修饰,对细胞和个体的生长发育起着重要的调控作用.OsDHHC13是典型的DHHC型锌指蛋白基因.生物信息学分析发现,OsDHHC13的启动子区域含有胁迫及光响应元件,而且其编码蛋白是具有4个跨膜结构域的典型膜蛋白.对OsDHHC13过表达株系进行H2O2的氧化胁迫处理发现,过表达株系幼苗的根显著长于野生型,说明OsDHHC13能解除H2O2对根生长的抑制,提高了抗氧化胁迫的能力.随后H2O2含量测定发现,OsDHHC13过表达株系幼苗根部的H2O2含量显著低于野生型.进一步的qRT-PCR分析发现,与清除H2O2相关的酶基因的转录水平在过表达株系中显著升高,说明OsDHHC13能促进清除H2O2的相关酶基因的表达,调节内源性H2O2的动态平衡.总之,本研究结果初步证明锌指蛋白基因OsDHHC13正调控水稻的抗氧化胁迫能力.

拟南芥F-box基因At5g22700的功能初步分析

F-box蛋白作为SCF(Skp1,Cullin and an F-box protein)复合体的成员,参与调节植物的生长发育过程。At5g22700为功能未知的F-box基因家族成员。本研究通过酵母双杂交分析At5g22700蛋白与ASK(Arabidopsis-SKP1-like)家族蛋白的相互作用,发现At5g22700蛋白的F-box结构域与ASK4蛋白相互作用。实时定量PCR分析该基因在不同组织器官中的表达,发现该基因在根和花中的表达量最高,说明At5g22700可能在根和花的发育中具有重要作用。以At5g22700基因的T-DNA插入突变体和过量表达转基因株系为材料,分析不同光照条件下幼苗的表型,发现蓝光下At5g22700过量表达转基因幼苗的主根比野生型长。这些研究结果表明,At5g22700在植物体内可能形成SCF复合体,并在植物幼苗主根伸长生长中起促进作用。

乌桕SsSAD基因的原核表达与纯化研究

乌桕是一种重要的木本油料树种。SAD(stearoyl-acyl ACP desaturase)是油料植物中将饱和脂肪酸转变成不饱和脂肪酸的一种关键脱氢酶。为了进一步揭示乌桕SsSAD的功能,该研究在大肠杆菌中表达了该蛋白。结果表明:(1)通过RT-PCR的方法从乌桕种子中克隆出了SsSAD基因编码区全长序列,并将其克隆到低温诱导的原核表达载体pCold TF上,构建原核重组表达载体pCold TF/SsSAD,转化大肠杆菌BL 21star(DE3)并获得原核表达工程菌株。(2)通过IPTG法低温诱导表达融合蛋白。该重组质粒在大肠杆菌中得到了高效表达,融合蛋白分子质量约为101kD,且在上清液和包涵体中均有表达,可溶性部分经亲和层析纯化和Western blotting检测证实获得了重组蛋白,上述结果为进一步研究乌桕SsSAD的结构和功能奠定了基础。

拟南芥开花基因FT对根毛生长的影响研究

为进一步研究成花素(FLOWERING LOCUS T,FT)基因对植物营养生长的影响,通过结合qRT-PCR和生理学实验的方式对FT过表达及突变体植株进行比对分析.研究发现,FT过表达植株与野生型相比,其根毛短且稀疏,且具有分叉型、膨大型、波浪型等极性生长缺陷表型;相反,突变体ft-10的根毛相对长且密集,略优于野生型,无极性生长缺陷表型.通过实时定量PCR分析与根毛起始伸长过程相关基因KOAJK、SCN1、RHD2、LRL3、RSL4、RHD6的表达量,FT过表达植株显著低于野生型,而突变体ft-10略高于野生型.结果表明,FT基因在根毛起始伸长过程中起负调控作用,影响根毛的极性生长及数量分布.本研究增加了对FT基因在营养生长过程中功能的认识,同时也为深入研究根系发育的分子机理奠定了基础.

隐花素在生长素调控拟南芥下胚轴伸长中的作用分析

以拟南芥野生型(Col-4)和隐花素双突变体cry1cry2为材料,研究不同光照条件下不同浓度吲哚乙酸(IAA)和IAA极性运输抑制剂氨基酞氨酸(NPA)对幼苗下胚轴伸长的影响。结果显示,低浓度IAA(10-7mol/L)可促进连续白光和红光下cry1cry2幼苗下胚轴伸长,而连续蓝光下cry1cry2下胚轴的伸长则受到抑制。蓝光下相同浓度的NPA对cry1cry2幼苗下胚轴伸长的抑制程度比野生型要小。RT-PCR分析结果显示,瞬时蓝光处理时IAA合成关键酶基因IGPS以及生长素应答基因IAA1和IAA5在cry1cry2突变体中的转录水平比野生型中要高。这表明隐花素可能部分通过调节IAA合成和/或IAA极性运输,介导蓝光调控拟南芥下胚轴的伸长。

拟南芥AtWNK9基因的定位及表达分析

AtWNK9为拟南芥WNK(With no lysine kinase)激酶家族成员,其功能尚不清楚.采用生物信息学和生物学实验相结合的方法,对AtWNK9蛋白结构、亚细胞定位、启动子元件、基因表达模式进行了分析.研究发现,AtWNK9定位在细胞核中;该基因在拟南芥根中高效表达,其表达受ABA,NaCl、葡萄糖、热和冷等非生物胁迫处理强烈诱导.结果表明,AtWNK9为非生物胁迫反应相关基因,并可能参与根的生长发育.

9个拟南芥凝集素类受体激酶基因功能的初步研究

植物凝集素类受体激酶(LecRLK)在植物防御、应答多种生物与非生物胁迫、参与激素调控和生长发育中具有重要的作用。但是该家族大部分成员的功能尚不明了。本文对LecRLK家族中的9个成员进行了生物信息学和相关分子遗传学的初步研究。启动子元件分析结果表明,9个成员均具有多个光和逆境响应元件,暗示其可能参与光信号以及非生物胁迫信号途径的调控。基因芯片及实时定量PCR结果显示,9个LecRLK基因具有明显的时空表达特异性,说明其可能在植物不同生长发育阶段及组织部位发挥着重要调控作用。利用三引物法对9个基因的突变体进行了筛选,最终得到14个纯合缺失突变体材料。上述结果为后续深入开展这些基因的生理功能研究提供参考数据。

马铃薯转基因技术与应用

马铃薯转基因技术在马铃薯种质资源创新、生理机制研究中占有重要地位。目前应用于马铃薯的基因转化方法主要有基因枪法、微束激光法和农杆菌介导法。随着马铃薯转基因技术的发展,相继获得了一批抗病毒、真菌、细菌性病害的种质资源,并在基因功能研究材料创新上取得进展,研究马铃薯的抗性机制,开展马铃薯基因的功能研究将会成为趋势。

成花素FT的调控运输及生理功能的研究进展

开花作为植物从营养生长到生殖生长的转折点,受外界环境变化影响,对植物发育和繁殖有着至关重要的作用。成花素(flowering locus T FT)蛋白作为拟南芥开花信号核心分子,在开花调控中扮演重要角色。拟南芥叶片在感应外界温度光照等因素变化后,通过生理钟(constants,CO)等蛋白及部分Mico-RNA正负协调调控筛管伴胞中的FT基因表达,FT蛋白通过筛管从叶片运输到茎顶端分生组织后,与一个碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper,b ZIP)蛋白FD结合调控茎顶端分生组织(shoot apical meristem,SAM)中的花组织形成相关基因表达,继而诱导开花。对近年来FT基因在叶片中的调控、FT蛋白的运输及其在顶端分生组织中的开花诱导机理进行综述,为进一步完善FT表达调控及功能研究提供参考。