SHR/SCR和PLTs在植物中表达和功能多样性的研究进展

SHORT-ROOT (SHR)/SCARCROW (SCR)和PLANT HOMEOBOX TRANSCRIPTION FACTORS (PLTs)是调控植物器官发育非常重要的转录因子,SHR/SCR在根辐射模式和干细胞维持中的作用已经取得到了大量的研究进展。研究显示拟南芥中PLT1和PLT3能与PCNA (TCP)和SCR形成复合体调控WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX 5 (WOX5)的表达和干细胞的维持,且SHR/SCR和PLTs在其它植物中也参与调控了多个生长发育过程。因此,本文从基因的表达和蛋白移动特征以及功能方面综述了SHR/SCR和PLTs在不同植物生长发育过程中的表达和功能的多样性。此外,深入了解SHR/SCR和PLTs在不同植物功能中的差异,有助于为农业生产提供理论基础。

钙信号与植物低温响应研究进展

钙信号是一种重要的第二信使,在动植物生长发育和信号转导中具有重要的调节作用。为了深入了解其参与植物低温响应的作用机理,笔者归纳了钙离子转运系统和相关钙离子感受器的结构和功能,并从生理变化和基因表达2个方面分析了钙信号参与植物低温响应的研究进展;总结了Ca^(2+)转运系统、Ca M、CMLs、CBLs和CDPKs中参与植物低温响应的基因,并简要分析了其作用机制。分析表明钙信号能通过多条途径增强植物的低温抗性,在农业生产中具有重要的现实意义。

甘蓝型油菜防御素基因的克隆与生物信息学分析

为了研究甘蓝型油菜防御素基因的结构和功能,根据白菜防御素基因序列设计引物,采用RTPCR方法从甘蓝型油菜中克隆到4个防御素基因,并对其序列进行了生物信息学分析。结果表明,甘蓝型油菜防御素基因c DNA全长325~335 bp,包含231~243 bp的开放阅读框,编码76~80个氨基酸;防御素基因在长期进化过程中产生了显著的差异,但防御素含有的8个保守半胱氨酸残基均稳定存在;Bndef1、Bndef2、Bndef3与萝卜Rs-AFP1、诸葛菜Omdef亲缘关系较近,Bndef4与豇豆Vudef亲缘关系较近;4个防御素蛋白均为稳定蛋白,具有信号肽结构,可能为分泌蛋白。

大百合属植物引种栽培及繁殖技术研究进展

大百合属植物是一类很有开发利用价值的资源植物,包括大百合、荞麦叶大百合、日本大百合以及颇有争议的变种云南大百合。本文就大百合属植物的引种栽培、种子休眠、种子萌发、分球繁殖及组织培养等方面进行了系统综述,旨在为研究者提供完整的信息参考。此外,对大百合属植物引种栽培和种苗繁殖领域的重要问题进行了讨论,并提出了今后的研究方向。

RBR在植物生长发育中的作用研究进展

植物胚后发育中新器官的形成受细胞分裂和分化的严格调控,植物RBR(RB-Related)是人类神经胶质瘤易感蛋白(RB)的同源蛋白,它作为细胞增殖的负调控因子,已被证明广泛参与一系列植物生长发育的调控过程。为深入了解其作用机理,笔者归纳了不同植物中RBR蛋白的表达调控特征;综述了拟南芥RBR1参与调节细胞周期和生长发育过程的作用机制研究进展;提出了RBR1以蛋白质相互作用为主要调控方式的调控网络,并分析了今后有待阐明的问题和研究方向,以期为RBR相关的研究提供参考。

甘蓝型油菜防御素基因的克隆与表达分析

植物防御素具有广谱抗菌活性,不仅具有抗真菌、抗细菌、蛋白酶抑制和昆虫淀粉酶抑制等活性,而且参与调节植物的生长和发育。本研究根据白菜防御素基因序列设计引物,从甘蓝型油菜中克隆获得5个防御素基因,其c DNA全长325~461 bp,含有177~243 bp开放阅读框,编码58~80个氨基酸,含有8个保守Cys残基,具备Knot1功能域。系统进化分析表明,Bn PDF2.1、Bn PDF2.3、Bn PDF2.5与拟南芥PDF2亲缘关系较近,可能具有蛋白酶抑制活性。荧光定量分析表明,防御素基因具有组织表达特异性,在花蕾和叶中表达量较高,角果中次之;经1 mmol L–1水杨酸处理开花期油菜2 h后,防御素基因在茎、花蕾、角果中的表达量均有不同程度的上调,但在叶中表达有所下调,在根中表达无明显变化。

甘蓝型油菜PGK基因的克隆与表达分析

为研究甘蓝型油菜磷酸甘油酸激酶(PGK)基因表达特性,在对拟南芥PGK基因家族生物信息学分析的基础上,通过电子克隆方法获得3个甘蓝型油菜PGK基因(BnPGK1、BnPGK2、BnPGK3)。分别设计特异引物,以甘蓝型油菜雄性不育系09A和保持系09B的cDNA为模板克隆BnPGK基因全长序列。根据获得的cDNA序列设计实时荧光定量特异引物,采用实时荧光定量PCR技术,研究油菜雄性不育系与保持系PGK基因表达差异。结果显示:BnPGK基因在甘蓝型油菜雄性不育系09A和保持系09B的根、茎、叶、花蕾中均有表达,属组成性表达。除茎中的BnPGK3外,BnPGK其它基因在根、茎、叶中的表达均表现为09A高于09B,而在花蕾中均为09B高于09A,BnPGK1和BnPGK3在09B中的表达量是09A中的2倍以上。

一份水稻长穗突变体的鉴定及相关生理特性分析

【目的】穗型是影响水稻产量形成的因素之一,通过分析和研究长穗水稻材料的各项生理生化指标,挖掘优良的水稻种质资源,为后续水稻穗长相关基因的定位与克隆奠定基础,同时也为水稻分子遗传育种改良提供指导。【方法】本研究围绕一份前期获得的长穗水稻材料展开,统计和分析了长穗材料的相关农艺性状,并对该材料在幼苗期和成熟期的6个生理生化指标进行了测定和分析,分别为:蒽酮比色法测定可溶性糖含量、考马斯亮蓝G250法测定可溶性蛋白含量、氮蓝四唑(NBT)还原法测定超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)含量、硫代巴比妥酸(Thiobarbituric acid,TBA)法测定丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量、乙醇浸提法测定叶绿素含量、酸性茚三酮法测定脯氨酸含量。【结果】与常规水稻品种9311相比较,长穗材料的穗长显著高于常规品种9311,而且还具有二次枝梗数、每穗粒数多的特点;但是长穗材料在千粒重与结实率方面均比较低,其中千粒重呈现出显著性差异,在单株产量方面长穗材料比9311高但未达到显著差异水平。通过分析叶绿素含量,发现长穗材料幼苗期茎和成熟茎、叶中的含量高于9311,而9311幼苗期叶中的含量高于长穗材料,其中成熟期茎中的含量存在显著性差异。另外,9311幼苗期根和成熟期茎中的丙二醛(MDA)含量高于长穗材料,而长穗材料成熟期叶中的含量高于9311,其中成熟期叶中存在显著差异;在超氧化物歧化酶(SOD)活性方面,9311成熟期叶中的含量高于长穗材料,长穗材料幼苗期根茎中的含量高于9311,其中成熟期叶和幼苗期茎中的含量存在显著差异。进一步通过测定脯氨酸含量,发现9311成熟期根、叶中的含量显著高于长穗材料,而长穗材料幼苗期根、茎中的含量高于9311且呈显著差异;对于可溶性糖含量,9311成熟期茎中含量高于长穗,长穗材料成熟期根、叶和幼苗期的叶中的含量高于9311,其中幼苗期叶中的含量均存在显著差异;对于可溶性蛋白含量,幼苗期2种材料的根茎叶中含量存在极显著差异,均为长穗材料低于9311,成熟期茎中的含量为长穗材料高于9311,且存在显著差异。最后,通过相关性分析发现在长穗材料幼苗期,其茎部的脯氨酸含量和可溶糖含量呈极显著负相关,幼苗期叶部的SOD含量和脯氨酸含量也呈极显著负相关。【结论】不同发育时期长穗材料的生理响应存在差异且随着生长发育进行其光合能力更高,可溶性糖等营养物质含量相对较多,表明有较强的生理代谢活性。但其抗逆性在成熟期时比9311更弱,可能在生长发育后期更易受环境因素的影响。

一份水稻大粒材料的粒型及生理特性分析

为了给选育高产优质大粒水稻新品种过程中提供一定指导,在水稻苗期与成熟期分别检测了大粒水稻材料0183与常规水稻品种9311在生长发育过程中的各项形态及生理指标之间的差异,初步的研究结果也为大粒材料的遗传分析及基因定位与克隆奠定基础。与常规水稻品种9311相比,0183在粒长、粒宽、粒厚方面表现均有差异且粒宽呈极显著差异水平,同时大粒材料0183千粒质量显著高于对照品种9311。另外,分析了0183在苗期和成熟期的各项生理指标,结果表明:大粒材料0183在成熟期叶片的叶绿素含量较高,可溶性糖在成熟期和幼苗期的叶片中显著高于对照品种9311,可溶性蛋白在成熟期的叶片中显著高于对照品种9311,说明在生长发育的后期大粒材料0183具有较强的光合作用,可能与其最终产量形成有关,同时,大粒材料0183有较强参与渗透调节生理恢复的优势;另外,苗期0183中脯氨酸的含量显著高于对照品种9311,但在生长发育的后期含量较低且9311从幼苗期-成熟期脯氨酸含量增长幅度高于大粒材料0183,表明随着生长发育的进行大粒材料0183抗逆性相比对照品种9311表现更弱,可能在后期最终产量的形成上更易受环境影响。大粒水稻籽粒具有显著优势,对水稻产量十分重要,但在生长发育过程中对环境较为敏感所以最终产量无法维持稳定,也是在培育优良大粒品种中需要突破的关键点。

紫苏ω-3-脂肪酸去饱和酶8基因的克隆与功能研究

ω-3-脂肪酸去饱和酶8(fatty acid desaturase 8,FAD8)作为一种脱氢酶,在饱和脂肪酸(saturated fatty acid,SFA)向不饱和脂肪酸(unsaturated fatty acid,UFA)的转化中发挥关键作用,有利于提高植物的抗寒性。然而,目前仍不清楚FAD8在紫苏中的表达水平是否受低温调节。基于转录物组数据,1个FAD8基因被克隆与鉴定,并在烟草中成功表达。该基因被命名为PfFAD8,其全长编码序列为为1317 bp,编码438个氨基酸,预测分子量为50 kD,理论等电点为9.13。我们的研究表明,紫苏茎10℃低温处理4 h,PfFAD8的表达量是常温时的5.6倍,37℃高温处理4 h,其表达量与常温时相比减少了9.1倍,说明PfFAD8是一个低温诱导型基因,低温促进其表达,高温抑制其表达。为了进一步证实这一结果,我们构建了35S::PfFAD8载体,并通过农杆菌介导的叶盘法转化到烟草中。过度表达PfFAD8基因的转基因烟草叶片表现出明显较高的UFA(如亚油酸(C18:2)和棕榈酸(C16:0))含量和较高的抗寒性。此外,PfFAD8在转基因烟草叶片中的过量表达增加了丙二醛(MDA)和脯氨酸(PRO)的含量,并在一定程度上增强了超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的防御酶活性,这可能会防止UFA的下降。综上所述,PfFAD8可能参与了脂质的去饱和过程,导致膜的稳定性增加或诱导了其他与抗寒性有关的基因,如十八烷酸途径或脂质过氧化产物。因此,PfFAD8的过表达可能有助于生产抗寒品种。

ARF5/MONOPTEROS(MP)调控作用研究进展

生长素响应因子(auxin response factors,ARFs)是生长素响应机制中的重要元件,其中,ARF5/MONOPTEROS(MP)参与调控许多生长发育过程。该文对近年来国内外有关ARF5/MP的研究进展,以及由ARF5/MP介导的生长素应答通路在拟南芥的胚根原特化、维管组织发育、茎尖发育等过程中的作用以及鉴于ARFs成员之间在结构和功能上的保守性等研究进展进行综述,为阐明植物体对生长素响应的分子机理提供参考。

头孢霉素对拟南芥主根生长发育的影响

以拟南芥野生型和相关转基因株系为材料,设置0、50、100、200和400μg/mL头孢霉素处理,考察头孢霉素对主根伸长生长、根尖分生组织活性、生长素分布运输以及干细胞活性的影响,探究头孢霉素对拟南芥主根生长发育的毒性作用机制。结果显示:(1)头孢霉素能以浓度依赖的方式抑制拟南芥主根的生长,并抑制分生组织长度和CYCB1;1基因的表达,说明它能抑制根尖分生组织活性。(2)头孢霉素能降低根尖生长素报告基因DR5∷GUS、DR5∷GFP和生长素极性运输蛋白PIN1、PIN2、PIN3、PIN7和AUX1的表达,说明它能抑制根尖生长素的分布和极性运输。(3)头孢霉素能下调根尖静止中心标记系WOX5∷GFP、QC25和QC46的表达,以及SHR和SCR蛋白的表达,说明它能抑制根尖干细胞活性。研究表明,头孢霉素能通过抑制根尖分生组织活性、生长素的分布和极性运输以及干细胞活性,从而调节拟南芥主根的生长发育。

芸薹属物种(B.napus,B.rapa,B.oleracea,B.juncea,B.nigra)MYB28家族的分子进化

芸薹属物种(甘蓝型油菜,白菜,甘蓝,芥菜型油菜和黑芥)是重要的经济作物,它们均含有硫代葡萄糖苷(简称硫苷),硫苷的合成受MYB转录因子的调控,其中MYB28能够调控甲硫氨酸合成脂肪族硫苷。目前,普遍认为芸薹属物种在进化过程中发生了全基因组三倍化,并且用禹氏三角表示来表示它们间的亲缘关系。本研究利用生物信息学方法,鉴定了5个芸薹属物种MYB28,分析了芸薹属MYB28的基本特征、同源性和系统发生关系,探讨了芸薹属物种MYB28家族的分子进化。结果显示,芸薹属MYB28在不同物种间的同源性存在高于种内同源性的现象,芸薹属MYB28位点的进化符合禹氏三角理论,但不完全符合三倍化学说。

脱落酸调控植物根系生长发育的研究进展

植物激素脱落酸(ABA)参与诱导种子休眠、叶片脱落、气孔关闭以及抑制细胞生长等生理过程,在调控植物根系发育中也具有重要作用。本文综述了近年来ABA在植物主根、侧根、不定根和根毛中的调节作用,以及与其他信号的相互作用关系的研究进展。

植物硝酸盐转运蛋白研究进展

氮是植物生长发育所必需的大量元素,能构成有机分子并参与植物体内各种代谢活动。硝酸盐作为植物生长发育过程中的主要无机氮源,不仅是植物的营养元素,也可以作为信号分子调控植物的形态建成、生理响应和相关基因的表达,从而应对环境硝酸盐浓度的变化和自身生理状态的需求。硝酸盐转运体参与植物对硝酸盐的吸收和分配。本文结合最新报道,从硝酸盐的吸收、转运和分配以及硝酸盐转运体1.1(NRT1.1)的作用机制等方面系统综述硝酸盐在植物生长发育中的作用机理以及硝酸盐转运体的研究进展,以期为后续研究提供参考。

植物组织特异性基因表达技术及其应用

研究表明在植物以及其它多细胞生物体中,有些基因只在生长发育的特定阶段、器官、组织或细胞中表达。对这类基因的研究一方面有助于我们了解该基因自身的功能,另一方面也可以作为工具应用到其他相关研究当中,例如利用植物中具特异表达特性的基因的调控元件将特定基因在特定器官、组织或细胞中表达的技术,即植物组织特异性基因表达技术。本文主要介绍目前被广泛使用的两种植物组织特异性基因表达技术,即组织特异性启动子驱动法和GAL4/UAS激活标签法及其应用,为今后的研究工作提供一定的参考。

第二信使cGMP调控植物生长发育研究进展

cGMP(cyclic guanosine 3’,5’-monophosphate)是重要的第二信使分子,在细胞内具有广泛的生物学功能。近年来,研究人员对cGMP在植物中的作用进行了大量的研究,发现其在植物生长发育、信号转导和胁迫响应等众多生理过程中是一个重要的信号元件,起着非常关键的调节作用。本文将系统介绍cGMP在植物中的合成代谢、信号转导途径及调控的生理过程,并对相关研究进展进行综述,以期为后续的研究提供参考。

紫苏FAD3基因的克隆与表达分析

ω-3脂肪酸脱氢酶(ω-3 FAD)是植物脂肪酸合成途径的关键限速酶,通过调节该酶的过量表达,可以使植物中的α-亚麻酸(ALA)含量增加。本研究采用RT-PCR的方法,以紫苏L1品系为材料,克隆得到一个ω-3脂肪酸脱氢酶基因PfFAD3。生物信息学分析结果显示PfFAD3开放阅读框为1 176 bp,编码319个氨基酸,推测其蛋白分子量为44.7 k D,等电点为9.19;PfFAD3较为保守,具有四个富含组氨酸的保守区域。q RT-PCR结果表明,PfFAD3基因具有组织表达特异性,在种子中的表达量远高于其它器官。同时,研究了外源Me JA和温度对紫苏茎和叶中PfFAD3基因表达的影响,结果显示外源Me JA能够快速诱导叶片中PfFAD3基因表达量的上调,而抑制PfFAD3基因在茎中的表达;低温能够诱导叶片中PfFAD3基因表达量上调,而高温则抑制叶与茎中PfFAD3基因的表达,表明PfFAD3基因可能参与紫苏的防御反应。

温度和紫外照射对紫苏FAD7基因表达的影响

植物ω-3脂肪酸脱氢酶(ω-3FAD)基因是催化亚油酸转化为α-亚麻酸(ALA)的关键酶基因,通过调节该基因的表达,可以提高植物ALA的含量。为了研究温度和紫外照射对紫苏PfFAD7的影响,通过RTPCR方法分析了紫苏地上组织的特异性表达和温度、紫外胁迫下紫苏叶片和茎中PfFAD7基因的积累情况。分析表明,PfFAD7基因在紫苏全植株中均有表达,但在叶片中表达量最高,温度和紫外照射均影响PfFAD7基因的表达,低温可诱导PfFAD7基因的表达,而高温则抑制PfFAD7基因的表达;UV-B照射下,PfFAD7基因在叶片和茎中表达量均表现为先升高再降低。本试验对于紫苏ω-3脂肪酸脱氢酶的研究有利于高水平ALA的积累,更有利于紫苏资源的开发和利用,同时对于进一步了解不饱和脂肪酸的积累和代谢过程以及关键基因PfFAD7在此过程中的功能提供了依据。

过表达AtMIR160对亚麻芥(Camelina sativa)根尖发育的影响

亚麻芥(Camelina sativa)作为重要的油料作物,其研究获得越来越多的关注。本实验通过Lugol淀粉粒染色观察了亚麻芥与拟南芥的根尖结构,并构建了亚麻芥的AtMIR160过表达株系,探索过表达AtMIR160对亚麻芥根尖发育的影响。结果显示:与拟南芥根尖静止中心和柱干细胞中无淀粉粒分布不同,在亚麻芥根尖可能是静止中心和柱干细胞的位置有淀粉粒分布。进一步在亚麻芥中过表达AtMIR160,qRT-PCR分析显示亚麻芥AtMIR160过表达株系中其同源靶基因CsARF10和CsARF16的表达量显著降低,AtMIR160过表达株系呈现根冠细胞排列紊乱和淀粉粒减少的表型。以上结果说明亚麻芥和拟南芥根尖淀粉粒的分布存在差异,拟南芥MIR160能通过下调亚麻芥同源靶基因影响其根冠发育。