拟南芥AtHHR3响应热胁迫应答的初步分析

拟南芥基因AtHHR3编码一个RING结构域的E3连接酶,通过生物信息学分析发现其可能参与植物热胁迫相关的应答.为了探索其具体的功能,构建了AtHHR3互补株系,并在DNA水平和转录水平分别鉴定了AtHHR3互补株系,用RT-PCR技术分析了AtHHR3在热处理条件下基因表达的变化情况.在热胁迫下分析了野生型、突变体athhr3、回复株系幼苗存活以及种子萌发的表型变化情况,发现突变体athhr3表现出对热胁迫的耐受性,并检测了热胁迫下不同株系的HSF、HSP等热相关基因的转录水平的变化,初步的研究表明拟南芥基因AtHHR3负调控植物对热胁迫的耐受性.     

叶绿体信号参与了拟南芥干旱胁迫响应

研究了50 μmol/L除草剂norflurazon (NF) 对自然干旱胁迫下拟南芥野生型植株和叶绿体信号突变体gun1和gun5的生理参数和一些抗性基因转录水平的影响.干旱胁迫与除草剂协同处理10 d时,叶片出现白化和萎蔫;叶片含水量明显下降;丙二醛含量大幅度升高;活性氧积累明显加重;Lhcb基因表达下调;POD,APX,GPX和Rd29a基因的转录水平显著上调.突变体gun1和gun5叶片白化比野生型严重;突变体生理指标的变化幅度比野生型大;突变体基因表达的变化幅度很小（甚至没有变化）,远小于野生型.这些结果表明,叶绿体信号的关键分子GUN1和GUN5蛋白可能参与了干旱信号传导和适应机制,尤其是GUN1蛋白的作用更为明显,暗示叶绿体信号转导途径可能与植物抗逆过程有交叉.     

拟南芥RING finger结构域AtHHR1基因的功能初步研究

为了研究拟南芥基因AtHHR1(编码一个含有RING finger结构域的E3连接酶)是否参与热胁迫响应,构建了athhr1/AtHHR1互补转基因株系.对突变体、互补株系及野生型进行热胁迫处理,发现突变体的萌发率、叶绿素及脯氨酸含量高于野生型,而互补株系均低于野生型.通过real-time PCR定量检测发现,热诱导后拟南芥热信号通路中相关热激蛋白基因在突变体中表达比野生型中高.研究结果初步表明AtHHR1基因在拟南芥的热胁迫响应中起负调控作用.     

拟南芥AtHHR2基因的功能初步研究

为了研究拟南芥Highly Homologous RING domain 2基因(At5g43200)在盐胁迫逆境的功能,通过DNA及RNA水平鉴定了该基因的T-DNA插入突变体athhr2,并通过根瘤农杆菌介导法进行遗传转化,筛选获得了athhr2/ATHHR2互补转基因株系.对突变体、互补转基因株系及野生型进行盐胁迫处理,对其萌发率、脯氨酸及叶绿素水平进行检测,发现盐处理后缺失突变体的萌发率降低,脯氨酸和叶绿素含量低于野生型,互补株系的萌发率、脯氨酸和叶绿素含量均高于野生型.以上结果证明AtHHR2基因在拟南芥的盐胁迫响应中起正调控作用.     

拟南芥中一个参与热胁迫应答基因功能的初步研究

在拟南芥中发现了一个受热诱导的基因At4g19430,经Real time PCR分析表明该基因受热诱导后表达量显著升高.组织特性的分析发现其在拟南芥不同组织中均有表达,但在叶中表达量最高.亚细胞定位结果表明At4g19430蛋白定位在细胞质中.筛选并鉴定了该基因的突变体,并分析了其在热胁迫时的表型,结果表明该基因的突变体对热胁迫非常敏感,在热胁迫的条件下突变体存活率明显下降.     

盐胁迫下拟南芥去乙酰化酶基因的转录组分析

为了探究盐胁迫下拟南芥HD2去乙酰化酶调控的下游基因,本研究以拟南芥野生型WT和四突(hd2q,HD2四个基因的突变体)为材料,采用RNA-seq技术和生物信息学方法,对生长10d的幼苗在高盐(150mmol/LNaCl)处理前和后进行比较转录组分析,并结合实时荧光定量PCR验证转录组数据的可靠性.结果显示:在高盐处理...     

拟南芥abf3和abf4突变体对ABA和盐胁迫响应

研究拟南芥abf3、abf4突变体和野生型(Col)对ABA和盐胁迫的响应.结果表明:与野生型相比,abf3对ABA的敏感性显著下降.盐胁迫下,abf3、abf4突变体的绿胚率、叶绿素含量、黄化率均低于Col,abf4根长比高于Col,abf3与Col无显著差异,说明ABF3、ABF4对盐敏感性高于Col,ABF4更为显著.以上结果初步显示:拟南芥同源基因ABF3和ABF4在对外施ABA和盐胁迫响应中发挥不同的作用.     

拟南芥SnRK2.2/2.3激酶参与调节镉胁迫响应的机制探究

为探究拟南芥SnRK2.2和SnRK2.3基因对Cd胁迫响应的分子机制. 以野生型（WT）、双突变体SnRK2.2/2.3、过表达SnRK2.2和过表达SnRK2.3的转基因植物为材料,研究SnRK2.2和SnRK2.3基因与Cd胁迫响应的关系.发现过表达两个基因可以提高拟南芥对Cd的耐受性,表现为可以减少Cd、丙二醛（MDA）及活性氧（ROS）的累积量,增加抗氧化酶CAT、POD和SOD的活性. qRT PCR结果显示在Cd胁迫下,两种过表达植株中铁转运蛋白IRT1和转录因子FIT、bHLH038和bHLH039表达水平受到明显抑制,ABA合成相关基因AAO3和NCED3的表达量显著上调.在Cd胁迫下,两种过表达植株中ABA含量显著高于WT和双突变体. 以上结果表明：拟南芥遭受Cd胁迫时,SnRK2.2和SnRK2.3基因通过下调IRT1基因表达从而减少植物对Cd的吸收,同时通过增加内源ABA含量来缓解Cd对植物的毒害.     

AtSIAK在植物抗盐胁迫响应中的功能研究

AtSIAK基因在拟南芥中编码ABC1类蛋白激酶,RT-PCR检测AtSIAK基因在拟南芥的根、茎、叶、花、角果等组织中均有表达,与利用AtSIAK基因的启动子驱动GUS报告基因的研究结果一致.AtSIAK基因受不同胁迫(MV和NaCl)和激素ABA、SA处理均有明显的上调表达,其中在NaCl处理下最明显.不同浓度NaCl处理使35S::AtSIAK过表达植株比野生型(Columbia)和siak1突变体的种子萌发率和子叶变绿率高,表明AtSIAK基因参与抗盐胁迫的响应.     

短命植物小拟南芥光周期调控基因CONSTANS的克隆与表达特征分析

目的光周期是影响植物生长发育的重要因素之一,CONSTANS (CO)是植物光周期开花途径中关键的基因。方法本研究基于短命植物小拟南芥(Arabidopsis pumila)转录组数据库,获得1条与拟南芥CO基因At COL1基因序列高度相似的unigene,通过RT-PCR方法从小拟南芥中克隆了该CO同源基因,命名为Ap COL1;进行了基因的生物信息学分析及节律表达、组织表达和响应非生物胁迫的表达特征分析。结果研究结果表明Ap COL1具有两个Bbox和一个CCT结构域,氨基酸序列上与At COL1相似性高达86. 8%。系统进化分析表明Ap COL1与At COL1和琴叶拟南芥(Arabidopsis lyrata)的Al COL1亲缘关系较近,且属于第I亚组成员。qRT-PCR实验表明在长日照和短日照条件下Ap COL1具有相似的昼夜节律表达特征; Ap COL1在小拟南芥各组织中均有表达,但在果荚中表达量最高。250 mmol/L Na Cl胁迫和20%PEG-6000模拟干旱胁迫12 h明显抑制Ap COL1基因的表达,并且随着胁迫时间的延长Ap COL1表达水平没有显著差异。在高温(40℃)胁迫下,Ap COL1基因的表达在24 h内先下降后上升并达到最高,48 h又下降到对照水平。低温(4℃)胁迫24 h之前,Ap COL1基因的表达没有明显变化,但处理48 h表达水平显著下降。结论本研究表明Ap COL1基因能够响应盐、干旱、高温和低温等非生物胁迫,暗示该基因在小拟南芥抵抗逆境胁迫中起着重要作用。     

拟南芥BLI基因调控植物衰老的研究

BLISTER(BLI)蛋白是多种应激反应的调节因子,可以促进植物对环境的适应性. BLI蛋白通过抑制IRE1蛋白以维持植物的正常生长,缺失BLI蛋白的拟南芥植株出现多种发育缺陷表型. 文章以拟南芥bli突变体为实验材料,通过细胞生物学及遗传学方法检测其衰老相关表征,发现bli突变体植株早期出现叶片黄化、叶绿素含量下降、离子渗透率升高等一系列衰老表型;与此同时,bli突变体体内衰老相关基因表达上调,光合作用相关基因表达下调,表明BLI蛋白参与植物衰老过程;外源施加ROS导致野生型Col-0植株中BLI基因表达量减少; GUS显色结果表明BLI在植株各组织器官中均有表达,为进一步解析BLI调控衰老的分子网络提供了思路.     

拟南芥抗旱突变体的筛选和鉴定

文章采用不同浓度的甘露醇模拟干旱胁迫,以发芽率为筛选指标在拟南芥突变体库中筛选抗旱突变体,筛选出2株候选突变体,最终得到1株稳定突变体vem1,通过表型和生理生化鉴定,确定为抗旱突变体。该研究为抗旱基因克隆及功能分析奠定基础,对于揭示植物抗旱的分子机理具有重要的理论意义。     

类胡萝卜素介导的植物花色调控机制研究进展

花色是一种重要的花性状,对于有花植物的观赏园艺、生殖生态以及物种演化均具有非常关键的作用。有花植物花着色的关键决定因素是花色素的合成和沉积。类胡萝卜素作为一类重要的天然色素,不仅具有营养和药理特性,同时还是许多有花植物花着色的呈色色素。笔者对植物中的类胡萝卜素代谢途径及相关基因进行了梳理,并着重总结了类胡萝卜素代谢基因的表达及其转录调控对植物花着色的影响。当前,已知花中类胡萝卜素代谢基因的表达与类胡萝卜素积累及花着色紧密相关,但是关于这些基因在花中的转录调控机制研究还处于起步阶段。植物的花器官似乎采取了与叶、果实等其他器官完全不同的策略来精细调控类胡萝卜素的生物合成与积累,并且不同植物间尚未发现共通之处。笔者基于目前的研究进展,对未来类胡萝卜素介导的花着色调控机制研究进行了展望,认为随着高通量组学技术和现代分子生物学技术的迅猛发展,可尝试结合基因组、转录组、代谢组及最新的单细胞组学和空间组学等多组学技术和遗传转化及以CRISPR/Cas9为代表的基因组编辑技术,构建多种植物花着色过程中类胡萝卜素代谢的特异性分子调控网络,以期为进一步研究类胡萝卜素介导的花色变异与演化及花色育种提供有益参考。     

Timing of plant immune responses by a central circadian regulator

The principal immune mechanism against biotrophic pathogens in plants is the resistance (R)-gene-mediated defence. It was proposed to share components with the broad-spectrum basal defence machinery. However, the underlying molecular mechanism is largely unknown. Here we report the identification of novel genes involved in R-gene-mediated resistance against downy mildew in Arabidopsis and their regulatory control by the circadian regulator, CIRCADIAN CLOCK-ASSOCIATED 1 (CCA1). Numerical clustering based on phenotypes of these gene mutants revealed that programmed cell death (PCD) is the major contributor to resistance. Mutants compromised in the R-gene-mediated PCD were also defective in basal resistance, establishing an interconnection between these two distinct defence mechanisms. Surprisingly, we found that these new defence genes are under circadian control by CCA1, allowing plants to 'anticipate' infection at dawn when the pathogen normally disperses the spores and time immune responses according to the perception of different pathogenic signals upon infection. Temporal control of the defence genes by CCA1 differentiates their involvement in basal and R-gene-mediated defence. Our study has revealed a key functional link between the circadian clock and plant immunity.     

拟南芥一氧化氮相关突变体在干旱胁迫下抗旱相关基因表达的研究

据报道,拟南芥一氧化氮（nitric oxide,NO）合成缺陷突变体noa1较野生型Col-0抗旱,而个别抗旱相关基因表达的增强是其抗旱机理之一.为了证实该结果及研究NO信号分子在抗旱中的作用,系统地对8种共12个不同类型的抗旱相关基因在干旱处理不同时间的拟南芥野生型和noa1及亚硝基谷胱甘肽还原酶功能缺失突变体gsnor1-3间的表达情况进行了反转录PCR分析.研究结果表明,抗旱相关基因的表达在拟南芥不同基因型间无明显差异,noa1的耐旱性与抗旱相关基因的表达无显著相关性.     

MIXTA/MIXTA-like基因特征及其对植物表皮细胞分化的调控

植物表皮细胞是植物最外层直接与环境相互作用的细胞,依据其不同功能,分化形成多种具有防卫功能的特化细胞结构,在植物防御、减少蒸腾、授粉媒介吸引、种子散布、次生代谢产物合成与贮存等方面起着重要作用。研究发现MIXTA/MIXTA-like是多种植物表皮细胞分化的关键调控因子。在不同植物中,MIXTA/MIXTA-like作用部位(主要集中在花瓣、叶片、胚珠和子房)和调节方式不同,但最终都是通过调控表皮细胞分化发挥作用。MIXTA/MIXTA-like在表皮毛的形成、角质层生物合成、锥形表皮细胞的分化过程中起着重要的调节作用,其中植物表皮毛发育是一个研究热点。植物表皮毛有多种不同的功能:如叶片被毛是植物抵御取食昆虫的重要表型特征;法国梧桐、杨树、柳树飞絮都是种子成熟过程中表皮毛发育的结果;而黄花蒿中,青蒿素主要在腺毛中合成和储存。因此,开展植物表皮毛发育和调控机制研究具有重要意义。笔者梳理了MIXTA/MIXTA-like基因的特征及其在不同植物表皮细胞分化过程中的生物学功能,阐述了木本植物表皮毛发育调控的分子机制,为加速林木表皮毛发育相关性状的新品种培育提供借鉴。     

松科植物萜类合成酶及其基因家族研究进展

萜类化合物是松科(Pinaceae)植物中重要的代谢物,它们与松科植物生长发育、信息传递、气候适应和化学防御等关系密切,在植物生理和生态等方面具有重要功能。松科植物萜类化合物还广泛应用在制药、生物燃料以及合成化学等工业领域,具有重要的经济价值。松科植物通过甲羟戊酸途径和甲基赤藓糖磷酸途径合成所有萜类物质合成所必需的5碳前体,并在异戊烯基转移酶家族、萜类合成酶家族作用下合成单萜、倍半萜和二萜等不同长度碳链的萜类分子骨架,并进一步在细胞色素P450酶家族的作用下发生甲基化、羟基化、过氧化、糖基化等酶促反应形成具有结构极为丰富的萜类化合物。和其他次生代谢过程类似,多种酶及其基因在萜烯化合物形成过程中起到了至关重要的作用,同时,萜类化合物结构多样性的形成也主要依赖于萜类合成酶及其基因。植物中已经发现了大量的萜类合成酶,由于大量植物基因组、转录组等组学数据的公布,不断有新的萜类合成酶被报道。笔者介绍了植物萜类化合物前体的合成途径及其关键酶基因、植物萜类合成酶的结构和类型,着重阐述松科植物萜类合成酶结构、功能以及相应基因家族鉴定和系统分类的研究进展,并针对松科植物萜类合成酶及其基因研究领域存在的研究树种偏少、松科植物萜烯类代谢可能存在的特异代谢路径重视程度不够、适用于针叶树种相关基因的功能研究平台搭建欠缺、多基因网络调控松科植物萜烯类合成机制研究未得到系统开展、产脂和抗逆相关的松科植物关键基因未得到挖掘与利用等相关问题提出了建议,以期为松科植物萜类生物合成机制解析及松科植物遗传改良提供参考。     

丙酮酸转运体AtMPC3介导植物干旱胁迫响应机理研究

在干旱胁迫下,植物通过自身复杂而有效的应对机制减少水分散失,其中关闭植物气孔降低蒸腾作用是一个重要环节。脱落酸(ABA)是植物响应干旱胁迫产生的可以诱导气孔关闭、减少水分散失的重要植物激素。丙酮酸是光合作用糖酵解的产物,需要借助线粒体丙酮酸转运体(MPCs)进入线粒体中进行后续物质和能量代谢。本研究发现拟南芥线粒体丙酮酸转运体AtMPC3参与介导植物干旱胁迫响应,在外源施加ABA条件下,AtMPC3基因缺失突变体的气孔较野生型开度更小,植物失水率更低,表现出更强的抗旱能力。结果说明AtMPC3在脱落酸促进植物气孔关闭及干旱应答过程中的重要作用,对于提高植物抗旱能力以及作物产量提升具有潜在应用价值及重要意义。     

Variation induced by DNA rearrangement in a transgenicBt+CpTI cotton strain

In the development of transgenicBt + CpTI cotton cultivars, one male and female sterile mutant has been found in a homozygous T₄ strain in our laboratory. The mutant plant, as well as its leaves, buds and flowers, is only 1/2–1/3 as large as that of the wild transgenicBt + CpTI bivalant cotton plants. Cytological observation found that the chromosome number of the mutant is 2n = 52; however, there are 4–8 univalents observed in meiosis I of pollen mother cells. Laboratory bioassay indicated that the mutant was highly resistant to bollworm as the wild plants. PCR amplification revealed thatBt andCpTI genes in the mutant were still intactly inserted. However, small deletion of flanked area had been observed in the mutant by Southern blotting analysis. So it is proposed that the mutant phenotype might result from either the DNA deletion or T-DNA transferring in plant genome. No such report has been presented that the rearrangement of chromosome structure in a homozygous transgenic line occurred. Further analysis is ongoing.