滞绿突变体的研究现状及应用前景

许多物种的滞绿突变体具有相似的表型特征,即衰老被延缓,叶绿素不降解或降解缓慢.但由于遗传背景不同,它们滞绿的分子机理相差很大.文中综述了滞绿突变体在生理生化(叶绿素的酶代谢途径)、遗传特征及分子生物学上的研究进展,介绍了滞绿突变体在植物叶绿素代谢、叶片衰老机制以及光合作用等生理过程基础研究中的重要性,并全面介绍了在农业生产的各个方面的应用前景及潜力,其中以能显著提高农作物抗逆性及产量的类型A和B的功能型滞绿突变最为重要,同时对滞绿的分子机理的研究使从根本上解决农作物早衰的问题成为可能.     

乙烯诱导衰老过程中大豆叶片快速叶绿素荧光诱导动力学和PSⅡ光化学特征

通过分析光合速率和快速叶绿素荧光诱导动力学曲线，研究了乙烯诱导衰老过程中大豆叶片PSⅡ光化学特征的变化．随着大豆叶片的衰老，光合速率大幅度下降，但是Fv／Fm只有轻微下降．这表明，大豆衰老过程中光合速率的下降不是PSⅡ光化学活性下降造成的；随着衰老，光合机构中的QB降解，QB的降解可能是导致PSⅡ光化学活性下降的关键因素．叶绿素荧光猝灭分析表明，在衰老初期，非光化学猝灭NPQ是强光下耗散过剩激发能的一个重要机制，然而当叶片严重衰老时，PSⅡ反应中心的失活可能成为光合机构耗散过剩激发能的另一种有效机制．     

补充照光对番茄幼苗生长和结果的影响

研究了补充照光对大棚番茄幼苗生长及其叶片IAA合成、降解酶活性的影响.结果表明,补充照光可使番茄株高明显降低,使其单株干重明显增高,但对其单株鲜重及茎粗无明显影响.补充照光还使番茄叶片叶绿素a,叶绿素b,叶绿素a/叶绿素b比值和叶绿素/类胡萝卜素比值明显降低,但引起类胡萝卜素含量极显著增加.补充照光不仅能使番茄果实提前成熟,还在较大程度上提高了番茄产量.补充照光使番茄幼苗叶片醛氧化酶、过氧化物酶和IAA过氧化物酶活性显著下降,但使IAA氧化酶活性明显增高.     

大豆叶片衰老过程中光合作用与有关酶活性变化的研究

通过对衰老过程中的大豆叶片的光合速率、希尔反应活性、叶绿素含量的测定及同工酶分析，发现大豆叶片衰老过程中光合速率、希尔反应活性均下降，活性氧自由基清除剂的过氧化氢酶（ＣＡＴ）活性也逐步下降，但超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）、过氧化物酶（ＰＯＤ）活性及其同工酶谱带数均随大豆叶片衰老与增加，以大豆叶片为材料，讨论了光合活性与同工酶的关系及自然条件下叶片衰老中光合活性下降的可能原因。     

厚皮甜瓜不同叶位叶片衰老差异研究

以日光温室栽培的伊丽莎白厚皮甜瓜为试材,探究了其不同叶位叶片自然衰老期间的生理变化。结果表明,厚皮甜瓜不同叶位叶片衰老差异较大。在迅速膨瓜结束期,坐瓜节位叶可溶性蛋白质(Pr)、叶绿素(Chl)含量明显低于附近叶片,丙二醛(MDA)积累量最高,过氧化物酶(POD)活性较高,说明坐瓜节位叶衰老最快。在果实成熟期,坐瓜节位以上叶片Chl与Pr含量、超氧物歧化酶(SOD)活性、净光合速率(Pn)逐渐下降,MDA积累量、POD活性缓慢增加,表明该部位叶片属缓慢衰老叶组;而坐瓜节位以下(含坐瓜节位)叶片则属于快速衰老叶组,此时已趋向衰亡。     

豌豆PsSGR基因cDNA的分离及其遗传功能分析

拟南芥滞绿基因AtNYE1是衰老过程中调控叶绿素降解的关键基因.利用cDNA末端快速扩增(RACE)技术,在豌豆(Pisum sativum)中分离获得了黄色子叶豌豆PsSGR基因和突变体绿色子叶豌豆PssgrGr基因的全长cDNA.为了验证AtNYE1同源基因PsSGR的功能,将黄色子叶豌豆PsSGR和绿色子叶豌豆PssgrЛ2775的编码区序列分别构建到带有花椰菜花叶病毒35S组成型强启动子和拟南芥叶片衰老特异诱导型启动子SAG12的植物表达载体上,经农杆菌介导、通过花序浸染法转化拟南芥滞绿突变体nye1-1.互补实验结果显示,PsSGR基因能够恢复拟南芥滞绿突变体nye1-1的滞绿表型,而PssgrЛ2775基因则不能.这一结果表明,豌豆PsSGR是负责豌豆子叶中叶绿素降解的调控因子.     

福建茶杆竹开花结实期间的叶片衰老

研究了自然状态下福建茶杆竹开花期间叶片衰老的变化规律，结果表明，自开花开始，开花竹株叶片中的叶绿素和可溶性蛋白质含量迅速下降，到末期，叶绿素含量只有0．5mg/g，可溶性蛋白质含量也下降了70％；与此同时，叶片中的超氧化物歧化酶（SOD），过氧化物酶（POD）活性也分别下降了15．6％和80％，与未开花竹叶片的衰老相比，开花竹株叶片衰老进程明显加快，致使开花竹迅速衰老死亡。     

植物对重金属耐性机理的研究进展

从两方面综述了植物对重金属胁迫的耐性机理.（1）植物生理生化代谢途径对重金属胁迫的适应性反应,包括与重金属解毒螯合相关的硫代谢途径;与植物抗氧化相关的活性氧代谢途径;与酚类物质生成及植物木质化形成相关的次生代谢途径.（2）植物对重金属耐性的分子机理研究,包括对与重金属胁迫相关代谢途径中关键酶基因克隆和功能鉴定;金属硫蛋白（MT）和膜金属转运蛋白基因表达和调控;与重金属胁迫相关的植物逆境信号传导的研究.随着基因组学的发展,通过进化各异的模式生物基因组比较及通过使用一些如基因差异表达技术、表达序列高通量分析技术和功能获得或突变体互补等技术在植物重金属耐性机理的研究中也取得了一些进展.     

一种简单有效的T7RNA聚合酶调控的植物基因表达系统

T7RNA聚合酶在原核系统的基因表达与调控中起重要作用.将T7RNA聚合酶基因的5'端与来自SV40大T抗原基因的核定位信号编码序列融合在一起,利用rolC启动子控制修饰的T7RNA聚合酶基因,与10启动子控制的β-葡萄糖醛酸酶基因串联在一起,构建了植物表达载体,通过基因枪介导法转化了烟草叶片.结果表明,这一表达系统能够增加β-葡萄糖醛酸酶基因的瞬时表达.这为提高外源基因在转基因植物中的高效表达提供了新的工具.     

BTEX污染物的厌氧降解机制及微生物特性分析

近十多年来国外研究者对单环芳烃苯系物(主要包括苯、甲苯、乙苯及二甲苯,合称为BTEX)的微生物厌氧降解研究做了大量工作,发现BTEX在NO_3,Mn~(4+),Fe~(3+),SO_4~(2-),CO_2等电子受体条件下能够进行降解,已陆续分离到许多BTEX厌氧降解菌,并对其相应降解酶的生化性质进行了鉴定,相关的基因被克隆、鉴定和改造.通过对BTEX化合物的厌氧生物降解过程、代谢机制与途径、参与降解的主要微生物、相关降解酶及基因等进行综述与分析,提出了BTEX污染物厌氧降解研究中尚需进一步研究的问题.     

BTEX污染物的厌氧降解机制及微生物特性分析

近十多年来国外研究者对单环芳烃苯系物(主要包括苯、甲苯、乙苯及二甲苯,合称为BTEX)的微生物厌氧降解研究做了大量工作,发现BTEX在NO3-,Mn4+,Fe3+,SO42-,CO2等电子受体条件下能够进行降解,已陆续分离到许多BTEX厌氧降解菌,并对其相应降解酶的生化性质进行了鉴定,相关的基因被克隆、鉴定和改造.通过对BTEX化合物的厌氧生物降解过程、代谢机制与途径、参与降解的主要微生物、相关降解酶及基因等进行综述与分析,提出了BTEX污染物厌氧降解研究中尚需进一步研究的问题.     

汞污染对水鳖的毒害影响

用不同浓度的Ｈｇ＾２＋溶液培育水鳖,研究Ｈｇ＾２＋对水鳖叶片中叶绿素含量、叶绿素ａ／ｂ值、ＳＯＤ、ＣＡＴ、ＰＯＤ活性以及可溶性蛋白含量的影响。随着Ｈｇ＾２＋浓度的增加,水鳖叶片中叶绿素含量、叶绿素ａ／ｂ值、ＣＡＴ活性逐渐减小,而ＳＯＤ、ＰＯＤ活性、可溶性蛋白含量则先升后降。研究表明,Ｈｇ＾２＋处理破坏了水鳖叶片中的抗氧化酶系,造成活性氧过量积累,最终导致植物死亡。     

与大豆叶片衰老相关的cDNA的克隆

植物叶片衰老是一个受遗传控制的细胞降解过程,最终导致叶片的死亡。一些研究结果已表明,蛋白酶基因的表达与叶片衰老过程相关,其中一些基因的表达具有衰老特异性。以半胱氨酸蛋白基因特异性引物和寡聚ｄＴ为引物,用ＲＴ－ＰＣＲ方法分别扩增来源于绿叶和诱导衰老叶片ｍＲＮＡ的互补ＤＮＡ（ｃＤＮＡ）,然后进行琼脂糖凝胶电泳,差异显示出一条衰老叶片样品所特有的ｃＤＮＡ带,将此ｃＤＮＡ进行了克隆和序列分析。分析结果证明     

坛紫菜色素突变体产生原因的初步研究

以6种不同颜色的坛紫菜(Pyropia haitanensis)品系为研究材料,通过生理指标测定和转录组测试分析,对坛紫菜色素突变体产生的原因进行初步研究。根据色度值将6个品系划分为红黄组和绿组,其中:红黄组包括3个色素突变品系(红色、橘色和紫色)和1个野生品系,绿组包括2个色素突变品系(棕绿色和翠绿色)。进一步研究发现:1)红黄组品系的平均藻红蛋白(PE)含量比绿组高1倍,但两组藻体在藻蓝蛋白(PC)和别藻蓝蛋白(APC)含量上没有显著差异。2)红黄组藻体的平均叶绿素(Chl a)含量比绿组低35%,这导致红黄组藻体的PE/Chl a含量比绿组高1.7倍。3)红黄组藻体藻胆蛋白合成关键基因血红素氧化酶(HMOX1)和铁氧还蛋白氧化还原酶(HY2)的表达水平高于绿组。4)两组内不同品系间在色素合成关键基因的表达上具有显著差异。其中,叶绿素和藻胆蛋白合成的关键基因hemA的表达水平上调,促进更多色素的合成;叶绿素合成关键基因Mg-鳌合酶亚基和CHLG表达水平上调,调控藻体合成更多Chl a,使得藻体呈绿色;而HMOX1和HY2明显上调,促进血红素合成胆绿素,最终提高PE含量,使藻体偏红色。以上结果说明,坛紫菜藻胆蛋白和叶绿素合成通路中关键基因的差异表达可能导致藻体PE/Chl a含量比的不同,进而产生不同颜色的突变体。     

植物体内的黄酮类化合物代谢及其调控研究进展

针对黄酮类化合物的生物合成、贮存、转运途径、代谢调控因子、合成关键酶及其基因调控等方面的研究现状与进展进行了总结和分析.植物体内黄酮类化合物具有增强植物抗逆性和化学防御功能,在植物的生态适应过程中发挥着积极作用.其种类及含量受植物本身的遗传因素以及环境中生物和非生物因子的影响,可以通过选择或培育合适的种类、改变其遗传特性及环境条件等,调控植物体内黄酮类化合物含量.但关于调控黄酮类化合物的信号分子及其调控途径、各转录因子及蛋白质的调控机理尚未明确,调控黄酮类化合物生物合成的功能基因组或蛋白质组学等领域的研究还有待进一步深入.     

植物体内的黄酮类化合物代谢及其调控研究进展

针对黄酮类化合物的生物合成、贮存、转运途径、代谢调控因子、合成关键酶及其基因调控等方面的研究现状与进展进行了总结和分析.植物体内黄酮类化合物具有增强植物抗逆性和化学防御功能,在植物的生态适应过程中发挥着积极作用.其种类及含量受植物本身的遗传因素以及环境中生物和非生物因子的影响,可以通过选择或培育合适的种类、改变其遗传特性及环境条件等,调控植物体内黄酮类化合物含量.但关于调控黄酮类化合物的信号分子及其调控途径、各转录因子及蛋白质的调控机理尚未明确,调控黄酮类化合物生物合成的功能基因组或蛋白质组学等领域的研究还有待进一步深入.     

激素和光信号途径中负调控因子的降解

植物体时刻感知来自体内和体外的各种信号,并将各种信号整合,通过调整自身代谢来适应环境的变化.各信号转导途径中,对正、负调控因子的调控可使信号进行有效的传递.在激素(如IAA,GA)和光信号途径中都出现了负调控因子的降解促进植物生长的现象.     

杂交鹅掌楸LhARF2基因启动子的克隆及瞬时表达分析

生长素响应因子(Auxin response factor, ARF)参与调控植物生长发育的多个途径。本研究利用Tail-PCR技术从杂交鹅掌楸中克隆LhARF2基因5′端上游2 637 bp序列,即pLhARF2启动子,并利用生物信息学软件PlantCARE分析其包含的调控元件,发现其含有启动子必需元件TATA-box和CAAT-box,以及压力响应、激素响应、光信号转导和代谢循环过程元件。构建pLhARF2-pCAMBIA1300:GUS植物表达载体并瞬时浸染本氏烟草叶片,利用GUS组织化学染色法鉴定烟草叶片中瞬时表达活性,发现在烟草叶片中有蓝色斑块,但颜色较浅。实验结果推测杂交鹅掌楸pLhARF2启动子可以调控GUS基因活性,为下一步研究启动子遗传转化的组织表达活性奠定了基础。     

EST在植物代谢研究中的应用

表达序列标签(EST)数据库作为一种重要的基因组数据库，已成为基因发现、基因表达及重组蛋白表达等研究的有力的分子生物学工具。EST已用于鉴定那些特定植物种类或组织的编码特定代谢途径酶的cDNA，并用于探讨解决植物代谢问题。     

毛白杨果胶甲酯酶PtoPME34-1调控植物抗旱性研究

为了探究林木植物中果胶甲酯酶PME的功能,本研究中,我们从毛白杨中克隆出拟南芥PME34的同源基因PtoPME34-1,阐述了该基因在毛白杨中的生物学功能.生物信息学分析表明,毛白杨PtoPME34-1基因与毛果杨PtrPME34-1序列相似性为100%,与拟南芥AtPME34序列相似性为93%.组织特异性表达分析显示PtoPME34-1基因在所有组织都有表达,在基部茎、木质部的表达量较高,在老叶表达量最低.蛋白亚细胞定位结果显示,绿色荧光蛋白GFP标记的PtoPME34-1-GFP融合蛋白定位在烟草叶片细胞壁.毛白杨PtoPME34-1基因过表达显著提高植株的抗旱性.毛白杨PtoPME34-1和PtoPME34-2基因的双突变体植株中果胶甲酯化程度升高,且植物抗旱性也显著增加.这些研究结果证实PtoPME34-1在调控植物生长发育和抗旱胁迫中发挥重要作用.